KR20220044362A - 지향성 백라이트 - Google Patents

지향성 백라이트 Download PDF

Info

Publication number
KR20220044362A
KR20220044362A KR1020227009051A KR20227009051A KR20220044362A KR 20220044362 A KR20220044362 A KR 20220044362A KR 1020227009051 A KR1020227009051 A KR 1020227009051A KR 20227009051 A KR20227009051 A KR 20227009051A KR 20220044362 A KR20220044362 A KR 20220044362A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
window
parallax
directional
waveguide
Prior art date
Application number
KR1020227009051A
Other languages
English (en)
Inventor
그레이엄 제이. 우드게이트
조나단 해럴드
마이클 지. 로빈슨
Original Assignee
리얼디 스파크, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 리얼디 스파크, 엘엘씨 filed Critical 리얼디 스파크, 엘엘씨
Priority to KR1020237014290A priority Critical patent/KR20230060544A/ko
Publication of KR20220044362A publication Critical patent/KR20220044362A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • G02B30/28—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays involving active lenticular arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/30—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving parallax barriers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/30—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving parallax barriers
    • G02B30/31—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving parallax barriers involving active parallax barriers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0045—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G02B6/0046—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide
    • G02B6/0048—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide with stepwise taper
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/366—Image reproducers using viewer tracking

Abstract

지향성 디스플레이는 도파관을 포함할 수 있다. 도파관은 광원의 어레이로부터의 광을 전반사에 의해 관찰 윈도우의 어레이로 지향시키도록 구성되는 광 추출 특징부, 및 도파관으로부터의 광을 도파관의 추출 특징부를 통한 투과에 의해 동일한 관찰 윈도우의 어레이로 지향시키도록 구성되는 반사기를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기와 패럴랙스 요소를 포함하는 추가의 공간 다중화 디스플레이 디바이스가 도파관으로부터의 조명과 협력하도록 구성된다. 낮은 크로스토크와 높은 해상도를 갖는 효율적이고 밝은 무안경 입체 디스플레이 시스템이 달성될 수 있다.

Description

지향성 백라이트{DIRECTIONAL BACKLIGHT}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2014년 3월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 백라이트(Directional backlight)"인 미국 가특허 출원 제61/968,935호(대리인 참조 번호 371000)와 관련되고 그것에 대한 우선권을 주장한다. 또한, 본 출원은, 모두 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2011년 11월 18일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 평판 조명기(Directional flat illuminators)"인 미국 특허 출원 제13/300,293호(대리인 참조 번호 95194936.281001); 2013년 10월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "가로 및 세로 작동 모드를 갖는 시간 다중화 디스플레이(Temporally multiplexed display with landscape and portrait operation modes)"인 미국 특허 출원 제14/044,767호(대리인 참조 번호 95194936.339001); 2013년 12월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 디스플레이를 위한 슈퍼렌즈 구성요소(Superlens component for directional display)"인 미국 특허 출원 제14/137,569호(대리인 참조 번호 95194936.351001); 2014년 2월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 백라이트(Directional backlight)"인 미국 특허 출원 제14/186,862호(대리인 참조 번호 95194936.355001); 및 2013년 5월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 광원을 위한 제어 시스템(Control system for a directional light source)"인 미국 특허 출원 제13/897191호(대리인 참조 번호 95194936.362001)와 관련된다.
본 개시는 일반적으로 광 변조 디바이스(light modulation device)의 조명에 관한 것이며, 더 구체적으로는 2D, 3D, 및/또는 무안경 입체(autostereoscopic) 디스플레이 디바이스에 사용하기 위해 국소화된 광원으로부터 대면적 조명을 제공하기 위한 도광체(light guide)에 관한 것이다.
공간 다중화(spatially multiplexed) 무안경 입체 디스플레이는 전형적으로 렌티큘러 스크린(lenticular screen) 또는 패럴랙스 배리어(parallax barrier)와 같은 패럴랙스 구성요소를 공간 광 변조기(spatial light modulator), 예를 들어 LCD 상에 적어도 픽셀(pixel)들의 제1 및 제2 세트로서 배열된 이미지들의 어레이와 정렬시킨다. 패럴랙스 구성요소는 픽셀들의 세트들 각각으로부터의 광을 상이한 각자의 방향으로 지향시켜 디스플레이의 전방에 제1 및 제2 관찰 윈도우(viewing window)를 제공한다. 눈이 제1 관찰 윈도우 내에 놓인 상태에서 관찰자는 픽셀들의 제1 세트로부터의 광으로 제1 이미지를 볼 수 있고; 눈이 제2 관찰 윈도우 내에 놓인 상태에서 픽셀들의 제2 세트로부터의 광으로 제2 이미지를 볼 수 있다.
그러한 디스플레이는 공간 광 변조기의 기본 해상도에 비해 감소된 공간 해상도를 갖고, 또한 관찰 윈도우의 구조는 픽셀 개구(pixel aperture) 형상 및 패럴랙스 구성요소 이미지 형성 기능에 의해 결정된다. 예를 들어 전극에 대한 픽셀들 사이의 갭(gap)은 전형적으로 불균일한 관찰 윈도우를 생성한다. 바람직하지 않게도, 그러한 디스플레이는 관찰자가 디스플레이에 대해 측방향으로 이동함에 따라 이미지 깜박거림을 보이며, 따라서 디스플레이의 관찰 자유도를 제한한다. 그러한 깜박거림은 광학 요소를 탈초점화(defocusing)시킴으로써 감소될 수 있지만; 그러한 탈초점화는 이미지 크로스토크(image cross talk)의 증가된 수준을 초래하고 관찰자에 대한 시각적 부담을 증가시킨다. 그러한 깜박거림은 픽셀 개구의 형상을 조절함으로써 감소될 수 있지만, 그러한 변화는 디스플레이 휘도를 감소시킬 수 있고, 공간 광 변조기 내에 어드레싱(addressing) 전자 장치를 포함할 수 있다.
공간 다중화 디스플레이에 대한 대안으로서, 시간 다중화(temporally multiplexed) 디스플레이는, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 특허 출원 제13/300,293호에 기술된 것과 같은 지향성 백라이트(directional backlight)를 포함할 수 있다. 그러한 시간 다중화 디스플레이는 바람직하지 않게도 백라이트 내의 도파관(waveguide) 구성요소로부터 높은 공간 및 각도 균일성을 달성하도록 배열된 구성요소로부터의 산란으로 인해 크로스토크를 제공할 수 있다. 또한, 고속 스위칭 공간 광 변조기가 요구되어, 비용과 복잡성을 증가시킨다. 고속 스위칭 공간 광 변조기에서의 시간 크로스토크는 이미지 크로스토크를 더욱 열화시킬 수 있다. 2D 작동 시에, 그러한 지향성 백라이트는 또한 종래의 광각 백라이트에 비해 높은 조명 효율과 높은 휘도를 달성할 수 있다. 2D 작동 모드에서의 높은 효율과 휘도의 이점을 유지하면서 지향성 백라이트를 사용하여 무안경 입체 디스플레이의 크로스토크를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시의 제1 태양에 따르면, 지향성 디스플레이 디바이스는 지향성 백라이트로서, 지향성 백라이트는, 도파관으로서, 도파관을 따라 입력 광을 안내하기 위한 대향된 제1 및 제2 안내 표면들을 포함하는, 상기 도파관, 및 도파관을 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치들에서 입력 광을 생성하도록 배열된 광원들의 어레이를 포함하고, 제2 안내 표면은 도파관을 통해 안내되는 광을 출력 광으로서 제1 안내 표면을 통해 도파관 밖으로 편향시키도록 배열되고, 도파관은 출력 광을 입력 광의 입력 위치에 의존하여 측방향으로 분포된 출력 방향들로 광학 윈도우(optical window)들 내로 지향시키도록 배열되는, 상기 지향성 백라이트; 도파관으로부터 출력 광을 수광하도록 그리고 이미지를 디스플레이하기 위해 출력 광을 변조시키도록 배열된 픽셀들의 어레이를 포함하는 투과성 공간 광 변조기; 및 공간 광 변조기와 직렬로 존재하는, 공간 광 변조기의 픽셀들로부터의 광을 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 배열된 패럴랙스 요소(parallax element)를 포함할 수 있다.
패럴랙스 배리어 디스플레이들과의 비교로서, 지향성 백라이트들은 높은 해상도와 감소된 두께를 제공할 수 있다. 그러나, 디스플레이 사용을 위한 바람직한 특성을 달성하기 위해, 지향성 백라이트의 광학 윈도우 출력과, 투과성 공간 광 변조기 및 패럴랙스 요소를 포함하는 공간 다중화 디스플레이의 관찰 윈도우를 조합함으로써 이미지 크로스토크에 있어서의 상당한 감소가 달성될 수 있는 것이 인식되었다. 그러한 디스플레이는 무안경 입체 디스플레이 사용에 대한 증가된 편안함과, 이중 뷰(dual view) 디스플레이 시스템의 이미지들 사이의 감소된 고스팅(ghosting)을 달성한다.
높은 이미지 콘트라스트와 가시성이 실외와 같은 고 조도 환경에서의 사용을 위해 달성될 수 있다. 요구되는 디스플레이 휘도를 위해, 무안경 입체 및 2D 광각 작동 모드를 위한 비-지향성 백라이트에 비해 감소된 디스플레이 전력 소비가 제공될 수 있다. 광각 및 지향성 작동 모드에서 높은 공간 및 각도 균일성이 달성될 수 있다.
패럴랙스 요소는 패럴랙스 배리어일 수 있거나 렌티큘러 어레이(lenticular array)일 수 있다. 렌티큘러 어레이는 액정 렌티큘러 어레이(liquid crystal lenticular array)일 수 있다. 패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있다. 패럴랙스 요소는 액정 배리어 요소 어레이(liquid crystal barrier element array)이다. 패럴랙스 요소는 광을 차단하거나 투과시키고, 이에 의해 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능한 배리어 요소들의 어레이를 포함하는 패럴랙스 배리어일 수 있다. 패럴랙스 요소는 등급화된 굴절률(graded index) 액정 렌티큘러 어레이일 수 있다. 액정 렌티큘러 어레이를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스는 액정 렌티큘러 어레이의 적어도 일부를 투과 작동 모드와 렌징(lensing) 작동 모드 사이에서 스위칭하도록 배열된 편광 스위칭 요소(polarization switching element)를 추가로 포함할 수 있다.
지향성 백라이트 디스플레이를 위한 관찰 윈도우들의 광학 품질은 축외(off-axis) 관찰 위치들에 대해 제공될 수 있고, 스위칭가능한 2D-3D 작동이 얻어질 수 있다.
지향성 백라이트에 의해 제공되는 광학 윈도우들과 패럴랙스 요소에 의해 제공되는 관찰 윈도우들은 서로에 대해 0이 아닌 예각으로 연장될 수 있다. 상기 0이 아닌 예각은 25 내지 65도, 30 내지 60도, 35 내지 55도, 또는 40 내지 50도의 범위의 각도일 수 있다.
가로(landscape) 및 세로(portrait) 배향들에서 효율적인 무안경 입체 작동을 제공할 수 있는 디스플레이가 달성될 수 있다.
패럴랙스 요소와 공간 광 변조기는 불균일한 측방향 윈도우 휘도 분포를 갖는 관찰 윈도우들을 생성하도록 협력할 수 있고, 지향성 백라이트는 불균일한 그리고 관찰 윈도우들의 측방향 윈도우 휘도 분포의 불균일성을 보상하는 측방향 윈도우 휘도 분포를 갖는 광학 윈도우들을 생성하도록 배열될 수 있다.
지향성 백라이트는 광원들 위에 배치되는 그리고 지향성 백라이트에 의해 생성되는 광학 윈도우들의 불균일한 측방향 윈도우 휘도 분포를 제공하도록 측방향으로 달라지는 투과율을 갖는 투과 요소를 추가로 포함할 수 있다.
디스플레이에 대해 움직이는 관찰자에 대한 디스플레이 깜박거림이 감소될 수 있음과 동시에, 이미지 크로스토크의 바람직한 수준을 달성할 수 있다.
제1 안내 표면은 광을 전반사(total internal reflection)에 의해 안내하도록 배열될 수 있고, 제2 안내 표면은 도파관을 통해 안내되는 광을 출력 광으로서 제1 안내 표면을 통한 출사를 허용하는 방향들로 지향시키도록 배향된 복수의 광 추출 특징부(light extraction feature)들, 및 광을 도파관을 통해 안내하도록 배열된, 광 추출 특징부들 사이의 중간 영역들을 포함할 수 있다. 제2 안내 표면은 상기 광 추출 특징부들인 소면(facet)들 및 중간 영역들을 포함하는 단차형 형상(stepped shape)을 가질 수 있다. 지향성 백라이트는 도파관의 복수의 소면들을 통해 투과되는, 광원들로부터의 광을 다시 도파관을 통해 반사하여, 제1 안내 표면을 통해 상기 광학 윈도우들 내로 출사하게 하도록 배열된 반사 소면들의 선형 어레이를 포함하는 후방 반사기를 추가로 포함할 수 있다. 광 추출 특징부들은 측방향으로 양의 광파워(optical power)를 가질 수 있다.
제1 안내 표면은 광을 전반사에 의해 안내하도록 배열될 수 있고, 제2 안내 표면은, 실질적으로 평탄할 수 있고, 제1 안내 표면을 통해 광을 출력하기 위해 그 전반사를 파괴하는 방향들로 광을 지향시키도록 비스듬히 경사질 수 있으며, 디스플레이 디바이스는 광을 제1 안내 표면에 대한 법선을 향해 편향시키기 위해 도파관의 제1 안내 표면을 가로질러 연장되는 편향 요소(deflection element)를 추가로 포함할 수 있다. 도파관은 입력 광을 다시 도파관을 통해 반사하기 위한 반사 단부를 추가로 포함할 수 있으며, 제2 안내 표면은 광을 반사 단부로부터의 반사 후에 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 편향시키도록 배열된다. 반사 단부는 측방향으로 양의 광파워를 가질 수 있다.
본 개시의 제2 태양에 따르면, 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 지향성 디스플레이 디바이스; 및 광을 관찰자에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우들 내로 지향시키도록 광원들을 제어하도록 배열되는 제어 시스템을 포함하는, 지향성 디스플레이 장치가 제공된다. 제어 시스템은 공간 광 변조기를 제어하도록 추가로 배열될 수 있다. 지향성 디스플레이 장치는 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치일 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소는 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터의 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 배열될 수 있고; 제어 시스템은 좌안 및 우안 이미지들을 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 디스플레이하도록 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있으며; 제어 시스템은 광을 관찰자의 좌안 및 우안 둘 모두에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우 내로 지향시키도록 광원들을 제어하도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 지향성 백라이트는 각자의 광학 및 관찰 윈도우들이 협력하도록 배열될 수 있도록 공간 광 변조기와 패럴랙스 요소에 조명을 제공하여, 개선된 크로스토크 특성을 달성할 수 있다. 슈도스코픽 구역(pseudoscopic zone)들이 감소되거나 제거될 수 있고, 크로스토크가 감소될 수 있다.
패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고, 제어 시스템은 광을 좌측 및 우측 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 패럴랙스 요소를 제어하도록 추가로 배열될 수 있다.
유리하게도, 지향성 백라이트만을 포함하는 시간 다중화 디스플레이에 의해 제공될 수 있는 것보다 더 넓은 범위의 관찰 위치들로부터 무안경 입체 이미지들이 움직이는 관찰자에게 제공될 수 있다.
패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고; 제어 시스템은 광을 (a) 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 관찰 윈도우들 내로, 그리고 (b) 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터 관찰자의 우안 및 좌안에 의한 관찰을 위해 역(reversed) 우안 및 좌안 관찰 윈도우들 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소를 제어하도록 배열될 수 있으며; 제어 시스템은 (a) 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터의 광이 좌안 및 우안 관찰 윈도우들 내로 지향될 때, 각각, 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 좌안 및 우안 이미지들을, 그리고 (b) 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터의 광이 역 우안 및 좌안 관찰 윈도우들 내로 지향될 때, 각각, 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 우안 및 좌안 이미지들을, 패럴랙스 요소의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있고; 제어 시스템은 광을 관찰자의 양안들에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우 내로 지향시키도록 광원들을 제어하도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 무안경 입체 이미지 해상도가 증가될 수 있고, 슈도스코픽 구역들이 감소되거나 제거될 수 있다.
패럴랙스 요소는 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터의 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 배열될 수 있고; 제어 시스템은 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우들 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 광원들을 제어하도록 배열될 수 있으며; 제어 시스템은 (a) 광원들이 광을 좌안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 좌안 이미지 및 블랭크(blank) 이미지를, 그리고 (b) 광원들이 광을 우안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 블랭크 이미지 및 우안 이미지를, 광원들의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 시간 다중화 디스플레이로부터의 크로스토크가 더욱 감소될 수 있다.
패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고, 제어 시스템은 광을 좌측 및 우측 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 패럴랙스 요소를 제어하도록 추가로 배열될 수 있다.
패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있으며; 여기서 제어 시스템은 광을 (i) 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해, 각각, 좌안 및 우안 관찰 윈도우들 내로, 그리고 (ii) 공간 다중화 픽셀들의 제1 및 제2 세트들로부터 관찰자의 우안 및 좌안에 의한 관찰을 위해, 각각, 우안 및 좌안 관찰 윈도우들 내로, 시간 다중화 방식으로 지향시키도록 패럴랙스 요소를 제어하도록 배열될 수 있으며; 제어 시스템은 (i) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 좌안 관찰 윈도우 내로 그리고 픽셀들의 제2 세트로부터 우안 관찰 윈도우 내로 지향시키는 동안에, 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우들 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록, 그리고 (ii) 또한 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 우안 관찰 윈도우 내로 그리고 픽셀들의 제2 세트로부터 좌안 관찰 윈도우 내로 지향시키는 동안에, 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우들 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 광원들을 제어하도록 배열될 수 있고; 제어 시스템은 (i) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 좌안 관찰 윈도우 내로 그리고 픽셀들의 제2 세트로부터 우안 관찰 윈도우 내로 지향시키는 동안에, (a) 광원들이 광을 좌안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 좌안 이미지 및 블랭크 이미지를, 그리고 (b) 광원들이 광을 우안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 블랭크 이미지 및 우안 이미지를, 광원들의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록, 그리고 (ii) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 우안 관찰 윈도우 내로 그리고 픽셀들의 제2 세트로부터 좌안 관찰 윈도우 내로 지향시키는 동안에, (a) 광원들이 광을 좌안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 블랭크 이미지 및 좌안 이미지를, 그리고 (b) 광원들이 광을 우안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 우안 이미지 및 블랭크 이미지를, 광원들의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 크로스토크가 감소되고, 무안경 입체 이미지 해상도가 공간 광 변조기와 동일할 수 있다.
패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고; 제어 시스템은 광을 (i) 픽셀들의 제2 세트와 공간 다중화된 픽셀들의 제1 세트로부터 관찰자의 좌안에 의한 관찰을 위해 좌안 관찰 윈도우 내로, 그리고 (ii) 픽셀들의 제1 세트로부터 관찰자의 우안에 의한 관찰을 위해 우안 관찰 윈도우 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소를 제어하도록 배열될 수 있으며; 제어 시스템은 (i) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 좌안 관찰 윈도우 내로 지향시킬 때 관찰자의 좌안에 의한 관찰을 위해 좌안 광학 윈도우 내로, 그리고 (ii) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 우안 관찰 윈도우 내로 지향시킬 때 관찰자의 우안에 의한 관찰을 위해 우안 광학 윈도우 내로, 패럴랙스 요소의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 광원들을 제어하도록 배열될 수 있고; 제어 시스템은 (i) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 좌안 관찰 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 좌안 이미지 및 블랭크 이미지를, 그리고 (ii) 패럴랙스 요소가 광을 픽셀들의 제1 세트로부터 우안 관찰 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀들의 제1 및 제2 세트들 상에 우안 이미지 및 블랭크 이미지를, 패럴랙스 요소의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 패널 스위칭 특성에 기인하는 크로스토크가 더욱 감소될 수 있다.
패럴랙스 요소는 관찰 윈도우들의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고; 제어 시스템은 광을 (a) 모든 픽셀들로부터 관찰자의 좌안에 의한 관찰을 위해 좌안 관찰 윈도우 내로, 그리고 (b) 모든 픽셀들로부터 관찰자의 우안에 의한 관찰을 위해 우안 관찰 윈도우 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소를 제어하도록 배열될 수 있으며; 제어 시스템은 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우들 내로, 패럴랙스 요소의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 광원들을 제어하도록 배열될 수 있고; 제어 시스템은 (a) 패럴랙스 요소가 광을 좌안 관찰 윈도우 내로 지향시킬 때 모든 픽셀들 상에 좌안 이미지를, 그리고 (b) 패럴랙스 요소가 광을 우안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때 모든 픽셀들 상에 우안 이미지를, 패럴랙스 요소 및 광원들의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 무안경 입체 이미지의 해상도가 공간 광 변조기와 동일할 수 있고, 크로스토크가 감소되며, 시간 다중화 공간 광 변조기가 무안경 입체 이미지 프레임률(frame rate)의 2배로 작동하도록 배열될 수 있다.
따라서, 백라이트, 패럴랙스 요소 및 공간 광 변조기의 제어가 관찰자의 디스플레이 사용에 정합하도록 다양한 바람직한 무안경 입체 디스플레이 특성들 사이에서 스위칭하도록 제공될 수 있다.
지향성 디스플레이 장치는 관찰자의 머리의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템을 추가로 포함할 수 있으며, 이때 제어 시스템은 관찰자의 머리의 검출된 위치에 따라 광원들을 제어하도록 배열된다.
지향성 디스플레이 장치는 관찰자의 머리의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템을 추가로 포함할 수 있으며, 이때 제어 시스템은 관찰자의 머리의 검출된 위치에 따라 광원들 및 패럴랙스 요소를 제어하도록 배열된다.
본 명세서의 실시예들은 대면적 및 얇은 구조를 갖는 무안경 입체 디스플레이를 제공할 수 있다. 또한, 기술될 바와 같이, 본 개시의 도파관들은 큰 후방 작동 거리들을 갖는 얇은 광학 구성요소들을 달성할 수 있다. 그러한 구성요소들은 무안경 입체 디스플레이들을 비롯한 지향성 디스플레이들을 제공하기 위해 지향성 백라이트들에 사용될 수 있다. 또한, 실시예들은 효율적인 무안경 입체 디스플레이와, 효율적인 2D 디스플레이, 고 휘도 2D 디스플레이 또는 프라이버시 기능을 달성하는 2D 디스플레이들의 목적을 위해 제어식 조명기를 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 다양한 광학 시스템에 사용될 수 있다. 실시예는 다양한 프로젝터, 프로젝션 시스템, 광학 구성요소, 디스플레이, 마이크로디스플레이, 컴퓨터 시스템, 프로세서, 자급식(self-contained) 프로젝터 시스템, 시각 및/또는 시청각 시스템, 및 전기 및/또는 광학 디바이스를 포함하거나 그것과 함께 작동할 수 있다. 본 개시의 태양은 광학 및 전기 디바이스, 광학 시스템, 프리젠테이션 시스템, 또는 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있는 임의의 장치에 관련된 사실상 임의의 장치와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 광학 시스템, 시각 및/또는 광학 프리젠테이션에 사용되는 디바이스, 시각 주변 장치 등에 그리고 다수의 컴퓨팅 환경에 채용될 수 있다.
개시되는 실시예로 상세히 진행하기 전에, 본 개시는 다른 실시예가 가능하게 하기 때문에, 본 개시는 그것의 응용 또는 생성에 있어서 도시된 특정 배열의 상세 사항으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 또한, 본 개시의 태양들은 그 자체로 특유한 실시예를 한정하기 위해 상이한 조합 및 배열로 기재될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어는 제한이 아닌 설명의 목적을 위한 것이다.
지향성 백라이트는 전형적으로 광도파관(optical waveguide)의 입력 개구측에 배열되는 독립적인 LED 광원들의 변조를 통해 제어되는 실질적으로 전체 출력 표면으로부터 나오는 조명에 대한 제어를 제공한다. 방출 광 방향 분포를 제어하는 것은 디스플레이를 주로 또는 단지 제한된 범위의 각도로부터 단일 관찰자가 볼 수 있는 보안 기능을 위한 1인 관찰; 조명이 작은 각도 방향 분포에 걸쳐 제공될 수 있는 높은 전기 효율; 시계열적 입체 및 무안경 입체 디스플레이를 위한 교번하는 좌안 및 우안 관찰; 및 낮은 비용을 달성할 수 있다.
본 개시의 이들 및 다른 이점과 특징이 본 개시를 전체적으로 읽을 때 당업자에게 명백하게 될 것이다.
실시예가 첨부 도면에 예로서 예시되며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 지시한다.
도 1a는 본 개시에 따른, 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서의 광 전파의 정면도를 예시한 개략도.
도 1b는 본 개시에 따른, 도 1a의 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서의 광 전파의 측면도를 예시한 개략도.
도 2a는 본 개시에 따른, 지향성 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서의 광 전파의 평면도로 예시한 개략도.
도 2b는 본 개시에 따른, 도 2a의 지향성 디스플레이 디바이스의 정면도로 광 전파를 예시한 개략도.
도 2c는 본 개시에 따른, 도 2a의 지향성 디스플레이 디바이스의 측면도로 광 전파를 예시한 개략도.
도 3은 본 개시에 따른, 지향성 디스플레이 디바이스의 측면도로 예시한 개략도.
도 4a는 본 개시에 따른, 만곡된 광 추출 특징부를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스에서의 관찰 윈도우의 생성을 정면도로 예시한 개략도.
도 4b는 본 개시에 따른, 만곡된 광 추출 특징부를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제1 및 제2 관찰 윈도우의 생성을 정면도로 예시한 개략도.
도 5는 본 개시에 따른, 선형 광 추출 특징부를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제1 관찰 윈도우의 생성을 예시한 개략도.
도 6a는 본 개시에 따른, 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제1 관찰 윈도우의 생성의 일 실시예를 예시한 개략도.
도 6b는 본 개시에 따른, 제2 시간 슬롯(time slot)에서 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도.
도 6c는 본 개시에 따른, 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제1 및 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도.
도 7은 본 개시에 따른, 관찰자 추적 무안경 입체 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도.
도 8은 본 개시에 따른, 다중-관찰자 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도.
도 9는 본 개시에 따른, 프라이버시 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도.
도 10은 본 개시에 따른, 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도.
도 11a는 본 개시에 따른, 단차형 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도.
도 11b는 본 개시에 따른, 웨지 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도.
도 12a는 본 개시에 따른, 공간 광 변조기와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도.
도 12b는 본 개시에 따른, 공간 광 변조기 및 정렬된 후방 패럴랙스 요소와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도.
도 13a는 본 개시에 따른, 공간 광 변조기 및 정렬된 후방 패럴랙스 요소를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도.
도 13b는 본 개시에 따른, 도 13a의 광학 스택(optical stack)에서의 편광 방향의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 14는 본 개시에 따른, 공간 광 변조기, 및 인셀 편광기(in-cell polarizer)를 추가로 포함하는 정렬된 후방 패럴랙스 요소를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도.
도 15a와 도 15b는 본 개시에 따른, 공간 광 변조기, 및 인셀 편광기를 추가로 포함하는 정렬된 후방 패럴랙스 요소를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도.
도 16a와 도 16b는 본 개시에 따른, 슬롯 영역을 포함하는 패럴랙스 배리어의 구조를 정면도로 예시한 개략도.
도 17a 내지 도 17e는 본 개시에 따른, 슬롯 영역을 포함하는 패럴랙스 배리어의 구조를 정면도로 예시한 개략도.
도 18은 본 개시에 따른, 공간 광 변조기 및 정렬된 전방 패럴랙스 요소와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도.
도 19a는 본 개시에 따른, 그레이 스케일 어드레싱된(grey scale addressed) 슬롯 영역을 포함하는 패럴랙스 배리어의 구조를 정면도로 예시한 개략도.
도 19b와 도 19c는 본 개시에 따른, 측방향으로 증가된 측방향 크기(extent)로 배열된 슬롯 영역을 포함하는 패럴랙스 배리어의 구조를 정면도로 예시한 개략도.
도 20은 본 개시에 따른, 갭 스위칭 슬롯 영역(gap switching slot region)을 포함하는 스위칭가능 패럴랙스 배리어의 구조를 평면도로 예시한 개략도.
도 21은 본 개시에 따른, 프린지 필드 스위칭 슬롯 영역(fringe field switching slot region)을 포함하는 스위칭가능 패럴랙스 배리어의 구조를 평면도로 예시한 개략도.
도 22는 본 개시에 따른, 도 12b의 스위칭가능 무안경 입체 디스플레이의 세로 모드에서의 광학 윈도우의 배열을 사시 정면도로 예시한 개략도.
도 23a 내지 도 23c는 본 개시에 따른, 도 12b의 스위칭가능 무안경 입체 디스플레이의 가로 모드에서의 광학 윈도우의 배열을 사시 정면도로 예시한 개략도.
도 24a와 도 24b는 본 개시에 따른, 패럴랙스 요소가 완전히 투과성인 도 12b의 스위칭가능 디스플레이의 2D 관찰 윈도우의 배열을 평면도로 예시한 개략도.
도 24c는 본 개시에 따른, 도 24a의 배열에 대한 관찰 윈도우 프로파일을 예시한 개략 그래프.
도 25a는 본 개시에 따른, 투 뷰 공간 다중화(two view spatial multiplexing)를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 25b는 본 개시에 따른, 포 뷰 공간 다중화(four view spatial multiplexing)를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 25c는 본 개시에 따른, 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 25d는 본 개시에 따른, 도 25a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 광학 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 26a는 본 개시에 따른, 투 뷰 공간 다중화를 위한 지향성 조명과 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 조합된 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 26b는 본 개시에 따른, 도 26a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 광학 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 27a는 본 개시에 따른, 투 뷰 공간 다중화 및 시간 뷰 다중화(temporal view multiplexing)를 위한 지향성 조명과 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 조합된 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 27b는 본 개시에 따른, 투 뷰 공간 다중화 및 시간 뷰 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 27c 내지 도 27e는 본 개시에 따른, 다수의 관찰자를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 평면도로 예시한 개략도.
도 28은 본 개시에 따른, 관찰자 추적을 갖는 투 뷰 공간 다중화를 위한 지향성 조명과 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 조합된 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 29a는 본 개시에 따른, 관찰자 추적을 갖는 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 29b는 본 개시에 따른, 포 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 30은 본 개시에 따른, 도 29a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 광학 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 31은 본 개시에 따른, 감소된 슬릿 폭을 갖는 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 32는 본 개시에 따른, 보상 휘도 분포를 추가로 포함하는, 도 29a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 33a와 도 33b는 본 개시에 따른, 보상 특징부를 포함하는 LED 어레이를 측면도와 정면도로 예시한 개략도.
도 34는 본 개시에 따른, 도 33a의 LED 어레이를 가로지른 위치에 대한 보상 특징부 투과율의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 35는 본 개시에 따른, 도 33a와 도 33b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 36은 본 개시에 따른, 관찰 윈도우 휘도 분포 보상 특징을 달성하기 위한 LED 어레이의 어드레싱을 측면도로 예시한 개략 그래프.
도 37a는 본 개시에 따른, 지향성 백라이트로부터의 지향성 조명의 시간 다중화 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 37b는 본 개시에 따른, 패럴랙스 요소 및 정렬된 공간 광 변조기의 시간 다중화 출력과 협력하는 지향성 백라이트로부터의 지향성 조명의 시간 다중화 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 37c는 본 개시에 따른, 블랙 픽셀 칼럼(pixel column)을 포함하는 투 뷰 공간 다중화와 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 37d는 본 개시에 따른, 고정된 위치의 블랙 픽셀 칼럼 및 낮은 크로스토크를 갖는 증가된 디스플레이 해상도를 제공하도록 추가로 배열된 시간 다중화 패럴랙스 요소를 포함하는 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 37e는 본 개시에 따른, 블랙 픽셀 칼럼을 포함하는 투 뷰 공간 다중화와 낮은 크로스토크를 갖는 증가된 디스플레이 해상도를 제공하도록 추가로 배열된 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 38a 내지 도 38c는 본 개시에 따른, 도 37b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 39a 내지 도 39c는 본 개시에 따른, 관찰자 추적을 갖는 도 37b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프.
도 40a는 본 개시에 따른, 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 영역이 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 마스크에 의해 제공되는, 투 뷰 공간 다중화와 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 40b는 본 개시에 따른, 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 영역이 픽셀 개구 폭과 동일한 폭인 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 마스크에 의해 제공되는, 투 뷰 공간 다중화와 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 41a는 본 개시에 따른, 본 시간 및 공간 다중화 실시예에 사용하기 위한 시간 다중화 공간 광 변조기에서의 픽셀 칼럼의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도.
도 41b는 본 개시에 따른, 본 시간 및 공간 다중화 실시예에 사용하기 위한 시간 다중화 공간 광 변조기에서의 패럴랙스 요소의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도.
도 42a는 본 개시에 따른, 본 공간 다중화 실시예에 사용하기 위한 시간 다중화 공간 광 변조기에서의 패럴랙스 배리어 슬롯의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도.
도 42b는 본 개시에 따른, 본 공간 다중화 실시예에 사용하기 위한 패럴랙스 배리어의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도.
도 43a 내지 도 43c는 본 개시에 따른, 지향성 백라이트 내의 광 방출 요소의 스위칭을 위한 조명 펄스의 개략 타이밍 다이어그램.
도 44는 본 개시에 따른, 멀티-뷰 공간 다중화(multi-view spatially multiplexed) 실시예에서 공간 광 변조기와 정렬된 경사진 패럴랙스 요소의 배열을 정면도로 예시한 개략도.
도 45는 본 개시에 따른, 도 44의 배열의 이미지 외양을 정면도로 예시한 개략도.
도 46a와 도 46b는 본 개시에 따른, 지향성 백라이트로부터의 광학 윈도우의 정렬과 함께 도 44의 배열로부터의 광학 윈도우의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 47은 본 개시에 따른, 시간 다중화 관찰 윈도우를 추가로 포함하는 지향성 백라이트로부터의 광학 윈도우의 정렬과 함께 도 44의 배열로부터의 광학 윈도우의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 48은 본 개시에 따른, 공간 광 변조기 및 정렬된 전방 렌티큘러 어레이와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도.
도 49는 본 개시에 따른, 스위칭가능 렌티큘러 어레이의 작동을 사시 정면도로 예시한 개략도.
도 50 내지 도 53은 본 개시에 따른, 스위칭가능 등급화된 굴절률 렌티큘러 어레이의 배열을 측면도로 예시한 개략도.
도 54와 도 55는 본 개시에 따른, 가로 및 세로 무안경 입체 작동 모드를 달성하도록 배열된 스위칭가능 무안경 입체 디스플레이의 작동을 사시 정면도로 예시한 개략도.
도 56은 본 개시에 따른, 공간 광 변조기 및 2개의 스위칭가능 패럴랙스 배리어 어레이와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도.
도 57은 본 개시에 따른, 공간 광 변조기와 2개의 정렬된 스위칭가능 패럴랙스 배리어 어레이의 구조를 평면도로 예시한 개략도.
도 58a와 도 58b는 본 개시에 따른, 45도 윈도우 배향을 갖는, 패럴랙스 요소 및 정렬된 공간 광 변조기로부터의 가로 배향의 광학 윈도우 어레이, 및 지향성 백라이트로부터의 정렬된 광학 윈도우를 정면도로 예시한 개략도.
도 59a는 본 개시에 따른, 세로 배향 이미지를 정면도로 예시한 개략도.
도 59b는 본 개시에 따른, 45도 윈도우 배향을 갖는, 패럴랙스 요소 및 정렬된 공간 광 변조기로부터의 세로 배향의 광학 윈도우 어레이, 및 지향성 백라이트로부터의 정렬된 광학 윈도우를 정면도로 예시한 개략도.
도 60은 본 개시에 따른, 45도로 정렬된 광학 윈도우를 달성하기 위한 정사각형 그리드(grid) 상의 컬러 서브-픽셀의 어레이와 패럴랙스 요소의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 61은 본 개시에 따른, 45도로 정렬된 광학 윈도우를 달성하기 위한 직사각형 그리드 상의 컬러 서브-픽셀의 어레이와 패럴랙스 요소의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 62는 본 개시에 따른, 각자의 패럴랙스 요소와 정렬된 공간 광 변조기로부터의 광학 윈도우와 정렬되어 45도로 배열된 광학 윈도우를 달성하도록 배열된 장치를 측면도로 예시한 개략도.
도 63은 본 개시에 따른, 각자의 패럴랙스 요소와 정렬된 공간 광 변조기로부터의 광학 윈도우와 정렬되어 45도로 배열된 광학 윈도우를 달성하도록 배열된 장치를 사시 정면도로 예시한 개략도.
도 64a 내지 도 64d는 본 개시에 따른, 사람의 눈에 대한 다양한 원근조절 상태를 평면도로 예시한 개략도.
도 65는 본 개시에 따른, 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 평면도로 예시한 개략도.
도 66은 본 개시에 따른, 지향성 디스플레이 장치에서의 근시의 교정을 평면도로 예시한 개략도.
도 67은 본 개시에 따른, 지향성 디스플레이 장치에서의 원시 또는 노안의 교정을 평면도로 예시한 개략도.
도 68a는 본 개시에 따른, 좌안 및 우안에 대한 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 사시도로 예시한 개략도.
도 68b는 본 개시에 따른, 도 68a의 작동을 추가로 예시한 순서도.
도 69는 본 개시에 따른, 광학 윈도우의 2차원 어레이 및 정렬된 눈을 정면도로 예시한 개략도.
도 70a는 본 개시에 따른, 좌안 및 우안에 대한 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 사시도로 예시한 개략도.
도 70b는 본 개시에 따른, 도 69a의 작동을 추가로 예시한 순서도.
도 70c는 본 개시에 따른, 도 70a의 제1 위상과 동일한 방식으로 작동하는 단안(monocular) 조명 시스템을 예시한 개략도.
도 70d는 본 개시에 따른, 도 70c의 작동을 예시한 순서도.
도 71a는 본 개시에 따른, 좌안 및 우안에 대한 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 사시도로 예시한 개략도.
도 71b는 본 개시에 따른, 도 69a의 작동을 추가로 예시한 순서도.
시간 다중화 무안경 입체 디스플레이는 유리하게도 광을 공간 광 변조기의 모든 픽셀로부터 제1 시간 슬롯에서 제1 관찰 윈도우로, 그리고 모든 픽셀로부터 제2 시간 슬롯에서 제2 관찰 윈도우로 지향시킴으로써 무안경 입체 디스플레이의 공간 해상도를 개선할 수 있다. 따라서, 눈이 제1 및 제2 관찰 윈도우에서 광을 수광하도록 배열된 관찰자는 다수의 시간 슬롯에 걸쳐 디스플레이의 전체를 가로질러 최대 해상도 이미지를 볼 것이다. 시간 다중화 디스플레이는 유리하게도 조명기 어레이를 지향성 광학 요소를 사용하여 실질적으로 투명한 시간 다중화 공간 광 변조기를 통해 지향시킴으로써 지향성 조명을 달성할 수 있으며, 여기서 지향성 광학 요소는 실질적으로 윈도우 평면 내에 조명기 어레이의 이미지를 형성한다.
관찰 윈도우들의 균일성은 유리하게도 공간 광 변조기 내에서의 픽셀들의 배열과는 독립적일 수 있다. 유리하게도, 그러한 디스플레이는 움직이는 관찰자에 대해 낮은 크로스토크 수준과 함께 낮은 깜박거림을 갖는 관찰자 추적 디스플레이를 제공할 수 있다.
윈도우 평면 내에서 높은 균일성을 달성하기 위해, 높은 공간 균일성을 갖는 조명 요소들의 어레이를 제공하는 것이 바람직하다. 시계열적 조명 시스템의 조명기 요소가, 예를 들어 렌즈 어레이와 조합된 대략 100 마이크로미터의 크기를 갖는 공간 광 변조기의 픽셀에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 픽셀은 공간 다중화 디스플레이에 대해서와 유사한 어려움을 겪는다. 또한, 그러한 디바이스는 낮은 효율 및 더 높은 비용을 가져서, 추가의 디스플레이 구성요소를 필요로 할 수 있다.
높은 윈도우 평면 균일성은 편리하게는 거시적 조명기, 예를 들어 전형적으로 1 mm 이상의 크기를 갖는 균질화 및 확산 광학 요소와 조합된 LED들의 어레이로 달성될 수 있다. 그러나, 조명기 요소의 증가된 크기는 지향성 광학 요소의 크기가 비례하여 증가함을 의미한다. 예를 들어, 65 mm 폭의 관찰 윈도우에 이미지 형성되는 16 mm 폭의 조명기는 200 mm의 후방 작동 거리를 필요로 할 수 있다. 따라서, 광학 요소의 증가된 두께는 예를 들어 모바일 디스플레이(mobile display) 또는 대면적 디스플레이에 대한 유용한 응용을 방해할 수 있다.
전술된 단점을 해소하는, 공동-소유된 미국 특허 출원 제13/300,293호에 기술된 바와 같은 광학 밸브가 유리하게는 깜박거림이 없는 관찰자 추적 및 낮은 크로스토크 수준을 갖는 고 해상도 이미지를 제공하면서 얇은 패키지에서 시간 다중화 무안경 입체 조명을 달성하기 위해 고속 스위칭 투과성 공간 광 변조기와 조합되어 배열될 수 있다. 전형적으로 수평인 제1 방향으로 상이한 이미지들을 디스플레이할 수 있지만 전형적으로 수직인 제2 방향으로 움직일 때 동일한 이미지들을 포함할 수 있는, 관찰 위치들 또는 윈도우들의 1차원 어레이가 기술된다.
종래의 비-이미지 형성 디스플레이 백라이트는 흔히 광도파관을 채용하고, LED와 같은 광원으로부터의 에지 조명을 갖는다. 그러나, 그러한 종래의 비-이미지 형성 디스플레이 백라이트와 본 개시에서 논의되는 이미지 형성 지향성 백라이트 사이에는 기능, 설계, 구조 및 작동에 있어서 많은 근본적인 차이가 있다는 것을 이해하여야 한다.
일반적으로, 예를 들어, 본 개시에 따르면, 이미지 형성 지향성 백라이트는 다수의 광원으로부터의 조명을 디스플레이 패널을 통해 적어도 하나의 축에서의 각자의 다수의 관찰 윈도우로 지향시키도록 배열된다. 각각의 관찰 윈도우는 이미지 형성 지향성 백라이트의 이미지 형성 시스템에 의해 광원의 적어도 하나의 축에서 이미지로서 실질적으로 형성된다. 이미지 형성 시스템이 다수의 광원과 각자의 윈도우 이미지 사이에 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광원 각각으로부터의 광은 각자의 관찰 윈도우 밖에 있는 관찰자의 눈에 실질적으로 보이지 않는다.
이와 대조적으로, 종래의 비-이미지 형성 백라이트 또는 도광판(light guiding plate, LGP)은 2D 디스플레이의 조명을 위해 사용된다. 예컨대, 문헌[
Figure pat00001
., Backlight Unit With Double Surface Light Emission, J. Soc. Inf. Display, Vol. 12, Issue 4, pp. 379-387 (Dec. 2004)] 참조. 비-이미지 형성 백라이트는 전형적으로 광시야각 및 높은 디스플레이 균일성을 달성하기 위해 다수의 광원 각각에 대해 다수의 광원으로부터 조명을 디스플레이 패널을 통해 실질적으로 공통인 관찰 구역 내로 지향시키도록 배열된다. 따라서, 비-이미지 형성 백라이트는 관찰 윈도우를 형성하지 않는다. 이러한 방식으로, 다수의 광원 각각으로부터의 광은 관찰 구역을 가로질러 실질적으로 모든 위치에서 관찰자의 눈에 보일 수 있다. 그러한 종래의 비-이미지 형성 백라이트는 예를 들어 쓰리엠(3M)으로부터의 BEF™와 같은 휘도 향상 필름에 의해 제공될 수 있는 램버시안 조명(Lambertian illumination)에 비해 스크린 이득(screen gain)을 증가시키기 위해 얼마간의 지향성을 가질 수 있다. 그러나, 그러한 지향성은 각자의 광원들 각각에 대해 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 당업자에게 명백할 이들 이유 및 다른 이유로, 종래의 비-이미지 형성 백라이트는 이미지 형성 지향성 백라이트와는 상이하다. 에지형(edge lit) 비-이미지 형성 백라이트 조명 구조체가 2D 랩톱, 모니터 및 TV에서 볼 수 있는 것과 같은 액정 디스플레이 시스템에 사용될 수 있다. 광은 산재하는 특징부들; 전형적으로는 광이 광의 전파 방향에 무관하게 손실되게 하는 도파관의 표면 내의 국소적인 만입부(indentation)들을 포함할 수 있는 손실성 도파관(lossy waveguide)의 에지로부터 전파된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 밸브는 예를 들어 광 밸브, 광학 밸브 지향성 백라이트, 및 밸브 지향성 백라이트(valve directional backlight, "v-DBL")로 지칭되는 일종의 광 안내 구조체 또는 디바이스일 수 있는 광학 구조체이다. 본 개시에서, 광학 밸브는 (비록 공간 광 변조기가 때때로 당업계에서 "광 밸브"로 일반적으로 지칭될 수 있을지라도) 공간 광 변조기와는 상이하다. 이미지 형성 지향성 백라이트의 일례는 폴딩된(folded) 광학 시스템을 채용할 수 있는 광학 밸브이다. 광은 광학 밸브를 통해 한 방향으로 실질적으로 손실 없이 전파될 수 있고, 이미지 형성 반사기에 입사할 수 있으며, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제13/300,293호에 기술된 바와 같이 광이 틸팅된(tilted) 광 추출 특징부로부터의 반사에 의해 추출되고 관찰 윈도우로 지향될 수 있도록 반대 방향으로 전파될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이미지 형성 지향성 백라이트의 예는 단차형 도파관 이미지 형성 지향성 백라이트, 폴딩된 이미지 형성 지향성 백라이트, 웨지 유형 지향성 백라이트, 또는 광학 밸브를 포함한다.
또한, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단차형 도파관 이미지 형성 지향성 백라이트는 광학 밸브일 수 있다. 단차형 도파관은 광을 안내하기 위한 도파관으로서, 제1 광 안내 표면; 및 제1 광 안내 표면 반대편의 제2 광 안내 표면을 추가로 포함하는, 상기 도파관을 포함하고, 단차부로서 배열된 복수의 추출 특징부들이 사이사이에 배치된 복수의 광 안내 특징부를 추가로 포함하는 이미지 형성 지향성 백라이트를 위한 도파관이다.
또한, 사용되는 바와 같이, 폴딩된 이미지 형성 지향성 백라이트는 웨지 유형 지향성 백라이트 또는 광학 밸브 중 적어도 하나일 수 있다.
작동 시에, 광은 예시적인 광학 밸브 내에서 입력 면으로부터 반사 면까지 제1 방향으로 전파될 수 있고, 실질적으로 손실 없이 투과될 수 있다. 광은 반사 면에서 반사될 수 있고, 제1 방향과 실질적으로 반대되는 제2 방향으로 전파된다. 광이 제2 방향으로 전파될 때, 광은 광을 광학 밸브 밖으로 방향 전환시키도록 작동가능한 광 추출 특징부에 입사할 수 있다. 달리 말하면, 광학 밸브는 일반적으로 광이 제1 방향으로 전파되도록 허용하고, 광이 제2 방향으로 전파되는 동안 추출되도록 허용할 수 있다.
광학 밸브는 큰 디스플레이 면적의 시계열적 지향성 조명을 달성할 수 있다. 또한, 거시적 조명기로부터 광을 윈도우 평면으로 지향시키기 위해 광학 요소의 후방 작동 거리보다 얇은 광학 요소가 채용될 수 있다. 그러한 디스플레이는 실질적으로 평행한 도파관 내에서 반대 방향으로 전파되는 광을 추출하도록 배열된 광 추출 특징부들의 어레이를 사용할 수 있다.
LCD와 함께 사용하기 위한 박형 이미지 형성 지향성 백라이트 구현예가 제안되었고, 모두 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 쓰리엠의 예를 들어 미국 특허 제7,528,893호에 의해; 본 명세서에서 "웨지 유형 지향성 백라이트"로 지칭될 수 있는 마이크로소프트(Microsoft)의 예를 들어 미국 특허 제7,970,246호에 의해; 본 명세서에서 "광학 밸브" 또는 "광학 밸브 지향성 백라이트"로 지칭될 수 있는 리얼디(RealD)의 예를 들어 미국 특허 출원 제13/300,293호에 의해 실증되었다.
본 개시는 광이 예를 들어 제1 면과 제1 세트의 특징부를 포함할 수 있는 단차형 도파관의 내부 면들 사이에서 앞뒤로 반사될 수 있는 단차형 도파관 이미지 형성 지향성 백라이트를 제공한다. 광이 단차형 도파관의 길이를 따라 이동할 때, 광은 제1 면 및 제1 세트의 표면에 대한 입사각을 실질적으로 변화시키지 않을 수 있으며, 따라서 이들 내부 면에서 매질의 임계각에 도달하지 않을 수 있다. 광 추출은 유리하게는 제1 세트의 표면(단차부 "트레드(tread)")에 대해 경사진 제2 세트의 표면(단차부 "라이저(riser)")에 의해 달성될 수 있다. 제2 세트의 표면이 단차형 도파관의 광 안내 작동의 일부가 아닐 수 있고, 구조체로부터 광 추출을 제공하도록 배열될 수 있음에 유의한다. 대조적으로, 웨지 유형 이미지 형성 지향성 백라이트는 광이 연속적인 내부 표면을 갖춘 웨지 프로파일화된 도파관 내에서 안내되도록 허용할 수 있다. 따라서, 광학 밸브는 웨지 유형 이미지 형성 지향성 백라이트가 아니다.
도 1a는 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서의 광 전파의 정면도를 예시한 개략도이고, 도 1b는 도 1a의 지향성 디스플레이 디바이스에서의 광 전파의 측면도를 예시한 개략도이다.
도 1a는 지향성 디스플레이 디바이스의 지향성 백라이트의 xy 평면에서의 정면도를 예시하고, 단차형 도파관(1)을 조명하는 데 사용될 수 있는 조명기 어레이(15)를 포함한다. 조명기 어레이(15)는 조명기 요소(15a) 내지 조명기 요소(15n)를 포함한다(여기서 n은 1보다 큰 정수임). 일례에서, 도 1a의 단차형 도파관(1)은 단차형의, 디스플레이 크기의 도파관(1)일 수 있다. 조명 요소(15a 내지 15n)는 발광 다이오드(LED)일 수 있는 광원이다. LED가 본 명세서에서 조명기 요소(15a 내지 15n)로서 논의되지만, 다이오드 광원, 반도체 광원, 레이저 광원, 국소 전계 방출 광원, 유기 방출기 어레이 등과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는, 다른 광원이 사용될 수 있다. 또한, 도 1b는 xz 평면에서의 측면도를 예시하고, 도시된 바와 같이 배열되는, 조명기 어레이(15), SLM(공간 광 변조기)(48), 추출 특징부(12), 안내 특징부(10) 및 단차형 도파관(1)을 포함한다. 도 1b에 제공된 측면도는 도 1a에 도시된 정면도의 대체 도면이다. 따라서, 도 1a 및 도 1b의 조명기 어레이(15)는 서로 대응하고, 도 1a 및 도 1b의 단차형 도파관(1)은 서로 대응할 수 있다.
또한, 도 1b에서, 단차형 도파관(1)은 얇은 입력 단부(2)와 두꺼운 반사 단부(4)를 구비할 수 있다. 따라서, 도파관(1)은 입력 광을 수광하는 입력 단부(2)와 입력 광을 다시 도파관(1)을 통해 반사하는 반사 단부(4) 사이에서 연장된다. 도파관을 가로질러 측방향으로의 입력 단부(2)의 길이는 입력 단부(2)의 높이보다 크다. 조명기 요소(15a 내지 15n)는 입력 단부(2)를 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치들에 배치된다.
도파관(1)은 광을 전반사에 의해 도파관(1)을 따라 앞뒤로 안내하기 위해 입력 단부(2)와 반사 단부(4) 사이에서 연장되는 대향된 제1 및 제2 안내 표면을 구비한다. 제1 안내 표면은 평탄하다. 제2 안내 표면은 반사 단부(4)와 대면하는 그리고 반사 단부로부터 다시 도파관(1)을 통해 안내되는 광의 적어도 일부를 제1 안내 표면에서의 전반사를 파괴하는 그리고 SLM(48)에 공급되는, 제1 안내 표면을 통한, 예를 들어 도 1b에서 상향으로의 출력을 허용하는 방향으로 반사하도록 경사진 복수의 광 추출 특징부(12)를 구비한다.
이 예에서, 광 추출 특징부(12)는 반사 소면이지만, 다른 반사 특징부가 사용될 수 있다. 광 추출 특징부(12)는 광을 도파관을 통해 안내하지 않는 반면, 광 추출 특징부(12)들 중간에 있는 제2 안내 표면의 중간 영역은 광을 추출함이 없이 광을 안내한다. 제2 안내 표면의 이들 영역은 평탄하고, 제1 안내 표면에 평행하게, 또는 비교적 낮은 경사로 연장될 수 있다. 광 추출 특징부(12)는 이들 영역에 대해 측방향으로 연장되어, 제2 안내 표면이 광 추출 특징부(12)와 중간 영역을 포함하는 단차형 형상을 갖는다. 광 추출 특징부(12)는 광원으로부터의 광을 반사 단부(4)로부터의 반사 후에 제1 안내 표면을 통해 반사하도록 배향된다.
광 추출 특징부(12)는 입력 단부를 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치들로부터의 입력 광을 제1 안내 표면에 대해 입력 위치에 의존하는 상이한 방향들로 지향시키도록 배열된다. 조명 요소(15a 내지 15n)가 상이한 입력 위치들에 배열됨에 따라, 각자의 조명 요소(15a 내지 15n)로부터의 광이 이들 상이한 방향으로 반사된다. 이러한 방식으로, 조명 요소(15a 내지 15n) 각각이 광을 입력 위치에 의존하여 측방향으로 분포되는 출력 방향으로 각자의 광학 윈도우 내로 지향시킨다. 입력 위치가 분포되는 입력 단부(2)를 가로지르는 측방향은 출력 광에 대해 제1 안내 표면에 대한 법선에 대한 측방향에 대응한다. 입력 단부(2)에서 그리고 출력 광에 대해 한정되는 바와 같은 측방향은 이 실시예에서 평행하게 유지되며, 여기서 반사 단부(4)와 제1 안내 표면에서의 편향은 측방향에 대체로 직교한다. 제어 시스템의 제어하에, 조명기 요소(15a 내지 15n)는 광을 선택가능한 광학 윈도우 내로 지향시키도록 선택적으로 작동될 수 있다. 광학 윈도우들은 개별적으로 또는 그룹으로 관찰 윈도우로서 사용될 수 있다.
반사 단부(4)는 도파관을 가로질러 측방향으로 양의 광파워를 가질 수 있다. 전형적으로 반사 단부(4)가 양의 광파워를 갖는 실시예에서, 광학 축은 반사 단부(4)의 형상과 관련하여 한정될 수 있으며, 예를 들어 반사 단부(4)의 곡률 중심을 통과하는 그리고 x-축을 중심으로 단부(4)의 반사 대칭축과 일치하는 선이다. 반사 표면(4)이 평평한 경우에, 광학 축은 광파워를 갖는 다른 구성요소, 예를 들어 그것이 만곡된 경우의 광 추출 특징부(12), 또는 아래에 기술되는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(62)에 대해 유사하게 한정될 수 있다. 광학 축(238)은 전형적으로 도파관(1)의 기계적 축과 일치한다.
SLM(48)은 도파관을 가로질러 연장되고, 투과성이며, 그것을 통과하는 광을 변조시킨다. SLM(48)이 액정 디스플레이(LCD)일 수 있지만, 이는 단지 예로서일 뿐이며, LCOS, DLP 디바이스 등을 비롯한 다른 공간 광 변조기 또는 디스플레이가 사용될 수 있는데, 왜냐하면 이러한 조명기가 반사 작동을 할 수 있기 때문이다. 이 예에서, SLM(48)은 도파관의 제1 안내 표면을 가로질러 배치되고, 광 추출 특징부(12)로부터의 반사 후에 제1 안내 표면을 통한 광 출력을 변조시킨다.
관찰 윈도우들의 1차원 어레이를 제공할 수 있는 지향성 디스플레이 디바이스의 작동이 도 1a에 정면도로 예시되며, 이때 그것의 측면 프로파일이 도 1b에 도시된다. 작동 시에, 도 1a와 도 1b에서, 광이 단차형 도파관(1)의 x=0인 얇은 단부 면(2)의 표면을 따라 상이한 위치들 y에 위치된 조명기 요소(15a 내지 15n)의 어레이와 같은 조명기 어레이(15)로부터 방출될 수 있다. 광은 단차형 도파관(1) 내에서 제1 방향으로 +x를 따라 전파될 수 있음과 동시에, 광은 xy 평면 내에서 확산될 수 있고, 원위의 만곡된 단부 면(4)에 도달 시, 만곡된 단부 면(4)을 실질적으로 또는 완전히 채울 수 있다. 전파되는 동안, 광은 안내 재료의 임계각에 이르기까지, 그러나 그것을 초과하지 않고서, xz 평면 내에서 한 세트의 각도로 확산될 수 있다. 단차형 도파관(1)의 저부 면의 안내 특징부(10)들을 연결하는 추출 특징부(12)는 임계각보다 큰 틸트각(tilt angle)을 가질 수 있으며, 따라서 제1 방향으로 +x를 따라 전파되는 실질적으로 모든 광에 의해 회피될 수 있어, 실질적으로 무손실 전방 전파를 보장할 수 있다.
도 1a와 도 1b의 논의를 계속하면, 단차형 도파관(1)의 만곡된 단부 면(4)은 전형적으로 예를 들어 은과 같은 반사 재료로 코팅됨으로써 반사성으로 만들어질 수 있지만, 다른 반사 기술이 채용될 수 있다. 따라서, 광은 -x의 방향으로 도파관을 따라 후방으로 제2 방향으로 방향 전환될 수 있고, xy 또는 디스플레이 평면 내에서 실질적으로 시준될 수 있다. 각도 확산은 주 전파 방향을 중심으로 xz 평면 내에서 실질적으로 보존될 수 있으며, 이는 광이 라이저 에지와 충돌하고 도파관 밖으로 반사되도록 허용할 수 있다. 대략 45도 틸팅된 추출 특징부(12)를 갖는 실시예에서, 광은 xz 각도 확산이 전파 방향에 대해 실질적으로 유지되는 상태로 xy 디스플레이 평면에 대략 수직으로 효과적으로 지향될 수 있다. 이러한 각도 확산은 광이 단차형 도파관(1)으로부터 굴절을 통해 출사할 때 증가될 수 있지만, 어느 정도 추출 특징부(12)의 반사 특성에 의존하여 감소될 수 있다.
코팅되지 않은 추출 특징부(12)를 갖춘 몇몇 실시예에서, 반사는 전반사(TIR)가 실패할 때 감소될 수 있어, xz 각도 프로파일이 축소되고 수직에서 벗어나 이동된다. 그러나, 은 코팅된 또는 금속화된 추출 특징부를 갖춘 다른 실시예에서, 증가된 각도 확산과 중심 수직 방향이 보존될 수 있다. 은 코팅된 추출 특징부를 가진 실시예의 설명을 계속하면, xz 평면 내에서, 광은 단차형 도파관(1)으로부터 대략 시준되어 출사할 수 있고, 입력 에지 중심으로부터 조명기 어레이(15) 내의 각자의 조명기 요소(15a 내지 15n)의 y-위치에 비례하여 수직에서 벗어난 상태로 지향될 수 있다. 독립적인 조명기 요소(15a 내지 15n)를 입력 에지(2)를 따라 구비하는 것은 광이 전체 제1 광 지향 면(6)으로부터 출사할 수 있게 하고 도 1a에 예시된 바와 같이 상이한 외각(external angle)으로 전파될 수 있게 한다.
그러한 디바이스를 갖춘 고속 액정 디스플레이(LCD) 패널과 같은 공간 광 변조기(SLM)(48)를 조명하는 것은 도 2a에 조명기 어레이(15) 단부로부터 본 yz-평면 또는 평면도로, 도 2b에 정면도로, 그리고 도 2c에 측면도로 도시된 바와 같이 무안경 입체 3D를 달성할 수 있다. 도 2a는 지향성 디스플레이 디바이스 내에서의 광의 전파를 평면도로 예시한 개략도이고, 도 2b는 지향성 디스플레이 디바이스 내에서의 광의 전파를 정면도로 예시한 개략도이며, 도 2c는 지향성 디스플레이 디바이스 내에서의 광의 전파를 측면도로 예시한 개략도이다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 예시된 바와 같이, 단차형 도파관(1)은 순차적인 좌안 및 우안 이미지를 디스플레이하는 고속(예컨대, 100 ㎐ 초과) LCD 패널 SLM(48) 뒤에 위치될 수 있다. 동기하여, 조명기 어레이(15)의 특정 조명기 요소(15a 내지 15n)(여기서 n은 1보다 큰 정수임)가 선택적으로 켜지고 꺼져, 시스템의 지향성에 의해 실질적으로 독립적으로 우안 및 좌안에 입사하는 조명 광을 제공할 수 있다. 가장 간단한 경우에, 조명기 어레이(15)의 조명기 요소들의 세트들이 함께 켜져, 수평 방향으로 제한된 폭을 갖지만 수직 방향으로 긴, 수평으로 분리된 양안이 좌안 이미지를 볼 수 있는 1차원 관찰 윈도우(26) 또는 광학 동공과, 양안이 주로 우안 이미지를 볼 수 있는 다른 관찰 윈도우(44)와, 양안이 상이한 이미지들을 볼 수 있는 중심 위치를 제공한다. 이러한 방식으로, 관찰자의 머리가 대략 중심에 정렬될 때 3D를 볼 수 있다. 중심 위치로부터 멀어지게 옆으로 움직이는 것은 2D 이미지 상으로의 신 붕괴(scene collapsing)를 유발할 수 있다.
반사 단부(4)는 도파관을 가로질러 측방향으로 양의 광파워를 가질 수 있다. 전형적으로 반사 단부(4)가 양의 광파워를 갖는 실시예에서, 광학 축은 반사 단부(4)의 형상과 관련하여 한정될 수 있으며, 예를 들어 반사 단부(4)의 곡률 중심을 통과하는 그리고 x-축을 중심으로 단부(4)의 반사 대칭축과 일치하는 선이다. 반사 표면(4)이 평평한 경우에, 광학 축은 광파워를 갖는 다른 구성요소, 예를 들어 그것이 만곡된 경우의 광 추출 특징부(12), 또는 아래에 기술되는 프레넬 렌즈(62)에 대해 유사하게 한정될 수 있다. 광학 축(238)은 전형적으로 도파관(1)의 기계적 축과 일치한다. 단부(4)에 있는 원통형 반사 표면은 전형적으로 축상(on-axis) 및 축외 관찰 위치에 대한 성능을 최적화하기 위해 구면 프로파일일 수 있다. 다른 프로파일이 사용될 수 있다.
도 3은 지향성 디스플레이 디바이스를 측면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 3은 투명 재료일 수 있는 단차형 도파관(1)의 작동의 측면도의 추가의 상세 사항을 예시한다. 단차형 도파관(1)은 조명기 입력 면(2), 반사 면(4), 실질적으로 평탄할 수 있는 제1 광 지향 면(6), 및 안내 특징부(10)와 광 추출 특징부(12)를 포함하는 제2 광 지향 면(8)을 포함할 수 있다. 작동 시에, 예를 들어 LED들의 어드레스가능한(addressable) 어레이일 수 있는 조명기 어레이(15)(도 3에 도시되지 않음)의 조명기 요소(15c)로부터의 광선(16)이 제1 광 지향 면(6)에 의한 전반사와 안내 특징부(10)에 의한 전반사에 의해 경면화된 표면(mirrored surface)일 수 있는 반사 면(4)으로 단차형 도파관(1) 내에서 안내될 수 있다. 반사 면(4)이 경면화된 표면일 수 있고 광을 반사할 수 있지만, 몇몇 실시예에서 광이 반사 면(4)을 통과하는 것도 또한 가능할 수 있다.
도 3의 논의를 계속하면, 반사 면(4)에 의해 반사된 광선(18)이 반사 면(4)에서의 전반사에 의해 단차형 도파관(1) 내에서 추가로 안내될 수 있고, 추출 특징부(12)에 의해 반사될 수 있다. 추출 특징부(12)에 입사하는 광선(18)은 실질적으로 단차형 도파관(1)의 안내 모드로부터 벗어나게 편향될 수 있고, 광선(20)에 의해 도시된 바와 같이, 면(6)을 통해 무안경 입체 디스플레이의 관찰 윈도우(26)를 형성할 수 있는 광학 동공으로 지향될 수 있다. 관찰 윈도우(26)의 폭은 적어도 조명기의 크기, 출력 설계 거리 및 면(4) 및 추출 특징부(12)에서의 광파워에 의해 결정될 수 있다. 관찰 윈도우의 높이는 주로 추출 특징부(12)의 반사 원추각과 입력 면(2)에서 입력되는 조명 원추각에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 각각의 관찰 윈도우(26)는 공간 광 변조기(48)의 표면 수직 방향에 대해 공칭 관찰 거리에서 평면과 교차하는 다양한 별개의 출력 방향을 나타낸다.
도 4a는 제1 조명기 요소에 의해 조명될 수 있는 그리고 만곡된 광 추출 특징부를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스를 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 4a는 조명기 어레이(15)의 조명기 요소(15c)로부터의 광선의, 광학 축(28)을 갖는 단차형 도파관(1) 내에서의 추가의 안내를 정면도로 도시한다. 도 4a에서, 지향성 백라이트는 단차형 도파관(1)과 광원 조명기 어레이(15)를 포함할 수 있다. 출력 광선들 각각은 각자의 조명기(15c)로부터 동일한 관찰 윈도우(26)를 향해 입력 면(2)으로부터 지향된다. 도 4a의 광선은 단차형 도파관(1)의 반사 면(4)으로부터 출사할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 광선(16)이 조명기 요소(15c)로부터 반사 면(4)을 향해 지향될 수 있다. 이어서, 광선(18)이 광 추출 특징부(12)로부터 반사되고 반사 면(4)으로부터 관찰 윈도우(26)를 향해 출사할 수 있다. 따라서, 광선(30)은 관찰 윈도우(26) 내에서 광선(20)과 교차할 수 있거나, 광선(32)에 의해 도시된 바와 같이 관찰 윈도우 내에서 상이한 높이를 가질 수 있다. 또한, 다양한 실시예에서, 도파관(1)의 면(22, 24)이 투명한, 경면화된, 또는 흑화된 표면일 수 있다. 도 4a의 논의를 계속하면, 광 추출 특징부(12)가 길 수 있고, 광 지향 면(8)(광 지향 면(8)은 도 3에는 도시되지만 도 4a에는 도시되지 않음)의 제1 영역(34)에서의 광 추출 특징부(12)의 배향은 광 지향 면(8)의 제2 영역(36)에서의 광 추출 특징부(12)의 배향과는 상이할 수 있다. 예를 들어 도 3에 예시된 바와 같은, 본 명세서에서 논의된 다른 실시예와 유사하게, 도 4a의 광 추출 특징부는 안내 특징부(10)와 교번할 수 있다. 도 4a에 예시된 바와 같이, 단차형 도파관(1)은 반사 면(4) 상의 반사 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단차형 도파관(1)의 반사 단부는 단차형 도파관(1)을 가로질러 측방향으로 양의 광파워를 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 각각의 지향성 백라이트의 광 추출 특징부(12)는 도파관을 가로질러 측방향으로 양의 광파워를 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 각각의 지향성 백라이트는 제2 안내 표면의 소면일 수 있는 광 추출 특징부(12)를 포함할 수 있다. 제2 안내 표면은 광을 실질적으로 추출함이 없이 도파관을 통해 광을 지향시키도록 배열될 수 있는 소면과 교번하는 영역을 가질 수 있다.
도 4b는 제2 조명기 요소에 의해 조명될 수 있는 지향성 디스플레이 디바이스를 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 4b는 조명기 어레이(15)의 제2 조명기 요소(15h)로부터의 광선(40, 42)을 도시한다. 면(4) 상의 반사 표면 및 광 추출 특징부(12)의 곡률이 협력하여 조명기 요소(15h)로부터의 광선으로 관찰 윈도우(26)로부터 측방향으로 이격되는 제2 관찰 윈도우(44)를 생성한다.
유리하게도, 도 4b에 예시된 배열은 조명기 요소(15c)의 실제 이미지를 관찰 윈도우(26)에서 제공할 수 있으며, 여기서 실제 이미지는 반사 면(4)에서의 광파워와 도 4a에 도시된 바와 같이 영역(34, 36) 사이의 긴 광 추출 특징부(12)의 상이한 배향에 기인할 수 있는 광파워의 협력에 의해 형성될 수 있다. 도 4b의 배열은 관찰 윈도우(26) 내의 측방향 위치로의 조명기 요소(15c)의 이미지 형성의 개선된 수차를 달성할 수 있다. 개선된 수차는 낮은 크로스토크 수준을 달성하면서 무안경 입체 디스플레이에 대한 확장된 관찰 자유도를 달성할 수 있다.
도 5는 실질적으로 선형의 광 추출 특징부를 갖춘 지향성 디스플레이 디바이스의 실시예를 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 5는 도 1과 유사한 구성요소 배열을 도시하며(대응하는 요소가 유사함), 이때 차이점 중 하나는 광 추출 특징부(12)들이 실질적으로 선형이고 서로 평행하다는 것이다. 유리하게도, 그러한 배열은 디스플레이 표면을 가로질러 실질적으로 균일한 조명을 제공할 수 있고, 도 4a와 도 4b의 만곡된 추출 특징부보다 제조하기에 더 편리할 수 있다. 지향성 도파관(1)의 광학 축(321)은 면(4)에서 표면의 광학 축 방향일 수 있다. 면(4)의 광파워는 광학 축 방향을 가로지르도록 배열되어서, 면(4)에 입사하는 광선은 광학 축(321)으로부터의 입사 광선의 측방향 오프셋(319)에 따라 변하는 각도 편향을 가질 것이다.
도 6a는 제1 시간 슬롯에서 시간 다중화 이미지 형성 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제1 관찰 윈도우의 생성의 일 실시예를 예시한 개략도이고, 도 6b는 제2 시간 슬롯에서 시간 다중화 이미지 형성 지향성 백라이트 장치에서의 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도이고, 도 6c는 시간 다중화 이미지 형성 지향성 디스플레이 디바이스에서의 제1 및 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도이다. 또한, 도 6a는 단차형 도파관(1)으로부터의 관찰 윈도우(26)의 생성을 개략적으로 도시한다. 조명기 어레이(15) 내의 조명기 요소 그룹(31)이 관찰 윈도우(26)를 향해 지향되는 광 원추(17)를 제공할 수 있다. 도 6b는 관찰 윈도우(44)의 생성을 개략적으로 도시한다. 조명기 어레이(15) 내의 조명기 요소 그룹(33)이 관찰 윈도우(44)를 향해 지향되는 광 원추(19)를 제공할 수 있다. 시간 다중화 디스플레이와 협력하여, 윈도우(26, 44)가 도 6c에 도시된 바와 같이 순서대로 제공될 수 있다. 공간 광 변조기(48)(도 6a, 도 6b, 도 6c에 도시되지 않음) 상의 이미지가 광 방향 출력에 상응하게 조절되면, 적합하게 위치된 관찰자에 대해 무안경 입체 이미지가 달성될 수 있다. 유사한 작동이 본 명세서에 기술된 모든 이미지 형성 지향성 백라이트로 달성될 수 있다. 조명기 요소 그룹(31, 33)이 각각 조명 요소(15a 내지 15n)(여기서 n은 1보다 큰 정수임)로부터의 하나 이상의 조명 요소를 포함하는 것에 유의한다.
도 7은 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스를 포함하는 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이 장치의 일 실시예를 예시한 개략도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 축(29)을 따라 조명기 요소(15a 내지 15n)를 선택적으로 켜고 끄는 것은 관찰 윈도우의 방향 제어를 제공한다. 머리(45) 위치가 카메라, 동작 센서, 동작 검출기, 또는 임의의 다른 적합한 광학적, 기계적 또는 전기적 수단으로 모니터링될 수 있고, 조명기 어레이(15)의 적절한 조명기 요소가 머리(45) 위치와 관계없이 각각의 눈에 실질적으로 독립적인 이미지를 제공하도록 켜지고 꺼질 수 있다. 머리 추적 시스템(또는 제2 머리 추적 시스템)은 하나 초과의 머리(45, 47)(머리(47)는 도 7에 도시되지 않음)의 모니터링을 제공할 수 있고, 각각의 관찰자의 좌안 및 우안에 동일한 좌안 및 우안 이미지를 제공하여 모든 관찰자에게 3D를 제공할 수 있다. 역시, 유사한 작동이 본 명세서에 기술된 모든 이미지 형성 지향성 백라이트로 달성될 수 있다.
도 8은 이미지 형성 지향성 백라이트를 포함하는 예로서 다중-관찰자 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예를 예시한 개략도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 관찰자가 공간 광 변조기(48) 상의 상이한 이미지를 볼 수 있도록 적어도 2개의 2D 이미지가 한 쌍의 관찰자(45, 47)를 향해 지향될 수 있다. 도 8의 2개의 2D 이미지는 2개의 이미지가 순서대로 그리고 그것의 광이 2명의 관찰자를 향해 지향되는 광원과 동기화되어 디스플레이될 수 있다는 점에서 도 7에 관하여 기술된 바와 유사한 방식으로 생성될 수 있다. 하나의 이미지가 제1 위상으로 공간 광 변조기(48) 상에 표시되고, 제2 이미지가 제1 위상과는 상이한 제2 위상으로 공간 광 변조기(48) 상에 표시된다. 제1 및 제2 위상에 상응하게, 출력 조명이 각각 제1 및 제2 관찰 윈도우(26, 44)를 제공하도록 조절된다. 양안이 관찰 윈도우(26) 내에 있는 관찰자는 제1 이미지를 인식할 것인 반면, 양안이 관찰 윈도우(44) 내에 있는 관찰자는 제2 이미지를 인식할 것이다.
도 9는 이미지 형성 지향성 백라이트를 포함하는 프라이버시 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도이다. 2D 디스플레이 시스템이 또한 보안 및 효율 목적으로 지향성 백라이팅을 이용할 수 있으며, 여기서 광은 도 9에 도시된 바와 같이 주로 제1 관찰자(45)의 눈에 지향될 수 있다. 또한, 도 9에 예시된 바와 같이, 제1 관찰자(45)가 디바이스(50) 상의 이미지를 보는 것이 가능할 수 있지만, 광은 제2 관찰자(47)를 향해서는 지향되지 않는다. 따라서, 제2 관찰자(47)는 디바이스(50) 상의 이미지를 보는 것이 방지된다. 본 개시의 실시예들 각각은 유리하게도 무안경 입체, 이중 이미지 또는 프라이버시 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.
도 10은 이미지 형성 지향성 백라이트를 포함하는 예로서 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 10은 단차형 도파관(1)과 단차형 도파관(1) 출력 표면을 가로질러 실질적으로 시준된 출력을 위해 관찰 윈도우(26)를 제공하도록 배열되는 프레넬 렌즈(62)를 포함할 수 있는 무안경 입체 지향성 디스플레이 디바이스를 측면도로 도시한다. 수직 확산기(68)가 관찰 윈도우(26)의 높이를 더욱 연장시키도록 배열될 수 있다. 광은 이어서 공간 광 변조기(48)를 통해 이미지 형성될 수 있다. 조명기 어레이(15)는 예를 들어 인광체 변환 청색 LED일 수 있거나 별개의 RGB LED일 수 있는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조명기 어레이(15) 내의 조명기 요소는 별개의 조명 영역을 제공하도록 배열되는 균일한 광원과 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조명기 요소는 레이저 광원(들)을 포함할 수 있다. 레이저 출력은 예를 들어 갈보(galvo) 또는 MEMS 스캐너를 사용한 스캐닝에 의해 확산기 상으로 지향될 수 있다. 일례에서, 레이저 광은 따라서 적절한 출력각을 갖는 실질적으로 균일한 광원을 제공하기 위해 그리고 또한 스페클(speckle)에 있어서의 감소를 제공하기 위해 조명기 어레이(15) 내의 적절한 조명기 요소를 제공하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 조명기 어레이(15)는 레이저 광 방출 요소들의 어레이일 수 있다. 또한, 일례에서, 확산기는 파장 변환 인광체일 수 있어서, 조명이 가시 출력 광과는 상이한 파장에 있을 수 있다.
이제, 위의 도 1 내지 도 10의 구조에 기초하고 이를 포함하는 몇몇 도파관, 지향성 백라이트 및 지향성 디스플레이 디바이스가 기술될 것이다. 이제 기술될 변경 및/또는 추가의 특징을 제외하고는, 위의 설명이 다음의 도파관, 지향성 백라이트 및 디스플레이 디바이스에 동일하게 적용되지만, 간략함을 위해 반복되지 않을 것이다. 후술되는 도파관은 전술된 바와 같은 지향성 백라이트 또는 지향성 디스플레이 디바이스에 통합될 수 있다. 유사하게, 후술되는 지향성 백라이트는 전술된 바와 같은 지향성 디스플레이 디바이스에 통합될 수 있다.
본 실시예는 광학 윈도우와 관찰 윈도우를 언급한다. 지향성 백라이트로부터의 광학 윈도우는 광원들의 어레이(15) 중 하나의 광원에 의해 형성될 수 있다. 패럴랙스 요소와 공간 광 변조기로부터의 광학 윈도우는 패럴랙스 요소의 하나의 각자의 정렬된 슬릿을 각각 갖춘 제1 픽셀 칼럼 세트에 의해 형성될 수 있다. 관찰 윈도우는 다수의 광학 윈도우를 포함할 수 있다.
도 11a는 디스플레이 디바이스와 제어 시스템을 포함하는 지향성 디스플레이 장치를 예시한 개략도이다. 디스플레이 디바이스는 직렬로 배열되는 도파관(1), 패럴랙스 요소(100) 및 공간 광 변조기(48)를 포함하는 지향성 백라이트를 포함할 수 있다. 또한, 터치 스크린(102)이 공간 광 변조기(48)와 직렬로 배열될 수 있으며, 이때 공간 광 변조기는 전형적으로 터치 스크린(102)과 도파관 사이에 배열된다. 터치 스크린 기능은 또한 유리 또는 필름을 사용하여 "셀 상에(on cell)" 또는 공간 광 변조기(48)의 "셀 내에(in cell)" 통합될 수 있다. 유리하게도, 더 얇고 더 가벼운 디스플레이가 생성된다. 관찰 윈도우(26)가 윈도우 평면(106)에 제공될 수 있다. 또한, 관찰 윈도우(27)가 도파관(1)으로부터의 광에 의해 윈도우 평면(107)에 생성될 수 있다. 관찰 윈도우(27, 26)는 서로 실질적으로 정렬될 수 있고, 윈도우 평면(106, 107)은 실질적으로 동일 평면 상에 있고 중첩될 수 있다. 공간 광 변조기(48)는 패럴랙스 요소(100)와 협력하여 추가의 관찰 윈도우(29)를 윈도우 평면(109)에 생성할 수 있다. 후술될 바와 같이, 관찰 윈도우(29, 26)는 정렬될 수 있고, 공통 윈도우 평면(106, 109) 위치를 가질 수 있다.
이제 제어 시스템의 배열과 작동이 기술될 것이고, 본 명세서에 개시된 디스플레이 디바이스들 각각에 필요에 따라 변경되어 적용될 수 있다.
지향성 디스플레이 디바이스는 전술된 바와 같이 배열되는 도파관(1) 및 조명기 요소들의 어레이(15)를 포함하는 지향성 백라이트를 포함한다. 제어 시스템은 광을 선택가능 광학 윈도우(조합되어 이러한 광학 윈도우는 관찰 윈도우(26)를 제공함) 내로 지향시키기 위해 조명기 요소들의 어레이(15)의 조명 요소(15a 내지 15n)를 선택적으로 작동시키도록 배열된다.
도파관(1)은 전술된 바와 같이 배열된다. 반사 단부(4)는 반사 광을 수렴시킨다. 프레넬 렌즈(62)(도시되지 않음)가 관찰자(99)(도시되지 않음)에 의해 관찰되는 관찰 평면(106)에서 관찰 윈도우(26)를 달성하기 위해 반사 단부(4)와 협력하도록 배열될 수 있다. 투과성 공간 광 변조기(SLM)(48)가 지향성 백라이트로부터의 광을 수광하도록 배열될 수 있다. 또한, 확산기(68)가 도파관(1), 후방 반사기(300) 및 SLM(48)의 픽셀 사이의 모아레 맥놀이(
Figure pat00002
)를 실질적으로 제거하기 위해 도파관(1)과 공간 광 변조기(48) 사이에 제공될 수 있다.
도 11a에 예시된 바와 같이, 지향성 백라이트는 단차형 도파관(1) 및 광원 조명기 어레이(15)를 포함할 수 있다. 도 11a에 예시된 바와 같이, 단차형 도파관(1)은 광 지향 면(8), 반사 면(4), 안내 특징부(10) 및 광 추출 특징부(12)를 포함한다.
제어 시스템은 디스플레이 디바이스(100)에 대한 관찰자(99)의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템을 포함할 수 있다. 센서 시스템은 관찰 윈도우(26)를 향해 지향되는 이미지 포착 원추(71)를 갖는 카메라와 같은 위치 센서(70)와, 예를 들어 컴퓨터 비전 이미지 처리 시스템을 포함할 수 있는 머리 위치 측정 시스템(72)을 포함한다. 제어 시스템은, 둘 모두가 머리 위치 측정 시스템(72)으로부터 제공되는 관찰자의 검출된 위치를 제공받는 조명 제어기(74)와 이미지 제어기(76)를 추가로 포함할 수 있다.
조명 제어기(74)는 도파관(1)과 협력하여 광을 관찰 윈도우(26) 내로 지향시키도록 조명기 요소(15a 내지 15n)를 선택적으로 작동시킨다. 조명 제어기(74)는 광이 지향되는 관찰 윈도우(26)가 관찰자(99)의 좌안 및 우안에 대응하는 위치에 있도록 머리 위치 측정 시스템(72)에 의해 검출된 관찰자의 위치에 의존하여 작동될 조명기 요소(15a 내지 15n)를 선택한다. 이러한 방식으로, 도파관(1)의 측방향 출력 지향성이 관찰자 위치와 상응한다.
이미지 제어기(76)는 이미지를 디스플레이하도록 SLM(48)을 제어한다. 이미지 제어기(76)는 추가로 후술될 바와 같이 공간 광 변조기의 픽셀에 어드레스하도록 배열되는 공간 광 변조기(48) 상의 픽셀 구동 요소(105)에 연결될 수 있다. 하나의 작동 모드에서, 무안경 입체 디스플레이를 제공하기 위해, 이미지 제어기(76)와 조명 제어기(74)는 다음과 같이 작동할 수 있다. 이미지 제어기(76)는 SLM(48)을 시간 다중화 좌안 및 우안 이미지를 디스플레이하도록 제어한다. 조명 제어기(74)는 좌안 및 우안 이미지의 디스플레이와 동기식으로 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 대응하는 위치에 있는 관찰 윈도우 내로 지향시키도록 광원(15a 내지 15n)을 작동시킨다. 이러한 방식으로, 무안경 입체 효과가 시분할 다중화 기술을 사용하여 달성된다.
패럴랙스 제어기(104)는 제어기(72)에 따라 패럴랙스 요소(100)의 배열을 조절하는 데 사용되는 패럴랙스 구동 요소(108)에 구동 신호를 제공하도록 배열된다. 패럴랙스 요소(100)는 직접 구동될 수 있거나, 공간 다중화될 수 있거나, 시간 다중화될 수 있거나, 공간 및 시간 다중화의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 패럴랙스 요소(100)는 패럴랙스 모드와 그것이 실질적으로 투명한 비-패럴랙스 모드 사이에서 스위칭하도록 배열될 수 있다.
위의 설명은 이제 기술될 다음의 장치, 변형 및/또는 추가의 특징부 각각 또는 모두에 개별적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 지향성 디스플레이 장치는 광을 앞서 논의된 바와 같이 출력 방향에 대응하는 관찰 윈도우 내로 지향시키기 위해 광원을 선택적으로 작동시키도록 배열될 수 있는 제어 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 이 실시예는 또한 본 명세서에 기술된 바와 같은 지향성 백라이트, 지향성 디스플레이 디바이스, 지향성 디스플레이 장치 등 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 지향성 디스플레이 장치는 제어 시스템을 가진 무안경 입체 디스플레이 장치일 수 있다. 제어 시스템은 시간 다중화 좌측 및 우측 이미지를 디스플레이하기 위해 지향성 디스플레이 디바이스를 제어하도록, 그리고 디스플레이된 이미지를 관찰자의 적어도 좌안 및 우안에 대응하는 위치에서 관찰 윈도우 내로 실질적으로 동기식으로 지향시키도록 추가로 배열될 수 있다. 제어 시스템은 디스플레이 디바이스를 가로지르는 관찰자의 위치를 검출하도록 배열될 수 있는 센서 시스템을 포함할 수 있고, 제어 시스템은 또한 디스플레이된 이미지를 관찰자의 적어도 좌안 및 우안에 대응하는 위치에 있는 관찰 윈도우 내로 지향시키도록 배열될 수 있다. 관찰 윈도우의 위치는 주로 검출된 관찰자의 위치에 의존할 수 있다.
따라서, 지향성 디스플레이 디바이스는 광을 전반사에 의해 안내하도록 배열되는 제1 안내 표면(6)과, 도파관(1)을 통해 안내된 광을 출력 광으로서 제1 안내 표면(6)을 통한 출사를 허용하는 방향으로 지향시키도록 배향되는 복수의 광 추출 특징부(12) 및 광을 도파관(1)을 통해 안내하도록 배열되는, 광 추출 특징부(12)들 사이의 중간 영역(10)을 포함하는 제2 안내 표면을 포함할 수 있다.
제2 안내 표면은 광 추출 특징부(12)인 소면 및 중간 영역(10)을 포함하는 단차형 형상을 갖는다. 지향성 백라이트는 반사 소면(310)들의 선형 어레이를 포함하는 후방 반사기(300)를 추가로 포함한다. 후방 반사기(300)는 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)으로부터의 광을 반사하도록 배열될 수 있으며, 여기서 광은 우선 도파관(1)의 복수의 소면(12)을 통해 투과되고, 후방 반사기(300)로부터 다시 도파관(1)을 통해 반사되어, 제1 안내 표면(6)을 통해 상기 광학 윈도우(관찰 윈도우(26)를 형성할 수 있음) 내로 출사한다. 광 추출 특징부는 예를 들어 도 4b에 도시된 바와 같이 측방향으로 양의 광파워를 갖는다.
지향성 디스플레이 장치는 지향성 디스플레이 디바이스와, 광을 관찰자에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우 내로 지향시키도록 어레이(15)의 광원을 제어하도록 배열되는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 지향성 디스플레이 장치는 공간 광 변조기(48)와 패럴랙스 요소(100)를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스(여기서, 패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(26)의 위치를 선택하도록 제어가능함); 및 광을 관찰자에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우 내로 지향시키도록 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 그리고 광을 동일한 관찰자에 의한 관찰을 위해 관찰 윈도우(26) 내로 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 협조 방식으로 제어하도록 배열되는 제어 시스템(72, 74, 76, 104)을 포함할 수 있다. 지향성 디스플레이 장치는 관찰자의 머리의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템(70)을 추가로 포함할 수 있으며, 이때 제어 시스템(72)은 관찰자의 머리의 검출된 위치에 따라 광원 제어기(74)에 의해 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)을 그리고 패럴랙스 요소 제어기(104)와 패럴랙스 구동 요소(108)에 의해 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 배열된다. 제어 시스템(72)은 제어기(76)와 픽셀 구동 요소(105)에 의해, 예를 들어 기술될 바와 같이 공간 광 변조기에 관한 좌안 및 우안 이미지 데이터의 인터레이싱(interlacing) 픽셀 칼럼에 의해 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 추가로 배열될 수 있다.
도 11b는 다면형(faceted) 미러 단부(1102)를 갖춘 웨지 도파관(1104)을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도이다. 도파관(1104)의 제1 안내 표면(1105)은 광을 전반사에 의해 안내하도록 배열되며, 제2 안내 표면(1106)은 실질적으로 평탄하고, 제1 안내 표면(1105)을 통해 광을 출력하기 위해 전반사를 파괴하는 방향으로 광을 지향시키도록 비스듬히 경사진다. 디스플레이 디바이스는 광원들의 어레이(1101)로부터의 광을 제1 안내 표면(1105)에 대한 법선을 향해 편향시키기 위해 도파관(1104)의 제1 안내 표면(1105)을 가로질러 연장되는 편향 요소(1108)를 추가로 포함한다. 또한, 도파관(1104)은 입력 광을 다시 도파관(1104)을 통해 반사하기 위한 반사 단부(1102)를 추가로 포함할 수 있으며, 이때 제2 안내 표면(1106)은 광을 반사 단부(1102)로부터의 반사 후에 제1 안내 표면(1105)을 통해 출력 광으로서 편향시키도록 배열된다. 반사 단부는 예를 들어 도 5에 도시된 반사 단부와 유사한 방식으로 측방향(y-축)으로 양의 광파워를 갖는다. 또한, 반사 단부(1102) 내의 소면은 반사된 광 원추를 도파관(1104) 내로 편향시켜 복귀 경로 상에서의 출력 결합을 달성한다. 따라서, 관찰 윈도우가 도 11a에 도시된 것과 유사한 방식으로 생성된다. 또한, 지향성 디스플레이는 공간 광 변조기(1110)와, 광학 윈도우를 제공하도록 추가로 배열되는, 공간 광 변조기(1110)에 정렬된 패럴랙스 요소(1100)를 포함할 수 있다. 도 11a에 도시된 것과 유사한 제어 시스템(72)이 패럴랙스 요소 및 정렬된 공간 광 변조기로부터 관찰 윈도우(26)와 윈도우(109)를 제공하는 지향성 조명의 제어를 제공하도록 배열될 수 있다.
도 12a는 공간 광 변조기와 함께 배열되는 도파관(1)을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도이다. 반사 단부(4)가 프레넬 미러에 의해 제공될 수 있다. 또한, 테이퍼 영역(500)이 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)으로부터의 입력 결합 효율을 증가시키기 위해 그리고 조명 균일성을 증가시키기 위해 도파관(1)의 입력부에 배열될 수 있다. 개구(503)를 갖춘 셰이딩 층(shading layer)(502)이 도파관(1)의 에지에 있는 광 산란 영역을 가리도록 배열될 수 있다. 후방 반사기(300)는 어레이(15)의 광원을 이미지 형성함으로써 제공되는 광학 윈도우의 그룹으로부터 윈도우 평면(27)에 관찰 윈도우(27)를 제공하도록 만곡되고 배열된 소면(310)을 포함할 수 있다. 광학 스택(504)은 반사 편광기, 지연기 층 및 확산기를 포함할 수 있다. 후방 반사기(300)와 광학 스택(504)은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2014년 2월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 백라이트(Directional backlight)"인 미국 특허 출원 제14/186,862호(대리인 참조 번호 95194936.355001)에 추가로 기술된다.
공간 광 변조기(48)는 입력 편광기(406), TFT 유리 기판(420), 액정 층(422), 컬러 필터 유리 기판(424) 및 출력 편광기(426)를 포함할 수 있는 액정 디스플레이를 포함할 수 있다. 적색 픽셀(516), 녹색 픽셀(518) 및 청색 픽셀(520)이 액정 층(422)에 어레이를 이루어 배열될 수 있다. 백색, 황색, 추가의 녹색 또는 다른 색의 픽셀(도시되지 않음)이 투과 효율, 색역(color gamut) 또는 인지된 이미지 해상도를 증가시키기 위해 액정 층 내에 추가로 배열될 수 있다.
2D 작동 시에, 그러한 디스플레이는 광을 관찰자의 눈의 영역 내에 있지 않은 방향으로 허비함이 없이 광을 관찰자 부근의 관찰 윈도우로 지향시킴으로써 높은 효율을 제공하도록 배열될 수 있다. 또한, 그러한 디스플레이는 바람직하게도 높은 주위 조도를 갖는 환경에서의 개선된 가시성을 위해 높은 휘도를 제공할 수 있다.
공간 광 변조기는 예를 들어 120 ㎐의 프레임률을 갖는 시간 다중화 공간 변조기일 수 있어, 60 ㎐ 프레임률을 갖는 좌측 및 우측 이미지를 포함하는 무안경 입체 이미지를 달성할 수 있다. 그러한 지향성 디스플레이 디바이스는 전술된 바와 같이 시간 다중화를 통해 무안경 입체 디스플레이를 달성할 수 있다. 그러한 시간 다중화 디스플레이는 바람직하지 않게도 백라이트 내의 도파관 구성요소로부터 높은 공간 및 각도 균일성을 달성하도록 배열된 구성요소로부터의 산란으로 인해 크로스토크를 제공할 수 있다. 또한, 고속 스위칭 공간 광 변조기가 요구되어, 비용과 복잡성을 증가시킨다. 고속 스위칭 공간 광 변조기에서의 시간 크로스토크는 이미지 크로스토크를 더욱 열화시킬 수 있다. 크로스토크의 제어는 조명 시간을 감소시킴으로써 제공될 수 있는데, 이는 바람직하지 않게도 디스플레이 휘도와 효율을 감소시킨다.
크로스토크는 좌안 이미지 데이터를 포함하는 광의, 관찰자의 우안 내로의 누출 및 그 반대로의 누출에 기인한다. 크로스토크는 산란 및 회절, 넓은 관찰 윈도우 중첩, 공간 광 변조기 내의 전자 크로스토크 및 부적절한 공간 광 변조기 응답 시간을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는 원인(source)에 기인할 수 있다. 높은 크로스토크는 바람직하지 않게도 사용자 불편, 감소된 작동 시간, 제한된 깊이 표현 및 다른 유해한 이미지 아티팩트(artifact)를 제공할 수 있다. 바람직한 크로스토크는 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 더 바람직하게는 2.5% 미만 및 가장 바람직하게는 1% 미만일 수 있다.
지향성 백라이트를 사용하여 시간 다중화 무안경 입체 디스플레이의 크로스토크를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 지향성 백라이트 디스플레이의 실외 사용에 대해, 특히 2D 응용에 대해 높은 효율과 높은 휘도의 이점을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 12b는 공간 광 변조기(48) 및 정렬된 후방 패럴랙스 요소(100)와 함께 배열된 지향성 백라이트를 포함하는 도 11a의 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도이다. 특히, 지향성 디스플레이 디바이스는 지향성 백라이트로서, 지향성 백라이트는 도파관(1)으로서, 도파관(1)을 따라 입력 광을 안내하기 위한 대향된 제1 안내 표면 및 제2 안내 표면을 포함하는, 상기 도파관(1), 및 도파관(1)을 가로질러 측방향(y-축)으로 상이한 입력 위치들에서 입력 광을 생성하도록 배열된 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)의 어레이(15)를 포함하고, 제2 안내 표면은 도파관(1)을 통해 안내되는 광을 출력 광으로서 제1 안내 표면(6)을 통해 도파관(1) 밖으로 편향시키도록 배열되고, 도파관은 출력 광을 입력 광의 입력 위치에 의존하여 측방향(y-축)으로 분포된 출력 방향들로 광학 윈도우들 내로 지향시키도록 배열되는, 상기 지향성 백라이트; 도파관(1)으로부터 출력 광을 수광하도록 그리고 이미지를 디스플레이하기 위해 출력 광을 변조시키도록 배열된 픽셀(516, 518, 520)의 어레이를 포함하는 투과성 공간 광 변조기(48); 및 공간 광 변조기(48)와 직렬로 존재하는, 공간 광 변조기의 픽셀들로부터의 광을 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 배열된 패럴랙스 요소(100)를 포함한다.
패럴랙스 요소(100)는 패럴랙스 배리어일 수 있다. 패럴랙스 배리어는 액정 배리어 요소 어레이, 입력 편광기(428), 전극 기판일 수 있는 기판(430), 액정 층(432), 및 전극 기판일 수 있는 기판(434)을 포함할 수 있다. 기판(430, 434) 중 적어도 하나는 후술될 바와 같이 배리어 요소(150)를 포함하는 패턴화된 전극 어레이를 구비할 수 있다.
그러한 디스플레이 디바이스는 후술될 바와 같이 시간 다중화, 공간 다중화, 및 시간 및 공간 다중화의 조합을 통해 무안경 입체 디스플레이를 달성할 수 있다.
도 13a는 공간 광 변조기(48) 및 정렬된 후방 패럴랙스 요소(100)를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 패럴랙스 배리어는 광 흡수 영역 및 광 투과 영역을 포함하는 고정된 층을 갖춘 배리어 요소를 포함할 수 있다. 패럴랙스 효과가 달성되지 않도록, 광 흡수 영역이 투과 상태로 스위칭하도록 배열되는 2차원 모드 사이에서 배리어가 스위칭될 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 스위칭 배리어는 도 12b와 도 13a의 배열에 의해 제공될 수 있다. 패턴화된 전극 층을 포함하는 편광기(428, 406)와 액정 층(432)이 패턴화된 전극 층의 제어에 관하여 편광기(428)로부터의 입사 편광을 편광기(406)에서의 흡수와 투과 사이에서 스위칭하도록 배열된다. 따라서, 편광기(406)는 유리하게도 배리어 요소(100)와 공간 광 변조기(48)를 위한 기능성을 제공한다.
패럴랙스 요소(100)는 투과 슬릿(444)과 함께 광 흡수 영역(446)을 포함할 수 있다. 아래에 나타내어질 바와 같이, 배리어는 (i) 픽셀마다 하나의 슬릿을 갖는 것, (ii) 픽셀들의 그룹마다 하나의 슬릿을 갖는 것, 예를 들어, 그룹은 픽셀들의 2개의 칼럼을 포함할 수 있음, (iii) 2D 작동을 위한 완전 투과 모드를 갖는 것 사이에서 스위칭될 수 있다. 윈도우 형성의 기하학적 구조는 층(422, 432)을 포함하는 픽셀 평면과 배리어 요소의 분리(435)뿐만 아니라 측방향(y-축)으로의 공간 광 변조기 상의 픽셀의 크기 및 바람직한 윈도우 크기와 관찰 거리에 의해 결정된다.
도 13b에서 설명될 바와 같이 반사 편광기(417)와 지연기(405)를 포함하는 추가의 층이 편광 재순환과 시야각의 최적화를 제공하도록 배열될 수 있다.
그러한 픽셀 해상도를 사용하는 투 뷰 패럴랙스 배리어 디스플레이는 패럴랙스 배리어(100)와 픽셀 평면(422) 사이의 작은 분리를 필요로 하며; 그러한 분리는 기판(420, 434)의 바람직한 두께에 대해 달성될 수 있는 것보다 작을 수 있다. 예를 들어, 500 ppi 공간 광 변조기(48)는 350 마이크로미터의, 픽셀(422)과 배리어 요소(150)의 분리(435)를 필요로 할 수 있다. 100 마이크로미터 편광기(406)가 제공되면, 기판(420, 434)은 각각 125 마이크로미터의 두께를 가질 것이며, 이는 수율을 감소시키고 비용을 증가시킬 수 있다. 고 해상도 공간 광 변조기를 사용하여 패럴랙스 배리어 디스플레이의 비용을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
작동 시에, 슬릿 영역(444)으로부터의 광이 광선(442)을 따라 관찰 윈도우(29)로 지향된다. 배리어는 패럴랙스 배리어 요소(100) 층(432)의 전극에 의해 제공될 수 있는 다수의 배리어 요소(150)로 구성될 수 있다. 따라서, 슬릿 영역(444)은 관찰자 추적에 대해 후술될 바와 같이 다수의 배리어 요소(150)를 포함한다.
도 13b는 도파관(1) 및 후방 반사기(300)와 조합될 때 도 13a의 광학 스택에서의 편광 방향의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다. 후방 반사기(300)는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 12월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 디스플레이를 위한 슈퍼렌즈 구성요소(Superlens component for directional display)"인 미국 특허 출원 제14/137,569호(대리인 참조 번호 95194936.351001)에 기술된 바와 같이 입사 편광의 회전을 달성하도록 배열되는 프리즘형 구조체를 포함할 수 있다.
작동 시에, 비편광 상태(480)를 갖는 광이 도파관(1)으로부터 출력되며, 이 중 일부가 편광기(428)와 정렬된 반사 편광기(417)로 직접 전파되며, 이들 둘 모두는 수평선에 대해 45도로 배향되는 편광 상태 투과 방향을 가질 수 있다. 광 중 일부가 후방 반사기(300)로 지향되고, 도파관(1)을 통해 반사 편광기(417)로 복귀된다. 편광 상태(482)를 갖는 광이 편광기(417, 428)를 통과하는 반면, 편광 상태(486)를 갖는 광이 편광기(417)에 의해 도파관(1)을 통해 후방 반사기(300) 상으로 반사된다. 반사기(300)는 상태(484)가 반사되고 도파관(1)과 편광기(417, 428)를 통해 투과되도록 편광 상태를 회전시키는 프리즘형 구조체를 포함할 수 있다. 층(432) 내의 액정 재료(439)가 지연기(405)를 통과한 후에 편광기(492)에서 광의 투과 또는 흡수를 제공하도록 스위칭된다. 지연기(405)는 층(432)으로부터의 편광된 광에 대한 편광 투과 방향을 회전시키도록 배열되고, 예를 들어 수직선에 대해 22.5도의 배향을 가질 수 있다. 당업계에 알려진 바와 같이, 지연기는 단일 지연기 층일 수 있거나, 판차라트넘 스택(Pancharatnum stack)과 같은 지연기 스택일 수 있다. 층(432)으로부터의 광의 45도 출력 각도는 편광 상태(492)를 투과시키도록 배열될 수 있는 편광기(426) 및 편광 투과 상태(494)를 갖는 출력 편광기(426)에 입사하는 수평 또는 수직 편광 상태를 제공하도록 45도 회전될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기(48)는 액정 모드, 예를 들어 평면 정렬 스위칭(in-plane switching), 프린지 필드 스위칭 또는 바람직하게는 0도의 편광기 배향을 갖는 수직 정렬 모드를 포함할 수 있는 반면, 패럴랙스 요소(100)는 예를 들어 바람직하게는 45도의 편광기 배향을 갖는 꼬인 네마틱 모드(twisted nematic mode)를 포함할 수 있다.
유리하게는, 패럴랙스 요소(100)는 고 콘트라스트 및 고 개구율을 갖는 실질적으로 축상 관찰을 위한 바람직한 스위칭 특성을 갖는 저 비용 액정 모드를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(48) 모드는 광시야각 고 콘트라스트 이미지 데이터를 제공하도록 배열될 수 있다. 지연기(405)는 하나의 기판, 예를 들어 편광기(406)의 복굴절 TAC를 포함할 수 있으며, 따라서 고 해상도 LCD에 사용하기 위해 낮은 두께를 가질 수 있다.
몇몇 배열에서, 분리(435)를 편리하게는 기판(420, 434)과 편광기(406)의 두께를 감소시킴으로써 달성될 수 있는 것보다 작은 값으로 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 14는 공간 광 변조기, 및 인셀 편광기를 추가로 포함하는 정렬된 후방 패럴랙스 요소를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 인셀 편광기 층(407)은 예를 들어 제어가능한 전극이 그것 상에 배열되는 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer)를 포함할 수 있다. 그러한 인셀 편광기(407)는 바람직하게도 분리(437)로부터 편광기(406)와 기판(434)의 두께를 제거할 수 있고, 유리하게도 매우 작은 픽셀 크기에 대한 바람직한 윈도우 크기를 달성할 수 있다. 와이어 그리드 편광기는 공간 광 변조기(48)의 제조 중에 TFT 기판(420)의 외측에 배열될 수 있다.
분리(437)를 유지하면서 전체 스택 두께를 도 13a의 것에 비해 감소시키는 것이 또한 바람직할 수 있다.
도 15a는 공간 광 변조기, 및 2개의 인셀 편광기를 추가로 포함하는 정렬된 후방 패럴랙스 요소를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 도 14의 편광기(428)와 기판(430)은 제2 와이어 그리드 편광기(409)와 기판(430)에 의해 대체된다. 유리하게도, 무안경 입체 작동에 대한 바람직한 윈도우 특성을 유지하면서 전체 스택 두께가 도 13a의 배열에 비해 크게 감소될 수 있다. 후술될 바와 같이, 본 실시예의 윈도우 이미지 형성 특성은 전형적으로 종래 기술의 스위칭가능 패럴랙스 배리어 디스플레이에 대해 바람직할 수 있는 것에 비해 더 높은 크로스토크 수준을 갖는 패럴랙스 요소에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 와이어 그리드 편광기(407, 409)의 광학 성능이 유리하게도 알려진 스위칭가능 패럴랙스 배리어 디스플레이 내의 편광기(428, 406)에 대해서보다 낮을 수 있다.
제조 중에, SLM(48)이 와이어 그리드 편광기와 함께 TFT 기판(420) 상에 형성될 수 있다. 이어서 패럴랙스 요소(100)가 기판(430)과 함께 SLM(48)의 외측 표면 상에 형성되고 액정으로 충전될 수 있다. 이어서 기판(430, 420, 424)의 샌드위치(sandwich)가 예를 들어 화학-기계적 폴리싱에 의해 박화될 수 있다. 유리하게도, 얇은 스택이 픽셀 층(422)과 배리어 층(432) 사이의 바람직한 분리(437)를 갖고서 달성될 수 있다.
도 15b는 공간 광 변조기, 및 인셀 편광기를 포함하는 정렬된 후방 패럴랙스 요소를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일부의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 패럴랙스 요소는 유리하게는 별개의 구조체에 의해 공간 광 변조기에 제공되어, 제조 수율을 개선할 수 있다. 도 13a의 배열과 비교할 때, 유리하게도 층(422, 432) 사이의 분리(437)가 두께(435)에 비해 감소되는데, 왜냐하면 편광기(406)의 두께가 제거되어, 층(432) 내의 와이어 그리드 편광기에 의해 대체되기 때문이다. 또한, 도 13a와 비교할 때, 배리어 영역에 입사하는 광선(421)은 반사되고, 백라이트 내에서 재순환될 수 있는 반면, 광선(423)은 투과되고 관찰 윈도우로 지향된다. 따라서, 시스템 효율이 증가된다.
도 16a 및 도 16b와 도 17a 내지 도 17e는 패럴랙스 요소(100)가 관찰 윈도우(29)의 위치를 선택하도록 제어가능하도록 배열되는 패럴랙스 요소(100)의 구조를 정면도로 예시한 개략도이다. 패럴랙스 요소(100)는 광을 차단하거나 투과시키고, 이에 의해 관찰 윈도우의 위치를 선택하도록 제어가능한 배리어 요소(150)들의 어레이를 포함하는 패럴랙스 배리어이다.
배리어 제어기(108)가, 전형적으로 배리어 요소(150)의 영역 내의 액정 층에 전압을 인가함으로써, 전극(154)에 의해 배리어 요소(150)를 제어하도록 배열된다. 따라서, 요소(158)는 광학 스택의 각자의 편광기(406, 428)와 조합되어 사용될 때 실질적으로 흡수 배리어 영역(448)을 달성하도록 인가되는 전압을 갖는다. 요소(157)가 슬릿 영역(444)에서 광 투과를 제공하도록 인가되는 상이한 전압(0일 수 있음)을 갖는다. 요소(157)는 흡수가 SLM(48)에 대한 입력부에 있는 편광기(406)에서 일어나는 지연기 요소이다. 그러나, 배리어 위치는 지연기 배리어 요소(150)의 평면에 있다. 편의상, 그러한 지연기 영역은 패럴랙스 배리어(100)의 배리어 영역으로서의 그것의 역할에 관하여 흡수 영역으로 지칭된다.
(n+1)번째 전극(156)이 유리하게는 배리어 요소(150)의 어드레싱에 바람직한 전극 라인의 개수를 감소시키기 위해 제1 전극에 반복 패턴으로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 공간 광 변조기(48)의 각각의 픽셀에 대한 각자의 정렬된 배리어 요소와 슬릿이 동일한 방식으로 제어될 수 있다. 배리어 요소의 피치는 관찰 윈도우가 디스플레이 표면 상의 모든 점으로부터 동일한 평면으로 실질적으로 지향되어, 측방향으로 디스플레이 폭의 전체를 가로질러 이동 관찰자에 대한 윈도우 스위칭 품질을 최적화시키도록, 디스플레이의 폭을 가로질러 시점 보정(view point correction)을 달성하기 위한 피치를 갖는 슬릿 영역(444)을 제공하도록 배열될 수 있다.
작동 시에, 각각의 배리어 요소(150)는 윈도우 평면(109)에 광학 윈도우를 제공하며, 조합되어, 광학 윈도우는 관찰 윈도우(29)를 제공한다. 도 11a에 도시된 제어 시스템(72)은 이동 관찰자와, 관찰 윈도우(29)의 측방향 위치를 조절하는 것이 바람직할 수 있는 것을 식별할 수 있다. 배리어 제어기(108)는 새로운 슬롯 영역(166) 및 이에 따라 측방향으로 상이한 관찰 윈도우 위치를 제공하도록 배리어 요소(150)의 구동을 조절한다. 따라서, 요소(158)가 흡수로부터 투과 작동으로 스위칭하고, 요소(160)가 투과로부터 흡수 작동으로 스위칭한다.
층(432)의 액정 모드는 예를 들어 꼬인 네마틱, 초-꼬인 네마틱(super-twisted nematic), 수직 정렬, 프린지 필드 스위칭, 평면 정렬 스위칭, 파이-셀(pi-cell) 또는 광학 보상 벤드(optically compensated bend), 또는 다른 액정 모드에 의해 제공될 수 있다. 이러한 모드는 적어도 스위칭 속도, 투과율, 색도(chromaticity), 요소(158)의 영역에서의 블랙 레벨(black level), 요소(158)들 사이의 갭의 영역에서의 블랙 레벨, 콘트라스트 시야각(contrast viewing angle) 및 어드레싱 전극 개구율의 최적화된 조합을 달성하도록 선택될 수 있다. 유리하게도, 본 실시예는 종래의 백라이트를 갖춘 패럴랙스 배리어 디스플레이에서 낮은 크로스토크와 다른 바람직한 디스플레이 특성을 달성하지 못할 수 있는 액정 모드로 개선된 성능을 달성할 수 있다.
이제 배리어 요소(150)들 사이의 갭 영역(162)의 작동이 기술될 것이다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 갭 영역(162)은 투과성일 수 있거나, 도 17b에 도시된 바와 같이, 그것은 흡수성일 수 있다. 바람직하게는, 알려진 디스플레이에서, 갭 영역은 흡수 영역(448)에서의 광 투과로부터의 크로스토크를 감소시키기 위해 흡수성이다. 그러나, 흡수 갭 영역은 또한 슬릿 영역(444)에서의 흡수로부터 디스플레이 휘도의 손실을 초래한다. 유리하게도, 아래에 나타내어진 바와 같이, 본 실시예는 도 17a에 도시된 바와 같이 광이 배리어 영역(448)에서 투과되는 배열에서 감소된 크로스토크를 달성한다. 따라서, 알려진 배열에 비해 디스플레이 휘도가 증가될 수 있음과 동시에 디스플레이 크로스토크가 감소될 수 있다. 또한, 파이-셀 모드와 같은 고속 액정 모드는 전형적으로 노멀리 화이트(normally white) 작동이다.
도 17a와 도 17b는 각각 슬릿 영역(444) 및 흡수 영역(448) 둘 모두에서 둘 모두 투과성이거나 둘 모두 흡수성인 갭(149, 162)을 예시한다. 도 17c는 슬릿 영역(444) 내의 투과 갭(149)과 흡수 영역 내의 흡수 갭(162)을 예시한다. 유리하게도, 휘도가 증가될 수 있고, 크로스토크가 감소될 수 있다.
전형적인 전자적으로 스위칭가능한 패럴랙스 배리어에서, 2 마이크로미터 내지 20 마이크로미터의 액정 셀 갭이 제공될 수 있다. 전형적인 셀 갭은 10 내지 15 마이크로미터일 수 있고, 예를 들어 12 마이크로미터일 수 있다. 인접한 전극 요소(150)들 사이의 갭(149)에 대해, 그러한 셀 갭은 갭 스위칭, 즉 전극들 사이의 전계 결합에 의한 패럴랙스 배리어의 요소들 사이의 영역의 액정 재료 재배향을 달성할 수 있다. 특히, 갭 스위칭은 광을 차단하도록 배리어 영역 내의 전극 갭을 스위칭하도록 배열될 수 있는 반면, 슬릿 영역 내의 전극 갭은 투과성이다. 그러나, 그러한 액정 셀 갭은 배리어(100)의 해상도를 제한할 수 있다. 예를 들어, 요소들 사이의 갭(149)은 5 마이크로미터의 폭을 가질 수 있고, 요소들은 20 마이크로미터의 피치로 있을 수 있다. 배리어 피치당 10개의 요소(150)가 요구되면, 최소 배리어 피치는 200 마이크로미터일 것이다. 투 뷰 디스플레이에 대해, 그러한 피치는 250 ppi 패널에 적절한 100 마이크로미터 피치의 LCD를 필요로 할 수 있다. 따라서, 2.5 마이크로미터 이하의 폭의 요소(150)들 사이의 갭(149)이 500 ppi 이상의 공간 광 변조기에 바람직할 수 있다. 그러한 갭은 수율을 감소시키고 패럴랙스 배리어(100)의 비용을 증가시킬 수 있다.
도 17d는 도 17b의 폭(444)에 비해 슬릿 영역(168)의 폭을 감소시킴으로써 감소된 크로스토크를 달성하도록 배열된 배리어 요소의 배열을 도시한다. 따라서, 디스플레이에는 슬릿 폭이 응용과 관찰자 추적의 신뢰성에 적합하도록 조절되는 조정가능 크로스토크 제어 방법이 제공될 수 있다. 작동 시에, 더 좁은 슬릿 폭은 SLM(48)의 픽셀들 사이의 블랙 마스크 영역의, 관찰 윈도우(29) 내로의 이미지 형성으로 인해 증가된 불균일성을 초래할 수 있다. 그러나, 추적 시스템이 신뢰성 있는 품질을 달성하고 있으면, 추적된 사용자에 대한 이들 불균일성의 가시성이 감소될 수 있고, 슬롯 폭이 그에 맞춰 조절될 수 있어, 유리하게도 이미지 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
도 17e는 도 37b를 참조하여 기술될 바와 같이 시간 다중화 패럴랙스 배리어에 채용될 때 도 17d의 배열에 대해 역-위상(anti-phase)으로 사용될 수 있는 배리어 요소(150)의 배열을 도시한다. 유리하게도, 패럴랙스 배리어 요소는 저 크로스토크 시간 다중화 디스플레이를 달성하도록 스위칭될 수 있다.
도 18은 공간 광 변조기 및 정렬된 전방 패럴랙스 요소와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도이다. 도 12b와 비교할 때, 공간 광 변조기(48)는 도파관(1)을 포함하는 지향성 백라이트와 패럴랙스 배리어 사이에 배열된다. 유리하게도, 그러한 디바이스가 도 12b의 후방 배리어의 프레넬 회절 체제와는 대조적으로 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절 체제로 작동할 수 있기 때문에, 달성될 수 있는 관찰 윈도우의 균일성이 증가될 수 있다.
도 19a는 그레이 스케일 어드레싱된 슬롯 영역을 포함하는 패럴랙스 배리어의 구조를 정면도로 예시한 개략도이다. 배리어 요소(174, 176, 178)는 제어기(108)와 전극(154)에 의해 각자의 배리어 요소에 인가되는 전압을 제어함으로써 슬릿(444)을 가로지른 위치에 따라 달라지는 그레이 스케일 레벨을 가질 수 있다. 유리하게도, 아포디제이션(apodisation)으로 인해 배리어로부터의 회절이 감소될 수 있음으로써, 윈도우 균일성을 증가시킬 수 있다.
도 19b와 도 19c는 측방향으로 증가된 크기(161)로 배열된 슬롯 영역을 포함하는 패럴랙스 배리어의 구조를 정면도로 예시한 개략도이다. 요소(158)의 에지(159)가 측방향(y-축)으로 워블(wobble) 또는 다른 측방향 변화를 갖고서 배열되어 크기(161)를 달성할 수 있다. 유리하게도, 측방향으로의 아포디제이션이 달성될 수 있고, 배리어 가시성이 추가로 감소될 수 있다. 에지(159)는 감소된 모아레 가시성을 달성하기 위해 그리고 관찰 윈도우들 사이의 증가된 블러(blur) 영역을 제공하여, 균일성을 개선하기 위해 도 19c에 도시된 바와 같이 적어도 2개의 요소 사이에서 진폭과 위상이 동일할 수 있거나 달라질 수 있다.
도 20은 갭 스위칭 배리어 요소를 포함하는 스위칭가능 패럴랙스 배리어의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 기판(430)은 균일한 전극(450)과 그것의 표면 상에 배열되는 액정 정렬 층(454)을 구비한다. 기판(434)은 패턴화된 전극(452, 453)과 그것의 표면 상에 배열되는 액정 정렬 층(456)을 구비하며, 이때 액정 층(432)이 그것들 사이에 배열된다. 전계를 인접 전계에 인가 시에, 갭(462)의 영역에서의 전계 방향(467)이 각자의 전극 영역들 사이의 실질적으로 연속적인 액정 지향기 배향을 제공하도록 왜곡된다.
도 21은 프린지 필드 스위칭 배리어 요소를 포함하는 스위칭가능 패럴랙스 배리어의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 기판(430)은 전극을 구비하지 않을 수 있는 반면, 기판(434)은 제1 연속 전극(466), 유전체 층(464), 패턴화된 전극(462) 및 액정 정렬 층(456)을 구비한다. 왜곡된 전계선(468)이 패턴화된 전극(562)들 사이의 갭 내에서 액정 정렬을 달성하여, 각자의 전극 영역들 사이의 실질적으로 연속적인 액정 지향기 배향을 제공할 수 있다.
도 17b에 도시된 바와 같이, 전극(452, 453) 사이의 갭(462) 내에 광 흡수 영역을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 배리어 요소(150)가 입력 편광기(428), 전극(452)의 영역 내의 액정 층(432) 및 편광기(426)를 포함한다. 유리하게도, 도 20과 도21의 배열은 배리어 요소(150)들 사이의 갭(162) 내에서 액정의 스위칭을 달성하여, 크로스토크를 감소시키거나 휘도를 증가시킬 수 있다.
예를 들어 모바일 디스플레이에 사용하기 위해, 가로 배향과 세로 배향 사이에서 스위칭할 수 있는 디스플레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 22는 도 12b의 스위칭가능 무안경 입체 디스플레이의 세로 모드에서의 광학 윈도우의 배열을 사시 정면도로 예시한 개략도이다. 지향성 백라이트의 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)의 이미지 형성으로부터의 광학 윈도우가, 디스플레이(200)가 세로 배향으로 배열될 때 수평인 관찰 윈도우(26)를 제공하도록 배열된다. 스위칭가능 패럴랙스 배리어(100)는 투과성이도록 배열되고, 별개의 관찰 윈도우(29)가 배리어에 의해 생성되지 않는다. 유리하게도, 그러한 디스플레이는 장기간의 배터리 수명 동안 높은 작동 효율을 달성할 수 있다. 또한, 더 많은 광학 윈도우를 켜고 각자의 광학 윈도우의 그레이 스케일 프로파일을 제어함으로써 광각(wide angle) 작동 모드가 달성될 수 있다. 또한, 광각 모드와 동일한 전력 소비에 대해, 예를 들어 높은 조도 수준을 갖는 실외에서의 사용을 위해 매우 높은 휘도의 디스플레이가 달성될 수 있다. 도 12a의 배열과 비교할 때, 그러한 디스플레이의 효율은 주로 도 12b에 도시된 바와 같은 편광기(428)의 평행 편광 투과 효율에 의해 감소될 수 있으며, 예를 들어 그러한 상대 효율은 90%일 수 있다.
도 22의 관찰 윈도우 배열은 무안경 입체 디스플레이 작동을 제공하지 않는다.
도 23a 내지 도 23c는 도 12b의 스위칭가능 무안경 입체 디스플레이의 가로 모드에서의 광학 윈도우의 배열을 사시 정면도로 예시한 개략도이다. 지향성 백라이트로부터 발생하는 디스플레이(200)의 관찰 윈도우(26)가 수직으로 배향되고, 패럴랙스 요소로부터의 관찰 윈도우(29)가 또한 수직으로 배향된다. 관찰 윈도우(26)는 관찰 윈도우(29)의 피치(204)와는 상이한 피치(202)를 가질 수 있다. 피치(202)는 피치(204)보다 클 수 있다. 도 23b에 도시된 바와 같이, 피치(202)는 피치의 반정수배(half integer multiple)일 수 있다. 도 23c에 도시된 바와 같이, 피치(202)는 피치(204)의 정수배(integer multiple)일 수 있다. 바람직하게는, 관찰 윈도우(26, 29)는 윈도우(26, 29)에 대한 좌안 및 우안 관찰 윈도우의 정렬을 달성하기 위해 실질적으로 정렬될 수 있다. 그러한 배열은 유리하게도 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
도 24a와 도 24b는 패럴랙스 요소가 완전히 투과성인 도 12b의 스위칭가능 디스플레이의 2D 관찰 윈도우의 배열을 평면도로 예시한 개략도이다. 도 24a에서, 어레이(15)의 소수의 광원에 의해 조명될 때 도파관(1)으로부터의 조명 원추(210)가 디스플레이 상의 하나의 위치에 대해 도시된다. 좌안 및 우안이 원추(210) 내에 있는 관찰자는 조명된 디스플레이 상의 위치를 볼 것이다. 윈도우 평면(126)에 있는 관찰자는 조명된 디스플레이 전체를 볼 것이다. 도 24b에서, 도파관(1)에서 어레이(15)의 더 많은 광원이 조명되고, 광각 원추(212)가 달성된다. 그러한 원추는 더 넓은 범위의 관찰 위치를 제공하지만, 주어진 전력 소비에 대해 도 24a의 배열보다 낮은 효율과 휘도를 갖는다.
도 24c는 도 24a의 배열에 대한 관찰 윈도우 프로파일을 예시한 개략 그래프이다. 디스플레이 휘도(232)가 윈도우 평면(109) 내의 위치(230)에 대해 휘도 프로파일(233)로 플로팅된다. 유리하게는, 효율을 증가시키기 위해, 관찰자(45)의 눈 사이의 중심 영역(235)이 감소될 수 있다.
도 25a는 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 배리어(100)는 공간 광 변조기(48)의 픽셀 칼럼의 측방향 피치(609)와 실질적으로 동일한 슬릿 폭(610)을 가지며; 여기서 SLM(48)은 적색 픽셀(516), 녹색 픽셀(518) 및 청색 픽셀(520)의 열(row)을 각각 포함하는 픽셀의 칼럼(600, 602, 604, 606)을 포함한다. 좌안 데이터(L)의 칼럼(600, 604)은 우안 데이터(R)의 칼럼(602, 606)과 인터레이싱될 수 있다. 유리하게도, 윈도우 평면(129)에서 양호한 균일성을 갖는 무안경 입체 윈도우(29)가 생성될 수 있다. 그러한 배열은 예를 들어 도 25d에서 설명될 바와 같이 낮은 크로스토크가 달성될 수 있는 위치의 좁은 관찰 측방향 범위를 갖는다.
본 실시예에서, 픽셀 칼럼(600, 604)의 세트는 좌측 픽셀 세트(596)를 구성할 수 있고, 픽셀 칼럼(602, 606)의 세트는 우측 픽셀 세트(598)를 구성할 수 있다. 더 일반적으로, 세트(596, 598)는 각각 좌안 및 우안 이미지 데이터를 포함하는 픽셀 세트일 수 있다. 이러한 세트는 칼럼으로서 배열되지 않는, 예를 들어 본 명세서에 기술될 바와 같이 경사진 어레이를 이루어 배열되는 픽셀을 추가로 포함할 수 있다.
관찰 윈도우(29)의 높은 균일성을 유지하면서 낮은 크로스토크를 위한 관찰 자유도의 범위를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 25b는 포 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 이 실시예에서, 배리어의 각각의 슬릿(444)은 픽셀의 4개의 칼럼 위에 놓이고, 칼럼은 우안 이미지 데이터의 그룹(614, 618)과의 좌안 픽셀 데이터의 인터레이싱된 그룹(612, 616)으로서 배열된다. 슬릿 영역(444)의 폭(610)은 픽셀 칼럼의 피치와 동일하여, 높은 윈도우 균일성이 달성된다. 유리하게도, 도 25a의 배열에 비해, 낮은 크로스토크를 위한 관찰 자유도가 증가된다.
도 25c는 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도이다. 좌안 관찰 원추(215, 216, 219)와 우안 관찰 원추(218, 214, 217)가 관찰자(45)를 향해 지향된다. 제1 관찰자(45) 위치(220)에서, 우안은 우안 이미지를 보고, 좌안은 좌안 이미지를 보며, 오소스코픽 이미지(orthoscopic image)가 보이고; 제2 위치(221)에서, 우안은 좌안 이미지를 보고, 좌안은 우안 이미지를 보며, 슈도스코픽 이미지(pseudoscopic image)가 보인다.
도 25d는 도 25a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 광학 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 도 25c에서의 위치(221)의 슈도스코픽 이미지는 시각적 부담 및 사용자 혼란을 초래하여 바람직하지 않다. 또한, 나타내어질 바와 같이, 슈도스코픽 이미지는 디스플레이 시스템에서 증가된 크로스토크를 야기한다. 관찰자(238)의 좌안을 고려하면, 도 25a의 배열로부터의 우안 관찰 윈도우 프로파일(29)은 인접 우안 윈도우 프로파일(240, 244)과 함께 실질적으로 삼각형 프로파일(242)을 가질 것이다. 작동 시에, 광은 화살표(239, 241)에 의해 표시된 바와 같이 인접한 관찰 윈도우들 사이의 확산기 및 다른 산란 메커니즘에 의해 더욱 블리딩(bleeding)될 것이다. 따라서, 둘 모두의 우안 윈도우(240, 244)로부터의 광이 관찰자(238)의 우안으로 지향될 것이다.
디스플레이 크로스토크를 감소시키고 슈도스코픽 구역의 출현을 감소시키며 이미지 크로스토크를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 26a는 투 뷰 공간 다중화를 위한 지향성 조명과 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 조합된 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도이다. 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치인 지향성 디스플레이 장치가 배열될 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소(100)는 공간 광 변조기(48)의 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터의 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 관찰 윈도우(29)(평면(109)과 원추(214, 216)의 교차에 의해 도시됨) 내로 지향시키도록 배열되고; 제어 시스템(72, 76)은 좌안 및 우안 이미지를 공간 다중화 픽셀의 제1 세트(596) 및 제2 세트(598) 상에 디스플레이하도록 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 배열되며; 제어 시스템(72, 74)은 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안 둘 모두에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우(26)(평면(106)과 원추(210)의 교차에 의해 도시됨) 내로 지향시키도록 조명기 요소들의 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 배열된다.
도 24a에서의 원추(210)에 의해 제공되는 관찰 윈도우(26)는 도파관(1)을 포함하는 지향성 백라이트에 의해 제공되는 반면, 원추(214, 216)에 의해 제공되는 관찰 윈도우(29)는 관찰자(45)로 지향된다. 위치(220)에서는, 오소스코픽 이미지가 보일 수 있는 반면, 위치(221)에서는, 단일 이미지가 우안에서 보여, 2D 이미지의 외양을 제공한다.
도 26b는 도 26a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 광학 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 따라서, 윈도우(244)가 제거되고, 화살표(239)에 의해 도시된 윈도우(240)로부터 산란하는 광이 관찰자(238)의 좌안으로 지향된다. 유리하게도, 시스템의 크로스토크가 상당히 감소되고, 슈도스코픽 구역이 제거될 수 있다.
예를 들어 도 25a의 배열은 측방향 디스플레이 해상도를 1/2만큼 감소시킨다. 도 27a와 도 27b를 참조하여 기술될 바와 같이 최대 디스플레이 해상도를 달성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 27a는 투 뷰 공간 다중화 및 시간 뷰 다중화를 위한 지향성 조명과 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 조합된 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도이다. 이 예에서, 원추(210)에 의해 주어지는 윈도우(26)와 원추(214, 216, 215, 217)에 의해 주어지는 윈도우(29)는 정확히 정렬되지 않고, 몇몇 작은 잔류 인접 슈도스코픽 원추가 또한 관찰자(45)로 지향되어, 작은 슈도스코픽 조명된 측부 원추(215, 217)를 제공할 수 있다.
도 27b는 투 뷰 공간 다중화 및 시간 뷰 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 지향성 디스플레이 장치는 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치일 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(29)의 위치를 선택하도록 제어가능하고; 제어 시스템(72, 104)은 광을 (a) 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 관찰 윈도우(29) 내로, 그리고 (b) 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터 관찰자(45)의 우안 및 좌안에 의한 관찰을 위해 역(reversed) 우안 및 좌안 관찰 윈도우(29) 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 배열되고, 제어 시스템(72, 104)은 (a) 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터의 광이 좌안 및 우안 관찰 윈도우 내로 지향될 때, 각각, 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 좌안 및 우안 이미지를, 그리고 (b) 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터의 광이 역 우안 및 좌안 관찰 윈도우(29) 내로 지향될 때, 각각, 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 우안 및 좌안 이미지를, 패럴랙스 요소의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 배열되며; 제어 시스템은 광을 관찰자(45)의 양안에 의한 관찰을 위해 광학 윈도우(26) 내로 지향시키도록 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 배열된다.
SLM(48)은 예를 들어 공간 다중화만을 갖는 디스플레이에 대한 60 ㎐에 비해 120 ㎐ 프레임률로 좌측 및 우측 이미지를 제공하는 고 프레임률 디바이스일 수 있다. 제1 위상(도 27a와 도 27b의 상부 부분에 도시됨)에서, 관찰 원추(214)는 패널 및 정렬된 우안 픽셀 칼럼 상의 제1 배리어 슬릿 영역(444)으로부터 나오는 우안 이미지로부터의 것이다. 제2 위상(도 27a와 도 27b의 하부 부분에 도시됨)에서, 관찰 원추(225)는 둘 모두 제1 위상과 제2 위상 사이에서 병진되는, 패널 및 정렬된 우안 픽셀 칼럼 상의 제2 배리어 슬릿 영역(444)으로부터 나오는 우안 이미지(R', 여기서 R'은 제1 위상에 사용되는 R 데이터에 대한 상호보완적인 인터레이싱된 우안 데이터를 위한 데이터를 지칭함)로부터의 것이다. R' 데이터(601, 603, 605, 607)는 디스플레이 해상도를 증가시키기 위해 R 데이터(600, 602, 604, 606)와는 상이할 수 있으며, L 및 L' 데이터에 대해 마찬가지이다.
유리하게도, 디스플레이 이미지 해상도가 증가될 수 있음과 동시에, 높은 윈도우 균일성과 낮은 크로스토크가 달성될 수 있다.
도 26a와 도 27a의 배열의 관찰 자유도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
다수의 관찰자에게 무안경 입체 이미지와 같은 지향성 이미지를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 27c 내지 도 27e는 다수의 관찰자를 위한 도파관(1), 공간 광 변조기(48) 및 정렬된 패럴랙스 배리어(100)를 포함하는 지향성 백라이트의 배열을 평면도로 예시한 개략도이다. 도 27c는 조명이 광각 원추(212)에 의해 제공될 때 관찰자(45, 47)를 위한 공간 다중화 무안경 입체 디스플레이의 다수의 로브(lobe)를 도시한다. 관찰자(45, 47)에게 집중을 방해하고 혼란스러울 수 있는 다수의 오소스코픽 및 슈도스코픽이 제공된다. 도 27d는 도파관(1)과 어레이(15)를 포함하는 지향성 백라이트로부터의 관찰 윈도우(211, 213)의 대안적인 배열을 도시한다. 이 실시예에서, 원추(211, 213)는 다수의 관찰자가 유리하게도 추적될 수 있도록 독립적으로 추적될 수 있다.
도 27e는 도 27c와 도 27d의 배열의 조합된 결과를 도시한다. 유리하게도, 관찰자(45, 47)는 둘 모두 오소스코픽 무안경 입체 3D 이미지를 제공받을 수 있다.
도 28은 관찰자 추적을 갖는 투 뷰 공간 다중화를 위한 지향성 조명과 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 조합된 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도이다. 도 29a는 관찰자 추적을 갖는 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다.
패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(29)의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고, 제어 시스템(72, 104)은 광을 좌측 및 우측 관찰 윈도우(29) 내로 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 추가로 배열될 수 있다.
원추(210)에 의해 디스플레이 상의 하나의 위치에 대해 표시되는 관찰 윈도우(26)와 원추(214, 216)에 의해 표시되는 관찰 윈도우(29)는 위치(220, 221) 사이에서 이동하는 관찰자(45)에 대해, 낮은 크로스토크, 높은 균일성을 갖는 오소스코픽 이미지가 유지되도록 관찰자 추적 시스템에 응답하여 지향될 수 있다. 따라서, 도파관(1)에 대한 어레이(15) 내의 광원의 선택이 도 16a와 도 16b에 도시된 것과 유사한 방식으로 배리어(100) 내의 배리어 요소(150)의 제어와 협력하여 조절된다. 따라서, 슬릿(444)의 중심의 위치(271)가 LED 어레이(15) 어드레싱의 변화와 협력하여 위치(273)로 이동할 수 있다.
공간 광 변조기의 픽셀 어레이는 행과 열로서 배열될 수 있다. 블랙 마스크 영역(608)이 픽셀 칼럼들 사이에 배열될 수 있다. 블랙 마스크 영역은 패럴랙스 요소에 의해 윈도우 평면(109)에 이미지 형성되어, 불균일성을 야기할 수 있다. 패럴랙스 배리어 슬릿과 같은 패럴랙스 요소를 위한 개구 폭(610)이 윈도우 평면 내에서 블랙 마스크 영역으로부터의 불균일성의 가시성을 제거하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 높은 균일성을 달성하기 위한 증가된 슬릿 폭(610)은 이미지 크로스토크를 증가시킨다.
블랙 마스크가 픽셀 칼럼들 사이에 있는 공간 다중화 디스플레이에서 이미지 크로스토크를 더욱 감소시키면서 윈도우 평면 내에서의 고 휘도 균일성을 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
도 25b의 실시예에서, 기판(420, 434)의 두께는 각각의 관찰 윈도우에 대해 다수의 픽셀 칼럼을 사용함으로써 증가될 수 있으며, 이에 따라 단일 픽셀 칼럼에 의해 제공되는 광학 윈도우가 반감될 수 있고 기판 두께가 상당히 증가될 수 있어, 비용을 감소시킬 수 있다.
도 29b는 포 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 전술된 바와 같이, 픽셀의 각각의 칼럼에 의해 생성되는 광학 윈도우는 예를 들어 32 mm일 수 있다. 800 ppi LCD에 대해, 100 마이크로미터 두께의 편광기(406)를 사용하면, 300 mm 관찰 거리에 대해 필요한 배리어까지의 픽셀의 총 분리는 대략 450 마이크로미터이고, 기판 두께는 대략 175 마이크로미터이다. 유리하게도, 고 해상도 공간 광 변조기에 대해 생산 수율이 증가되고 비용이 감소된다. 또한, 갭(149)이 개선된 수율과 감소된 비용을 갖는 폭을 갖는다.
작동 시에, 좌측 픽셀 칼럼이 패럴랙스 배리어 개구 피치에 의해 제공되는 것보다 큰 인지된 이미지 해상도를 달성하기 위해 약간 상이한 좌측 픽셀 데이터(L1, L2) 및 우측 픽셀 데이터(R1, R2)를 가질 수 있다.
도 30은 도 28b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 광학 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 따라서, 패럴랙스 배리어(100)의 넓은 슬릿(444)으로 인해 윈도우 평면에서의 균일성(246)이 유지된다. 도 31은 감소된 슬릿(444) 폭(610)을 갖는 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 슬릿 폭을 감소시키는 것은 단일 뷰 데이터에 대한 윈도우 프로파일을 변화시켜 관찰 윈도우(240, 242, 244)를 제공함으로써 크로스토크를 개선하지만; 총 휘도 프로파일(246)은 블랙 마스크 영역(608)의 이미지 형성으로 인해 증가된 불균일성을 갖는다. 불균일한 윈도우 프로파일은 디스플레이가 관찰자 또는 디스플레이 움직임에 따라 깜박거리는 것으로 보일 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 디스플레이는 패럴랙스 요소 윈도우 평면(109)으로부터 멀어지는 관찰자에 대해 불균일한 휘도를 가질 수 있다.
도 32는 보상 휘도 분포를 추가로 포함하는, 도 29a의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 패럴랙스 요소(100)와 공간 광 변조기(48)는 불균일한 측방향 윈도우 휘도 분포(246)를 갖는 관찰 윈도우(27)를 생성하도록 협력하고, 지향성 백라이트는 불균일한 그리고 관찰 윈도우의 측방향 윈도우 휘도 분포(246)의 불균일성을 보상하는 측방향 윈도우 휘도 분포(250)를 갖는 광학 윈도우(26)를 생성하도록 배열된다. 따라서, 결과적으로 생성되는 휘도(232) 분포(252)는 실질적으로 균일하다. 분포(252)는 램버시안 디스플레이에 대해 도시된다. 다른 실시예에서, 분포(252)는 더 높은 이득 프로파일을 달성하기 위해 예를 들어 중심 최대치를 가질 수 있다. 그러나, 총 휘도 분포는 국소 최대치 또는 최소치 없이 매끄럽게 변화하고 있으며, 이에 따라 실질적으로 균일한 디스플레이 외양을 달성한다.
지향성 백라이트는 관찰 윈도우(26)를 제공하도록 배열되는 어레이(15), 도파관(1) 및 광학 스택(504)을 포함할 수 있다. 지향성 백라이트는 관찰 윈도우(27)와 정렬될 수 있는 관찰 윈도우(27)를 제공하도록 배열되는 후방 반사기(300)를 추가로 포함할 수 있다.
유리하게도, SLM(48)이 어드레싱 회로를 덮기 위한 블랙 마스크 칼럼을 포함하는 동안 관찰자(238, 240)가 각각의 눈으로 실질적으로 동일한 휘도를 보고 디스플레이 크로스토크가 감소된다.
도 33a와 도 33b는 투과 요소(256)를 포함하는 보상 특징부를 포함하는 LED 어레이를 측면도와 정면도로 예시한 개략도이다. 도 34는 도 33a와 도 33b의 LED 어레이를 가로질러 위치(262)에 대한 보상 특징부 투과율(264)의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 도 35는 도 33a와 도 33b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치(230)에 대한 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 투과 요소(256)에 더하여 또는 그것 대신에, LED 어레이는 생성되는 디스플레이의 색역을 개선하기 위해 양자 도트(Quantum Dot) 재료를 통해 조명할 수 있다.
따라서, 지향성 백라이트(1, 15)는 광원(15a 내지 15n) 위에 배치되는 그리고 지향성 백라이트(1, 15)에 의해 생성되는 광학 윈도우(26)의 불균일한 측방향 윈도우 휘도(232) 분포(268)를 제공하도록 프로파일(266)에 따라 측방향으로 달라지는 투과율(264)을 갖는 투과 요소(256)를 추가로 포함한다. 용어 "지향성 백라이트(1, 15)"는 도파관(1)과 광원들의 어레이(15)를 나타내기 위해 본 명세서에 사용될 수 있다. 달리 말하면, 백라이트(1, 15)는 제한이 아닌 단지 논의 목적으로 도파관(1)과 광원들의 어레이(15)를 포함할 수 있다. 투과 요소(258)는 각각 제1 및 제2 투과율을 갖는 영역(258, 260)을 구비한다. 투과 요소(256)는 또한 어레이(15)와 도파관(1)의 입력 면(2) 사이에 배열되는 액정 요소와 같은 스위칭가능 투과 요소일 수 있다. 그러한 제어가능 요소는 투과율 프로파일(266)을 추적 시스템에서의 관찰자(45)의 위치에 응답하여 병진시키도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 마스크 영역(608)을 포함하는 본 실시예의 균일성과 크로스토크가 개선될 수 있다.
도 36은 관찰 윈도우 휘도 분포 보상 특징을 달성하기 위한 LED 어레이(15)의 어드레싱을 측면도로 예시한 개략 그래프이다. 어레이(15)의 LED(15a 내지 15n)는 도 35에 도시된 윈도우 휘도(232) 분포(268)를 제공하도록 배열되는 출력 광속 분포(output luminous flux distribution)를 갖는다. 따라서, LED(15d)는 LED(15a)의 광속(270)보다 높은 출력 광속(272)을 갖는다. 유리하게도, 관찰자 추적 중에 광속 분포가 관찰 윈도우(26)와 함께 병진할 수 있다.
지향성 백라이트(1, 15)로부터의 관찰 윈도우(26)와 패럴랙스 요소(100) 및 공간 광 변조기(48)로부터의 관찰 윈도우(27) 사이의 협력을 통해 디스플레이 시스템의 크로스토크를 더욱 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 37a는 지향성 백라이트로부터의 지향성 조명의 시간 다중화 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도이다. 120 ㎐ LCD와 같은 고속 응답 SLM(48)을 포함하는 실시예에서, 관찰 윈도우(26)는 시간 다중화 방식으로 생성되어, 관찰자(45)의 각각 우안 및 좌안에 제1 및 제2 위상의 출력 원추(222, 224)를 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 패럴랙스 요소는 실질적으로 투과성이도록 배열될 수 있다.
유리하게도, 그러한 배열은 무안경 입체 이미지를 최대 해상도로 다수의 관찰자에게 제공할 수 있으며, 이에 따라 사용자는 패럴랙스 요소 설정의 소프트웨어 제어를 통해 디스플레이 시스템의 작동의 다중-사용자 케이스를 선택할 수 있다. 그러한 지향성 백라이트의 최소 달성가능 크로스토크는 반사 단부(4)로부터 입력 면(2)으로 복귀하는 그리고 광학 시스템 내로 복귀되는 광에 의해 제한될 수 있다. 그러한 배열의 크로스토크를 더욱 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 37b는 슬릿 영역(444)과 흡수 영역(448)을 제공하도록 배열되는 패럴랙스 요소(100) 및 정렬된 공간 광 변조기(48)의 시간 다중화 출력과 협력하는 지향성 백라이트(1, 15)로부터의 지향성 조명의 시간 다중화 각도 출력을 평면도로 예시한 개략도이다.
도 37c는 블랭크, 예를 들어 블랙 픽셀 칼럼(K로 표시됨)을 포함하는 투 뷰 공간 다중화와 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다.
지향성 디스플레이 장치는 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치일 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소가(100)는 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터의 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 관찰 윈도우(29) 내로 지향시키도록 배열되고; 제어 시스템(72, 74)은 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우(628, 626) 내로 시간 다중화 방식으로 지향시키도록 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 배열되며; 제어 시스템(72, 76)은 (a) 광원(15a 내지 15n)이 광을 좌안 광학 윈도우(628) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 좌안 이미지(L) 및 블랭크 이미지(K)를, 그리고 (b) 광원(15a 내지 15n)이 광을 우안 광학 윈도우(626) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 블랭크 이미지(K) 및 우안 이미지(R)를, 어레이(15)의 광원(15a 내지 15n)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 배열된다. 또한, 패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(627, 629)의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고, 제어 시스템(72, 104)은 광을 좌측 및 우측 관찰 윈도우(627, 629) 내로 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 추가로 배열된다.
제1 위상에서의 작동 시에, 원추(222)는 윈도우(627)와 같은 관찰 윈도우(26)를 달성하기 위해 지향성 백라이트(1, 15)에 의해 제공되고, 원추(214, 217, 218)는 윈도우 평면(106, 107)에서 윈도우(626)와 같은 관찰 윈도우(27)를 달성하기 위해 패럴랙스 요소(100)와 공간 광 변조기(48)에 의해 제공된다. 도 37c에 도시된 바와 같이, 제1 위상의 공간 광 변조기(48) 상에 도시된 데이터는, 전형적으로 블랙 데이터인 블랭크(K) 데이터를 갖는 홀수 칼럼(601, 605)과 우안(R) 데이터를 갖는 짝수 칼럼(603, 607)을 포함한다.
제2 위상에서의 작동 시에, 원추(224)는 윈도우(629)와 같은 관찰 윈도우(27)를 달성하기 위해 지향성 백라이트(1, 15)에 의해 제공되고, 원추(214, 217, 218)는 윈도우 평면(106, 107)에서 윈도우(628)와 같은 관찰 윈도우(27)를 달성하기 위해 패럴랙스 요소(100)와 공간 광 변조기(48)에 의해 제공된다. 도 37c에 도시된 바와 같이, 제2 위상의 공간 광 변조기(48) 상에 도시된 데이터는, 전형적으로 블랙 데이터인 블랭크(K) 데이터를 갖는 짝수 칼럼(603, 607)과 우안(R) 데이터를 갖는 홀수 칼럼(601, 605)을 포함한다.
둘 모두의 위상에서, 패럴랙스 요소(100)는 주어진 관찰자 위치에 대해 고정된 위치를 가질 수 있고, 관찰자(45) 움직임에 응답하여 어레이(15)의 광원의 추적과 협력하여 추적하도록 배열될 수 있다.
후술될 바와 같이, 도 37b 내지 도 37d의 배열은 도 27a와 도 27b의 배열에 비해 감소된 크로스토크를 달성할 수 있다.
도 37d는 고정된 위치의 블랙 픽셀 칼럼 및 낮은 크로스토크를 갖는 증가된 디스플레이 해상도를 제공하도록 추가로 배열된 시간 다중화 패럴랙스 요소를 포함하는 투 뷰 공간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다.
지향성 디스플레이 장치는 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치일 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(29)의 위치를 선택하도록 제어가능하고; 제어 시스템(72, 76, 104)은 광을 (i) 픽셀의 제2 세트(598)와 공간 다중화되는 픽셀의 제1 세트(596)로부터 관찰자(45)의 좌안에 의한 관찰을 위해 좌안 관찰 윈도우(629) 내로, 그리고 (ii) 픽셀의 제1 세트(596)로부터 관찰자(45)의 우안에 의한 관찰을 위해 우안 관찰 윈도우(627) 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 배열된다.
제어 시스템(72, 74, 104)은 (i) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 지향시킬 때 관찰자(45)의 좌안에 의한 관찰을 위해 좌안 광학 윈도우(628) 내로, 그리고 (ii) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 우안 관찰 윈도우(627) 내로 지향시킬 때 관찰자(45)의 우안에 의한 관찰을 위해 우안 광학 윈도우(626) 내로, 패럴랙스 요소(100)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 광원을 제어하도록 배열될 수 있다. 제어 시스템(72, 74, 76, 104)은 (i) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 좌안 이미지(L) 및 블랭크 이미지(K)를, 그리고 (ii) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 우안 관찰 윈도우(627) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 우안 이미지(R) 및 블랭크 이미지(K)를, 패럴랙스 요소(100)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 배열될 수 있다.
바꾸어 말하면, 세트(596)의 픽셀이 블랭크(K)로 유지되는 반면 세트(598)의 픽셀에는 좌안 이미지(L) 또는 우안 이미지(R) 중 어느 하나가 배열되어, 이미지 데이터 스위칭이 단일 세트 상에서 일어난다. 유리하게도, 도 37c의 이미지 데이터와 블랭크(K) 사이의 픽셀 데이터의 스위칭에 기인하는 크로스토크가 유사할 수 있는 이미지 데이터 사이의 스위칭에 의해 감소될 수 있으며, 여기서 좌안 및 우안 데이터는 블랭크와 좌안 또는 우안 데이터보다 더 상관될 수 있다.
도 37b와 도 37c의 실시예의 해상도를 증가시키는 것이 또한 바람직할 수 있다.
도 37e는 블랙 픽셀 칼럼을 포함하는 투 뷰 공간 다중화와 낮은 크로스토크를 갖는 증가된 디스플레이 해상도를 제공하도록 추가로 배열된 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다.
지향성 디스플레이 장치는 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치일 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(29)의 위치를 선택하도록 제어가능하고; 제어 시스템(72, 76, 104)은 광을 (i) 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해, 각각, 좌안 및 우안 관찰 윈도우(629, 627) 내로, 그리고 (ii) 공간 다중화 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598)로부터 관찰자(45)의 우안 및 좌안에 의한 관찰을 위해, 각각, 우안 및 좌안 관찰 윈도우(627, 629) 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 배열된다.
제어 시스템(72, 74)은 (i) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 그리고 픽셀의 제2 세트(598)로부터 우안 관찰 윈도우(627) 내로 지향시키는 동안에, 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우(628, 626) 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록, 그리고 (ii) 또한 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 우안 관찰 윈도우(627) 내로 그리고 픽셀의 제2 세트(598)로부터 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 지향시키는 동안에, 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우(628, 626) 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 배열된다.
제어 시스템(72, 76)은 (i) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 그리고 픽셀의 제2 세트(598)로부터 우안 관찰 윈도우(627) 내로 지향시키는 동안에, (a) (하부 좌측 배열에 도시된 바와 같이) 광원(15a 내지 15n)이 광을 좌안 광학 윈도우 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 좌안 이미지(L) 및 블랭크 이미지(K)를, 그리고 (b) (상부 좌측 배열에 도시된 바와 같이) 광원이 광을 우안 광학 윈도우(626) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 블랭크 이미지(K) 및 우안 이미지(R)를, 광원(15a 내지 15n)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록, 그리고 (ii) 패럴랙스 요소(100)가 광을 픽셀의 제1 세트(596)로부터 우안 관찰 윈도우(627) 내로 그리고 픽셀의 제2 세트(598)로부터 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 지향시키는 동안에, (a) (하부 우측 배열에 도시된 바와 같이) 광원(15a 내지 15n)이 광을 좌안 광학 윈도우(628) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 블랭크 이미지(K) 및 좌안 이미지(L')를, 그리고 (b) (상부 우측 배열에 도시된 바와 같이) 광원(15a 내지 15n)이 광을 우안 광학 윈도우(626) 내로 지향시킬 때, 각각, 픽셀의 제1 및 제2 세트(596, 598) 상에 우안 이미지(R') 및 블랭크 이미지(K)를, 광원(15a 내지 15n)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 배열된다.
따라서, 예를 들어 240 ㎐로의 SLM(48) 업데이트 주파수에 있어서의 추가의 증가에 의해, 제3 및 제4 어드레싱 위상이 도입될 수 있다. 상부 부분에 도시된 바와 같은 제3 위상에서, 제1 위상에 비해 패럴랙스 배리어 위치가 측방향으로 병진될 수 있고 인터레이싱된 R'-K 픽셀 데이터가 스와핑(swapping)될 수 있으며, 여기서 R'은 제1 위상에 사용되는 R 데이터에 대한 상호보완적인 인터레이싱된 우안 데이터를 위한 데이터를 지칭한다. 하부 부분에 도시된 바와 같은 제4 위상에서, 제2 위상에 비해 패럴랙스 배리어 위치가 측방향으로 병진될 수 있고 인터레이싱된 L'-K 픽셀 데이터가 스와핑될 수 있으며, 여기서 L'은 제1 위상에 사용되는 R 데이터에 대한 상호보완적인 인터레이싱된 우안 데이터를 위한 데이터를 지칭한다.
유리하게도, 고 해상도, 저 크로스토크 디스플레이가 슈도스코픽 관찰 구역 없이 달성될 수 있다. 그러한 디스플레이는 관찰자의 움직임에 응답하여 추적되어, 3D 이미지를 유지할 수 있다.
본 실시예에서, 지향성 디스플레이 장치는 관찰자(45)의 머리의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템(70)을 추가로 포함할 수 있으며, 이때 제어 시스템(72, 74)은 관찰자(45)의 머리의 검출된 위치에 따라 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 배열된다. 예를 들어, 머리의 위치는 관찰자의 눈, 코, 입, 머리 윤곽, 두발 또는 다른 특징부의 위치 중 적어도 하나의 측정에 의해 결정될 수 있다. 그러한 측정은 당업계에 알려진 바와 같은 컴퓨터 비전 측정 기술에 의해 제공될 수 있다. 또한, 센서 시스템(70)은 관찰자(45)의 머리의 위치를 검출하도록 배열될 수 있으며, 이때 제어 시스템(72, 74, 104)은 관찰자(45)의 머리의 검출된 위치에 따라 광원(15a 내지 15n)과 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 배열된다.
이제 도 37b 내지 도 37d의 배열에 대한 크로스토크의 감소의 근원이 기술될 것이다.
도 38a 내지 도 38c는 도 37b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 도 38a는 도 30과 유사하고, 슬릿 폭(444)이 배리어 폭(448)과 실질적으로 동일한 패럴랙스 배리어 디스플레이에서 윈도우 평면에 있는 관찰자(238)에 대한 우안 윈도우(240, 244)와 좌안 윈도우(242)를 도시한다. 앞서 기술된 바와 같이, 윈도우(240, 244)는 각각 관찰자의 좌안에서의 크로스토크의 한 원인이 된다. 도 38b는 중심 윈도우 영역에서 실질적으로 균일한 휘도 프로파일을 갖는, 지향성 백라이트(1, 15)에 의해 생성된 관찰 윈도우(26)에 대한 예시적인 관찰 윈도우(245, 247) 프로파일을 도시한다. 따라서, 좌안으로부터 우안의 영역에서 크로스토크(251)가 생성된다. 크로스토크(251)를 감소시키기 위한 메커니즘은 전형적으로 바람직하지 않게도 지향성 백라이트(1, 15)의 광 투과율에 있어서의 불이익을 초래한다.
도 38c는 결과적으로 생성되는 윈도우(277, 279)를 제공하는, 도 38a와 도 38b의 윈도우들의 조합을 도시한다. 따라서, 좌안 데이터로부터 우안에서의 크로스토크(253)가 상당히 감소된다. 유리하게도, 지향성 백라이트 구성요소와 패럴랙스 배리어 구성요소의 크로스토크가 광 투과율에 대해 최적화될 수 있는 반면, 조합되어 전체 크로스토크가 알맞게 감소될 수 있다.
윈도우(26, 27)의 어드레스능력(addressability)이 상이한 윈도우 위치를 조절하는 것이 바람직할 수 있다.
도 39a 내지 도 39c는 관찰자 추적을 갖는 도 37b의 배열에 대해 윈도우 평면 내의 위치에 대한 총 관찰 윈도우 휘도의 변화를 예시한 개략 그래프이다. 도 39a는 관찰자(238)가 측방향으로 거리(261)만큼 이동함에 따라, 이어서 패럴랙스 요소가 예를 들어 도 16a와 도 16b에 도시된 바와 같이 미세 윈도우 제어를 제공하도록 조절될 수 있는 것을 보여준다. 이와 비교해, 지향성 백라이트의 윈도우(245, 247)는 도 39b에 도시된 바와 같이 지향성 백라이트(1, 15)의 증가된 윈도우(26) 피치로 인해 고정되어 유지될 수 있다. 따라서, 결과적으로 생성되는 윈도우 프로파일이 도 39c에 도시되며, 여기서 윈도우(281, 283)는 왜곡된 형상을 갖지만 추적된 관찰자에 대한 휘도 균일성을 유지함과 동시에, 유리하게도 낮은 크로스토크를 달성한다.
광학 스택의 두께를 감소시키면서 무안경 입체 이미지의 해상도를 더욱 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 40a는 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 영역이 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 마스크(608)에 의해 제공되는 투 뷰 공간 다중화와 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다.
지향성 디스플레이 장치는 무안경 입체 지향성 디스플레이 장치일 수 있으며, 여기서 패럴랙스 요소(100)는 관찰 윈도우(29)의 위치를 선택하도록 제어가능할 수 있고, 제어 시스템(72, 104)은 광을 (a) 모든 픽셀로부터 관찰자(45)의 좌안에 의한 관찰을 위해 좌안 관찰 윈도우(629) 내로, 그리고 (b) 모든 픽셀로부터 관찰자(45)의 우안에 의한 관찰을 위해 우안 관찰 윈도우(627) 내로, 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 패럴랙스 요소(100)를 제어하도록 배열된다. 제어 시스템(72, 74, 76)은 광을 관찰자(45)의 좌안 및 우안에 의한 관찰을 위해 좌안 및 우안 광학 윈도우(628, 626) 내로, 패럴랙스 요소(100)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 지향시키도록 광원(15a 내지 15n)을 제어하도록 배열될 수 있고; 제어 시스템(72, 74, 76, 104)은 (a) 패럴랙스 요소(100)가 광을 좌안 관찰 윈도우(629) 내로 지향시킬 때 모든 픽셀 상에 좌안 이미지(L)를, 그리고 (b) 패럴랙스 요소(100)가 광을 우안 광학 윈도우(627) 내로 지향시킬 때 모든 픽셀 상에 우안 이미지(R)를, 패럴랙스 요소(100)와 광원(15a 내지 15n)의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로, 디스플레이하도록 공간 광 변조기(48)를 제어하도록 배열된다.
슬릿 영역(444)의 피치는 픽셀 칼럼의 피치와 동일할 수 있다. 제1 위상에서의 작동 시에, 우안 이미지가 SLM(48) 상에 디스플레이되고, 패럴랙스 요소 위치가 관찰자의 우안과 정렬되는 관찰 윈도우를 달성하도록 조절된다. 제2 위상에서, 좌안 이미지가 SLM(48) 상에 디스플레이되고, 패럴랙스 배리어 위치가 관찰자(45)에게 좌안 윈도우를 제공하도록 조절된다.
도 37b 내지 도 37d와 비교할 때, 유리하게도 무안경 입체 이미지의 해상도가 해상도 절반과 비교할 때 픽셀 칼럼의 해상도와 동일하다. 도 37e와 비교할 때, 최대 해상도 이미지가 감소된 SLM(48) 재생률(refresh rate), 예를 들어 240 ㎐에 비해 120 ㎐로 달성될 수 있다. 또한, 동일한 크기의 관찰 윈도우에 대해, 액정 층(432)과 공간 광 변조기(48)의 픽셀 평면 사이의 분리(437)가 감소되어, 유리하게도 총 디바이스 두께와 베젤 폭을 감소시킬 수 있다. 또한, 이미지가 SLM(48)의 칼럼 상에서 인터레이싱되지 않으며, 이에 따라 좌안 채널과 우안 채널 사이의 전자 크로스토크가 감소될 수 있다.
도 40a의 배열에 대해 관찰 윈도우의 증가된 균일성을 달성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 40b는 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 영역이 픽셀 개구 폭(291)과 동일한 폭(293)인 픽셀 칼럼들 사이의 블랙 마스크(608)에 의해 제공되는 투 뷰 공간 다중화와 시간 다중화를 위한 공간 광 변조기 및 정렬된 패럴랙스 배리어의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 패럴랙스 요소 개구 영역(444)과 배리어 영역(448)의 폭(295, 297)은 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 도 40a의 배열에 비해 윈도우 균일성이 유리하게도 증가될 수 있다.
도 41a와 도 41b는 도 39c와 도 39d에 도시된 것과 같은 본 공간 및 시간 다중화 실시예에 사용하기 위한 시간 다중화 공간 광 변조기에서 각각 픽셀 칼럼과 패럴랙스 요소의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도이다. 작동 시에, SLM(48)은 좌측으로부터 우측으로의 방향(250)으로 스캐닝될 수 있다. 픽셀 칼럼이 작동 위상에 따라 블랭크(K) 데이터, 우측(R) 데이터 및 좌측(L) 데이터 사이에서 변화될 수 있다. 유사하게, 패럴랙스 요소(100)는 작동 위상(도 17d와 도 17e에 도시된 것과 유사함); 또한 요구될 수 있는 관찰자 위치에 따른 배리어 위치의 변화에 상응하여 적어도 제1 위치와 제2 위치 사이에서 변화하도록 요구될 수 있다. 따라서, SLM(48) 내의 위치(257)가 픽셀이 데이터 상태를 변화시키는 SLM(48) 어드레싱 사이클에 있어서의 시간과 관련된다. 그러한 변화가 패럴랙스 배리어 내의 위치(259)에서 패럴랙스 요소의 상태의 변화와 협력하여 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
도 42a는 본 공간 다중화 실시예에 사용하기 위한 시간 다중화 공간 광 변조기에서의 패럴랙스 배리어 슬롯의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 제어기(152)가 상이한 시간 구간(T1 내지 T4)에서 배리어 요소(150)들의 그룹에 신호를 제공하도록 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 패럴랙스 배리어 요소(150)의 업데이트가 SLM(48)의 스위칭과 동기하여 제공되어 증가된 스위칭 성능을 달성할 수 있다.
도 42b는 각각 시간 구간(T1 내지 T4)에서 본 공간 다중화 실시예에 사용하기 위한 패럴랙스 배리어의 어드레싱을 정면도로 예시한 개략도이다. 예를 들어 위상 T3에서, 공간 광 변조기가 좌안 데이터와 우안 데이터 사이에서 스위칭되는 동안에 패럴랙스 요소의 추가의 블랭크 어드레싱이 제공되어, 스위칭 중에 이미지 크로스토크를 개선할 수 있다. 제2 위상에서, 패럴랙스 배리어 위상은 제1 위상에 비해 스와핑되었다.
관찰자 추적 중 어레이(15)의 광원의 스위칭은 후술될 바와 같이 이중 펄스(double pulse) 또는 미싱 펄스(missing pulse)일 수 있는 깜박거림 아티팩트를 초래할 수 있다. 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 5월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 광원을 위한 제어 시스템(Control system for a directional light source)"인 미국 특허 출원 제13/897191호(대리인 참조 번호 95194936.362001)에 기술된 것과 유사한 방식으로, 그러한 아티팩트의 출현을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 43a 내지 도 43c는 지향성 백라이트 내의 광 방출 요소(15)의 스위칭을 위한 조명 펄스의 개략적인 타이밍 다이어그램이다. 도 43a는 이중 펄스 (밝은) 아티팩트에 대한 보상의 일례를 개략적으로 예시한다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는, 영역(620)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(630)을 갖는다. 이러한 예에서, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스(instance)는 펄스(632)에 의한 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스 전이고, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 그러한 위상에 걸쳐 광속의 시간-평균이 사전결정된 값이 되도록 정상 펄스 주기를 갖는 펄스에 의한다. 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스는 그러한 위상에 걸쳐 광속의 시간-평균이 사전결정된 값 미만이 되도록 짧아진 주기를 갖는 펄스(632)에 의한다.
유리하게도, 본 실시예에서, 좌측 위상과 우측 위상 사이의 전이 영역에서 조명기 어레이(15)의 조명기 요소에 대한 파형을 처리함으로써, 휘도 아티팩트를 야기할 수 있는 조건이 보상될 수 있다.
도 43b는 이중 펄스 (밝은) 아티팩트에 대한 보상의 추가의 예를 개략적으로 예시한다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는, 영역(620)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(635)을 갖는다. 이러한 예에서, 펄스(633)에 의한 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 그러한 위상에 걸쳐 광속의 시간-평균이 사전결정된 값이 되도록 그것 자체가 정상 펄스 주기를 갖는 펄스에 의한 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스 전이다. 그러나, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 그러한 위상에 걸쳐 광속의 시간-평균이 사전결정된 값 미만이 되도록 그것 자체가 짧아진 주기를 갖는 펄스(633)에 의한다. 따라서, 펄스(633)는 도 43a의 펄스(632)에 반대인 이미지 위상으로 되도록 배열될 수 있어서, 예를 들어 전이의 시간에 좌측 이미지보다는 우측 이미지가 보인다. 유리하게도, 그러한 실시예는 감소된 이미지 깜박거림을 달성할 수 있다.
도 43c는 영역(620)에서 원래 파형(618)의 미싱 (어두운) 펄스에 대한 보상의 일례를 개략적으로 예시한다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는, 영역(628)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(631)을 갖는다. 이러한 예에서, 파형(631)은 도 43b의 파형(635)과 유사하다.
도 43a 내지 도 43c의 배열은 후술될 바와 같이 관찰자 움직임에 응답하여 패럴랙스 요소의 스위칭과 협력하도록 추가로 배열될 수 있다.
도 44는 멀티-뷰 공간 다중화 실시예에서 공간 광 변조기와 정렬된 경사진 패럴랙스 요소의 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 렌즈 어레이(700)와 같은 패럴랙스 요소(100)가 적색 픽셀(702), 녹색 픽셀(704) 및 청색 픽셀(706)을 포함하는 SLM(2)의 픽셀들의 어레이와 정렬되어 배열된다. 패럴랙스 요소(100)는 또한 앞서 기술된 유형의 패럴랙스 배리어일 수 있다. 픽셀은 수평 및 수직 갭(708, 710)과 정사각형 '백색' 픽셀(픽셀(702, 704, 706)을 포함함)을 갖춘 흔히 사용되는 스트라이프(stripe) 배열로 배열된다. 어레이(700)는 각각의 에지가 픽셀의 상부 좌측 모서리와 정렬되도록 정렬되는 것으로서, 그리고 픽셀 하나의 행 아래로 그리고 하나의 열을 가로질러, 18.4도의 경사각을 제공하도록 경사져서 정렬되는 것으로서 개략적으로 도시된다. 렌즈 피치는 실질적으로 픽셀 피치의 5배이지만, 실제로 렌티큘러 어레이 요소는 당업계에 잘 알려진 바와 같이 유한한 윈도우 평면(109) 거리를 달성하기 위해 이보다 약간 작은 피치를 가질 것이다. 3D 디스플레이로서의 작동 시에, 3D 이미지 외양은 각각의 뷰에 대해 중심 녹색 픽셀(712) 및 가장 가까운 이웃한 격자점(714)의 위치를 위치설정함으로써 결정될 수 있다. 이러한 배열에서, 궤적(locus)(716)은 수평 및 수직 방향에 대해 18.4도의 각도를 이루는 경사진 정사각형 형상이다.
도 45는 도 44의 배열의 이미지 외양을 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 45는 적색(718) 픽셀, 녹색(720) 픽셀 및 청색(722) 픽셀을 포함하는 파이브 뷰(five view) 무안경 입체 디스플레이의 3D 픽셀 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 추가의 궤적(717)이 각각의 녹색 픽셀 주위에 위치되어, 적색-청색-적색-청색-적색-청색 픽셀의 로제트(rosette)를 보여줄 수 있다. 그러한 로제트는 유리하게도, 전형적으로 3D 디스플레이 목적을 위해 사용되는 바와 같이 자연 이미지의 외양을 향상시킬 수 있다.
도 46a 및 도 46b와 도 47은 지향성 백라이트(1, 15)로부터의 광학 윈도우(726)의 정렬과 함께 도 44의 배열로부터의 광학 윈도우(729)의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 무안경 입체 작동 모드에서, 윈도우(729)는 수직 방향(x-축)에 대해 경사질 수 있는 반면, 윈도우(726)는 수직 방향에 평행할 수 있다. 어레이(15) 내의 3개의 광 방출 요소로부터의 광학 윈도우(731)가 관찰자(45)의 영역에 조명을 제공하도록 배열되는 반면, 좌측(L) 및 우측(R) 이미지 데이터(730)는 패럴랙스 요소(100) 및 정렬된 공간 광 변조기(48)로부터의 광학 윈도우(732)의 반복 어레이 상에 설정된다. 경계(734)가 예시적인 목적을 위해 5개의 광학 윈도우(732)의 로브들 사이에 도시된다. 관찰자 추적의 움직임 후에, 제어기(72, 76)는 관찰자에게 좌안 및 우안 이미지 데이터를 제공하도록 광학 윈도우(732) 상의 데이터(730)를 제어한다. 제어기(72, 74)는 또한 관찰 윈도우(733)를 제공하도록 각자의 관찰 광학 윈도우의 조명을 조절한다.
따라서, 지향성 백라이트(1, 15)에 의해 제공되는 광학 윈도우(726)와, 패럴랙스 요소(100)에 의해 제공되는 광학 윈도우(729)를 포함하는 관찰 윈도우가 서로에 대해 0이 아닌 예각(739)으로 연장된다. 예를 들어, 각도(739)는 도 44의 배열에 대해 18.4도일 수 있다.
유리하게도, 좌안 및 우안의 효율적인 조명이 달성된다. 또한, 외측 광학 윈도우로부터의 크로스토크가 감소된다. 윈도우 평면(109)을 가로지른 위치(230)에 대한 고 휘도(232) 균일성이 달성되어, 이동하는 관찰자에 대한 디스플레이 깜박거림을 감소시키고 높은 디스플레이 공간 균일성을 달성한다.
도 47은 시간 다중화 관찰 윈도우를 추가로 포함하는 지향성 백라이트(1, 15)로부터의 광학 윈도우(726)의 정렬과 함께 도 44의 배열로부터의 광학 윈도우(729)의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다. 제1 작동 위상에서, 광학 윈도우(729)에는 좌측(L) 또는 블랭크(K) 데이터가 제공되며, 여기서 블랭크 데이터는 블랙일 수 있다. 지향성 백라이트(1, 15)로부터의 광학 윈도우(726)가 광학 윈도우(729)에 대해 0이 아닌 각도(739)로 관찰자의 좌안을 향해 지향된다. 제2 작동 위상에서, 광학 윈도우(729)에는 우측(R) 또는 블랭크(K) 데이터가 제공되며, 여기서 블랭크 데이터는 블랙일 수 있다. 지향성 백라이트(1, 15)로부터의 광학 윈도우(726)가 광학 윈도우(729)에 대해 0이 아닌 각도(739)로 관찰자의 우안을 향해 지향된다. 대안적으로, 지향성 백라이트로부터의 광학 윈도우(731)는 예를 들어 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 12월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 디스플레이를 위한 슈퍼렌즈 구성요소(Superlens component for directional display)"인 미국 특허 출원 제14/137,569호(대리인 참조 번호 351001)에 기술된 바와 같이 광학 윈도우(729) 경사와 정합하도록 경사질 수 있다.
유리하게도, 도 38a 내지 도 38c에 도시된 것과 유사한 방식으로, 좌안 및 우안 광학 윈도우(726, 729) 사이의 크로스토크 상쇄의 증대 효과(multiplicative effect)로 인해 크로스토크가 감소될 수 있다. 관찰자가 x 방향으로 이동함에 따라, 각자의 광학 윈도우(729)의 콘텐츠가 조절될 수 있는 반면 광학 윈도우(726)는 변함 없이 유지될 수 있다.
도 48은 공간 광 변조기 및 정렬된 전방 렌티큘러 어레이와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도이다. 패럴랙스 요소(100)는 렌티큘러 표면 형상이 사이에 배열되는 층(474, 476)을 포함하는 액정 렌티큘러 어레이인 렌티큘러 어레이이다. 또한, 패럴랙스 요소는 렌티큘러 어레이에 대한 렌즈 효과(lens effect)와 투명 효과(transparent effect) 사이의 스위칭을 제공하도록 배열되는 편광 스위칭 층(470)을 포함할 수 있다. 렌티큘러 어레이는 본 명세서에 기술된 패럴랙스 배리어 요소에 대해 나타내어진 것과 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 유리하게도, 렌티큘러 어레이는 더 높은 투과 효율을 가질 수 있고, 도 46a 내지 도 47의 관찰자 추적 배열에 매우 적합하며, 여기서 렌티큘러 어레이로부터의 관찰 윈도우는 지향성 백라이트(1, 15)로부터의 관찰 윈도우와 협력한다.
도 49는 스위칭가능 렌티큘러 어레이의 작동을 사시 정면도로 예시한 개략도이다. 이 실시예에서, 패럴랙스 요소는 표면 릴리프(relief) 액정 렌티큘러 어레이이다. 편광 스위칭 요소(428)가 액정 렌티큘러 어레이(474)의 적어도 일부를 투과 작동 모드와 렌징 작동 모드 사이에서 스위칭하도록 배열된다.
편광기(429)로부터의 선형 편광된 광 편광 상태(429)가 층(470)에 의해 제1 모드에서 선형 편광 상태(433)로 그리고 제2 모드에서 선형 편광 상태(431)로 투과된다. 제1 모드에서, 상태(433)를 갖는 광이 렌티큘러 어레이의 제1 층(474) 내의 정상 굴절률(ordinary refractive index)의 정렬된 액정 재료에 입사한다. 렌티큘러 어레이의 제2 층(476)의 굴절률은 정상 굴절률에 정합되며, 이에 따라 렌티큘러 어레이는 실질적으로 전혀 광학 효과를 갖지 않는다. 제2 작동 모드에서, 상태(475)는 제2 층(476)에 대한 굴절률 단차(index step)를 유발하는 제1 층(474) 내의 정렬된 액정 재료의 이상 굴절률(extraordinary refractive index)과 접하며, 이에 따라 렌즈 효과가 생성된다. 유리하게도, 고 효율 패럴랙스 광학 요소가 제공될 수 있다.
도 50 내지 도 53은 스위칭가능 등급화된 굴절률 렌티큘러 어레이의 배열을 측면도로 예시한 개략도이다. 이들 실시예에서, 패럴랙스 요소는 등급화된 굴절률 액정 렌티큘러 어레이이다. 도 50은 각각 기판(754, 745) 상에 배열되는 패턴화된 전극(749)과 연속 전극(747)을 포함하는 제1 등급화된 굴절률 렌티큘러 어레이를 도시한다. 제1 작동 모드에서, 모든 액정 분자(766)가 분자(767)에 대해 도시된 바와 같이 실질적으로 균질한 정렬을 갖도록 배열된다. 제2 모드에서, 주어진 편광 상태의 광에 대해 굴절률의 측방향 변화가 달성되도록 분자(765)에 의해 도시된 것과 같은 일부 분자가 수직 정렬(homeotropic alignment)로 재배향된다.
도 51은 전극 층(749)이 수직 분자(765) 정렬 영역과 균질 분자(767) 정렬 영역에 대한 스위칭가능 위치를 제공하도록 추가로 세그먼트화될 수 있는 것을 도시한다. 이러한 방식으로, 등급화된 굴절률 렌티큘러 요소의 위치가 관찰자 위치에 응답하여 조절되어, 관찰자 위치에 응답하여 관찰 윈도우(29)의 병진을 달성하고 도 44 내지 도 47에 대해 도시된 것에 비해 3D 이미지의 해상도를 증가시킬 수 있다. 등급화된 굴절률 렌즈 프로파일은 각각 도 52와 도 53의 고정된 구조체와 추적 구조체에 대해 도시된, 3극관 어드레싱 구조체를 제공하기 위한, 추가의 전극 층(780)의 통합에 의해 더욱 향상될 수 있다.
도 22 내지 도 23c의 배열은 세로 배향에서의 2D 작동과 가로 모드에서의 무안경 입체 3D 작동을 예시하였다. 가로 및 세로 작동 모드에서 무안경 입체 3D 작동을 달성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 54와 도 55는 가로 및 세로 무안경 입체 작동 모드를 달성하도록 배열된 스위칭가능 무안경 입체 디스플레이의 작동을 사시 정면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 바람직하게는, 디스플레이(200)가 가로 작동에서 수직인 관찰 윈도우(802)와 세로 작동에서 수직인 관찰 윈도우(804)를 제공할 수 있다.
도 56은 공간 광 변조기, 및 층(427)과 추가의 기판(429)을 포함하는 2개의 스위칭가능 패럴랙스 배리어 어레이와 함께 배열된 이미지 형성 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 사시도로 예시한 개략도이다. 공간 광 변조기(48)의 컬러 서브-픽셀(516 518, 520)은 x-축 방향으로의 서브-픽셀 피치에 비해 y-축 방향으로 실질적으로 3배의 피치를 갖는 직사각형이다.
도 57은 공간 광 변조기와 2개의 정렬된 스위칭가능 패럴랙스 배리어 어레이의 구조를 평면도로 예시한 개략도이다. 층(432, 427)에 대해 동일한 관찰 윈도우 거리와 크기를 달성하기 위해, 각자의 층들의 분리(433, 435)는 실질적으로 3배만큼 상이하여야 한다. 가로 작동 모드에서는, 층(432)이 실질적으로 투명한 상태에서 배리어 층(427)이 제공되는 반면, 세로 작동 모드에서는, 층(427)이 실질적으로 투명한 상태에서 배리어 층(432)이 제공된다.
가로 및 세로 작동을 위한 층의 개수를 감소시킴으로써 비용을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 58a와 도 58b는 각각 제1 및 제2 관찰 위치에 대해, 45도 각도(739)를 갖는, 패럴랙스 요소(100) 및 정렬된 공간 광 변조기(48)로부터의 가로 배향의 광학 윈도우 어레이(729), 및 지향성 백라이트로부터의 정렬된 광학 윈도우(726)를 정면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 광학 윈도우(729)는 제1 관찰자(45) 위치에서 윈도우(852)에 대한 좌안 데이터와 적어도 윈도우(854)에 대한 우안 데이터를 포함할 수 있다. 제2 관찰자(4) 위치에서, 윈도우(856, 858)는 각각 좌안 및 우안 데이터를 포함할 수 있다. 동일한 방식으로, 관찰 윈도우(860, 862)는 광학 윈도우(726, 729) 사이에 45도 각도(739)가 존재하는 관찰자 위치로 조절되는 각자의 광학 윈도우(726)로부터 형성될 수 있다. 더 일반적으로, 0이 아닌 예각(739)은 25 내지 65도, 30 내지 60도, 35 내지 55도, 또는 40 내지 50도일 수 있다.
도 59a와 도 59b는 45도 윈도우 배향을 갖는, 패럴랙스 요소 및 정렬된 공간 광 변조기로부터의 세로 배향의 광학 윈도우 어레이, 및 지향성 백라이트로부터의 정렬된 광학 윈도우를 정면도로 예시한 개략도이다. 가로로부터 세로로의 디스플레이의 회전은 또한 광학 윈도우(726, 729)의 어레이 둘 모두를 회전시킨다. 도 59a에 도시된 제1 관찰 위치에 대해, 지향성 백라이트(866)로부터의 광학 윈도우(866)로 좌안 뷰가 적어도 광학 윈도우(868)에 적용되고 우안 뷰가 광학 윈도우(870)에 적용된다. 도 59b에 도시된 제2 관찰 위치에 대해, 지향성 백라이트(866)로부터의 광학 윈도우(868)로 좌안 뷰가 적어도 광학 윈도우(872)에 적용되고 우안 뷰가 광학 윈도우(874)에 적용된다.
유리하게도, 양쪽 눈 위치를 조명하는 데 더 많은 광학 윈도우를 필요로 하는 도 58a의 가로 배열에 비해 디스플레이의 효율이 증가될 수 있다.
도 60은 지향성 백라이트로부터의 관찰 윈도우에 비해 45도로 정렬된 광학 윈도우를 달성하기 위한 정사각형 그리드 상의 컬러 서브-픽셀의 어레이와 패럴랙스 요소의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다. 정사각형 형상 컬러 서브-픽셀(516, 518, 520)은 편광기에 대해 45도로 배열되는 패럴랙스 광학계(802)의 크기로 배열될 수 있다. 패럴랙스 배리어 요소의 경우에, 패럴랙스 광학계는 또한 하나의 기판 상의 가로 전극 배향과 제2 기판 상의 세로 전극 배향으로, 패럴랙스 요소의 기판(430, 434) 상의 패턴화된 전극에 의해 수직 방향과 수평 방향 사이에서 스위칭가능할 수 있다. 불리하게도, 그러한 배열은 2D 모드에서 비-그리드 이미지 외양을 가져, 2D 이미지 내의 수평선 및 수직선의 외양을 열화시킬 수 있다.
도 61은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제13/939,053호에 기술된 바와 같은 그리고 45도로 정렬된 광학 윈도우를 달성하기 위한 직사각형 그리드 상의 컬러 서브-픽셀의 어레이와 패럴랙스 요소의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다. 컬러 서브-픽셀(516, 518, 520)은 수평선에 대해 각도(801)로 배열될 수 있고, 배리어 요소(803)는 대략 45도의, 수직선에 대한 패럴랙스 요소(802) 배향을 달성하도록 컬러 서브-픽셀에 대해 각도(803)로 배열될 수 있다. 유리하게도, 3D 이미지를 위한 단위 셀의 궤적(804)이 감소된 해상도에서 높은 이미지 충실도를 제공한다.
다른 실시예에서, 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스에 대한 패럴랙스 요소의 샘플링에 의해 3D 픽셀 형상의 수정과 증가된 해상도를 달성하기 위해 백색 또는 황색 서브-픽셀과 같은 추가의 서브-픽셀이 통합될 수 있다. 유리하게도, 패널 효율이 증가될 수 있고, 색 공간이 확장될 수 있으며, 3D 이미지 해상도와 3D 픽셀 외양이 개선될 수 있다.
도 62는 각자의 패럴랙스 요소와 정렬된 공간 광 변조기로부터의 광학 윈도우와 정렬되어 45도로 배열된 광학 윈도우를 달성하도록 배열된 장치를 측면도로 예시한 개략도이다. 둘 모두 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 10월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "가로 및 세로 작동 모드를 갖는 시간 다중화 디스플레이(Temporally multiplexed display with landscape and portrait operation modes)"인 미국 특허 출원 제14/044,767호(대리인 참조 번호 339001)와 2013년 12월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "지향성 디스플레이를 위한 슈퍼렌즈 구성요소(Superlens component for directional display)"인 미국 특허 출원 제14/137,569호(대리인 참조 번호 351001)에 기술된 바와 같은 렌티큘러 어레이(902, 904)를 포함하는 가보 슈퍼렌즈(Gabor superlens)(900)가 지향성 백라이트 도파관(1)과 패럴랙스 요소(100) 및 정렬된 공간 광 변조기(48) 사이에 배열된다. 도 63은 각자의 패럴랙스 요소와 정렬된 공간 광 변조기로부터의 광학 윈도우와 정렬되어 45도로 배열된 광학 윈도우를 달성하도록 배열된 장치를 사시 정면도로 예시한 개략도이다. 가보 슈퍼렌즈 기하학적 축의 경사(905)가 x 축에 대해 22.5도이면, 관찰 윈도우(926)가 x-축에 대해 45도의 각도(930)로 배향될 수 있다. 그러한 윈도우(926)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 패럴랙스 요소(100) 및 정렬된 공간 광 변조기(48)로부터의 45도로 배향된 윈도우와 정렬될 수 있다.
본 실시예는 무안경 입체가 아닌 작동에 대한 이점을 제공할 수 있다. 절전 모드(power saving mode) 또는 프라이버시 모드(privacy mode)에서, 패럴랙스 배리어(100)는 실질적으로 투명하도록 배열될 수 있다. 제공된 광학 윈도우는 관찰자의 양안이 실질적으로 단일 관찰 윈도우 내에 있도록 넓어질 수 있다. 관찰자의 머리의 양측에 있는 영역이 조명되지 않아, 절전을 달성한다. 또한, 관찰 윈도우 내에 있지 않은 관찰자에게는 저 이미지 휘도가 제공되어, 유리하게도 프라이버시 작동을 달성한다.
제1 관찰 윈도우 내의 한 명의 관찰자가 예를 들어 맵(map) 데이터를 볼 수 있는 반면 제2 상이한 관찰 윈도우 내의 다른 관찰자가 오락(entertainment) 이미지를 볼 수 있도록 제1 및 제2 관찰 윈도우에는 (쌍안 사진(stereo pair)보다는) 상이한 이미지가 제공될 수 있다. 디스플레이는 자동차의 계기판을 위한 디스플레이를 제공하는 데 사용될 수 있다. 또한, 차량의 움직임으로부터 도출되는 신호가 이미지를 끄는 데, 또는 적어도 하나의 관찰자 위치를 교통 법규에 따라 이미지들 사이에서 스위칭하는 데 사용될 수 있다.
교정 안경에 대한 필요성 없이 디스플레이로부터 사람 원근조절 상태에 대한 교정을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 64a 내지 도 64d는 사람의 눈에 대한 다양한 원근조절 상태를 평면도로 예시한 개략도이다. 사람의 안구(1000)는 적어도 각막과 수정체(1002)를 포함하는 집속 광학계(focusing optic)를 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 정상 시력 특성을 갖는 눈에서, 시각계(visual system)는 도 64a에 도시된 바와 같이 멀리 떨어져 있는 물체로부터의 광선(1004)이 망막(1006) 상의 점(1008)에 실질적으로 집속되도록 수정체(1002)를 이완시킨다. 유사하게, 평면(1012) 내의 가까운 물체(1010)에 대해, 수정체(1002)는 도 64b에 도시된 바와 같이 망막(1006) 상의 초점(1008)을 유지하도록 조절된다. 그러한 조절은 수정체 초점 메커니즘과 망막(1006)에서의 물체(1010)의 이미지의 선명도의 척도 사이의 피드백에 의해 제공될 수 있다. 기술될 바와 같이, 집속 메커니즘은 수정체(1002)의 동공을 가로지른 물체(1010)로부터의 광선의 휘도에 있어서의 변화에 의존한다.
도 64c는 멀리 떨어져 있는 물체로부터의 광선(1004)이 안구(1000) 내의 점(1008)에 집속되도록 안구 형상이 전형적으로 왜곡되어, 망막(1006) 상에서 보이는 이미지를 흐리게 하는 근시인 사람을 예시한다. 도 64d는 안구의 형상 또는 굴절력(power)이 물체(1010)로부터의 광선이 망막 뒤에 집속됨을 의미하는 원시 또는 노안인 사람을 도시한다.
많은 원근조절 결함 사용자, 특히 노안인 모바일 디스플레이 사용자에 대해, 디스플레이 사용의 단기간 동안 안경을 필요로 하는 것은 바람직하지 않다. 시력 교정이 디스플레이 장치에 의해 제공되는 것이 바람직할 수 있다.
도 65는 추가의 안경의 사용 없이 디스플레이 장치에서 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 평면도로 예시한 개략도이다. 지향성 디스플레이(1014)가 디스플레이(1014) 상의 점(1050)으로부터 우안 동공(1052)(개략적으로 예시됨)에 대해 윈도우(1020, 1022, 1024)를 포함하는 관찰 윈도우 어레이(1056)를 제공할 수 있다. 선택적으로, 디스플레이(1014)는 또한 좌안 동공(1054)에 대해 다수의 광학 윈도우(1058)를 제공할 수 있다. 윈도우(1020, 1022, 1024)의 윈도우 크기는 동공(1052)의 폭보다 작고, 윈도우 분리에 대한 동공(1052) 폭의 비는 바람직하게는 1.5 초과, 그리고 더 바람직하게는 3.0 초과일 수 있다. 따라서, 예시적인 예에서, 윈도우 피치는 디스플레이(1014)로부터 250 mm 관찰 거리에서 6 mm 직경의 동공에 대해 3 mm일 수 있다.
도 66은 근시의 교정의 경우에 지향성 디스플레이 장치에서 근시의 교정을 평면도로 예시한 개략도이다. 집속된 점(1008)이 평면(1036) 내의 점(1026)으로 릴레이된다(relayed). 따라서, 윈도우(1020, 1022, 1024)에 대한 데이터가 지향성 디스플레이(1014)의 평면에 있는 균질 픽셀(1030, 1032, 1034)로부터 제공된다. 따라서, 픽셀(1034) 상의 데이터가 근시인 관찰자에 대해 디스플레이로부터 초점이 맞는(in-focus) 이미지를 제공하도록 배열되어, 유리하게도 교정 안경에 대한 필요성 없이 원근조절 교정을 달성할 수 있다.
도 67은 지향성 디스플레이 장치에서 원시 또는 노안의 교정을 평면도로 예시한 개략도이다. 집속된 점(1008)이 평면(1046) 내의 점(1028)으로 릴레이된다. 따라서, 윈도우(1020, 1022, 1024)에 대한 데이터가 지향성 디스플레이(1014)의 평면에 있는 균질 픽셀(1040, 1042, 1044)로부터 제공된다. 따라서, 픽셀(1034) 상의 데이터가 원시 또는 노안인 관찰자에 대해 디스플레이로부터 초점이 맞는 이미지를 제공하도록 배열되어, 유리하게도 교정 안경에 대한 필요성 없이 원근조절 교정을 달성할 수 있다.
관찰자는 그의 (광학적) 처방을 디스플레이에 제공할 수 있고, 주어진 이미지 점(1026)에 대해 균질 픽셀(1030, 1032, 1034)의 분리를 변경함으로써 보정이 제공될 수 있다. 또한, 난시와 같은 추가의 시각적 이상이 교정될 수 있도록 윈도우의 2차원 어레이가 제공될 수 있다.
그러한 디스플레이는 관찰자의 동공에서 바람직한 윈도우 피치를 달성하기 위해 디스플레이 해상도와 휘도를 감소시킬 수 있다. 또한, 관찰자의 단안(single eye)에 대한 편안한 관찰 자유도를 달성하기 위해, 다수의 윈도우가 제공될 필요가 있을 수 있다. 또한, 관찰자의 양안에 대한 교정을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 디스플레이 해상도와 휘도를 유지하면서 다수의 작은 피치의 광학 윈도우를 갖춘 지향성 디스플레이 장치를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 68a는 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 사시도로 예시한 개략도이다. 도 68b는 도 68a의 작동을 추가로 예시한 순서도이다. 디스플레이는 본 명세서에 기술된 본 실시예에 따라 지향성 백라이트(1070), 공간 광 변조기(1072) 및 패럴랙스 광학계(1074)를 포함할 수 있다. 제1 위상에서, 광원(1076)의 어레이가 좌측 동공(1054) 주위에 수직 크기를 갖는 광학 윈도우 어레이(1058)를 제공하도록 배열될 수 있다. 각각의 광학 윈도우는 광원(1076)의 어레이의 광원에 의해 제공될 수 있다. 조합되어, 광학 윈도우의 어레이는 관찰 윈도우를 제공할 수 있다. 표시된 이미지는 어레이(1058)의 윈도우와 순서대로 시간 다중화될 수 있다. 제2 위상에서, 광원(1078)이 우측 동공(1052) 주위에 수직 크기를 갖는 시간 다중화 윈도우 어레이(1056)를 제공한다. 제1 및 제2 위상에서, 패럴랙스 광학계(1074)는 전체 영역을 가로질러 실질적으로 투명할 수 있다. 제3 위상에서, 광원(1079)이 우측 동공(1052) 주위에 윈도우(1066)를 제공할 수 있고, 패럴랙스 광학계(1074)가 공간 광 변조기(1072)를 이용한 공간 다중화에 의해 수평 크기를 갖는 윈도우 어레이(1062)를 제공하도록 배열될 수 있다. 제4 위상에서, 광원(1079)이 좌측 동공(1054) 주위에 윈도우(1064)를 제공할 수 있고, 패럴랙스 광학계(1074)가 공간 광 변조기(1072)를 이용한 공간 다중화에 의해 수평 크기를 갖는 윈도우 어레이(1062)를 제공하도록 배열될 수 있다. 유리하게도, 별개의 윈도우 어레이가 관찰자의 좌안 및 우안에 대해 제공되어, 디스플레이 해상도를 유지하면서 원근조절 교정을 달성할 수 있다.
유리하게도, 이미지 해상도의 손실 없이 광원(1076)의 어레이 내의 광원들의 작은 분리에 의해 어레이(1058) 내의 광학 윈도우의 작은 피치가 제공될 수 있다.
수평 및 수직 축에서 동시에 원근조절의 교정을 제공하여 유리하게도 이미지 선명도를 개선하는 것이 바람직할 수 있다.
도 69는 각각의 눈이 다수의 광학 윈도우를 포함하는, 광학 윈도우의 2차원 어레이와 관찰자의 정렬된 눈(1052, 1054)을 정면도로 예시한 개략도이다. 광학 윈도우(1080)의 형상은 무안경 입체 디스플레이의 이미지 픽셀의 형상에 의해 결정될 수 있다. 대안적으로, 광학 윈도우는 제1 방향으로는 지향성 백라이트에 의해 그리고 제2 방향으로는 패럴랙스 광학계에 의해 제공될 수 있다. 전형적으로, 패럴랙스 광학계는 윈도우 데이터가 반복하는, 로브 경계(1082)를 갖는 다수의 로브(1084, 1086)를 제공할 수 있다.
관찰자의 시선(eye line)에 대해 측방향을 고려하면, 우안 동공(1052)은 도시된 바와 같이 윈도우 칼럼(3, 4, 5) 내에 있을 수 있는 반면, 좌안 동공(1054)은 윈도우 칼럼(2, 3, 4) 내에 있을 수 있다. 따라서, 올바른 데이터가 우안에 대해 제공될 수 있지만, 좌안은 옳지 않은 데이터를 볼 것이다. 양쪽 좌안 및 우안에 대한 교정을 달성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 70a는 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 디스플레이 장치를 사시도로 예시한 개략도이다. 도 70b는 도 70a의 작동을 추가로 예시한 순서도이다. 디스플레이는 본 명세서에 기술된 본 실시예에 따라 지향성 백라이트(1070), 공간 광 변조기(1072) 및 패럴랙스 광학계(1074)를 포함할 수 있다. 패럴랙스 광학계(1074)는 광학 윈도우의 2차원 어레이(1080)를 제공하도록 배열되는 개구 어레이 또는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 윈도우는 로브 내에 반복하도록 배열될 수 있으며, 따라서 양쪽 좌안 및 우안과 중첩될 수 있다.
광학 윈도우(1064, 1066). 관찰자 추적 장치가 좌안 및 우안 동공의 위치를 알아내도록 배열될 수 있다. 제1 위상에서, 윈도우 어레이(1080)가 우안에 보이도록 윈도우(1066)가 광원(1077)에 의해 제공될 수 있다. 제2 위상에서, 윈도우 어레이(1080)가 좌안에 보이도록 윈도우(1064)가 광원(1079)에 의해 제공될 수 있다. 좌안 및 우안 윈도우 어레이의 구성은 이미지 콘텐츠, 윈도우 어레이(1080) 내의 눈 위치 및 사용자에 의해 요구되는 시력 교정에 따라 조절될 수 있다. 제1 및 제2 위상은 예를 들어 120 ㎐로 다중화될 수 있다. 원근조절 조정은 2차원 또는 3차원 이미지를 제공하도록 좌안 및 우안에 대해 제공될 수 있다.
또한, 패럴랙스 광학계는 올바른 광학 윈도우를 관찰자의 눈으로 지향시키도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 소수의 윈도우가 각각의 로브(1084, 1086) 내에 제공되어 유리하게도 해상도를 개선할 수 있다. 패럴랙스 광학계 개구 위치는 제1 위상에서 광학 윈도우(1080)를 지향성 백라이트(1070)로부터의 조명과 협력하여 우안에 대한 동공(1052) 내의 올바른 위치로 지향시키도록 조절될 수 있다. 제2 위상에서, 패럴랙스 광학계 개구 위치는 광학 윈도우(1080)를 지향성 백라이트(1070)로부터의 조명과 협력하여 좌안 동공(1054) 내의 올바른 위치로 지향시키도록 조절될 수 있다.
이미지 해상도를 최적화하기 위해, 긴 패럴랙스 광학 요소와 지향성 백라이트로부터의 긴 광학 윈도우를 사용하여 관찰 윈도우의 2차원 어레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
60 ㎐와 같은 비교적 느린 응답 속도를 갖는 공간 광 변조기에 대한 원근조절 교정을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 70c는 도 70a의 제1 위상과 동일한 방식으로 작동하는 단안 조명 시스템을 예시한 개략도이고, 도 70d는 도 70c의 작동을 예시한 순서도이다. 유리하게도, 우안 동공(1052)은 올바른 원근조절 단서(cue)를 받을 수 있고 좌안(1054)은 실질적으로 전혀 광을 수광하지 않을 수 있어서, 상충되는 원근조절 단서를 제공하지 않는다. 또한, 동공이 느린 응답 속도의 공간 광 변조기(1072)를 사용하여, 디스플레이에 대해 이동하는 관찰자를 허용하도록 조명과 이미지 데이터로 추적될 수 있다.
도 71a는 좌안 및 우안에 대한 원근조절 상태를 교정하도록 배열된 추가의 디스플레이 장치를 사시도로 예시한 개략도이다. 도 71b는 도 71a의 작동을 추가로 예시한 순서도이다. 패럴랙스 요소(1074)가 수평 크기를 갖는 관찰 윈도우(1060)의 어레이를 제공하도록 배열될 수 있다. 제1 위상에서, 동공(1054)의 좌측 부분에는 지향성 백라이트(1070)의 광원(1091)에 의해 제공되는 광학 윈도우(1090)의 조명에 의해 패럴랙스 요소(1074)로부터 제1 윈도우 세트가 제공될 수 있다. 제2 위상에서, 동공(1054)의 우측 부분에는 지향성 백라이트(1070)의 광원(1093)에 의한 광학 윈도우(1092)의 조명에 의해 그리고 광학 윈도우(1092)의 위치에 상응하게 공간 광 변조기(1072) 상의 데이터를 업데이트함으로써 패럴랙스 요소(1074)로부터 제2 윈도우 세트가 제공될 수 있다. 유사하게, 제3 및 제4 위상에서, 우안이 각각 패럴랙스 요소로부터의 관찰 윈도우와 지향성 백라이트(1070)의 광원(1095, 1097)으로부터의 광학 윈도우(1094, 1096)에 의해 조명될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기 갱신율(update rate)이 예를 들어 240 ㎐일 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 윈도우가 좌안 및 우안의 동공을 가로질러 배열될 수 있다.
본 실시예에서, 패럴랙스 광학계는 고정된 위치일 수 있는 핀홀(pinhole) 개구 또는 긴 개구의 어레이를 포함하는 패럴랙스 배리어 또는 추적 배리어일 수 있다. 대안적으로, 패럴랙스 광학계는 마이크로렌즈 어레이 또는 렌티큘러 어레이일 수 있다. 공간 광 변조기(1072)의 픽셀 상의 이미지 데이터는 시력 교정을 제공하는 것에 더하여 패럴랙스 광학계의 위치 및/또는 관찰자 위치와 협력하여 조절될 수 있다.
관찰자 위치와 동공(1052, 1054) 위치에 응답하여, 이미지 데이터, 패럴랙스 배리어 개구 위치, 또는 이미지 및 패럴랙스 배리어 개구 위치 둘 모두가 주어진 머리 위치에 대해 좌안 및 우안에 대한 적절한 이미지를 제공하도록 조절될 수 있다.
패럴랙스 배리어는 예를 들어 공간 광 변조기와 관찰자 사이에 있는 전방 배리어 유형, 또는 예를 들어 공간 광 변조기가 패럴랙스 배리어와 관찰자 사이에 있는 후방 배리어 유형일 수 있다.
유리하게도, 관찰자의 좌안 및 우안으로 지향될 수 있는 관찰 윈도우의 2차원 어레이가 제공되어, 개선된 시력 교정을 달성할 수 있다.
본 명세서에 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "실질적으로"와 "대략"은 그의 대응하는 용어 및/또는 항목들 사이의 상대성에 대한 업계-용인 허용오차를 제공한다. 그러한 업계-용인 허용오차는 0 퍼센트 내지 10 퍼센트의 범위이고, 구성요소 값, 각도 등에 대응하지만 이로 제한되지 않는다. 항목들 사이의 그러한 상대성은 대략 0 퍼센트 내지 10 퍼센트의 범위이다.
본 명세서에 개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 상기에 기술되었지만, 그것은 제한이 아닌 단지 예로서 제시되었음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 개시의 범위 및 범주는 상기에 기술된 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 하고, 단지 본 개시로부터 유래되는 임의의 청구항 및 그것의 등가물에 따라서만 한정되어야 한다. 또한, 위의 이점 및 특징이 기술된 실시예에 제공되지만, 위의 이점들 중 임의의 것 또는 모두를 성취하는 공정 및 구조에 대한 그러한 유래된 청구항의 적용을 제한하지 않을 것이다.
또한, 본 명세서의 섹션 표제는 37 CFR 1.77하의 제안과의 일관성을 위해 또는 달리 구성상의 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이들 표제는 본 개시로부터 유래될 수 있는 임의의 청구항에 기재된 실시예(들)를 제한하거나 특성화하지 않을 것이다. 구체적으로 그리고 예로서, 표제가 "기술분야"를 지칭하더라도, 청구범위는 그렇게 불리는 분야를 설명하기 위해 이러한 표제하에 선택된 언어에 의해 제한되지 않아야 한다. 또한, "배경기술"에서의 기술의 설명은 소정 기술이 본 개시에서의 임의의 실시예(들)에 대한 종래 기술임을 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. "발명의 내용"도 또한 유래된 청구항에 기재된 실시예(들)의 특성화로 간주되지 않아야 한다. 또한, 단수형으로의 "발명"에 대한 본 개시에서의 임의의 언급은 본 개시에 단지 하나의 신규성의 사항만이 존재하는 것으로 주장하는 데 사용되지 않아야 한다. 다수의 실시예가 본 개시로부터 유래되는 다수의 청구항의 제한에 따라 기재될 수 있으며, 따라서 그러한 청구항은 그에 의해 보호되는 실시예(들) 및 그것의 등가물을 한정한다. 모든 경우에, 그러한 청구항의 범주는 본 개시를 고려하여 그 자체의 장점에 따라 고려될 것이지만, 본 명세서에 기재된 표제에 의해 구속되지 않아야 한다.

Claims (11)

  1. 지향성 디스플레이 디바이스(directional display device)에 있어서,
    지향성 백라이트(directional backlight)로서, 상기 지향성 백라이트는,
    도파관(waveguide)으로서, 상기 도파관을 따라 입력 광을 안내하기 위한 대향된 제1 및 제2 안내 표면들을 포함하는, 상기 도파관, 및
    상기 도파관을 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치들에서 상기 입력 광을 생성하도록 구성된 광원들의 어레이를 포함하고,
    상기 제2 안내 표면은 상기 도파관을 통해 안내되는 광을 출력 광으로서 상기 제1 안내 표면을 통해 상기 도파관 밖으로 편향시키도록 구성되고, 상기 도파관은 상기 출력 광을 상기 입력 광의 상기 입력 위치에 의존하여 측방향으로 분포된 출력 방향들로 광학 윈도우들 내로 지향시키도록 구성되고, 상기 광학 윈도우들은 좌안 관찰 윈도우(viewing window) 및 우안 관찰 윈도우를 제공하도록 구성되는, 상기 지향성 백라이트;
    상기 도파관으로부터 상기 출력 광을 수광하도록 그리고 이미지를 디스플레이하기 위해 상기 출력 광을 변조시키도록 구성된 픽셀들의 어레이를 포함하는 투과성 공간 광 변조기; 및
    상기 공간 광 변조기와 직렬로 연결되어, 상기 공간 광 변조기의 픽셀들로부터의 광을 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 구성된 패럴랙스 요소(parallax element)를 포함하는, 지향성 디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패럴랙스 요소는 패럴랙스 배리어(parallax barrier)를 포함하는, 지향성 디스플레이 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패럴랙스 요소는 렌티큘러 어레이(lenticular array)를 포함하는, 지향성 디스플레이 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패럴랙스 요소는 상기 공간 광 변조기의 픽셀들로부터의 광을 추가 관찰 윈도우들의 2차원 어레이 내로 지향하도록 구성된, 지향성 디스플레이 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추가 관찰 윈도우들의 피치에 대한 관찰자의 각 동공의 폭의 비가 1.5보다 크고, 양호하게는 3보다 큰, 지향성 디스플레이 디바이스.
  6. 지향성 디스플레이 장치에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 지향성 디스플레이 디바이스; 및
    광을 시간 다중화 방식으로 좌안 관찰 윈도우 및 우안 관찰 윈도우 내로 지향하기 위해 광원들을 제어하도록 구성되고, 상기 광원들의 제어와 동기하여 시간 다중화 방식으로 좌안 및 우안 이미지들을 디스플레이하기 위해 공간 광 변조기를 제어하도록 구성된 제어 시스템을 포함하는, 지향성 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 또한, 좌안 및 우안 이미지들을 디스플레이하기 위해, 관찰자에 적합한 조정을 제공하기 위해 조정되고 다른 관찰 윈도우들 내의 구성요소를 갖는 상기 공간 광 변조기를 제어하도록 구성되는, 지향성 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 또한, 좌안 및 우안 이미지들을 디스플레이하기 위해, 관찰자의 동공 내의 상이한 위치들로부터 이미지 포인트들의 형상들에 대응하고 다른 관찰 윈도우들 내의 구성요소를 갖는 상기 공간 광 변조기를 제어하도록 구성되는, 지향성 디스플레이 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    관찰자의 위치를 추적하도록 구성된 관찰자 추적 장치를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 광을 관찰자의 추적되는 위치에 응답하여 좌안 관찰 윈도우 및 우안 관찰 윈도우 내로 출력하기 위해 광원들을 제어하도록 구성되는, 지향성 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 관찰자 추적 장치는 또한 관찰자의 동공의 위치를 추적하도록 구성되고, 상기 제어 시스템은 좌안 및 우안 이미지들을 디스플레이하기 위해 관찰자의 동공의 추적된 위치에 따라 조정된 다른 관찰 윈도우들 내의 구성요소를 갖는 공간 광 변조기를 제어하도록 구성되는, 지향성 디스플레이 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 패럴랙스 요소는 상기 관찰 윈도우들의 위치를 조정하도록 제어가능하고, 상기 관찰자 추적 장치는 또한 관찰자의 동공의 위치를 추적하도록 구성되고, 상기 제어 시스템은 상기 관찰자의 동공의 추적되는 위치에 따라 다른 관찰 윈도우들의 위치를 조정하기 위해 패럴랙스 요소를 제어하도록 구성되는, 지향성 디스플레이 장치.
KR1020227009051A 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트 KR20220044362A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237014290A KR20230060544A (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461968935P 2014-03-21 2014-03-21
US61/968,935 2014-03-21
KR1020167029070A KR102377759B1 (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트
PCT/US2015/021583 WO2015143227A1 (en) 2014-03-21 2015-03-19 Directional backlight

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167029070A Division KR102377759B1 (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237014290A Division KR20230060544A (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220044362A true KR20220044362A (ko) 2022-04-07

Family

ID=54141957

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227009051A KR20220044362A (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트
KR1020167029070A KR102377759B1 (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트
KR1020237014290A KR20230060544A (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167029070A KR102377759B1 (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트
KR1020237014290A KR20230060544A (ko) 2014-03-21 2015-03-19 지향성 백라이트

Country Status (6)

Country Link
US (3) US20150268479A1 (ko)
EP (2) EP3120187B1 (ko)
KR (3) KR20220044362A (ko)
CN (2) CN106104372B (ko)
AU (1) AU2015231198B2 (ko)
WO (1) WO2015143227A1 (ko)

Families Citing this family (87)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2484713A (en) 2010-10-21 2012-04-25 Optovate Ltd Illumination apparatus
US9678267B2 (en) 2012-05-18 2017-06-13 Reald Spark, Llc Wide angle imaging directional backlights
US9188731B2 (en) 2012-05-18 2015-11-17 Reald Inc. Directional backlight
CN104321686B (zh) 2012-05-18 2017-04-12 瑞尔D斯帕克有限责任公司 控制定向背光源的光源
CN104380185B (zh) 2012-05-18 2017-07-28 瑞尔D斯帕克有限责任公司 定向背光源
KR20200123175A (ko) 2013-02-22 2020-10-28 리얼디 스파크, 엘엘씨 지향성 백라이트
EP3058562A4 (en) 2013-10-14 2017-07-26 RealD Spark, LLC Control of directional display
US9739928B2 (en) 2013-10-14 2017-08-22 Reald Spark, Llc Light input for directional backlight
US9373306B2 (en) * 2014-03-25 2016-06-21 Intel Coporation Direct viewer projection
EP3204686B1 (en) 2014-10-08 2019-07-17 RealD Spark, LLC Connection unit for a directional backlight
JP6359990B2 (ja) * 2015-02-24 2018-07-18 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置および表示方法
RU2596062C1 (ru) 2015-03-20 2016-08-27 Автономная Некоммерческая Образовательная Организация Высшего Профессионального Образования "Сколковский Институт Науки И Технологий" Способ коррекции изображения глаз с использованием машинного обучения и способ машинного обучения
EP3283911B1 (en) 2015-04-13 2021-12-08 RealD Spark, LLC Wide angle imaging directional backlights
WO2016191598A1 (en) 2015-05-27 2016-12-01 Reald Inc. Wide angle imaging directional backlights
CN108351951B (zh) 2015-10-26 2023-02-07 瑞尔D斯帕克有限责任公司 智能隐私系统、设备及其方法
WO2017120247A1 (en) 2016-01-05 2017-07-13 Reald Spark, Llc Gaze correction of multi-view images
KR101756671B1 (ko) * 2016-02-15 2017-07-11 엘지디스플레이 주식회사 입체 영상 표시 장치 및 그 구동 방법
WO2017200950A1 (en) 2016-05-19 2017-11-23 Reald Spark, Llc Wide angle imaging directional backlights
WO2017205183A1 (en) 2016-05-23 2017-11-30 Reald Spark, Llc Wide angle imaging directional backlights
CN106325033A (zh) * 2016-08-22 2017-01-11 京东方科技集团股份有限公司 全息显示装置
KR102646789B1 (ko) 2016-09-22 2024-03-13 삼성전자주식회사 지향성 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 입체 영상 표시 장치
EP3566094B1 (en) * 2017-01-04 2023-12-06 RealD Spark, LLC Optical stack for imaging directional backlights
CN106707533A (zh) * 2017-03-24 2017-05-24 京东方科技集团股份有限公司 一种三维显示装置
CA3055658C (en) * 2017-04-02 2022-08-16 Leia Inc. Dual view zone backlight, dual-mode display, and method
GB201705364D0 (en) 2017-04-03 2017-05-17 Optovate Ltd Illumination apparatus
GB201705365D0 (en) 2017-04-03 2017-05-17 Optovate Ltd Illumination apparatus
WO2018187154A1 (en) 2017-04-03 2018-10-11 Reald Spark, Llc Segmented imaging directional backlights
WO2018191694A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Methods and apparatus for angular and spatial modulation of light
US11950026B2 (en) 2017-04-14 2024-04-02 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Methods and apparatus employing angular and spatial modulation of light
US11635614B2 (en) 2017-04-14 2023-04-25 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Systems and methods for beam steering using a micromirror device
WO2018199185A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 京セラ株式会社 表示装置、表示システム、および移動体
EP3622342A4 (en) 2017-05-08 2021-02-17 RealD Spark, LLC OPTICAL STACK FOR DIRECTIVE DISPLAY
US10126575B1 (en) 2017-05-08 2018-11-13 Reald Spark, Llc Optical stack for privacy display
WO2018208618A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-15 Reald Spark, Llc Optical stack for imaging directional backlights
KR102411563B1 (ko) * 2017-05-14 2022-06-21 레이아 인코포레이티드 능동 이미터 어레이들을 사용하는 멀티뷰 백라이트, 디스플레이 및 방법
EP4293574A3 (en) 2017-08-08 2024-04-03 RealD Spark, LLC Adjusting a digital representation of a head region
TW201921060A (zh) * 2017-09-15 2019-06-01 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 用於可切換定向顯示器的光學堆疊結構
US10948648B2 (en) 2017-09-29 2021-03-16 Reald Spark, Llc Backlights having stacked waveguide and optical components with different coefficients of friction
EP3707554B1 (en) 2017-11-06 2023-09-13 RealD Spark, LLC Privacy display apparatus
WO2019126637A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Methods and apparatus for angular and spatial modulation of light
GB201800574D0 (en) 2018-01-14 2018-02-28 Optovate Ltd Illumination apparatus
TWI827580B (zh) 2018-01-25 2024-01-01 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 用於防窺顯示裝置之反射式光學堆疊物
WO2019147771A1 (en) * 2018-01-25 2019-08-01 Reald Spark, Llc Touch screen for privacy display
GB201803767D0 (en) 2018-03-09 2018-04-25 Optovate Ltd Illumination apparatus
JP2021518637A (ja) 2018-03-22 2021-08-02 リアルディー スパーク エルエルシー 指向性バックライト用の光導波路
GB201807747D0 (en) 2018-05-13 2018-06-27 Optovate Ltd Colour micro-LED display apparatus
JP7256830B2 (ja) * 2018-06-29 2023-04-12 レイア、インコーポレイテッド 動的に再構成可能なマルチビューピクセルを用いるマルチビューディスプレイおよび方法
WO2020005748A1 (en) 2018-06-29 2020-01-02 Reald Spark, Llc Optical stack for privacy display
WO2020018552A1 (en) 2018-07-18 2020-01-23 Reald Spark, Llc Optical stack for switchable directional display
DE102018213820A1 (de) 2018-08-16 2020-02-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Blickfeldanzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug
US11106103B2 (en) 2018-10-03 2021-08-31 Reald Spark, Llc Privacy display apparatus controlled in response to environment of apparatus
CN117311038A (zh) 2018-11-07 2023-12-29 瑞尔D斯帕克有限责任公司 定向显示设备
JP2020098291A (ja) * 2018-12-19 2020-06-25 カシオ計算機株式会社 表示装置、表示方法およびプログラム
CA3120072C (en) * 2018-12-20 2024-04-09 Leia Inc. Static multiview display and method having multiview zones
US11287677B2 (en) 2019-01-07 2022-03-29 Reald Spark, Llc Optical stack for privacy display
US11029566B2 (en) 2019-02-12 2021-06-08 Reald Spark, Llc Diffuser for privacy display
CN113966481A (zh) * 2019-03-15 2022-01-21 里尔菲克逊有限责任公司 自动多视点有机发光二极管像素
CN111856773B (zh) * 2019-04-26 2023-08-22 天马日本株式会社 显示装置
CN110111688B (zh) * 2019-05-24 2022-04-08 亿信科技发展有限公司 一种显示面板、显示方法及显示系统
TW202102883A (zh) * 2019-07-02 2021-01-16 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 定向顯示設備
JP2022543020A (ja) 2019-08-02 2022-10-07 リアルディー スパーク エルエルシー プライバシーディスプレイ用光学スタック
US11294233B2 (en) 2019-08-23 2022-04-05 ReaID Spark, LLC Directional illumination apparatus and privacy display
US11163101B2 (en) 2019-09-11 2021-11-02 Reald Spark, Llc Switchable illumination apparatus and privacy display
WO2021050967A1 (en) 2019-09-11 2021-03-18 Reald Spark, Llc Directional illumination apparatus and privacy display
EP4038605A4 (en) 2019-10-02 2023-10-18 RealD Spark, LLC PRIVACY DISPLAY DEVICE
EP4038313A4 (en) 2019-10-03 2023-11-22 RealD Spark, LLC LIGHTING APPARATUS COMPRISING PASSIVE OPTICAL NANOSTRUCTURES
CN114730851A (zh) 2019-10-03 2022-07-08 瑞尔D斯帕克有限责任公司 包括无源光学纳米结构的照明设备
EP4058842A4 (en) 2019-11-13 2023-12-20 RealD Spark, LLC OFF-AXIS DISPLAY DEVICE
WO2021118936A1 (en) 2019-12-10 2021-06-17 Reald Spark, Llc Control of reflections of a display device
CN114902093A (zh) 2019-12-18 2022-08-12 瑞尔D斯帕克有限责任公司 用于隐私显示的环境光的控制
EP4078947A4 (en) * 2019-12-19 2023-12-20 Aye3D Inc. METHOD AND DISPLAY SYSTEM FOR PRESENTING A STEREOSCOPIC IMAGE
CN113126315B (zh) * 2020-01-16 2023-03-31 驻景(广州)科技有限公司 光波导矢向背光的三维显示模组
CN111308698B (zh) * 2020-02-14 2021-06-29 浙江大学 一种定向显示屏与一种感应式三维显示装置及其显示方法
WO2021168090A1 (en) 2020-02-20 2021-08-26 Reald Spark, Llc Illumination and display apparatus
CN111312073B (zh) * 2020-02-25 2022-08-12 深圳市隆利科技股份有限公司 防窥显示屏及电子设备
US11442316B2 (en) 2020-04-30 2022-09-13 Reald Spark, Llc Directional display apparatus
US11506939B2 (en) 2020-04-30 2022-11-22 Reald Spark, Llc Directional display apparatus
CN115768643A (zh) 2020-04-30 2023-03-07 瑞尔D斯帕克有限责任公司 定向显示设备
US11624944B2 (en) 2020-07-29 2023-04-11 Reald Spark, Llc Backlight for switchable directional display
TW202204818A (zh) 2020-07-29 2022-02-01 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 光瞳照明裝置
US11936844B1 (en) * 2020-08-11 2024-03-19 Apple Inc. Pre-processing in a display pipeline
CN116194812A (zh) 2020-09-16 2023-05-30 瑞尔D斯帕克有限责任公司 车辆外部照明装置
CN112285945B (zh) * 2020-11-03 2021-08-10 浙江大学 一种定向显示的三维显示装置
CN116507964A (zh) * 2020-11-09 2023-07-28 镭亚股份有限公司 采用漫射器的有源发射器多视图背光、显示器和方法
US11709411B2 (en) * 2021-07-16 2023-07-25 Meta Platforms Technologies, Llc Display with image light steering
US11892717B2 (en) 2021-09-30 2024-02-06 Reald Spark, Llc Marks for privacy display
WO2023196440A1 (en) 2022-04-07 2023-10-12 Reald Spark, Llc Directional display apparatus

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5396350A (en) * 1993-11-05 1995-03-07 Alliedsignal Inc. Backlighting apparatus employing an array of microprisms
US5521725A (en) * 1993-11-05 1996-05-28 Alliedsignal Inc. Illumination system employing an array of microprisms
US6256447B1 (en) * 1998-12-31 2001-07-03 Physical Optics Corporation Backlight for correcting diagonal line distortion
US6801263B2 (en) * 2000-04-10 2004-10-05 Sony Corporation Liquid crystal display, liquid crystal device and liquid crystal display system
JP3980890B2 (ja) * 2002-01-23 2007-09-26 シャープ株式会社 導光板並びにそれを備えた光源装置及び表示装置
GB0322682D0 (en) * 2003-09-27 2003-10-29 Koninkl Philips Electronics Nv Backlight for 3D display device
GB2406730A (en) * 2003-09-30 2005-04-06 Ocuity Ltd Directional display.
GB0326005D0 (en) * 2003-11-07 2003-12-10 Koninkl Philips Electronics Nv Waveguide for autostereoscopic display
US8154686B2 (en) * 2004-01-20 2012-04-10 Sharp Kabushiki Kaisha Directional backlight, a multiple view display and a multi-direction display
KR100580216B1 (ko) * 2004-12-29 2006-05-16 삼성전자주식회사 3차원 영상 디스플레이 장치
KR100813977B1 (ko) * 2005-07-08 2008-03-14 삼성전자주식회사 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이장치
CN101101378A (zh) * 2006-07-03 2008-01-09 胜华科技股份有限公司 二维/三维影像切换显示装置
KR101259011B1 (ko) * 2006-09-15 2013-04-29 삼성전자주식회사 고해상도 다시점 입체 영상 디스플레이 장치
US7528893B2 (en) 2007-05-18 2009-05-05 3M Innovative Properties Company Backlight for liquid crystal display
RU2550762C2 (ru) * 2009-05-28 2015-05-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Автостереоскопическое устройство отображения
JP5563250B2 (ja) * 2009-06-30 2014-07-30 株式会社ジャパンディスプレイ 立体画像表示装置
US20110044582A1 (en) 2009-08-21 2011-02-24 Microsoft Corporation Efficient collimation of light with optical wedge
KR101629479B1 (ko) * 2009-11-04 2016-06-10 삼성전자주식회사 능동 부화소 렌더링 방식 고밀도 다시점 영상 표시 시스템 및 방법
US9250448B2 (en) * 2010-11-19 2016-02-02 Reald Inc. Segmented directional backlight and related methods of backlight illumination
CN103329029A (zh) * 2010-11-19 2013-09-25 瑞尔D股份有限公司 导向性平坦照射器
US20130328866A1 (en) * 2010-11-19 2013-12-12 Reald Inc. Spatially multiplexed imaging directional backlight displays
JP5649526B2 (ja) * 2011-07-01 2015-01-07 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
US9237337B2 (en) * 2011-08-24 2016-01-12 Reald Inc. Autostereoscopic display with a passive cycloidal diffractive waveplate
US9350980B2 (en) * 2012-05-18 2016-05-24 Reald Inc. Crosstalk suppression in a directional backlight
US9285532B2 (en) * 2012-07-13 2016-03-15 Blackberry Limited Backlight module having a prisim reflector

Also Published As

Publication number Publication date
AU2015231198A1 (en) 2016-10-06
CN112363268B (zh) 2023-02-10
CN106104372A (zh) 2016-11-09
KR20230060544A (ko) 2023-05-04
US20220365361A1 (en) 2022-11-17
KR20160135772A (ko) 2016-11-28
US20200012117A1 (en) 2020-01-09
CN106104372B (zh) 2020-11-27
EP3936934A1 (en) 2022-01-12
CN112363268A (zh) 2021-02-12
WO2015143227A1 (en) 2015-09-24
US20150268479A1 (en) 2015-09-24
EP3936934B1 (en) 2024-04-24
KR102377759B1 (ko) 2022-03-23
EP3120187A4 (en) 2018-04-04
EP3120187A1 (en) 2017-01-25
AU2015231198B2 (en) 2019-11-28
EP3120187B1 (en) 2021-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102377759B1 (ko) 지향성 백라이트
US10712582B2 (en) Directional display apparatus
JP6962521B2 (ja) 指向性プライバシーディスプレイ
KR102117220B1 (ko) 지향성 백라이트
EP2850471B1 (en) Directionally illuminated waveguide arrangement
KR102269725B1 (ko) 광각 이미지 형성 지향성 백라이트
CN104854864B (zh) 具有横向操作模式和纵向操作模式的时间多路复用显示器
JP2010224129A (ja) 立体画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
A107 Divisional application of patent
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2023101000908; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20230426

Effective date: 20231012