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KR102662883B1 - 무안경 입체 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 - Google Patents

무안경 입체 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법 Download PDF

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KR102662883B1
KR102662883B1 KR1020187021586A KR20187021586A KR102662883B1 KR 102662883 B1 KR102662883 B1 KR 102662883B1 KR 1020187021586 A KR1020187021586 A KR 1020187021586A KR 20187021586 A KR20187021586 A KR 20187021586A KR 102662883 B1 KR102662883 B1 KR 102662883B1
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델프센 에이지 조쳄 반
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레이아 인코포레이티드
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Abstract

무안경 입체 디스플레이는 조향가능 디스플레이 백라이트를 포함하고, 조향가능 디스플레이 백라이트는 광 출력의 라인들을 제공하기 위한 광 출력 설비 및 제1 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하며, 이때 각각의 렌즈는 대응하는 광 출력의 라인 근처에 초점이 맞추어진다. 디스플레이 패널은 백라이트에 의해 조명되고, 제2 렌티큘러 어레이가 상이한 시야 방향들로 적어도 2개의 뷰를 생성한다. 적어도 두 명의 관찰자를 추적하기 위해 머리 및/또는 눈 추적이 이용된다. 추적된 관찰자의 2개의 눈에 동시에 뷰들이 제공되고, 상이한 추적된 관찰자들의 2개의 눈에 시계열로 뷰들이 제공된다.

Description

무안경 입체 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법
본 발명은 무안경 입체 디스플레이 장치(autostereoscopic display device) 및 디스플레이 방법에 관한 것이다.
공지의 무안경 입체 디스플레이 장치는 디스플레이를 생성하기 위한 이미지 형성 수단으로서 작용하는 디스플레이 픽셀들의 행(row) 및 열(column) 어레이를 갖는 2차원 액정 디스플레이 패널을 포함한다(여기서, "픽셀"은 전형적으로 "서브-픽셀(sub-pixel)"들의 세트를 포함하고, "서브-픽셀"은 가장 작은 개별적으로 어드레싱가능한(addressable) 단색의 화소(picture element)이다). 서로 평행하게 연장되는 기다란 렌즈들의 어레이가 디스플레이 픽셀 어레이 위에 놓이고, 뷰(view) 형성 수단으로서 작용한다. 이들은 "렌티큘러 렌즈(lenticular lens)"로서 알려져 있다. 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들이 이들 렌티큘러 렌즈를 통해 투사되며, 이러한 렌티큘러 렌즈들은 출력들의 방향들을 변화시키도록 기능한다.
렌티큘러 렌즈들은 기다란 부분-원통형(part-cylindrical) 렌즈 요소를 각각 포함하는 렌즈 요소들의 시트(sheet)로서 제공된다. 렌티큘러 렌즈들은 디스플레이 패널의 열 방향으로 연장되며, 이때 각각의 렌티큘러 렌즈는 디스플레이 서브-픽셀들의 2개 이상의 인접한 열들의 각각의 그룹 위에 놓인다.
각각의 렌티큘러 렌즈는 사용자가 단일 입체 이미지(stereoscopic image)를 관찰할 수 있게 하기 위해 디스플레이 서브-픽셀들의 2개의 열과 연관될 수 있다. 대신에, 각각의 렌티큘러 렌즈는 행 방향으로 3개 이상의 인접한 디스플레이 서브-픽셀들의 그룹과 연관될 수 있다. 각각의 그룹 내의 디스플레이 서브-픽셀들의 대응하는 열들은 각자의 2차원 서브-이미지로부터 수직 슬라이스를 제공하기에 적절하게 배열된다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 움직일 때, 일련의 연속하는 상이한 입체 뷰들이 관찰되어, 예를 들어 둘러보기 효과(look-around impression)를 생성한다.
도 1은 공지의 직시형(direct view) 무안경 입체 디스플레이 장치(1)의 개략 사시도이다. 공지의 장치(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 공간 광 변조기(spatial light modulator)로서 작용하는 능동 매트릭스(active matrix) 유형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 디스플레이 서브-픽셀(5)들의 행들 및 열들의 직교 어레이를 구비한다. 명확성을 위해, 적은 개수의 디스플레이 서브-픽셀(5)들만이 도면에 도시되어 있다. 실제로, 디스플레이 패널(3)은 예를 들어 디스플레이 서브-픽셀(5)들의 약 2천 개의 행들 및 4천 개의 열들을 포함할 수 있다. 미래에 이는 훨씬 더 많아질 수 있다. 흑백 디스플레이 패널에서, 서브-픽셀은 실제로 풀 픽셀(full pixel)을 구성한다. 컬러 디스플레이에서, 서브-픽셀은 풀 컬러 픽셀의 하나의 색상 구성요소이다. 일반 용어에 따르면, 풀 컬러 픽셀은 표시된 최소 이미지 부분의 모든 색상들을 생성하는 데 필요한 모든 서브-픽셀들을 포함한다. 따라서, 예를 들어 풀 컬러 픽셀은 가능하게는 백색 서브-픽셀을 사용하여 또는 하나 이상의 다른 원색(elementary colored) 서브-픽셀들을 사용하여 증대되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브-픽셀들을 구비할 수 있다. 액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 완전히 종래의 것이다. 특히, 패널(3)은 한 쌍의 이격된 투명 유리 기판(substrate)들을 포함하며, 기판들 사이에는 정렬된 비틀림 네마틱(twisted nematic) 또는 다른 액정 재료가 제공된다. 기판들은 그들의 대면하는 표면들 상에 투명한 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 전극들의 패턴들을 갖는다. 편광 층들이 또한 기판들의 외측 표면들 상에 제공된다.
각각의 디스플레이 서브-픽셀(5)은 개재 액정 재료가 사이에 있는 상태로 대향 전극들을 기판들 상에 포함한다. 디스플레이 서브-픽셀(5)들의 형상 및 레이아웃(layout)은 전극들의 형상 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 서브-픽셀(5)들은 간극들에 의해 서로 규칙적으로 이격된다.
각각의 디스플레이 서브-픽셀(5)은 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 또는 박막 다이오드(thin film diode, TFD)와 같은 전환 요소(switching element)와 연관된다. 디스플레이 픽셀은 전환 요소에 어드레싱 신호(addressing signal)를 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 작동되고, 적합한 어드레싱 방식이 당업자에게 알려져 있을 것이다.
디스플레이 패널(3)은, 이 경우에 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에 걸쳐 연장되는 평면형 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 조명된다. 광원(7)으로부터의 광이 디스플레이 패널(3)을 통해 지향되는데, 이때 개별 디스플레이 서브-픽셀(5)들은 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동된다. 백라이트(7)는 측부 에지(7a, 7b)들, 상부 에지(7c) 및 하부 에지(7d)를 구비한다. 이는 광이 출력되어 나오는 정면을 구비한다. 디스플레이 장치(1)는 또한 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 면 위에 배열되는 렌티큘러 시트(9)를 포함하며, 이는 광 지향 기능 및 이에 따라 뷰 형성 기능을 수행한다. 렌티큘러 시트(9)는 서로 평행하게 연장되는 렌티큘러 요소(11)들의 행을 포함하며, 그 중 하나만이 명확성을 위해 과장된 치수로 도시되어 있다.
렌티큘러 요소(11)들은 요소의 원통형 만곡부에 수직으로 연장되는 기다란 축(12)을 각각 갖는 볼록한 (부분-)원통형 렌즈들의 형태이고, 각각의 요소는 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 장치(1) 앞에 위치된 사용자의 눈들에 상이한 이미지들, 또는 뷰들을 제공하는 광 출력 지향 수단으로서 작용한다.
디스플레이 장치는 백라이트 및 디스플레이 패널을 제어하는 제어기(13)를 구비한다.
도 1에 도시된 무안경 입체 디스플레이 장치(1)는 상이한 방향들에서 수 개의 상이한 사시 뷰들을 제공할 수 있는데, 즉, 이는 디스플레이 장치의 시계(field of view) 내의 상이한 공간 위치들로 픽셀 출력을 지향시킬 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘러 요소(11)는 각각의 행에서의 디스플레이 서브-픽셀(5)들의 작은 그룹 위에 놓이고, 현재의 예에서, 행은 렌티큘러 요소(11)의 기다란 축에 수직으로 연장된다. 렌티큘러 요소(11)는 수 개의 상이한 뷰들을 형성하기 위해 그룹의 각각의 디스플레이 서브-픽셀(5)의 출력을 상이한 방향으로 투사한다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 움직일 때, 사용자의 눈들은 수 개의 뷰들 중 상이한 뷰들을 차례로 받아들일 것이다.
도 2는 전술된 바와 같은 렌티큘러 유형 이미징 설비(imaging arrangement)의 작동의 원리를 더 상세히 도시하고, 백라이트(20), 디스플레이 장치(24), 액정 디스플레이 패널 및 렌티큘러 어레이(28)를 단면으로 도시한다. 도 2는 렌티큘러 설비(28)의 렌티큘러(27)가 어떻게 픽셀들의 그룹의 픽셀(26', 26", 26''')들의 출력들을 디스플레이 장치의 앞에 있는 각자의 3개의 상이한 공간 위치(22', 22", 22''')로 지향시키는지를 도시한다. 상이한 위치(22', 22", 22''')들은 3개의 상이한 뷰들의 일부이다.
유사한 방식으로, 디스플레이 픽셀(26', 26", 26''')들의 동일한 출력은 설비(28)의 렌티큘러(27')에 의해 각자의 3개의 다른 상이한 공간 위치(25', 25", 25''')들로 지향된다. 3개의 공간 위치(22' 내지 22''')는 제1 시야 구역(viewing zone) 또는 원추(cone)(29')를 한정하지만, 3개의 공간 위치(25' 내지 25''')는 제2 시야 원추(29")를 한정한다. 픽셀(26' 내지 26''')들에 의해 형성된 것과 같은 픽셀들의 그룹의 출력을 지향시킬 수 있는 어레이의 렌티큘러 렌즈들의 개수에 따라 더 많은 그러한 원추들이 존재한다(도시되지 않음)는 것을 알 것이다. 원추들은 디스플레이 장치의 전체 시계를 채운다.
도 2는 단지 개략적인 것이다. 인접한 원추(29', 29")들은, 개략적인 도 2에 도시되지 않은, 대응하는 위치들에서 인접한 렌즈 표면들과 교차하는 광선들에 기인한다.
상기 뷰 지향 원리는 모든 원추 내에서 동일한 픽셀 출력이 특정 뷰에서 디스플레이될 때 하나의 시야 원추로부터 다른 시야 원추로 가면서 발생하는 뷰 반복으로 이어진다. 따라서, 도 2의 예에서, 공간 위치(22", 25")들은 동일한 뷰를 제공하지만, 상이한 시야 원추(29', 29")들에서 각각 제공한다. 다시 말하면, 특정 뷰는 모든 시야 원추들에서 동일한 콘텐츠를 보여준다. 시야 원추들 사이의 경계들에서는, 맨 가장자리 뷰들 사이에 건너뜀이 존재하여, 무안경 입체 효과가 방해를 받는다.
이 문제점에 대한 해결책은, 예를 들어 백라이트를 지향성 출력을 갖도록 설계함으로써, 단일 시야 원추만을 허용하는 것이다. WO 2011/145031호는 단일 원추 출력을 갖는 디스플레이를 한정하기 위한 다양한 접근법들을 개시한다.
뷰가 관찰될 수 있는 방향을 제어하기 위한 시준된 백라이트의 사용은, 예를 들어 시선 추적 응용, 프라이버시 패널 및 향상된 휘도 패널을 포함한 몇몇 상이한 응용에 대해 공지되어 있다. 그러한 시준된 백라이트의 하나의 공지의 구성요소는, 또한 백라이트의 일부인 렌티큘러 렌즈의 피치 정도로 이격된 얇은 발광 스트라이프(light emitting stripe)들의 어레이의 형태로 모든 그의 광을 추출하는 광 생성 구성요소이다.
이 구성은 도 3에 도시되어 있는데, 이 도면에서 백라이트(7)는 스트라이프형 발광체(striped light emitter)들의 어레이(30), 포지티브(positive) 렌즈 어레이(32), 및 렌즈 어레이와 발광체들 사이의 복제 구조물(replica structure)(34)을 포함한다. 렌즈 어레이(32)는 얇은 발광 스트라이프들의 어레이(30)로부터 나오는 광을 시준한다. 그러한 백라이트는 LED들 또는 OLED 스트라이프들의 라인들과 같은 일련의 발광 요소들로 형성될 수 있다.
광범위의 시야각들 및 시야 거리들에 대해 입체 관찰 경험이 생성되도록 모든 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 정확한 이미지들을 제공하는 것은 매우 어렵다.
디스플레이의 앞에 있는 (경사진) 렌티큘러 어레이를 이용하여, 전술된 바와 같이 수평 방향으로 반복하는 "부채(fan)"들로서 많은 개수 N개의 뷰를 생성하는 것은 하나의 해결책을 제공한다. 그러나, 이 해결책의 잘 알려진 단점은 3D 모드 공간 해상도가 크게 - 통상적으로 각각의 방향에서 N의 제곱근의 배율만큼 - 감소된다는 것이다. 또한, 뷰들의 인접한 부채들 사이의 전이 에지(transition edge)에서 관찰자에게 입체 경험이 손실된다. 따라서, 디스플레이의 원추 각도 및 스크린 폭에 의해 결정되는 다이아몬드 형상의 시야 구역들이 존재하고, 관찰자들은 앉기에 좋은 곳을 찾아야 하고 그들의 3D 경험을 감소시키지 않고서 많이 움직일 수 없다.
멀티-뷰 및 특히 부분 뷰(fractional view) 디스플레이들은 원활한 운동 시차(motion parallax) 및 매끄러운 원추 전이들을 제공하나, 다수의 뷰(예를 들어, 10개, 20개 등)를 렌더링하는 대가를 치루고 제공한다. 종종 1개 또는 2개와 같은 소량의 입력 뷰가 이용 가능하며, 다수의 합성 뷰가 생성된다. 부분 뷰 디스플레이에서, 서브-픽셀들 주위의 블랙 마스크에 의해 야기된 어두운 대역들의 출현의 잘 알려진 문제점은, 서브-픽셀들 및 렌즈 축들의 상대 위치가 다수(k개)의 서브-페이즈(sub-phase)를 초래하도록 렌티큘러 렌즈 어레이의 치수를 설정함으로써 제거되거나 적어도 감소된다. 이는 k개의 부분 뷰 포인트에 걸쳐 평균함으로써 대역의 더 낮은 공간 주파수들을 억제한다. 게다가, 추가의 뷰 포인트들은 매끄러운 운동 시차 및 세밀한(fine-grained) 관찰자 조정을 허용한다. 그러한 부분 뷰 디스플레이는 미국 특허 제8134590호에 개시되어 있으며, 그 내용, 특히 컬럼 1의 라인 45 내지 컬럼 2의 라인 6의 부분의 내용이 참고로 본 명세서에 포함된다.
대안적으로, 뷰들을 렌더링하기 위해 컴퓨터 그래픽 방법(예를 들어, OpenGL)이 사용된다. 이러한 방식으로, 종래의 무안경 입체 디스플레이들은 모든 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 스테레오 이미지들을 제공하기 위해 필요한 것보다 훨씬 더 많은 정보를 생성한다.
이 문제점은 눈 및/또는 머리 추적을 이용한 소위 "스테레오 온 멀티뷰(stereo on multiview)" 디스플레이들에서 부분적으로 해결되는데, 여기서 2개의 뷰만이 단일 관찰자의 위치와 정렬하여 렌더링되어, 관찰자는 2개의 뷰에 따라 입체 효과를 인지하게 된다. 따라서 2개의 뷰만이 생성되거나, 2개의 입력 뷰가 용이하게 이용가능한 경우에는 완전히 제거되기 때문에 뷰들을 생성하는 비용이 감소된다. 이들 장치에서의 문제점은 그 장치들이 단일 사용자에게만 적합하다는 것인데, 그 이유는 추적되지 않는 임의의 다른 사용자에게는 전형적으로 왜곡된 이미지가 보이게 될 것이기 때문이다.
본 발명은 청구범위에 의해 한정된다.
일례에 따르면, 무안경 입체 디스플레이로서,
광 출력의 라인들을 제공하기 위한 광 출력 설비(light output arrangement) 및 제1 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하는 조향가능(steerable) 디스플레이 백라이트;
디스플레이 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 서브-픽셀들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널로서, 디스플레이는 백라이트에 의해 조명되는, 상기 디스플레이 패널;
상이한 시야 방향(viewing direction)들로 적어도 2개의 뷰들을 생성하기 위한 제2 렌티큘러 렌즈 어레이;
적어도 두 명의 관찰자들을 추적하기 위한 머리 및/또는 눈 추적 시스템; 및
디스플레이 패널 및 조향가능 디스플레이 백라이트를 제어하기 위한 제어기를 포함하며,
제어기는 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 뷰들을 동시에 제공하고, 상이한 추적된 관찰자들의 2개의 눈들에 뷰들을 시계열로(time-sequentially) 제공하도록 구성되는, 무안경 입체 디스플레이가 제공된다.
무안경 입체 디스플레이는 (머리/눈 추적의 결과로서) 작은 개수의 뷰들을 제공함으로써 고해상도일 수 있다. 이는 다중 사용자, 및 불감대 없는 디스플레이(dead-zone free display)를 가능하게 한다. 각각의 관찰자는 광을 한 번에 한 면으로만 지향시키는 광 조향 백라이트를 통해 개별적으로 어드레싱된다. 각각의 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 최적의 이미지들을 제공하기 위해 각각의 개별 관찰자에 대한 뷰들에는 작은 시야 원추가 제공될 수 있다. 그러나, 백라이트 출력은 관찰자의 하나의 눈에만 도달할 정도로 좁을 필요가 없다. 대신에, 백라이트 출력은 (의도된 시야 거리에서) 관찰자의 둘 모두의 눈에 미칠 정도로 충분히 넓지만, 다수의 관찰자들에 미칠 만큼 넓지는 않다. 일반 사람들의 평균 안구간(inter-ocular) 거리는 63 mm이지만, 관찰자들이 서로의 옆에 앉아 있을 때, 그 두 명의 관찰자들의 최근접 눈들 사이의 거리는 전형적으로 적어도 500 mm이다. 따라서, 의도된 시야 거리에서의 디스플레이의 원추 폭은, 예를 들어 100 mm 내지 500 mm, 예를 들어 100 mm 내지 300 mm, 예를 들어 100 mm 내지 150 mm의 범위에 있다.
각각의 관찰자에 대한 적어도 2개의 뷰들은 공간 다중화(spatial multiplexing)에 기초하는 반면, 상이한 관찰자들에 대한 뷰들은 시간 다중화(temporal multiplexing)에 기초한다.
백라이트의 각각의 렌티큘러 렌즈는 바람직하게는 광 출력의 대응하는 라인에서 또는 그 부근에서 초점을 갖는데, 예를 들어, 초점 거리는 백라이트 렌티큘러 렌즈와 광 출력의 라인들 사이의 거리의 0.7 내지 1.3배와 동일하다.
일 구현예에서, 제어기는, 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 대한 각각의 서브-픽셀의 추정된 가시성(visibility)에 따라, 서브-픽셀마다 입력 뷰들을 할당함으로써 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 뷰들을 제공하도록 구성된다. 가시성은 디스플레이에 대한 관찰자의 위치의 추정에 기초하여 추정된다. 가시성은 특정 서브-픽셀이 제2 렌티큘러 어레이의 렌즈에 의해 특정 시야 위치를 향해 투사되는 정도와 관련된다.
작은 개수의 뷰들은 이미지 처리 요건을 감소시킨다. 또한, 사용자가 측방향으로 움직일 때 뷰들 사이의 전이를 숨기는 데 적어도 4개의 정적(static) 뷰들의 사용이 충분하다는 것이 밝혀졌다. 이는 잘 작용하는데, 그 이유는 사용자의 각각의 눈이 하나의 뷰에 또는 2개의 인접한 뷰들 사이에 있고 그 2개의 뷰들은 이어서 동일한 입력 뷰에 할당되기 때문이다.
대신에 디스플레이에 대해 2개의 동적(dynamic) 뷰들만을 생성하는 것이 가능하다. 이 경우, 디스플레이에 대해 제2 렌티큘러 렌즈(다수의 뷰들을 생성하는 렌티큘러 렌즈)를 (전기-광학적, 기계적 또는 다른 방식으로) 이동시키기 위한 이동 설비(shifting arrangement)가 제공될 수 있다. 제어기는 단지 2개의 가능한 뷰들로부터 선택되는 뷰들을 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 제공하도록 구성되며, 제어기는 디스플레이에 대한 제2 렌티큘러의 이동을 제어하도록 구성된다.
조향가능 디스플레이 백라이트는 tan-1(5IOD/vd) 미만의 각도 확산(angular spread)을 갖는 출력 빔(beam)을 가질 수 있으며, 여기서 IOD는 안구간 거리이고 vd는 디스플레이로부터의 의도된 관찰자 거리이다. 이는 의도된 관찰자 거리에서의 출력 빔의 폭이 안구간 거리의 5배 미만임을 의미한다. 이는 인접한 관찰자들에게 동일한 이미지들이 디스플레이되는 것을 방지한다. 출력 빔은 tan-1(1.5IOD/vd)와 tan-1(3IOD/vd) 사이, 예를 들어, tan-1(2IOD/vd)의 각도 확산을 가질 수 있다.
머리 및/또는 눈 추적 시스템은 관찰자까지의 거리, 및 디스플레이 패널에 대한 관찰자의 측방향 위치를 알아내기 위한 것일 수 있다.
디스플레이 패널의 일 면 상에 확산기(diffuser)가 제공될 수 있다. 이는 강도 변조(intensity modulation)를 감소시킨다.
다른 태양에 따른 예들은 무안경 입체 디스플레이 방법으로서,
디스플레이의 적어도 두 명의 관찰자들을 추적하는 단계;
추적된 관찰자 위치들에 따라 백라이트 광 출력의 라인들을 제공하는 단계;
백라이트 출력의 라인들을 제1 렌티큘러 렌즈 어레이를 통해 지향시켜 지향성 제어를 제공하는 단계;
지향성 제어된 백라이트 광 출력을 사용하여 디스플레이 서브-픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 패널을 조명하여 디스플레이 이미지를 생성하는 단계;
제2 렌티큘러 렌즈 어레이를 이용하여 상이한 시야 방향들로 적어도 2개의 뷰들을 생성하는 단계를 포함하고,
추적된 관찰자의 2개의 눈들에 뷰들이 동시에 제공되고, 상이한 추적된 관찰자들의 2개의 눈들에 뷰들이 시계열로 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 방법을 제공한다.
이는 한 번에 한 명의 관찰자에 무안경 입체 이미지들의 디스플레이를 제공하지만, 각각의 관찰자의 2개의 눈들에 동시에 디스플레이된다.
이 방법은 입력 뷰들을 적어도 4개 및/또는 10개 미만, 예를 들어 8개 미만의 개수의 뷰들에 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 이어서, 입력 뷰들은 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 대한 각각의 서브-픽셀의 추정된 가시성에 따라 서브-픽셀마다 할당된다.
대안적으로, 이 방법은 2개의 뷰들을 생성하는 단계, 및 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 상기 2개의 뷰들을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 이 방법은 디스플레이에 대해 제2 렌티큘러 렌즈 어레이를 이동시키는 단계를 추가로 포함한다.
tan-1(5IOD/vd) 미만의 각도 확산을 갖는 백라이트 출력 빔이 제공될 수 있으며, 여기서 IOD는 안구간 거리이고 vd는 디스플레이로부터의 의도된 관찰자 거리이다.
이제 본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 순전히 예로서 기술될 것이다.
도 1은 공지의 무안경 입체 디스플레이 장치의 개략 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 개략 단면도.
도 3은 스트라이프형 발광체들을 사용하는 공지의 지향성 백라이트 설계를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 접근법을 간단한 개략적인 형태로 도시하는 도면.
도 5는 광학 구성요소들을 더 상세히 도시하는 도면.
도 6은 관찰자의 안구내(intraocular) 각도 ΦIOD 및 공기 중 디스플레이 원추 각도 Φ0c 및 뷰 각도 Φ0v를 도시하는 도면.
도 7은 디스플레이 기하학적 구조와 디스플레이 원추 각도들 사이의 관계들을 도시하는 도면.
도 8은 디스플레이의 인접한 뷰들의 오버랩을 도시하는 도면.
도 9는 디스플레이 패널의 단면을 도시하는 도면.
도 10은 백라이트 출력의 인접한 뷰들의 오버랩을 도시하는 도면.
도 11은 디스플레이의 각도 강도 분포(angular intensity distribution)를 도시하는 도면.
도 12는 전체 백라이트로부터의 출력으로서의 백라이트 원추 각도 및 조명된 폭을 도시하는 도면.
도 13은 백라이트의 특정 설계를 더 상세히 도시하는 도면.
도 14는 도 13의 백라이트의 8개의 뷰의 각도 프로파일(angular profile)들을 도시하는 도면.
도 15는 도 13의 백라이트의 인접 및 부근-최근접(near-nearest) 뷰들의 오버랩을 도시하는 도면.
도 16은 모든 광 스트라이프들이 온 상태인 백라이트의 각도 강도를 도시하는 도면.
도 17은 확산기 시트를 사용하는 것에 의한 백라이트의 매끄러워진 각도 강도 프로파일을 도시하는 도면.
도 18은 도 14 및 도 15와의 비교를 위해 1.3° 확산기 시트를 이용할 때 8개의 뷰(좌측 이미지)와 뷰 오버랩(우측 이미지)의 각도 프로파일들을 도시하는 도면.
도 19는 좌측 관찰자 및 우측 관찰자가 있는, 디스플레이가 기능하기에 가장 어려운 관찰자 배열을 도시하는 도면.
도 20은 좌측 및 우측 관찰자들을 조명하는 뷰들에 대한 강도들을 도시하는 도면.
도 21은 시야각의 함수로서 2-뷰 시스템의 강도를 도시하는 도면.
도 22는 스크린에 대한 측방향 위치의 함수로서 2-뷰 시스템에 대한 강도를 도시하는 도면.
도 23은 2개의 눈에 대해 뷰들이 0과 1 사이에 어떻게 전환되는지를 도시하는 도면.
도 24는 시야 거리의 함수로서 뷰 품질 파라미터를 도시하는 도면.
도 25는 도 22에 대응하지만 3개의 뷰에 대한 도면.
도 26은 2개의 눈에 대해 뷰들이 0, 1 및 2 사이에 어떻게 전환되는지를 도시하는 도면.
도 27은 도 25의 시야 거리의 함수로서 뷰 품질 파라미터를 도시하는 도면.
도 28은 도 22에 대응하지만 4개의 뷰에 대한 도면.
도 29는 2개의 눈에 대해 뷰들이 0, 1, 2 및 3 사이에 어떻게 전환되는지를 도시하는 도면.
도 30은 도 28의 시야 거리의 함수로서 뷰 파라미터를 도시하는 도면.
본 발명은 조향가능 디스플레이 백라이트를 포함하는 무안경 입체 디스플레이를 제공하는데, 조향가능 디스플레이 백라이트는 광 출력의 라인들을 제공하기 위한 광 출력 설비 및 제1 렌티큘러 렌즈 어레이를 갖고, 이때 각각의 렌즈는 대응하는 광 출력의 라인 근처에 초점이 맞추어진다. 디스플레이 패널은 백라이트에 의해 조명되고, 제2 렌티큘러 어레이가 상이한 시야 방향들로 적어도 2개의 뷰를 생성한다. 디스플레이의 한 명 이상의 관찰자를 추적하기 위해 머리 및/또는 눈 추적이 이용된다. 추적된 관찰자의 2개의 눈에 동시에 뷰들이 제공되고, 한 명 초과의 관찰자의 경우, 상이한 추적된 관찰자들의 2개의 눈에 시계열로 뷰들이 제공된다. (백라이트 조향에 더하여) 광학계(optics)를 이용하여 뷰들을 이동시키는 능력이 있는 경우 필요한 뷰의 개수는 감소될 수 있다.
본 발명은 표준 다중 관찰자 다중 원추 디스플레이(standard multi-viewer multiple cone display)의 경우보다 더 적은 뷰를 가능하게 함으로써 이미지 처리의 감소를 가능하게 하지만, 본 발명은 또한 다수의 관찰자들에 대한 작동을 또한 가능하게 한다.
도 4는 이 접근법을 간단한 개략적인 형태로 도시한다. 디스플레이는 LCD 패널과 같은 광 변조 디스플레이 패널(40) 및 광 조향 백라이트(41)를 포함한다. 디스플레이는 제1 관찰자(44)로 지향되는 제1 서브-프레임(sub-frame)(42) 및 제2 관찰자(48)로 지향되는 제2 서브-프레임(46)을 제공한다. 각각의 서브-프레임 내에서, 뷰들은 관찰자의 2개의 눈에 동시에 제공된다. 이 시스템은 표준 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있으며, 백라이트에서 좁은 빔의 생성을 필요로 하지 않는다. 이는 시스템의 구현을 실용적으로 만든다.
시스템은 머리 추적 유닛(49)에 의한 눈/머리 추적을 통해 관찰자 위치들, 특히 수평 시야각 및 바람직하게는 또한 관찰자까지의 거리의 검출을 이용한다. 서브-프레임들을 원하는 방향으로 지향시키기 위해 광 조향 백라이트가 이용된다. 일례에서, 광 조향 백라이트는 렌티큘러 렌즈 어레이의 초점 면(focal plane) 부근에 광 방출 스트라이프들을 포함한다. 스트라이프들 및 연관된 렌즈의 상대 위치는 백라이트로부터 스트라이프 형상의 빔이 출력되는 방향을 좌우한다. 따라서, 조명하는 발광 스트라이프들을 선택함으로써, 지향성 제어가 가능하다.
제2 렌티큘러 렌즈 어레이를 갖는 3D 렌티큘러 디스플레이 패널(40)이 사용되어, 작은 시야 원추를 갖는 다수의 이미지(이 중 2개의 이미지가 관찰자에 의해 조합되어 입체 이미지를 인지함)를 생성한다. 관찰자의 의도된 위치에서의 시야 원추의 폭은, 예를 들어 각각의 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 대한 최적의 스테레오 이미지들을 제공하기 위해 안구내 거리(intraocular distance, IOD)의 약 2배이다.
백라이트(41)의 기능은 머리 및/또는 눈 추적 유닛(49)을 이용하여, 각각의 관찰자를 한 명씩 조명하는 것이다. 이어서, 디스플레이 패널(40)은 단일 관찰자에게 입체 비전(stereoscopic vision)을 제공한다.
제어 유닛(50)이 각각의 관찰자의 각각의 눈의 시점(viewpoint)을 산출한다. 각각의 서브-프레임에서 작동될 백라이트 스트라이프들이 선택되고, 뷰들이 디스플레이 패널(40)에 할당된다. 시야 원추가 상당히 좁은 경우 디스플레이는 최소의 크로스토크(crosstalk)를 갖고, 바람직하게는 절반 원추 각도는 안구내 거리와 시야 거리에 의해 형성된 각도에 대응해야 한다.
도 5는 광학 구성요소들을 더 상세히 도시한다.
백라이트(41)는 조명 스트라이프들(51)의 어레이를 포함하는데, 스트라이프들은 디스플레이 열(즉, 수직) 방향으로 연장된다. 백라이트에는 제1 렌티큘러 어레이(52)가 제공되는데, 이 어레이는 또한 열 방향으로 연장되는 기다란 렌즈들을 포함한다. 확산기(53)가 백라이트 렌즈 어레이(52) 위에 도시되어 있고 백라이트(41)의 일부인 것으로 간주될 수 있다. 이 확산기는 선택사양이고, 이는 실제로 디스플레이 패널 뒤 또는 앞에 있을 수 있다(그래서 확산기는 대신에 디스플레이 패널의 일부인 것으로 간주될 수 있다). 이는 백라이트 뷰들을 퍼지게 하여 강도 변조들을 감소시킨다. 확산기는 디스플레이의 뷰(또는 심지어 전체 원추)의 강도 프로파일보다 넓게 퍼지게 할 수 있다.
렌즈 어레이(52)의 초점 면은 바람직하게는 발광 스트라이프(51)들에 있다. 더 일반적으로, 백라이트의 렌티큘러 렌즈들은 바람직하게는 대응하는 광 출력의 라인에서 또는 그 부근에서 초점을 갖는데, 예를 들어 초점 거리는 백라이트 렌티큘러 렌즈와 광 출력의 라인들 사이의 거리의 0.7 내지 1.3배와 동일하다.
디스플레이 패널(40)은 백라이트(41) 위에 제공된다.
제2 렌티큘러 어레이(54)가 디스플레이 패널(40)로부터 이격되어 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 방식으로 다수의 시야 방향을 생성하는 데 사용된다.
다양한 층들의 굴절률 값들이 도 5에 도시되어 있다. 렌티큘러 어레이들은 이들 사이의 간격에서 사용되는 재료(실리콘 재료와 같은 이 예에서는 n=1.41)보다 더 높은 굴절률을 갖는 재료(아크릴 재료와 같은 이 예에서는 n=1.53)로 형성된다.
예로서, 렌즈 층 재료는 약 1.53의 굴절률을 갖는 80% 에톡실화 비스페놀 A 다이아크릴레이트("사토머 컴퍼니, 인크(Sartomer Company, Inc)"로부터의 SR-349) 및 20% 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트(TMPTA)를 포함하는 아크릴 재료를 포함할 수 있다. 스페이서 층은 약 1.41의 굴절률을 갖는 실리콘 고무 재료("왜커 케미칼스 인크(Wacker chemicals Inc)"로부터의 엘라스토실(Elastosil) RT604)로 제조된다. 적절한 굴절률들을 갖는 다른 재료들이 사용될 수 있다.
무안경 입체 TV 디스플레이에 대한 예시적인 파라미터들 및 광학 시뮬레이션들을 포함하는 상세한 설계가 이제 제시될 것이지만, 본 발명은 광범위의 시야 거리들, 스크린 대각선들 및 디스플레이 해상도들에 적합하다.
1. 3D 렌티큘러 디스플레이(40, 54)
각각의 관찰자에 대해 최적의 입체 경험을 여전히 제공하면서 공간 해상도의 손실이 작은 3D 렌티큘러 디스플레이가 바람직하다.
주어진 관찰자에 대한 뷰들(콘텐츠 뷰들인 것으로 간주될 수 있음)에는 모두 동시에, 즉 하나의 서브-프레임에서, 백라이트에 의해 그 특정 관찰자를 향해 지향되는 광이 제공된다. 본 발명에 따른 디스플레이의 의도된 용도는 가능하게는 관찰자에 의존하는, 예를 들어 관찰자 관점을 고려하는, 적어도 2개의 뷰(좌측 및 우측)를 공급하는 것이다. 예를 들어, 디스플레이가 단지 2개의 뷰를 생성하기 위한 것이라면, 뷰들은 관찰자에 의존하지 않을 수도 있지만, 디스플레이에 의해 더 많은 뷰가 생성된다면, 관찰자에 디스플레이하기 위해 선택되는 뷰들은 관찰자에 의존할 수 있다. 공급된 뷰들은 뷰 할당 및 위빙(weaving) 단계를 이용하여, 관찰자 위치 및 디스플레이 파라미터들/교정에 기초하여, 디스플레이 뷰들(그 중 적어도 2개가 있지만 많이 있을 수 있음)에 부합된다. 이는 서브-픽셀마다 좌측 및 우측 뷰들을 혼합하는 것 또는 단순히 서브-픽셀마다 좌측 또는 우측 중 어느 하나를 선택하는 것을 수반할 수 있다. 따라서, 관찰자에 디스플레이될 2개의 뷰는 렌더링되는 3D 장면에 대한 디스플레이 뷰들의 세트로부터 선택되거나 이로부터 유도된다.
이들 목표를 실현하기 위한 상이한 선택사양들이 있다.
(I) 적은 개수의 뷰, 그러나 바람직하게는 적어도 4개 그리고 예를 들어 10개 미만의 뷰를 갖는 공지의 경사진 렌티큘러 설계. 적은 개수의 뷰를 선호하는 이유는 공간 해상도 손실을 감소시키기 위한 것이다. 적어도 4개의 뷰의 사용을 선호하는 이유는 사용자의 각각의 눈이 하나의 뷰에 또는 2개의 인접한 뷰 사이에 있고 그 2개의 뷰는 이어서 동일한 입력 뷰에 할당되기 때문이다. 사용자가 측방향으로 이동할 때, 사용자가 알아채지 않고 콘텐츠 뷰들(예를 들어, 좌측 및 우측 입력 뷰)을 재할당하는 것이 가능하다.
RGB-스트라이프형 패널들에 대한 양호한 해상도 분포를 갖는 적은 개수 N개의 뷰는 예를 들어 다음에 기초하여 획득된다:
뷰의 개수 N=5이고, 디스플레이 렌티큘러 피치 pH = 5*psp(여기서, psp는 서브-픽셀 피치임)이고, 렌티큘러 렌즈 경사 각도 α = tan-1(1/3)이다.
이 설계는 "밴딩(banding)"이라는 단점을 갖지만 이는 보상될 수 있다.
(ii) 더 많은 개수의 (부분) 뷰 Nf > 10을 갖는 "스테레오 온 멀티뷰" 설계(여기서, 소프트웨어 렌더링은 수 개의 디스플레이 뷰를 각각의 관찰자의 좌측 및 우측 눈을 위한 2개의 "유효" 뷰로 번들링한다(bundle)). 이러한 방식으로, 양호한 공간 해상도가 유지되는 반면, 밴딩 효과는 최소화된다. 더 많은 개수의 (부분) 뷰는 또한, 예를 들어 사용 가능한 시야 범위를 증가시키거나 사용자의 측방향 이동을 더 정확하게 추종하도록 더 많은 유연성을 제공하여, 더 작은 시야 원추를 가능하게 한다.
(iii) 전기 습윤(electrowetting) 렌즈, 전기 활성 중합체로 제조된 액추에이터에 의해 이동 또는 변형되는 렌즈, 액정 재료 및 전극으로 제조된 가변 굴절률 분포 렌즈(Gradient Index Lens, GRIN) 등과 같은 조향가능 광학 요소를 갖는 스테레오 "눈 추종" 렌티큘러. 이 선택사양에 대한 문제는 광학 구성요소들의 빠른 전환의 요구이다. 이 선택사양은 스테레오 개념(즉, 정확히 2개의 뷰: 좌측 눈 및 우측 눈 뷰들)과 관련되고, 여기서 관찰자의 2개의 눈 상에 2개의 뷰를 정확히 위치시키기 위해 활성 광학 구성요소들이 사용된다.
N < 10이고 양호한 3D 특성들, 즉 좌측 및 우측 눈의 분리된 어드레스 가능성, 3D 픽셀들의 양호한 공간 분포, 작은 밴딩 등을 갖는 공지의 렌티큘러 설계는 거의 없다.
일례에서, 10%의 블랙 매트릭스에 의해 둘러싸인 3의 높이-대-폭 비를 갖는 직사각형 서브-픽셀들에 대해 경사 각도 α = tan-1(1/3)을 갖는 N = 5 뷰 설계가 선택된다. 따라서, 수평 디스플레이 렌즈 피치 pH는 서브-픽셀 피치 psp의 5배이다. 이 설계의 경우, 3D 해상도 손실이 수평 및 수직 방향들에 걸쳐 동등하게 분포되는데, 즉 양방향에서 5의 제곱근 = 2.24의 계수와 동일하다.
따라서, 4K 고화질(high definition) 디스플레이는 3D 모드 작동에서 풀 HD(FHD) 디스플레이보다 약간 나쁜 해상도를 가질 것이다.
48 인치(122 cm) 16:9 디스플레이 기하학적 구조를 가정하면, 디스플레이는 폭 dw = 107 cm 및 디스플레이 높이 dh = 60 cm를 갖는다. 표준 시야 거리는 vd = 3*dh = 180 cm이다.
4K 고화질 디스플레이의 경우, 행 당 3840개의 픽셀이 있고 각각의 픽셀은 적색, 녹색 및 청색을 위한 3개의 서브-픽셀로 분할된다.
따라서, 서브-픽셀 피치 psp는 psp = dw/(3*3840) = 92.88 μm이다.
수평 디스플레이 렌즈 피치는 pH = N*psp = 464.4 μm이다.
이때, 직교 (트루(true)) 디스플레이 렌즈 피치는 p = pH*cos(α) = 440.6 μm이고, 따라서 디스플레이 해상도 및 폭 dw와 뷰의 개수 N에 의해 간단히 결정된다.
도 6은 관찰자의 안구내 각도 ΦIOD 및 공기 중 디스플레이 원추 각도 Φ0c 및 뷰 각도 Φ0v를 도시한다.
디스플레이 패널과 디스플레이 렌즈 설비(도 5에 도시됨) 사이의 거리 "e"는 관찰자의 안구내 각도 ΦIOD가 디스플레이 뷰 각도 Φ0v의 약 2배에 대응해야 한다는 요구로부터 결정된다. 이는 중요한데, 그 이유는 이러한 N = 5 뷰 설계가 필연적으로 인접한 뷰들 사이의 일부 오버랩을 나타내고 이것이 부근-최근접 뷰들을 관찰자의 눈 쌍에 중심을 두도록 선택되기 때문이다.
ΦIOD = 2*tan-1(IOD/(2*vd)) = 2.062°
이는 디스플레이 뷰 각도 Φ0v
Figure 112018073821251-pct00001
ΦIOD/2 = 1.0° 를 제공한다.
공기 중 디스플레이 원추 각도 Φ0c는 N × Φ0v 또는 Φ0c = 5*Φ0v = 5.0°이다.
도 7은 디스플레이 기하학적 구조와 디스플레이 원추 각도들 Φ2c 및 Φ0c 사이의 관계들을 도시한다.
"내부" 디스플레이 원추 각도 Φ2c는 스넬의 법칙(Snell's law) Φ2c = 2*sin-1((1/n2d)*sin(Φ0c/2)) = 3.55° (여기서, n2d = 1.41)를 이용하여 Φ0c로부터 구해진다.
마지막으로, 디스플레이(41)와 렌티큘러 어레이 사이의 거리 e는 다음과 같이 주어진다:
e = p/(2*tan(Φ2c/2)) = 7.12 mm
이 예에서 e = 7.5 mm와 같은 약간 증가된 값이 관찰자의 비-중앙 시야 위치들에 대한 안구내 각도 ΦIOD의 감소를 보상하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 백라이트의 전체 조명된 폭 Δxill에 걸쳐 적절한 3D 시야 경험이 보장된다(아래에서 더 논의됨).
예를 들어 ±35°를 목표로 하여, 넓은 시야각에 대해 뷰들의 작은 오버랩 및 낮은 밴딩을 실현하기 위해, 렌즈 표면에 걸쳐 작은 곡률 반경 및 작은 굴절률 차이를 갖는 렌즈들을 갖는 렌티큘러 설계가 선택된다. 이러한 유형의 렌즈는 WO 2009/147588 A1호에 상세히 기술되어 있다.
이미 도 5에 도시된 바와 같이, n2d = 1.41 및 n1d = 1.53이다.
제2 렌티큘러(54)의 근축 초점(paraxial focus)은 디스플레이 패널에 너무 가깝게 배치되어서는 안 되는데, 그 이유는 이러한 것이 큰 시야각들에서의 부근-최근접 뷰들의 강한 오버랩 및 낮은 각도들에서의 밴딩의 증가로 이어질 것이기 때문이다.
이 문제는 f = 7.56 mm(e / f ~ 100%)에 대해 디스플레이의 인접한 뷰들(플롯 70) 및 다음-최근접(next-nearest) 뷰들(플롯 72)의 오버랩을 보여주는 도 8에 도시되어 있다.
a=b±1인 경우 뷰 번호 "a"의 뷰는 뷰 번호 "b"의 뷰에 인접한다. a=b±2인 경우 뷰 번호 "a"의 뷰는 뷰 번호 "b"의 뷰에 "다음-최근접"이다. 2개의 완전히 분리된 뷰에 대한 오버랩은 0이고, 2개의 동일한 뷰에 대한 오버랩은 100%로 정의된다. 뷰들의 오버랩은 더 큰 시야각들에서 더 커진다.
뷰 a와 뷰 b의 오버랩은 다음과 같이 정의된다:
Figure 112018073821251-pct00002
함수 Intx는 각도 좌표 φ0의 함수로서의 뷰 "x"의 (시뮬레이션된) 강도를 정의하는 함수이다.
디스플레이 광학계는 적당한 언더 포커스(moderate under focus)(예를 들어, e / f ~ 75%)로 설정될 수 있다. 이러한 설정에 의해, 큰 각도들에서의 다음-최근접 뷰들의 오버랩이 최소화되는데, 그 이유는 디스플레이가 이들 각도에서의 "최소 제곱 평균 제곱근(minimum root-mean-square)" 초점의 위치에 있기 때문이다.
도 9는 이러한 TV 예를 위한 디스플레이 패널의 단면을 도시한다. 모든 측정치는 mm 단위이다.
디스플레이의 곡률 반경 R은 근축 초점 거리 f = n2d*R/(n2d-n1d) = 10.02 mm를 산출하는 R = 0.85 mm로서 선택된다.
도 9에서, 라인(90)은 소위 근축 초점을 나타낸다. 이는, 렌즈의 중심에 가까운 렌즈 표면에 부딪치고 렌즈 뒤의 주어진 방향으로부터 유래하는 인접한 광선들의 교차점들로부터 구성된다. 도시된 바와 같이, 렌즈의 중심 근처에 부딪치는 더 큰 시야각들로부터의 광선들은 수직 방향으로부터의 광선들보다 렌즈에 더 가까이 초점을 맞춘다. 더 큰 시야각들로 제공되는 뷰들은 렌티큘러 렌즈(54)의 초점으로부터 더 멀리 있는 위치에서 디스플레이에 의해 생성된다.
라인(92)은 빔의 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square, RMS) 폭이 최소인 지점들의 궤적을 나타낸다.
라인(94)은 소위 초면 팁(caustic tip)을 나타낸다. 이는 렌즈 표면에 수직으로 부딪치는 인접한 광선들의 교차점들로부터 구성된다. 이는 이들 광선이 교차하는 렌즈로부터 가장 먼 위치를 나타내어, 이 초면 팁 이후에, 모든 광선이 발산한다.
도 9는 디스플레이 패널(40) 및 디스플레이 렌즈(54)들의 위치를 도시하는데, 하나의 렌즈 중심이 55로 도시되어 있다.
초점 거리(f = 10.02 mm)의 이러한 특정 설정에 의해, 큰 각도들에서의 오버랩은 도 8에 비해 상당히 감소된다. 이는 도 8과 동일한 파라미터들, 즉 f = 10.02 mm(e / f ~ 75%)에 기초하는 도 10에서 볼 수 있다.
또한, 디스플레이 광학계의 각도 강도 분포는 (디스플레이 중앙 시야 원추 및 약 16개의 시야 원추 반복을 포함하는) 전체 시야 범위에 걸쳐 더 균일하다. 이는 모든 뷰가 "온"인 3D 디스플레이의 각도 강도를 그래프로 표시하는 도 11에 도시되어 있다. 40° 초과 각도들은 시뮬레이션되지 않았다.
2. 광 조향 백라이트(41)
백라이트는 각각의 관찰자의 얼굴을 여전히 개별적으로 어드레싱할 수 있으면서 가능한 한 큰 조명된 폭 Δxill 을 제공하도록 설계된다. 이는 다음-최근접 백라이트 "뷰"들의 낮은 오버랩이 유지되어야 하면서 백라이트의 "원추 각도" Φ0cb 가 최대화되어야 함을 의미한다.
원추 각도를 최대화하기 위하여, 주어진 백라이트 렌티큘러 피치 pb에 대해 발광 스트라이프들로부터의 백라이트 렌티큘러(52)의 거리 eb(도 5 참조)가 최소화되어야 한다.
낮은 오버랩을 생성하기 위하여, 백라이트 광 스트라이프들이 백라이트 렌티큘러의 초점에 가능한 한 가깝게 위치해야 한다.
따라서 둘 모두의 조건을 함께 고려할 때, 목표는 백라이트 렌티큘러의 초점 거리 fb = n2b*Rb/(n2b-n1b)를 최소화하는 것이다. n1b = 1(=공기) 및 n2b = 1.53(위에 개시된 바와 같은 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트(TMPTA) 기반 재료) 또는 그 초과(예를 들어, 폴리카르보네이트 n = 1.58의 경우) 선택하고 동시에 곡률 반경 Rb를 최소화함으로써 차이 n2b-n1b가 최대화되면 fb는 최소화된다.
렌티큘러 요소들의 원형 단면에 대해, 최소 곡률 반경은 Rb = pb/2에 의해 주어진다. 가능한 모든 위치에서 관찰자의 얼굴을 조명할 수 있도록 인접한 백라이트 뷰들의 적당한 오버랩(약 20%)을 유지하기 위해 약간의 언더-포커스(eb / fb ~ 85%)가 유리하다.
이러한 방식으로, 상대 백라이트 치수들 eb 및 Rb는 백라이트 피치 pb의 배수들로서 결정된다.
절대 백라이트 치수들은 광 방출 스트라이프들의 피치 ps와 백라이트 "뷰"들의 개수 nvb에 의해 결정되는데, 그 이유는 pb = ps*nvb이기 때문이다.
뷰들의 개수 nvb는 조명된 폭 Δxill 과 관찰자의 얼굴 폭 fw의 비로 계산된다: nvb = Δxill / fw. 하나의 나머지 자유도, 즉 광 스트라이프들의 피치 ps가 있다.
이 자유도는 2개의 렌티큘러 어레이의 조합으로 인해 발생하는 모아레-유사(
Figure 112018073821251-pct00003
) 각도 강도 변동들을 최소화하기 위해 사용될 수 있다. 백라이트의 수평 렌즈 피치 pb와 디스플레이의 수평 렌즈 피치 pH의 비가 1보다 크고 6보다 작은 정수배 Np가 되는 방식으로 백라이트 치수들을 조정하는 것이 유리하다는 것이 입증되었다: pb = Np*pH, 1 <Np <6.
백라이트 및 디스플레이의 렌즈 중심들이 N의 짝수 값들에 대해서는 동일한 측방향 위치에 있지만, N의 홀수 값들에 대해서는 pH/2만큼 이동되면(즉, 백라이트 렌즈 중심과 디스플레이 렌즈 에지들이 동일한 측방향 위치), 발광 스트라이프들 사이의 블랙 매트릭스로 인한 밴딩 효과는 최소화된다.
도 12는 전체 백라이트(41)로부터 출력되는 바와 같은 백라이트 원추 각도 및 조명된 폭을 도시한다. 이는 또한 백라이트 내의 치수들을 보여준다. 48"(122 cm) 16:9 디스플레이 기하학적 구조, 디스플레이 폭 dw = 107cm 및 디스플레이 높이 dh = 60 cm를 가정하면, 표준 시야 거리는 vd = 3*dh = 180 cm이다. 디스플레이 에지들에서의 조명의 중심은 각도 = tan-1(dw/(2*vd)) = 16.5°만큼 경사져 있다. 큰 조명된 폭 Δxill을 갖기 위해서는 백라이트의 원추 각도 Φ0cb는 가능한 한 커야 한다(예를 들어, 70°).
따라서, 70°의 백라이트 원추 각도가 조명된 폭에 대응할 것이다:
Figure 112018073821251-pct00004
관찰자의 얼굴 폭이 fw = 15 cm라고 가정하면, 70°/16 = 4.4°의 각도 폭을 갖는 nvb = Δxill / fw = 16 백라이트 "뷰"들을 제공할 필요가 있다. 발광 스트라이프들이 100 μm의 폭을 갖고 25% 블랙 매트릭스에 의해 둘러싸이면, 광 스트라이프들의 피치는 125 μm이고 백라이트 렌티큘러의 피치는 pb = 125 μm*nvb = 2.00 mm이다.
광 스트라이프들로부터의 백라이트 렌티큘러(52)의 거리는 eb = 2.455 mm로서 백라이트 원추 각도로부터 유도된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 백라이트 스트라이프와 렌즈 사이의 내부 원추 각도 Φ2cb = 2*tan-1(pb/(2*eb)) = 44.3°이다. 백라이트 원추 각도는 다음에 의해 주어진다:
Φ0cb = 2*sin-1(n2b*sin(Φ2cb /2)) = 70.5°.
렌티큘러 요소들의 원형 단면의 경우, 최소 곡률 반경은 Rb = pb/2 = 1.00 mm에 의해 주어지고 초점 거리는 fb = 2.89 mm이다.
백라이트의 이러한 특정 설계는 도 13에 도시되어 있다. 도 9에서와 같이, 모든 측정치는 mm 단위이고, 근축 초점(90), 초면 팁(94), 최소 RMS 초점(92)에 대해 도 9에서와 동일한 도면 부호들이 사용된다. 도 13은 백라이트 스트라이프(41)들 및 (렌즈 중심(53)을 갖는) 백라이트 렌즈(52)들의 위치를 도시한다.
백라이트에 대한 광선 추적 시뮬레이션을 수행할 때, 뷰들은 인접한 뷰들의 적당한 오버랩(약 20%)으로 도 14에 도시된 바와 같이 양호한 각도 프로파일들을 갖는다. 도 14는 백라이트의 8개의 뷰의 각도 프로파일들을 도시하고, 도 15는 백라이트의 인접 및 다음-최근접 뷰들의 오버랩을 도시한다.
도 16은 모든 광 스트라이프가 온 상태인 백라이트의 각도 강도를 도시하고, 이는 모든 광 스트라이프가 온 상태이면 설계가 약간의 밴딩, 즉 각도 강도 진동을 갖는 것을 보여준다.
이 밴딩은, 원하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 백라이트 렌티큘러의 위에 확산기 시트를 추가함으로써 억제될 수 있다. 표준 편차 wd = 1.3°를 갖는 확산기의 가우스(Gaussian) 각도 프로파일을 가정하면, 백라이트의 매끄럽게 된 각도 강도 프로파일이 도 17에 도시되어 있다.
물론, 확산기를 도입함으로써, 개별 뷰들이 확장되고 오버랩들이 증가되지만, 과도한 방식으로는 아닌데, 그 이유는 뷰들이 이미 매우 넓기 때문이다.
도 18은 도 14 및 도 15와의 비교를 위해 1.3° 확산기 시트를 이용할 때 8개의 뷰(좌측 이미지)와 뷰 오버랩(우측 이미지)의 각도 프로파일들을 도시한다.
이 백라이트 개념의 적용 가능성은 최악의 경우의 상황을 고려함으로써 증명될 수 있다.
이 상황이 도 19에 도시되어 있다. 스크린으로부터 시야 거리 vd = 180 cm에, 어깨를 나란히 하여, 즉 50 cm 떨어져 앉아 있는 두 명의 관찰자(190, 192)가 있다. 우측 관찰자(192)는 조명된 폭의 우측 에지에 위치된다. 둘 모두의 관찰자들은 디스플레이의 좌측 에지를 관찰하고 있어, 시야각들이 각각 25.3° 및 16.7°이다.
따라서, 인접한 눈들의 각도 분리는 25.3°-16.7° = 8.6°, 즉 약 2개의 백라이트 뷰 폭(=4.4°)이다. 이는 강도들의 작은 오버랩을 보장하기에 충분하다.
이는 좌측 관찰자(플롯 190a) 및 우측 관찰자(플롯 192a)를 조명하는 뷰들에 대한 강도들을 예시하는 도 20에 도시되어 있다. 오버랩(플롯(190a, 192a)들의 중심들에서 평가됨)은 작다.
위에 언급된 바와 같이, 생성되는 3D 장면의 뷰들의 개수에 대해 그리고 개별 관찰자에게 디스플레이될 뷰들의 쌍을 생성하기 위해 뷰들이 처리되는 방식에 대해 다양한 선택사양들이 존재한다. 선택사양들은 디스플레이 패널과 제2 렌티큘러 렌즈의 조합에 의해 많은 뷰들이 어떻게 생성되는지에 좌우된다.
제2 렌티큘러 렌즈 어레이가 2-뷰 렌즈이면, 제어기는 뷰들을 사용자에게로 조향하기 위해 렌즈를 이동시켜야 한다.
제2 렌티큘러 렌즈 어레이가 다중-뷰 렌즈(2개 초과의 뷰)이면, 제어기는 좌측 콘텐츠 뷰가 좌측 눈에서 보이고 우측 콘텐츠 뷰가 우측 눈에서 보이도록 디스플레이 패널의 서브-픽셀들에 콘텐츠 뷰들을 할당해야 한다. 이 작동은 전형적으로 뷰 할당, 위빙 또는 인터리빙(interleaving)이라고 불린다.
이미지 콘텐츠는 적어도 좌측 눈을 위한 하나의 뷰 및 우측 눈을 위한 하나의 뷰를 포함한 뷰들을 갖는다. 예를 들어, 디스플레이는 입체 콘텐츠를 갖는 블루레이 3D 디스크를 재생하기 위해 사용될 수 있다. 뷰들은 또한, 예를 들어 3D 게임들로, 사용자의 관점을 고려하도록 렌더링될 수 있다(따라서, 사용자가 코너들을 둘러볼 수 있음).
백라이트는 또한 뷰 생성을 제공하지만, 이는 광속(light bundle)들의 형태인데, 그 이유는 이들이 반드시 픽셀화되는 것은 아니기 때문이다. 각각의 서브-프레임에서, 일부 백라이트 스트라이프들은 온 상태로 되어, 하나의 관찰자의 눈들에 대해 광속이 생성되지만, 다른 사람들에 대해서는 생성되지 않도록 한다.
백라이트 스트라이프들은 동적 콘트라스트 비를 향상시키기 위해 로컬 디밍 기능(local dimming functionality)을 가능하게 하도록 세그먼트화될 수 있다. 로컬 디밍은 최고급 2D LCD 텔레비전들에서 종종 사용된다.
디스플레이 패널과 제2 렌티큘러 렌즈 조합의 조합에 의해 형성된 서브-시스템은 투사된 뷰들을 생성한다. 이는 이동을 갖는 2-뷰 렌즈, 또는 스테레오 렌더링을 갖는 다중-뷰의, 가능하게는 경사진, 부분 렌즈일 수 있다.
도 21은 시야각(x 축 상의 도(degree) 단위)의 함수로서 y 축 상의 2-뷰 시스템의 강도(임의 단위)를 도시한다. "2-뷰 시스템"이란 단일 스테레오 쌍의 뷰들, 즉 2개의 렌더링된 뷰를 의미한다.
위치 0은 디스플레이 스크린에 대한 정상 위치에 대응한다. 플롯(210)은 하나의 뷰에 대한 강도 분포이고, 플롯(212)은 다른 뷰에 대한 강도 분포이다. 2개의 뷰는 머리를 옆으로 움직일 때 적당한 강도 변동만이 있도록 약간 오버랩하고 있다.
도 22는 스크린에 대한 관찰자의 얼굴의 측방향 위치(x 축 상의 cm 단위)의 함수로서 y 축 상의 2-뷰 시스템에 대한 강도(임의 단위)를 도시한다. 관찰된 스크린 포인트는 중앙 위치(x = 0)에서 고려된다.
도 22에는 2개의 뷰가 있는데, 뷰 0 및 뷰 1로 명명된다. x 축 상의 얼굴 위치는 관찰자의 코끝의 x 위치를 나타낸다. 각각의 곡선은 각각의 눈에 들어가는 각각의 뷰의 강도를 나타내므로, 4개의 곡선이 있다. 예를 들어, 곡선 L0은 좌측 눈에 들어가는 뷰 0의 강도이다. R1은 우측 눈에 들어가는 뷰 1의 강도이다. 유사하게, L1은 좌측 눈에 들어가는 뷰 1의 강도이고 R0은 우측 눈에 들어가는 뷰 0의 강도이다.
최적의 얼굴 위치에서(예를 들어, 얼굴 위치 0에서), 뷰 0이 좌측 눈에 제시될 수 있도록 L0은 최대이고 L1은 0에 가깝다. 동일한 얼굴 위치에서, 뷰 1이 우측 눈에 제시될 수 있도록 R1은 최대이고 R0은 0에 가깝다. 약 6 cm의 얼굴 위치에서, L1은 최대이고 L0은 0에 가까워서, 좌측 눈에 의도된 이미지는 뷰 1로 전환될 것이다. 동일한 얼굴 위치에서, R0은 최대이고 R1은 0에 가까워서, 우측 눈에 의도된 이미지는 뷰 0으로 전환될 것이다.
이들 위치 사이에서, 예를 들어 약 3cm에서, 모든 강도가 거의 동등하다(L0=L1=R0=R1). 이는, 이미지들(뷰 0 상의 좌측 이미지 및 뷰 1 상의 우측 이미지 또는 그 반대)을 전환하는 임의의 선택에 대해, 각각의 눈에는 동일한 콘텐츠, 즉 둘 모두의 이미지들이 보일 것이고, 3D 시야 효과가 상실됨을 의미한다.
강도 분포들은 의도된(설계된) 시야 거리에 대해 도시되어 있다.
무안경 입체 효과를 생성하기 위하여, 각각의 눈에 대해, 더 높은 강도를 갖는 뷰가 어드레싱되도록 뷰들이 전환된다. 이어서, 입력 뷰들(즉, 이미지 콘텐츠)은 관찰자의 좌측 및 우측 눈들에 대한 각각의 서브-픽셀의 추정된 가시성에 따라 서브-픽셀마다 할당된다. 제2 렌티큘러 렌즈에 의해 우측 눈으로 이미징되는 서브-픽셀에는 우측 눈 이미지 콘텐츠의 픽셀이 할당되고, 제2 렌티큘러 렌즈에 의해 좌측 눈으로 이미징되는 서브-픽셀에는 좌측 눈 이미지의 픽셀이 할당된다. 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, (제2) 렌티큘러 렌즈 아래의 각각의 서브-픽셀의 상대 위치는 서브-픽셀이 이미징되는 방향을 결정한다. 가시성은 디스플레이에 대한 관찰자의 위치의 추정에 기초하여 추정된다.
원하지 않는 뷰(또는 뷰들)와 비교하여 원하는 뷰의 강도의 상대 강도의 뷰 파라미터가 정의될 수 있다:
Figure 112018073821251-pct00005
여기서, Igood = 해당 눈에 의도된 강도이고 Ibad = 다른 눈에 의도된 강도이다.
도 23은 2개의 눈에 대해 뷰들(뷰 번호는 y 축 상에 있음)이 0과 1 사이에 어떻게 전환되는지를 도시한다. 플롯(230)은 우측 눈에 대한 것이고, 플롯(232)은 좌측 눈에 대한 것이다.
도 24는 중심으로부터의 측방향 시야 거리의 함수로서 위에 정의된 뷰 파라미터를 도시하는 것인데, 이때 플롯(240)은 좌측 눈에 대한 것이고 플롯(242)은 우측 눈에 대한 것이다. 이는 3D 경험이 상실되는 동등하게 이격된 위치들이 존재함을 보여준다. 이는 2개의 고정된 뷰에 대해서만 잘 작용하는 불가피한 결과이다.
위에 개괄된 옵션들 중 하나는 얼굴을 추종하는 눈 추적과 함께 조향가능 광학 요소들을 사용하는 것이다.
대안은 고정된 광학 요소들을 사용하고 2개 초과의 뷰를 사용하는 것이다.
도 25는 도 22에 대응하지만 3개의 뷰에 대한 것이다. 역시, 강도 분포들은 위치 x=0에서 스크린 포인트를 관찰할 때 관찰자의 얼굴의 측방향 위치의 함수로서 도시되어 있다.
L0은 뷰 0을 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. L1은 뷰 1을 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. L2는 뷰 2를 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R0은 뷰 0을 우측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R1은 뷰 1을 우측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R2는 뷰 2를 우측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다.
도 26은 2개의 눈에 대해 뷰들(뷰 번호는 y 축 상에 있음)이 0, 1 및 2 사이에 어떻게 전환되는지를 도시한다. 반복 플롯(260)은 우측 눈에 대한 것이고, 반복 플롯(262)은 좌측 눈에 대한 것이다.
도 27은 2개의 눈에 대한, 측방향 시야 거리의 함수로서 뷰 파라미터를 도시한다.
도 27은 3개의 고정된 뷰를 이용하여 개선되지만 최적은 아닌 3D 경험이 가능하다는 것을 보여준다. 이는 인접한 뷰들의 오버랩 및 항상 인접한 뷰들이 좌측 및 우측 눈으로 전환된다는 사실의 결과이다.
적어도 4개의 뷰를 이용하는 것이 고품질의 무안경 입체 시야 경험을 가능하게 한다는 것이 밝혀졌다.
도 28은 도 22에 대응하지만 4개의 뷰에 대한 것이다. 역시, 강도 분포들은 위치 x=0에서 스크린 포인트를 관찰할 때 관찰자의 얼굴의 측방향 위치의 함수로서 도시되어 있다.
L0은 뷰 0을 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. L1은 뷰 1을 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. L2는 뷰 2를 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. L3은 뷰 3을 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R0은 뷰 0을 우측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R1은 뷰 1을 우측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R2는 뷰 2를 우측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다. R3은 뷰 3을 좌측 눈에 제시하기 위한 강도 분포이다.
따라서, 다음 인접한 뷰들(R=L±2)이 좌측 및 우측 눈으로 전환될 수 있다.
도 29는 2개의 눈에 대해 뷰들(뷰 번호는 y 축 상에 있음)이 0, 1, 2 및 3 사이에 어떻게 전환되는지를 도시한다. 반복 플롯(290)은 우측 눈에 대한 것이고 반복 플롯(292)은 좌측 눈에 대한 것이다.
도 30은 2개의 눈에 대한, 측방향 시야 거리의 함수로서 뷰 파라미터를 도시한다. 이는 적어도 4개의 고정된 뷰를 이용하여 최적의 3D 경험이 실제로 가능하다는 것을 보여준다.
3. 다른 설계 고려 사항
디스플레이가 소정 시야 거리(예를 들어, 180 cm)를 위해 설계된 경우에도, 여전히 백라이트의 큰 시야 원추로 인해, 디스플레이는 큰 시야 범위에 대해 완전히 사용가능하다. 더 가까이(시야 거리의 약 2/3까지) 이동할 때, 관찰자들 사이에 더 많은 백라이트 뷰들이 있는데, 이는 관찰자들 사이의 백라이트 뷰들의 개수를 증가시키고, 따라서 관찰자들 사이의 크로스토크를 감소시킨다. 한계는 무안경 입체 디스플레이에 의해 결정되는데, 그 이유는 관찰자의 눈들 사이에(전형적으로 의도된 시야 거리의 1/2에) 하나의 시야 원추가 있을 때 좌측 및 우측 눈들 사이의 크로스토크는 증가할 것이고 스테레오 효과는 완전히 감소할 것이기 때문이다. 실제 시야 거리가 의도된 것보다 크면, 더 적은 백라이트 뷰들이 있을 것이고, 관찰자들 사이의 무안경 입체 뷰들과 개인 내의 그리고 개인 간의 크로스토크 둘 모두가 거리에 따라 점차 증가할 것이다.
상기 예는 의도된 거리의 4/3에서 잘 수행한다. 이 크로스토크가 보이는지 여부는 또한 콘텐츠에 의존한다. 어느 정도까지, 넓은 시야각 및 큰 시야 거리 범위는 렌즈 파라미터들을 조정함으로써 서로 교환될 수 있다.
위의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 디스플레이 광학계는 일반적으로 하나의 특정 시야 거리에 대해 설계된다. 그러나, 하나의 이점은 뷰 렌더링을 광범위의 시야 거리들에 적응시키는 추가의 가능성인데, 그 이유는 상이한 관찰자들이 시계열로 어드레싱되기 때문이다. 관찰자가 디스플레이에 더 가까이(예를 들어, 최적 거리의 2/3에) 있을 때, 그의 눈들 사이의 각도 거리는 (3/2배) 증가할 것이고, 따라서 뷰 렌더링이 양쪽 눈들 사이의 뷰 인덱스 차이를 동일한 배율(2 내지 3)만큼 증가시킬 경우 최적의 3D 경험이 유지될 수 있다. 관찰자가 디스플레이로부터 더 먼 거리에(예를 들어, 최적 거리의 4/3에) 있을 경우 그 반대가 구현될 수 있다. 이 구성은 추적된 관찰자에 제시될 뷰들을 생성하기 위해 디스플레이 이미지들의 세트의 상이한 렌더링을 이용함으로써 구현될 수 있다.
시야 거리(눈들의 위치)는 또한 어느 백라이트 스트라이프들을 조명할지를 결정하기 위해 사용된다. 해당 위치에서 관찰자에게 디스플레이가 균일하게 보이도록 해당 시야 거리에서 수렴하도록 광 빔들이 생성되어야 한다. 이는 시야 거리 보정(viewing distance correction)으로 알려져 있다. 물리적 렌즈 피치를 p로 나타낼 때, 렌더 피치 p'는 하기 수학식에 따라 유도된다:
p'/p=(V+D)/V
여기서 V는 시야 거리이고 D는 광학 두께이다. 광학 두께는 물리적 두께(의 적분)를 굴절률로 나눈 것이다. 보정은 작지만 유의미한데, 예를 들어, V=1 m, D=2 mm는 p'/p = 1.002를 제공한다.
전형적으로, 사용되는 렌즈 어레이들은 제조하기가 보다 용이하기 때문에 평철형(plano convex)이지만, 2개의 어레이를 완벽한 정렬로 적층하여 결합된 볼록 렌즈 어레이를 생성하는 것이 가능하다. 이는 더 강한 렌즈들을 생성하는 것을 가능하게 하고, 이는 이어서 백라이트 뷰들의 강도 분포들에서 테일(tail)을 야기하는 수차(aberration)의 감소, 또는 디스플레이의 시야각의 증가를 허용한다. 이는 또한 더 낮은 굴절률 차이들의 이용을 허용하고, 이는 백라이트 유닛에서의 반사로 인한 탁도(haze)를 감소시킨다.
위에 설명된 바와 같이, 원통형 렌즈에 대한 최대 곡률 반경은 렌즈 피치의 절반이다. 렌즈의 이심률(eccentricity)은 0(원형)에서 1(포물선형)로 또는 그 사이(타원형)로 높아질 수 있다. 렌즈 이심률을 높이는 효과는 더 작은 곡률 반경이 사용될 수 있다는 것과, 렌즈가 덜 두껍다는 것이지만, 백라이트 뷰들의 강도 프로파일의 테일을 증가시키는 대가가 수반된다. 예로서, 적합한 값은 0.3 내지 0.5의 범위의, 예를 들어 0.4의 이심률이다.
본 발명은 컴퓨터 모니터, TV 및 표지판(signage) 응용과 같은 다중 사용자 장치들을 위한 무안경 입체 디스플레이들에서 사용될 수 있다.
선택적으로, 백라이트 구조물을 숨기기 위해 렌즈 방향에 직교하여 강하게 확산하는 홀로그래픽 확산기와 조합되어, (블랙 매트릭스를 숨기기 위해) 바둑판 패턴으로 연장되는 백라이트 스트라이프들과 같은, 백라이트에서 강도 변조들을 감소시키는 다른 수단이 존재한다. 선택적으로, 다수의 확산기가 단일 (홀로그래픽) 확산기에 조합될 수 있다.
위의 상세한 예 및 시뮬레이션들은 하나의 특정한 의도된 응용(122 cm TV 디스플레이)에 적용된다. 특정 설계 값들은 순전히 예로서 제공된 것이고, 이들 세부 사항은 단순히 설계 문제들이 이해될 수 있게 하기 위해 제시되었다. 이때, 이 개념들은 다른 설계들에 적용될 수 있다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변화들이 도면, 개시 내용, 및 첨부된 청구범위의 검토로부터, 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 이루어질 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수 형태(부정 관사 "a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 서로 상이한 종속항들에 열거된다는 단순한 사실이, 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.
청구범위 내의 임의의 도면 부호는 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (14)

  1. 무안경 입체 디스플레이(autostereoscopic display)로서,
    광 출력의 라인들을 제공하기 위한 광 출력 설비(light output arrangement) 및 제1 렌티큘러 렌즈 어레이(lenticular lens array)를 포함하는 조향가능(steerable) 디스플레이 백라이트(41)로서, 상기 조향가능 디스플레이 백라이트(41)는 tan-1(1.5IOD/vd)와 tan-1(5IOD/vd) 사이의 각도 확산(angular spread)을 갖는 출력 빔(beam)을 가지며, 여기서 IOD는 안구간 거리(inter-ocular distance)이고 vd는 상기 디스플레이로부터의 의도된 관찰자 거리인, 상기 조향가능 디스플레이 백라이트(41);
    디스플레이 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 서브-픽셀(sub-pixel)들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널(40)로서, 상기 디스플레이는 상기 백라이트에 의해 조명되는, 상기 디스플레이 패널(40);
    상이한 시야 방향(viewing direction)들로 적어도 2개의 뷰(view)들을 생성하기 위한 제2 렌티큘러 렌즈 어레이;
    한 명 이상의 관찰자들을 추적하기 위한 머리 및/또는 눈 추적 시스템(49); 및
    상기 디스플레이 패널 및 상기 조향가능 디스플레이 백라이트를 제어하기 위한 제어기(50)를 포함하며,
    상기 제어기는 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 뷰들을 동시에 제공하고, 한 명 초과의 관찰자들이 있는 경우에는 상이한 추적된 관찰자들의 2개의 눈들에 뷰들을 시계열로(time-sequentially) 제공하도록 구성되는, 무안경 입체 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이는 적어도 4개의 뷰들을 갖고,
    상기 제어기(50)는, 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이가 각각의 서브-픽셀로부터의 출력을 추적된 관찰자의 좌측 및 우측 눈들의 추정된 위치들에 투사하는 양에 따라, 서브-픽셀마다 적어도 2개의 입력 뷰들을 할당함으로써 상기 관찰자의 상기 2개의 눈들에 뷰들을 제공하도록 구성되는, 무안경 입체 디스플레이.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이는 10개 초과의 부분 뷰(fractional view)들을 갖고,
    상기 제어기(50)는, 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이가 각각의 서브-픽셀로부터의 출력을 추적된 관찰자의 좌측 및 우측 눈들의 추정된 위치들에 투사하는 양에 따라, 상기 서브-픽셀마다 적어도 2개의 입력 뷰들을 할당함으로써 상기 관찰자의 상기 2개의 눈들에 뷰들을 제공하도록 구성되는, 무안경 입체 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무안경 입체 디스플레이는 상기 디스플레이에 대해 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이를 이동시키는 이동 설비(shifting arrangement)를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 단지 2개의 가능한 뷰들로부터 선택되는 뷰들을 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 제공하도록 구성되며, 상기 제어기는 상기 디스플레이에 대한 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이의 이동을 제어하도록 구성되는, 무안경 입체 디스플레이.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조향가능 디스플레이 백라이트(41)는 tan-1(1.5IOD/vd)와 tan-1(3IOD/vd) 사이의 각도 확산을 갖는 출력 빔을 가지며, 여기서 IOD는 안구간 거리이고 vd는 상기 디스플레이로부터의 의도된 관찰자 거리인, 무안경 입체 디스플레이.
  6. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 머리 및/또는 눈 추적 시스템(49)은 상기 관찰자까지의 거리, 및 상기 디스플레이 패널에 대한 상기 관찰자의 측방향 위치를 알아내기 위한 것인, 무안경 입체 디스플레이.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널의 일 면 상에 확산기(diffuser)를 포함하는 무안경 입체 디스플레이.
  8. 무안경 입체 디스플레이 방법으로서,
    한 명 이상의 관찰자들을 추적하는 단계;
    상기 추적된 관찰자 위치들에 따라 백라이트 광 출력의 라인들을 제공하는 단계;
    상기 백라이트 출력의 라인들을 제1 렌티큘러 렌즈 어레이를 통해 지향시켜 지향성 제어를 제공하고, 이에 의해 tan-1(1.5IOD/vd)와 tan-1(5IOD/vd) 사이의 각도 확산을 갖는 출력을 생성하는 단계로서, 여기서 IOD는 안구간 거리이고 vd는 디스플레이로부터의 의도된 관찰자 거리인, 상기 출력을 생성하는 단계;
    상기 지향성 제어된 백라이트 광 출력을 사용하여 디스플레이 서브-픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 패널을 조명하여 디스플레이 이미지를 생성하는 단계;
    제2 렌티큘러 렌즈 어레이를 이용하여 상이한 시야 방향들로 적어도 2개의 뷰들을 생성하는 단계를 포함하고,
    추적된 관찰자의 2개의 눈들에 뷰들이 동시에 제공되고, 한 명 초과의 관찰자들이 있는 경우에는 상이한 추적된 관찰자들의 2개의 눈들에 뷰들이 시계열로 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 방법.
  9. 제8항에 있어서, tan-1(1.5IOD/vd)와 tan-1(3IOD/vd) 사이의 각도 확산을 갖는 출력 빔을 생성하는 단계로서, 여기서 IOD는 안구간 거리이고 vd는 상기 디스플레이로부터의 의도된 관찰자 거리인, 상기 출력 빔을 생성하는 단계를 포함하는 무안경 입체 디스플레이 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 적어도 4개의 개수의 입력 뷰들을 생성하는 단계, 및 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이가 각각의 서브-픽셀로부터의 출력을 상기 관찰자의 좌측 및 우측 눈들의 추정된 위치들에 투사하는 양에 따라, 상기 서브-픽셀마다 적어도 2개의 입력 뷰들을 할당하는 단계를 포함하는 무안경 입체 디스플레이 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 10개 미만의 개수의 뷰들을 생성하는 단계, 및 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이가 각각의 서브-픽셀로부터의 출력을 상기 관찰자의 좌측 및 우측 눈들의 추정된 위치들에 투사하는 양에 따라, 상기 서브-픽셀마다 적어도 2개의 입력 뷰들을 할당하는 단계를 포함하는 무안경 입체 디스플레이 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 방법은 2개의 뷰들을 생성하는 단계, 및 추적된 관찰자의 2개의 눈들에 상기 2개의 뷰들을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 디스플레이에 대해 상기 제2 렌티큘러 렌즈 어레이를 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 방법.
  13. 제8항, 제9항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관찰자까지의 거리, 및 상기 디스플레이 패널에 대한 상기 관찰자의 측방향 위치를 알아내는 단계를 포함하는 무안경 입체 디스플레이 방법.
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