KR102116284B1 - 멀티-뷰 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

멀티-뷰 디스플레이 디바이스는 화소가 있는 디스플레이 패널 및 광원의 장치를 포함하는 백라이트를 포함하고, 각각의 광원은 턴온될 때 디스플레이 패널의 화소의 연관된 영역을 조명한다. 디스플레이 제어기는 개별 2D 뷰의 반복 없이 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 동시에 포함하는 부분 디스플레이 출력이 제공되도록 광원의 장치 및 화소가 있는 디스플레이 패널을 제어하도록 적용된다. 이 장치는 뷰 반복이 회피되도록 화소의 제어된 조명 방향을 갖는 출력을 제공한다. 출력은 뷰의 단일 원추일 수 있고, 뷰의 원추가 뷰잉될 수 있는 위치는 활성화되는 백라이트의 광원과 디스플레이 패널 사이의 관계에 의존한다.

Description

멀티-뷰 디스플레이 디바이스{MULTI-VIEW DISPLAY DEVICE}

본 발명은 디스플레이를 생성하기 위한 화소를 갖는 디스플레이 패널과 디스플레이 디바이스의 시야 내의 상이한 공간 위치로 다중 뷰(view)를 지향하기 위한 화상 형성 장치를 포함하는 유형의 디스플레이 디바이스의 시야 내에 다중 뷰를 제공하기 위한 멀티-뷰 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

멀티-뷰 디스플레이 디바이스의 제 1 예는 디스플레이 패널의 화소의 칼럼(column) 및 로우(row)의 기초 어레이에 관련하여 치수 설정되고 위치되는 슬릿(slit)을 갖는 시차 배리어(parallax barrier) 형태의 화상 형성 장치를 포함한다. 2-뷰(view) 디자인에서, 시청자(viewer)는 그/그녀의 머리가 고정된 위치에 있으면 3D 화상을 인식하는 것이 가능하다. 시차 배리어는 디스플레이 패널의 전방에 위치되고 홀수 및 짝수 화소 칼럼으로부터의 광이 각각 시청자의 왼쪽 및 오른쪽 눈을 향해 지향되도록 설계된다.

이 유형의 2-뷰 디스플레이 디자인의 결점은 시청자가 고정된 위치에 있어야 하고, 단지 좌측 또는 우측으로 대략 3 cm 움직일 수 있다는 것이다. 더 바람직한 실시예에서는, 각각의 슬릿 아래에 2개의 서브화소 칼럼이 아니라 다수가 존재한다. 이 방식으로, 시청자는 좌측 및 우측으로 움직이는 것이 허용되고 항상 그/그녀의 눈으로 입체 화상을 인식한다.

시차 배리어 장치는 제조가 간단하지만 특히 뷰의 수가 증가할 때 밝기가 효율적이지 않다. 바람직한 대안은 따라서 화상 형성 장치로서 렌즈 장치를 사용하는 것이다. 예를 들어, 서로 평행하게 연장하고 디스플레이 패널 화소 어레이 위에 놓이는 기다란 렌티큘러(lenticular) 요소의 어레이가 제공될 수 있고, 디스플레이 화소는 이들 렌티큘러 요소를 통해 관찰된다.

렌티큘러 요소는 그 각각이 렌즈 요소의 곡률에 수직인 기다란 축을 갖는 기다란 반원통형 렌즈 요소를 포함하는 요소의 시트로서 제공된다. 렌티큘러 요소는 디스플레이 패널의 칼럼 방향에서 이들의 기다란 축을 따라 연장하고, 각각의 렌티큘러 요소는 디스플레이 화소의 2개 이상의 인접한 칼럼의 각각의 그룹 위에 놓인다.

예를 들어, 각각의 렌티큘(lenticule)이 디스플레이 화소의 2개의 칼럼과 연관되는 장치에서, 각각의 칼럼 내의 디스플레이 화소는 각각의 2차원 서브 화상의 수직 슬라이스를 제공한다. 렌티큘러 시트는 다른 렌티큘과 연관된 디스플레이 화소 칼럼으로부터 시트의 전방에 위치된 사용자의 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈으로 이들 2개의 슬라이스 및 대응 슬라이스를 지향시켜, 사용자가 단일의 입체 영상 화상을 관찰하게 된다. 따라서 렌티큘러 요소의 시트는 광 출력 지향 기능을 제공한다.

다른 장치에서, 각각의 렌티큘은 로우 방향에서 4개 이상의 인접 디스플레이 화소의 그룹과 연관된다. 각각의 그룹의 디스플레이 화소의 대응 칼럼은 각각의 2차원 서브 화상으로부터 수직 슬라이스를 제공하도록 적절하게 배열된다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 움직임에 따라, 일련의 연속적인 상이한 입체 영상 뷰가 인식되어 예를 들어 둘러보기(look-around) 인상을 생성한다.

전술된 디바이스는 효과적인 3차원 디스플레이를 제공한다. 그러나, 입체 영상 뷰를 제공하기 위해, 디바이스의 수평 해상도의 필수적인 희생이 존재한다는 것이 명백할 것이다. 이 해상도의 희생은 생성된 뷰의 수에 따라 증가한다. 따라서, 다수의 뷰를 사용하는 주 결점은 뷰당 화상 해상도가 감소된다는 것이다. 이용 가능한 화소의 총 수는 뷰 사이에 분포되어야 한다. 수직 렌티큘러 렌즈를 갖는, 즉 시청자 배향에 대해 수직인 N-뷰 3D 디스플레이의 경우에, 수평 방향을 따른 각각의 뷰의 인식된 해상도는 2D 화소 해상도에 대해 N의 팩터만큼 감소될 것이다. 수직 방향에서, 해상도는 2D 화소 해상도와 동일하게 유지될 것이다. 기울어지는 배리어 또는 렌티큘러의 사용은 무안경 입체 영상 모드에서 수평 및 수직 방향에서 해상도 사이의 이 불일치를 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 해상도 손실은 수평 방향과 수직 방향 사이에서 균등하게 분포될 수 있다.

따라서, 뷰의 수를 증가시키는 것은 3D 인상을 향상시키지만 시청자에 의해 인식되는 바와 같은 3D 화상 해상도를 감소시킨다. 개별 뷰는 각각의 소위 뷰잉 원추 내에 있고, 이들 뷰잉 원추는 통상적으로 시야를 가로질러 반복된다.

뷰잉 경험은, 시청자가 뷰잉 원추들 사이의 경계에서 3D 디바이스를 뷰잉하기 위해 3D 효과가 결여되고 고스트 화상이 나타나는 이들의 위치를 선택하는데 있어서 완전히 자유롭지 않은 사실에 의해 방해된다. 본 발명은 이 문제점에 관련된다.

본 발명의 목적은 개량된 멀티-뷰 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. 특히, 디바이스는 원추 경계의 감소를 가능하게 한다.

이 목적은 독립 청구항에 규정된 바와 같은 발명에 의해 성취된다. 종속 청구항은 유리한 실시예를 제공한다.

청구항 1에 규정된 바와 같은 멀티-뷰 디스플레이 디바이스는 뷰 반복이 회피될 수 있도록 화소의 제어된 조명 방향을 갖는 출력이 가능하게 하는 디스플레이 디바이스를 제공한다. 따라서, 그 시야 내의 디스플레이 디바이스의 출력은 다중 뷰를 갖는 단일의 원추일 수 있다. 이는 단지 좁은 시야로 지향되기 때문에, 또는 다중 부분 출력이 해상도를 구성하기 위해 시간 순차적으로 제공되기 때문에 부분 디스플레이 출력을 형성한다. 부분 디스플레이 출력이 부분 출력 영역인 경우에, 뷰의 원추가 뷰잉될 수 있는 위치는 활성화되는 백라이트의 광원과 디스플레이 패널 사이의 관계에 의존한다.

렌즈의 어레이는 디스플레이 패널의 전방에 배열되고 각각의 화소의 광은 실질적으로 하나의 렌즈를 조명한다. 이는 뷰 반복 및 따라서 원추 경계를 회피한다. 렌즈의 어레이는 실질적으로 무한대로 디스플레이 패널의 화소 평면을 화상 형성할 수 있다. 렌즈의 어레이는 스위칭 가능하여, 디스플레이가 2D 및 3D 작동 모드 및/또는 3D 작동의 다중 모드 사이에서 스위칭 가능하게 되고, 여기서 다중 모드는 이들의 뷰의 수에 의해 구별된다.

일 예에서, 디바이스의 작동 중에, 모든 화소가 하나의 공통 방향 주위에서 광의 사전 결정된 퍼짐(spread)으로 조명되어 하나의 조명 작동 중에 하나 이상의 뷰가 디스플레이 디바이스의 부분 시야 내에서 생성되게 된다.

따라서, 다중 뷰를 갖는 단일의 원추가 원하는 방향에서 제공된다. 선택된 출력 영역의 위치는 디스플레이 패널에 대한 광원의 위치를 조정함으로써 선택될 수 있다. 더 큰 뷰잉 범위가 시간 순차적인 방식으로 구성될 수 있다.

이 장치는 디바이스가 헤드 트래킹(head tracking) 시스템을 추가로 포함하고, 출력 방향이 헤드 트래킹 시스템으로부터 수신되는 입력에 기초하여 선택될 때 특히 관심이 있다.

광원은 독립적으로 제어 가능하고, 디스플레이 디바이스 출력은 광원의 서브세트의 작동으로부터 발생하는 디스플레이 출력을 포함하고, 각각의 작동된 광원으로부터의 출력은 하나 초과의 광원에 의해 조명되는 디스플레이 패널의 작동된 영역을 갖지 않고 디스플레이 패널의 각각의 영역을 조명한다.

방향 뷰가 제공되는 광원 장치의 제어가 이어서 결정될 수 있다. 더 큰 뷰잉 범위가 시간 순차적인 방식으로 재차 구성될 수 있다.

스페이서는 이것이 백라이트의 각각의 광원을 위한 상기 각각의 영역을 제한하도록 배열된 광원과 디스플레이 사이에 제공될 수 있다.

백라이트는 시준된(collimated) 방향성 출력을 제공하기 위한 각각의 광원과 연관된 렌즈를 추가로 포함할 수 있다. 이 방향성 출력은 이어서 디스플레이가 뷰잉될 수 있는 출력 영역을 지시한다.

스위칭 가능한 확산기가 방향성 출력으로부터 확산 출력으로 백라이트의 출력을 변환하기 위해 제공될 수 있다. 이 방식으로, 디바이스는 원하는 방향에서 단일의 원추 출력을 제공하는데 사용될 수 있고, 또는 확산 출력은 통상의 다중 원추 장치를 생성한다. 이는 전체 시야를 가로질러 다수의 시청자가 존재하면 더 적합할 수도 있다.

백라이트는 투명 슬래브를 포함할 수 있고, 슬래브는 절결부를 갖는 직사각형 형상의 단면을 갖고 성형되고, 절결부는 광원으로부터의 광의 퍼짐을 넘어가는 광원들 사이의 영역에 위치된다. 이 디자인은 백라이트의 광학 성능에 기여하지 않는 재료를 제거함으로써 백라이트의 중량을 감소시킨다.

렌즈의 재료를 통한 유효 광학 거리로 변환된 화소 평면과 렌즈의 어레이 사이의 거리가 d1*으로서 정의되고, 렌즈의 재료를 통한 유효 광학 거리로 변환된 광원과 화소 평면 사이의 거리는 d2*로서 정의되면, d2*=kd1*이고, 여기서 k는 정수이다. 이는 하나의 광원이 다수의 렌즈에 디스플레이의 영역을 투영하는데 사용될 때 특히 관심이 있고, 화소의 반복 가능한 패턴이 각각의 렌즈에 맵핑되는 것을 보장한다.

일 배열에서, 광원은 디스플레이의 상부로부터 저부로 연장하고, 렌즈의 장축과 정렬되고, 각각의 광원은 독립적으로 구동 가능한 세그먼트를 갖고 분할된다. 이는 백라이트에 의해 제공된 조명이 디스플레이의 로우 단위 어드레싱에 더 양호하게 정합될 수 있게 하여, 이들의 구동 레벨이 안정화될 때 조명되고 조명이 누화가 발생하기 전에 정지될 수 있는 것을 보장한다.

모든 예에서, 디스플레이 패널은 액정(LC) 디스플레이 화소의 어레이를 포함할 수 있고, 광원은 발광 다이오드(LED) 도트 또는 라인을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 멀티-뷰 디스플레이 디바이스의 작동 방법을 제공하고, 여기서 디스플레이 패널은 제어되고 광원의 장치는 각각의 조명된 화소의 광이 정확하게 하나의 렌즈에 도달하고 개별 2D 뷰의 반복을 갖지 않는 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 동시에 포함하는 부분 디스플레이 출력이 제공되도록 제어된다.

본 발명의 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서만 설명될 것이다.

도 1은 공지의 무안경 입체 영상 디스플레이 디바이스의 개략 사시도.
도 2는 렌티큘러 어레이가 어떻게 상이한 공간 위치에 상이한 뷰를 제공하는지를 도시하는 도면.
도 3은 멀티-뷰 무안경 입체 영상 디스플레이의 레이아웃의 단면도.
도 4는 도 3의 확대도.
도 5는 각각의 원추의 세트 내에 생성된 뷰가 동일한 9-뷰 시스템을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 1 예를 도시하는 도면.
도 7은 도 6의 디자인의 수정예를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 2 예를 도시하는 도면.
도 9는 도 8의 디자인의 수정예를 도시하는 도면.
도 10은 도 8의 디자인의 다른 가능한 수정예를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 3 예를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 4 예를 도시하는 도면.
도 13은 도 12를 참조하여 설명된 원리를 사용하여 가능한 최대 중량 감소를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 5 예를 도시하는 도면.
도 15는 뷰가 어떻게 공지의 다중 원추 디스플레이 내의 화소에 맵핑되는지를 도시하는 도면.
도 16은 하나의 광원이 다중 렌즈를 조명하는데 사용되고 요구된 뷰 맵핑을 설명하는데 사용되는 본 발명의 디스플레이 디바이스를 도시하는 도면.
도 17은 도 16의 배열에 대한 본 발명의 뷰 맵핑을 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 디바이스에 사용될 수 있는 분할형 백라이트의 제 1 예를 도시하는 도면.
도 19는 하나의 조명된 세그먼트를 갖는 도 18의 백라이트를 도시하는 도면.
도 20은 도 18의 백라이트의 작동을 위한 타이밍 다이어그램.
도 21은 본 발명의 디바이스에 사용될 수 있는 분할형 백라이트의 제 2 예를 도시하는 도면.

본 발명은 백라이트가 광원의 배열을 포함하는 멀티-뷰 디스플레이 디바이스를 제공하고, 각각의 광원은 켜질 때 디스플레이 패널의 연관 영역에 광을 지향한다. 광원은 라인으로 배열된다. 이들 라인은 연속적일 수 있지만, 이들은 또한 분할될 수도 있다(점선 또는 쇄선 라인을 형성함). 광원의 라인은 엇갈린 렌즈를 정합하도록 엇갈리게 될 수 있다.

광원으로부터의 광의 퍼짐은 사전 결정된 각도에 걸치고 이에 의해 광원에 의해 조명되는 디스플레이 패널의 그 영역이 뷰잉될 수 있는 디스플레이 패널의 시야 내의 연관 출력 영역을 형성한다. 디스플레이 제어기는 광원의 배열을 적응적으로 제어하여 개별 2D 뷰의 반복 없이 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 포함하는 부분 표시 출력이 제공되게 된다. 단일 원추 출력이 상이한 부분 디스플레이 출력을 순차적으로 제공함으로써 생성될 수 있다. 대안적으로, 부분 디스플레이 출력은 시청자의 위치가 알려져 있으면 선택된 방향에서 제공될 수 있다.

본 발명의 설명이 제공되기 전에 본 발명에 의해 처리되는 문제점이 먼저 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 공지의 직시형 무안경 입체 영상 디스플레이 디바이스(1)의 개략 사시도이다. 공지의 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 공간 광 변조기로서 작용하는 능동 매트릭스형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.

디스플레이 패널(3)은 디스플레이 화소(5)의 로우 및 칼럼의 직교 어레이를 갖는다. 명료화를 위해, 단지 소수의 디스플레이 화소(5)만이 도면에 도시되어 있다. 실제로, 디스플레이 패널(3)은 디스플레이 화소(5)의 약 천개의 로우와 수천개의 칼럼을 포함할 수도 있다. 흑백 디스플레이 패널에서, 용어 화소는 화상의 부분을 표현하기 위한 최소 유닛을 의미하는 것으로서 해석되어야 한다. 컬러 디스플레이에서, 화소는 풀 컬러 화소의 서브-화소를 표현한다. 풀 컬러 화소는 일반적인 용어에 따르면, 표시된 최소 화상부의 모든 컬러를 생성하기 위해 필요한 모든 서브-화소를 포함한다. 따라서, 예를 들어 풀 컬러 화소는 가능하게는 백색 서브-화소로 또는 하나 이상의 다른 원색 서브-화소로 증대된 적(R), 녹(G) 및 청(B) 서브-화소를 가질 수 있다. 액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 전적으로 통상적이다. 특히, 패널(3)은 그 사이에 정렬된 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 또는 다른 액정 재료가 제공되어 있는 한 쌍의 이격된 투명 글래스 기판을 포함한다. 기판은 이들의 대면하는 표면 상에 투명한 인듐 주석 산화물(ITO) 전극의 패턴을 갖는다. 편광층이 또한 기판의 외부면에 제공된다.

각각의 디스플레이 화소(5)는 그 사이에 액정 재료가 개재되어 있는 대향 전극을 기판 상에 포함한다. 디스플레이 화소(5)의 형상 및 레이아웃은 전극의 형상 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 화소(5)는 간극에 의해 서로로부터 규칙적으로 이격된다.

각각의 디스플레이 화소(5)는 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 소자와 연관된다. 디스플레이 화소는 스위칭 소자에 어드레싱 신호를 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 작동하고, 적합한 어드레싱 방안이 당 기술 분야의 숙련자들에게 알려져 있을 것이다.

디스플레이 패널(3)은 이 경우에 디스플레이 화소 어레이의 영역 상으로 연장하는 평면형 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 조명된다. 광원(7)으로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 통해 지향되고, 개별 디스플레이 화소(5)는 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동된다.

디스플레이 디바이스(1)는 디스플레이 패널(3)의 디스플레이측 상에 배열되어 광 지향 기능과 함께 뷰 형성 기능을 수행하는 렌티큘러 시트(9)를 또한 포함한다. 렌티큘러 시트(9)는 서로 평행하게 연장하는 렌티큘러 요소(11)의 행을 포함하고, 그 중 하나만이 명료화를 위해 과장된 치수를 갖고 도시되어 있다.

렌티큘러 요소(11)는 요소의 원통형 곡률에 수직으로 연장하는 기다란 축(12)을 각각 갖는 볼록 원통형 렌즈의 형태이고, 각각의 요소는 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 디바이스(1)의 전방에 위치된 사용자의 눈으로 상이한 화상 또는 뷰를 제공하기 위한 광 출력 지향 수단으로서 작용한다.

디스플레이 디바이스는 백라이트 및 디스플레이 패널을 제어하는 제어기(13)를 갖는다.

도 1에 도시된 무안경 입체 영상 디스플레이 디바이스(1)는 상이한 방향에서 다수의 상이한 원근 뷰(perspective view)를 제공하는 것이 가능한데, 즉 디스플레이 디바이스의 시야 내의 상이한 공간 위치에 화소 출력을 지향할 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘러 요소(11)는 각각의 행에서 소그룹의 디스플레이 화소(5) 위에 놓이고, 여기서 본 예에서 행은 렌티큘러 요소(11)의 기다란 축에 수직으로 연장한다. 렌티큘러 요소(11)는 다수의 상이한 뷰를 형성하기 위해 상이한 방향에서 그룹의 각각의 디스플레이 화소(5)의 출력을 투영한다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 움직임에 따라, 그/그녀의 눈은 차례로 다수의 뷰의 상이한 것들을 수신할 것이다.

당 기술 분야의 숙련자는 액정 재료가 복굴절성이고 굴절률은 단지 특정 편광의 광을 인가하기 때문에, 광 편광 수단이 전술된 어레이와 함께 사용되어야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 광 편광 수단은 디바이스의 디스플레이 패널 또는 화상 형성 장치의 부분으로서 제공될 수 있다.

도 2는 전술된 바와 같이 렌티큘러형 화상 형성 장치의 작동의 원리를 더 상세히 도시하고, 백라이트(20), 디스플레이 디바이스(24), 액정 디스플레이 패널 및 렌티큘러 어레이(28)를 단면으로 도시한다. 도 2는 렌티큘러 장치(28)의 렌티큘러(27)가 어떻게 디스플레이 디바이스의 전방에서 각각의 3개의 상이한 공간 위치(22', 22", 22"')에 화소의 그룹의 화소(26', 26", 26"')의 출력을 지향시키는지를 도시한다. 상이한 위치(22', 22", 22"')는 3개의 상이한 뷰의 부분이다.

유사한 방식으로, 디스플레이 화소(26', 26", 26"')의 동일한 출력이 장치(28)의 렌티큘러(27')에 의해 각각의 3개의 다른 상이한 공간 위치(25', 25", 25"') 내로 지향된다. 3개의 공간 위치(22' 내지 22"')는 제 1 뷰잉 구역 또는 원추(29')를 규정하지만, 3개의 공간 위치(25' 내지 25"')는 제 2 뷰잉 원추(29")를 규정한다. 더 많은 이러한 원추가 화소(26' 내지 26"')에 의해 형성된 것과 같은 화소의 그룹의 출력을 지향할 수 있는 어레이의 렌티큘러 렌즈의 수에 따라 존재한다는(도시 생략) 것이 이해될 수 있을 것이다. 원추는 도 5와 관련하여 또한 설명되는 바와 같이, 디스플레이 디바이스의 전체 시야를 충전한다.

상기 뷰 지향 원리는 모든 원추 내에서 동일한 화소 출력이 특정 뷰에서 표시됨에 따라 하나의 뷰잉 원추로부터 다른 원추로 진행할 때 발생하는 뷰 반복을 유도한다. 따라서, 도 2의 예에서, 공간 위치(22", 25")는 상이한 뷰잉 원추(29', 29") 내에서 동일한 뷰를 각각 제공한다. 달리 말하면, 특정 뷰는 모든 뷰잉 원추 내에 동일한 콘텐트를 나타낸다. 본 발명은 이와 같은 뷰 반복에 관련된다.

도 3은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 바와 같은 멀티-뷰 무안경 입체 영상 디스플레이의 더 상세한 단면도를 도시한다. 특정 렌티큘러 렌즈(예를 들어, 27) 아래의 각각의 화소(31^I 내지 31^VII)는 뷰(32^I 내지 32^VII)의 특정의 뷰에 기여할 것이다. 이 렌즈 아래의 모든 이러한 화소는 그 경계가 라인(37^I 내지 37^II)으로 지시된 뷰의 원추에 함께 기여할 것이다. 예를 들어 뷰잉 원추각(φ)(33)으로 표현되는 이 원추의 폭은 일반적인 광학 원리로부터 명백해질 수 있는 바와 같이, 화소 평면으로부터 렌티큘러 렌즈의 평면까지의 거리(D)(34) 및 렌즈 피치(P_L)와 같은 다수의 파라미터의 조합에 의해 결정된다.

도 3과 동일한 단면을 도시하는 도 4는 디스플레이 패널(24)의 화소(31^IV)에 의해 방출된(또는 변조된) 광이 뷰잉 원추(29')의 뷰(32^IV)를 향해 지향되기 위해 화소에 가장 가까운 렌티큘러 렌즈(27)에 의해 집광되고, 뿐만 아니라 동일한 뷰(32^IV)이지만 상이한 뷰잉 원추(29", 29"')로 지향되게 되도록 렌티큘러 장치의 이웃하는 렌즈(27', 27")에 의해 집광되는 것을 도시한다. 이는 동일한 뷰의 반복 원추의 발생의 기원이다.

각각의 원추 내에 생성된 대응하는 뷰는 동일하다. 이 효과는 9-뷰 시스템(즉, 각각의 원추 내에 9개의 뷰)에 대해 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 여기서, 디스플레이 디바이스(53)의 전체 시야(50)는 다중 뷰잉 원추(51)로 분할되고(총 11개, 그 중 4개만이 도면 부호 51에 의해 지시되어 있음), 뷰잉 원추의 각각의 하나는 동일한 다중 뷰(52)를 갖는다(이 경우에 9개, 이는 뷰잉 원추 중 하나에 대해 단지 지시되어 있음).

3D 효과와 해상도 페널티 사이의 허용 가능한 절충에 대해, 뷰의 총 수는 통상적으로 9 또는 15개로 제한된다. 이들 뷰의 각각은 통상적으로 1°내지 2°의 각도폭을 갖는다. 이제, 시청자(54)는 일 뷰잉 원추 내에 자리 잡고, 그가 일 뷰잉 원추 내에 머무르는 한 뷰 내의 적절한 시차 정보에 따라 그의 눈 내에 뷰를 수신한다. 따라서, 시청자는 왜곡 없이 3D 화상을 관찰하는 것이 가능하다. 동일한 3D 인식이 따라서 뷰잉 원추(51) 중 하나 내에 있는 모든 시청자에 대해 이용 가능하다. 그러나, 뷰 및 뷰잉 원추는 이들이 시야를 따라 주기적인 특성을 갖는다. 사용자가 디스플레이 주위에서 걸어다니면, 그는 예를 들어 뷰잉 원추(51^I, 51^II)의 경계에 있는 시청자(55)에 대해 지시되는 바와 같이 인접한 뷰잉 원추 사이의 경계 중 적어도 하나를 몇몇 지점에서 가로지를 것이다. 이러한 영역에서, 두 눈 내의 화상은 적절하게 정합하지 않을 것이다. 따라서, 예를 들어 시청자(55) 및 9-뷰 시스템의 현재의 경우의 이 위치에서 왼쪽 눈은 예를 들어 뷰잉 원추(51^I)의 9번째 화상을 수신할 것이고 오른쪽 눈은 예를 들어 뷰잉 원추(51^II)의 첫 번째 화상을 수신할 것이다. 그러나, 이들 뷰는 좌측 및 우측 화상이 반전되어 있기 때문에 잘못된 시차 정보를 갖는데, 이는 화상이 도치되어 있는 것을 의미한다. 더욱이, 더 심각하게는 화상들 사이에 매우 큰 불일치가 존재하는데, 즉 뷰들은 서로로부터 이격된 8개의 뷰이다. 이는 "수퍼 도치" 뷰잉이라 칭한다. 시청자가 원추 경계를 가로질러 이동함에 따라, 불연속적인 점프가 관찰된다.

본 발명은 뷰잉 원추가 사용자에 투영되는 방향을 제어하기 위해 디스플레이 디바이스 내에 제어 가능한 광원을 제공한다. 이는 공지의 방식으로 시청자가 뷰잉 원추의 중심 부근에 있도록 뷰잉 원추를 조향하거나, 또는 원추 경계에 어떠한 화상 전이도 없이 다중 시간 순차적 뷰잉 원추를 구성하는 디스플레이 출력을 제공하는데 사용될 수 있다.

도 6은 하나 이상의 뷰잉 원추가 하나 이상의 상이한 원하는 방향에서 투영되는 본 발명에 따른 제 1 디스플레이 디바이스를 도시한다. 재차, 렌티큘러 장치(28) 및 액정 디스플레이 패널(24)과 같은 공간 광 변조기가 존재한다. 본 예에서, 이들 요소는 상기 도 1 내지 도 5와 관련하여 설명된 대응하는 것들과 동일하다.

광원(60), 예를 들어 발광 다이오드(LED) 스트립의 세트가 이들의 전방에 렌즈(62)를 갖고 백라이트에 위치된다. 렌즈(62)는 이들의 출력이 광(63)의 시준된 칼럼의 세트가 되도록 치수 설정된 것일 수 있다. 본 예에서, 광의 칼럼은 도 6의 도면의 평면에 수직으로 연장한다. 렌즈가 2차원이면, 즉 2개의 교차축을 따른 렌징 기능(lensing function)을 가지면, 확산 작용이 시스템, 예를 들어 시준된 광의 칼럼의 세트를 재차 갖기 위해 축방향 중 하나에서 렌징 작용을 완화하기 위해 공간 광 변조기 상의 구형 렌즈 내에서 이후에 발생할 필요가 있다.

스위칭 가능한 확산기(64)가 시준 렌즈(62)의 상부에 백라이트 장치의 출력측에 제공된다. 이는 본 발명의 단일 원추 모드와 통상의 다중 원추 모드 사이에서 디바이스가 스위칭될 수 있게 하는 선택적인 특징이다.

광원(60)을 렌즈(62)에 대해 방향(66)을 따라 이동시키고 또는 예를 들어 이러한 이동을 모방하기 위해 광원(60)의 상이한 것들 또는 세트들을 스위칭 온 및 오프함으로써, 디스플레이 디바이스의 법선(68)에 대한 시준의 방향이 조정될 수 있다. 시준 방향의 이 편차는 개별 단계에서 구현될 수 있고 또는 조정은 연속적인 방식으로 수행될 수 있다.

시청자의 수 및 위치를 결정하기 위한 헤드 트래킹 디바이스가 제공된다. 이는 잘 알려진 장치이고, 카메라(67)가 헤드 트래킹 시스템을 개략적으로 표현하기 위해 도 6에 도시되어 있다. 단일의 시청자가 존재하면, 스위칭 가능한 확산기(64)는 투명 상태로 스위칭되고, 백라이트는 시청자가 뷰의 세트를 수신하도록 조정된다. 이는 본 발명의 단일 원추 배열을 제공한다. 백라이트 장치의 조정은 기본적으로 렌즈(62)에 대해 정확한 위치에 광원(60)을 배치하는 것을 포함한다. 조정은 이어서 시청자가 뷰잉 원추의 경계에 있지 않고 지향된 뷰잉 원추 내에 완전하게 있도록 뷰잉 원추가 지향되어 있도록 이루어진다. 이 조정은 광원을 시프트함으로써 또는 특정 광원을 스위칭 온 또는 오프함으로써 행해질 수 있다. 이러한 스위칭 온 또는 오프는 분할된 백라이트를 사용하고 예를 들어 적절한 전기 시간 순차적 구동을 제공함으로써 행해질 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 렌즈는 편광된 광원을 갖는 경사형 굴절률 렌즈(Graded Refractive INdex Lens: GRIN) 기술을 사용하여 이동될 수 있다. 렌즈의 이러한 이동 또는 측방향 변위는 예를 들어 그대로 본 명세에 참조로서 합체되어 있는 국제 특허 출원 공개 WO 2007/072330호에 설명되어 있다. 이 기술은 렌즈 위치의 시프트를 가능하게 하고, 본 발명의 시준 렌즈를 위해 적용될 수 있다. 시준 렌즈와 백라이트 소스의 이러한 상대 위치 시프트를 구현하는 다른 방법은 명백할 것이고 사용될 수 있다.

도 6에 도시된 예에서, 뷰 1 내지 9를 갖는 뷰잉 원추(69)는 방향(61)으로 지향되어 도시된 시청자에 대해 도시된 바와 같이 법선(68)과 각도(65)를 형성한다. 방향(61)은 시청자가 뷰잉 원추각을 양분하도록 할 필요는 없다. 방향은 시청자가 완전히 뷰잉 원추 내에 있도록 하면 충분하다. 따라서, 그의 오른쪽 눈은 적어도 뷰 1을 구비해야 하고 또는 그의 왼쪽 눈은 적어도 지향된 뷰잉 원추의 뷰 9를 구비해야 한다.

단일 시청자에 대해, 이들 뷰잉 원추 방향 조정은 초의 길이 스케일일 수도 있다. 시청자 트래킹은 간단히 그/그녀가 이동하면 시청자를 추종하는 것이 가능해야 한다.

시청자 트래커는 이동 전화(휴대폰) 또는 다른 휴대형 디바이스의 하나 이상의 카메라에 의해 가능화될 수도 있다. 일반적으로, 이동 전화 또는 휴대형 디바이스는 단지 한명의 시청자에 의해서만 관찰되어 시청자 트래커가 항상 최적의 뷰의 세트를 한명의 시청자에게 유리하게 제공할 수 있게 된다. 한명의 시청자에 대해 원추 조정은 고속 응답을 요구하지 않기 때문에, 복잡한 구동기 및 계산 디바이스가 공간 및 제한된 전력 제공의 견지에서 휴대형 디바이스에서 유리하게 회피될 수 있다.

더 많은 시청자가 존재하면, 시스템은 각각의 시청자가 방향성 백라이트 장치에 의해 생성된 독립적인 비중첩 뷰의 세트를 수신할 수 있는지 여부를 판정한다. 이 평가는 시청자의 위치의 조합과 뷰잉 원추의 공지의 각도폭에 기초한다. 모든 시청자가 중첩하지 않는 뷰잉 원추를 구비할 수 있으면, 백라이트는 공간 광 변조기에서와 같이 시간 순차적으로 구동한다. 따라서, 상이한 뷰잉 원추가 시간 순차적인 방식으로 디스플레이 디바이스의 법선(68)에 대해 원하는 방향에서 생성된다. 상이한 뷰잉 원추는 이어서 특정 화상을 제공하는 구동 사이클(프레임)의 상이한 서브-사이클(서브-프레임) 내에서 생성된다. 달리 말하면, 비디오의 하나의 프레임 또는 하나의 화상을 제공하기 위한 디스플레이 프레임(시간)은 서브-프레임(시간)으로 분할될 수 있다. 상이한 뷰잉 원추는 이제 뷰 콘텐트를 표시하여 각각의 시청자가 원추 전이를 경험하지 않게 된다. 따라서, 각각의 시청자에 대한 뷰는 각각의 시청자가 뷰잉 원추 전이부 상이 아니라 뷰잉 원추 내에 위치되도록 제공된다. 이 방식으로, 뷰잉 원추 전이가 감소되거나 회피될 수 있다. 몇몇 시청자는 뷰잉 원추를 공유할 수 있고, 또는 실제로 모든 시청자가 함께 모여 있으면 단일 뷰잉 원추에 의해 서빙되는 것이 가능할 수도 있다.

통상적으로 50 Hz의 시청자를 위해 요구되는 최소 프레임율이 존재한다. 이는 개별 뷰잉 원추를 요구하는 2명의 시청자가 존재하면, 시간 순차적인 시스템은 100 Hz에서 실행할 필요가 있고 3명의 사람이 존재하면 150 Hz에서 실행할 필요가 있다는 것을 의미한다. 따라서 시스템이 무엇을 할 수 있는지에 대한 물리적 제한이 존재할 수 있고, 이 제한은 예를 들어 공간 광 변조기를 포함하는 특정 디스플레이 디바이스 하드웨어 구현예에 의해 성취될 수 있는 프레임율에 의존한다. 공간 광 변조기가 액정 작동에 기초하면, 이러한 액정 셀의 스위칭 속도는 이 관점에서 중요한 제한 팩터일 것이다.

제한된 프레임율의 뷰의 시간 순차적인 시스템에 대해 지원되는 것이 가능한 것보다 더 많은 시청자가 존재하면, 확산기(64)는 광의 시준을 감소시키거나 제거하기 위해 스위칭 온될 수 있다. 시스템은 이어서 도 1 내지 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이 반복된 뷰잉 원추를 갖는 표준 멀티-뷰 성능에 의지한다. 따라서, 본 발명에 따른 디스플레이가 지향된 뷰잉 원추를 제공하는 것이 가능하게 하기 위해 확산기를 가질 필요가 없다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

백라이트는 뷰의 세트(즉, 뷰잉 원추)의 중심이 시청자에 가장 가깝도록 지향될 수도 있다. 이 경우에, 시청자는 뷰의 세트와 접촉을 손실하지 않고 유한한 거리에 걸쳐 그 머리를 신속하게 이동할 수 있고 그 동안에 어떠한 부가의 뷰잉 원추 방향 조정도 필요하지 않을 수 있다.

디스플레이 디바이스가 그 광학 디자인(글래스 두께 및 렌즈 피치에 의해 규정된 광학 원추)에 대해 충분히 고속인 다른 실시예에서, 다음에 디스플레이 디바이스는 또한 시청자 트래킹을 사용하지 않고 고정된 시간 순차적 모드에서 실행될 수 있다. 이 경우에, 디스플레이 디바이스의 전체 시야를 가로지르는 모든 뷰는 상이할 수 있다. 완전한 시야는 다중 뷰잉 원추로 충전되지만, 뷰잉 원추의 모든 뷰는 상이한 화상 정보를 표시한다. 따라서, 뷰잉 원추 경계에 위치된 시청자는 하나의 서브-프레임에서 한쪽 눈으로 하나의 화상을 보고 시간 인접한 서브-프레임에서 다른쪽 눈으로 화상을 볼 수 있어 전술된 바와 같이 (수퍼)전도 화상 형성이 뷰잉 원추 경계에서 회피된다. 이는 다수의 더 많은 뷰를 인코딩하기 위해 화상 데이터를 필요로 하고, 서브-프레임을 구성하는 출력을 갖는 단일의 뷰잉 원추 디스플레이를 효과적으로 형성할 수 있다.

특정 원추 경계가 이 방식으로 해상되고 다른 것들은 적소에 유지되는 상황이 존재할 수도 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 이는 특정 방향에서 뷰잉 원추를 효과적으로 확대한다.

디스플레이의 전방의 렌티큘러는 잘 알려진 바와 같이 해상도를 감소시킨다. 몇몇 용례에 대해, 디스플레이는 예를 들어 텍스트 정보가 보여질 때 임의의 해상도 손실 없이 고해상도 2D 화상을 표시하는 것이 가능한 것이 필요하다. 이 경우에, 디스플레이 디바이스의 광 지향 장치는 일 모드에서 광 지향 기능을 갖고 다른 모드에서 투명한 비-광 지향 기능을 갖는 것일 수 있다. 스위칭할 수 있는 이러한 광 지향 장치는 예를 들어 그 각각이 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 국제 특허 출원 WO 1998/021620호, WO 2008/126049호, WO 2004/070451호, WO 2004/070467호, WO 2005/006774호, WO 2003/034748호 또는 WO 2003/071335호에 개시된 것과 같이 다수의 방식으로 구현될 수 있다. 당 기술 분야의 숙련자는 각각의 개시 내용에 기초하여 어려움 없이 개시된 장치의 각각의 모든 것을 구현하는 것이 가능할 것이다. 렌티큘러를 스위칭 가능하게 하는 것은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 패널의 기본 화소 해상도로 해상도를 복원하지만, 시간 순차적인 스캐닝이 없는 방향성 백라이트의 경우에, 2D 화상은 백라이트 장치가 또한 그 광 시준에 기인하여 방향성이기 때문에 모든 각도로부터 보여질 수 없다. 이는 단일 사용자 용례를 위해 허용 가능할 수 있지만, 예를 들어 다수의 사용자를 갖는 몇몇 용례에서, 광각 2D 화상이 요구된다. 스위칭 가능한 확산기(64)는 이어서 백라이트 출력을 표준 확산 광 출력으로 변환하기 위해 확산 상태로 스위칭될 수 있다. 이 모드에서, 디스플레이 디바이스는 따라서 규칙적인 2D 디스플레이 디바이스로서 작동한다. 본 발명의 디스플레이 디바이스는 백라이트 및 디스플레이 패널을 제어하는 도 1의 종래 기술의 제어기(13)와 유사한 제어기를 갖는다.

본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 멀티-뷰 모드에서 바람직하게는 양호하게 시준된 광빔을 제공하는 백라이트 장치를 필요로 한다. 광이 충분히 시준되지 않으면, 특정 (서브)-화소를 통해 변조된 광은 광 지향 장치의 하나 초과의 렌즈에 기여할 수 있어, 이웃하는 뷰잉 원추 내에 반복된 뷰를 발생한다. 백라이트 장치가 양호하게 시준된 광을 제공하게 하는 것은 일반적으로 고가이거나 비효율적일 수 있는 복잡한 디자인을 필요로 한다. 이 문제점에 대한 해결책은 약간 덜 양호하게 시준된 광을 제공하는 백라이트를 사용하고 도 7에 도시된 바와 같이 광 지향 장치(28)의 렌즈(40) 사이에 광 배리어 어레이(42)를 배치하는 것이다.

전술된 바와 같이, 시준된 광을 제공하기 위한 백라이트는 발광 다이오드(LED)를 사용하여 형성될 수 있다. LC-패널을 향해 지향하는 상이한 각도를 갖고 위치되어 있는 집광형 집열기(compound parabolic collector: CPC)가 또한 사용될 수 있다.

상기 예에서, 백라이트 출력의 방향은 모든 뷰가 상이한 콘텐트를 표시할 수 있는 디스플레이 디바이스를 위해 제한된 뷰잉 원추 출력이 제공되도록 제어된다. 제한된 뷰잉 원추는 뷰잉 원추가 시청자의 알려진 위치를 향해 투영될 수 있으면 디스플레이 디바이스의 시야로서 요구되는 모든 것일 수 있다. 대안적으로, 더 큰 시야가 전술된 바와 같이 시간 순차적인 방식으로 구성될 수 있다.

대안적인 방식은 백라이트 출력이 일반적인 각도 범위를 커버할 수 있게 하지만(즉, 구조 내에 내부 전반사가 존재할 때까지, 예를 들어 내부 반사를 지시하는 도 4 참조), 각각의 화소가 광 지향 장치의 하나의 렌즈를 향해 조명되도록 단지 백라이트부만을 조명하게 하도록 제어 가능한 백라이트를 사용하는 것이다. 이 접근법은 디스플레이가 전술된 바와 같이 렌즈(27)를 갖는 광 지향 장치(28)와 조합하여 광 변조기(24)(이 경우에 액정 패널)를 갖고 도시되어 있는 도 8에 도시된다. 단지 하나의 백라이트부(80)만이 광 변조기 출력을 광 지향 요소에 제공하기 위해 특정 시간(t)에 광 변조기(24)를 조명한다. 다른 백라이트부(82)는 교대로 시간 순차적인 방식으로 조명된다.

따라서, 백라이트는 개별적으로 스위칭 온 또는 오프될 수 있는 광원(80 내지 82)의 세트를 포함한다. 각각의 비디오 프레임은 다수의 서브프레임으로 분할된다. 각각의 서브프레임에서, 콘텐트는 공간 광 변조기에 기록되고 백라이트 내의 라인 광원 중 하나는 스위칭 온된다. 서브프레임들 사이의 차이는 상이한 라인 광원이 스위칭 온되고 LC 패널이 상이한 콘텐트로 어드레싱된다는 것이다. 이 상이한 콘텐트는 화상의 해상도가 순차적으로 구성되도록 이루어진다. 예를 들어, 조명된 광원과 연관된 단지 하나의 화소는 화상이 디스플레이에 수직으로 투영되는 것에 기여한다. 광원의 상이한 세트가 사용될 때마다, 화소의 상이한 세트는 이 뷰에 기여하여, 화상 해상도가 스테이지 내에 구성되게 된다.

예로서, 공간 광 변조기 풀 화소 피치는 250 미크론의 정도일 수 있다. 렌티큘러는 1/6의 기울기 tanα를 갖는 15 뷰 장치일 수 있지만, 다른 기울기 각도가 유리하게 사용될 수 있다. 라인 광원은 대략 1 밀리미터일 수 있고, 모듈의 두께는 대략 6 센티미터이다.

백라이트는 화소를 통한 광이 실질적으로 단일의 렌즈를 조명하도록 라인 광원을 스위칭 온 및 오프한다. 각각의 광원 조명 이벤트를 위한 화소값을 변경하는 고속 공간 광 변조기 디스플레이 패널과 조합하여, 단일의 뷰잉 원추 경험은 뷰잉 원추 전이 없이 성취될 수 있다.

상기 접근법에서 작동하는 디스플레이 디바이스에 요구되는 광원의 수는 최소 수의 광원을 갖는 완전 백색 화상을 표시하는 것과 같은 디바이스를 시험함으로써 결정될 수 있다. 렌티큘러 렌즈는 확산 효과를 갖고, 일반적으로 존재하는 백라이트 내의 확산기는 광원이 충분히 함께 근접하면 생략될 수 있다.

단일 렌즈를 실질적으로 조명하는 화소를 통한 광을 요구하는 것은 디스플레이로의 광원의 거리, 광원의 폭 및 렌즈의 피치 사이의 관계를 제공한다.

원하는 구성이 몇몇 화소가 다수의 렌즈를 여전히 조명할 수 있는 것을 의미하면, 이들 화소는 아티팩트를 제거하기 위해 스위칭 오프될 수 있다. 따라서, 몇몇 화소는 "작동"되지 않고, 디스플레이 패널의 비 "작동된" 영역은 하나 초과의 광원에 의해 조명된다. 비작동된 영역은 흡수(즉, 흑색) 상태로 설정된다.

통상의 백라이트는 균일한 출력을 제공하기 위한 확산기를 포함한다. 이 디자인에서, 역확산기가 광 흡수층에 의해 대체되거나 확산기가 광원에 매우 근접하여 배치되는 것이 바람직하다. 이는 통상의 확산기가 본 출원에서 요구되는 바와 같이 단일의 방향 범위로부터 화소의 조명을 방지할 수 있기 때문이다. 따라서, 화소를 통한 광이 너무 많이 퍼지지 않아야 하기 때문에, 백라이트 내에 반사 편광기를 사용하지 않는 것이 바람직하다.

현재, 수평 3D 해상도를 향상시키기 위해 디스플레이 상에 렌티큘러를 기울어지게 하는 것이 통상적이다. 라인 광원은 광원의 라인 방향으로 연장하는 이들의 장축을 갖고, 광원은 렌티큘과 동일한 방식으로 기울어질 수 있어 렌티큘러 기다란 축과 광원 라인 장축 사이에 더 양호한 맵핑이 존재하게 된다. 이는 광학 광 아티팩트를 감소시킬 수 있다.

도 8에서, 단일 광원(예를 들어, 80)의 광은 기본적으로 모든 방향으로 확산한다. 패널(24)의 화소로부터의 광이 단일 렌즈(예를 들어, 27)에 투영되게 하기 위해, 하나의 광원이 동시에 스위칭 온된다. 조명된 광 라인의 간격은 서브화소에서의 광이 단지 하나의 광 라인으로부터 오기 때문에, 하나의 서브프레임에 발생된 해상도가 매우 낮게 이루어진다. 양호한 해상도에 대해, 다수의 광 라인이 동시에 작동되도록 광 라인의 간격 사이에 제공되어야 하여, 다수의 서브프레임을 생성한다. 이는 공간 광 변조기 패널(24)을 위한 높은 리프레시/프레임율을 요구한다. 프레임율을 감소시키기 위해, 흡수벽은 세그먼트를 형성하기 위해 백라이트 내에 제공될 수 있다. 각각의 세그먼트는 이어서 동시에 구동될 수 있고, 서브프레임의 수는 각각의 세그먼트 내의 백라이트 광원의 수에 대응한다. 이 장치는 도 8과 관련하여 설명된 것과 동일한 유닛을 갖고 흡수벽이 도면 부호 90으로서 도시되어 있는 도 9에 도시된다. 도시된 장치에서, 세그먼트마다 2개의 백라이트 광원이 존재하고, 따라서 단지 2개의 서브프레임만이 존재한다.

동일한 효과가 또한 광원 주위에 편광 감응성 시준기를 배치함으로써 성취될 수 있다. 시준기의 출구에서, 반사 편광기가 LC-패널이 편광된 광을 수신하도록 제공될 수 있다. 이는 효율을 향상시킨다. 시준기는 또한 CPC와 같이 에텐듀 보존형(etendue preserving)이다. 이 장치는 도 10에 개략적으로 도시되어 있고, 여기서 거울 반사벽이 도면 부호 100으로서 도시되어 있고 비확산 반사 편광기가 도면 부호 102로서 도시되어 있다.

도 9의 예에서, 흡수기는 광의 퍼짐을 제한하고 이에 의해 프레임율을 감소시키기 위해 제공된다. 도 11의 장치에서, 광원(112, 114)과 LC-패널(24) 사이에 제공된 스페이서(110)는 투명하고, 주위 매체보다 높은 굴절률을 갖는다. 스페이서는 도광부로서 기능하고 광원(112, 114)의 상부에 직접 그리고 LC-패널(24)에 직접 인접하여 위치되어 광의 퍼짐이 제한되게 된다. 이 제한은 광이 도광부(110)에 진입할 때 발생하는 굴절률에 기인한다. 이 스페이서는 백라이트 광 슬래브/기판을 포함한다.

공기 간극은 광원과 스페이서(110) 사이에 제공될 수 있어, 재차 기판 내부의 최대 광선 각도를 제한한다. 이 임계각은 공기 간극의 굴절률과 기판의 굴절률의 비의 역사인으로서 정의된다. 광선 각도 범위는 제한되기 때문에, LCD 내의 화소의 고정된 수가 조명된다. 이들 조명된 화소는 전체 3D 렌티큘러 내의 특정 원통형 렌즈 내의 3D 뷰에 대응한다.

도 12는 도 11과 유사하지만, 각각의 백라이트 광원(120)의 각도 출력이 단일 렌티큘러 렌즈를 커버하는 장치를 도시한다. 백라이트 슬래브/기판 및 LCD 패널은 광학 접촉하고 공기 간극(122)이 도시된다.

도 12의 빗금 구역(124)(예를 들어)은 방향성 백라이트의 광학 기능성에 기여하지 않는다. 따라서, 기판 재료는 빗금 구역(124) 및 다른 등가의 영역으로부터 제거될 수 있다. 재성형된 방향성 백라이트 기판/슬래브는 도 13에 도시된다.

기판 플레이트의 최대 중량 감소는 플레이트로부터 제거된 구역 표면의 양에 관련된다. 이론적으로, 50%의 최대값이 중량 감소에서 얻어질 수 있다. 실제로, 도 14에 도시된 바와 같이, 최대 높이(h)는 충분한 기계적 강성을 갖는 하나의 단일 기판 플레이트를 유지하는데 필요하다. 이 경우에, 최대 체적 감소는 이하와 같다.

여기서 h는 기계적 강도를 위해 필요한 최소 높이이고, H는 총 기판 두께이다. 예를 들어, 5 mm의 최소 높이(h)를 갖는 4 cm 두께 기판에 대해, 여전히 48% 중량 감소가 얻어질 수 있다.

도 14에서, 측벽(126)은 광흡수성으로 제조된다. 측벽은 또한 CPC 미러 곡률과 같은 다른 광학 기능성을 갖고 대신에 반사 특성을 가질 수도 있다.

원통형 렌즈마다 다중(예를 들어, N개) LED 라인이 순차적인 작동을 위해 필요하면(상기 예에 설명된 바와 같이), 기판의 가능한 중량 감소는 1/(2N)의 팩터로 저하한다.

상기 예에서, 백라이트는 화소를 통한 광이 본질적으로 단일 렌즈에 부딪히도록 설계된다. 이를 행하기 위해, 백라이트로부터의 광은 광 라인과 같은 집중된 위치로부터 기원한다. 어떠한 화소도 하나 초과의 광 라인에 의해 동시에 조명되지 않을 것이다.

디자인을 최적화하기 위해, 광학 시스템을 위한 디자인 규칙은 렌더링(rendering) 칩의 연산 전력을 감소시키는 목표를 갖고 요구되어, 따라서 3D 세트의 비용을 저감한다.

도 15는 디스플레이를 렌더링할 때 직면하는 어려움을 설명하는데 사용되고, 9개의 뷰가 어떻게 통상의 디바이스에서 렌더링되는지를 도시한다.

렌티큘러는 3D 디스플레이의 화소 구조를 향상시키기 위해 arctan(1/3) 또는 arctan(1/6)의 각도로 기울어지는 것이 바람직하다. 더욱이, 렌즈 피치 아래의 서브화소의 번호는 바람직한 값을 갖는다. 가장 통상의 값 중 하나는 arctan(1/6)의 기울기각을 갖는 4.5 서브-화소에 대응하는 렌즈 피치이고, 9 뷰 3D 디스플레이를 발생한다. 이 구성은 도 15에 도시되고, 디자인 최적화를 설명하기 위해 사용된다.

수직 백라이트를 갖는 9 뷰 시스템(즉, 다중 원추 구현예)에서, 뷰 번호는 렌즈 아래의 서브화소의 위치에 의해 또는 렌즈축에 대한 서브화소의 거리에 의해 결정된다. 9 뷰 시스템에 대해, 이 거리는 [-2.5, -2, -1.5, -1, -0.5, 0, 0.5, 1, 1.5, 2]*p이고, 여기서 p는 서브화소의 피치이다. 이들은 뷰 번호 1 내지 9에 대응한다. 광이 이웃하는 렌즈를 통해 진행하면, 뷰 번호는 뷰 반복에 기인하여 동일할 것이다.

전술된 바와 같은 단일 원추 디스플레이에 대해, 상황은 상이하다. 어떠한 뷰 반복도 존재하지 않기 때문에, 더 많은 어드레스 가능한 뷰가 존재한다. 이는 광 라인이 다중 렌즈와 연관되는 본 발명의 예에 특히 관련된다. 따라서, 각각의 화소는 단지 하나의 렌즈만을 조명하지만, 렌즈의 그룹은 하나의 광 라인에 의해 조명된다(예를 들어, 도 8, 도 9 및 도 11 참조).

화소를 통한 광 라인으로부터의 광선은 화소 위에 직접 있지 않은 렌즈에 부딪혀서, 일반적인 뷰잉 원추(예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같은)보다 큰 각도 하에서 광을 발생한다. 광학 구성에 기인하여, 화소 위의 렌즈에 도달할 수 있는 어떠한 광선도 특정 시간에 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 이 화소는 큰 각도에 대해 화상 정보를 갖고 렌더링될 수 있다.

광 라인의 간격과 렌즈 및 서브화소의 피치에 따라, 디스플레이는 N개의 뷰를 생성할 것이고, 이들은 뷰 0에서 최대 네거티브 각도에서 시작하여, 증가하는 각도에 대해 증가하여 번호부여될 수 있다. 특정 주의가 취해지지 않으면, 생성된 뷰와 서브화소 사이의 대응 관계는 9 뷰 디스플레이에 대해 해당하는 바와 같이 고정된 반복 패턴이 아니다.

화상을 렌더링하는 방식은 기하학 구조에 의존하고, 뷰 맵핑은 광선 추적으로부터 발견되어 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 그러나, 이는 모든 화소 번호에 대해 프레임 버퍼 및 룩업 작용을 필요로 하기 때문에 매우 고가의 작업이다. 동시에, 화상 품질 및 화소 구조가 모든 뷰잉각에 대해 동일한지 여부는 의문적일 수 있다.

따라서, 더 예측 가능한 구조를 디스플레이에 제공하여, 따라서 연산 전력 및 비용을 저감하는 것이 바람직할 것이다.

도 16은 렌즈(160)와 화소 평면(162) 사이의 거리(d₁)와 화소 평면(162)과 광 라인(164) 사이의 거리(d₂)의 규정된 비가 사용되는 구현예를 도시한다.

도 16a는 단일 로우를 통한 단면도를 도시하고, 도 16b는 동일한 렌즈를 타격하고 따라서 유사한 방식으로 거동하는 6개의 서브화소의 서브세트를 도시한다.

기본 가정으로서, 렌티큘러의 피치 및 기울기는 동일한 방식으로 위치된 렌티큘러의 각각의 렌즈 아래에 서브화소 M의 정수 세트가 존재하도록 가정된다. 이러한 디스플레이 렌티큘러 조합이 전통적인 백라이트와 함께 사용되면, 3D 디스플레이는 M개의 뷰를 생성할 것이다. 수 M은 이하와 같이 정의된다.

(1)

P_lens는 렌티큘러의 피치이고, p는 서브화소 피치이고, n_row는 그 후에 렌즈축이 서브화소 위의 동일한 위치에 있을 수 있는 로우의 수이다. 예를 들어, 기울기 1/6에 대해 n_row는 2일 것이다.

효율적인 렌더링을 위해, 유사한 방식으로 거동하는 화소의 블록이 요구된다. 도 16의 제안된 광학 기하학 구조에서, 이러한 블록은 광이 동일한 렌티큘에서 굴절되는 화소로 이루어질 수 있다. 이 블록 내의 화소는 연속적인 뷰 번호로 렌더링될 수 있다. 이들이 유사한 방식으로 거동하게 하기 위해, 동일한 렌즈에 부딪히는 화소의 수는 일정하고 정수여야 한다. 간단한 기하학적 계산은 이 조건이 이하의 식이 성립되면 충족된다는 것을 나타낸다.

(N은 정수) (2)

이 식은 기본적으로 서브화소의 정수가 렌즈폭에 적합하도록 서브화소의 화상이 스케일링되는 것을 필요로 한다[스케일링 팩터(d₁+d₂)/d₂에 의해].

서브화소의 블록이 연속적인 번호로 렌더링된다. 그러나, 이웃하는 블록은 증가된 또는 감소된 뷰 번호를 갖고 유사하게 렌더링된다. 이 뷰 번호는 (M-N) 초과 또는 미만일 것이다. 이는 최종 서브화소가 광 라인으로부터의 광에 도달될 때까지 계속될 것이고, 그 후에 다음의 광 라인이 인계받고 뷰 번호 0에서 재차 렌더링이 시작된다.

이는 도 16c를 참조하여 더 설명된다. 이는 기울기가 없는 9 뷰 시스템의 가장 간단한 예에 기초한다. 따라서, M=9(각각의 렌즈 아래의 9개의 서브 화소)이고, 거리 d1 및 d2는 6개의 서브화소가 동일한 렌티큘을 조명할 수 있도록 이루어진다.

이 경우에, 렌즈(160₁)를 조명하는 6개의 서브화소가 도시된 바와 같이 1,2,3,4,5,6으로 연속적으로 렌더링된다. 서브화소 1의 좌측 이웃인 서브화소(165)는 렌즈축(A)을 갖는 동일한 렌즈(160₁) 바로 아래에 여전히 위치되지만, 이 화소(160₁)를 통한 라인 광원으로부터의 광은 렌즈축(A')을 갖는 좌측 이웃 렌티큘(160₂)에 부딪힐 것이다. 렌즈의 중심과 서브화소의 중심 사이의 거리는 뷰 번호부여를 결정한다. 도시된 화소(165)에 대해, 이는 뷰 9이다. 화소(165)는 6으로 지명된 서브화소가 렌즈축(A')으로부터 오는 것보다 렌즈축으로부터 멀리 서브화소 피치의 (M-N)(=3)배이다. (M-N) 점프는 마찬가지로 다음 렌즈 경계에서 발생할 것이다.

적절하게 작동하는 3D 디스플레이에 대해, 모든 뷰 번호는 특정 뷰잉각에서 화상 내의 어두운 영역을 회피하기 위해 모든 광 라인에 대해 적어도 1회 발생한다. 이 조건은 (M-N)<=N이면 충족된다. 그러나, 뷰 번호가 렌더링되는 횟수가 모든 뷰 번호에 대해 동일한 다른 조건이 충족된다. 이 조건은 이하의 식이 성립하면 충족된다.

및

(3)

식 2를 3에 대입하면, 아래와 같이 된다.

(4)

따라서, 광 라인으로부터 화소 평면까지의 간격은 화소 평면으로부터 렌티큘러 어레이까지의 간격의 정수배이다.

이들 조건을 예시하기 위해, M=9 및 N=6을 갖는 3D 디스플레이의 예가 선택된다. M=9 뷰는 P_lens=4.5*p 및 n_rows=2를 선택함으로써 얻어질 수 있다(도 1 참조). 식 2로부터, d₁=2*d₂일 때 N=6이다.

도 16a에서, 이들 파라미터가 사용되어 있고, 이는 4.5 서브화소의 렌즈 피치가 하나의 동일한 렌즈에 부딪히는 3개의 연속적인 서브화소로부터 광을 생성하는 것을 도시한다. 1/6의 기울기에 기인하여, 디스플레이의 기초 로우는 렌즈에 부딪히는 3개의 서브화소의 다른 세트를 포함한다. 도 16b에서, 6개의 서브화소의 블록이 어떻게 위치되는지가 도시되어 있다. 이는 렌즈 아래의 화소의 위치를 도시하는데, 즉 화소 위치 1은 좌측 렌즈 경계에 가장 가깝고, 화소 위치 6은 우측 렌즈 경계에 가장 가깝다. 렌즈의 2개의 측면 경계는 164로서 도시되어 있다.

본 발명의 이 양태는 이것이 뷰가 렌더링될 필요가 있는 방식이 아니고 뷰는 도 16c를 참조하여 전술된 M-N 뷰 시프트로 렌더링될 필요가 있다는 이해에 기초한다.

도 17은 화소가 어떻게 렌더링되는지를 설명하는데 사용된다. 이미 지시된 바와 같이, 블록 내의 서브화소는 연속적으로 번호부여되고 이웃하는 블록의 화소의 뷰 번호는 3개의 뷰만큼 상이하다. 광학 기하학 구조의 이 선택의 결과는 모든 서브화소가 모든 광 라인에 대해 2회 발생할 수 있다는 것이다.

일반적으로, 모든 화소는 최대 뷰잉각에 있는 뷰에 기여하는 화소로부터 이격하여 k회 발생한다. 2회 발생하는 화소의 경우에, 반복되지 않는 최대 뷰잉각에서 뷰의 수는 (M-N)인데, 이는 (M-N)에 의한 시프트가 최초 (M-N) 뷰가 반복되지 않는 것을 의미할 수 있기 때문이다. 따라서, 도 17에서, 뷰 1, 2, 3은 2회 발생하지 않을 것이다. 이들 뷰에 대한 잠재적인 화상 왜곡은 이들이 매우 큰 각도에서 발생하기 때문에 문제가 없다.

k회 발생하는 화소의 더 일반적인 경우에, k는 식 3에 의해 규정된다.

상기 도 9의 실시예를 참조하면, 광 라인 및 화소는 각도 퍼짐을 제한하기 위해 굴절률 n>1을 갖는 매체에 의해 분리되지 않지만, 공기에 의해 분리된다. 흡수벽은 광이 화소에 도달하는 각도를 제한하는데 사용된다. 그 결과, d2의 정의는 식 2 내지 4에 사용된 바와 같이 n을 곱함으로써 채택되어야 한다.

(5)

이는 거리 d2*가 광 라인과 화소 사이의 렌즈의 중간에서 유효 광학 경로 길이에 동일해야 하고, 이 거리 d2*는 화소와 렌즈 사이의 렌즈의 중간에서 유효 광학 경로 길이에 동일한 거리 d1*의 정수배라는 것을 달리 진술할 수 있다. 거리 d2*는 도 9에 표시되어 있다.

도 10의 실시예를 참조하면, 시준기는 광이 디스플레이에 도달하는 각도를 제한하는데 사용된다. 이 경우에, d₂는 시준기의 단부 파셋과 화소 평면 사이의 광학 거리일 수 있다. 이는 도 10에 표시되어 있다.

백라이트를 위한 광 라인의 사용은 구동 방안에 관한 다른 과제를 또한 발생한다. 이 양태는 특히 광 라인의 상이한 세트가 순차적으로 턴온되는 구현예에 관련된다. 광 라인은 교대로 스위칭 온되는 라인의 세트(적어도 2개)로 배열된다. 디스플레이의 어드레싱이 통상적으로 상부로부터 저부까지이고, 광 라인이 본질적으로 동일한 방향으로 연장하는 문제점이 발생한다. 그 결과, 광 라인을 따라 생성된 광은 이전의 또는 다음의 서브-프레임에서 어드레싱된 화소에 도달하여, 누화를 발생할 것이다.

이 문제점을 처리하기 위해, 광 라인은 분할될 수 있고 구동 방안은 이에 따라 변경된다.

뷰가 시간 순차적인 방식으로 제공되는 전술된 장치에서, 디스플레이의 해상도는 예를 들어 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이 광 라인의 2개의 세트를 사용함으로써 2배화될 수 있다.

상업적으로 입수 가능한 LCD 디스플레이와 같은 로우 어드레싱된 디스플레이에 대해, 누화 문제점이 발생한다. 디스플레이는 로우 단위로(row by row) 어드레싱되고, 제 1 프레임의 마지막 로우를 어드레싱한 후에, 이는 다음 프레임의 제 1 로우를 어드레싱하기 시작할 것이다. 따라서, 디스플레이가 하나의 프레임의 모든 정보로 어드레싱되는 단지 하나의 시간 순간만이 존재한다. 그러나, 이 시간의 기간은 디스플레이로부터 충분한 밝기를 갖도록 광 라인으로부터 충분한 광을 생성하기에 너무 짧다. 동시에, 디스플레이의 마지막 몇몇 로우는 어드레싱되어 있지만, LC는 원하는 상태로 스위칭하기에 충분한 시간을 갖지 않았다. 그 결과, 디스플레이의 하부 부분에 표시된 정보는 정확하지 않다.

이 문제점의 해결책은 상부로부터 저부로 세그먼트 내의 광 라인을 스캔하는 것이다. 이를 위해, 광 라인은 분할되고, 세그먼트를 구동하는 것은 디스플레이의 구동과 동기적으로 수행된다. 세그먼트를 스위칭하는 타이밍은 LC가 그 원하는 상태로 스위칭될 때 광 라인이 스위칭 온되도록 이루어져야 한다.

다른 문제점은 서로 엇갈린 디스플레이에서 관찰될 수 있는 라인 크롤링(crawling) 아티팩트와 유사한 디스플레이의 시간 순차적 구동에 의해 발생할 수 있다. 광 라인의 구동 방법은 또한 라인 크롤링의 효과를 감소시킬 수 있다.

도 18에서, 사용된 백라이트의 개략도가 도시된다. 백라이트는 디스플레이(도시 생략)의 전방에 있는 렌티큘러와 동일한 방향에서 기울어지는 광 라인으로 이루어진다. 광 라인은 도면에서 1 및 2로 지시된 2개의 세트로 분할된다. 광 라인은 개별적으로 구동될 수 있는 부분(여기서, a...m으로 나타냄)으로 분할된다. 모든 세그먼트(a1) - 세트 1 내의 모든 광 라인으로부터의 세그먼트(a)를 의미함 - 는 a2, b1, b2 등과 같이, 상호 연결된다.

예시를 위해, 도 19는 세그먼트(190) 중 단지 하나만이 스위칭 온된 상태의 백라이트를 도시한다. 세그먼트는 광 라인의 그룹 2 및 세그먼트(d)를 위한 것이다. 광은 광 라인과 화소 평면 사이의 광학 플레이트에 의해 그 전파 방향에서 구속되기 때문에, 광은 단지 디스플레이의 부분만을 조명할 것이다. 이는 백색 영역(190)에 의해 나타낸다. 광 라인에 의해 조명되는 디스플레이 내의 최저 로우(row_m) 및 최고 로우(row_n)가 지시되어 있다.

row_m이 어드레싱된 직후에 세그먼트를 스위칭 온하는 것이 논리적인 것으로 보여질 것이다. 그러나, 이는 LC의 스위칭 시간을 고려하지 않는다. 광 라인이 이 때 스위칭되면, 이전의 서브프레임으로부터의 데이터가 여전히 이 화소 위에 있을 것이다.

상이한 광 라인이 그 서브프레임에서 스위칭 온되기 때문에, 화상 콘텐트는 매우 상이하여, 상당한 누화를 야기한다. 스위칭된 시간 τ를 고려하면, 광 라인은 로우의 어드레싱 후에 시간 τ 스위칭 온되어야 한다.

최고 로우(row_n)가 어드레싱되자마자, 광 라인 세그먼트(d2)는 스위칭 오프되어야 한다.

결론적으로, 이하의 규칙의 세트가 유도될 수 있다.

(i) 세그먼트는 세그먼트에 의해 조명된 최저 로우가 현재 서브프레임의 정보로 어드레싱된 후에 시간 τ(밀리초의 정도) 스위칭 온된다.

(ii) 세그먼트는 세그먼트에 의해 조명된 최고 로우가 다음의 서브프레임의 정보로 어드레싱될 때 스위칭 오프된다.

(iii) 디스플레이의 최저 세그먼트에 대해, 세그먼트에 의해 조명되는 어떠한 물리적 최저 로우도 존재하지 않는다. 여기서, 세그먼트는 다음의 서브프레임의 제 1 로우 중 하나가 어드레싱될 때 어드레싱되어야 한다. 이 로우는 이하와 같이 계산될 수 있다.

(6)

이 식에서 t_subframe은 서브프레임의 기간이고, nrows는 디스플레이의 로우의 수이다.

디스플레이의 최고 세그먼트에 대해, 세그먼트에 의해 조명되는 어떠한 물리적인 최고 로우도 존재하지 않는다. 이 세그먼트는 밝기의 차이를 회피하기 위해 다른 세그먼트와 동일한 시간 기간 동안 온 상태이도록 스위칭 오프되어야 한다.

도 20은 광 라인을 구동하기 위한 타이밍 다이어그램이 이들 제약을 사용하는 것을 도시한다.

도시된 바와 같이, 세그먼트를 포함하는 최저 로우가 어드레싱된 후에, 세그먼트는 시간 지연 후에 조명된다. 세그먼트 내의 최고 로우가 다음에 어드레싱될 때(다음의 서브프레임을 위한 것일 수 있음) 광 세그먼트의 어드레싱은 종료된다.

이 예는 단지 2개의 세트의 광 라인을 갖는 디스플레이에 기초한다.

그러나, 다른 실시예에서, 백라이트는 해상도를 증가시키기 위해 더 많은 세트로 분할될 수 있다. 예를 들어, 순차적으로 4개의 세트의 광 라인이 존재할 수 있다. 이러한 실시예에 대한 백라이트는 도 21에 도시되어 있다. 이 도면은 1 내지 4로 번호부여된 4개의 세트의 광 라인을 도시한다.

이러한 디스플레이가 어드레싱될 때, 이는 세트 1에 이어서, 세트 2, 세트 3 및 마지막으로 세트 4의 광 라인의 세그먼트를 스위칭 온하기 위해 논리적인 것으로 보인다. 그러나, 이는 라인이 광 라인에 수직인 방향에서 크롤링하는 것으로 인식되는 문제점을 발생시킬 수 있다. 이는 광 라인이 프레임율의 4배로 좌측으로부터 우측으로 어드레싱되고, 이는 비교적 느리기 때문이다. 눈은 좌측으로부터 우측으로 광이 상승하는 광 라인을 따를 것이고, 라인은 스크린 상에서 느리게 이동하는 것으로 보여질 것이다.

광 라인(및 따라서 또한 광 라인과 연관된 렌더링된 화상)은 상이한 방식으로 어드레싱될 수 있다. 4개의 서브프레임 시퀀스에 대해, 이하의 가능성이 발생한다.

구동 1,3,2,4,1,3,2,4 ...

구동 1,4,2,3,1,4,2,3 ...

구동 1,2,4,3,1,2,4,3 ...

일반적인 사상은 어드레싱시에 규칙적인 패턴을 제거하는 것이다. 어드레싱 방안에서 로우를 스킵함으로써, 광 라인 사이의 거리는 서브프레임으로부터 서브프레임으로 변경되고 라인 크롤링이 더 이상 거의 발생하지 않는다.

일반적으로,

(i) 연속적으로 어드레싱된 광 라인 사이의 거리는 가능한 한 길어야 한다.

(ii) 하나의 프레임에서, 모든 서브프레임이 발생해야 한다.

(iii) 모든 서브프레임에서, 순서는 특정 라인의 깜빡거림을 회피하기 위해 동일해야 한다.

설명된 예의 다양한 대안이 존재한다. 예를 들어, 기울어진 렌티큘러 및 광원의 사용이 언급되어 있다. 이는 선택적이고, 렌티큘러는 기울어지지 않을 수도 있다. 백라이트에 사용된 광원은 점 광원으로 교체될 수 있고, 패널의 전방의 렌티큘러 어레이는 원형 렌즈의 어레이로 교체될 수 있다.

LC 패널에 제공될 화상 데이터는 렌즈 및 백라이트 디자인을 고려해야 한다. 디스플레이는 이 목적으로 룩업 테이블을 구비할 수 있다. 예를 들어, 저장된 데이터는 특정 화소와 조합된 어느 백라이트 광원이 특정 렌즈를 조명하는지를 규정하는 정보 및 최종적인 광학 경로의 방향을 제공한다. 이 룩업 테이블은 공장에서 계산되거나 측정될 수 있고, 화상 데이터를 처리하기 위해 사용될 수 있다.

백라이트는 (편광된) OLED 기술 또는 LCD 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 이는 광이 미리 편광되고 기술이 비교적 저렴한 장점을 갖는다.

렌티큘러 렌즈의 사용이 개략 설명되어 있다. 그러나, 재지향 플레이트가 대신에 사용될 수도 있다. 이 플레이트는 가변 높이 돌출부를 갖는 표면을 갖는다. 렌티큘러 또는 재지향 플레이트는 LCD 디스플레이 스크린 위에 있을 필요는 없고, 백라이트와 LCD 스크린 사이에 배치될 수 있다.

백라이트 광원의 방향성 출력 및 균일성이 충분히 제어될 수 있으면, 어떠한 렌티큘러(또는 재지향 플레이트)도 요구되지 않을 수 있다. 장점은 물론 적은 구성 요소이다.

양호한 3D 경험을 위해, 뷰는 일반적으로 2도의 폭을 갖는다. 렌티큘러 또는 재지향 플레이트가 없이, 약 90개의 상이한 방향이 백라이트로부터 요구될 것이다. 이는 고가의 부피가 큰 백라이트를 야기한다. 더욱이, 모든 90개의 뷰가 사용자에 의해 보여질 수 있으면, 시스템은 90×50 Hz에서 실행할 필요가 있고 이는 (아직) 실용적이지 않다. 그러나, 알려진 위치에서(헤드 트래킹으로부터) 단일 사용자에 대해, 이 옵션은 이미 실용적일 수도 있다.

본 발명의 시스템에서의 단일 원추 출력은 적어도 3개의 뷰(즉, 2개의 3D 뷰잉 가능성)를 갖는다. 더 바람직하게는, 적어도 6개의 개별 뷰, 예를 들어 6개, 9개 또는 15개의 뷰가 존재한다.

상기 실시예에서, 광원은 비편광 광을 방출하는 것으로 가정될 수 있다. LC-패널은 편광된 광을 필요로 하고, 따라서 흡수 편광기를 갖는다. 흡수 손실을 극복하기 위해, 일반적인 백라이트는 종종 정확한 편광을 통해 통과하고 다른 편광은 재순환시키기 위해 반사 편광기를 포함한다. 효과는 강도/효율이 증가되는 것이다.

LC-패널 부근의 이러한 반사 편광기의 사용은 본 발명의 장치에서 광원으로부터 원하는 시준된 방향성 출력을 손상시킬 수 있다. 따라서, 이러한 반사 편광기를 포함하지 않고 흡수 손실을 수용하거나 손실을 감소시키기 위한 대안적인 수단을 취하는 것이 바람직하다.

편광된 광원을 생성하는 것이 가능하다. 장점은 대부분의 광이 LC 패널 내의 편광기에 의해 흡수되지 않는다는 것이다. 이러한 광원을 시준된 라인 출력을 갖고 구성하기 위해, 편광 감응 시준기가 광원의 부분으로서 사용될 수 있다. 일 편광의 광원으로부터의 광의 경로는 실질적으로 변경되지 않고 반면에 상기 편광에 수직인 편광이 광원을 향해 실질적으로 반사된다.

이러한 시준기는 표준 재료와 함께 복굴절 재료(편광에 의존하는 굴절률을 가짐)로부터 제조될 수 있다. 전체 효과는 하나의 편광이 시준기를 보지 않는다는 것이다. 이 편광의 광은 라인으로부터 방출되는 것으로 보여진다. 다른 편광은 시준기를 보고 반사 편광기로부터 반사를 경험한다. 시준기가 CPC와 같이 에텐듀 보존형이면, 복귀 광은 소스 내로 반사될 것이다.

다음에, 상기 광의 편광은 광원 내에서 변경될 수 있으며, 또한 상기 광은 발출될 이차 변경을 갖는다.

전술된 구동 방안은 상부로부터 저부로 기록되는 로우-어드레싱된 디스플레이를 가정한다. 그러나, 패널의 구동 방안은 예를 들어 저부로부터 상부로 상이할 수 있다. 세그먼트의 구동은 이어서 또한 역방식으로 구현되어야 한다.

세로방향 모드로 사용되도록 설계된 디스플레이가 존재한다. 이 경우에, 디스플레이는 칼럼 어드레싱될 수 있다. 이 경우에, 하나의 동일한 칼럼 상의 세그먼트는 동시에 스위칭 온되어야 하고, 세그먼트는 좌측으로부터 우측으로 또는 우측으로부터 좌측으로 스캔되어야 한다.

백라이트의 개별 광원이 라인으로서 도시되어 있다. 이들 라인은 연속적이거나(즉, 디스플레이의 상부로부터 저부로) 또는 분할될 수도 있고(점선 또는 쇄선 라인을 형성함) 이들은 엇갈릴 수도 있다. 따라서, 각각의 광원은 단일 라인형 발광 소자 또는 실질적으로 라인으로 배열된 2개 이상의 발광 소자의 시리즈이다. 개별 발광 소자는 기다랗고 라인 방향으로 배열될 수 있거나(즉, 점선 또는 쇄선 라인을 형성함) 또는 이들은 라인 방향으로부터 오프셋될 수도 있다(즉, 엇갈린 라인을 생성함).

모든 경우에, 각각의 광원 라인(단일 발광 소자 또는 다수의 발광 소자이건간에)은 좁고 기다란 광원이다.

개시된 실시예의 다른 변형예가 도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구범위의 연구로부터, 청구된 발명을 실시하는 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 청구범위에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것은 아니고, 단수 표현은 복수를 배제하는 것은 아니다. 단지 특정 수단이 서로 상이한 종속 청구항에 인용되어 있다는 사실은 이들 수단의 조합이 장점을 갖고 사용될 수 없다는 것을 지시하는 것은 아니다. 청구범위의 임의의 도면 부호는 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다.

1: 디스플레이 디바이스 3: 디스플레이 패널
5: 디스플레이 화소 7: 광원
9: 렌티큘러 시트 11: 렌티큘러 요소
20: 백라이트 24: 디스플레이 디바이스
28: 렌티큘러 어레이 29', 29": 뷰잉 원추

Claims (5)

1. 디스플레이의 시야 내에 다중 뷰를 제공하기 위한 멀티-뷰 디스플레이 디바이스로서,
   - 화소들을 포함하는 디스플레이 패널(24)과;
   - 좁고 기다란 광원(60)들의 배열을 포함하고, 각각의 광원은 켜질 때 화소들의 연관 영역을 조명하는 백라이트와;
   - 상기 디스플레이 패널(24)의 전방에 배열되는 렌즈들의 어레이(28)로서, 각각의 조명된 화소의 광이 정확하게 하나의 렌즈에 도달하는, 상기 렌즈들의 어레이(28)와;
   - 상기 디스플레이 패널(24) 및 광원(60)들의 배열을 제어하여, 개별 2D 뷰의 반복 없이 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 동시에 포함하는 뷰잉 원추의 부분 디스플레이 출력이 시청자를 향해 지향되도록 구성되는 디스플레이 디바이스 제어기로서, 단일의 뷰잉 원추가 시청자를 향해 지향되고 시청자가 상기 단일의 뷰잉 원추 내에 있도록 구성되는, 상기 디스플레이 디바이스 제어기; 및
   헤드 트래킹 시스템(35);을 포함하며,
   상기 디바이스의 작동 중에, 모든 화소들이 하나의 공통 방향 주위에서 광의 사전 결정된 퍼짐으로 조명되어, 하나의 조명 작동 중에 상기 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 포함하는 상기 뷰잉 원추가 상기 디스플레이 디바이스의 부분 시야 내에 지향되어 생성되며, 상기 뷰잉 원추가 지향되는 상기 디스플레이 디바이스의 상기 부분 시야는 상기 헤드 트래킹 시스템(35)으로부터 수신되는 입력에 기초하여 결정되는, 멀티-뷰 디스플레이 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈들의 어레이(28)는 상기 디스플레이 패널의 화소 평면에 실질적으로 무한대로 화상 형성하는, 멀티-뷰 디스플레이 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 백라이트는 시준된 방향성 출력을 제공하기 위해 각각의 광원(60)과 연관된 렌즈(62)를 추가로 포함하는 멀티-뷰 디스플레이 디바이스.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널(24)은 LC 디스플레이 화소들의 어레이를 포함하고, 상기 광원(60)들은 LED 스트립들을 포함하는, 멀티-뷰 디스플레이 디바이스.
5. 디스플레이의 시야 내에 다중 뷰를 제공하기 위한 멀티-뷰 디스플레이 디바이스를 작동하는 방법으로서, 상기 디스플레이 디바이스는 화소들 및 백라이트를 포함하고, 상기 백라이트는 좁고 기다란 광원(60)들의 배열을 포함하고, 각각의 광원은 켜질 때 화소들의 연관 영역을 조명하며 디스플레이 패널(24)의 전방에 배열되는 렌즈들의 어레이(28)를 조명하는, 상기 멀티-뷰 디스플레이 디바이스 작동 방법에 있어서,
   헤드 트래킹 시스템(35)으로부터 수신되는 입력에 기초하여 뷰잉 원추가 지향되는 상기 디스플레이 디바이스의 부분 시야를 결정하는 단계와;
   상기 디스플레이 패널(24)과 상기 광원(60)들의 배열을 제어하여, 개별 2D 뷰의 반복 없이 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 동시에 포함하는 상기 뷰잉 원추의 부분 디스플레이 출력이 시청자를 향해 지향되게 하는 단계로서, 단일의 뷰잉 원추가 시청자를 향해 지향되고 시청자가 상기 단일의 뷰잉 원추 내에 있고, 각각의 조명된 화소의 광이 정확하게 하나의 렌즈에 도달하고, 모든 화소들이 하나의 공통 방향 주위에서 광의 사전 결정된 퍼짐으로 조명되어, 하나의 조명 작동 중에 상기 적어도 3개의 2D 뷰의 세트를 포함하는 상기 뷰잉 원추가 상기 디스플레이 디바이스의 부분 시야(36) 내에 지향되어 생성되는, 상기 지향되게 하는 단계;를 포함하는 멀티-뷰 디스플레이 디바이스 작동 방법.

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