WO2024071713A1 - 입체 표시 장치 및 입체 표시 방법 - Google Patents

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    • H04N13/322—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using varifocal lenses or mirrors

Definitions

  • the present disclosure relates to a stereoscopic display device and a stereoscopic display method.
  • Patent Document 1 Technology for displaying stereoscopic images has been proposed for a long time (e.g., see Patent Document 1), and in particular, light field technology is attracting attention as a technology for displaying three-dimensional images (e.g., see Non-Patent Document 1). .
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 5760428
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 6791058
  • Non-patent Document 1 Boyang Liu, Xinzhu Sang, Xunbo Yu, Xin Gao, Li Liu, Chao Gao, Peiren Wang, Yang Le, and Jingyan Du, "Time-multiplexed light field display with 120-degree wide viewing angle," Opt. Express(2019) 27, 35728-35739
  • one aspect of the present disclosure is to provide a stereoscopic display device and method that appropriately displays a clearer three-dimensional image while securing depth.
  • a three-dimensional display device includes a display unit, a display driver for displaying an element image of a stereoscopic image on the display unit, and a light source control unit, and a plurality of first cylinders arranged at a predetermined pitch as a first lens array disposed on the rear side of the display unit.
  • a first lens array including a lens, and a second lens array disposed on a rear side of the first lens array, including a plurality of second cylinder lenses arranged at a pitch wider than the first cylinder lens.
  • each second cylinder lens includes a light source control unit having a light source control unit, and a light source driver unit that drives the plurality of light sources to illuminate the element image.
  • a three-dimensional display method using a three-dimensional display device includes a display unit, a display driver for displaying element images of a stereoscopic image on the display unit, and a light source control unit, and a plurality of first cylinders arranged at a predetermined pitch as a first lens array disposed on the rear side of the display unit.
  • a three-dimensional display device including a light source control unit and a light source driver for driving the plurality of light sources to illuminate the element images, displaying the plurality of element images on the display unit and sequentially driving the plurality of light sources. I order it.
  • a stereoscopic display device and a stereoscopic display method that appropriately displays a clearer three-dimensional image while securing depth.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the display principle of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the display principle of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the display principle of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the field of view of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between depth and limiting spatial frequency of a related stereoscopic display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a viewing angle and a distance between lens pixels of a related stereoscopic display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an observation method in two types of display methods according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a second lens element and a light source unit in correspondence in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 11 is a bird's eye view of a light source unit according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining area control according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining field control of light source driving in a depth area according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 14 is a diagram showing the relationship between the viewing angle and the lens pitch of the first lens element according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the functional configuration of a three-dimensional display device 1 according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a timing chart of light source driving and display driving according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a timing chart of light source driving and display driving according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a method of generating a first image from a multi-viewpoint image according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining region division according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 20 is a diagram showing the arrangement of a cylinder lens array and a lenticular sheet according to a modification of an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 21 is a diagram showing the arrangement of a first lens element and a parallax image of a lenticular sheet according to a modification of an embodiment of the disclosure.
  • Figure 22 is a diagram showing the arrangement of an anisotropic diffusion sheet according to a modification of one embodiment of the disclosure.
  • Figure 23 is a cross-sectional view schematically illustrating a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating the relationship between a diffusion sheet and an element pixel in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 25 is a cross-sectional view schematically illustrating a shielding plate having a slit in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 26 is a top view illustrating the arrangement of a second lens element of a cylinder lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 27 is a perspective view illustrating the arrangement of a second lens element of a cylinder lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 28 is a top view illustrating a cylinder lens array viewed through a diffusion sheet in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 29 is a cross-sectional view schematically illustrating a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 30 is a diagram illustrating temporal multiple field control according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating the installation width of the light source of the light source control unit and the displacement width of the light collection point in the three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a light collection pattern in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a screen display in which multiple views are time-multiplexed in a stereoscopic display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 34 is a diagram illustrating a light collection pattern in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating a light collection pattern in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 36 is a configuration diagram illustrating a recording optical system in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 37 is a configuration diagram illustrating a reproduction optical system in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 38 is a diagram illustrating a light collection pattern in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 39 is a diagram illustrating a 5-division 2-shift lighting sequence in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 40 is a plan view illustrating the arrangement of a lenticular sheet of the first lens array, a condensing lens of the second lens array, and a light source in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view schematically illustrating the arrangement of a display unit, a diffusion sheet, a lenticular sheet of the first lens array, a condensing lens of the second lens array, and a light source in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 42 is a diagram illustrating a light collection pattern on the surface of a diffusion sheet in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 43 is a plan view illustrating the arrangement of a light source and a condensing lens of a second lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 45 is a graph illustrating contrast in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure, where the horizontal axis represents spatial frequency and the vertical axis represents contrast.
  • Figure 46 is a cross-sectional view illustrating a light source control unit in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 47 is a plan view illustrating a honeycomb lens array as a third lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 48 is a diagram illustrating a two-layer lenticular sheet as a third lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 49 is a cross-sectional view illustrating a light source control unit in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 50 is a cross-sectional view illustrating a light source control unit in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 51 is a graph illustrating the relationship between the position of the cap lens of the third lens array and the amount of light in the three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure, where the horizontal axis represents the position of the cap lens and the vertical axis represents the amount of light.
  • FIG. 52 is a diagram showing the relationship between a distance between light sources and a cap lens in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 53 is a configuration diagram illustrating a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the expression “at least one of A, B or C” refers to A only, B only, C only, both A and B, both A and C, both B and C, all of A, B, C, or any of them. Indicates transformation.
  • stereoscopic display technology Technology for displaying stereoscopic images (hereinafter referred to as stereoscopic display technology) has been proposed for a long time.
  • Stereoscopic display technology can be classified into methods that use glasses and methods that do not use glasses.
  • Patent Document 1 is a backlight optical system combining a shutter, a prism, and a lenticular sheet. By switching the shutter, the light from the backlight light source is time-divided to each eye on the left and right. We are launching technology to deliver . Accordingly, high-quality three-dimensional display without glasses becomes possible. However, there were problems in that light efficiency was reduced due to the use of a shutter and that natural motion parallax could not be obtained in a wide range.
  • the direction perpendicular to the main surface of the display unit of the stereoscopic image display device is referred to as the Z-axis direction
  • the left and right directions of the screen, which are parallel to the main surface of the display unit are referred to as the X-axis direction
  • the vertical direction of the screen also called vertical scanning direction
  • the Y-axis direction is referred to as the Y-axis direction.
  • FIG. 1 to 3 are diagrams for explaining the display principle of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the field of view of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between depth and limiting spatial frequency of a related stereoscopic display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the viewing angle and the distance between lens pixels of a related three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the three-dimensional display device 100 is a light reproducing type three-dimensional display device.
  • the stereoscopic display device 100 is a human-eye 3D display such as an integrated photography display or a light field display.
  • the stereoscopic display device 100 displays a multi-viewpoint image group, thereby generating binocular parallax or motion parallax that occurs when the user moves the viewpoint, allowing the user to perceive a stereoscopic image.
  • the three-dimensional display device 100 includes a display unit 10, a lens array 200, and a light source 300.
  • the lens array 200 consists of a plurality of lens elements 201 arranged.
  • the lens element 201 is also called an exit pupil and controls the exit direction of light rays of the element image displayed on the display unit 10.
  • An elemental image may refer to two images containing different image information for each eye. For example, the two different images can reproduce the three-dimensional effect when two eyes view from different perspectives.
  • the display unit 10 is a liquid crystal display (LCD), organic light emitting diode (OLED), etc., and its display area has a rectangular shape and has a plurality of pixels 11 (display pixels).
  • the display unit 10 has pixels 11A, 11B, and 11C.
  • the lens element 201 on the pixel 11
  • light from the pixel 11 becomes directional.
  • the distance between the principal point of the pixel 11 and the lens element 201 is the focal length of the lens element 201
  • light from the pixel 11 is emitted as parallel light through the lens element 201. .
  • a point with a depth of one point can be expressed as a set of rays for each pixel 11.
  • point PA is a point where light from the pixel 11A under each lens element 201 is collected.
  • Point PB is a point where light from the pixel 11B under each lens element 201 is collected.
  • the pixel 11A under each lens element 201 corresponds to the same position of the photographed object, and that position is reproduced at point PA.
  • the pixel 11B under each lens element 201 corresponds to the same position of the photographed object, and that position is reproduced at point PB.
  • the three-dimensional display device 100 expresses a point having three-dimensional depth as light focused on a point in space.
  • the number of pixels 11 under each lens element 201 is finite.
  • a light ray is expressed by the pixel 11 below the neighboring lens element 201.
  • light rays are expressed in the range of the element image immediately below the lens element 201-1.
  • the range of points that can be expressed by the lens element 201-1 is the range of angles (viewing angle ⁇ ) determined by the principal point (PC) of the lens element 201-1 and the width of the element image. This happens. Outside the viewing angle ⁇ , light from the element image below the neighboring lens element 201 appears. Therefore, it is impossible to express the intended three-dimensional image. Therefore, the overlapping range of the display range displayed from the element image through the lens element 201 becomes the observable range (field of view).
  • the hatched area Vr represents a field of view corresponding to a portion where the display range from end to end of the screen of the display unit 10 overlaps.
  • the viewing angle at both ends of the screen is designed to point slightly inward, indicating that light from both ends can be observed in the hatched area.
  • the viewing angle within the screen is continuously changing within the screen, and since all light rays within the screen can be observed in the area where light rays from both ends intersect, this area Vr becomes the display range.
  • the spatial frequency that can be displayed becomes rougher as the position at which the pixels constituting the 3D image are displayed becomes farther away from the display unit 10. It has character. This is because the pixels that make up the element image have a width.
  • the width of the pixel is P p
  • the distance between the lens element 201 and the pixel displayed on the display unit 10 (hereinafter referred to as “lens pixel distance”) is g
  • the spatial frequency is ⁇ (cycle/mm).
  • D L The limiting depth amount (D L ) displayed when , can be expressed by the following equation (1).
  • the spatial frequency of the displayed 3D image is the spatial frequency determined by the lens width of the lens element 201. If you want to display a 3D image with a finer spatial frequency at a depth far from the display unit 10 (a depth where the spatial frequency is not limited by the lens width), the distance between lens pixels (g) can be increased.
  • the relationship between the element image width (Ep), the viewing angle ( ⁇ ), and the distance between lens pixels (g) can be expressed by the following equation (2).
  • Non-Patent Document 1 discloses a technology for realizing three-dimensional display without glasses using time division.
  • the technology described in Non-Patent Document 1 can expand the display range in multiple parallax directions by using a backlight of a cylindrical lens that switches multiple light sources in time division and a lenticular sheet on the front of the LCD.
  • the resolution of the displayed field was lowered to 1 / parallax.
  • At least one of the following embodiments can solve the above problem.
  • the three-dimensional display device of this embodiment includes a cylinder lens array and a lenticular sheet on the back of the display unit to switch a plurality of light sources in time division. Accordingly, the display range in multiple parallax directions can be expanded. Additionally, the three-dimensional display device of this embodiment can adopt a high-definition display method that expands the emission range of the light source in addition to the parallax display method. In addition, the three-dimensional display device of this embodiment appropriately displays a clearer three-dimensional image while securing depth by varying the lighting type for each area or field of the display unit and optimizing display content for each area or field.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an observation method in two types of display methods according to an embodiment of the disclosure.
  • the stereoscopic display device 1 displays a stereoscopic image 92.
  • the field of view is limited in the parallax display method. Users 96 and 97 observe the stereoscopic image 92 displayed on the stereoscopic display device 1 in a comfortable position within the field of view.
  • the stereoscopic image 92 is composed of a collection of light rays from the stereoscopic display device 1.
  • Humans perceive depth through binocular disparity, that is, the difference between the retinal images of the left and right eyes, which occurs when looking at an object using both eyes.
  • depth is recognized through motion parallax, that is, changes in the retinal image caused by the relative movement of the observer and the object. Because of this, users 96 and 97 can observe the three-dimensional image 92.
  • Users 96 and 97 can observe different three-dimensional images 92 at each position when they move their heads left and right within the field of view.
  • users 96 and 97 are shown on the left and right. Since the users 96 and 97 are observing the stereoscopic image 92 from different directions, they can each observe different stereoscopic images 92. For example, when an apple is displayed as a three-dimensional image 92, the user 96 can observe the right side, and the user 97 can observe the left side.
  • the observation angle is the angle formed between the Z-axis direction and the direction observed by the user (96, 97) (however, the absolute value is 90° or less). Based on the stereoscopic image 92, the observation angle of the user (not shown) in the positive Z-axis direction is 0°, the observation angle ( ⁇ a ) of the user 96 is -45°, and the observation angle of the user 97 is The angle ( ⁇ b ) is 45°.
  • the observation angle is also referred to as “display angle.”
  • the display angle is the angle formed between the Z-axis direction and the display direction of the stereoscopic image 92 (however, the absolute value is 90° or less).
  • the display direction corresponding to the central display angle of the assigned display angle range is referred to as the main display direction.
  • the main display direction is the display direction of the display angle of 0°.
  • the main display direction is the display angle of -45°.
  • the main display direction is the display direction with a display angle of 45°.
  • the stereoscopic display device 1 displays a two-dimensional image 94 in the +Z-axis direction. Then, the users 96 and 97 recognize the two-dimensional image 94 displayed on the three-dimensional display device 1 as a two-dimensional image. Accordingly, the observed two-dimensional image 94 is uniform regardless of the observation angle.
  • the first embodiment is characterized in that the three-dimensional display device 1 divides the light emission of the light source into areas and selects whether a parallax display method or a high-definition display method is used for each area. In this way, different display methods for each region are referred to as “region division,” and performing display driving and light source driving in a manner corresponding to the region is referred to as “region control.”
  • the stereoscopic display device 1 displays a stereoscopic image 92 in an area where the parallax display method is applied.
  • the area to which the parallax display method is applied is also referred to as the depth area.
  • the three-dimensional display device 1 displays a two-dimensional image 94 in an area where a high-definition display method is applied.
  • the area where the high-definition display method is applied is also referred to as the high-definition area.
  • the stereoscopic image 92 and the two-dimensional image 94 may be collectively referred to as a display image.
  • FIGS. 8 and 9 are schematic cross-sectional views of the three-dimensional display device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 8 shows a three-dimensional display device 1 when a parallax display method is applied.
  • the three-dimensional display device 1 includes a light source control unit 15 in addition to the display unit 10 described above.
  • the display unit 10 displays a plurality of first images that allow the user to recognize the depth component (stereoscopic image 92) of the displayed image.
  • the first image is a two-dimensional element image obtained by combining images corresponding to the display angle range of the field to which the first image corresponds among the multi-viewpoint images.
  • the display direction of the corresponding display image is different for each field.
  • Multi-viewpoint images are images taken of a subject from multiple different viewpoints, and include images generated by computer graphics (CG).
  • the light source control unit 15 is a member that controls the emission direction of light rays.
  • the light source control unit 15 includes a lenticular sheet 40, a cylinder lens array 30, and a plurality of light source units 50.
  • the lenticular sheet 40 is also called the first lens array.
  • the lenticular sheet 40 is disposed on the rear side of the display unit 10.
  • the lenticular sheet 40 includes a plurality of first lens elements 41 arranged at a predetermined pitch.
  • the first lens element 41 is an exit pupil, also called a first cylinder lens.
  • the first lens element 41 has a semi-cylindrical shape with its circumference cut in a plane parallel to the generatrix. In the first embodiment, the first lens element 41 is arranged so that the stretching direction of the ridge, that is, the axial direction of the semi-cylinder, is approximately parallel to the Y-axis direction.
  • the cylinder lens array 30 is also called a second lens array.
  • the cylinder lens array 30 is disposed on the rear side of the lenticular sheet 40.
  • the cylinder lens array 30 includes a plurality of second lens elements 31 arranged at a pitch wider than the pitch of the first lens elements 41 included in the lenticular sheet 40.
  • the first lens elements 41 are densely arranged, and the second lens elements 31 are relatively sparsely arranged.
  • the second lens element 31 is an exit pupil, also called a second cylinder lens.
  • the second lens element 31 functions as a collimator that converts incident light into parallel light.
  • the second lens element 31 shown in FIG. 8 is a Fresnel lens in which a plurality of fine serrated protrusions are formed on both ends of the semi-cylindrical surface in the X-axis direction, but the serrated protrusions may not be present. When using a Fresnel lens, the thickness of the lens can be thinned.
  • Each of the plurality of light source units 50 is disposed on the rear side of each second lens element 31 included in the cylinder lens array 30.
  • Each light source unit 50 has a plurality of line light sources 51 and a light blocking wall 52 provided corresponding to each line light source 51.
  • the plurality of line light sources 51 include, for example, line light sources 51A, 51B, and 51C.
  • the light blocking wall 52 includes light blocking walls 52A, 52B, and 52C to correspond to each of the line light sources 51A, 51B, and 51C.
  • Each line light source (51A, 51B, 51C) includes light sources (51A-1, 51B-1, 51C-1), and each light blocking wall includes light blocking walls (52A-1, 52B-1, 52C-1). do.
  • the line light source 51 is also called a single light source.
  • the line light source 51 is, for example, an LED.
  • the line light source 51 extends along the vertical direction of the pixel 11 array of the display unit 10, that is, the Y-axis direction.
  • the line light sources 51 included in one light source unit 50 are provided to correspond to angle ranges (display angle ranges) in different display directions.
  • each line light source 51 is arranged at predetermined intervals in one light source unit 50 in the horizontal direction of the arrangement of the pixels 11 of the display unit 10, that is, in the X-axis direction.
  • each line light source 51 is disposed on a concentric circle spaced apart from the main point PF of the second lens element 31 by a focal distance df. This arrangement makes it difficult to be affected by spherical aberration.
  • the three-dimensional display device 1 lights up one line light source 51 in each field among the line light sources 51 included in each light source unit 50.
  • the light emitted from the line light source 51A-1 is converted to be parallel to the +Z axis direction in the second lens element 31-1 of the cylinder lens array 30.
  • the parallelized light is condensed at point PD-1 by the first lens element 41-1 included in the lenticular sheet 40.
  • the light collected at the point PD-1 is then diffused in the +Z-axis direction to illuminate the display unit 10 disposed in the +Z-axis direction rather than the point PD-1.
  • the point PD plays the same role as the point PC, which is the main point of the lens element 201 in FIG. 8. Additionally, a point (PD) can be viewed as a virtual light source.
  • the display unit 10 may be disposed at a position approximately twice the distance from the lenticular sheet 40 than the focal distance of the lenticular sheet 40.
  • approximately 2 times may be 2 times or may be 1.9 times or more and 2.1 times or less.
  • the pixel 11 has directivity.
  • the three-dimensional display device 1 can display it with a resolution that depends on the pitch of the first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the width of the LED serving as a light source is larger than that of the pixel 11, so the spread of light tends to increase when parallel light is applied. Accordingly, by sparsely pitching the second lens elements 31 of the cylinder lens array 30 to lengthen the focal distance, the spread of light can be relatively narrowed. As a result, the width of the point PD collected by the first lens element 41 of the lenticular sheet 40 can be narrowed. As a result, crosstalk of the displayed image can be reduced.
  • Figure 9 shows a three-dimensional display device when applying a high-definition display method according to an embodiment of the disclosure.
  • the arrangement of components of the three-dimensional display device 1 is the same as that of FIG. 8, but the type of image displayed on the display unit 10, the lighting type of the light source, and the progress of the light are different from FIG. 8. Different.
  • the display unit 10 of the stereoscopic display device 1 displays at least one second image that allows the user to recognize the planar component (two-dimensional image 94) of the stereoscopic image 92. .
  • the second image is a two-dimensional image.
  • the three-dimensional display device 1 turns on a wide light source included in one light source unit 50 in a high-definition display method.
  • a wide light source has a wider luminous range than a single light source.
  • the three-dimensional display device 1 is configured to display the number of line light sources 51 that light among the line light sources 51 included in one light source unit 50 in a parallax display manner. increase the number.
  • the three-dimensional display device 1 lights up three line light sources 51A, 51B, and 51C among the line light sources 51 included in each light source unit 50. Accordingly, the plurality of line light sources 51 function as surface light sources that illuminate a wider area.
  • the focal plane (F) of the second lens element 31 of the cylinder lens array 30 illuminates a wide area without concentrating light on a single point. Accordingly, because all pixels 11 are uniformly illuminated, all pixels 11 can be observed from any observation direction.
  • the three-dimensional display device 1 can display the second image at the display resolution of the display unit 10.
  • the three-dimensional display device 1 can light the corresponding surface light source as a wide light source in a high-definition display method. It may be possible.
  • the three-dimensional display device 1 can display images with high definition and depth by combining the two lighting methods described above for each region.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a second lens element and a light source unit in correspondence in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the second lens element 31 and the light source unit 50 in a corresponding relationship form a system closed by the light blocking wall 52.
  • the light blocking wall 52 of the light source unit 50 is made of a material that blocks light and prevents light from entering from the outside.
  • the light blocking wall 52 of the light source unit 50 also functions as a stand supporting the plurality of line light sources 51.
  • the light blocking wall 52 supports the line light source 51 so that the optical axis of the line light source 51 faces the corresponding main display direction.
  • the light blocking wall 52A is disposed along the X-axis direction when viewed in cross section.
  • the light blocking wall 52A supports the line light source 51A whose display angle in the main display direction is 0°.
  • the light blocking wall 52A has an end in the +X axis direction connected to the light blocking wall 52B, and an end in the -X axis direction is connected to the light blocking wall 52C.
  • the light blocking wall 52B is arranged to be inclined at 45° from the X-axis direction in cross-sectional view.
  • the light blocking wall 52B supports the line light source 51B whose display angle in the main display direction is -45°.
  • the light blocking wall 52C is arranged to be inclined at -45° from the X-axis direction when viewed in cross section.
  • the light blocking wall 52C supports the line light source 51C whose display angle in the main display direction is 45°.
  • 11 is a bird's eye view of the light source unit 50 according to one embodiment of the disclosure.
  • the plurality of light source units 50 are connected along the X-axis direction like the second lens element 31.
  • the distance between the line light sources 51A in the adjacent light source unit 50 is the same as the pitch of the second lens element 31 included in the cylinder lens array 30. The same applies to the distance between the line light sources 51B and the distance between the line light sources 51C.
  • the light blocking wall 52B is connected at an end in the +X axis direction to the light blocking wall 52C of the adjacent light source unit 50.
  • the end of the light blocking wall 52C in the -X axis direction is connected to the light blocking wall 52B of the adjacent light source unit 50.
  • the light blocking wall 52B and the light blocking wall 52C that are connected become closer to each other in the X-axis direction as they move toward the +-axis direction.
  • the light blocking walls 52B and 52C are disposed between the line light source 51A of the magnetic light source unit 50 and the line light source 51A of the adjacent light source unit 50, and the adjacent light source unit 50 It is configured to inhibit the incidence of light from the corresponding cylinder lens array 30. For this reason, it is possible to prevent light from being emitted at a non-corresponding angle by light from a non-corresponding light source unit 50.
  • a so-called overlapping three-dimensional image is formed by the emission of light at a non-corresponding angle, there is interference when parallel light is incident at a corresponding angle by the plurality of light source units 50.
  • each of the plurality of light source units 50 includes light source blocks BL1, BL2, ... BLn arranged along the Y-axis direction of the display unit 10.
  • the light source blocks BL included in each light source unit 50 are connected to each other along the Y-axis direction. More specifically, the Y-axis positive direction ends of the light blocking walls 52A, 52B, and 52C included in the light source block BL1 are the Y-axis portions of the light blocking walls 52A, 52B, and 52C included in the light source block BL2, respectively. It is connected to the end of the direction.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining area control according to an embodiment of the disclosure.
  • the three-dimensional display device 1 divides the display unit 10 into a depth area AR1 and a high definition area AR2. Then, the three-dimensional display device 1 displays an image according to the type of area and illuminates it by driving a light source according to the type of area.
  • the display unit 10 of the stereoscopic display device 1 displays the first image corresponding to the current field.
  • the light source unit 50 of the three-dimensional display device 1 turns on the line light source 51 corresponding to the current field among the three line light sources 51.
  • the light source unit 50 includes light sources 51A-1, 51A-2, 51A-3, 51A-4, 51B-1, 51B-2, 51B-3, 51B-4, 51C-1, 51-C2, 51C-3, 51C-4).
  • the display unit 10 of the stereoscopic display device 1 displays a predetermined second image regardless of the field. And, in the high-definition area AR2, the light source unit 50 of the three-dimensional display device 1 turns on all three line light sources 51.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining field control of light source driving in the depth area AR1 according to an embodiment of the disclosure.
  • the stereoscopic display device 1 can reproduce light rays representing the stereoscopic image 92 in a display angle range.
  • the line light source 51B that is spaced apart from the second lens element 31 of the cylinder lens array 30 by the focal distance d f is turned on.
  • the light collimated by the second lens element 31 has an angle of 45° and is incident on the first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the light illuminates the display portion 10 as light in a display angle range of -30° to -60°. Therefore, in this case, the three-dimensional display device 1 can reproduce light rays in a display angle range of -30° to -60°.
  • the three-dimensional display device 1 can reproduce light in a display angle range of 30° to 60° according to the same principle as in the field F2.
  • the three-dimensional display device 1 becomes a display that reproduces an angle range of 120° from -60° to 60°.
  • the angle of 120° is referred to as the viewing angle.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the viewing angle ( ⁇ ) and the lens pitch (p l ) of the first lens element according to an embodiment of the disclosure.
  • the focal length of the first lens element 41 of the lenticular sheet 40 is expressed by the following equation. .
  • the angular range ⁇ c of the central first lens element 41 is expressed by the following equation.
  • angle range ( ⁇ r ) of the first lens element 41 on the right side is expressed by the following equation.
  • the angular range ( ⁇ l ) of the first lens element 41 on the left is also the same as ⁇ r .
  • FIG. 15 is a block diagram showing the functional configuration of a three-dimensional display device 1 according to an embodiment of the disclosure.
  • the three-dimensional display device 1 includes a display image generating unit 16, a display driver 17, and a light source driver 19 in addition to the light source control unit 15 and the display unit 10.
  • the display image generation unit 16 generates a first image and a second image based on the multi-viewpoint image.
  • the display image generating unit 16 supplies the generated image to the display driving unit 17.
  • the display image generator 16 is, for example, a video reproduction device.
  • the display driver 17 inputs the first image corresponding to the parallax display method and the second image corresponding to the high-definition display method into the display unit 10 in area division and displays them. Then, the display driver 17 converts the first image corresponding to each display angle range into field division for the area where the first image is displayed and displays it on the display unit 10.
  • the light source driver 19 includes a plurality of line light sources 51 included in each light source unit 50 so that the number of line light sources used for illumination of the second image is greater than the number of line light sources used for illumination of the first image.
  • the light source unit 50 is driven by area control.
  • the light source driver 19 is, for example, an LED lighting circuit.
  • the angle range corresponding to the first image input to the display unit 10 is required to match the angle range corresponding to the lighting line light source 51.
  • the display driving unit 17 has a synchronizing unit 18 to realize the matching of the angle ranges.
  • the synchronization unit 18 is a synchronization circuit.
  • the synchronization unit 18 detects changes in image display and supplies a synchronization signal to the light source driver 19. And, in the parallax display method, the light source driver 19 transmits a field signal for driving the line light source 51 corresponding to the display angle range of each field to the light source unit 50. By doing this, the light source driver 19 can turn on the line light source 51 corresponding to the display angle range corresponding to the first image after switching in accordance with the switching of the field. Accordingly, the first image displayed on the display unit 10 and the light source unit 50 can be synchronized to widen the display angle range.
  • 16 and 17 are diagrams showing examples of timing charts of light source driving and display driving according to various embodiments of the present disclosure.
  • the timing of screen switching is shifted at each scanning position from the top to the bottom of the screen (in the first embodiment, from the end on the positive direction of the Y axis to the end on the negative direction of the display unit 10).
  • the display driver 17 switches the first image displayed on the display unit 10 to the first image corresponding to the field in this vertical scanning cycle.
  • the light source driver 19 switches the line light source 51 to be turned on into a line light source 51 corresponding to the field in a vertical scanning cycle.
  • the light source driver 19 determines the light source block BL included in the line light source 51 corresponding to the field by determining where the light source block BL is located in the Y-axis direction. Lights up evenly regardless. In this drawing, the diagonally drawn portion represents the time when the light is not lit, and the non-slanted portion represents the time when the light is lit. In this case, as the lighting time is longer, there is a discrepancy in the driving timing of the top and bottom of the screen, resulting in crosstalk (CT).
  • CT crosstalk
  • the synchronization unit 18 synchronizes the vertical scanning position by the display driver 17 and the vertical position of the light source block BL that the light source driver 19 turns on or off. Specifically, the light source driver 19 starts lighting the line light source 51 corresponding to the next field at the timing when the field indicated by the synchronization signal switches, and lights the line light source 51 included in the line light source 51 based on the synchronization signal. The light source block BL is turned on in the vertical scanning direction. Additionally, based on the synchronization signal, the light source driver 19 turns off the light source block BL included in the line light source 51 that was lit in the previous field toward the vertical scanning direction. Accordingly, it is difficult for crosstalk to occur even if the lighting time is long.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a method of generating a first image from a multi-viewpoint image according to an embodiment of the disclosure.
  • the horizontal direction is discussed to clarify the explanation.
  • FIG. 18 shows a method of taking a multi-viewpoint image.
  • a multi-viewpoint image is created by photographing the object 90 with a number of cameras 60 corresponding to the number of pixels corresponding to the element image width (first image width). For example, if the first image width is the length of 11 pixels, a multi-viewpoint image in 11 directions is required. Accordingly, multi-viewpoint images in 11 directions are captured by photographing the object 90 from 11 directions using cameras 60A to 60K that capture images in 11 directions. Not only in live-action shooting but also in computer graphics (CG), the same number of cameras 60 as the number of pixels corresponding to the first image width is required.
  • CG computer graphics
  • the right side of FIG. 18 shows a state in which a three-dimensional image (V) is reproduced using multi-viewpoint images.
  • the display image generation unit 16 generates a plurality of first images by rearranging the pixels of the multi-viewpoint image group having directivity. Specifically, the display image generation unit 16 generates the first image by sampling pixels included in the multi-viewpoint image group in correspondence to the position of each first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the display image generator 16 may generate a first image synthesized from multi-viewpoint images corresponding to -30° to -60°, and a first image synthesized from multi-viewpoint images corresponding to -30° to 30°.
  • a first image synthesized from an image and a multi-viewpoint image corresponding to 30° to 60° is generated.
  • the display unit 10 driven by the display driver 17 sequentially displays three types of first images in three fields.
  • the first image E is illuminated during display, light rays 9A to 9K corresponding to the cameras 60A to 60K are emitted from the first image E. Accordingly, a three-dimensional image (V) is reproduced.
  • the display driver 17 sequentially displays three types of first images in three fields on the display unit 10.
  • the light source driver 19 can synchronize display switching by turning on the line light source 51 corresponding to the display angle range of the first image being displayed.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining a region division method according to an embodiment of the disclosure.
  • the display image generation unit 16 divides the display image into a high-quality area and a depth area corresponding to the depth of the display image.
  • the area is optimized using the depth of the displayed image.
  • CG it is possible to output a depth map relatively easily.
  • the display image generation unit 16 can easily specify an area with a shallow depth relative to the reference surface of the display image (near the display unit 10) as a high image quality area based on the information of the depth map.
  • the display image generation unit 16 can set an image area included in a multi-viewpoint image where the parallax is less than or equal to a predetermined threshold value as a high image quality area.
  • the display image generation unit 16 may set an image area included in a multi-viewpoint image where the parallax is greater than a predetermined threshold value as a depth area.
  • the display image generation unit 16 generates an image taken of the subject from a predetermined viewpoint as a second image in the high image quality area.
  • the predetermined viewpoint is, for example, the front.
  • the display image generation unit 16 generates the first image for the depth area by the method described in FIG. 18.
  • the light source driver 19 controls the light source unit 50 based on the region division, enabling high-quality display using all of the pixels 11 of the display unit 10 in the high-definition region, and depth in the depth region. It can be expressed. It can make users perceive it as a high-definition, deep display.
  • the display image creation unit 16 can place a high-quality display near the reference plane, and can also consider analyzing successive frames to designate the depth at which a high-quality image is generated as the reference plane.
  • the stereoscopic display device 1 can display a parallax display method and a high-definition display method in area division with a simple configuration that combines two types of lens arrays. Accordingly, the problem of resolution degradation caused by the parallax display method can be reduced. Therefore, a clearer 3D image can be appropriately displayed while securing depth.
  • the first embodiment can be modified as follows.
  • Figure 20 is a diagram showing the arrangement of a cylinder lens array and a lenticular sheet according to an embodiment of the disclosure.
  • the cylinder lens array 30, the line light source 51, and the lenticular sheet 40 are also arranged along the vertical direction with respect to the screen of the display unit 10, thereby providing parallax in the horizontal direction. can do.
  • the ridges of the lenticular sheet 40 are aligned in a vertical direction, moire occurs while interfering with the pixel pattern.
  • the ridge of the lenticular sheet 40 is a line parallel to the semi-cylindrical axis of the first lens element 41.
  • the three-dimensional display device 1a of this modified example eliminates moiré by slightly tilting the lenticular sheet 40 relative to the vertical direction.
  • the ridge of the cylinder lens array 30 follows the vertical direction of the arrangement of the pixels 11 of the display unit 10, and the ridge of the lenticular sheet 40 is inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to the vertical direction. You can lose.
  • the three-dimensional display device 1a can allocate parallax based on the tilt angle of the lenticular sheet 40 and the positional relationship of the pixels 11 in the vertical direction.
  • FIG. 21 is a diagram showing the arrangement of a first lens element and a first image of a lenticular sheet according to an embodiment of the disclosure.
  • one pixel 11 has three RGB sub-pixels. Since each sub-pixel is observed in a different direction, the stereoscopic display device 1 may assign a parallax to each sub-pixel. In addition, since light rays fly in different directions in the Y-axis direction due to the misalignment of the ridges of the cylinder lens array 30 and the ridges of the lenticular sheet 40, the three-dimensional display device 1a may also assign parallax to this. there is. In this drawing, for example, a lenticular sheet 40 with a width of 9 pixels in the X-axis direction is arranged at an angle of tan 1/4. This allows parallax in 36 directions to be assigned.
  • the display image creation unit 16 uses 36 multi-viewpoint images and synthesizes the interpolated image as the first image while shifting the multi-viewpoint images by 1/3 for each RGB. Accordingly, more accurate display can be performed with 36 multi-view images.
  • the three-dimensional display device 1a may further include an anisotropic diffusion sheet in the light source control unit 15.
  • Figure 22 is a diagram showing the arrangement of an anisotropic diffusion sheet according to an embodiment of the disclosure.
  • the anisotropic diffusion sheet 80 is disposed in the XY plane between the lenticular sheet 40 and the display unit 10. Specifically, the anisotropic diffusion sheet 80 is disposed on the imaging surface of the lenticular sheet 40, that is, at a position away from the lenticular sheet 40 in the Z-axis direction by approximately the focal distance of the lenticular sheet 40.
  • the approximate focal length may be the focal length, but may be a distance of 0.9 times the focal length or more and 1.1 or less.
  • the anisotropic diffusion sheet 80 acts to diffuse light in the direction of the ridges of the lenticular sheet 40 in a direction parallel to the main surface of the anisotropic diffusion sheet 80 and in a direction perpendicular to the ridges of the lenticular sheet 40. It has a stronger effect than spreading. Accordingly, the effect of the light collection distribution in the direction perpendicular to the ridge direction of the lenticular sheet 40 is reduced, making it difficult to widen the width of the light collection distribution in the direction perpendicular to the ridge line. Therefore, crosstalk of the displayed image can be reduced. Additionally, since crosstalk of the displayed image is not affected in the direction along the ridge of the lenticular sheet 40, light can be actively diffused in that direction.
  • luminance mura is likely to occur around the lens or on the lens joint surface.
  • the ridges of the lenticular sheet 40 are inclined with respect to the ridges of the cylinder lens array 30, thereby actively diffusing light in the direction where it can be diffused, thereby causing light to be generated around the lens or on the lens joint surface of the cylinder lens array 30. Brightness mura can be reduced.
  • Patent Document 2 discloses a technology that enables high-quality three-dimensional display without glasses by increasing light efficiency and reducing crosstalk using an optical system that combines a lens for each pixel and a diffusion sheet.
  • the technology of Patent Document 2 has the problem that the display resolution is reduced to 1/number of parallaxes.
  • the technology of Patent Document 2 covers the LCD with a lens, and has the problem of not being able to obtain natural motion parallax in a wide range.
  • the three-dimensional display device of this embodiment includes a diffusion sheet to widen the display range beyond the angle of view of the lenticular sheet 40.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically illustrating a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the light source control unit 15a further includes a diffusion sheet 81.
  • the diffusion sheet 81 is disposed between the display portion 10 and the lenticular sheet 40, and is disposed at a position including each focus position of each first lens element 41. Specifically, the diffusion sheet 81 is disposed on a plane containing each focal position of each first lens element 41.
  • the diffusion sheet 81 diffuses the transmitted light isotropically including the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the diffusion sheet 81 is preferably thin.
  • Line light sources 51A to 51C are arranged on the rear side of each second lens element 31.
  • light emitted from the line light source 51A is converted into parallel light by each second lens element 31 of the cylinder lens array 30.
  • the light converted into parallel light by each second lens element 31 is condensed by each first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the light collected by each first lens element 41 is focused at each focal position where the diffusion sheet 81 is disposed.
  • the light collected at each focal point then proceeds to spread out the light beam.
  • a diffusion sheet 81 that diffuses light is disposed at a position including each focal position. Accordingly, the diffused light passing through the diffusion sheet 81 can have a wider luminous flux than in the state without the diffusion sheet 81.
  • the diffused light that passes through the diffusion sheet 81 enters the display portion 10.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating the relationship between the diffusion sheet 81 and element pixels in the three-dimensional display device 2 according to one embodiment of the disclosure.
  • the angular range of view ( ⁇ ) can be expressed in equation (2) by the distance (g) between the diffusion sheet 81 and the display unit 10 and the element pixel width (Ep).
  • the element pixel width Ep is arranged at approximately the same interval as the pitch q of each first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the distance between the diffusion sheet 81 and the display unit 10 is shorter than the distance between the diffusion sheet 81 and the lenticular sheet 40.
  • the light diffused from the diffusion sheet 81 illuminates the display unit 10 so as to be wider than the element image width Ep.
  • the pixel has directivity and functions as a light reproduction type stereoscopic display device 2 as described above.
  • the range in which light can be collected by the lenticular sheet 40 is limited to approximately 45°. Accordingly, the display angle range of the three-dimensional display device composed of the lenticular sheet 40 was limited to 45°.
  • the three-dimensional display device 2 of this embodiment includes a diffusion sheet 81. Therefore, the display range can be expanded by expanding the light with the diffusion sheet 81.
  • Figure 25 is a cross-sectional view schematically illustrating a shielding plate having a slit in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the light source control unit 15b further includes a shielding plate 82.
  • the shielding plate 82 is disposed on the surface of the lenticular sheet 40.
  • the shielding plate 82 is provided with a plurality of slits 83.
  • Each slit 83 is disposed in the central portion of each first lens element 41. Therefore, the shielding plate 82 shields the light that passes through the peripheral portion of each first lens element 41, and the shielding plate 82 has a plurality of slits that transmit the light passing through the central portion of each first lens element 41. (83) is formed.
  • the light passing through the peripheral portion of each first lens element 41 due to the aberration of each first lens element 41 is not concentrated at the focal position, and the diffusion sheet 81 spreads around the focal point. If the area around the focus position is illuminated, pixels other than those corresponding to the display direction are illuminated. Accordingly, the light passing through the peripheral portion of each first lens element 41 becomes crosstalk in the stereoscopic image, leading to deterioration in the quality of the stereoscopic display. Accordingly, the light in the peripheral portion of each first lens element 41 is restricted using the shielding plate 82 provided with the slit 83. Accordingly, the quality of three-dimensional display can be improved by reducing crosstalk.
  • a narrow aperture is used to reduce crosstalk. Therefore, three-dimensional display using a barrier has very poor light efficiency.
  • a light source such as an LED needs to be strongly illuminated, which causes a problem of increased power consumption.
  • the shielding plate 82 even if the shielding plate 82 is used, light is collected by each first lens element 41, so a light converging point narrower than the aperture width can be created. Therefore, light efficiency can be improved and power consumption can be reduced.
  • This embodiment is an example in which the second lens elements 31 of the cylinder lens array 30 are arranged in a zigzag arrangement.
  • FIG. 26 is a top view illustrating the arrangement of a second lens element of a cylinder lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 27 is a perspective view illustrating the arrangement of a second lens element of a cylinder lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 28 is a top view illustrating a cylinder lens array viewed through a diffusion sheet in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the light source control unit 15c of this embodiment includes a cylinder lens array 30 including a plurality of second lens elements 31 arranged in a zigzag manner.
  • the plurality of second lens elements 31 are arranged in a zigzag manner in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • each second lens element 31 of a row in which a plurality of second lens elements 31 are arranged in the X-axis direction is shifted by half a pitch with respect to each second lens element 31 of an adjacent row in the Y-axis direction. .
  • the three-dimensional display device 3 of this embodiment illuminates the display unit 10 by diffusing light in the horizontal and vertical directions using the diffusion sheet 81.
  • the amount of light at the end portion of the second lens element 31 is changed to the amount of light at the ridge portion of the second lens element 31.
  • the light emitted from each line light source 51 of the light source unit 50 is passed through the cylinder lens array 30, the lenticular sheet 40, and the diffusion sheet 81, thereby forming the lenticular sheet 40.
  • the display range can be expanded beyond the angle of view. Additionally, by passing the above-described configuration, high-quality display can be achieved. Accordingly, by dividing the light emission of the light source unit 50 into fields and optimizing the display content, it is possible to enable three-dimensional display with high image quality and depth.
  • the stereoscopic display device of this embodiment displays a stereoscopic image through temporal multiplexing.
  • Figure 29 is a cross-sectional view schematically illustrating a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the three-dimensional display device 5 of this embodiment includes a display unit 10, a display driver 17, a light source control unit 15d, and a light source driver 19.
  • the display driver 17 displays an element image of the stereoscopic image 92 on the display unit 10.
  • the display driver 17 may display a plurality of element images in different display directions of the stereoscopic image 92 on the display unit 10 .
  • the display driver 17 may display a plurality of element images representing different angles or display positions of the stereoscopic image.
  • the plurality of element images may be, for example, a plurality of first images.
  • the light source control unit 15d includes a lenticular sheet 40, a cylinder lens array 30, a plurality of line light sources 51, and a diffusion sheet 81.
  • a plurality of line light sources 51 are disposed on the rear side of each second lens element 31.
  • the plurality of line light sources 51 are arranged in the X-axis direction in the XY plane parallel to the display unit 10, for example.
  • the light source driver 19 may sequentially drive a plurality of line light sources 51 that illuminate each element image.
  • the light source driver 19 may sequentially drive each line light source 51 that illuminates each element image.
  • the light source driver 19 emits light from the line light source 51 disposed at a relatively same position on the back of the cylinder lens array 30.
  • the light emitted from the line light source 51A is, for example, indicated by a solid line in this drawing.
  • the light emitted from the line light source 51B is indicated by a dotted line, for example.
  • the light emitted from the line light source 51C is, for example, indicated by a dashed-dotted line in this drawing.
  • each line light source 51 The light emitted from each line light source 51 is converted into parallel light by each second lens element 31 of the cylinder lens array 30.
  • the light converted into parallel light by each second lens element 31 is condensed by each first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the light collected by each first lens element 41 is focused at each focal position where the diffusion sheet 81 is disposed.
  • the light collected at each focal point then proceeds to spread out the light beam.
  • a diffusion sheet 81 that diffuses light is disposed at a position including each focal position. Accordingly, the diffused light passing through the diffusion sheet 81 can have a wider luminous flux than in the state without the diffusion sheet 81.
  • the diffused light that passes through the diffusion sheet 81 enters the display portion 10. In this way, by using the diffusion sheet 81, a wide range of three-dimensional images can be displayed.
  • three line light sources 51A to 51C are shown on the back of one second lens element 31.
  • the number of line light sources 51 disposed on the back of the second lens element 31 is not limited to three, and may be two or four or more.
  • the line light source 51A on the optical axis of the second lens element 31 of the cylinder lens array 30 emits light
  • the light is concentrated at a light convergence point on the optical axis of each first lens element 41 of the lenticular sheet 40.
  • the angle of the parallel light is slightly offset.
  • the light is concentrated at a position offset from the light converging point of the above-described line light source 51A.
  • the line light source 51C is slightly shifted from the optical axis of the second lens element 31 to emit light
  • the angle of the parallel light is slightly shifted. The light is concentrated at a position that is shifted from the light condensing points of the above-described line light sources 51A and 51B.
  • the points at which the light from the plurality of line light sources 51 converge on the diffusion sheet 81 are offset from each other.
  • the light rays of the element image are reproduced centered on these light condensing points.
  • a three-dimensional image 92 is recognized using these light-concentrating points as a light-concentrating pattern.
  • the light emission of these line light sources 51A to 51C is synchronized with the display of the display unit 10 to sequentially perform switching display.
  • Figure 30 is a diagram illustrating temporal multiple field control according to an embodiment of the disclosure.
  • the horizontal axis represents time passage.
  • the top indicates an observation angle of 0°
  • the bottom indicates an observation angle of 60°.
  • the three-dimensional display device 5 displays a multi-resolution I element image by the line light source 51A, a multi-resolution II element image by the line light source 51B, and a multiple resolution element image by the line light source 51C.
  • Element images of III are displayed sequentially. The light convergence pattern of each element image is observed to be shifted in each field.
  • the apple tip is visible in the element image of resolution multiple I
  • the apple tip is hidden in the element image of resolution multiple II.
  • a stereoscopic image 92 with multiple resolutions can be displayed because pixels between patterns of element images in the stereoscopic image are interpolated depending on the position of light collection.
  • the display driver 17 displays a plurality of element images indicating the display position of the stereoscopic image 92.
  • the display driver 17 may display a plurality of element images on the display unit 10 while switching between the plurality of element images including the first element image and the second element image.
  • the light source driver 19 drives a light source that illuminates the element image. Specifically, the light source driver 19 sequentially drives a plurality of light sources that illuminate each element image.
  • the light source driver 19 may sequentially drive a plurality of line light sources 51 including a first line light source 51 that illuminates the first element image and a second light source that illuminates the second element image.
  • the display driver 17 can also display a plurality of element images by converting them into field divisions.
  • the light source driver 19 may turn on the line light source 51 corresponding to the element image after switching in accordance with field switching.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating the installation width (d C ) and the light collection point displacement width (d L ) of the line light source of the light source control unit in the three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the width that can complement the element image width of the lenticular sheet 40 is set as the light-converging point displacement width (d L ), and a lenticular sheet that does not generate crosstalk without installing a shielding plate 82 ( 40) Determine the focal length (f L ).
  • the focal length (f C ) of the cylinder lens array 30 is because each triangle has a similar relationship. It can be expressed as the following equations (6) and (7).
  • the multiple line light sources 51 with respect to the installation width d C between the line light sources 51 at both ends of the multiple line light sources 51 arranged in one direction (X-axis direction) in a plane parallel to the display unit 10
  • the ratio of the distance (f C ) between the column of ) and the cylinder lens array 30 is relative to the converging point displacement width (d L ) between the condensing points on both ends of the condensing point of the multiple line light source 51 on the diffusion sheet 81. It is equal to the ratio of the distance (f L ) between the diffusion sheet 81 and the lenticular sheet 40.
  • being the same distance and ratio means not only being strictly the same, but also being the same within a range including errors due to the shape of the member and errors in manufacturing.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a light collection pattern in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the displacement width (d L ) of the converging points between the condensing points on the diffusion sheet 81 can be expressed as the lens pitch (Lp) of the lenticular sheet 40.
  • the line light sources are arranged at equal intervals by dividing Lp by m, so that the resolution can be supplemented at equal intervals.
  • the displacement width (d L ) of the condensing point can be expressed by equations (8) and (9) because the distance between the line light sources 51 is d L / (m-1).
  • the focal length of the cylinder lens can be designed by substituting the light collection point displacement width (d L ) obtained from equations (8) and (9) into equation (7).
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a screen display in which multiple views are time-multiplexed in a stereoscopic display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the three-dimensional display device 5 of this embodiment which is a case of multiple resolutions, has characteristics in which there is little change in luminance of the entire screen and it is difficult to perceive flicker even when displaying using the same field.
  • resolution can be improved by using time multiplexing by resolution multiplexing.
  • Configurations and effects of this embodiment other than those mentioned above are included in the description of the first to fourth embodiments.
  • Figures 34 and 35 are diagrams illustrating light condensing patterns in a three-dimensional display device according to various embodiments of the present disclosure.
  • the three-dimensional display device 6 of this embodiment has six line light sources 51A to 51F disposed on the back of each second lens element 31 of the cylinder lens array 30. Line light sources 51A to 51F are arranged in this order in the X-axis direction.
  • the line light source 51A emits light at a predetermined time to display an element image.
  • the line light source 51B next to the +X-axis direction side of the line light source 51A emits light, and an element image is displayed.
  • the pitch of the element image is divided into six, the condensing pattern is shown to light up when the field changes at adjacent positions.
  • the moving line light source 51 can be followed with the eye.
  • the line light source 51A emits light at a predetermined time to display an element image.
  • the third line light source 51D emits light in the +X-axis direction of the line light source 51A, thereby displaying an element image.
  • the pitch of the element image is divided into 6
  • the light collection pattern is shown to light at a pitch position that is approximately 1/2 of the pitch of the element image.
  • the light source driver 19 is configured to drive the line light sources.
  • the line light source 51 positioned at least half a pitch away from (51) may then be driven.
  • the light source driver 19 sequentially drives the plurality of line light sources 51, it then moves the line light source 51 at a position where at least one line light source 51 is lifted from the driven line light source 51. You can also run it.
  • the effect of multiple resolution can be improved. Additionally, by controlling the light convergence pattern, the movement of the displayed image can be determined and resolution multiplexing applied only to the stationary portion, thereby preventing the resolution of the moving image from deteriorating.
  • the three-dimensional display device of this embodiment uses a holographic optical element (Holographic Optical Element, HOE).
  • HOE holographic Optical Element
  • the imaging optical system including the cylinder lens array 30 and the lenticular sheet 40 is replaced with HOE.
  • HOE reversely calculates mura that occurs during playback and records it during recording, thereby reducing mura during playback and making it possible to thin the light source control unit 15.
  • Figure 36 is a configuration diagram illustrating a recording optical system of a holographic optical element in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 37 is a configuration diagram illustrating a reproduction optical system in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the three-dimensional display device 7 of this embodiment includes a hologram optical element recorded in a recording optical system as a reproduction optical system.
  • the recording optical system records, for example, a light-collecting pattern formed by the cylinder lens array 30 and the lenticular sheet 40 on HOE such as photopolymer 73.
  • the regenerative optical system reproduces the light-gathering pattern recorded in the HOE using a point light source such as an LED.
  • the recording optical system includes a lens 71, a lens 72, a photopolymer 73, and a half mirror 74.
  • the photopolymer 73 functions as a HOE by recording a hologram.
  • a plurality of line light sources 151 of the light-collecting pattern 76 formed by the lenticular sheet 40 are created.
  • the object light including the line light source 151 is imaged into a real image 75 inside the photopolymer 73 by the lens 71.
  • the light from the lens 71 on the optical axis of the object light including the line light source 151 is interfered with the reference light condensed to the point PH by the lens 72 using the photo polymer 73.
  • the real image 75 of the light collection pattern of the line light source 151 and the interference stripes of the reference light are recorded on the photopolymer 73.
  • the actual image 75 of the line light source is designed with a magnification that is the same as the light condensing pattern formed by the cylinder lens array 30 and the lenticular sheet 40 in the three-dimensional display device 7, so that it produces the same converging light as the point light source during reproduction.
  • the light collection pattern formed by the cylinder lens array 30 and the lenticular sheet 40 is reproduced when illuminating a point light source.
  • the reproducing optical system includes an LED 77, a photopolymer 73, and a diffusion sheet 81.
  • this reproducing optical system is installed as a backlight on the back of the plurality of display units and displays a stereoscopic image like the stereoscopic display device described so far.
  • the LED 77 is arranged at a position corresponding to the point PH in the recording optical system.
  • a plurality of LEDs 77 are arranged at approximately the same distance from the point PH. Then, each LED 77 is regarded as a point light source for reproducing the real image 75, and the photopolymer 73 is illuminated.
  • the real image 75 of the line light source 151 recorded on the photopolymer 73 is reproduced.
  • a diffusion sheet 81 is disposed on the +Z-axis direction side of the photopolymer 73.
  • the display portion 10 is disposed on the +Z-axis direction side of the diffusion sheet 81. Accordingly, the reproduced real image 75 is diffused by binding the image to the diffusion sheet 81 and then illuminates the display unit 10. Since the position of the reproduced line light source 151 changes depending on the illumination position of the LED 77, different light collection pattern positions can be reproduced. For this reason, three-dimensional display with multiple resolutions becomes possible.
  • the distance (f H ) from the light source surface to the photopolymer 73 can be expressed by the following equations (10) and (11).
  • the displacement width (d L ) of the converging points between the condensing points on the diffusion sheet 81 can be expressed by the lens pitch (Lp) of the lenticular sheet 40.
  • the resolution can be supplemented at equal intervals by arranging the line light sources at equal intervals by dividing Lp by m.
  • the displacement width of the converging point (d L ) can be expressed as equations (8) and (9) because the distance between line light sources is d L / (m-1).
  • the focal length of the cylinder lens can be designed by substituting the light-concentrating point displacement width (d L ) obtained from equations (8) and (9) into equation (11).
  • the angle selectivity can be high and the width of d H can be narrowed. It is also conceivable that the light source installation range becomes narrower with respect to the width of the HOE. It is also conceivable to play using a Monolithic Micro LED Display that allows fine control. Accordingly, the three-dimensional display device 7 of this embodiment records the functions of the first cylinder lens and the second cylinder lens in the hologram optical element so that they can be reproduced by the light source, and uses the light source instead of the first cylinder lens and the second cylinder lens. It further includes a holographic optical element disposed between the display units 10. Accordingly, three-dimensional display can be performed using a holographic optical element.
  • the line light source 51 is provided to the lenticular sheet 40 by the cylinder lens lens array 30, the lenticular sheet 40, and the diffusion sheet 81.
  • the display range can be expanded beyond the angle of view.
  • This embodiment is an example of making it difficult to perceive flicker by shifting the lighting pattern of the light source by a specific shift amount in the sixth embodiment described above.
  • FIG. 38 is a diagram illustrating a light collection pattern in a three-dimensional display device 1008 according to an embodiment of the disclosure.
  • the light collection pattern is repeatedly illuminated at every interval of the lenticular sheet 40, and is divided by the number of light sources.
  • This number of divisions is denoted by N here. In other words, it corresponds to the state where the light source in the N row is on the back of the condenser lens.
  • N the number of divisions
  • the left view of FIG. 38 corresponds to the lighting conditions of the previous field and the lighting condition of the next field corresponds to the right view.
  • M As a light collection pattern, since it is illuminated by N-divided adjacent light sources, the part shifted by 1 is illuminated. This shift amount is referred to as M here.
  • FIG. 39 is a diagram illustrating the lighting sequence of 5-division 2-shift in the stereoscopic display device 1008 according to the eighth embodiment.
  • the numbers written in the drawing indicate the fields in the order in which they light up. In this example, it lights up sequentially from number 1 to number 5, and then number 1 lights up again. A large shift number increases the lighting interval between fields, increasing visual speed.
  • an M shift of N division that satisfies the following conditions can be considered.
  • M The absolute value of M is the maximum value of N / 2 or less. However, when M > N / 2, mod (M, N) is treated as negative because it is equal to (N - M), and
  • (absolute value) is N / 2.
  • a condition that satisfies both conditions 1) and 2) is desirable.
  • the lighting order of the light source such as 10-division 4 shift, 9-division 4 shift, 8-division 3 shift, 7-division 3 shift, and 5-division 2 shift satisfies this condition. Since Figure 39 shows 5 division 2 shift, it is a lighting order that satisfies this condition.
  • the reason for condition 1) is as follows. For example, if M/N is divided, the lights cannot be lit at regular intervals, so the speed is discontinuous and it is easy to feel flicker.
  • the reason for condition 2) is as follows. For example, visual speed increases as M increases.
  • the light source driver 19 is positioned at a shift amount M from the driven light source.
  • the light sources are driven sequentially.
  • N is an integer that cannot be divided by M
  • the absolute value of M is the maximum value of N / 2 or less. If M is greater than N / 2, M is treated as a negative integer of (N-M).
  • the stereoscopic display device 1008 of this embodiment it is possible to make it difficult to perceive flicker.
  • fine patterns below human vision cannot be resolved, making it difficult to sense flicker.
  • movement patterns below moving body vision cannot be recognized, making it difficult to sense flicker.
  • the pattern spacing is less than visual acuity (1.0 visual acuity per minute), it cannot be resolved.
  • patterns of more than 5°(Degree)/s cannot be recognized as moving body vision.
  • the angular spacing of the patterns becomes narrower, and when observing the display up close, the angular speed of the patterns increases. Therefore, it is possible to increase the visual speed by specifying the number of shifts and make it difficult to perceive flicker by creating a pattern at a constant speed.
  • FIG. 40 is a plan view illustrating the arrangement of a lenticular sheet of the first lens array, a condensing lens of the second lens array, and a light source in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view schematically illustrating the arrangement of a display unit, a diffusion sheet, a lenticular sheet of the first lens array, a condensing lens of the second lens array, and a light source in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 42 is a diagram illustrating a light collection pattern on the surface of a diffusion sheet in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view schematically illustrating the arrangement of a display unit, a diffusion sheet, a lenticular sheet of the first lens array, a condensing lens of the second lens array, and a light source in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 43 is a plan view illustrating the arrangement of a light source and a condensing lens of a second lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 44 is a plan view illustrating the arrangement of lenticular sheets of a first lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figure 45 is a graph illustrating contrast in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure, where the horizontal axis represents spatial frequency and the vertical axis represents contrast.
  • the light source control unit 1015 includes a diffusion sheet 81, a lenticular sheet 40 as a first lens array, and a plurality of light condensing devices as a second lens array. It includes a collimated lens 1030 and a plurality of light sources 1051.
  • the second lens array consists of a honeycomb lens array.
  • the plurality of condensing lenses 1030 included in the second lens array are regular hexagonal lenses 1031. Accordingly, the second lens array includes a plurality of regular hexagonal lenses 1031 arranged at a pitch wider than the first lens element (first cylinder lens) 41 of the lenticular sheet 40.
  • the plurality of regular hexagonal lenses 1031 are arranged in a zigzag manner in the pixel arrangement direction of the display unit 10.
  • each light source 1051 may have a small rectangular shape or a point shape.
  • the plurality of light sources 1051 are arranged in a plurality of rows and plural columns in a matrix shape in a column direction in a plane parallel to the display portion 10 and a row direction intersecting the column direction.
  • a plurality of light sources 1051 arranged in the same row may be driven to turn on simultaneously.
  • the ridges of the plurality of first lens elements (first cylinder lenses) 41 of the first lens array extend in the column direction.
  • the condensing lenses 1030 of the second lens array are arranged in a honeycomb lens arrangement, that is, a honeycomb-shaped arrangement. Because of this, the placement of the lenses can be done efficiently. Therefore, the amount of light can be improved without mura.
  • the light source 1051 is arranged in a direction along the ridge slope of the lenticular sheet 40. Accordingly, the amount of light incident on the condenser lens 1030 can be improved. Additionally, if the arrangement of the light source 1051 follows the slope of the ridge of the lenticular sheet 40, the light collection width is not widened, and crosstalk can be reduced. Therefore, crosstalk can be reduced even if a slit is not used.
  • a row of light sources 1051 arranged along the ridge slope of the lenticular sheet 40 are disposed at a position of approximately the focal length of the condenser lens 1030, and each light source 1051 emits parallel light to the lenticular sheet 40. This is because when the diffusion sheet 81 disposed at approximately the focal distance of the lenticular sheet 40 is illuminated, the parallel light from each light source becomes light that is concentrated on the ridge of the lenticular sheet 40.
  • the plurality of light sources 1051 are installed at positions approximately at the focal length of the converging lens 1030, and when illuminated by each light source 1051, they are illuminated as parallel light, and the lenticular sheet 40 When the diffusion sheet 81 is installed at a position approximately at the focal length of It becomes. Therefore, referring to FIGS. 41 to 44, the second lens array and the plurality of light sources 1051 are arranged in different directions in a plane parallel to the display unit 10 with respect to the width (d SW ) between the light sources 1051 at both ends.
  • the ratio (d SW / f C ) of the distance (f C ) between the rows of light sources 1051 is determined by the width (d FW ) between the converging points on both ends of the condensing points of the plurality of light sources 1051 on the diffusion sheet 81. It is equal to the ratio (d FW / f L ) of the distance (f L ) between the diffusion sheet 81 and the first lens array. For example, the following equation (12) is satisfied.
  • the contrast increases in the range shown in the figure.
  • the width between light condensing points relative to the sub-pixel width of the display unit 10 is larger than 3 times, the contrast remains at a low level. Accordingly, if the width (d FW ) between light condensing points is less than twice the width of the sub-pixel of the display unit 10, contrast can be improved. In this way, high-quality 3D display can be displayed with less crosstalk.
  • Figure 46 is a cross-sectional view illustrating a light source control unit in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 47 is a plan view illustrating a honeycomb lens array as a third lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • FIG. 48 is a diagram illustrating a two-layer lenticular sheet as a third lens array in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • Figures 49 and 50 are cross-sectional views illustrating a light source control unit in a three-dimensional display device according to various embodiments of the disclosure.
  • Figure 51 is a graph illustrating the relationship between the position of the cap lens of the third lens array and the amount of light in the three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure, where the horizontal axis represents the position of the cap lens and the vertical axis represents the amount of light.
  • FIG. 52 is a diagram illustrating the relationship between the distance between light sources and the distance between cap lenses in a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the light source control unit 1015a is a third lens disposed between a second lens array including a condenser lens 1030 and a plurality of light sources 1051. It further includes a lens array.
  • the third lens array includes a plurality of cap lenses 1020 corresponding to a plurality of light sources 1051.
  • the cap lens 1020 is disposed near the light source 1051.
  • the cap lens 1020 is arranged so that one cap lens 1020 corresponds to one light source 1051.
  • the cap lens 1020 has a function of concentrating light diffused from the light source 1051 onto the condensing lens 1030. As a result, light efficiency can be improved by increasing the amount of light taken from the light source 1051.
  • a plurality of light sources 1051 may be arranged in a zigzag arrangement in one direction.
  • the cap lens 1020 may be a regular hexagonal lens. In this way, when the plurality of light sources 1051 are arranged zigzagly in at least one of the column direction in the plane parallel to the display unit 10 and the row direction intersecting the column direction, the plurality of cap lenses 1020 are honeycomb It may be a configuration of the lens array 1021.
  • the plurality of cap lenses 1020 include a plurality of cylinder lenses with ridges extending in the column direction.
  • a double lenticular sheet may be formed by overlapping a lenticular sheet 1022 including a lenticular sheet 1023 and a lenticular sheet 1023 including a plurality of cylinder lenses with ridges extending in the row direction.
  • the third lens array is a two-layer overlapping stacked cylinder linear lens array, with an upper cylinder lens array disposed on the rear side of the second lens array and a rear cylinder lens array disposed on the rear side of the upper cylinder lens array. It may also include a lower layer cylinder lens array.
  • the plurality of light sources 1051 are arranged in multiple rows and columns in a matrix shape in a column direction in a plane parallel to the display unit 10 and in a row direction intersecting the column direction.
  • the ridges of each cylinder lens included in the upper cylinder lens array extend in the column or row direction.
  • the ridges of each cylinder lens included in the lower cylinder lens extend in a direction different from the direction in which the ridge of each cylinder lens of the upper cylinder lens array extends among the column and row directions.
  • the cap lens 1020 is a portion where each cylinder lens included in the upper cylinder lens array and each cylinder lens included in the lower cylinder lens overlap.
  • the pitch at which the plurality of cap lenses 1020 are arranged may be adjusted to the pitch at which the plurality of light sources 1051 are arranged. Additionally, referring to FIG. 50, the pitch at which the plurality of cap lenses 1020 are arranged may be made shorter than the pitch at which the plurality of light sources 1051 are arranged. Referring to FIG. 50, by making the pitch of the plurality of cap lenses 1020 shorter than the pitch of the plurality of light sources 1051, the amount of light taken from the light source 1051 can be increased to improve light efficiency. Hereinafter, a method for determining this pitch will be described.
  • the lighting distribution is changed from the left-biased lighting distribution in case A of the drawing to the lighting distribution with the left side expanded in case B of the drawing. It changes. Also, like the lighting distribution in case C of the figure, the lighting distribution shows the optimal value and the light quantity shows the maximum value at the optimal pitch among pitches where the pitch of the cap lens 1020 is shorter than the pitch of the light source 1051.
  • the pitch of the cap lens 1020 can be determined at the position where the amount of light is maximum.
  • the pitch (spacing) of the light sources 1051 in the light source control unit 1015a is defined as the interval P LED , and the distance between the second lens array including the condensing lens 1030 and the rows of the plurality of light sources 1051 is set to P LED.
  • the distance between is called f c .
  • the distance between the third lens array including the cap lens 1020 and the second lens array is referred to as distance d cap .
  • the pitch (spacing) P cap of the cap lens 1020 of the third lens array is preferably determined from the following equation (13).
  • the three-dimensional display device 1010 of this embodiment since it includes a third lens array including a plurality of cap lenses 1020, light efficiency can be improved by increasing the amount of light taken from the light source 1051. Additionally, using the third lens array can contribute to uniformly illuminating the converging lens 1030. Additionally, by appropriately determining the pitch of the cap lens 1020, light efficiency can be improved by further increasing the amount of light taken from the light source 1051.
  • the 11th embodiment is an example of high-level conceptualization using the second lens element (second cylinder lens) 31 and the regular hexagonal lens 1031 as the converging lens 1030 in the second lens array.
  • Figure 53 is a configuration diagram illustrating a three-dimensional display device according to an embodiment of the disclosure.
  • the stereoscopic display device 1011 includes a display unit 10, a display driver 17 that displays element images of the stereoscopic image on the display unit 10, and a light source control unit 1015b, which is located on the back of the display unit 10.
  • a lenticular sheet 40 as a first lens array including a plurality of first lens elements (first cylinder lenses) 41 arranged at a predetermined pitch as a first lens array disposed on the side, and a rear surface of the first lens array
  • a second lens array disposed on the side including a plurality of condensing lenses 1030 arranged at a pitch wider than the first cylinder lens, and a plurality of light sources disposed on the back side of each condensing lens 1030.
  • each diffusion sheet 81 disposed between the display portion 10 and the first lens array and disposed at a position containing each focal position of each first lens element (first cylinder lens) 41. It is provided with a light source control unit 1015b and a light source driver 19 that drives the light source to illuminate the element image.
  • the condenser lens 1030 may be a second lens element (second cylinder lens) 31.
  • the second lens array includes a plurality of second lens elements (second cylinder lenses) 31 arranged at a pitch wider than that of the first cylinder lens.
  • the converging lens 1030 may be a regular hexagonal lens 1031.
  • the second lens array includes a plurality of regular hexagonal lenses 1031 arranged at a wider pitch than the first cylindrical lens.

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  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Abstract

본 개시는 깊이를 확보하면서 선명한 입체 영상을 최적화하여 표시한다. 입체 표시 장치가 제공된다. 입체 표시 장치는 표시부와, 입체 영상의 요소 화상을 표시부에 표시하는 표시 구동부와, 표시부의 배면 측에 배치된 제1 렌즈 어레이로서 소정의 피치로 배열된 복수의 제1실린더 렌즈를 포함하는 제1렌즈 어레이, 제1렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 제2렌즈 어레이로서 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 제2 실린더 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이, 각 제2 실린더 렌즈의 배면 측에 배치된 복수의 선 광원, 표시부와 제1 렌즈 어레이 사이에 배치되며, 각 제1 실린더 렌즈의 각 초점 위치를 포함하는 위치에 배치된 확산 시트를 포함하는 광원 제어부와, 요소 화상을 조명하는 선 광원을 구동시키는 광원 구동부를 포함한다.

Description

입체 표시 장치 및 입체 표시 방법
본 개시는 입체 표시 장치 및 입체 표시 방법에 관한 것이다.
입체 영상을 표시하는 기술은 오래 전부터 제안되어 왔으며(예: 특허문헌 1 참조), 특히 입체 영상을 표시하는 기술로서 라이트 필드(light field) 기술이 주목을 받고 있다(예: 비특허문헌 1 참조).
상기 정보는 본 개시에 대한 이해를 돕기 위한 배경 정보로만 제공된다. 상기 정보 중 어느 하나라도 본 개시와 관련하여 선행기술로서 적용될 수 있는지 여부에 대해서는 어떠한 결정도 이루어지지 않았으며, 어떠한 주장도 이루어지지 않았다.
[선행기술 문헌]
[특허문헌 1]일본 특허 제5760428호
[특허문헌 2]일본 특허 제6791058호
[비특허문헌 1]Boyang Liu, Xinzhu Sang, Xunbo Yu, Xin Gao, Li Liu, Chao Gao, Peiren Wang, Yang Le, and Jingyan Du, "Time-multiplexed light field display with 120-degree wide viewing angle," Opt. Express(2019) 27, 35728-35739
하지만, 라이트 필드 기술은 이론적으로 해상도에 한계가 있다. 따라서, 깊이 또는 심도를 확보하면서 해상도를 향상시키는 3차원(3D) 표시가 요구되고 있다.
본 개시의 측면은 적어도 위에서 언급된 문제 및/또는 단점을 다루고 적어도 아래에 설명된 이점을 제공하는 것이다. 따라서, 본 개시의 일 측면은 깊이를 확보하면서 보다 선명한 3차원 영상을 적합하게 표시하는 입체 표시 장치 및 입체 표시 방법을 제공하는 것에 있다.
추가적인 측면은 부분적으로 다음의 설명에 개시될 것이며, 부분적으로는 설명으로부터 명백하거나 제시된 실시예에 의해 알 수 있을 것이다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 입체 표시 장치가 제공된다. 상기 입체 표시 장치는 표시부와, 입체 영상의 요소 화상을 상기 표시부에 표시시키는 표시 구동부와, 광원 제어부로서, 상기 표시부의 배면 측에 배치된 제1 렌즈 어레이로서 소정 피치로 배열된 복수의 제1 실린더 렌즈를 포함하는 제1 렌즈 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 제2 렌즈 어레이로서 상기 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 제2 실린더 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이와, 각 제2 실린더 렌즈의 배면 측에 배치된 복수의 광원과, 상기 표시부 및 상기 제1 렌즈 어레이의 사이에 배치되고 각 제1 실린더 렌즈의 각 초점 위치를 포함하는 위치에 배치된 확산시트를 갖는 광원 제어부와, 상기 요소 화상을 조명하는 상기 복수의 광원을 구동시키는 광원 구동부를 포함한다.
본 개시의 다른 일 측면에 따르면, 입체 표시 장치에 의한 입체 표시 방법이 제공된다. 상기 입체 표시 방법은 표시부와, 입체 영상의 요소 화상을 상기 표시부에 표시시키는 표시 구동부와, 광원 제어부로서, 상기 표시부의 배면 측에 배치된 제1 렌즈 어레이로서 소정 피치로 배열된 복수의 제1 실린더 렌즈를 포함하는 제1 렌즈 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 제2 렌즈 어레이로서 상기 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 제2 실린더 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이와, 각 제2 실린더 렌즈의 배면 측에 배치된 복수의 광원과, 상기 표시부 및 상기 제1 렌즈 어레이의 사이에 배치되고 각 제1 실린더 렌즈의 각 초점 위치를 포함하는 위치에 배치된 확산 시트를 포함하는 광원제어부와, 상기 요소 화상을 조명하는 상기 복수의 광원을 구동시키는 광원 구동부를 포함하는 입체 표시 장치에 있어서, 상기 복수의 요소 화상을 상기 표시부에 표시시키고, 상기 복수의 광원을 순차적으로 구동시킨다.
본 개시의 다른 측면, 장점 및 두드러진 특징은 첨부된 도면과 함께 본 개시의 다양한 실시예를 개시하는 다음의 상세한 설명으로부터 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
본 개시에 따르면, 깊이를 확보하면서 보다 선명한 3차원 영상을 적합하게 표시하는 입체 표시 장치 및 입체 표시 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 특정 실시예의 상기 및 기타 측면, 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 고려되는 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 표시 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 표시 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 표시 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 시야를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 깊이와 한계 공간 주파수 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 시야각과 렌즈 화소 사이의 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 개시의 일 실시예에 따른 2종류의 표시 방식에서 관찰 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 9는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 대응 관계에 있는 제2 렌즈 소자 및 광원 유닛의 단면도이다.
도 11은 개시의 일 실시예에 따른 광원 유닛의 조감도이다.
도 12는 개시의 일 실시예에 따른 영역 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 개시의 일 실시예에 따른 깊이 영역(depth area)에서의 광원 구동의 필드 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 개시의 일 실시예에 따른 시야각과 제1 렌즈 소자의 렌즈 피치 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치(1)의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 개시의 일 실시예에 따른 광원 구동 및 표시 구동의 타이밍 차트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 개시의 일 실시예에 따른 광원 구동 및 표시 구동의 타이밍 차트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 18은 개시의 일 실시예에 따른 다 시점 영상으로부터 제1 화상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 개시의 일 실시예에 따른 영역 분할을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 개시의 일 실시예에 일 변형예에 따른 실린더 렌즈 어레이 및 렌티큘러 시트의 배치를 나타내는 도면이다.
도 21은 개시의 일 실시예에 일 변형예에 따른 렌티큘러 시트의 제1 렌즈 소자 및 시차 화상의 배치를 나타내는 도면이다.
도 22는 개시의 일 실시예에 일 변형예에 따른 이방성 확산 시트의 배치를 나타내는 도면이다.
도 23은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 24는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 확산 시트와 요소 화소 사이의 관계를 예시한 도면이다.
도 25는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 슬릿을 갖는 차폐판을 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 26은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 실린더 렌즈 어레이의 제2 렌즈 소자의 배치를 예시한 상면도이다.
도 27은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 실린더 렌즈 어레이의 제2 렌즈 소자의 배치를 예시한 사시도이다.
도 28은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 확산 시트를 통해 본 실린더 렌즈 어레이를 예시한 상면도이다.
도 29는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 30은 개시의 일 실시예에 따른 시간 다중 필드 제어를 예시한 도면이다.
도 31은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 광원 제어부의 광원의 설치 폭과 집광점 변위폭을 예시한 도면이다.
도 32는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 33은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 시야 다중을 시간 다중화 한 화면 표시를 예시한 도면이다.
도 34는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 35는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 36은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 기록 광학계를 예시한 구성도이다.
도 37은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 재생 광학계를 예시한 구성도이다.
도 38은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 39는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 5분할 2 시프트 점등 순서를 예시한 도면이다.
도 40은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제1 렌즈 어레이의 렌티큘러 시트, 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈, 및 광원의 배치를 예시한 평면도이다.
도 41은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 표시부, 확산 시트, 제1 렌즈 어레이의 렌티큘러 시트, 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈, 및 광원의 배치를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 42는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 확산 시트 면의 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 43은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈 및 광원의 배치를 예시한 평면도이다.
도 44는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제1 렌즈 어레이의 렌티큘러 시트의 배치를 예시한 평면도이다.
도 45는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 콘트라스트를 예시한 그래프로, 가로축은 공간 주파수를 나타내고, 세로축은 콘트라스트를 나타낸다.
도 46은 개시의 일 실시예에 관한 입체 표시 장치에서 광원 제어부를 예시한 단면도이다.
도 47은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제3 렌즈 어레이로서 허니컴 렌즈 어레이를 예시한 평면도이다.
도 48은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제3 렌즈 어레이로서 2 층의 렌티큘러 시트를 예시한 도면이다.
도 49는 개시의 일 실시예에 관한 입체 표시 장치에서 광원 제어부를 예시한 단면도이다.
도 50은 개시의 일 실시예에 관한 입체 표시 장치에서 광원 제어부를 예시한 단면도이다.
도 51은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제3 렌즈 어레이의 캡 렌즈 위치와 광량 간의 관계를 예시한 그래프로, 가로축은 캡 렌즈의 위치를 나타내고, 세로축은 광량을 나타낸다.
도 52는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 광원 간의 거리와 캡 렌즈 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 53은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치를 예시한 구성도이다.
도면 전반에 걸쳐, 유사한 참조 번호는 유사한 부품, 구성요소 및 구조를 지칭하는 것으로 이해될 것이다.
첨부된 도면을 참조한 다음의 설명은 청구범위 및 그 등가물에 의해 정의된 본 개시의 다양한 실시예의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 여기에는 이해를 돕기 위한 다양한 구체적인 세부 사항이 포함되어 있지만 이는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 통상의 기술자는 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 개시에 설명된 다양한 실시예의 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 공지의 기능 및 구성에 대한 설명은 명료성과 간결성을 위하여 생략할 수 있다.
이하의 설명 및 청구범위에 사용된 용어 및 단어는 서지적 의미로 제한되지 않으며, 단지 본 개시의 명확하고 일관된 이해를 가능하게 하기 위해 발명자에 의해 사용된 것일 뿐이다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예에 대한 다음의 설명은 단지 설명의 목적으로만 제공되며, 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 정의된 바와 같이 본 개시를 제한할 목적으로 제공되는 것이 아니라는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥에서 달리 명백히 나타내지 않는 한 복수 지시 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어 "부품 표면(component surface)"에 대한 언급은 그러한 표면 중 하나 이상에 대한 언급을 포함한다.
개시 전체에서 "A, B 또는 C 중 적어도 하나"라는 표현은 A만, B만, C만, A와 B 모두, A와 C 모두, B와 C 모두, A, B, C의 전부 또는 이들의 변형을 나타낸다.
<발명자에 의한 사전 검토>
입체 영상을 표시하는 기술(이하, 입체 표시 기술이라고 함)은 종래부터 제안되어 왔다. 입체 표시 기술은 안경을 이용하는 방식과 안경을 이용하지 않는 방식으로 분류할 수 있다.
안경을 이용하는 방식은 안경을 착용하는 번거로움이나 관찰 위치에 따라 왜곡이 발생하는 등의 문제점이 있다고 알려져 있다.
안경을 이용하지 않는 방식은 수평 시차 방식과, 수평 및 수직의 양쪽의 시차를 얻을 수 있는 방식이 있다. 앞에 기술한 특허문헌 1은 셔터(shutter), 프리즘(prism), 및 렌티큘러 시트(lenticular sheet) 등을 조합한 백라이트(back light) 광학계 셔터를 전환함으로써, 백라이트 광원의 빛을 좌우 각각의 눈에 시분할로 전달하는 기술을 개시하고 있다. 이에 따라, 안경이 없는 고화질의 3차원 표시가 가능해진다. 그러나, 셔터 사용으로 인해 빛의 효율이 떨어지는 점과 넓은 범위에서는 자연스러운 운동 시차를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
여기서, 안경 없이 3차원 표시를 실현하는 입체 표시 장치의 구체적인 과제에 대해 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
이하 설명에서는, 입체 영상 표시 장치의 표시부의 주면(主面)과 수직인 방향(깊이 방향)을 Z축 방향으로 하고, 표시부의 주면과 평행한 방향으로서 화면의 좌우 방향을 X축방향으로 하며, 표시부의 주면에 평행한 방향으로서 화면의 상하 방향(수직 주사 방향이라고도 함)을 Y축방향으로 한다.
도 1 내지 도 3은 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 표시 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 시야를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 깊이와 한계 공간 주파수 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6은 개시의 일 실시예에 따른 관련 입체 표시 장치의 시야각과 렌즈 화소 간의 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6를 참조하면, 입체 표시 장치(100)는 광선 재생형 입체 표시 장치이다. 예를 들어, 입체 표시 장치(100)는 집적 영상 디스플레이(Integral Photography Display) 또는 라이트 필드 디스플레이(Light Field Display)와 같은 육안 3D 디스플레이이다. 구체적으로, 입체 표시 장치(100)는 다 시점 화상 그룹을 표시함으로써, 사용자의 양안 시차 또는 사용자가 시점을 이동시켰을 때에 발생하는 운동 시차를 발생시켜 사용자에게 입체 영상을 지각시킨다. 입체 표시 장치(100)는 표시부(10)와, 렌즈 어레이(lens array)(200)와, 광원(300)을 포함한다.
렌즈 어레이(200)는 복수의 렌즈 소자(201)가 배열된 것이다. 렌즈 소자(201)는 사출동공이라고도 불리며, 표시부(10)에 표시되는 요소 화상의 광선의 사출 방향을 제어한다. 요소 화상(elemental image)이란 각각의 눈에 대한 다른 이미지 정보를 포함하는 두 개의 이미지를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 두 개의 이미지는 두 눈이 다른 시점에서 보게 될 때의 입체적인 효과를 재현할 수 있다.
표시부(10)는 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 다이오드(OLED) 등으로서, 그 표시 영역의 형상은 사각형이며 복수의 화소(11)(표시 화소)를 가진다. 예를 들어, 표시부(10)는 화소(11A, 11B, 11C)를 갖는다. 도 1을 참조하면, 관련 입체 표시 장치(100)에서는 화소(11) 상에 렌즈 소자(201)를 배치함으로써, 화소(11)로부터의 광은 지향성을 갖게 된다. 예를 들면, 화소(11)와 렌즈 소자(201)의 주점 간 거리가 렌즈 소자(201)의 초점 거리인 경우, 화소(11)로부터의 광은 렌즈 소자(201)를 통해 평행광으로서 방출된다.
도 1의 일례에서는, 렌즈 소자(201-1) 아래에, 중앙에 있는 화소(11A)로부터의 광은 실선으로 나타낸 바와 같이 상 방향으로 출사된다. 우측에 있는 화소(11B)로부터의 광은 점선으로 나타낸 바와 같이 좌상 방향으로 출사된다. 또한, 좌측에 있는 화소(11C)로부터의 광은 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 우상 방향으로 출사된다. 이와 같이, 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11)로부터의 광은 각각 소정 방향의 광으로 표현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 화소(11)로부터의 광은 지향성을 갖기 때문에, 도 2를 참조하면 화소(11)마다 광선의 집합으로서, 1점의 깊이가 있는 점을 표현할 수 있다. 예를 들면, 점 PA는 각 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11A)로부터의 광이 모인 점이다. 점 PB는 각 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11B)로부터의 광이 모인 점이다. 여기서, 각 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11A)는 촬영된 물체의 동일한 위치에 대응하며, 그 위치는 점 PA에서 재현된다. 마찬가지로, 각 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11B)는 촬영된 물체의 동일한 위치에 대응하며, 그 위치는 점 PB에서 재현된다. 이와 같이, 입체 표시 장치(100)는 3차원의 깊이를 갖는 점을 공간상의 어느 한 점에 집광되는 광으로 표현하고 있다.
여기서, 각 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11)의 수는 유한하다. 도 3에 도시된 예에서는 설명을 위해 각 렌즈 소자(201) 아래에는 3 개의 화소(11A, 11B, 11C)가 있다고 가정한다. 예컨대, 렌즈 소자(201-1) 아래에는 3 개의 화소(11A-1, 11B-1, 11C-1)가 있다. 그리고, 이웃하는 렌즈 소자(201)에서는, 이웃하는 렌즈 소자(201) 아래의 화소(11)에 의해 광선이 표현된다. 따라서, 하나의 렌즈 소자(201-1)에서는 렌즈 소자(201-1) 바로 아래의 요소 화상의 범위에서 광선이 표현된다. 예를 들어, 렌즈 소자(201-1)로 표현할 수 있는 점의 범위는 이 렌즈 소자(201-1)의 주점(PC)과 요소 화상의 폭에 의해 결정되는 각도의 범위(시야각(θ))이 된다. 시야각(θ)의 외측에 대해서는, 이웃하는 렌즈 소자(201) 아래의 요소 화상에 의한 광이 나타난다. 따라서, 의도한 입체 영상을 표현하는 것이 불가능하다. 따라서, 요소 화상으로부터 렌즈 소자(201)를 통해 표시되는 표시 범위의 중첩 범위가 관찰 가능한 범위(시야)가 된다.
도 4의 예에서는 해칭된 영역(Vr)이 표시부(10) 화면의 끝단에서 끝단까지의 표시 범위가 겹치는 부분에 해당하는 시야를 나타낸다. 화면 양단의 시야각을 약간 내측을 향하도록 설계하여 양단으로부터의 광이 해칭된 영역에서 관찰될 수 있음을 나타내고 있다. 화면 내의 시야각은 화면 내에서 연속적으로 변화하고 있으며, 양단으로부터의 광선이 교차하는 영역에서는 화면 내의 모든 광선을 관찰할 수 있기 때문에 이 영역(Vr)이 표시 범위가 된다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 입체 표시 장치(100)에 의해 표시되는 입체 영상의 깊이량과 공간 주파수 사이의 관계에 대하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 입체 표시 장치(100)에 의해 표시되는 3차원 영상은 해당 3차원 영상을 구성하는 화소가 표시되는 위치가 표시부(10)로부터 멀어질수록 표시할 수 있는 공간 주파수가 거칠어지는 성질 가지고 있다. 이것은 요소 화상을 구성하는 화소가 폭을 갖고 있기 때문이다. 여기서, 화소의 폭을 Pp, 렌즈 소자(201)와 표시부(10)에 표시되는 화소 사이의 거리(이하, 「렌즈 화소간 거리」라고 함)를 g, 공간 주파수를 ν(cycle/mm)로 할 때 표시되는 한계의 깊이량 (DL)은 이하의 식 (1)로 나타낼 수 있다.
[식 1]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000001
하지만, 렌즈 어레이(200)의 렌즈 소자(201)의 렌즈 폭보다 미세한 공간 주파수로 3 차원 영상을 표시할 수는 없다. 따라서, 표시부(10)에 가까운 부분에서는 표시되는 3 차원 영상의 공간 주파수가 렌즈 소자(201)의 렌즈 폭에 의해 결정되는 공간 주파수가 된다. 표시부(10)로부터 멀리 떨어진 깊이(렌즈 폭으로 공간 주파수가 제한되지 않는 깊이)에서보다 미세한 공간 주파수로 3 차원 영상을 표시하고자 하는 경우에는 렌즈 화소간 거리(g)를 크게 하면 된다.
여기서, 도 6을 참조하면, 요소 화상폭(Ep)과 시야각(θ)과 렌즈 화소간 거리(g)의 관계는, 이하의 식(2)로 나타낼 수 있다.
　[식2]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000002
식 (2)에서 알 수 있듯이, 요소 화상폭(Ep)이 동일한 경우 렌즈 화소간 거리(g)가 커지면 시야각(θ)이 좁아진다. 한편, 요소 화상폭(Ep)을 넓게 하면, 렌즈 폭도 넓어져 공간 주파수(ν)가 거칠어진다. 예를 들어, 깊이량(DL)과 시야각(θ)과 최대가 되는 공간수 주파수(ν)는 각각 트레이드 오프의 관계로 되어 있다. 따라서, 넓은 범위에서 운동 시차를 갖는 광선 재생형 입체 장치에서, 정체되는 해상도보다는 선명한 3차원 표시를 실현하는 것이 요구되고 있다.
한편, 상술한 비특허문헌 1은 특허문헌1과 마찬가지로 시분할을 이용하여 안경 없이 3차원 표시를 실현하는 기술을 개시하고 있다. 비특허문헌 1에 기재된 기술은 복수의 광원을 시분할로 전환하는 실린더 렌즈(cylindrical lens)의 백라이트와, LCD 전면의 렌티큘러 시트에 의해 복수의 시차 방향의 표시 범위를 넓힐 수 있다. 그러나, 표시되는 필드의 해상도가 1 / 시차수로 저하된다는 문제점이 있었다.
이하의 실시예 중 적어도 하나는 상기 과제를 해결할 수 있다.
<제1 실시예>
우선, 제1 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예의 입체 표시 장치는 실린더 렌즈 어레이와 표시부 배면의 렌티큘러 시트를 포함하여 복수의 광원을 시분할로 전환한다. 이에 따라, 복수의 시차 방향의 표시 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 본 실시예의 입체 표시 장치는 시차 표시 방식 이외에, 광원의 발광 범위를 넓힌 고화질 표시 방식도 취할 수 있다. 또한, 본 실시예의 입체 표시 장치는 조명 형태를 표시부의 영역(area) 또는 필드 별로 다르게 하고, 영역 또는 필드 별로 표시 내용을 최적화함으로써 깊이를 확보하면서 보다 선명한 3 차원 영상을 적합하게 표시한다. 도 7은 개시의 일 실시예에 따른 2종류의 표시 방식에서의 관찰 방법을 설명하기 위한 도면이다.
(시차 표시 방식의 관찰 방법)
도 7을 참조하면, 시차 표시 방식에서는 입체 표시 장치(1)가 입체 영상(92)을 표시한다. 상술한 바와 같이, 시차 표시 방식에서는 시야가 한정된다. 사용자(96, 97)는 시야 내에서 편안한 자세로 입체 표시 장치(1) 상에 표시된 입체 영상(92)을 관찰한다.
입체 영상(92)은 입체 표시 장치(1)로부터의 광선의 집합으로서 구성되어 있다. 인간은 양쪽 눈을 사용하여 대상을 바라봄에 따라 발생하는 양안 시차, 즉 좌우 눈의 망막 이미지의 차이에 의해 깊이를 인식한다. 또한, 운동 시차, 즉 관찰자와 대상물의 상대적인 운동에 의해 발생하는 망막 이미지의 변화에 의해서도 깊이를 인식한다. 이로 인해 사용자(96, 97)는 입체 영상(92)을 관찰할 수 있다.
사용자(96 및 97)는 시야 내에서 머리를 좌우로 움직였을 때 각각의 위치에서 상이한 입체 영상(92)를 관찰할 수 있다. 도 1에는 좌우로 사용자(96, 97)가 도시되어 있다. 사용자(96, 97)는 서로 다른 방향에서 입체 영상(92)을 관찰하고 있기 때문에 각각 서로 다른 입체 영상(92)을 관찰할 수 있다. 예를 들면, 입체 영상(92)로서 사과를 표시하고 있을 때 사용자(96)는 우측면을 관찰할 수 있고, 사용자(97)는 좌측면을 관찰할 수 있다.
여기서, 사용자(96, 97)가 입체 영상(92)을 관찰하는 각도를 「관찰 각도」라고 지칭한다. 관찰 각도는 Z축 방향과 사용자(96, 97)가 관찰하는 방향이 이루는 각도(단, 절대값은 90°이하)이다. 입체 영상(92)을 기준으로 하여 Z축 정방향에 있는 사용자(미도시)의 관찰 각도가 0°이고, 사용자(96)의 관찰 각도(θa)는 -45°이고, 사용자(97)의 관찰 각도(θb)는 45°이다.
사용자(96, 97)가 입체 영상(92)을 관찰하는 방향은 사용자(96, 97)에 대하여 입체 영상(92)이 표시되는 방향(입체 영상(92)의 표시 방향)과 반대이므로, 관찰 각도는 「표시 각도」 라고도 지칭된다. 표시 각도는 Z축 방향과 입체 영상(92)의 표시 방향이 이루는 각도(단, 절대값은 90° 이하)이다.
또한, 본 제1 실시예에 따르면, 입체 표시 장치(1)는 입체 영상(92)의 1 장면의 깊이를 표현하기 위해 표시 각도 범위 별로 깊이 영역(depth area)의 요소 화상을 시분할(필드 분할)로 표시한다. 입체 표시 장치(1)는 일례로, 필드(F1, F2, F3)를 3개로 분할하여 표시한다. 필드(F1)은 표시 각도 범위가 -30°~ 30°인 입체 영상(92)을 표시하는 필드이다. 필드(F2)는 표시 각도 범위가 -60°~ -30°인 입체 영상(92)을 표시하는 필드이다. 필드(F3)은 표시 각도 범위가 30°~ 60°인 입체 영상(92)을 표시하는 필드이다. 3 종류의 필드를 고속으로 반복함으로써 관찰 각도가 -60°~ 60°범위인 사용자(96, 97)가 입체 영상(92)를 관찰할 수 있다.
할당된 표시 각도 범위의 중앙 표시 각도에 대응하는 표시 방향을 주표시 방향이라고 지칭한다. 표시 각도 범위가 -30°~ 30°인 경우, 주표시 방향은 표시 각도 0°의 표시 방향이다. 표시 각도 범위가 -60°~ -30°인 경우, 주표시 방향은 표시 각도 -45°의 표시 방향이다. 표시 각도 범위가 30°~ 60°인 경우, 주표시 방향은 표시 각도 45°의 표시 방향이다.
(고화질 표시 방식의 관찰 방법)
고화질 표시 방식에서는 입체 표시 장치(1)가 2차원 영상(94)을 +Z축 방향으로 표시한다. 그리고, 사용자(96, 97)는 입체 표시 장치(1) 상에 표시되는 2차원 영상(94)을 2차원 영상으로서 인식한다. 따라서, 관찰되는 2차원 영상(94)은 관찰 각도에 관계없이 균일하다.
제1 실시예는 입체 표시 장치(1)가 광원의 발광을 영역으로 분할하고, 영역(area)마다 시차 표시 방식인지 고화질 표시 방식인지를 선택할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 영역마다 표시 방식을 다르게 하는 것을 「영역 분할」이라고 지칭하고, 영역에 대응하는 방식으로 표시 구동 및 광원 구동을 실시하는 것을 「영역 제어」라고 지칭한다.
입체 표시 장치(1)는 시차 표시 방식이 적용되는 영역에 대해서는 입체 영상(92)을 표시한다. 시차 표시 방식이 적용되는 영역은 깊이 영역이라고도 지칭된다. 한편, 입체 표시 장치(1)는 고화질 표시 방식이 적용되는 영역에 대해서는 2차원 영상(94)을 표시한다. 고화질 표시 방식이 적용되는 영역은 고화질 영역이라고도 지칭된다. 이하에서는, 입체 영상(92) 및 2차원 영상(94)을 총칭하여 표시 영상이라고 지칭할 수도 있다.
다음으로, 상술한 2 종류의 표시 방식을 하나의 장치에서 실현하는 입체 표시 장치(1)의 구성을 도 8 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 도 8 및 도 9는 제1 실시예에 따른 입체 표시 장치(1)의 개략적인 단면도이다.
도 8은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8을 참조하면, 도 8은 시차 표시 방식 적용 시의 입체 표시 장치(1)를 나타낸다. 입체 표시 장치(1)는 상술한 표시부(10) 이외에 광원 제어부(15)를 포함한다.
시차 표시 방식이 적용된 경우, 표시부(10)는 사용자가 표시 영상의 깊이 성분(입체 영상(92))을 인식하도록 하는 복수의 제1 화상을 표시한다. 제1 화상은 다 시점 화상 중 제1 화상이 대응하는 필드의 표시 각도 범위에 대응하는 화상을 합성한 2차원의 요소 화상이다. 표시되는 제1 화상은 대응하는 표시 영상의 표시 방향이 필드마다 다르다. 다 시점 화상은 피사체를 복수의 서로 다른 시점으로부터 촬영한 화상이며, 컴퓨터 그래픽스(CG)에 의해 생성된 화상을 포함한다.
광원 제어부(15)는 광선의 사출 방향을 제어하는 부재이다. 광원 제어부(15)는 렌티큘러 시트(40), 실린더 렌즈 어레이(30), 및 복수의 광원 유닛(50)을 갖는다.
　렌티큘러 시트(40)는 제1 렌즈 어레이라고도 불린다. 렌티큘러 시트(40)는 표시부(10)의 배면 측에 배치된다. 렌티큘러 시트(40)는 소정 피치로 배열된 복수의 제1 렌즈 소자(41)를 포함하고 있다. 제1 렌즈 소자(41)는 제1 실린더 렌즈라고도 불리는 사출동공이다. 제1 렌즈 소자(41)는 원주를 모선에 평행한 면으로 절취한 반 원통 형상을 갖는다. 제1 실시예에서 제1 렌즈 소자(41)는 능선의 연신 방향, 즉 반 원통의 축방향이 Y축 방향과 대략 평행하도록 배치된다.
실린더 렌즈 어레이(30)는 제2 렌즈 어레이라고도 불린다. 실린더 렌즈 어레이(30)는 렌티큘러 시트(40)의 배면 측에 배치된다.
실린더 렌즈 어레이(30)는 렌티큘러 시트(40)에 포함되는 제1 렌즈 소자(41)의 피치보다 넓은 피치로 배열된 복수의 제2 렌즈 소자(31)를 포함하고 있다. 다시 말해, 제1 렌즈 소자(41)는 촘촘하게 배치되고, 제2 렌즈 소자(31)는 상대적으로 듬성듬성하게 배치된다. 제2 렌즈 소자(31)는 제2 실린더 렌즈라고도 불리는 사출동 공이다. 제2 렌즈 소자(31)는 입사광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터로서 기능한다. 도 8에 도시된 제2 렌즈 소자(31)는 반원통 형상 표면의 X축 방향 양단부에 미세한 복수의 톱니 모양의 돌기를 형성한 프레넬 렌즈이지만, 톱니 모양의 돌기가 없을 수도 있다. 프레넬 렌즈를 사용할 경우, 렌즈의 두께를 얇게 할 수 있다.
복수의 광원 유닛(50) 각각은 실린더 렌즈 어레이(30)에 포함되는 각 제2 렌즈 소자(31)의 배면 측에 배치된다. 각 광원 유닛(50)은 복수의 선 광원(51)과, 각 선 광원(51)에 대응하여 마련되는 차광벽(52)을 갖는다. 복수의 선 광원(51)은 예를 들어, 선 광원(51A, 51B, 51C)을 포함한다. 차광벽(52)은 각 선 광원(51A, 51B, 51C)에 대응하도록 차광벽(52A, 52B, 52C)을 포함한다. 각 선 광원(51A, 51B, 51C)은 광원(51A-1, 51B-1, 51C-1)을 포함하고, 각 차광벽은 차광벽(52A-1, 52B-1, 52C-1)을 포함한다.
선 광원(51)은 단일 광원이라고도 불린다. 선 광원(51)은 예를 들어, LED이다. 선 광원(51)은 표시부(10)의 화소(11) 배열의 수직 방향, 즉 Y축 방향을 따라 연장된다. 하나의 광원 유닛(50)에 포함되는 선 광원(51)은 각각 다른 표시 방향의 각도 범위(표시 각도 범위)에 대응하여 마련된다. 구체적으로, 각 선 광원(51)은 하나의 광원 유닛(50)에서 표시부(10)의 화소(11) 배열의 수평 방향, 즉 X축 방향으로 소정의 간격을 두고 배열되어 있다. 각 선 광원(51)은 단면으로 볼 때 제2 렌즈 소자(31)의 주점(PF)을 중심으로 초점 거리(df)만큼 떨어진 동심원 상에 배치된다. 이러한 배치로 인해 구면 수차의 영향을 받기 어려워진다.
일례로서, 입체 표시 장치(1)는 각 광원 유닛(50)에 포함되는 선 광원(51) 중 각 필드에서 1개의 선 광원(51)을 점등한다. 도면에 도시된 바와 같이, 선 광원(51A-1)으로부터 방출된 광은 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31-1)에서 +Z축 방향에 평행하도록 변환된다. 평행 광화된 광은 렌티큘러 시트(40)에 포함되는 제1 렌즈 소자(41-1)에 의해 점(PD-1)에서 집광된다. 점(PD-1)에서 집광된 광은 이 후 +Z축 방향을 향함에 따라 확산되어 점(PD-1)보다 +Z축 방향에 배치된 표시부(10)를 조명한다. 선 광원(51B-1, 51C-1)도 마찬가지이다.
따라서, 점(PD)은 도 8의 렌즈 소자(201)의 주점인 점(PC)과 동일한 역할을 한다. 또한, 점(PD)는 가상 광원으로 볼 수도 있다.
여기서, 표시부(10)는 렌티큘러 시트(40)로부터 렌티큘러 시트(40)의 초점 거리보다 약 2배 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 약 2배란 2배이거나1.9배 이상 2.1배 이하일 수도 있다. 이와 같이 배치할 경우, 집광된 광과 화소(11)의 관계로부터 관찰하는 방향에 따라 다른 화소(11)가 조명된다. 예를 들어, 화소(11)는 지향성을 갖게 된다.
1 개의 선 광원(51)으로 제1 화상을 조명한 경우, 입체 표시 장치(1)는 렌티큘러 시트(40)의 제1 렌즈 소자(41)의 피치에 의존하는 해상도로 표시할 수 있다.
일반적으로, 광원이 되는 LED의 폭은 화소(11)에 비해 커서 평행 광화된 경우 광선의 확산이 커지기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)의 피치를 듬성듬성 성기게 하여 초점 거리를 길게 함으로써 상대적으로 광선의 확산을 좁힐 수 있다. 이로 인해, 렌티큘러 시트(40)의 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광된 점(PD)의 폭을 좁힐 수 있다. 그 결과, 표시 영상의 크로스토크를 줄일 수 있다.
도 9는 개시의 일 실시예에 따른 고화질 표시 방식을 적용한 경우의 입체 표시 장치를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 도 9는 입체 표시 장치(1)의 구성 요소 배치가 도 8과 동일하지만, 표시부(10)에 표시되는 화상의 종류, 광원의 점등 형태, 및 광의 진행 상태가 도 8과 상이하다.
고화질 표시 방식이 적용된 경우, 입체 표시 장치(1)의 표시부(10)는 사용자가 입체 영상(92)의 평면 성분(2차원 영상(94))을 인식하도록 하는 적어도 하나의 제2 화상을 표시한다. 제2 화상은 2차원 화상이다.
입체 표시 장치(1)는 고화질 표시 방식에서 하나의 광원 유닛(50)에 포함되는 광폭 광원을 점등한다. 광폭 광원은 단일 광원보다 발광 폭이 넓다. 제1 실시예에서 입체 표시 장치(1)는 하나의 광원 유닛(50)에 포함되는 선 광원(51) 중 점등하는 선 광원(51)의 수를 시차 표시 방식으로 점등하는 선 광원(51)의 수보다 증가시킨다. 일례로, 입체 표시 장치(1)는 각 광원 유닛(50)에 포함되는 선 광원(51) 중 3 개의 선 광원(51A, 51B 및 51C)을 점등한다. 이에 따라, 복수의 선 광원(51)은 보다 넓은 범위를 조명하는 면 광원으로서 기능한다. 면 광원으로 조명한 경우, 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)의 초점면(F)에서는 한 점에 집광시키지 않고 넓은 범위를 조명하게 된다. 따라서, 모든 화소(11)가 균일하게 조명되기 때문에, 모든 화소(11)가 어느 관찰 방향으로부터도 관찰할 수 있게 된다. 이 경우, 입체 표시 장치(1)는 표시부(10)의 표시 해상도로 제2 화상을 표시할 수 있다. 입체 표시 장치(1)의 각 광원 유닛(50)이 선 광원(51)과는 다른 면 광원을 구비하는 경우, 입체 표시 장치(1)는 고화질 표시 방식에서 폭넓은 광원으로서 해당 면 광원을 점등시킬 수도 있다.
입체 표시 장치(1)는 상술한 2 개의 조명 방법을 영역 별로 조합함으로써, 고화질이며 깊이를 갖는 영상을 표시할 수 있다.
도 10은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 대응 관계에 있는 제2 렌즈 소자 및 광원 유닛의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 대응 관계에 있는 제2 렌즈 소자(31) 및 광원 유닛(50)은 차광벽(52)에 의해 폐쇄된 시스템을 구성한다.
광원 유닛(50)의 차광벽(52)은 광을 차폐하는 재질로 이루어지며, 외부로부터의 광의 입사를 저해한다. 광원 유닛(50)의 차광벽(52)은 복수의 선 광원(51)을 지지하는 받침대로서도 기능한다. 차광벽(52)은 선 광원(51)의 광축이 대응하는 주표시 방향을 향하도록 선 광원(51)을 지지한다.
차광벽(52A)은 단면에서 볼 때 X축 방향을 따라 배치된다. 차광벽(52A)은 주표시 방향의 표시 각도가 0°인 선 광원(51A)을 지지하고 있다. 차광벽(52A)은 +X축 방향의 단부가 차광벽(52B)에 접속되고, -X축 방향의 단부가 차광벽(52C)에 접속된다. 차광벽(52B)은 단면에서 볼 때 X축 방향으로부터 45°경사지도록 배치된다. 차광벽(52B)은 주표시 방향의 표시 각도가 -45°인 선 광원(51B)을 지지하고 있다. 차광벽(52C)은 단면에서 볼 때 X축 방향으로부터 -45°경사지도록 배치된다. 차광벽(52C)은 주표시 방향의 표시 각도가 45°인 선 광원(51C)을 지지하고 있다.
도 11은 개시의 일 실시예에 따른 광원 유닛(50)의 조감도이다.
도 11을 참조하면, 복수의 광원 유닛(50)은 제2 렌즈 소자(31)와 마찬가지로 X축 방향을 따라 접속된다. 인접하는 광원 유닛(50)에서 선 광원(51A) 간의 거리는 실린더 렌즈 어레이(30)에 포함되는 제2 렌즈 소자(31)의 피치와 동일하다. 선 광원(51B) 간의 거리 및 선 광원(51C) 간의 거리도 마찬가지이다.
차광벽(52B)은 +X축 방향의 단부가 인접하는 광원 유닛(50)의 차광벽(52C)에 접속된다. 차광벽(52C)은 -X축 방향의 단부가 인접하는 광원 유닛(50)의 차광벽(52B)에 접속된다. 접속되는 차광벽(52B)과 차광벽(52C)은 +축 방향을 향할수록 X축 방향으로 서로 가까워진다.
예를 들어, 차광벽(52B, 52C)은 자기 광원 유닛(50)의 선 광원(51A)과 인접하는 광원 유닛(50)의 선 광원(51A) 사이에 배치되고, 인접하는 광원 유닛(50)으로부터 대응하는 실린더 렌즈 어레이(30)로의 빛의 입사를 저해하도록 구성된다. 이로 인해, 대응하지 않는 광원 유닛(50)의 광에 의한, 대응하지 않는 각도로의 광의 출사를 방지할 수 있다. 일반적으로, 대응하지 않는 각도로의 광의 출사에 의해 소위, 중복 3차원 영상이 형성되는 경우, 복수의 광원 유닛(50)에 의해 대응하는 각도로 평행 광을 입사시킬 때 방해가 된다. 그러나, 상술한 구성을 가질 경우, 중복 3차원 화상이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 복수의 광원 유닛(50) 각각은 표시부(10)의 Y축 방향을 따라 배열되는 광원 블록(BL1, BL2, ...... BLn)을 포함하고 있다. 구체적으로, 각 광원 유닛(50)에 포함되는 광원 블록(BL)은 Y축 방향을 따라 서로 접속된다. 보다 구체적으로, 광원 블록(BL1)에 포함되는 차광벽(52A, 52B, 52C)의 Y축 정방향의 단부가 각각 광원 블록(BL2)에 포함되는 차광벽(52A, 52B, 52C)의 Y축 부방향의 단부에 접속된다.
도 12는 개시의 일 실시예에 따른 영역 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 입체 표시 장치(1)는 표시부(10)를 깊이 영역(AR1)과 고화질 영역(AR2)으로 분할한다. 그리고, 입체 표시 장치(1)는 영역의 종류에 따른 화상을 표시하고, 영역의 종류에 따른 광원을 구동시켜 조명한다.
구체적으로, 깊이 영역(AR1)에서는 입체 표시 장치(1)의 표시부(10)가 현재 필드에 대응하는 제1 화상을 표시한다. 그리고, 깊이 영역(AR1)에서는 입체 표시 장치(1)의 광원 유닛(50)이 3개의 선 광원(51) 중 현재의 필드에 대응하는 선 광원(51)을 점등한다. 또한, 광원 유닛(50)은 광원(51A-1, 51A-2, 51A-3, 51A-4, 51B-1, 51B-2, 51B-3, 51B-4, 51C-1, 51-C2, 51C-3, 51C-4)을 포함한다.
고화질 영역(AR2)에서는 입체 표시 장치(1)의 표시부(10)가 필드에 관계없이 미리 정해진 제2 화상을 표시한다. 그리고, 고화질 영역(AR2)에서는 입체 표시 장치(1)의 광원 유닛(50)이 3개의 선 광원(51) 모두를 점등한다.
도 13은 개시의 일 실시예에 따른 깊이 영역(AR1)에서 광원 구동의 필드 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 필드(F1)에서, 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)의 배면에 설치된 선 광원(51A)으로부터 방사된 광은 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)에서 정면으로 대향(正對)하는 평행광이 된다. 그리고, 평행광은 렌티큘러 시트(40)의 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광된다. 이 광은 제1 렌즈 소자(41)의 초점 거리, 제1 렌즈 소자(41)의 피치, 및 조명하는 평행광의 각도로 결정되는 표시 각도 범위의 광으로서, 표시부(10)를 조명한다. 예를 들어, 입체 표시 장치(1)는 입체 영상(92)을 표현하는 광선을 표시 각도 범위로 재현할 수 있다.
여기서는, 가령 필드(F1)의 표시 각도 범위를 ±30°= 60°의 범위로 한다. 이 경우, 필드(F2)에서, 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)에 대해 초점 거리(df)만큼 떨어진 선 광원(51B)을 점등한다. 이 때, 제2 렌즈 소자(31)에 의해 평행화된 광은 45°의 각도를 가져서 렌티큘러 시트(40)의 제1 렌즈 소자(41)에 입사한다. 그리고, 광이 -30°~ -60°의 표시 각도 범위의 광으로서 표시부(10)를 조명한다. 따라서, 이 경우, 입체 표시 장치(1)는 -30°~ -60°의 표시 각도 범위에서 광선을 재현할 수 있다.
또한, 필드(F3)에서 선 광원(51C)을 점등한 경우, 필드(F2)와 동일한 원리에 의해 입체 표시 장치(1)는 30°~ 60°의 표시 각도 범위의 광선을 재현할 수 있다. 이 3개의 상이한 필드에서 표시 영상을 동기시켜 반복적으로 표시한 경우, 입체 표시 장치(1)는 -60°~ 60°까지 120°의 각도 범위를 재현하는 디스플레이가 된다. 여기서, 120°의 각도를 시야각이라고 지칭한다.
도 14는 개시의 일 실시예에 따른 시야각(θ)과 제1 렌즈 소자의 렌즈 피치(pl) 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 시야각(θ)을 얻기 위해 N 개(N은 자연수)의 필드로 시야를 확대한 경우, 렌티큘러 시트(40)의 제1 렌즈 소자(41)의 초점 거리는 다음 식으로 표현된다.
[식 3]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000003
예를 들어, 3 필드의 경우, 중심의 제1 렌즈 소자(41)의 각도 범위(θc)는 다음 식으로 표현된다.
[식 4]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000004
또한, 우측의 제1 렌즈 소자(41)의 각도 범위(θr)은 다음 식으로 표현된다.
[식 5]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000005
좌측의 제1 렌즈 소자(41)의 각도 범위(θl)도 θr과 동일하다.
필드 분할로 표시 각도 범위를 확대한 디스플레이에서는 표시 영상과의 동기가 중요한 역할을 한다.
도 15는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치(1)의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 입체 표시 장치(1)는 광원 제어부(15) 및 표시부(10) 이외에, 표시화상 생성부(16), 표시 구동부(17), 및 광원 구동부(19)를 포함한다.
표시화상 생성부(16)는 다 시점 화상에 기초하여 제1 화상 및 제2 화상을 생성한다. 표시화상 생성부(16)는 생성된 화상을 표시 구동부(17)에 공급한다. 표시화상 생성부(16)는 예를 들면, 영상 재생 기기이다.
표시 구동부(17)는 시차 표시 방식에 대응하는 제1 화상과 고화질 표시 방식에 대응하는 제2 화상을 영역 분할로 표시부(10)에 입력하여 표시시킨다. 그리고, 표시 구동부(17)는 제1 화상이 표시되는 영역에 대하여 각 표시 각도 범위에 대응하는 제1 화상을 필드 분할로 전환하여 표시부(10)에 표시시킨다.
광원 구동부(19)는 각 광원 유닛(50)에 포함되는 선 광원(51) 중 제2 화상의 조명에 사용하는 선 광원의 수가 제1 화상의 조명에 사용하는 선 광원의 수보다 많아지도록 복수의 광원 유닛(50)을 영역 제어로 구동한다. 광원 구동부(19)는 예를 들어, LED 점등 회로이다.
여기서, 표시부(10)에 입력되는 제1 화상에 대응하는 각도 범위는 점등하는 선 광원(51)이 대응하고 있는 각도 범위와 일치할 것이 요구된다. 각도 범위의 일치를 실현하기 위해 표시 구동부(17)는 동기부(18)를 갖는다.
동기부(18)는 동기 회로이다. 동기부(18)는 화상 표시의 변화를 검출하여 동기 신호를 광원 구동부(19)에 공급한다. 그리고, 시차 표시 방식에서 광원 구동부(19)는 각 필드의 표시 각도 범위에 대응한 선 광원(51)을 구동시키는 필드 신호를 광원 유닛(50)에 전송한다. 이렇게 함으로써, 광원 구동부(19)는 필드의 전환에 따라 전환 후의 제1 화상에 대응하는 표시 각도 범위에 대응한 선 광원(51)을 점등할 수 있다. 따라서, 표시부(10)에 표시되는 제1 화상과 광원 유닛(50)이 동기화되어 표시 각도 범위를 넓힐 수 있다.
도 16 및 도 17은 개시의 다양한 실시예에 따른 광원 구동 및 표시 구동의 타이밍 차트의 일례를 나타내는 도면이다.
일반적으로, LCD는 화면의 상단에서 하단까지(본 제1 실시예에서는 표시부(10)의 Y축 정방향측 단부로부터 부방향측 단부까지) 각 주사 위치에서 화면 전환의 타이밍이 어긋나 있다. 표시 구동부(17)는 이러한 수직 주사의 주기로, 표시부(10)에 표시시키는 제1 화상을 필드에 대응한 제1 화상으로 전환한다. 그리고, 광원 구동부(19)는 수직 주사의 주기로, 점등시키는 선 광원(51)을 필드에 대응한 선 광원(51)으로 전환한다.
도 16을 참조하면, 일례로 광원 구동부(19)는 필드에 대응한 선 광원(51)에 포함되는 광원 블록(BL)을 그 광원 블록(BL)이 Y축 방향의 어느 위치에 배치되어 있는지에 관계없이 균일하게 점등시킨다. 본 도면에서는 사선이 그어져 있는 부분이 점등하고 있지 않은 시간을 나타내고, 사선이 그어있지 않은 부분이 점등하고 있는 시간을 나타내고 있다. 이 경우, 점등 시간이 길수록 화면의 상단과 하단의 구동 타이밍에 어긋남이 생겨 크로스토크(CT)가 발생한다.
도 17을 참조하면, 동기부(18)가 표시 구동부(17)에 의한 수직 주사의 위치와, 광원 구동부(19)가 점등 또는 소등시키는 광원 블록(BL)의 수직 위치를 동기시킨다. 구체적으로, 광원 구동부(19)는 동기 신호가 나타내는 필드가 전환하는 타이밍에서, 다음 필드에 대응한 선 광원(51)의 점등을 개시하고, 동기 신호에 기초하여 그 선 광원(51)에 포함되는 광원 블록(BL)을 수직 주사 방향을 향하여 점등시켜 간다. 또한, 광원 구동부(19)는 동기 신호에 기초하여, 이전 필드에서 점등하고 있던 선 광원(51)에 포함되는 광원 블록(BL)을 수직 주사 방향을 향해 소등시켜 간다. 이에 따라, 점등 시간을 길게 해도 크로스토크가 발생하기 어렵다.
도 18은 개시의 일 실시예에 따른 다 시점 화상으로부터 제1 화상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하의 설명에서는 설명을 명확히 하기 위해 수평 방향에 대해 살펴 본다.
도 18을 참조하면, 도 18의 좌측은 다 시점 화상을 촬영하는 방법을 나타낸다. 다 시점 화상은 요소 화상폭(제1 화상폭)에 대응하는 화소 수에 대응하는 수의 카메라(60)에 의해 물체(90)를 촬영함으로써 생성된다. 예를 들면, 제1 화상폭이 화소 11 개 분의 길이인 경우, 11 방향의 다 시점 화상이 필요하다. 따라서, 11 방향을 촬영하는 카메라(60A ~ 60K)에 의해 물체(90)를 11 방향으로부터 촬영한 11 방향의 다 시점 화상이 촬영된다. 실사 촬영뿐만 아니라 컴퓨터 그래픽(CG)에서도 마찬가지로, 제1 화상폭에 대응하는 화소 수에 대응하는 수와 동일한 수의 카메라(60)가 필요하다.
도 18의 우측은 다 시점 화상에 의해 입체 영상(V)을 재현한 상태를 나타낸다. 우선, 표시화상 생성부(16)는 지향성을 갖는 상기 다 시점 화상 그룹의 화소를 재배열함으로써 복수의 제1 화상을 생성한다. 구체적으로, 표시화상 생성부(16)는 다 시점 화상 그룹에 포함되는 화소를 렌티큘러 시트(40)의 각 제1 렌즈 소자(41)의 위치에 대응해서 샘플링하여 제1 화상을 생성한다. 예를 들어, 표시화상 생성부(16)는 -30°~ -60°에 대응하는 다 시점 화상으로부터 합성된 제1 화상과, -30°~ 30°에 대응한 다 시점 화상으로부터 합성된 제1 화상과, 30°~ 60°에 대응한 다 시점 화상으로부터 합성된 제1 화상을 생성한다. 그리고, 표시 구동부(17)에서 구동된 표시부(10)는 3 종류의 제1 화상을 3 개의 필드로 차례로 표시한다. 그리고, 표시 중 제1 화상(E)이 조명되면, 카메라(60A ~ 60K)에 대응하는 광선(9A ~ 9K)이 제1 화상(E)으로부터 방출된다. 이로 따라 입체 영상(V)가 재현된다.
그리고, 표시 구동부(17)는 3 종류의 제1 화상을 3 개의 필드로 차례로 표시부(10)에 표시한다. 이 때, 광원 구동부(19)는 표시 중인 제1 화상의 표시 각도 범위에 대응한 선 광원(51)을 점등시켜 표시의 전환을 동기화 시킬 수 있다.
도 19는 개시의 일 실시예에 따른 영역 분할 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 광원 유닛(50)의 선 광원(51)의 점등 수를 늘려 점등 범위를 넓히면, 시차가 없는 고화질의 표시를 실현할 수 있다. 표시화상 생성부(16)는 표시 영상의 깊이(depth)에 대응해서 표시 영상을 고화질 영역과 깊이 영역으로 분할한다.
영역은 표시 영상의 깊이를 이용하여 최적화된다. CG에서는 비교적 용이하게 깊이 맵(depth map)을 출력하는 것이 가능하다. 따라서, 표시화상 생성부(16)는 깊이 맵의 정보에 기초하여 표시 영상의 기준면(표시부(10) 부근)에 대해 깊이가 얕은 영역을 고화질 영역으로 용이하게 특정할 수 있다. 예를 들면, 표시화상 생성부(16)는 다 시점 화상에 포함되는 시차가 소정의 임계값 이하인 화상 영역을 고화질 영역으로 할 수 있다. 또한, 예를 들어, 표시화상 생성부(16)는 다 시점 화상에 포함되는 시차가 소정의 임계값보다 큰 화상 영역을 깊이 영역으로 할 수도 있다.
그리고, 표시화상 생성부(16)는 고화질 영역에 대해서는 피사체를 소정 시점으로부터 촬영한 화상을 제2 화상으로서 생성한다. 소정 시점이란 예를 들면, 정면이다. 표시화상 생성부(16)는 깊이 영역에 대해서는 도 18에서 설명한 방법에 의해 제1 화상을 생성한다.
그리고, 광원 구동부(19)가 상기 영역 분할에 기초하여 광원 유닛(50)을 제어함으로써, 고화질 영역에서는 표시부(10)의 화소(11)를 모두 사용한 고화질로 표시할 수 있고, 깊이 영역에서는 깊이를 표현할 수 있다. 사용자에게 고화질이며 깊이가 있는 디스플레이인 것처럼 인식시킬 수 있다.
표시화상 생성부(16)는 표시 데이터를 작성할 때, 고화질 표시를 기준면 근처에 배치할 수 있으며, 연속되는 프레임을 해석하여 고화질 화상이 되는 깊이를 기준면으로 지정하는 것도 고려할 수도 있다.
이러한 제1 실시예에 따르면, 입체 표시 장치(1)는 2 종류의 렌즈 어레이를 조합한 간단한 구성으로 시차 표시 방식 및 고화질 표시 방식을 영역 분할로 표시할 수 있다. 이에 따라, 시차 표시 방식에 의한 해상도 저하의 문제점을 줄일 수 있다. 따라서, 깊이를 확보하면서 더욱 선명한 3 차원 영상을 적합하게 표시할 수 있다.
제1 실시예는 이하와 같이 변형될 수 있다.
<제1 실시예의 제1 변형예>
도 20은 개시의 일 실시예에 따른 실린더 렌즈 어레이 및 렌티큘러 시트의 배치를 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 기본적으로, 실린더 렌즈 어레이(30), 선 광원(51), 및 렌티큘러 시트(40)도 표시부(10)의 화면에 대해 수직 방향을 따르도록 배치됨으로써 수평 방향으로 시차를 부여할 수 있다. 그러나, 렌티큘러 시트(40)의 능선을 수직 방향을 따르도록 하면, 화소의 패턴과 간섭하면서 모아레(Moire)가 발생한다. 렌티큘러 시트(40)의 능선은 제1 렌즈 소자(41)의 반원통형 축에 평행한 선이다.
따라서, 도 20를 참조하면, 본 변형예의 입체 표시 장치(1a)는 렌티큘러 시트(40)를 수직 방향보다 약간 기울임으로써 모아레를 해소한다. 구체적으로, 실린더 렌즈 어레이(30)의 능선은 표시부(10)의 화소(11) 배열의 수직 방향을 따르고 있으며, 렌티큘러 시트(40)의 능선은 상기 수직 방향에 대해 미리 정해진 각도(φ)만큼 경사질 수 있다.
또한, 입체 표시 장치(1a)는 렌티큘러 시트(40)의 경사 각도와, 수직 방향의 화소(11)의 위치 관계에 기초하여 시차를 할당할 수 있다.
도 21은 개시의 일 실시예에 따른 렌티큘러 시트의 제1 렌즈 소자 및 제1 화상의 배치를 나타내는 도면이다.
도 21을 참조하면, 하나의 화소(11)는 RGB 3 개의 서브 화소를 갖는다. 서브 화소는 각각 관찰되는 방향이 다르기 때문에, 입체 표시 장치(1)는 각 서브 화소에 대해 시차를 할당할 수도 있다. 또한, Y축 방향에 대해서도 실린더 렌즈 어레이(30)의 능선과 렌티큘러 시트(40)의 능선의 어긋남으로 인해 서로 다른 방향으로 광선이 날리기 때문에, 입체 표시 장치(1a)는 이것에도 시차를 할당할 수도 있다. 본 도면에서는, 일례로 X축 방향으로 9 화소의 폭을 갖는 렌티큘러 시트(40)를 tan 1/4만큼 기울여 배치시키고 있다. 이로 인해 36 방향의 시차를 할당할 수 있다. 엄밀히 말하면, 1 개의 화소(11)에 포함되는 RGB에 대해 동일한 표시 방향을 할당하지만, 화소 위치에 따라 표시 방향으로 어긋남이 발생한다. 따라서, 실질적으로 108 방향의 시차가 할당된다. 표시화상 생성부(16)는 다 시점 화상을36 매 이용하여 RGB 별로 다 시점 화상을 1/3씩 어긋나도록 하면서 보간한 화상을 제1 화상으로서 합성한다. 이에 따라, 36 매의 다 시점 화상으로 보다 정확한 표시를 수행할 수 있다.
또한, 개시의 제1 실시예의 제1 변형예에서 입체 표시 장치(1a)는 광원 제어부(15)에서 이방성 확산 시트를 더 포함할 수도 있다.
도 22는 개시의 일 실시예에 따른 이방성 확산 시트의 배치를 나타내는 도면이다.
도 22를 참조하면, 이방성 확산 시트(80)는 렌티큘러 시트(40)와 표시부(10) 사이의 XY 평면에 배치된다. 구체적으로, 이방성 확산 시트(80)는 렌티큘러 시트(40)의 결상면, 즉 Z축 방향으로 렌티큘러 시트(40)로부터 렌티큘러 시트(40)의 대략 초점 거리만큼 떨어진 위치에 배치된다. 대략적인 초점 거리란 초점 거리일 수 있지만, 초점 거리의 0.9배 이상 1.1 이하의 거리일 수 있다. 이방성 확산 시트(80)는 렌티큘러 시트(40)의 능선 방향으로 광을 확산시키는 작용을, 이방성 확산 시트(80)의 주면과 평행한 방향에 있어서, 렌티큘러 시트(40)의 능선과 직교하는 방향으로 확산시키는 작용보다 강하게 한다. 이에 따라, 렌티큘러 시트(40)의 능선 방향과 직교하는 방향의 집광 분포로의 작용이 감소되어 집광 분포에서의 능선과 직교하는 방향의 폭이 넓어지기 어렵게 된다. 따라서, 표시 영상의 크로스토크를 경감할 수 있다. 또한, 렌티큘러 시트(40)의 능선을 따른 방향에는 표시 영상의 크로스토크에 영향을 미치지 않기 때문에, 해당 방향으로 광을 적극적으로 확산시킬 수 있다.
여기서, 실린더 렌즈 어레이(30)에서는 렌즈 주위 또는 렌즈 접합면에 휘도 무라가 발생하기 쉽다. 그러나, 렌티큘러 시트(40)의 능선이 실린더 렌즈 어레이(30)의 능선에 대해 경사져서 적극적으로 확산 가능한 상기 방향으로 광을 확산시킴으로써, 실린더 렌즈 어레이(30)의 렌즈 주위 또는 렌즈 접합면에 발생하는 휘도 무라를 줄일 수 있다.
<제2 실시예>
다음으로, 제2 실시예에 따른 입체 표시 장치를 설명한다. 예를 들어, 특허문헌 2는 화소별 렌즈와 확산 시트(Sheet)를 조합한 광학계에 의해 광 효율을 높이고 크로스토크를 줄임으로써, 안경 없이 고화질의 입체 표시를 가능케 하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 2의 기술은 표시하는 해상도가 1 / 시차수로 저하된다는 과제를 가지고 있다. 또한, 특허문헌 2의 기술은 렌즈로 LCD를 덮는 방식으로, 넓은 범위에서 자연스러운 운동 시차를 얻을 수 없다는 과제를 가지고 있다.
본 실시예의 입체 표시 장치는 확산 시트를 구비하고 있어서 렌티큘러 시트(40)의 화각보다 표시 범위를 넓히도록 하고 있다.
도 23은 개시의 일 실시예에 다른 입체 표시 장치를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 23을 참조하면, 본 실시예의 입체 표시 장치(2)에서 광원 제어부(15a)는 확산 시트(81)를 더 포함한다. 확산 시트(81)는 표시부(10)와 렌티큘러 시트(40) 사이에 배치되고, 각 제1 렌즈 소자(41)의 각 초점 위치를 포함하는 위치에 배치되어 있다. 구체적으로, 확산 시트(81)는 각 제1 렌즈 소자(41)의 각 초점 위치를 포함하는 평면 상에 배치되어 있다. 확산 시트(81)는 투과된 광을 X축 방향 및 Y축 방향을 포함하는 등방적으로 확산시킨다. 확산 시트(81)는 얇은 것이 바람직하다.
선 광원(51A~51C)은 각 제2 렌즈 소자(31)의 배면 측에 배치되어 있다. 예를 들면, 선 광원(51A)으로부터 출사된 광은 실린더 렌즈 어레이(30)의 각 제2 렌즈 소자(31)에 의해 평행광으로 변환된다. 각 제2 렌즈 소자(31)에 의해 평행광으로 변환된 광은 렌티큘러 시트(40)의 각 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광된다. 각 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광된 광은 확산 시트(81)가 배치된 각 초점 위치에서 집광된다. 각 초점 위치에서 집광된 광은 이 후 광속(光束)이 퍼지도록 나아간다. 각 초점 위치를 포함하는 위치에는 광을 확산시키는 확산 시트(81)가 배치되어 있다. 따라서, 확산 시트(81)를 투과한 확산광은 확산 시트(81)가 없는 상태보다 광속을 넓힐 수 있다. 확산 시트(81)를 투과한 확산광은 표시부(10)에 입사한다.
도 24는 개시의 일 실시예에 다른 입체 표시 장치(2)에서 확산 시트(81)와 요소 화소 사이의 관계를 예시한 도면이다.
도 24를 참조하면, 시야의 각도 범위(θ)는 확산 시트(81)와 표시부(10) 사이의 거리(g) 및 요소 화소폭(Ep)에 의해 상기 식 (2)로 나타낼 수 있다. 요소 화소폭(Ep)은 렌티큘러 시트(40)의 각 제1 렌즈 소자(41)의 피치(q)와 대략 동일한 간격으로 배치되어 있다. 확산 시트(81)와 표시부(10) 사이의 거리는 확산 시트(81)와 렌티큘러 시트(40) 사이의 거리보다 짧아져 있다. 확산 시트(81)에서 확산된 광은 요소 화상폭(Ep) 이상으로 넓어지도록 표시부(10)를 조명한다. 이와 같이 배치함으로써, 집광된 광과 화소의 관계로부터 관찰하는 방향으로 상이한 화소가 조명된다. 바꿔 말하면, 화소는 지향성을 가지게 되어 전술한 바와 같이 광선 재생형의 입체 표시 장치(2)로서 기능한다.
일반적으로, 렌티큘러 시트(40)에서 집광할 수 있은 범위는 약 45° 정도로 한정되어 있다. 따라서, 렌티큘러 시트(40)로 구성된 입체 표시 장치의 표시 각도 범위는 45°로 한정되어 있었다. 이에 반해, 본 실시예의 입체 표시 장치(2)는 확산 시트(81)를 포함하고 있다. 따라서, 확산 시트(81)로 광을 넓힘으로써 표시 범위를 확대할 수 있다.
<제3 실시예>
다음으로, 제3 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는 차폐판이 사용되고 있다.
도 25는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 슬릿(slit)을 갖는 차폐판을 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 25를 참조하면, 본 실시예의 입체 표시 장치(3)에서 광원 제어부(15b)는 차폐판(82)을 더 포함하고 있다. 차폐판(82)은 렌티큘러 시트(40)의 표면에 배치되어 있다. 차폐판(82)에는 복수의 슬릿(83)이 마련되어 있다. 각 슬릿(83)은 각 제1 렌즈 소자(41)의 중앙 부분에 배치되어 있다. 따라서, 차폐판(82)은 각 제1 렌즈 소자(41)의 주변 부분을 투과한 광을 차폐하고, 차폐판(82)에는 각 제1 렌즈 소자(41)의 중앙 부분을 투과시키는 복수의 슬릿(83)이 형성되어 있다.
렌티큘러 시트(40)로 집광시킨 경우, 각 제1 렌즈 소자(41)의 수차에 의해 각 제1 렌즈 소자(41)의 주변 부분을 투과한 광은 초점 위치에 집광되지 않고, 확산 시트(81)의 초점 위치 주위로 퍼진다. 초점 위치의 주위를 조명하면, 표시 방향에 대응하는 화소가 아닌 화소가 조명되어 버린다. 따라서, 이러한 각 제1 렌즈 소자(41)의 주변 부분을 투과한 광은 입체 영상의 크로스토크가 되어 입체 표시의 품질 저하로 이어진다. 따라서, 슬릿(83)이 마련된 차폐판(82)을 이용하여 각 제1 렌즈 소자(41)의 주변 부분의 광을 제한한다. 이에 따라, 크로스토크를 저감하여 입체 표시의 품질을 향상시킬 수 있다.
일반적인 배리어를 이용한 입체 표시에서는 집광할 일이 없기 때문에 크로스토크를 삭감하기 위해서 좁은 개구를 이용한다. 따라서, 배리어를 이용한 입체 표시는 광 효율이 매우 나쁘다. 밝게 표시를 하기 위해서는 LED 등의 광원을 강하게 비출 필요가 있어 소비 전력이 커지는 문제가 있었다. 이에 반해, 본 실시예에서는 차폐판(82)을 사용하더라도 각 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광되기 때문에 개구 폭보다 좁은 집광점을 생성할 수 있다. 따라서, 광 효율을 향상시켜 소비 전력을 낮출 수 있다.
<제4 실시예>
다음으로, 제4 실시예를 설명한다. 본 실시예는 실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)가 지그재그 배열로 배치된 예이다.
도 26은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 실린더 렌즈 어레이의 제2 렌즈 소자의 배치를 예시하는 상면도이다. 도 27은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 실린더 렌즈 어레이의 제2 렌즈 소자 배치를 예시한 사시도이다. 도 28은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 확산 시트를 통해 본 실린더 렌즈 어레이를 예시하는 상면도이다.
도 26 및 도 27를 참조하면, 본 실시예의 광원 제어부(15c)는 지그재그 배열된 복수의 제2 렌즈 소자(31)를 포함하는 실린더 렌즈 어레이(30)를 포함하고 있다. 예를 들어, 실린더 렌즈 어레이(30)에서 복수의 제2 렌즈 소자(31)는 X축 방향 및 Y축 방향으로 지그재그 배열되도록 배치되어 있다. 예를 들면, 복수의 제2 렌즈 소자(31)가 X축 방향으로 배열된 열의 각 제2 렌즈 소자(31)는 Y축 방향으로 인접하는 열의 각 제2 렌즈 소자(31)에 대해 반 피치 어긋난다.
+Z축 방향에서 실린더 렌즈 어레이(30)를 볼 경우, 제2 렌즈 소자(31)의 능선 부분의 광량은 단부의 광량과 달라져 있다. 따라서, 실린더 렌즈 어레이(30)를 투과 한 광량의 면내 균일성이 저하되어 있다. 그러나, 도 28를 참조하면, 확산 시트(81)를 통과시킴으로써, 실린더 렌즈 어레이(30)를 투과한 광량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 입체 표시 장치(3)는 확산 시트(81)를 이용하여 수평 방향과 수직 방향으로 광을 확산시켜 표시부(10)를 조명한다. 이에 더해, 복수의 제2 렌즈 소자(31)를 지그재그 배치 그리고 확산 시트(81)를 사용함으로써, 제2 렌즈 소자(31)의 능선 부분의 광량으로 제2 렌즈 소자(31)의 단부 부분의 광량 부족을 보충할 수 있어 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광원 유닛(50)의 각 선 광원(51)으로부터 출사된 광을 실린더 렌즈 어레이(30), 렌티큘러 시트(40), 및 확산 시트(81)에 통과시킴으로써 렌티큘러 시트(40)의 화각보다 표시 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 상술한 구성에 통과함으로써, 고화질 표시를 가능하도록 할 수 있다. 따라서, 광원 유닛(50)의 발광을 필드로 나누고 표시 내용을 최적화함으로써, 고화질 및 깊이를 갖는 입체 표시를 가능하도록 할 수 있다.
<제5 실시예>
다음으로, 제5 실시예의 입체 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 실시예의 입체 표시 장치는 시간 다중에 의해 입체 영상을 표시시킨다.
도 29는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 29를 참조하면, 본 실시예의 입체 표시 장치(5)는 표시부(10), 표시 구동부(17), 광원 제어부(15d), 및 광원 구동부(19)를 포함하고 있다.
표시 구동부(17)는 입체 영상(92)의 요소 화상을 표시부(10)에 표시시킨다. 표시 구동부(17)는 입체 영상(92)의 표시 방향이 다른 복수의 요소 화상을 표시부(10)에 표시시킬 수도 있다. 표시 구동부(17)는 입체 영상의 다른 각도 혹은 표시 위치를 나타내는 복수의 요소 화상을 표시할 수도 있다. 복수의 요소 화상은 예를 들어, 복수의 제1 화상일 수 있다. 광원 제어부(15d)는 렌티큘러 시트(40), 실린더 렌즈 어레이(30), 복수의 선 광원(51), 및 확산 시트(81)를 포함하고 있다. 각 제2 렌즈 소자(31)의 배면 측에 복수의 선 광원(51)이 배치되어 있다. 복수의 선 광원(51)은 예를 들어, 표시부(10)에 평행한 XY면 내의 X축 방향으로 배치되어 있다. 광원 구동부(19)는 각 요소 화상을 조명하는 복수의 선 광원(51)을 순차적으로 구동시킬 수도 있다. 광원 구동부(19)는 각 요소 화상을 조명하는 각 선 광원(51)을 순차적으로 구동시킬 수도 있다.
광원 구동부(19)는 실린더 렌즈 어레이(30) 배면의 상대적으로 동일한 위치에 배치된 선 광원(51)을 발광시킨다. 선 광원(51A)으로부터 출사된 광은 예를 들어, 본 도면에서 실선으로 표시되어 있다. 선 광원(51B)으로부터 출사된 광은 예를 들어, 점선으로 표시되어 있다. 선 광원(51C)으로부터 출사된 광은 예를 들어, 본 도면에 일점 쇄선으로 표시되어 있다.
각 선 광원(51)으로부터 출사된 광은 실린더 렌즈 어레이(30)의 각 제2 렌즈 소자(31)에 의해 평행광으로 변환된다. 각 제2 렌즈 소자(31)에 의해 평행광으로 변환된 광은 렌티큘러 시트(40)의 각 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광된다. 각 제1 렌즈 소자(41)에 의해 집광된 광은 확산 시트(81)가 배치된 각 초점 위치에서 집광된다. 각 초점 위치에서 집광된 광은 이 후 광속이 퍼지도록 나아간다. 각 초점 위치를 포함하는 위치에는 광을 확산시키는 확산 시트(81)가 배치되어 있다. 따라서, 확산 시트(81)를 투과한 확산광은 확산 시트(81)가 없는 상태보다 광속을 넓힐 수 있다. 확산 시트(81)를 투과한 확산광은 표시부(10)에 입사한다. 이와 같이, 확산 시트(81)를 사용함으로써, 광범위한 입체 영상을 표시할 수 있다.
도 29를 참조하면, 1 개의 제2 렌즈 소자(31)의 배면에 3 개의 선 광원(51A ~ 51C)이 도시되어 있다. 여기서, 제2 렌즈 소자(31)의 배면에 배치되는 선 광원(51)은 3 개로 한정되지 않고 2 개이거나 4 개 이상일 수도 있다.
실린더 렌즈 어레이(30)의 제2 렌즈 소자(31)의 광축 상의 선 광원(51A)을 발광시키면, 렌티큘러 시트(40)의 각 제1 렌즈 소자(41)의 광축 상의 집광점에서 집광된다. 제2 렌즈 소자(31)의 광축보다 약간 어긋난 선 광원(51B)을 발광시키면, 평행광의 각도가 약간 어긋난다. 전술한 선 광원(51A)의 집광점보다 어긋난 위치에 집광된다. 마찬가지로, 제2 렌즈 소자(31)의 광축보다 약간 어긋난 선 광원(51C)을 발광시키면, 평행광의 각도가 약간 어긋난다. 전술한 선 광원(51A, 51B)의 집광점보다 어긋난 위치에 집광된다.
따라서, 본 실시예에서는 확산 시트(81)에서 복수의 선 광원(51)의 광이 집광하는 점은 서로 어긋나 있다. 이들 집광점을 중심으로 요소 화상의 광선이 재생된다. 이들 집광점을 집광 패턴으로 하여 입체 영상(92)이 인식된다. 이러한 선 광원(51A ~ 51C)의 발광과 표시부(10)의 표시를 동기화 시켜 순차적으로 전환 표시를 수행한다.
도 30은 개시의 일 실시예에 따른 시간 다중 필드 제어를 예시한 도면이다.
도 30을 참조하면, 가로축은 시간 경과를 나타낸다. 상단은 관찰 각도가 0°를 나타내고, 하단은 관찰 각도가 60°를 나타낸다. 도 30을 참조하면, 입체 표시 장치(5)는 선 광원(51A)에 의한 해상도 다중 I의 요소 화상, 선 광원(51B)에 의한 해상도 다중 II의 요소 화상, 선 광원(51C)에 의한 해상도 다중 III의 요소 화상을 순차적으로 표시시킨다. 각 요소 화상의 집광 패턴은 각 필드에서 어긋나게 관찰된다. 도 30을 참조하면, 예를 들어 해상도 다중 I의 요소 화상에서는 사과 꼭지가 보이고, 해상도 다중 II의 요소 화상에서는 사과 꼭지가 숨겨져 있다. 이로 인해, 집광 위치에 따라 입체 화상에서 요소 화상의 패턴 간 화소가 보간되기 때문에 해상도 다중의 입체 영상(92)을 표시할 수 있다.
이와 같이, 표시 구동부(17)는 입체 영상(92)의 표시 위치를 나타내는 복수의 요소 화상을 표시한다. 표시 구동부(17)는 제1 요소 화상 및 제2 요소 화상을 포함하는 복수의 요소 화상을 전환하면서 표시부(10)에 복수의 요소 화상을 표시시킬 수도 있다. 광원 구동부(19)는 요소 화상을 조명하는 광원을 구동시킨다. 구체적으로, 광원 구동부(19)는 각 요소 화상을 조명하는 복수의 광원을 순차적으로 구동한다. 광원 구동부(19)는 제1 요소 화상을 조명하는 제1 선 광원(51) 및 제2 요소 화상을 조명하는 제2 광원을 포함하는 복수의 선 광원(51)을 순차적으로 구동시킬 수도 있다. 표시 구동부(17)는 복수의 요소 화상을 필드 분할로 전환하여 표시시킬 수도 있다. 광원 구동부(19)는 필드 전환에 따라, 전환 후의 요소 화상에 대응하는 선 광원(51)을 점등시킬 수도 있다.
도 31은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 광원 제어부의 선 광원의 설치폭(dC) 및 집광점 변위폭(dL)을 예시한 도면이다.
도 31을 참조하면, 렌티큘러 시트(40)의 요소 화상폭을 보완할 수 있은 폭을 집광점 변위폭(dL)으로 해서 차폐판(82)을 설치하지 않고 크로스토크를 발생시키지 않는 렌티큘러 시트(40)의 초점 거리(fL)를 결정한다. 그리고, 선 광원(51)의 설치폭(dC)이 선 광원(51)의 사이즈로 정해져 있는 경우, 실린더 렌즈 어레이(30)의 초점 거리(fC)는 각각의 삼각형이 유사 관계가 되기 때문에 다음 식 (6) 및 식 (7)로 나타낼 수 있다.
[식 6]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000006
[식 7]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000007
이와 같이, 표시부(10)에 평행한 면 내의 일방향(X축 방향)으로 배열된 복수 선 광원(51)의 양단의 선 광원(51) 사이의 설치폭(dC)에 대한 복수 선 광원(51)의 열과 실린더 렌즈 어레이(30) 사이의 거리(fC)의 비율은 확산 시트(81) 상의 복수 선 광원(51)의 집광점 양단의 집광점 사이의 집광점 변위폭(dL)에 대한 확산 시트(81)와 렌티큘러 시트(40) 사이의 거리(fL)의 비율과 동일하다. 여기서, 거리 및 비율이 동일하다는 것은 엄밀하게 같을 뿐만 아니라, 부재의 형상에 의한 오차 및 제조상의 오차를 포함하는 범위에서 동일하다는 것을 의미한다.
도 32는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 32를 참조하면, 확산 시트(81) 상의 집광점 간의 집광점 변위폭(dL)은 렌티큘러 시트(40)의 렌즈 피치(Lp)로 나타낼 수 있다. 이 때 임의의 정수인 m 필드에서 시간 다중을 하는 경우, Lp를 m 분할한 등간격으로 선 광원이 배열됨으로써, 해상도를 등간격으로 보완할 수 있다. 이 경우, 집광점 변위폭(dL)은 선 광원(51) 사이의 거리가 dL /(m-1)이기 때문에 식 (8) 및 식 (9)로 나타낼 수 있다. 이와 같이 배열된 집광면을 설계하기 위해서는, 식 (8) 및 식 (9)에서 구한 집광점 변위폭(dL)을 식 (7)에 대입하여 실린더 렌즈의 초점 거리를 설계하면 된다.
[식 8]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000008
[식 9]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000009
요소 화소 피치가 3 화소인 경우, 요소 화상폭을 3 필드로 등간격으로 화소를 보완하면, 입체 표시가 표시부(10)의 해상도와 동일한 표시가 가능해진다. LCD 등의 표시부(10)에는 액정의 반응 속도에 한계가 있고, 시야 다중으로 시간 다중화를 수행하면 플리커(Flicker)를 느끼기 쉬워진다.
도 33은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 시야 다중을 시간 다중화 한 화면 표시를 예시한 도면이다.
도 33을 참조하면, -30°, 0°, 및 +30° 3 개의 필드로 각도 다중을 수행하면, 표시되고 있는 각도 이외의 표시는 흑화면으로 인식된다. 화면 전체의 휘도 변화가 크기 때문에, 비교예의 입체 표시 장치는 플리커를 느끼기 쉬워진다. 한편, 도 30을 참조하면, 해상도 다중의 경우인 본 실시예의 입체 표시 장치(5)는 화면 전체의 휘도 변화가 적고, 동일한 필드를 이용한 표시에서도 플리커를 느끼기 어려운 특성을 갖는다.
본 실시예에 따르면, 해상도 다중에 의한 시간 다중을 이용함으로써 해상도를 향상시킬 수 있다. 본 실시예의 상기 이외의 구성 및 효과는 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기재에 포함되어 있다.
<제6 실시예>
다음으로, 제6 실시예의 입체 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 34 및 도 35는 개시의 다양한 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 집광 패턴을 예시한 도면이다. 예를 들어, 본 실시예의 입체 표시 장치(6)는 실린더 렌즈 어레이(30)의 각 제2 렌즈 소자(31)의 배면에 6 개의 선 광원(51A ~ 51F)을 배치하고 있다. 선 광원(51A ~ 51F)은 이 순서로 X축 방향으로 배열되어 있다.
도 34를 참조하면, 소정 시간에 선 광원(51A)이 발광함으로써 요소 화상이 표시된다. 다음 타이밍에서, 선 광원(51A)의 +X축방향 측 옆의 선 광원(51B)이 발광함으로써 요소 화상이 표시된다. 이와 같이, 요소 화상의 피치가 6 분할된 상태로 했을 경우, 집광 패턴은 인접하는 위치에 필드가 바뀌었을 때에 점등하도록 나타내고 있다. 이 경우, 집광 패턴의 변위량이 작고 속도가 느리기 때문에, 움직이는 선 광원(51)을 눈으로 쫓을 수 있는 가능성이 있다.
도 35를 참조하면, 소정 시간에 선 광원(51A)이 발광함으로써 요소 화상이 표시된다. 다음 타이밍에서, 선 광원(51A)의 +X축방향 측으로 3 번째 선 광원(51D)이 발광함으로써 요소 화상이 표시된다. 이와 같이, 요소 화상의 피치가 6 분할된 상태로 했을 경우, 집광 패턴은 요소 화상의 피치의 약 1 / 2 피치 위치에서 점등하도록 나타내고 있다. 이와 같이 점등함으로써, 집광 패턴의 변위량의 절대값이 최대가 되어, 움직이는 선 광원(51)을 눈으로 쫓기 어려워진다.
예를 들어, 각 제2 렌즈 소자(31)의 배면에 배치된 복수 선 광원(51) 양단의 선 광원(51) 사이의 폭을 1 피치로 한 경우, 광원 구동부(19)는 구동시킨 선 광원(51)으로부터 적어도 반 피치를 띄운 위치의 선 광원(51)을 그 다음에 구동시킬 수도 있다. 여기서, 광원 구동부(19)는 복수의 선 광원(51)을 순차적으로 구동시킬 때에 구동시킨 선 광원(51)으로부터 적어도 하나의 선 광원(51)을 띄운 위치의 선 광원(51)을 그 다음에 구동시킬 수도 있다.
이와 같은 집광 패턴의 제어를 수행하고, 가능한 한 눈으로 쫓을 수 없는 표시를 수행함으로써, 해상도 다중의 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 집광 패턴의 제어로서 표시 영상의 움직임을 판별하고, 정지 상태의 부분에만 해상도 다중을 적용함으로써 동화상 해상도의 저하를 방지할 수도 있다.
<제7 실시예>
다음으로, 제7 실시예의 입체 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 실시예의 입체 표시 장치는 홀로그램 광학 소자(Holographic Optical Elemrnt, HOE)를 사용한다. 전술한 바와 같이, 입체 표시 장치를 실린더 렌즈 어레이(30) 및 렌티큘러 시트(40)를 포함하는 결상 광학계로 구성한 경우, 균일성(uniformity)을 향상시키기 위해 실린더 렌즈 어레이(30) 및 렌티큘러 시트(40) 사이의 거리를 벌려놓을 필요가 있다. 그 결과, 광원 제어부(15)의 두께가 증가한다. 따라서, 실린더 렌즈 어레이(30) 및 렌티큘러 시트(40)를 포함하는 결상 광학계를 HOE로 대체한다. HOE는 재생 시에 발생하는 무라를 역산하여 기록 시에 기록함으로써, 재생 시에 무라를 저감시켜 광원 제어부(15)의 두께를 얇게 할 수 있다.
도 36은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 홀로그램 광학 소자의 기록 광학계를 예시한 구성도이다. 도 37은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 재생 광학계를 예시한 구성도이다.
도 36 및 도 37를 참조하면, 본 실시예의 입체 표시 장치(7)는 기록 광학계에서 기록된 홀로그램 광학 소자를 재생 광학계로서 포함하고 있다. 기록 광학계는 예를 들어, 실린더 렌즈 어레이(30) 및 렌티큘러 시트(40)로 형성되는 집광 패턴을 포토폴리머(73) 등의 HOE에 기록시킨다. 재생 광학계는 HOE에 기록된 집광 패턴을 LED 등의 점 광원에 의해 재생시킨다.
도 36를 참조하면, 기록 광학계는 렌즈(71), 렌즈(72), 포토폴리머(73), 및 하프 미러(74)를 포함하고 있다. 포토폴리머(73)는 홀로그램을 기록함으로써 HOE로서 기능한다. 렌티큘러 시트(40)에 의해 형성시키는 집광 패턴(76)의 복수의 선 광원(151)을 작성한다. 그리고, 선 광원(151)을 포함하는 물체광을 렌즈(71)에 의해 포토폴리머(73)의 안쪽에 실상(75)으로 결상한다. 이 때, 선 광원(151)을 포함하는 물체광의 광축 상의 렌즈(71)로부터의 광을 포토 폴리머(73)로 렌즈(72)에 의해 점(PH)로 집광시킨 참조광과 간섭시킨다. 이에 따라, 선 광원(151)의 집광 패턴의 실상(75)과 참조광의 간섭 줄무늬를 포토폴리머(73)에 기록한다. 선 광원의 실상(75)은 입체 표시 장치(7)에서 실린더 렌즈 어레이(30)와 렌티큘러 시트(40)로 형성되는 집광 패턴과 동일하게 되는 배율로 설계되어 있어 재생 시의 점 광원과 동일한 수렴광의 참조광으로 기록함으로써, 점 광원을 조명하는 경우 실린더 렌즈 어레이(30)와 렌티큘러 시트(40)로 형성되는 집광 패턴이 재생된다.
도 37를 참조하면, 재생 광학계는 LED(77), 포토폴리머(73), 확산 시트(81)를 포함하고 있다. 실제 입체 표시 장치(7)에서는 이 재생 광학계가 백라이트로서 복수 표시부 배면에 설치되어 지금까지 설명한 입체 표시 장치와 마찬가지로 입체 영상을 표시한다. 재생 광학계에서는 기록 광학계의 점(PH)에 상당하는 위치에 LED(77)를 배치시킨다. LED(77)는 점(PH)과 대략 동일한 거리에 복수 배치된다. 그리고, 각 LED(77)를 실상(75)을 재생시키기 위한 점 광원으로 간주하고, 포토폴리머(73)를 조명한다. 각 LED(77)에 의해 포토폴리머(73)를 조명함으로써, 포토폴리머(73)에 기록된 선 광원(151)의 실상(75)을 재생한다. 포토 폴리머(73)보다 +Z축 방향 측에는 확산 시트(81)가 배치되어 있다. 확산 시트(81)보다 +Z축방향 측에는 표시부(10)가 배치되어 있다. 이에 따라, 재생시킨 실상(75)은 확산 시트(81)에 상을 묶어 확산된 후, 표시부(10)를 조명한다. LED(77)의 조명 위치에 따라 재생되는 선 광원(151)의 재생 상의 위치가 변하기 때문에, 다른 집광 패턴 위치를 재현할 수 있다. 이 때문에, 해상도 다중의 입체 표시가 가능해진다.
각 LED(77)가 배치된 광원 면의 LED 설치폭을 dH라 하고, 포토폴리머(73)로부터 확산 시트(81)까지의 거리를 fL라 하고, 요소 화상폭을 dL라 한 경우, 광원 면으로부터 포토폴리머(73)까지의 거리(fH)는 다음의 식 (10) 및 식 (11)로 나타낼 수 있다. 이 때 홀로그램이 아니었을 때와 마찬가지로, 도 32를 참조하면, 확산 시트(81) 상 집광점 간의 집광점 변위폭(dL)은 렌티큘러 시트(40)의 렌즈 피치(Lp)로 나타낼 수 있다. 이 때 임의의 정수인 m 필드로 시간 다중을 하는 경우, Lp를 m 분할한 등간격으로 선 광원을 배열함으로써 해상도를 등간격으로 보완할 수 있다. 이 경우, 집광점 변위폭(dL)은 선 광원 간의 거리가 dL / (m-1)이므로 식 (8) 및 식 (9)로 나타낼 수 있다. 이와 같이 배열된 집광 면을 설계하기 위해서는 식 (8) 및 식 (9)에서 구한 집광점 변위폭(dL)을 식 (11)에 대입하여 실린더 렌즈의 초점 거리를 설계하면 된다.
[식 10]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000010
[식 11]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000011
효율이 우수한 두꺼운 홀로그램을 사용하면 각도 선택성이 높고 dH의 폭이 좁아질 수 있다. HOE의 폭에 대해 광원 설치 범위가 좁아지는 것도 생각해 볼 수 있다. 미세한 제어가 가능한 모놀리식 마이크로 LED 디스플레이(Monolithic Micro LED Display)를 사용하여 재생하는 것도 생각해 볼 수 있다. 따라서, 본 실시예의 입체 표시 장치(7)는 제1 실린더 렌즈 및 제2 실린더 렌즈의 기능을 광원에 의해 재생할 수 있도록 홀로그램 광학 소자에 기록하고, 제1 실린더 렌즈 및 제2 실린더 렌즈 대신에 광원과 표시부(10) 사이에 배치된 홀로그램 광학 소자를 더 포함한다. 이에 따라, 홀로그램 광학 소자를 이용하여 입체 표시를 할 수 있다.
전술한 제1 실시예 내지 제7 실시예의 입체 표시 장치에 따라 선 광원(51)을 실린더 렌즈 렌즈 어레이(30), 렌티큘러 시트(40), 및 확산 시트(81)에 의해 렌티큘러 시트(40)의 화각보다 표시 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 각 선 광원(51)의 조명에 의한 상이한 집광 위치로부터의 광에 의해 상이한 요소 화상의 표시를 가능하게 하고, 각 선 광원(51)의 발광을 필드로 나누어 표시할 수 있다. 이에 따라, 고해상도, 고화질, 그리고 깊이를 갖는 입체 표시를 할 수 있다.
<제8 실시예>
다음으로, 제8 실시예를 설명한다. 본 실시예는 상술한 제6 실시예에서 광원의 점등 패턴을 특정 시프트량으로 하여 플리커(Flickr)를 느끼기 어렵게 하는 예이다.
도 38은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치(1008)에서 집광 패턴을 예시한 도면이다.
도 38을 참조하면, 집광 패턴은 렌티큘러 시트(40)의 간격마다 반복해서 조명되고, 광원의 수로 분할하여 조명한다. 이 분할 수를 여기서는 N으로 나타낸다. 즉, N열의 광원이 집광 렌즈의 배면에 있는 상태에 상당한다. 조명을 필드 분할로 전환하여 표시했을 때, 이전 필드에서 조명한 광원 옆의 광원으로 조명한 경우, 도 38의 좌측도가 이전 필드의 조명 조건이고 다음 필드의 조명 조건이 우측도에 상당한다. 집광 패턴으로서, N 분할된 인접한 광원으로 조명했기 때문에, 1 시프트한 부분으로 조명된다. 이 시프트량을 여기서는 M이라 한다. 따라서, M과 N은 정수가 된다. 도 39는 제8 실시예에 따른 입체 표시 장치(1008)에서 5분할 2 시프트의 점등 순서를 예시한 도면이다. 도면에 기입된 숫자는 점등하는 순서의 필드를 나타낸다. 이 예에서는 1 번부터 순차적으로 점등해서 5 번까지 점등된 후 다시 1 번이 점등된다. 시프트 수가 크면 필드 사이의 점등 간격이 커지기 때문에, 시각적인 속도가 증가한다. 여기서, 도 38를 참조하면, 이하의 조건을 만족하는 N 분할의 M 시프트를 생각해볼 수 있다.
1) mod (M, N) ≠ 0, 즉 M / N의 나머지는 0이 아니다.
2) M의 절대값은 N / 2 이하의 최대값. 다만, M > N / 2 인 경우, mod (M, N)는 (N - M)과 같기 때문에 음으로 취급되고, | M |(절대값)은 최대값이 N / 2가 된다.
이 1)과 2)조건을 모두 만족하는 조건이 바람직하다.
예컨대, 10 분할 4 시프트, 9 분할 4 시프트, 8 분할 3 시프트, 7 분할 3 시프트, 5 분할 2 시프트 등의 광원의 점등 순서가 이 조건을 만족한다. 도 39는 5 분할 2 시프트를 나타내므로, 이 조건을 만족하는 점등 순서가 된다.
1)의 조건의 이유는 다음과 같다. 예를 들어, M / N이 분할되면 일정한 간격으로 점등할 수 없기 때문에 속도가 불연속되어 플리커를 느끼기 쉽다.
2)의 조건의 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 시각적인 속도는 M이 클수록 커지기 때문이다.
이와 같이, 표시부(10)에 평행한 면 내의 일방향으로 배열된 복수 광원의 양단의 광원 사이의 폭에 N 개의 광원이 있는 경우에, 광원 구동부(19)는 구동시킨 광원으로부터 시프트량 M을 띄운 위치의 광원을 순차적으로 구동한다. 다만, N은 M으로 나눌 수 없는 정수이고, M의 절대값은 N / 2 이하의 최대값이다. M이 N / 2 이상이면, M은(N-M)의 음의 정수로 취급된다.
본 실시예의 입체 표시 장치(1008)에 의하면, 플리커를 느끼기 어렵게 할 수 있다. 일반적으로 50Hz 이하에서 사람은 플리커를 느낀다. 하지만, 50Hz 이하의 경우에서도 인간의 시력 이하의 미세 패턴(Pattern)은 분해할 수 없어 플리커를 느끼기 어려워지고, 마찬가지로 동체 시력 이하의 움직임 패턴은 인식할 수 없어 플리커를 느끼기 어려워진다. 일반적으로 패턴 간격이 시력(1분에 시력 1.0) 이하이면 분해할 수 없다. 또한, 동체 시력으로서 5°(Degree)/s 이상의 패턴은 시인할 수 없다. 디스플레이를 멀리서 관찰하면 패턴의 각도 간격이 좁아지고, 디스플레이를 가까이서 관찰하면 패턴의 각속도가 빨라진다. 따라서, 지정하는 시프트 수에 의해 시각적인 속도를 빨리 하고, 일정한 속도의 패턴으로 함으로써 플리커를 느끼기 어렵게 할 수 있다.
<제9 실시예>
다음으로, 제9 실시예를 설명한다.
도 40은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제1 렌즈 어레이의 렌티큘러 시트, 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈, 및 광원의 배치를 예시한 평면도이다. 도 41은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 표시부, 확산 시트, 제1 렌즈 어레이의 렌티큘러 시트, 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈, 및 광원의 배치를 개략적으로 예시한 단면도이다. 도 42는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 확산 시트 면의 집광 패턴을 예시한 도면이다. 도 43은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈) 및 광원의 배치를 예시한 평면도이다. 도 44는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제1 렌즈 어레이의 렌티큘러 시트의 배치를 예시한 평면도이다. 도 45는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 콘트라스트(Contrast)를 예시한 그래프로, 가로축은 공간 주파수를 나타내고, 세로축은 콘트라스트를 나타낸다.
도 40 및 도 41를 참조하면, 본 실시예의 입체 표시 장치(1009)에서 광원 제어부(1015)는 확산 시트(81), 제1 렌즈 어레이로서의 렌티큘러 시트(40), 제2 렌즈 어레이로서의 복수의 집광 렌즈(Collimated lens)(1030), 및 복수의 광원(1051)을 포함하고 있다. 제2 렌즈 어레이는 허니컴 렌즈 어레이(Honeycomb Lens Array)로 구성되어 있다. 제2 렌즈 어레이에 포함된 복수의 집광 렌즈(1030)는 정육각형 렌즈(1031)이다. 따라서, 제2 렌즈 어레이는 렌티큘러 시트(40)의 제1 렌즈 소자(제1 실린더 렌즈)(41)보다 넓은 피치로 배열된 복수의 정육각형 렌즈(1031)를 포함한다. 복수의 정육각형 렌즈(1031)는 표시부(10)의 화소 배열 방향으로 지그재그 배열되도록 배치되어 있다.
본 실시예에서, 각 광원(1051)은 미소한 장방형 형상이거나 점 형상일 수도 있다. 복수의 광원(1051)은 표시부(10)에 평행한 면 내의 열 방향 및 상기 열 방향에 교차하는 행 방향에 매트릭스 형상으로 복수 행 및 복수 열로 배열되어 있다. 동일 열에 배치된 복수의 광원(1051)은 동시에 점등되도록 구동될 수도 있다. 제1 렌즈 어레이의 복수의 제1 렌즈 소자(제1 실린더 렌즈)(41)의 능선은 열 방향으로 연장되어 있다. 이러한 구성에 의해, 본 실시예의 입체 표시 장치(1009)는 이하의 특징을 갖는다.
1) 제2 렌즈 어레이의 집광 렌즈(1030)는 허니컴 렌즈 배열, 즉 허니컴 형상의 배열로 배치되어 있다. 이로 인해, 렌즈의 배치를 효율적으로 할 수 있다. 따라서, 무라 없이 광량을 향상시킬 수 있다.
2) 광원(1051)의 배치를 렌티큘러 시트(40)의 능선 경사를 따르는 방향으로 배열하고 있다. 따라서, 집광 렌즈(1030)에 입사하는 광의 광량을 향상시킬 수 있다. 또한, 광원(1051)의 배치가 렌티큘러 시트(40)의 능선의 경사를 따르고 있으면, 집광 폭이 넓어지지 않기 때문에, 크로스토크(Crosstalk)를 저감할 수 있다. 따라서, 슬릿(Slit)을 사용하지 않더라도 크로스토크를 줄일 수 있다. 이것은 렌티큘러 시트(40)의 능선 경사를 따라 배치된 광원(1051)의 열이 집광 렌즈(1030)의 대략 초점 거리의 위치에 배치되고, 광원(1051) 각각이 평행광으로서 렌티큘러 시트(40)에 의해 렌티큘러 시트(40)의 대략 초점 거리에 배치된 확산 시트(81)를 조명했을 경우, 광원 각각의 평행광이 렌티큘러 시트(40)의 능선 상에 집광하는 광이 되기 때문이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 복수의 광원(1051)은 집광 렌즈(1030)의 대략 초점 거리의 위치에 설치되고, 각각의 광원(1051)으로 조명한 경우에 평행광으로서 조명되고, 렌티큘러 시트(40)의 대략 초점 거리의 위치에 확산 시트(81)가 설치되어 있는 경우, 광원(1051)과 집광 렌즈(1030)의 위치 관계와, 렌티큘러 시트(40)와 확산 시트(81)의 위치 관계는 유사 관계가 된다. 따라서, 도 41 내지 도 44를 참조하면, 표시부(10)에 평행한 면 내의 타방향으로 배열된 복수 광원(1051) 양단의 광원(1051) 간의 폭(dSW)에 대한 제2 렌즈 어레이 및 복수의 광원(1051)의 열 사이의 거리(fC)의 비율(dSW / fC)은 확산 시트(81) 상의 복수의 광원(1051)의 집광점 양단의 집광점 간의 폭(dFW)에 대한 확산 시트(81)와 제1 렌즈 어레이 간의 거리(fL)의 비율(dFW / fL)과 동일하다. 예를 들어, 하기 식 (12)를 만족한다.
[식 12]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000012
도 45를 참조하면, 표시부(10)의 서브 화소 폭에 대한 집광점 간의 폭이 1 배 및 2 배인 경우, 콘트라스트는 도면에 도시된 범위에서 커진다. 한편, 표시부(10)의 서브 화소 폭에 대한 집광점 간의 폭이 3배보다 커지면, 콘트라스트는 낮은 레벨로 머무른다(推移). 따라서, 집광점 간의 폭(dFW)이 표시부(10)의 서브 화소 폭의 2배 이하이면, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 고화질화된 3D 표시를 크로스토크가 적은 표시로 할 수 있다. 또한, 이와 같이, 크로스토크는 집광 폭에 비례하는 한편, 표시부(10)의 샘플링 간격의 최소 단위가 서브 화소 폭이기 때문에, 표시부(10)에서 서브 화소 폭 이하는 비례하지 않는다. 따라서, 이러한 관계를 고려함으로써, 최적의 집광 렌즈(32)의 광학 설계를 가능하도록 할 수 있다.
<제10 실시예>
다음으로, 제10 실시예에 따른 입체 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 46은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 광원 제어부를 예시한 단면도이다. 도 47은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제3 렌즈 어레이로서 허니컴 렌즈 어레이를 예시하는 평면도이다. 도 48은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제3 렌즈 어레이로서 2 층의 렌티큘러 시트를 예시한 도면이다. 도 49 및 도 50은 개시의 다양한 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 광원 제어부를 예시한 단면도이다. 도 51은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 제3 렌즈 어레이의 캡 렌즈의 위치와 광량의 관계를 예시한 그래프로, 가로축은 캡 렌즈의 위치를 나타내고, 세로축은 광량을 나타낸다. 도 52는 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치에서 광원 간의 거리와 캡 렌즈 사이의 거리 간의 관계를 예시한 도면이다.
도 46 내지 도 50을 참조하면, 본 실시예의 입체 표시 장치(1010)에서 광원 제어부(1015a)는 집광 렌즈(1030)를 포함하는 제2 렌즈 어레이와 복수의 광원(1051) 사이에 배치된 제3 렌즈 어레이를 더 포함하고 있다. 제3 렌즈 어레이는 복수의 광원(1051)에 대응한 복수의 캡 렌즈(1020)를 포함하고 있다.
캡 렌즈(1020)는 광원(1051) 부근에 배치되어 있다. 1 개의 광원(1051)에 1 개의 캡 렌즈(1020)가 대응하도록 캡 렌즈(1020)가 배치되어 있다. 캡 렌즈(1020)는 광원(1051)으로부터 확산하는 광을 집광 렌즈(1030)에 집광하는 기능을 갖고 있다. 이에 의해, 광원(1051)으로부터 취해지는 광량을 증가시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 47을 참조하면, 광원 제어부(1015a)에서 복수의 광원(1051)은 어느 한 방향으로 지그재그 배열하도록 배치될 수 있다. 또한, 캡 렌즈(1020)는 정육각형 렌즈일 수도 있다. 이와 같이, 복수 광원(1051)의 배치를 표시부(10)에 평행한 면 내의 열 방향 및 열 방향에 교차하는 행 방향 중 적어도 어느 하나에 지그재그로 배치한 경우, 복수의 캡 렌즈(1020)는 허니컴 렌즈 어레이(1021)의 구성일 수도 있다.
한편, 도 48을 참조하면, 복수의 광원(1051)의 배치를 열 방향 및 행 방향으로 매트릭스 형상으로 배치한 경우, 복수의 캡 렌즈(1020)는 열 방향으로 능선이 연장된 복수의 실린더 렌즈를 포함하는 렌티큘러 시트(1022)와, 행 방향으로 능선이 연장된 복수의 실린더 렌즈를 포함하는 렌티큘러 시트(1023)를 중첩한 더블 렌티큘러 시트로 할 수도 있다.
구체적으로, 광원 제어부(1051a)에서 제3 렌즈 어레이는 2층으로 중첩된 적층 실린더 리컬 렌즈 어레이로서, 제2 렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 상층 실린더 렌즈 어레이 및 상층 실린더 렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 하층 실린더 렌즈 어레이를 포함할 수도 있다. 복수의 광원(1051)은 표시부(10)에 평행한 면 내의 열 방향 및 열 방향에 교차하는 행 방향으로 매트릭스 형상으로 복수 행 및 복수 열로 배열된다. 상층 실린더 렌즈 어레이에 포함된 각 실린더 렌즈의 능선은 열 방향 또는 행 방향으로 연장되어 있다. 하층 실린더 렌즈에 포함된 각 실린더 렌즈의 능선은 열 방향 및 행 방향 중 상층 실린더 렌즈 어레이의 각 실린더 렌즈의 능선이 연장되는 방향과 다른 방향으로 연장되어 있다.
이 경우 캡 렌즈(1020)는 상층 실린더 렌즈 어레이에 포함된 각 실린더 렌즈와 하층 실린더 렌즈에 포함된 각 실린더 렌즈가 중첩된 부분이다.
도 49를 참조하면, 복수의 캡 렌즈(1020)가 배치되는 피치를 복수의 광원(1051)이 배치되는 피치에 맞출 수도 있다. 또한, 도 50를 참조하면, 복수의 캡 렌즈(1020)가 배치되는 피치를 복수의 광원(1051)이 배치되는 피치보다 짧게 할 수도 있다. 도 50를 참조하면, 복수의 캡 렌즈(1020)의 피치를 복수의 광원(1051)의 피치보다 짧게 함으로써, 광원(1051)으로부터 취해지는 광량을 증가시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. 이하, 이러한 피치를 결정하는 방법을 설명한다.
도 51을 참조하면, 캡 렌즈(1020)의 위치를 이동시킴으로써 캡 렌즈(1024)의 피치를 변화시키면, 도면의 A 경우의 좌측으로 치우친 조명 분포로부터 도면의 B 경우의 좌측이 팽창한 조명 분포로 변화한다. 그리고, 도면의 C 경우의 조명 분포와 같이 캡 렌즈(1020)의 피치가 광원(1051)의 피치보다 짧은 피치 중 최적의 피치에서 조명 분포는 최적값을 나타내고, 광량은 최대값을 나타낸다.
캡 렌즈(1020)의 위치를 더욱 이동시켜 캡 렌즈(1020)의 피치를 광원(1051)의 피치에 가깝도록 하면, 도면의 D ~ F의 경우에 나타낸 바와 같이 조명 분포가 우측으로 치우쳐 광량도 감소한다. 따라서, 광량이 최대가 되는 위치에서 캡 렌즈(1020)의 피치를 결정할 수 있다.
도 52를 참조하면, 광원 제어부(1015a)에서 광원(1051)의 피치(간격)를 간격 PLED라 하고, 집광 렌즈(1030)를 포함하는 제2 렌즈 어레이와 복수의 광원(1051)의 열 사이의 거리를 거리를 fc라 한다. 또한, 캡 렌즈(1020)를 포함하는 제3 렌즈 어레이와 제2 렌즈 어레이 사이의 거리를 거리 dcap라 한다. 이 경우, 제3 렌즈 어레이의 캡 렌즈(1020)의 피치(간격) Pcap은 이하의 식 (13)으로부터 결정하는 것이 바람직하다.
[식 13]
Figure PCTKR2023013157-appb-img-000013
본 실시예의 입체 표시 장치(1010)에 의하면, 복수의 캡 렌즈(1020)를 포함하는 제3 렌즈 어레이를 포함하고 있기 때문에, 광원(1051)으로부터 취해지는 광량을 높여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제3 렌즈 어레이를 사용함으로써 집광 렌즈(1030)를 균일하게 조명하는 것에 기여할 수 있다. 또한, 캡 렌즈(1020)의 피치를 적절히 결정함으로써, 광원(1051)으로부터 취해지는 광량을 더 높여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
<제11 실시예>
다음으로, 제11 실시예를 설명한다. 제11 실시예는 제2 렌즈 어레이에서 제2 렌즈 소자(제2 실린더 렌즈)(31) 및 정육각형 렌즈(1031)를 집광 렌즈(1030)로 해서 상위 개념화 한 예이다.
도 53은 개시의 일 실시예에 따른 입체 표시 장치를 예시한 구성도이다.
도 53을 참조하면, 입체 표시 장치(1011)는 표시부(10), 입체 영상의 요소 화상을 표시부(10)에 표시하는 표시 구동부(17), 광원 제어부(1015b)로서, 표시부(10)의 배면 측에 배치된 제1 렌즈 어레이로서 소정 피치로 배열된 복수의 제1 렌즈 소자(제1 실린더 렌즈)(41)를 포함하는 제1 렌즈 어레이로서의 렌티큘러 시트(40)와, 제1 렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 제2 렌즈 어레이로서 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 집광 렌즈(1030)를 포함하는 제2 렌즈 어레이와, 각 집광 렌즈(1030)의 배면 측에 배치된 복수의 광원(1051) 등과, 표시부(10)와 제1 렌즈 어레이 사이에 배치되고 각 제1 렌즈 소자(제1 실린더 렌즈)(41)의 각 초점 위치를 포함하는 위치에 배치된 확산 시트(81)를 갖는 광원 제어부(1015b), 및 요소 화상을 조명하는 상기 광원을 구동시키는 광원 구동부(19)를 구비한다.
집광 렌즈(1030)는 제2 렌즈 소자(제2 실린더 렌즈)(31)일 수도 있다. 이 경우, 제2 렌즈 어레이는 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 제2 렌즈 소자(제2 실린더 렌즈)(31)를 포함한다.
또한, 집광 렌즈(1030)는 정육각형 렌즈(1031)일 수도 있다. 이 경우, 제2 렌즈 어레이는 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 정육각형 렌즈(1031)를 포함한다.
이상, 본 개시의 실시예들을 설명했지만, 본 개시는 상기 제1 실시예 내지 제11 실시예 및 변형예에 한정되는 것은 아니며, 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 실시예 내지 제11 실시예 및 변형예의 각 구성은 적절히 조합될 수도 있다. 또한, 조합하는 경우, 취지를 벗어나지 않는 범위에서 각 구성을 변경하는 것도 가능하다.
본 개시가 다양한 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 통상의 기술자에게는 첨부된 청구범위 및 이에 대응하는 등가물에 의해 정의된 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 표시부와;
    입체 영상의 요소 화상을 상기 표시부에 표시시키는 표시 구동부와;
    광원 제어부로서,
    상기 표시부의 배면 측에 배치된 제1 렌즈 어레이로서, 소정 피치로 배열된 복수의 제1 실린더 렌즈를 포함하는 제1 렌즈 어레이와,
    상기 제1 렌즈 어레이의 배면 측에 배치된 제2 렌즈 어레이로서, 상기 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 집광 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이와,
    각 집광 렌즈의 배면 측에 배치된 복수의 광원과,
    상기 표시부와 상기 제1 렌즈 어레이 사이에 배치되고, 각 제1 실린더 렌즈의 각 초점 위치를 포함하는 위치에 배치된 확산 시트를 포함하는 광원 제어부와;
    상기 요소 화상을 조명하는 상기 복수의 광원을 구동시키는 광원 구동부;를 포함하는 입체 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 집광 렌즈는 제2 실린더 렌즈이며,
    상기 제2 렌즈 어레이는 상기 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 상기 제2 실린더 렌즈를 포함하는 입체 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 표시 구동부는 입체 영상의 표시 위치를 나타내는 복수의 요소 화상을 표시하고, 제1 요소 화상과 제2 요소 화상을 포함하는 복수의 요소 화상을 전환하면서 상기 표시부에 표시시키도록 구성되고,
    상기 광원 구동부는 각 요소 화상을 조명하는 상기 복수의 광원을 순차적으로 구동하고, 상기 제1 요소 화상을 조명하는 제1 광원 및 상기 제2 요소 화상을 조명하는 제2 광원을 포함하는 상기 복수의 광원을 순차적으로 구동시키도록 구성되는 입체 표시 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 표시 구동부는 상기 복수의 요소 화상을 필드 분할로 전환하여 표시시키도록 구성되고,
    상기 광원 구동부는 필드의 전환에 따라 전환 후의 상기 요소 화상에 대응하는 상기 광원을 점등시키도록 구성되는 입체 표시 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 확산 시트에서, 상기 복수 광원의 광이 집광하는 점은 서로 어긋나 있는 입체 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 표시부에 평행한 면 내의 일방향으로 배열된 상기 복수 광원의 양단의 상기 광원 간의 폭에 대한 상기 제2 렌즈 어레이와 상기 복수 광원의 열 간의 거리의 비율은, 상기 확산 시트 상의 상기 복수 광원의 상기 집광점 양단의 상기 집광점 간의 폭에 대한 상기 확산 시트와 상기 제1 렌즈 어레이 간의 거리의 비율과 동일한 입체 표시 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 광원 제어부는 각 제1 실린더 렌즈의 표면에 배치되고, 각 제1 실린더 렌즈의 주변 부분을 투과한 광을 차폐하는 차폐판으로, 각 제1 실린더 렌즈의 중앙 부분을 투과시키는 슬릿이 형성된 차폐판을 더 포함하는 입체 표시 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 어레이에서, 복수의 상기 제2 실린더 렌즈는 상기 표시부의 화소 배열의 수직 방향 및 수평 방향으로 지그재그 배열하도록 배치된 입체 표시 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 광원 구동부는 상기 표시부에 평행한 면 내의 일방향으로 배열된 상기 복수의 광원을 순차적으로 구동시킬 때, 구동시킨 상기 광원으로부터 적어도 하나의 상기 광원을 띄운 위치의 상기 광원을 그 다음으로 구동시키도록 구성되는 입체 표시 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 표시부에 평행한 면 내의 일방향으로 배열된 상기 복수 광원의 양단의 상기 광원 간의 폭을 1 피치로 한 경우, 상기 광원 구동부는 구동시킨 상기 광원으로부터 적어도 반 피치를 띄운 위치의 상기 광원을 그 다음으로 구동시키도록 구성되는 입체 표시 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 실린더 렌즈 및 상기 제2 실린더 렌즈의 기능을 상기 복수의 광원에 의해 재생할 수 있도록 홀로그램 광학 소자에 기록하고,
    상기 제1 실린더 렌즈 및 상기 제2 실린더 렌즈 대신에 상기 복수의 광원과 상기 표시부 사이에 배치된 상기 홀로그램 광학 소자를 더 포함하는 입체 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 집광 렌즈는 정육각형 렌즈이며,
    상기 제2 렌즈 어레이는 상기 제1 실린더 렌즈보다 넓은 피치로 배열된 복수의 상기 정육각형 렌즈를 포함하고,
    복수의 상기 정육각형 렌즈는 상기 표시부의 화소 배열 방향으로 지그재그 배열하도록 배치된 입체 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 표시부에 평행한 면 내의 일방향으로 배열된 상기 복수 광원의 양단의 상기 광원 간의 폭에 N 개의 상기 광원이 있는 경우, 상기 광원 구동부는 구동시킨 상기 광원으로부터 시프트량 M을 띄운 위치의 상기 광원을 그 다음에 구동시키도록 구성되며, 여기서 N은 M으로 나눌 수 없는 정수이고, M이 n / 2 이상에서 M은 (N - M)의 음의 정수로 취급되고, M의 절대값은 N / 2 이하의 최대값인 입체 표시 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 상기 광원은 상기 표시부에 평행한 면 내의 열 방향 및 상기 열 방향에 교차하는 행 방향으로 매트릭스 형상으로 복수 행 및 복수 열로 배열되고,
    동일한 열에 배치된 상기 복수의 상기 광원은 동시에 점등되도록 구동되며,
    상기 제1렌즈 어레이의 복수의 제1실린더 렌즈의 능선은 상기 열 방향으로 연장되어 있는 입체 표시 장치.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 표시부에 평행한 면 내의 열 방향 및 상기 열 방향에 교차하는 행 방향으로 매트릭스 형상으로 배열된 상기 복수의 광원의 상기 행 방향 양단의 상기 복수의 광원 간의 폭에 대한 상기 제2 렌즈 어레이와 상기 복수의 광원의 열 간의 거리의 비율은 상기 확산 시트 상의 상기 복수 광원의 집광점 양단의 상기 집광점 간의 폭에 대한 상기 확산 시트와 상기 제1 렌즈 어레이 간의 거리의 비율과 같고,
    상기 집광점 간의 폭은 상기 표시부의 서브 화소 폭의 2배 이하인 입체 표시 장치.
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