KR20210090281A - 시프트 가능한 수렴 평면을 갖는 멀티뷰 디스플레이, 시스템 및 방법 - Google Patents

시프트 가능한 수렴 평면을 갖는 멀티뷰 디스플레이, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

멀티뷰 디스플레이는 수렴 평면 내의 지점들에서 수렴하도록 구성된 지향성 광빔들을 방출하도록 구성된 멀티뷰 백라이트 및 수렴 평면에서의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 포함한다. 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리는 멀티뷰 디스플레이에 대한 수렴 평면의 대응 위치를 시프트시키기 위해 조정되도록 구성된다.

Description

시프트 가능한 수렴 평면을 갖는 멀티뷰 디스플레이, 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이들은 매우 다양한 기기들 및 제품들의 사용자들에게 정보를 전달하기 위한 아주 보편적인 매체이다. 가장 일반적으로 이용되는 전자 디스플레이들은 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 전계 발광(electroluminescent; EL) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 및 능동 매트릭스(active matrix) OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기 영동(electrophoretic; EP) 디스플레이 및 전자 기계(electromechanical) 또는 전자 유체(electrofluidic) 광 변조를 이용하는 다양한 디스플레이들(예를 들어, 디지털 미세거울(micromirror) 기기, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이 등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의하여 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동형 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광을 고려하면 일반적으로 수동형으로 분류되는 디스플레이들은 LCD 및 EP 디스플레이들이다. 수동형 디스플레이들은 본질적으로 낮은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성들을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족한 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다.
방출광과 관련된 수동형 디스플레이들의 한계들을 극복하기 위해, 많은 수동형 디스플레이들이 외부 광원과 결합된다. 결합된 광원은 이러한 다른 수동형 디스플레이들이 광을 방출하고 실질적으로 능동형 디스플레이들로서 기능하게끔 한다. 이러한 결합된 광원들의 예들은 백라이트들이다. 백라이트는 수동형 디스플레이를 조명하기 위해 수동형 디스플레이 뒤에 배치되는 광의 원천(종종 패널 백라이트)으로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이에 결합될 수 있다. 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이를 통과하는 광을 방출한다. 방출된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이에 의하여 변조되고, 이후 변조된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이로부터 방출된다. 백라이트들은 종종 백색 광을 방출하도록 구성된다. 이후, 컬러 필터들이 백색 광을 디스플레이에서 이용되는 다양한 컬러들로 변환하는 데 이용된다. 예를 들어, 컬러 필터들은 LCD 또는 EP 디스플레이의 출력에 배치되거나(덜 일반적임), 또는 백라이트와 LCD 또는 EP 디스플레이의 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 원색들과 같은 상이한 컬러들을 이용하는 디스플레이의 필드-순차(field-sequential) 조명에 의해 다양한 컬러들이 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 측면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 2개의 멀티뷰 백라이트들을 포함하는 멀티뷰 디스플레이를 도시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도광체를 포함하는 멀티뷰 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이 시스템의 블록도를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들은 전자 디스플레이들에 적용되는 조정 가능한(adjustable) 수렴 평면(convergence plane)을 이용하는 멀티뷰 디스플레이를 제공한다. 본 명세서의 원리들에 일치되는 다양한 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 멀티뷰 디스플레이는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들에 대응되는 수렴 평면 내의 지점에서 수렴하도록 구성된 지향성 광빔들(directional light beams)을 방출하도록 구성된다. 멀티뷰 백라이트와 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브 어레이(light valve array) 간의 거리는 멀티뷰 디스플레이에 대한 수렴 장소의 대응 위치를 시프트(shift)시키기 위해 조정 가능하도록 구성된다.
본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'는 상이한 뷰 방향들로 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(10)의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(10)는 보여질 멀티뷰 이미지를 디스플레이하기 위한 스크린(12)을 포함한다. 멀티뷰 디스플레이(10)는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(14)을 스크린(12)에 대해 상이한 뷰 방향들(16)로 제공한다. 뷰 방향들(16)은 스크린(12)으로부터 여러 상이한 주 각도 방향들(principal angular directions)로 연장되는 화살표들로서 도시되었고, 상이한 뷰들(14)은 화살표들(즉, 뷰 방향들(16)을 묘사함)의 말단에 음영 표시된 다각형 박스들로서 도시되었으며, 제한이 아닌 예로서 단지 4개의 뷰들(14) 및 4개의 뷰 방향들(16)이 도시되었다. 도 1a에는 상이한 뷰들(14)이 스크린 위에 있는 것으로 도시되었으나, 멀티뷰 이미지가 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 디스플레이되는 경우 뷰들(14)은 실제로 스크린(12) 상에 또는 스크린(12)의 부근에 나타날 수 있다는 것에 유의한다. 뷰들(14)을 스크린(12) 위에 묘사한 것은 단지 도시의 단순화를 위한 것이며, 특정 뷰(14)에 대응되는 각각의 뷰 방향들(16)로부터 멀티뷰 디스플레이(10)를 보는 것을 나타내기 위함이다.
본 명세서의 정의에 의하면, 뷰 방향 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 방향을 갖는 광빔은 일반적으로 각도 성분들(angular components) {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 각도 성분(θ)은 광빔의 '고도 성분(elevation component)' 또는 '고도각(elevation angle)'으로 언급된다. 각도 성분(φ)은 광빔의 '방위 성분(azimuth component)' 또는 '방위각(azimuth angle)'으로 언급된다. 정의에 의하면, 고도각(θ)은 수직 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 수직인)에서의 각도이고, 방위각(φ)은 수평 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 평행인)에서의 각도이다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향(예를 들어, 도 1a의 뷰 방향(16))에 대응되는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔(20)의 각도 성분들 {θ, φ}의 그래픽 표현을 도시한다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 광빔(20)은 특정 지점으로부터 방출되거나 발산된다. 즉, 정의에 의하면, 광빔(20)은 멀티뷰 디스플레이 내의 특정 원점(point of origin)과 관련된 중심 광선(central ray)을 갖는다. 또한, 도 1b는 광빔(또는 뷰 방향)의 원점(O)을 도시한다.
또한, 본 명세서에서, '멀티뷰 이미지(multiview image)' 및 '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'라는 용어들에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰(multiview)'라는 용어는 복수의 뷰들의 뷰들 간의 각도 시차(angular disparity)를 포함하거나 상이한 시점들(perspectives)을 나타내는 복수의 뷰들로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 본 명세서에서 '멀티뷰'라는 용어는 3개 이상의 상이한 뷰들(즉, 최소 3개의 뷰들로서 일반적으로 4개 이상의 뷰들)을 명백히 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰 디스플레이'는 장면 또는 이미지를 나타내기 위해 단지 2개의 상이한 뷰들만을 포함하는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이와는 명백히 구분된다. 그러나, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 이미지들 및 멀티뷰 디스플레이들은 3개 이상의 뷰들을 포함하지만, 멀티뷰의 뷰들 중 단지 2개만을 동시에 보게끔(예를 들어, 하나의 눈 당 하나의 뷰) 선택함으로써 멀티뷰 이미지들이 (예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 상에서) 스테레오스코픽 쌍의 이미지들(stereoscopic pair of images)로서 보일 수 있다는 것에 유의한다.
본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의해 생성된 복수의 지향성 광빔들 중 지향성 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들(principal angular directions)을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 지향성 광빔들 중 지향성 광빔은, 복수의 지향성 광빔들 중 다른 지향성 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자의 크기는 멀티빔 소자와 관련된 디스플레이(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이)에서 이용되는 광 밸브의 크기와 유사할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 절반 내지 2배 사이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 편광 선택적(polarization-selective) 산란을 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 지향성 광빔들은 실질적으로 원추형(conical) 공간 영역에 국한될 수 있거나, 복수의 광빔들 내의 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 포함하는 정해진 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 따라서, 조합된 지향성 광빔들(즉, 복수의 지향성 광빔들)의 정해진 각도 확산은 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들 내의 여러 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 다른 특성들과 함께 멀티빔 소자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적 등 중 하나 이상)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성에 의해 결정된다. 예를 들어, 회절적 멀티빔 소자에서, 회절적 멀티빔 소자 내의 회절 격자의 '격자 피치(grating pitch)' 또는 회절 특징부(diffractive feature) 간격 및 배향은, 여러 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 적어도 부분적으로 결정하는 특성들일 수 있다. 정의에 의하면, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 '연장된 점 광원(extended point light source)', 즉 멀티빔 소자의 범위에 걸쳐 분포된 복수의 점 광원들로 간주될 수 있다. 또한, 도 1b와 관련하여 후술될 바와 같이, 멀티빔 소자에 의해 생성된 지향성 광빔은 각도 성분들 {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 가질 수 있다.
본 명세서에서, '도광체(light guide)'는 내부 전반사(total internal reflection)를 이용하여 그 내에서 광을 안내하는 구조물로서 정의된다. 특히, 도광체는 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. '도광체(light guide)'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 경계에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사를 이용하는 유전체 광학 도파로(dielectric optical waveguide)를 지칭한다. 정의에 의하면, 내부 전반사를 위한 조건은 도광체의 굴절률이 도광체 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 커야 한다는 것이다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 그에 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 코팅일 수 있다. 도광체는 판(plate) 또는 슬래브(slab) 가이드 및 스트립(strip) 가이드 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 도광체들 중 임의의 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, '판 도광체(plate light guide)'에서와 같이 도광체에 적용되는 경우의 '판(plate)'이라는 용어는, 종종 '슬래브' 가이드로 지칭되는, 한 장씩의(piece-wise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향면들)에 의해 경계를 이루는 2개의 실질적으로 직교하는 방향들로 광을 안내하도록 구성된 도광체로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 상단 및 하단 표면들은 서로 떨어져 있고 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 판 도광체의 임의의 구별적으로 작은 구간 내에서, 상단 및 하단 표면들은 실질적으로 평행하거나 공면(co-planar) 상에 있다.
일부 실시 예들에서, 판 도광체는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한됨), 따라서 판 도광체는 평면형 도광체이다. 다른 실시 예들에서, 판 도광체는 1개 또는 2개의 직교하는 차원들로 만곡될 수 있다. 예를 들어, 판 도광체는 단일 차원으로 만곡되어 원통형 형상의 판 도광체를 형성할 수 있다. 그러나, 어떠한 곡률이든 광을 안내하기 위해 판 도광체 내에서 내부 전반사가 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 특허 분야에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서에서, '광 밸브(light valve)'는 하나 이상의 광 밸브를 의미하며, 따라서 '상기 광 밸브'는 '광 밸브(들)'을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 '상단', '하단', '상부', '하부', '상', '하', '전', '후', '제1', '제 2', '좌' 또는 '우'에 대한 언급은 본 명세서에서 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서, 달리 명시적으로 특정되지 않는 한, 수치 값에 적용되는 경우의 '약'이라는 용어는 일반적으로 수치 값을 생성하기 위해 이용되는 장비의 허용 오차 범위 내를 의미하거나, ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '실질적으로'라는 용어는 대부분, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는 약 51% 내지 약 100% 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의의 목적으로 제시된다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 도 2a 및 도 2b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(100)의 측면도를 도시한다. 멀티뷰 디스플레이(100)는 멀티뷰 백라이트(110)를 포함한다. 멀티뷰 백라이트(110)는 광을 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(102)로서 방출하도록 구성된다. 지향성 광빔들(102)의 상이한 주 각도 방향들은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응된다. 도 2a 및 도 2b는 지향성 광빔들(102)을 멀티뷰 백라이트(110)의 제 2(또는 하단) 표면(110")으로부터 멀어지도록 지향되는 것으로 묘사된 복수의 분기되는 화살표들로서 도시한다. 특히, 지향성 광빔들은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 위치들에 대응되는 수렴 평면(120) 내의 지점들에서 수렴하도록 구성된다. 수렴 평면(120)은 사용자를 위한 최적의 시청 위치를 나타낸다. 특히, 수렴 평면(120)은 멀티뷰 이미지의 최적의 뷰를 얻기 위해 사용자의 눈이 위치되어야 하는 평면을 나타낸다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수렴 평면(120)은 멀티뷰 백라이트(110)의 제 1(또는 상단) 표면(110')에 평행한 평면이다.
멀티뷰 디스플레이(100)는 광 밸브들(140)의 어레이를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 상이한 유형들의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(140)로서 이용될 수 있다. 광 밸브들(140)의 어레이는 지향성 광빔들(102)을 수렴 평면(120)에서의 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들로서 변조하도록 구성된다.
멀티뷰 백라이트(110)와 광 밸브들(140)의 어레이 간의 거리(d)는, 멀티뷰 디스플레이(100)에 대한 수렴 평면(120)의 대응 위치를 시프트(shift)시키기 위해 조정 가능하도록 구성된다. 도 2b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 2a와의 관계에서 시프트된 수렴 평면(120)을 갖는 멀티뷰 디스플레이(100)의 측면도를 도시한다. 도시된 도면에서, 거리(d)는 지향성 광빔들(102)을 방출하는 멀티뷰 백라이트(110)의 하단 표면(110")과 광 밸브(140) 간의 거리를 나타낸다. 다른 실시 예들에서, 거리(d)는 멀티뷰 백라이트(110)의 상단 표면(110')과 광 밸브들(140)의 어레이 간의 거리를 나타낼 수 있다. 다시 도 2b를 참조하면, 멀티뷰 백라이트(110)와 광 밸브들(140)의 어레이 간의 거리(d)는, 도 2a에 묘사된 바와 같은 더 짧은 거리(d 1 )에서 도 2b에 묘사된 바와 같은 더 긴 길이(d 2 )로 조정되었다. 이에 대응되게, 멀티뷰 디스플레이(100)에 대한 수렴 평면(120)의 위치(d')는, 멀티뷰 디스플레이(100)로부터의 거리(d 1 ')에서 멀티뷰 디스플레이(100)로부터의 거리(d 2 ')로 시프트되었다. 따라서, 수렴 평면(120)과 멀티뷰 디스플레이(100) 간의 거리(d')는, 수렴 평면(120)을 멀티뷰 디스플레이(100)로부터 더 멀리 이동시키기 위해 증가될 수 있거나, 수렴 평면(120)이 멀티뷰 디스플레이(100)에 더 가까워지도록 감소될 수 있다.
수렴 평면(120)은 임의의 구성에서 멀티뷰 이미지에 대한 최적의 시청 위치를 나타내므로, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 수렴 평면(120)을 멀티뷰 디스플레이(100)로부터 위로 또는 아래로 시프트시키는 것은 수렴 평면(120)의 상이한 위치들 사이에서 멀티뷰 이미지의 속성들(attributes)을 보존한다. 특히, 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 간의 뷰간(inter-view) 간격(i)은, 멀티뷰 백라이트(110)와 광 밸브 어레이의 광 밸브들(140) 간의 조정 가능한 거리(d)의 함수로서 일정하도록 구성된다. 대등하게, 뷰간 거리(i)는 또한 멀티뷰 디스플레이(100)에 대한 수렴 평면(120)의 대응되는 위치들(d')(예를 들어, d 1 ' 및 d 2 ')의 함수로서 일정하도록 구성된다. 따라서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 이미지의 뷰들 간의 거리(i)는, 멀티뷰 디스플레이(100)로부터의 거리(d 2 ')에 위치한 도 2b의 수렴 평면(120)에서와 같이, 멀티뷰 디스플레이(100)로부터의 거리(d 1 ')에 위치한 도 2a의 수렴 평면(120)에서 동일하다.
수렴 평면(120)에서의 뷰간 간격(i)은 멀티뷰 디스플레이(100)의 사용자에 대한 안구간(inter-ocular) 거리에 상응(commensurate with)한다. 이러한 특징들은 수렴 평면(120)을 사용자에게 최적의 시청 거리로 만든다. 수렴 평면(120)이 전술한 바와 같이 이동함에 따라, 뷰간 거리(i)는 사용자의 두 눈 간 거리에 상응하도록 유지되고, 이는 사용자가 수렴 평면(120)의 각각의 위치에서 2개의 상이한 뷰들(한 쪽 눈 당 하나)의 조합에 의해 제공되는 3차원 이미지를 계속해서 볼 수 있도록 보장한다.
멀티뷰 백라이트(110)와 광 밸브들(140)의 어레이 간의 거리(d)는 다양한 방식으로 조정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 조정은 광 밸브들(140)의 어레이에 대한 멀티뷰 백라이트(110)의 기계적인 움직임을 포함할 수 있다. 기계적인 움직임은, 멀티뷰 백라이트(110)를 광 밸브 어레이로부터 더 멀리 또는 더 가깝게 이동시키도록 구성된 기계적, 전기적, 전자 기계적, 또는 다른 유형의 액츄에이터(actuator)에 의해 생성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 백라이트와 광 밸브들(140)의 어레이 간의 거리는 다중(multiple) 멀티뷰 백라이트들을 이용하여 조정될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 한 쌍의 멀티뷰 백라이트들을 포함하는 멀티뷰 디스플레이(100)를 도시한다. 특히, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(110)는 멀티뷰 백라이트 쌍의 제 1 멀티뷰 백라이트(110)이다. 도시된 바와 같이, 제 1 멀티뷰 백라이트(110)는 광 밸브들(140)의 어레이에 인접하여 위치한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 멀티뷰 디스플레이(100)는 한 쌍의 멀티뷰 백라이트들 중 제 2 멀티뷰 백라이트(115)를 더 포함한다. 제 2 멀티뷰 백라이트(115)는 광 밸브(140)에 인접한 제 1 멀티뷰 백라이트(110)의 측면에 대향하는 제 1 멀티뷰 백라이트(110)의 측면에 위치한다. 따라서, 제 1 멀티뷰 백라이트(110)는 멀티뷰 디스플레이(100)의 광 밸브들(140)의 어레이와 제 2 멀티뷰 백라이트(115) 사이에 위치한다. 또한, 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 멀티뷰 백라이트들(110, 115)은 광 밸브 어레이에 대해 상이한 위치들을 갖는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 제 2 멀티뷰 백라이트(115)는 전술한 멀티뷰 백라이트(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 제 2 멀티뷰 백라이트(115)는 제 2 수렴 평면(120")에서의 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 위치들에 대응되는 지점들에서 제 2 수렴 평면(120") 내에 수렴되는 지향성 광빔들(116)을 제공하도록 구성된다. 또한, 제 1 멀티뷰 백라이트(110)는 제 2 멀티뷰 백라이트(115)에 의해 제공되는 지향성 광빔들(116)에 대해 투명하다. 따라서, 제 2 멀티뷰 백라이트(115)에 의해 제공되는 지향성 광빔들(116)은 제 1 멀티뷰 백라이트(110)의 두께를 통해 방출되어 광 밸브들(140)의 어레이에 의해 지향성 방출광으로서 변조된다.
도 3a 및 도 3b의 멀티뷰 디스플레이(100)의 멀티뷰 백라이트들은 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 선택적으로 활성화(한 번에 하나씩)될 수 있다. 제 1 및 제 2 멀티뷰 백라이트들(110, 115)이 광 밸브들(140)의 어레이로부터 상이한 거리들(d 1 및 d 2 )에 위치하기 때문에, 제 1 및 제 2 멀티뷰 백라이트들(110, 115) 각각의 선택적 활성화는 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이의 광 밸브들(140) 간의 거리(d)를 변화시킨다. 전술한 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(100)의 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리(d)를 조정하면 광 밸브 어레이로부터의 수렴 평면(120)의 거리(d')가 시프트되기 때문에, 제 1 및 제 2 멀티뷰 백라이트들(110, 115)의 선택적 활성화는 수렴 평면(120)의 거리(d')를 시프트시킨다.
도 3a 및 도 3b는 멀티뷰 디스플레이(100)의 제 1 및 제 2 멀티뷰 백라이트들(110, 115)의 선택적 활성화와, 그에 따른 거리(d 1 ')에서 거리(d 2 ')까지 멀티뷰 디스플레이(100)의 수렴 평면(120)의 시프트를 도시한다. 두 도면들 모두에서, 활성화된 백라이트는 실선으로 묘사되고, 비활성화된 백라이트는 점선으로 묘사된다. 따라서, 다시 도 3a를 참조하면, 도시된 바와 같이 제 1 멀티뷰 백라이트(110)는 활성인 반면, 제 2 멀티뷰 백라이트(115)는 비활성이다. 따라서, 활성화된 제 1 멀티뷰 백라이트(110)와 광 밸브(140)의 거리는 거리(d 1 )이고, 이에 대응되게, 멀티뷰 디스플레이의 수렴 평면(120)은 활성화된 제 1 멀티뷰 백라이트(110)에 대응되는 제 1 수렴 평면(120')이다. 또한, 제 1 수렴 평면(120')은 도 3a에서 광 밸브(140)로부터의 거리(d 1 ')에 위치한다.
도 3b에서, 제 1 멀티뷰 백라이트(110)는 비활성인 반면, 제 2 멀티뷰 백라이트(115)는 활성이다. 따라서, 활성화된 제 2 멀티뷰 백라이트(115)와 광 밸브 어레이 간의 거리는 거리(d 2 )이다. 활성화된 제 2 멀티뷰 백라이트(115)와 광 밸브 어레이 간의 거리(d 2 )로 인해, 멀티뷰 디스플레이(100)의 수렴 평면(120)은 이제 제 2 수렴 평면(120")으로 시프트되었다. 또한, 도시된 바와 같이, 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이(100)에 대한 제 2 수렴 평면(120")의 위치는 제 1 수렴 평면(120')의 위치와는 상이하다. 즉, 제 1 멀티뷰 백라이트(110) 또는 제 2 멀티뷰 백라이트(115)의 선택적 활성화로 인해 거리(d 2 ')는 거리(d 1 ')와 상이하다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 백라이트(110)는 도광체(111)를 포함한다. 도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도광체(111)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(110)를 포함하는 멀티뷰 디스플레이(100)를 도시한다. 도광체(111)는 도광체의 길이를 따라 광을 안내된 광(104)(즉, 안내된 광빔(104))으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 도광체(111)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 제 2 굴절률보다 큰 제 1 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절률들의 차이는 도광체(111)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 안내된 광(104)의 내부 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 도광체(111)는 연장된, 광학적으로 투명한 실질적으로 평면형 시트의, 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로(즉, 판 도광체)일 수 있다. 실질적으로 평면형 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광(104)을 안내하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 도광체(111)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도광체(111)는 도광체(111)의 표면(예를 들어, 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 또는 모두)의 적어도 일부 상에 클래딩층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 클래딩층은 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(111)는 도광체(111)의 제 1 표면(111')(예를 들어, 전단 또는 상단 표면 또는 앞쪽 또는 위쪽)과 제 2 표면(111")(예를 들어, 후단 또는 하단 표면 또는 뒤쪽 또는 아래쪽) 사이에서, 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라 안내된 광(104)을 안내하도록 구성된다. 특히, 안내된 광(104)은 도광체(111)의 제 1 표면(111')과 제 2 표면(111") 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 반사되거나 '바운싱(bouncing)'됨으로써 전파된다. 일부 실시 예들에서, 안내된 광(104)은 광의 상이한 컬러들을 갖는 복수의 안내된 광빔들을 포함할 수 있다. 광의 상이한 컬러들을 갖는 복수의 안내된 광빔들 중 안내된 광빔들은 상이한 컬러별 0이 아닌 전파 각도들 각각으로 도광체(111)에 의해 안내될 수 있다. 도시의 단순화를 위해 도 4에는 0이 아닌 전파 각도가 도시되지 않았음에 유의한다. 그러나, 도 4에서 전파 방향(103)을 묘사하는 굵은 화살표는 도광체의 길이를 따르는 안내된 광(104)의 일반적인 전파 방향을 도시한다.
멀티뷰 백라이트(110)는 복수의 멀티빔 소자들(112)을 더 포함한다. 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자들(112)은 도광체의 길이를 따라 서로 이격된다. 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자들(112)은 도광체(111)의 제 1(또는 "상단(top)") 표면(111')에 또는 이에 인접하여 위치될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 멀티빔 소자들(112)은, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 도광체(111)의 제 2(또는 "하단(bottom)") 표면(111") 상에 위치할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자들(112)은 제 1 표면(111')과 제 2 표면(111") 사이의 도광체(111)의 내부에 위치할 수 있다.
멀티뷰 백라이트(110)의 멀티빔 소자(112)는 광을 멀티뷰 이미지의 뷰 방향들에 대응되는 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 도광체(111)로부터 산란시키도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자(112)는 안내된 광(104)의 일부를 산란시키도록 구성된 많은 상이한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 구조물들은, 회절 격자들(diffraction gratings), 미세 반사 소자들(micro-reflective elements), 미세 굴절 소자들(micro-refractive elements) 또는 이들의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(112)는 안내된 광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 회절적으로(diffractively) 산란시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(112)는 안내된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들로서 반사적으로(reflectively) 산란시키도록 구성되고, 또는 미세 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자(112)는 안내된 광의 일부를 굴절에 의하여 또는 굴절을 이용하여 복수의 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성된다(즉, 안내된 광의 일부를 굴절적으로(refractively) 산란시킴).
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(112)의 크기는 멀티뷰 디스플레이(100)의 광 밸브(140)의 크기와 유사할 수 있다. 본 명세서에서, '크기(size)'는 길이, 폭 또는 면적을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 방식들 중 임의의 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 광 밸브(140)의 크기는 그 길이일 수 있고, 멀티빔 소자(112)의 유사한 크기는 또한 멀티빔 소자(112)의 길이일 수 있다. 다른 예에서, 크기는 면적을 지칭할 수 있고, 멀티빔 소자(112)의 면적은 광 밸브(140)의 면적과 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 머리 추적기(head tracker)가 멀티뷰 디스플레이 시스템의 일부로서 멀티뷰 디스플레이(100)와 함께 이용될 수 있다. 머리 추적기는 멀티뷰 디스플레이(100)와 사용자 간의 거리를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 머리 추적기는 멀티뷰 디스플레이(100)와 사용자의 머리 간의 거리, 또는 보다 구체적으로는 멀티뷰 디스플레이(100)와 사용자의 하나 또는 두 눈 간의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 원리들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이(100)와 사용자 간의 결정된 거리를 이용하여, 멀티뷰 디스플레이 시스템은 멀티뷰 백라이트(110)와 광 밸브들(140)의 어레이 간의 거리를 조정하여 수렴 평면을 사용자의 눈의 레벨(level)로 시프트시킬 수 있다. 따라서, 멀티뷰 디스플레이 시스템은 사용자의 움직임을 기반으로 수렴 평면이 사용자의 눈을 따르도록 조정할 수 있고, 최적의 시청 경험을 보장할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 머리 추적(또는 대등하게는 사용자의 위치의 추적)을 제공하는 다양한 기기들, 시스템들 및 회로들 중 임의의 것이 멀티뷰 디스플레이 시스템의 머리 추적기로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 머리 추적기는 멀티뷰 디스플레이(100)의 스크린에 대한 사용자의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 카메라를 포함할 수 있다. 또한, 머리 추적기는 멀티뷰 디스플레이(100)의 스크린에 대한 캡쳐된 이미지 내에서 사용자의 위치를 결정하도록 구성된 이미지 프로세서(또는 이미지 프로세서로서 프로그램된 범용 컴퓨터)를 포함할 수 있다. 멀티뷰 디스플레이(100)의 스크린에 대한 사용자의 위치는, 예를 들어 이미지 인식 또는 패턴 매칭을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 다양한 기술들을 이용하여 이미지 프로세서에 의해, 캡쳐된 이미지로부터 결정될 수 있다. 머리 추적기의 출력은 멀티뷰 디스플레이 시스템의 동작을 수정하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 결정된 위치가 액츄에이터에 제공되어 도 2a 및 도 2b의 멀티뷰 디스플레이(100)의 광 밸브들(140)의 어레이와 멀티뷰 백라이트(110) 간의 거리(d)가 조정될 수 있다. 다른 예에서, 사용자의 결정된 위치가 도 3a 및 도 3b의 멀티뷰 디스플레이(100)에 제공되어 제 1 멀티뷰 백라이트(110)와 제 2 멀티뷰 백라이트(115) 중 하나가 선택적으로 활성화 및/또는 비활성화될 수 있다. 머리 추적기 구현의 다른 예들은 다양한 2차원(2D) 및 3차원(3D) 객체 추적 시스템들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)이 제공된다. 도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)의 블록도를 도시한다. 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)은 멀티뷰 백라이트(210)를 포함한다. 멀티뷰 백라이트(210)는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 멀티뷰 백라이트(110)와 실질적으로 유사하다. 따라서, 멀티뷰 백라이트(210)는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(202)을 제공하도록 구성된다. 멀티뷰 백라이트(210)는 실질적으로 평행하고 대향하는 2개의 평평한 표면들(즉, 상단 및 하단 표면)을 포함하는 기판의 실질적으로 평평한 블록 또는 '슬래브(slab)'로서 형상화될 수 있다.
멀티뷰 디스플레이 시스템(200)은 광 밸브들(240)의 어레이를 더 포함한다. 광 밸브들(240)의 어레이는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 광 밸브들(140)의 어레이와 실질적으로 유사하다. 따라서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 상이한 유형들의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들로서 이용될 수 있다. 광 밸브들(240)의 어레이는 멀티뷰 디스플레이 시스템의 수렴 평면(220)에 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된다. 수렴 평면(220)은 광 밸브 어레이에 평행한 평면이며, 사용자를 위한 최적의 시청 위치를 나타낸다. 특히, 수렴 평면(220)은 멀티뷰 이미지의 최적의 뷰를 얻기 위해 사용자의 눈이 위치되어야 하는 평면을 나타낸다.
멀티뷰 디스플레이 시스템(200)은 머리 추적기(250)를 더 포함한다. 머리 추적기(250)는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)와 함께 이용되는 머리 추적기와 실질적으로 유사하다. 따라서, 머리 추적기(250)는 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)으로부터의 사용자의 거리를 결정하도록 구성된다. 다양한 2차원(2D) 및 3차원(3D) 머리 추적 시스템들 중 임의의 것을 포함하는, 머리 추적을 제공하는 다양한 기기들, 시스템들 및 회로들 중 임의의 것이 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)의 머리 추적기로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 머리 추적기(250)는 시차 추정(disparity estimation)을 이용하여 사용자의 거리를 결정하도록 구성된 복수의 카메라들 및 사용자로부터 반사되는 신호의 전파(propagation) 시간을 이용하여 거리를 결정하도록 구성된 비행 시간 센서(time-of-flight sensor) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 비행 시간 센서에 의해 방출되는 신호는 음향 신호(예를 들어, 음향 거리 측정기(acoustic range finder)) 및 광학 신호(예를 들어, 레이저에 의해 방출됨)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다른 예에서, 머리 추적기(250)는 스캐닝되는 영역 내의 하나 이상의 객체들로부터 반사되는 레이저 광을 이용하여 복수의 지점들까지의 거리를 측정하도록 구성된 광학 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 머리 추적기(250)는 2D 카메라, 제 2 적외선 카메라 및 적외선 레이저 프로젝터를 결합한 인텔 리얼센스(Intel RealSense ®) 3D 카메라를 포함할 수 있다. 2D 카메라는 스캐닝된 영역의 2D 이미지를 캡쳐하도록 구성되고, 적외선 레이저 프로젝터 및 제 2 적외선 카메라는 거리 센서로서 협업하여 스캔닝된 영역 내의 거리 정보를 수집한다. 인텔 리얼센스(Intel RealSense®) 및 인텔(Intel®)은 미국 캘리포니아주 산타클라라에 위치한 인텔사의 등록 상표들이다.
멀티뷰 백라이트(210)와 광 밸브 어레이(280) 간의 거리는, 결정된 사용자 거리에 대응되도록 수렴 평면(220)의 위치를 시프트시키기 위해, 결정된 사용자 거리에 따라 조정 가능하도록 구성된다. 멀티뷰 백라이트(210)로부터의 사용자의 거리를 기반으로 하는 수렴 평면(220)의 시프트는 실질적으로 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 그리고 멀티뷰 디스플레이(100)와 관련하여 설명한 바와 같이 동작한다. 특히, 멀티뷰 백라이트(210)와 광 밸브들(240)의 어레이 간의 거리는, 수렴 평면(220)과 광 밸브 어레이 간의 거리를 증가시키기 위해, 증가된다. 유사하게, 멀티뷰 백라이트(210)와 광 밸브 어레이 간의 거리는, 수렴 평면(220)과 광 밸브들의 어레이 간의 거리를 감소시키기 위해, 감소된다.
수렴 평면(220)은 임의의 구성에서 멀티뷰 이미지에 대한 최적의 시청 위치를 나타내므로, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 수렴 평면(220)을 멀티뷰 디스플레이(100)로부터 위로 또는 아래로 시프트시키는 것은 수렴 평면(220)의 상이한 위치들 사이에서 멀티뷰 이미지의 속성들(attributes)을 보존한다. 특히, 수렴 평면(220)의 상이한 뷰들의 뷰간 간격은 수렴 평면(220)이 시프트됨에 따라 일정하도록 구성된다. 또한, 수렴 평면(220) 내의 뷰간 간격은 사용자에 대한 안구간 거리에 상응한다. 따라서, 수렴 평면(220)의 위치가 변하더라도 눈이 수렴 평면(220) 상에 유지되는 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)의 사용자는 수렴 평면(220)의 다양한 위치들에 걸쳐 실질적으로 유사한 시청 경험을 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)은 다중 멀티뷰 백라이트들을 포함한다. 다중 멀티뷰 백라이트들을 포함하는 멀티뷰 디스플레이 시스템은 도 3a 및 도 3b의 멀티뷰 디스플레이(100)와 실질적으로 유사하다. 따라서, 제 1 멀티뷰 백라이트는 광 밸브들(240)의 어레이로부터 제 1 거리에 위치하고, 제 2 멀티뷰 백라이트는 광 밸브 어레이로부터 제 2 거리에 위치하며, 제 2 거리는 제 1 거리와는 상이하다. 특히, 제 1 멀티뷰 백라이트는 광 밸브 어레이와 제 2 멀티뷰 백라이트 사이에 위치한다. 각각의 멀티뷰 백라이트가 광 밸브들(240)의 어레이로부터 상이한 거리에 위치하기 때문에, 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)의 수렴 평면(220)은 어느 멀티뷰 백라이트가 활성화되는지에 기반하는 위치를 갖는다. 따라서, 수렴 평면(220)의 위치를 시프트시키기 위해, 제 1 및 제 2 멀티뷰 백라이트 중 하나가 선택적으로 활성화된다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 백라이트(210)는 도광체(211)를 포함한다. 도광체(211)는 도광체의 길이를 따르는 전파 방향으로 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된다. 도광체(211)는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 도광체(111)와 실질적으로 유사할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(211)는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광을 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 안내된 광은 도광체(211)에 의해 또는 그 내에서 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안내된 광은 시준될 수 있거나, 또는 시준된 광빔일 수 있다. 특히, 다양한 실시 예들에서, 안내된 광은 시준 계수(σ)에 따라 시준되거나 시준 계수(σ)를 가질 수 있다.
멀티뷰 백라이트(210)는 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들(212)을 더 포함한다. 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자들(212)은 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 멀티빔 소자들(112)과 실질적으로 유사하다. 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자들(212)은 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)과 관련된 지향성 방출광으로서 산란시키도록 구성된다. 지향성 방출광은 멀티뷰 디스플레이 시스템(200)의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(202)을 포함한다. 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자들(212)은 도광체(211)의 표면 상에 또는 도광체(211) 내에 위치할 수 있다.
복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자의 크기 중 하나 이상은 광 밸브 어레이의 광 밸브(240)의 크기와 유사하다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(212)의 크기는 광 밸브의 크기와 유사하며, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 50퍼센트(50%) 내지 약 200퍼센트(200%) 사이이다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법(300)이 개시된다. 도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 멀티뷰 백라이트를 이용하여 광을 멀티뷰 이미지의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들로서 방출(310)하는 단계를 포함한다. 멀티뷰 백라이트는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 멀티뷰 백라이트(110)와 실질적으로 유사하다. 지향성 광빔들은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 위치들에 대응되는 수렴 평면 내의 지점들에 수렴한다. 수렴 평면은 멀티뷰 백라이트에 평행한 평면이며, 사용자를 위한 최적의 시청 위치를 나타낸다. 특히, 수렴 평면은 멀티뷰 이미지의 최적의 뷰를 얻기 위해 사용자의 눈이 위치되어야 하는 평면을 나타낸다.
방법(300)은 수렴 평면에 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하기 위해 광 밸브들의 어레이를 이용하여 지향성 광빔들을 변조(320)하는 단계를 더 포함한다. 광 밸브들의 어레이는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 광 밸브들(140)의 어레이와 실질적으로 유사하다. 따라서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 상이한 유형들의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들로서 이용될 수 있다. 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들 중 상이한 각각은 광 밸브 어레이의 광 밸브들 중 상이한 각각을 통과하고 그에 의해 변조되도록 구성된다.
방법(300)은 멀티뷰 디스플레이에 대해 수렴 평면의 위치를 시프트시키기 위해 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리를 조정(330)하는 단계를 더 포함한다. 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리의 조정을 기반으로 하는 수렴 평면의 위치의 시프트는 실질적으로 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 그리고 멀티뷰 디스플레이(100)와 관련하여 설명한 바와 같이 동작한다. 특히, 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리는, 수렴 평면과 멀티뷰 디스플레이 간의 거리를 증가시키기 위해, 증가된다. 유사하게, 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리는, 수렴 평면과 멀티뷰 디스플레이 간의 거리를 감소시키기 위해, 감소된다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 백라이트를 이용하여 광을 방출(310)하는 단계는 도광체 내에서 광을 안내된 광으로서 안내하는 단계를 포함한다. 광은 도광체의 대향하는 내부 표면들 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있다. 멀티뷰 백라이트를 이용하여 광을 방출(310)하는 단계는 도광체로부터 안내된 광의 일부를 멀티빔 소자들의 어레이를 이용하여 지향성 광빔들로서 산란시키는 단계를 더 포함한다. 어레이의 멀티빔 소자는 멀티뷰 디스플레이(100)의 멀티빔 소자(122)와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 멀티빔 소자는 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란시키도록 구성된 회절 격자, 안내된 광의 일부를 반사적으로 산란시키도록 구성된 미세 반사 소자 및 안내된 광의 일부를 굴절적으로 산란시키도록 구성된 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 멀티빔 소자는 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기와 유사한 크기를 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리를 조정하는 단계는 광 밸브 어레이에 대해 멀티뷰 백라이트를 기계적으로 이동시키는 단계를 포함한다. 기계적인 움직임은 멀티뷰 백라이트를 광 밸브 어레이로부터 더 멀리 또는 더 가깝게 이동시키도록 구성된 기계적, 전기적, 전자 기계적 또는 다른 유형의 액츄에이터에 의해 생성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 방법(300)은 머리 추적기를 이용하여 멀티뷰 디스플레이로부터의 사용자의 거리를 결정하는 단계 및 수렴 평면의 위치를 결정된 사용자의 거리에 대응되도록 시프트시키기 위해 멀티뷰 백라이트와 광 밸브 어레이 간의 거리를 조정하는 단계를 더 포함한다. 머리 추적기는 전술한 멀티뷰 디스플레이(100)의 머리 추적기와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 다양한 2차원 및 3차원 머리 추적 시스템들을 포함하는, 머리 추적을 제공하는 다양한 기기들, 시스템들 및 회로들 중 임의의 것이 멀티뷰 디스플레이의 머리 추적기로서 이용될 수 있다. 또한, 머리 추적기의 출력은 멀티뷰 디스플레이의 동작을 수정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 결정된 위치가 액츄에이터에 제공되어, 수렴 평면을 시프트시키기 위해 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브 어레이와 멀티뷰 백라이트 간의 거리가 조정될 수 있다(또는 멀티뷰 디스플레이의 하나 또는 복수의 멀티뷰 백라이트가 선택적으로 활성화될 수 있음).
일부 실시 예들에서, 머리 추적기를 이용하여 멀티뷰 디스플레이로부터의 사용자의 거리를 결정하는 단계는, 복수의 카메라들을 이용하여 사용자의 이미지를 캡쳐하고 멀티뷰 디스플레이로부터의 사용자의 거리를 결정하기 위해 시차 추정을 이용하는 단계, 및 비행 시간 센서에 의해 방출되고 사용자로부터 반사되는 신호의 전파 시간으로부터 멀티뷰 디스플레이로부터의 사용자의 거리를 결정하기 위한 비행 시간 센서를 이용하는 단계 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 비행 시간 센서에 의해 방출되는 신호는 음향 신호 및 광학 신호(예를 들어, 레이저에 의해 방출됨)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
이상에서는, 조정 가능한 수렴 평면을 갖는 멀티뷰 디스플레이 및 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법의 예들 및 실시 예들이 설명되었다. 전술한 예들은 단지 본 명세서에 설명된 원리들을 나타내는 많은 구체적인 예들 중 일부를 예시하는 것임을 이해하여야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의하여 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수 많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (20)

  1. 멀티뷰 디스플레이로서,
    멀티뷰 이미지의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들로서 광을 방출하도록 구성된 멀티뷰 백라이트 - 상기 지향성 광빔들은 상기 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 위치들에 대응되는 수렴 평면 내의 지점들에서 수렴하도록 구성됨 -; 및
    상기 수렴 평면에서의 상기 멀티뷰 이미지의 상기 상이한 뷰들로서 상기 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이를 포함하되,
    상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 거리는 상기 멀티뷰 디스플레이에 대한 상기 수렴 평면의 대응되는 위치를 시프트시키기 위해 조정 가능하도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 이미지의 상기 상이한 뷰들 간의 뷰간 간격은, 상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 조정 가능한 거리 및 상기 수렴 평면의 상기 대응되는 위치의 함수로서 일정하도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수렴 평면에서의 상기 뷰간 간격은 상기 멀티뷰 디스플레이의 사용자에 대한 안구간 거리에 상응하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 거리는 상기 광 밸브 어레이에 대한 상기 멀티뷰 백라이트의 기계적인 움직임을 조정 가능하게 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트는 제 1 멀티뷰 백라이트이고,
    상기 수렴 평면은 상기 멀티뷰 디스플레이의 제 1 수렴 평면이며,
    상기 멀티뷰 디스플레이는 제 2 수렴 평면에서의 상기 멀티뷰 이미지의 상기 상이한 뷰들의 위치들에 대응되는 지점들에서 상기 제 2 수렴 평면 내에 수렴하는 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 제 2 멀티뷰 백라이트를 더 포함하고,
    상기 멀티뷰 디스플레이에 대한 상기 제 2 수렴 평면의 위치는 상기 제 1 수렴 평면의 위치와는 상이한,
    멀티뷰 디스플레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 멀티뷰 백라이트는 상기 제 2 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 사이에 위치하고,
    상기 제 1 멀티뷰 백라이트는 상기 제 2 멀티뷰 백라이트에 의해 제공되는 지향성 광빔들에 대해 투명하며,
    상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 조정 가능한 거리는 상기 제 1 및 제 2 수렴 평면들 중 개별적인 하나 내에 상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 상기 제 1 멀티뷰 백라이트 및 상기 제 2 멀티뷰 백라이트 중 하나를 선택적으로 활성화시키는 것을 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트는,
    도광체의 길이를 따르는 전파 방향으로 광을 안내하도록 구성된 상기 도광체; 및
    상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들 - 상기 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자는 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기와 유사한 크기를 갖고 상기 안내된 광의 일부를 상기 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성됨 -; 을 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 상기 도광체에 광학적으로 연결된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 회절 격자는 상기 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란시키도록 구성되며,
    상기 미세 반사 소자는 상기 안내된 광의 일부를 반사적으로 산란시키도록 구성되고,
    상기 미세 굴절 소자는 상기 안내된 광의 일부를 굴절적으로 산란시키도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이.
  9. 제 1 항의 멀티뷰 디스플레이를 포함하는 멀티뷰 디스플레이 시스템으로서,
    상기 멀티뷰 디스플레이 시스템은 상기 멀티뷰 디스플레이와 사용자 간의 거리를 결정하도록 구성된 머리 추적기를 더 포함하고,
    상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 거리는, 상기 멀티뷰 디스플레이에 대한 상기 사용자의 위치에 대응되도록 상기 수렴 평면의 위치를 시프트시키기 위해 상기 멀티뷰 디스플레이와 상기 사용자 간의 상기 결정된 거리에 따라 조정되도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이 시스템.
  10. 멀티뷰 디스플레이 시스템으로서,
    멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 멀티뷰 백라이트;
    상기 멀티뷰 디스플레이 시스템의 수렴 평면에 상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 상기 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이; 및
    상기 멀티뷰 디스플레이 시스템으로부터의 사용자의 거리를 결정하도록 구성된 머리 추적기를 포함하되,
    상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 거리는 상기 결정된 사용자의 거리에 대응되도록 상기 수렴 평면의 위치를 시프트시키기 위해 상기 결정된 사용자의 거리에 따라 조정 가능하도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수렴 평면에서의 상기 상이한 뷰들 간의 뷰간 간격은 상기 수렴 평면이 시프트됨에 따라 일정하게 유지되도록 구성되고,
    상기 수렴 평면 내의 상기 뷰간 간격은 상기 사용자에 대한 안구간 거리에 상응하는,
    멀티뷰 디스플레이 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트는 상기 광 밸브 어레이로부터 제 1 거리에 있는 상기 멀티뷰 디스플레이 시스템의 제 1 멀티뷰 백라이트이고,
    상기 멀티뷰 디스플레이 시스템은 상기 광 밸브 어레이로부터 제 2 거리에 있는 제 2 멀티뷰 백라이트를 더 포함하며,
    상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리와는 상이하고,
    상기 수렴 평면의 위치는 상기 제 1 멀티뷰 백라이트 및 상기 제 2 멀티뷰 백라이트 중 하나를 선택적으로 활성화시킴으로써 시프트되도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트는,
    도광체의 길이를 따르는 전파 방향으로 광을 안내하도록 구성된 상기 도광체; 및
    상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들 - 상기 복수의 멀티빔 소자들 중 멀티빔 소자는 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기와 유사한 크기를 갖고 상기 안내된 광의 일부를 상기 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성됨 -; 을 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 머리 추적기는 시차 추정을 이용하여 사용자 위치를 결정하도록 구성된 복수의 카메라들 및 상기 사용자로부터 반사되는 신호의 전파 시간을 이용하여 거리를 결정하도록 구성된 비행 시간(time-of-flight) 센서 중 하나 이상을 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이 시스템.
  15. 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법으로서,
    멀티뷰 백라이트를 이용하여 멀티뷰 이미지의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들로서 광을 방출하는 단계 - 상기 지향성 광빔들은 상기 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 위치들에 대응되는 수렴 평면 내의 지점들에서 수렴함 -;
    상기 수렴 평면에서의 상기 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하기 위해 광 밸브 어레이를 이용하여 상기 지향성 광빔들을 변조하는 단계; 및
    상기 멀티뷰 디스플레이에 대한 상기 수렴 평면의 위치를 시프트시키기 위해 상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 간격을 조정하는 단계
    를 포함하는 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트를 이용하여 광을 방출하는 단계는,
    도광체 내에서 광을 안내된 광으로서 안내하는 단계; 및
    멀티빔 소자들의 어레이를 이용하여 상기 도광체로부터 상기 안내된 광의 일부를 상기 지향성 광빔들로서 산란시키는 단계 - 상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자의 크기는 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기와 유사함 - 를 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 상기 도광체에 광학적으로 연결된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 회절 격자는 상기 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란시키도록 구성되며,
    상기 미세 반사 소자는 상기 안내된 광의 일부를 반사적으로 산란시키도록 구성되고,
    상기 미세 굴절 소자는 상기 안내된 광의 일부를 굴절적으로 산란시키도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 거리를 조정하는 단계는, 상기 광 밸브 어레이에 대해 상기 멀티뷰 백라이트를 기계적으로 이동시키는 단계를 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    머리 추적기를 이용하여 상기 멀티뷰 디스플레이로부터의 사용자의 거리를 결정하는 단계; 및
    상기 수렴 평면을 상기 결정된 사용자의 거리에 대응되는 위치로 시프트시키기 위해 상기 멀티뷰 백라이트와 상기 광 밸브 어레이 간의 거리를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 머리 추적기를 이용하여 상기 멀티뷰 디스플레이로부터의 사용자의 거리를 결정하는 단계는,
    복수의 카메라들을 이용하여 상기 사용자의 이미지를 캡쳐하고 시차 추정을 이용하여 상기 멀티뷰 디스플레이로부터의 상기 사용자의 거리를 결정하는 단계; 및
    비행 시간 센서를 이용하여 상기 비행 시간 센서로부터 방출되고 상기 사용자로부터 반사되는 신호의 전파 시간으로부터 상기 멀티뷰 디스플레이로부터의 상기 사용자의 거리를 결정하는 단계
    중 하나 이상을 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
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