KR20100123710A - 자동 입체 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20100123710A
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KR1020107019820A
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오스카 에이치. 위렘센
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

자동 입체 디스플레이 디바이스는 상이한 휘도 비-균일성 및 크로스 토크 디스플레이 특성들을 제공하기 위한 복수의 동작 모드들을 갖는다. 상기 디바이스는 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단 및 상기 이미지 형성 수단에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단으로서, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단을 포함한다. 상기 디바이스는 또한 상기 복수의 뷰들을 위한 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단을 구동하고 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 로컬 최소값들에 실질적으로 대응하는 제 1 및 제 2 값들 사이에서 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된 구동 수단을 포함한다.

Description

자동 입체 디스플레이 디바이스{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 패널과 같은 이미지 형성 수단 및 뷰 형성 수단을 포함하는 자동 입체 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 상기 뷰 형성 수단은 디스플레이 픽셀들이 보여지는 이미지 형성 소자 위에 배열된 렌티큘러 렌즈들의 어레이일 수 있다. 본 발명은 또한 자동 입체 디스플레이 디바이스를 구동하는 방법에 관한 것이다.
공지된 자동 입체 디스플레이 디바이스는 GB 2196166 A에 개시되어 있다. 공지된 디바이스는 디스플레이를 생성하기 위해 이미지 형성 수단으로서 동작하는 디스플레이 픽셀들의 행 및 열을 갖는 2차원 방사성 액정 디스플레이 패널(two dimensional emissive liquid crystal display panel)을 포함한다. 서로 평행하게 연장하는 긴 렌티큘러 렌즈들의 어레이는 상기 디스플레이 픽셀 어레이 위에 놓이고 뷰 형성 수단으로서 동작한다. 상기 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들은 상기 출력들의 방향을 변경하도록 기능하는, 이들 렌티큘러 렌즈들을 통해 프로젝트된다.
상기 렌티큘러 렌즈들은 각각이 긴 반동형 렌즈 소자들을 포함하는, 소자들의 시트로서 제공된다. 상기 렌티큘러 렌즈들은 각각 디스플레이 픽셀들의 둘 이상의 인접한 행들의 그룹 각각의 위에 놓이면서, 상기 디스플레이 패널의 행 방향으로 연장한다.
예를 들어, 각각의 렌티큘러 렌즈가 두 개의 디스플레이 픽셀들의 행과 연관되는 구성에서, 각 행의 상기 디스플레이 픽셀들은 각각의 2차원 서브 이미지의 수직 슬라이스를 제공한다. 상기 렌티큘러 시트는 이들 두 개의 슬라이스들 및 상기 다른 렌티큘러 렌즈들과 연관된 상기 디스플레이 픽셀로부터의 대응하는 슬라이스들을 상기 시트의 앞에 위치된 사용자의 왼쪽 및 오른쪽 눈에 프로젝트하여, 상기 사용자는 하나의 입체 이미지를 본다.
다른 구성에서, 각각의 렌티큘러 렌즈는 열 방향의 셋 이상의 인접한 디스플레이 픽셀들의 그룹과 연관된다. 각 그룹의 디스플레이 픽셀들의 대응하는 행들은 각각의 2차원 서브 이미지로부터의 수직 슬라이스를 제공하도록 적절히 배열된다. 사용자의 머리가 왼쪽에서부터 오른쪽으로 움직임에 따라, 일련의 연속하는, 상이한 입체 뷰들이 관찰되어 예를 들어, 주변 인상을 생성한다.
상기한 자동 입체 디스플레이 디바이스는 양호한 레벨의 휘도를 갖는 디스플레이를 생성한다. 그러나, 통상적으로 디스플레이 픽셀 어레이를 규정하는 비발광 블랙 매트릭스의 이미징으로 인해 렌티큘러 시트에 의해 프로젝트되는 뷰들이 어두운 구역들에 의해 분리된다는 것이 상기 디바이스와 연관된 문제점이다. 이들 어두운 구역들은 상기 디스플레이를 가로지른 간격의 어두운 수직 밴드들의 형태의 휘도 비균일성으로 인해 사용자에 의해 쉽게 관찰된다. 상기 밴드들은 사용자가 왼쪽에서부터 오른쪽으로 움직임에 따라 디스플레이를 가로질러 움직이고 밴드들의 피치는 사용자가 디스플레이로 또는 디스플레이로부터 멀리 움직임에 따라 변한다.
비균일성의 진폭을 감소시키기 위한 다수의 방법들이 제안되었다. 예를 들어, 비균일성의 진폭은 상기 디스플레이 픽셀 어레이의 행 방향에 예각으로 상기 렌티큘러 렌즈들을 편향시키는 공지의 기술에 의해 감소될 수 있다. 그러나, 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이를 비균일성이 사용자에게 인식가능하고 주의를 산만하게 남아있는 레벨, 1% 이하로 감소시키는 것은 어렵다.
비균일성의 진폭을 감소시키는 다른 방법은 WO 2006/117707 A2에 상세히 기술된 소위 단편 뷰 구성이다. 단편 뷰 구성을 갖는 디바이스들은 편향된 렌티큘러 렌즈들의 피치가 디스플레이 픽셀들의 피치의 정수 배(예를 들어, 컬러 디스플레이에서 서브픽셀 피치)와 같지 않고, 연속하는 렌티큘러 렌즈들 아래의 픽셀들이 수평으로 교대하는 방식으로 배치된다는 것을 특징으로 한다.결과적으로, 연속하는 렌즈들은 상이한 양의 블랙 매트릭스를 동시에 프로젝트하여, 상호 위상 시프트하는 강도 변조된다. 총 강도의 제 1 고조파가 상쇄되어, 훨씬 작은 강도의 비균일 효과만 남는다. 이 방법에 따르면, 블랙 매트릭스 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이는 1% 이하로 완전히 감소될 수 있다.
상기 디바이스들의 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입되는 강도 변조 깊이는 또한 렌티큘러 렌즈들의 포커싱 파워(power)의 함수로서 변한다는 것이 발견되었다. 일반적으로, 디바이스의 렌즈들을 포커싱 길이(focal length)를 증가시킴으로써 디포커싱(defocusing)하는 것은 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이의 감소를 유발한다. 그러나, 렌즈들을 디포커싱하는 것은 렌티큘러 시트에 의해 프로젝트된 뷰들 사이의 크로스 토크(cross-talk)를 증가시키고, 이는 사용자에 의해 인식되는 3차원 효과에 해롭다.
본 발명의 일 측면에 따라, 자동 입체 디스플레이 디바이스로서,
- 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스(opaque matrix)에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단;
- 상기 이미지 형성 수단에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단으로서, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단; 및
- 상기 복수의 뷰들을 위한 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단을 구동하고 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 로컬 최소값들에 실질적으로 대응하는 제 1 및 제 2 값들 사이에서 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된 구동 수단을 포함하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스가 제공된다.
뷰 형성 수단의 포커싱 강도와 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이 간의 관계는, 포커싱 강도가 감소됨에 따라 잇따라 더 작은 로컬 최소값을 나타내는 변조 깊이와 함께, 비-선형이라는 것이 발견되었다(예를 들어, 뷰 형성 수단을 규정하는 렌즈 소자들의 포커싱 길이를 증가시킴으로써). 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 이들 로컬 최소값에 대응하는 값들 사이에서 스위칭함으로써, 복수의 디스플레이 모드들이 제공되고, 각각의 모드는 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 상이한 강도 변조 깊이 및 뷰들 사이에 상이한 양의 크로스 토크를 제공한다.
특히, 디바이스는 뷰 형성 수단의 포커싱 강도가 제 1 및 제 2 값들로 각각 스위칭하는 제 1 및 제 2 디스플레이 모드들을 제공한다.
제 1 모드에서, 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 강도 변조 깊이의 제 1 로컬 최소값에 대응하는 제 1 값으로 스위칭되고, 포커싱 강도는 뷰 형성 수단의 포커싱 플레인과 디스플레이 픽셀 어레이의 플레인이 일치하는 포커스 강도에 가깝다(하지만 약간 낮음). 제 1 모드는 비교적 높은 강도 변조 깊이를 희생하면서 뷰들 사이의 낮은 크로스 토크를 제공할 수 있다.
제 2 모드에서, 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 제 2의, 상기 강도 변조 깊이의 제 2(낮은) 로컬 최소값에 대응하는 낮은 값(예를 들어, 뷰 형성 수단을 규정하는 렌즈 소자들의 포커싱 길이를 증가시킴으로써)으로 스위칭된다. 제 2 모드는 뷰들 사이에 더 높은 크로스 토크를 희생하면서 더 낮은 강도 변조 깊이를 제공할 수 있다.
제 1 모드는 예를 들어 광고 애플리케이션 또는 많은 양의 "깊이"를 갖는 비디오 시퀀스들에서, 매우 양호한 3차원 성능이 필요할 때 적합할 수 있다. 제 2 모드는 예를 들어 적은 양의 "깊이"를 갖는 비디오 시퀀스들 또는 정지 이미지들에서, 이미지 품질이 더 중요할 때 적합할 수 있다.
상기 이미지 형성 수단은 발광 디스플레이를 생성하기 위한 백라이트를 포함하는 액정 디스플레이 패널일 수 있다.
뷰 형성 소자의 어레이는, 슬릿들의 폭을 변경함으로써 포커싱 강도가 변경되는 경우, 송신 슬릿들의 어레이를 갖는 배리어 층으로서 기능하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 상기 뷰 형성 수단은 전기적으로 스위칭 가능한 포커싱 강도를 갖는 디스플레이 픽셀들로부터 출력들의 방향을 변경하기 위한 렌즈들로서 기능할 수 있는 소자들의 어레이를 형태를 취할 수 있다.
예를 들어, 실시예들의 제 1 그룹에서, 상기 뷰 형성 수단은 시리즈로 배열된 복수의 뷰 형성 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 뷰 형성 유닛들은 지향된 액정 물질과 같은, 전극층을 갖는 투명 기판들 사이에 렌티큘러 소자들의 어레이로서 형성된 전기-광학 물질을 포함한다. 기판들 중 하나는 상기 전기 광학 물질의 렌티큘러 형태를 제공하도록 프로파일된다(profiled).
상기 전기-광학 물질의 반사율은 상기 유닛의 기능을 변경하는 광 출력 방향을 제거하거나 유지하도록 전계의 선택적 인가에 의해 스위칭 가능하다. 상기 구동 수단은 상기 뷰 형성 유닛의 전기-광학 물질에 전계를 선택적으로 인가함으로써 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된다.
상기 구동 수단은 상기 광 출력 방향 변경 기능이 유지되는 뷰 형성 유닛 중 선택된 하나를 변경함으로써, 및/또는 상기 광 출력 방향 변경 기능이 동시에 유지된 다수의 뷰 형성 유닛을 변경함으로써 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열될 수 있다. 후자의 경우, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 상기 뷰 형성 유닛의 결합된 효과에 의해 규정된다.
상기 구동 수단은 또한 상기 뷰 형성 유닛들 중 어떤 것도 상기 광 출력 방향 변경 기능을 유지하지 않음으로써 2차원 동작 모드를 제공하도록 배열되어, 광이 그 방향으로 어떠한 변경도 없이 전체 뷰 형성 수단을 통해 통과한다. 이 경우, 상기 구동 수단은 단일 뷰를 위한 종래의 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단을 구동하도록 배열된다.
실시예의 제 2 그룹에서, 상기 뷰 형성 수단은 시리즈로 배열된 뷰 형성 유닛 및 스위칭 가능한 광 산란기(light diffuser)를 포함하고, 상기 광 형성 유닛은 상기 디스플레이 픽셀들로부터 출력들의 방향을 변경하기 위한 렌즈들의 어레이로서 기능하도록 구성되거나 구성될 수 있고, 상기 스위칭 가능한 광 산란기는 빔 확산 기능을 선택적으로 수행하도록 배열되고, 상기 구동 수단은 상기 스위칭 가능한 광 산란기의 빔 확산 기능을 선택적으로 활성화함으로써 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된다.
실시예의 제 3 그룹에서, 뷰 형성 수단은 전극층들을 갖는 투명 기판들 사이에 배치된, 지향된 액정 물질과 같은 전기-광학 물질을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전극층은 렌즈-기능 방향을 도입하도록 상기 전기-광학 물질들을 가로질러 전계를 인가하기 위해 개별적으로 어드레싱 가능한 전극들의 어레이를 포함한다. 상기 구동 수단은 상기 개별적으로 어드레싱 가능한 전극들에 전위를 선택적으로 제공함으로써 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된다. 이러한 배열로 규정된 렌즈들은 소위 GRIN(graded index) 렌즈들로 알려져 있다.
상기 구동 수단은 상기 전위를 갖는 인접한 전극들 사이의 거리가 변경되도록 상기 개별적으로 어드레스 가능한 전극들 중 상이한 하나에 전위를 선택적으로 제공함으로써 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열될 수 있다.
상기 구동 수단은 또한 상기 개별적으로 어드레싱 가능한 전극들 모두에 전위를 제공하거나 어떤 것에도 전위를 제공하지 않음으로써 2차원 동작 모드를 제공하도록 배열될 수 있다.
자동 입체 디스플레이 디바이스의 일부 실시예들에서, 상기 뷰 형성 수단은 디스플레이 픽셀들의 행 방향으로 예각으로 배열된 긴 뷰 형성 소자들의 어레이로서, 즉 소위 비스듬한 렌티큘러 렌즈들로서 기능하도록 구성 가능하다.
이 경우, 자동 입체 디스플레이 디바이스는 WO 2006/117707 A2에 개시된 바와 같은, 소위 단편 뷰 장치(fractional view arrangement)를 부가적으로 가질 수 있다. 이러한 장치는 긴 렌티큘러 렌즈들의 의 중심축 및 상기 디스플레이의 적어도 일부를 가로지른 행 방향에서 상기 디스플레이 픽셀들의 중심선들은 단면을 규정하고, 특정 중심선에서 상기 단면들의 위치들은 제 1 방향의 상기 디스플레이 픽셀 피치의 유닛들에서 상기 중심선에서 제 1 단면에 상대적인 위치를 나타내는 위치 번호들에 의해 결정되고, 각각의 상기 위치 번호들은 양 또는 음의 정수의 합이고 단편적인 위치 번호는 0 이상 1 미만의 숫자를 갖고, 특정 중심선에서 모든 단면들은 k개의 세트로 분배되고, 각각의 세트는 0, 1/k, 2/k, ..., (k-1)/k, (k>0)의 범위의 단편적인 위치 번호를 갖고, 상기 중심선의 단편적인 부분들의 총 수에 대한 상기 상이한 세트들의 단편적인 부분들의 기여는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다. k 값은 예를 들어, 2, 3, 4일 수 있다.
자동 입체 디스플레이 디바이스의 실시예에서, 상기 구동 수단은 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 시간적으로 변경하도록 구성되고, 즉, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 비디오 시퀀스에 대해 프레임 마다 가변한다.
대안적으로 또는 부가적으로, 상기 구동 수단은 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 공간적으로 변경하도록 구성되고, 즉, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 비디오 데이터의 시퀀스에 대해 각 프레임 내에서 가변한다.
상기 구동 수단은 또한 비디오 데이터가 디스플레이될 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 나타내는 상기 비디오 데이터의 성분을 수신 및 디코딩하는 수단을 더 포함한다. 이 경우, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 상기 비디오 데이터의 전용 성분에 따라 결정되고 미리 설정된다.
대안적으로, 상기 구동 수단은 비디오 데이터를 분석하고 상기 분석에 기초하여 상기 비디오 데이터가 디스플레이될 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 결정하는 수단을 더 포함한다. 이 경우, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 상기 데이터의 깊이 맵 성분과 같은 콘텐트에 기초하여 동적으로 결정된다.
물론, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 대안적으로 뷰잉 선호도에 기초하여 상기 사용자의 수동 선택에 의해 단순히 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 자동 입체 디스플레이 디바이스 동작 방법으로서,
상기 디바이스는,
- 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단; 및
- 상기 이미지 형성 수단에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단으로서, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단을 포함하고,
상기 방법은,
- 제 1 값이 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 제 1 로컬 최소값에 실질적으로 대응하도록 상기 복수의 뷰들에 대해 제 1 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단을 구동하고 동시에 상기 뷰 형성 수단의 포컹싱 강도를 제어하는 단계; 및
- 제 2 값이 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 제 2 로컬 최소값에 실질적으로 대응하도록 상기 복수의 뷰들에 대해 제 2 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단을 구동하고 동시에 상기 뷰 형성 수단의 포컹싱 강도를 제어하는 단계를 포함하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스 동작 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 자동 입체 디스플레이 디바이스를 위한 비디오 데이터 분석 방법으로서,
상기 디바이스는,
- 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단; 및
- 상기 이미지 형성 수단에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단으로서, 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단을 포함하고,
상기 방법은 상기 뷰 형성 수단을 위해 비디오 데이터를 분석하고 포커싱 강도를 결정하여 상기 분석에 기초하여 상기 비디오 데이터가 디스플레이되도록 하는 단계를 포함하는, 비디오 데이터 분석 방법이 제공된다.
본 발명은 또한 컴퓨터에서 실행될 때, 상기된 방법의 모든 단계들을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 제공한다. 본 발명은 본 발명의 방법의 단계들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품의 형태가 될 수 있다.
도 1은 공지된 자동 입체 디스플레이 디바이스의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 개략적인 단면도.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 다른 공지된 자동 입체 디스플레이 디바이스의 동작을 설명하는 도면.
도 4는 두 공지된 자동 입체 디스플레이 디바이스의 렌즈 반경에 대해 도시된 휘도 불균일성의 시뮬레이팅된 강도를 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 자동 입체 디스플레이 디바이스의 개략적인 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 디스플레이 디바이스의 소자의 개략적인 단면도.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 소자의 동작을 설명하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 도 6에 도시된 소자에 대한 대안적인 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도 9는 도 8a 및 도 8b에 도시된 소자에 대한 대안적인 장치의 개략적인 단면도.
본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 단순히 예로서 기술될 것이다.
본 발명은 이미지 형성 수단 및 뷰 형성 수단을 포함하는 유형의 멀티-뷰 자동 입체 디스플레이 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는 또한 복수의 뷰들에 대한 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단을 구동하도록 배열된 구동 수단을 포함한다.
상기 이미지 형성 수단은 오페이크 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는 디스플레이 픽셀들과 함께, 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들의 어레이를 포함한다.
상기 뷰 형성 수단은 상기 이미지 형성 수단과 등록하여 배열되고 상이한 방향들에서 사용자에게 프로젝트된 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력을 포커스하도록 구성가능한 뷰 형성 소자들의 어레이를 포함한다. 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능하다.
상기 구동 수단은 부가적으로 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 로컬 최소값들에 실질적으로 대응하는 제 1 및 제 2 값들 사이의 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된다. 이러한 방법으로, 상이한 3차원 디스플레이 모드들이 제공된다.
도 1은 공지된 멀티-뷰 자동 입체 디스플레이 디바이스(1)의 개략적인 사시도이다. 공지된 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 이미지 형성 수단으로서 기능하는 액티브 매트릭스 유형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
상기 디스플레이 패널(3)은 행과 열로 배열된 디스플레이 픽셀들(5)의 직교 어레이를 포함한다. 간결함을 위해, 적은 수의 디스플레이 픽셀들(5) 만이 도면에 도시되었다. 실제로, 상기 디스플레이 패널(3)은 약 천개의 열과 몇 천개의 행들의 디스플레이 픽셀들(5)을 포함할 수 있다.
액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 전체적으로 평범하다. 특히, 패널(3)은 그 사이에 정렬된 트위스티드 네마틱(aligned twisted nematic) 또는 다른 액정 물질이 제공된 한 쌍의 이격된 투명 유리 기판들을 포함한다. 상기 기판들은 마주보는 표면 상에 투명 ITO(indium tin oxide) 전극들의 패턴을 반송한다. 편광층이 상기 기판들의 바깥쪽 표면 상에 또한 제공된다.
각각의 디스플레이 픽셀(5)는 상기 기판들 상에 그 사이에 끼어지는 액정 물질과 함께, 대향 전극들을 포함한다. 상기 디스플레이 픽셀들(5)의 형상 및 레이아웃은 상기 패널(3)의 전면에 제공되는 전극들 및 블랙 매트릭스 장치의 형상 및 레이아웃에 의해 결정된다. 상기 디스플레이 픽셀들(5)은 갭에 의해 서로 일정하게 이격된다.
각각의 디스플레이 픽셀(5)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 소자와 연관된다. 상기 디스플레이 픽셀들은 상기 스위칭 소자들에 어드레싱 신호들을 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 동작하고, 적절한 어드레싱 방법들은 당업자에게 공지되어 있다.
상기 디스플레이 패널(3)은 이 경우, 상기 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에서 확장하는 플레인 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 밝혀진다. 상기 광원(7)으로부터의 광은 상기 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동되는 개별 디스플레이 픽셀들(5)과 함께, 상기 디스플레이 패널(3)을 통해 지향된다.
상기 디스플레이 디바이스(1)는 또한 뷰 형성 기능을 수행하는 상기 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 측 위에 배열된 렌티큘러 시트(9)를 포함한다. 상기 렌티큘러 시트(9)는 서로 평행하게 확장하는 렌티큘러 렌즈들(11)의 열을 포함하고, 간결함을 위해 렌티큘러 렌즈들(11) 중 하나만이 과장된 크기로 도시된다. 상기 렌티큘러 렌즈들(11)은 뷰 형성 기능을 수행하기 위한 뷰 형성 수단으로서 기능한다.
상기 렌티큘러 렌즈들(11)은 볼록 원통 소자들의 형태이고, 디스플레이 패널(3)로부터 상기 디스플레이 디바이스(1) 앞에 위치한 사용자의 눈에 상이한 이미지들 또는 뷰들을 제공하기 위한 광 출력 지향 수단으로서 기능한다.
도 1에 도시된 자동 입체 디스플레이 디바이스(1)는 상이한 방향들에서 몇몇의 상이한 사시도를 제공할 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘러 렌즈들(11)은 디스플레이 픽셀들(5)의 작은 그룹을 각 열에 오버레이한다. 상기 렌티큘러 소자(11)는 상이한 방향의 그룹의 각 디스플레이 픽셀(5)를 프로젝트하여, 몇몇의 상이한 뷰들을 형성한다. 사용자의 머리가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동함에 따라, 그/그녀의 눈은 몇몇 뷰들 중 상이한 뷰들을 차례로 수신할 것이다.
도 2는 상기된 렌티큘러형 이미지 장치의 동작 원리를 도시하고 광원(7), 디스플레이 패널(3) 및 렌티큘러 시트(9)를 도시한다. 상기 장치는 각각 상이한 방향에서 프로젝트된 3개의 뷰들을 제공한다. 상기 디스플레이 패널(3)의 각 픽셀은 하나의 특정 뷰에 대한 정보로 구동된다.
상기된 자동 입체 디스플레이 디바이스는 양호한 레벨의 휘도를 갖는 디스플레이를 생성한다. 그러나, 상기 디바이스와 연관된 문제는 상기 렌티큘러 시트에 의해 프로젝트된 뷰들이 전형적으로 상기 디스플레이 픽셀 어레이를 규정하는 비-발광 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기되는 어두운 영역들에 의해 분리된다는 것이다. 이들 어두운 영역들은 디스플레이를 가로질러 위치되는 어두운 수직 밴드 형태의 위도 비-균일성으로 인해 사용자에 의해 용이하게 관찰된다. 상기 밴드들은 사용자가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동함에 따라 상기 디스플레이를 가로질러 이동하고 상기 밴드들의 피치는 사용자가 디스플레이 쪽으로 또는 디스플레이로부터 멀리 이동함에 따라 변한다. 상기 밴드들은 모바일 애플리케이션을 위해 설계된 고 해상도 디스플레이들과 같이, 블랙 매트릭스로서 디스플레이 영역에 높은 비율을 차지하는 디바이스들에서 특히 문제가 된다.
상기 비-균일성의 진폭을 감소시키기 위한 다수의 방법들이 제안되었다. 예를 들어, 상기 비-균일성의 진폭은 상기 디스플레이 어레이의 행 방향에 대해 예각으로 상기 렌티큘러 렌즈들을 기울이는 공지된 기술들에 의해 감소될 수 있다. 그러나, 상기 비균일성이 사용자에게 인식가능하고 사용자를 산만하게 하는 레벨인 1% 이하로 상기 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이를 감소시키는데 어려움을 남긴다.
상기 비균일성의 진폭을 감소시기기 위한 다른 방법은 WO 2006/117707 A2에 자세히 기술된, 소위 단편 뷰 장치이다. 단편 뷰 장치를 갖는 자동 입체 디스플레이 디바이스는 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조로 설명될 것이다.
단편 뷰 장치를 갖는 디바이스들은 기울어진 렌티큘러 렌즈들의 피치(P)가 디스플레이 픽셀들의 피치(예를 들어 컬러 디스플레이에서 서브-픽셀 피치)(p)의 정수 배와 같지 않고, 연속적인 렌티큘러 렌즈들 아래의 픽셀들은 수평으로 교호 방식으로 위치된다는 것을 특징으로 한다.
도 3a에서, 렌티큘러 렌즈들의 피치(P)가 픽셀(또는 서브-픽셀) 피치(p)의 4.5배와 같은 "4.5 뷰" 장치를 갖는 디스플레이 디바이스가 도시된다. 이와 같은 디스플레이로, 렌즈들의 두 개의 클래스들이 식별될 수 있다.
"홀수(odd)" 렌즈들로 알려지고 도면에서 기울어진 렌즈 축(15)에 의해 식별되는 상기 렌즈들의 제 1 클래스는 (n x p)의 거리만큼(n은 정수) 상기 렌즈 축으로부터 이격될 픽셀들의 중심을 특징으로 한다. "짝수(even)" 렌즈들로 알려지고 도면에서 기울어진 렌즈 축(17)에 의해 식별되는 상기 렌즈들의 제 2 클래스는 ((n + 0.5) x p)의 거리만큼(n은 정수)상기 렌즈 축으로부터 이격될 픽셀들의 중심을 특징으로 한다.
렌즈들의 두 클래스들(15, 17)은 각각 기울어진 렌티큘러 렌즈들(단편 뷰 장치를 갖지 않은)을 갖는 종래의 자동 입체 디스플레이 디바이스와 매우 유사한 변조 깊이를 갖는 도면에 도시된 바와 같은 각각의 강도 분포(19, 21)가 생기게 한다. 상기 강도 분포(19, 21)는 최대값 및 최소값이 발생하는 각들이 교환되어 그들의 위상이 상호 오프셋하는 것이 서로 다르다. 결과적으로, 도 3a에 강도 분포(23)로 도시된, 매우 작은 강도 비-균일성 효과를 남기고 총 강도의 제 1 고조파는 소거된다.
도 3a에 도시된 단편 뷰 장치를 사용자가 관찰하는 방법은 특히 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명된다.
도 3b는 상기 디스플레이 디바이스(13)를 관찰하는 사용자(25)의 개략적인 단면도이다. 실제로, 사용자(25)가 상기 디스플레이 디바이스를 왼쪽에서부터 오른쪽으로 관찰할 때, 그는 각을 스캔하여 개별 렌티큘러 렌즈들이 상이한 각들(j, j+1,...)로 관찰된다. 상기 사용자에 의해 관찰되는 제 1 렌즈는 각 j에서 강도 A(j)로 관찰되는, 짝수-형 렌즈(17)이다. 상기 사용자에 의해 관찰되는 제 2 렌즈는 각 (j + 1)에서 강도 B(j + 1)로 관찰되는 홀수-형 렌즈(15)이다. 따라서, 사용자에 의해 관찰되는 강도들의 시퀀스는 A(j), B(j + 1), A(j + 2), B(j + 3)..이다.
상기 사용자에 의해 관찰되는 강도들은 도 3c에서 시야각에 대해 도시된다. 이 도면은 개별 기여들의 변조 깊이와 같은 변조를 갖는 고주파 변조를 도시한다. 이 변조는 렌즈-대-렌즈 변조로 알려져 있고, 훨씬 작은 스케일로 일어나기 때문에 상기된 휘도 비-균일성보다 덜 두드러지는 경향이 있다.
또한, 도 3c에 도시된 변조는 도 3a에 도시된 합산된 강도 분포(23)와 동일한 평균값을 갖는다. 이 합산된 강도 분포(23)는 더 높은 공간 주파수를 갖고, 개별 강도 분포들(19, 21)의 더 현저하게 낮은 변조 깊이가 도 3a에 도시된다.
본 발명의 목적을 위해, 단편 뷰 장치는 긴 렌티큘러 렌즈들의 중심축 및 상기 디스플레이의 적어도 일부를 가로지른 행 방향에서 상기 디스플레이 픽셀들의 중심선들은 단면을 규정하고, 특정 중심선에서 상기 단면들의 위치들은 제 1 방향의 상기 디스플레이 픽셀 피치의 유닛들에서 상기 중심선에서 제 1 단면에 상대적인 위치를 나타내는 위치 번호들에 의해 결정되고, 각각의 상기 위치 번호들은 양 또는 음의 정수의 합이고 단편적인 위치 번호는 0 이상 1 미만의 숫자를 갖고, 특정 중심선에서 모든 단면들은 k개의 세트로 분배되고, 각각의 세트는 0, 1/k, 2/k, ..., (k-1)/k, (k>0)의 범위의 단편적인 위치 번호를 갖고, 상기 중심선의 단편적인 부분들의 총 수에 대한 상기 상이한 세트들의 단편적인 부분들의 기여는 실질적으로 동일한 WO 2006/117707와 비슷하게 규정된다. k 값은 예를 들어, 2, 3, 또는 4일 수 있다.
렌티큘러 렌즈들을 기울이고 단편 뷰 장치를 제공하는 기술이 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 인지된 휘도 비-균일성을 감소시키도록 기능하지만, 상기 렌티큘러 렌즈들을 디포커싱함으로써 더 현저한 감소가 유리하게 달성될 수 있다. 그러나 이들 추가 감소는 디바이스의 인지된 3차원 성능에 해로운 뷰들 사이의 크로스 토크를 유발한다. 이러한 크로스 토크는 일반적으로 렌티큘러 렌즈들이 디포커싱됨에 따라 증가한다.
도 4는 두 개의 공지된 자동 입체 디스플레이 디바이스들에 대한 렌즈 반경에 대해 도시된 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 시뮬레이팅된 강도 변조 깊이를 도시하는 그래프이다. 렌즈 반경은 본원에서 포커싱 강도의 측정치로서 사용된다(렌즈 반경과 포커싱 강도는 반비례 관계에 있다). 도면에 표시된 값들은 렌티큘러 기하학을 통해 광선 추적(ray tracing)에 의해 수 시뮬레이션(numerical simulation)을 수행함으로써 획득된다.
강도 변조 깊이가 도 4에 도시된 제 1 디바이스는 actan(1/3)의 비스듬한 각을 갖는 렌티큘러 렌즈를 갖는 "5 뷰" 디바이스이다. 강도 변조 깊이가 도 4에 도시된 제 2 디바이스는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상기된 단편 뷰 장치를 갖는 "4.5 뷰" 디바이스이다.
두 디바이스들에 대해, 183마이크론의 렌즈 반경은 상기 디스플레이 픽셀 어레이의 플레인과 일치하는 포커스 플레인을 제공한다(즉, 완전 포커스(perfect focus)). 이 렌즈 반경에서, 강도 변조 깊이는 최대값이다. 렌즈 반경을 증가시킴으로써 렌즈들이 디포커싱됨에 따라(그리고 그리하여 포커싱 강도가 감소함), 강도 변조 깊이는 감소하고 일련의 로컬 최소값 감소를 특징으로 한다.
예를 들어, "4.5 디바이스"에 대해, 이들 로컬 최소값은 198마이크론, 228마이크론, 및 263마이크론의 렌즈 반경들에 대응한다. 이들 렌즈 반경들 중, 198마이크론은 디스플레이 픽셀 어레이의 플레인과 일치하는 포커스 플레인에 대한 렌즈 반경에 가장 근접하고, 따라서 뷰들 사이의 최소량의 크로스 토크를 제공한다. 263마이크론의 렌즈 반경은 가장 낮은 강도 변조 깊이를 제공하지만, 가장 큰 크로스 토크를 겪는다. 렌즈-대-렌즈 변조는 또한 상기 3개의 렌즈 반경들에 대해 상이하다.
따라서, 디바이스를 위한 렌즈 반경 선택에서, 낮은 강도 변조 깊이의 바람직한 특성과 뷰들 사이의 낮은 크로스 토크 사이에 균형(trade off)이 존재한다는 것이 알려진다.
본 발명은 이 균형을 인식하고, 또한 상이한 로컬 최소값들에 대응하는 렌즈 반경들이 상이한 디스플레이 애플리케이션에 적합하다는 것을 인식한다. 예를 들어, "4.5 디바이스"에서, 198마이크론의 렌즈 반경은 예를 들어, 많은 량의 "깊이"를 갖는 비디오 시퀀스들 또는 광고 애플리케이션에서, 양호한 3차원 성능(즉, 낮은 크로스 토크)이 필요하다면 적합하다. 한편, 263마이크론의 렌즈 반경은 예를 들어, 적은 량의 "깊이"를 갖는 비디오 시퀀스들 또는 정지 이미지들에서, 이미지 품질이 더 중요하다면(즉, 낮은 강도 변조 깊이) 적합하다.
따라서, 본 발명은 뷰 형성 수단의 포커싱 강도가 상기된 로컬 최소값에 대응하는 값들 사이에서 스위칭 가능하여, 상이한 애플리케이션들에 적합한 디스플레이 모드들을 제공하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스를 제공한다. 본 발명에 따른 디바이스는 도 5를 참조하여 기술될 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 자동 입체 디스플레이 디바이스(101)는 일반적인 구조가 도 1 및 도 2에 도시된 공지의 디바이스(1)와 유사하다. 따라서, 상기 디바이스(101)는 이미지 형성 기능을 수행하는 디스플레이 패널(103), 상기 디스플레이 패널(103)을 위한 광원(107), 및 뷰 형성 기능을 수행하기 위한 렌티큘러 시트(109)를 포함한다. 상기 디스플레이 패널(103) 및 상기 광원(107)은 특히 상기 도 1을 참조하여 기술된 것과 동일하다.
본 발명에 따른 디바이스(101)는 렌티큘러 시트(109)의 렌티큘러 렌즈들(111)이 전기적으로 스위칭 가능한 포커싱 강도(또는 유효 렌즈 반경)를 갖는 것이 도 1 및 도 2에 도시된 디바이스와 다르다. 이는 상기 디바이스로 하여금 상기 강도 변조 깊이 로컬 최소값에 대응하는 상이한 디스플레이 모드들 사이에서 스위칭되게 한다. 간결함을 위해 도면에 도시되지 않았지만, 렌티큘러 렌즈들(111)은 상기 디스플레이 패널(103)의 행 방향에 대해 예각으로 기울어지고 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 기술된 단편 뷰 장치를 갖는다.
게다가, 본 발명에 따른 디바이스(101)는 뷰들에 대한 비디오 데이터로 디스플레이 패널(103)을 구동하고 이하에 설명되는 바와 같이, 스위칭 가능한 포커싱 강도를 갖는 렌티큘러 렌즈들(111)을 구동하기 위해 배열된 구동 수단(117)을 포함한다.
스위칭 가능한 포커싱 파워를 갖는 렌즈들(111)을 갖는 렌티큘러 시트(109)가 이제 더 상세히 설명된다. 도 6을 참조하면, 렌티큘러 시트(109)는 시리즈로 배열되고 각각 상기 디스플레이 패널(103)의 전체 영역을 덮는 한 쌍의 뷰 형성 유닛(119)을 포함한다.
각각의 유닛(119)은 마주 보는 표면들에 ITO로 형성된 투명 전극(123)이 제공된 한 쌍의 유리판(121)을 포함한다. 예를 들어, 공지된 복제 기술에 의해 형성된 렌즈 구조(125)가 상기 유리판(121) 사이에 제공된다. 상기 유닛(119)의 렌즈 구조(125)는 상이한 렌즈 반경을 갖는다.
각각의 유닛(119)에서, 그 사이의 공간을 규정하는 상기 렌즈 구조(125)의 표면 및 상기 유리판(121) 중 하나의 표면에는 폴리이미드로 형성된 배향층이 제공된다(도시되지 않음). 상기 공간은 상기 폴리이미드 층의 영향 하에서 정렬하고 전계의 영향 하에서 변하는 굴절률을 갖는 액정 물질(127)로 채워진다.
상기 렌티큘러 시트(109)의 사용에서, 상기 구동 수단(117)은 상기 뷰 형성 유닛(119) 각각의 상기 전극들(123)을 가로질러 전압을 선택적으로 인가하는데 사용된다. 각각의 유닛의 제 1 구동 상태에서, 상기 액정 물질(127)의 굴절률은 상기 렌즈 구조(125)의 굴절률과 매칭하고 상기 유닛(119)은 송신된 광의 방향에 전혀 영향을 미치지 않거나 무시할 수 있는 영향을 미친다. 하나의 유닛(119)에 대한 이 상태가 도 7b에 도시된다.
각각의 유닛의 제 2 구동 상태에서, 상기 액정 물질(127)의 굴절률은 상기 렌즈 구조(125)의 굴절률 보다 높고 상기 유닛은 송신된 광의 방향을 수정하기 위한 렌즈들의 어레이로서 기능한다. 하나의 유닛(119)에 대한 이 상태는 도 7a에 도시된다.
3차원 디스플레이를 생성하기 위해, 상기 뷰 형성 수단(119)이 구동되어 상기 유닛들(119) 중 하나가 제 1 구동 상태(렌즈 기능을 제공하지 않음)에 있고 상기 유닛들(119) 중 다른 하나는 제 2 구동 상태(렌즈 기능을 제공함)에 있다. 상기 유닛들(119)의 렌즈 구조들(125)이 상이한 렌즈 반경들을 갖기 때문에, 제 1 구동 상태를 갖는 상기 유닛(119)의 선택은 특정 렌즈 반경(즉, 포커싱 강도)을 선택하도록 기능한다. 이 예에서, 상기 뷰 형성 유닛(119)의 렌즈 반경은 도 4에 도시된 제 1 및 로컬 최소값에 대응하는 디스플레이 모드들을 위해 적절한 포커싱 강도를 제공할 수 있다.
상기 디바이스(101)의 구동 수단(117)은 또한 동작의 2차원 모드를 제공하도록 배열된다. 이 모드는 제 1 구동 상태로 상기 뷰 형성 수단(119)을 모두 구동함으로써 획득되어, 어떠한 렌즈 기능도 제공하지 않는다. 이 모드에서, 상기 디스플레이 패널(103)은 최고 해상도로 디스플레이되는 평범한 2차원 비디오 데이터로 구동될 수 있다.
도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시된 뷰 형성 유닛들(119)로 사용하기 적합한 장치들의 구조 및 동작은 US 6069650에 더 상세히 기술된다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 디바이스(101)의 렌티큘러 시트(109)에 대한 대안적인 장치를 도시한다. 이러한 대안적인 장치는 소위 GRIN(graded index) 렌즈들을 채용하고, 그 구조 및 일반적인 동작은 WO 2007/072330 A1에 기술된다.
상기 대안적인 장치들은 마주보는 표면 상에 전극층들(133)을 갖는 한 쌍의 유리 판들(129) 사이에 샌드위치된 액정 물질(131)로 형성된 액정 셀을 포함한다.
상기 전극층(133)은 예를 들어, ITO로 형성된 개별적으로 어드레싱 가능한 투명 전극 구조들을 포함한다. 그 상에 공간을 규정하는 상기 유리 판들(129)의 표면들은 상기 액정 물질(131)을 배향하기 위해 폴리이미드로 형성된 배향층이 제공된다(도시되지 않음).
대안적인 장치의 사용에서, 상기 구동 수단(117)은 상기 전극들(133) 중 선택된 전극을 가로질러 전압을 인가하는데 사용된다. 결과적인 전계의 존재 시, 상기 액정 분자들은 도 8a 및 도 8b에 도시된 배향을 가정한다. 상기 장치에 의해 송신된 광은 상이한 굴절률을 갖는 액정 물질(131)의 영역들을 통과하여 상기 장치는 렌즈 기능을 제공한다.
전압이 인가된, 상기 전극 구조들(133) 사이에 바로 위치된 액정 물질(131)의 비교적 작은 영역은 렌즈 기능을 제공하지 않고, 즉, 집속(graded index)되지 않고, 이 영역은 도면들에 도시된 바와 같이, 유리판들(129) 중 하나 상에 형성된 마스크층(135)에 의해 마스크된다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 장치의 렌즈 기능은 다음 식에 의해 계산된다:
Figure pct00001
여기서, f는 렌즈들의 포커싱 거리, P는 렌즈의 피치, d는 셀 갭 ne 및 no는 각각 특별 굴절률 및 보통 굴절률을 나타낸다.
상기 수식에 기초하여, 포커싱 강도는 상기 렌즈들이 유효 피치를 변경함으로써 가변할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이는 전압이 인가되는 전극 영역을 효율적으로 확장함으로써 달성될 수 있어, 그 사이의 거리가 감소된다.
도 8a 및 도 8b에서, 쌍으로 배열된 4개의 전극들로 구성된 전극 패턴(133)이 각각의 유리판(129) 상에 제공된다. 도 8a는 각 쌍 중 하나의 전극, 구체적으로 각 쌍의 왼쪽 또는 오른쪽 전극을 사용하여 전압이 인가될 때, 상기 액정 물질(131)의 배향을 도시한다. 이 경우, 상기 렌즈는 비교적 큰 유효 피치를 가져 상기 식에 의해 규정된 바와 같이 비교적 큰 포커싱 길이를 갖는다. 도 8b는 각 쌍의 전극들 모두를 사용하여 전압이 인가될 때, 상기 액정 물질(131)의 배향을 도시한다. 이 경우, 상기 렌즈는 더 작은 유효 피치를 가져 상기 식에 의해 규정된 바와 같이 더 작은 포커싱 길이를 갖는다.
개별적으로 어드레싱 가능한 전극들(133) 중 상이한 전극들을 가로질러 선택적으로 전압을 인가함으로써, 상이한 포커싱 강도를 갖는 장치들이 상이한 3차원 디스플레이 모드들을 제공하기 위해 획득될 수 있다.
2차원 디스플레이 모드가 상기 전극 구조들로부터 전압을 완전히 제거함으로써 획득될 수 있어, 상기 장치는 광을 송신하는데 렌즈 기능을 제공하지 않는다.
도 9는 대안적인 장치의 개략적인 단면도이다. 이 장치에서, 각각의 렌즈를 규정하는 전극들 중 하나에 상기 다른 전극들에 인가된 전압보다 큰, 상이한 전압, V3가 부가적으로 제공된다. 이 방법에서, 마주보는 유리판들(129) 상에 형성된 전극들 사이의 전계 분포가 방해되어 마스킹 층(135)이 필요 없다. 적절한 전극 크기들, 위치들 및 전압들이 실험에 의해 특정 장치에 대해 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상기에 기술되었다. 그러나, 당업자는 다양한 변경들 및 수정들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있음을 이해한다.
예를 들어, 스위칭 가능한 포커싱 강도를 갖는 렌티큘러 시트에 대한 3개의 장치가 기술되지만, 다른 장치들도 가능하다. 특히, 스위칭 가능한 포커싱 강도를 갖는 렌티큘러 시트는 다음의 구현들 중 하나를 포함할 수 있다:
(ⅰ) 각각 스위칭 가능한 렌즈 기능을 제공하는, 도 6에 도시된 바와 같이 시리즈로 배열된 2 개의 뷰 형성 유닛들. 상기 유닛들은 상기된 바와 같이 상이한 렌즈 반경을 갖는 렌즈들로서 기능할 수 있거나, 포커싱 플레인으로부터 분리에 따라 그들이 각각 제공하는 디포커싱 효과(또는 포커싱 강도)가 변하는 경우, 동일한 렌즈 반경을 갖는 렌즈들로서 기능할 수 있다.
(ⅱ) 시리즈로 배열된, 고정된 렌즈 기능을 제공하는 하나의 뷰 형성 유닛 및 스위칭 가능한 렌즈 기능을 제공하는 하나의 뷰 형성 유닛. 이 경우, 상기 고정된 유닛은 하나의 디스플레이 모드를 위해 충분한 포커싱 강도를 제공할 수 있고, 상기 스위칭 유닛으로 다른 디스플레이 모드를 위해 부가적인 포커싱 강도를 선택적으로 제공할 수 있다.
(ⅲ) 시리즈로 배열된, 고정된 렌즈 기능을 제공하는 하나의 뷰 형성 유닛 및 스위칭 가능한 광 산란 소자. 이 경우, 상기 고정된 유닛은 하나의 디스플레이 모드를 위해 충분한 포커싱 강도를 제공할 수 있고, 상기 스위칭 가능한 산란 소자는 디포커싱 또는 빔 확산 기능을 선택적으로 제공할 수 있다. 스위칭 가능한 광 확산 소자는 당업자에게 공지되어 있다.
(ⅳ) 시리즈로 배열된, 스위칭 가능한 렌즈 기능을 제공하는 하나의 뷰 형성 유닛 및 스위칭 가능한 산란 소자.
(ⅴ) 도 8a, 도 8b 및 도 9에 도시된 바와 같은, GRIN 렌즈 장치.
렌티큘러 시트들은 다른 방법, 예를 들어 액정 셀의 물질의 굴절률에 전기적으로 스위칭 가능한 차이를 채용함으로써 또한 구현될 수 있다는 것이 이해된다.
상기 렌티큘러 시트들은 액정 셀들을 포함한다. 그러나, 다른 전기-광학 물질들이 사용될 수 있고, 그들의 굴절률은 전계 또는 다른 외부 영향을 인가함으로써 가변할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 디바이스는 2차원 및 3차원 디스플레이 모드를 제공한다. 상기 2차원 모드에서, 렌티큘러 시트는 뷰 형성 기능을 제공하지 않는다. 고정된 렌즈 기능을 갖는 뷰 형성 유닛들을 사용하여 구현되는 것과 같은, 본 발명의 다른 실시예에서, 동작의 3차원 모드들만이 제공될 것이다.
상기된 모든 뷰 형성 수단은 렌즈들의 어레이로서 기능하는 렌티큘러 시트들을 사용하여 구현된다. 본 발명은 또한 뷰 형성 수단이 이격된 광 송신 슬릿들의 어레이가 제공된 배리어 층을 포함하는 디바이스들에 적용가능하고, 이러한 유형의 디바이스들은 당업자에게 잘 공지될 것이다. 이런 디바이스들에서, 상기 스위칭 가능한 포커싱 강도는 예를 들어, 스위칭 가능한 송신 액정 셀들의 어레이로서 배리어층을 구현함으로써 광 송신 슬릿들의 폭을 가변함으로써 본 발명에 따라 제공될 수 있다.
구동 수단은 상기 뷰 형성 수단을 구동하여 포커싱 강도를 공간적(즉, 디스플레이 영역에 걸쳐) 또는 시간적으로(즉, 프레임 단위로) 가변한다. 이는 사용자 선택에 응답하여, 디스플레이될 비디오 데이터의 특정 성분, 또는 상기 비디오 데이터의 콘텐트의 실시간 분석이 될 수 있다.
본 발명의 디스플레이 및 방법은 상기 디스플레이의 깊이 성능을 변경함으로써 디스플레이된 콘텐트에 따라 조정될 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서, 상기 콘텐트는 깊이에 대해 코딩하고 디스플레이 영역에 걸쳐 공간적으로 및/또는 뷰어의 주의를 끌도록 시간에 따라 가변되는 파라미터로 주어질 수 있다. 따라서, 상기 디스플레이 및 방법은 예를 들어, 경고 시스템들 또는 신호 목적에 유용할 수 있다.
청구항에서, 괄호 사이의 참조 번호들은 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 단어 "포함하는"은 청구항에 리스트되지 않은 소자들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 소자들 앞의 "a", "an"과 같은 단어는 복수의 이러한 소자들의 존재를 배제하지 않는다. 디바이스 청구항에서 열거된 몇몇 수단들, 이들 수단들 몇몇은 하나의 또는 하드웨어 동일한 아이템에 의해 구현될 수 있다. 어떤 방법들이 상호 상이한 종속항들에 언급된다는 단순한 사실은 이들 방법들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (15)

  1. 자동 입체 디스플레이 디바이스에 있어서,
    - 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들(105)의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단(103)으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스(opaque matrix)에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단(103);
    - 상기 이미지 형성 수단(103)에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들(105)의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들(111)의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단(109)으로서, 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단(109); 및
    - 상기 복수의 뷰들을 위한 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단(103)을 구동하고 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 로컬 최소값들에 실질적으로 대응하는 제 1 및 제 2 값들 사이에서 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열된 구동 수단(127)을 포함하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 소자들(111)의 어레이는 전송 슬릿들의 어레이를 갖는 배리어 층으로서 기능하도록 구성 가능한, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 소자들(111)의 어레이는 상기 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들의 방향을 변경하기 위한 렌즈들의 어레이로서 기능하도록 구성 가능한, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 수단(109)은 시리즈로 배열된 복수의 뷰 형성 유닛들(119)을 포함하고, 적어도 하나의 상기 뷰 형성 유닛들은 전극층들(123)을 갖는 투명 기판들(121) 사이에서 렌티큘러 소자들(lenticular elements)의 어레이로서 형성된 전기 광학 물질(127)을 포함하고, 상기 전기 광학 물질의 굴절률은 상기 유닛(119)의 기능을 변경하는 광 출력 방향을 유지 또는 제거하기 위해 전계의 선택적 인가에 의해 스위칭 가능하고, 상기 구동 수단(117)은 상기 뷰 형성 유닛(119)의 상기 전기 광학 물질(127)에 전계를 선택적으로 인가함으로써 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열되는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 수단(109)은 시리즈로 배열된 뷰 형성 유닛 및 스위칭 가능한 광 산란기를 포함하고, 상기 뷰 형성 유닛은 상기 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들의 방향을 변경하기 위한 렌즈들의 어레이로서 기능하도록 구성되거나 구성 가능하고, 상기 스위칭 가능 광 산란기는 빔 확산 기능을 선택적으로 수행하기 위해 배열되고, 상기 구동 수단(117)은 상기 스위칭 가능 광 산란기의 빔 확산 기능을 선택적으로 활성화함으로써 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열되는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 수단(109)은 전극층(133)을 갖는 투명 기판들(129) 사이에 배치된 전기 광학 물질(131)을 포함하고, 적어도 하나의 상기 전극층들은 렌즈 기능 배향을 도입하도록 상기 전기 광학 물질(131)에 걸쳐 전계를 인가하기 위해 개별적으로 어드레스 가능한 전극들의 어레이를 포함하고, 상기 구동 수단(117)은 상기 개별적으로 어드레스 가능한 전극들에 전위를 선택적으로 제공함으로써 상기 뷰 형성 수단(109)의 상기 포커싱 강도를 스위칭하도록 배열되는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단(117)은 또한 동작의 2차원 모드를 제공하도록 배열되는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 수단(109)은 상기 디스플레이 픽셀들(105)의 행 방향으로 예각으로 배열된 긴 뷰 형성 소자들(111)의 어레이로서 기능하도록 구성 가능한, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 긴 뷰 형성 소자들(111)의 중심축 및 상기 디스플레이의 적어도 일부를 가로지른 행 방향에서 상기 디스플레이 픽셀들의 중심선들은 단면을 규정하고, 특정 중심선에서 상기 단면들의 위치들은 제 1 방향의 상기 디스플레이 픽셀 피치의 유닛들에서 상기 중심선에서 제 1 단면에 상대적인 위치를 나타내는 위치 번호들에 의해 결정되고, 각각의 상기 위치 번호들은 양 또는 음의 정수의 합이고 단편적인 위치 번호는 0 이상 1 미만의 숫자를 갖고, 특정 중심선에서 모든 단면들은 k개의 세트로 분배되고, 각각의 세트는 0, 1/k, 2/k, ..., (k-1)/k, (k>0)의 범위의 단편적인 위치 번호를 갖고, 상기 중심선의 단편적인 부분들의 총 수에 대한 상기 상이한 세트들의 단편적인 부분들의 기여는 실질적으로 동일한, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단(117)은 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 시간적 및/또는 공간적으로 가변하도록 배열되는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단(117)은 상기 뷰 형성 수단의 포커싱 강도를 나타내고, 디스플레이될 비디오 데이터의 성분을 수신 및 디코딩할 수단을 더 포함하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단(117)은 비디오 데이터를 분석하고 상기 분석에 기초하여 디스플레이될 상기 비디오 데이터로 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  13. 자동 입체 디스플레이 디바이스 동작 방법에 있어서,
    상기 디바이스는,
    - 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들(105)의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단(103)으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단(103); 및
    - 상기 이미지 형성 수단(103)에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들(105)의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들(111)의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단(109)으로서, 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단(109)을 포함하고,
    상기 방법은,
    - 제 1 값이 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 제 1 로컬 최소값에 실질적으로 대응하도록 상기 복수의 뷰들에 대해 제 1 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단(103)을 구동하고 동시에 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 제어하는 단계; 및
    - 제 2 값이 상기 오페이크 매트릭스의 이미징에 의해 도입된 강도 변조 깊이의 제 2 로컬 최소값에 실질적으로 대응하도록 상기 복수의 뷰들에 대해 제 2 비디오 데이터로 상기 이미지 형성 수단(103)을 구동하고 동시에 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도를 제어하는 단계를 포함하는, 자동 입체 디스플레이 디바이스 동작 방법.
  14. 자동 입체 디스플레이 디바이스를 위한 비디오 데이터 분석 방법에 있어서,
    상기 디바이스는,
    - 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들(105)의 어레이를 갖는 이미지 형성 수단(103)으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 오페이크 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단(103); 및
    - 상기 이미지 형성 수단(103)에 등록하고 상이한 방향에서 사용자에게 프로젝트되는 복수의 뷰들로 상기 디스플레이 픽셀들(105)의 그룹들의 출력들에 포커스하도록 구성 가능한 뷰 형성 소자들(111)의 어레이를 가져, 자동 입체 이미징이 가능하게 하도록 배열된 뷰 형성 수단(109)으로서, 상기 뷰 형성 수단(109)의 포커싱 강도는 전기적으로 스위칭 가능한, 상기 뷰 형성 수단(109)을 포함하고,
    상기 방법은 상기 뷰 형성 수단(109)을 위해 비디오 데이터를 분석하고 포커싱 강도를 결정하여 상기 분석에 기초하여 상기 비디오 데이터가 디스플레이되도록 하는 단계를 포함하는, 비디오 데이터 분석 방법.
  15. 컴퓨터에서 실행될 때, 제 13 항 또는 제 14 항의 모든 단계들을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
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