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KR20010043527A - 방향성 디스플레이 - Google Patents

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KR20010043527A
KR20010043527A KR1020007012630A KR20007012630A KR20010043527A KR 20010043527 A KR20010043527 A KR 20010043527A KR 1020007012630 A KR1020007012630 A KR 1020007012630A KR 20007012630 A KR20007012630 A KR 20007012630A KR 20010043527 A KR20010043527 A KR 20010043527A
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directional display
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light
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리차드 로버트 모셀레이
그레이엄 존 우드게이트
데이비드 에즈라
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마찌다 가쯔히꼬
샤프 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

자동 입체 3D 디스플레이는 예를 들면 액정 디스플레이 타입의 공간 광 변조기를 포함한다. 백라이트 및 마스크는 렌티큘러 스크린에 의해 제1의 가공의 관찰 윈도우에 결상되는 복수의 광원을 형성한다. 시차 배리어는 공간 광 변조기의 픽셀의 가시성을 제어하여 제2의 가공의 관찰 윈도우를 형성한다. 디스플레이는 제1 및 제2의 관찰 윈도우의 측방 범위의 곱과 같고 또한 이들 측방 범위 각각보다 작은 측방 범위를 갖는 실제의 관찰 윈도우를 형성한다.

Description

방향성 디스플레이{DIRECTIONAL DISPLAY}
EP 0 656 555에는 자동 입체(autostereoscopic) 3D 타입의 관찰자 추적 트윈 패널 디스플레이(an observer tracking twin-panel display)가 개시되어 있다. 이 디스플레이는 빔 결합기(beamcombiner)를 이용하여 2개의 개별 광학 시스템의 출력을 결합한다.
EP 0 726 482와 GB 2 297 876에는 공간 광 변조기(spatial light modulator)에 의해 표시된 시각 정보를 전자적으로 변경함으로써 관찰자 추적 동작이 수행되는 자동 입체 3D 디스플레이가 개시되어 있다. 관찰자의 이동에 응답하여 시각 정보를 변경함으로써 관찰자는 관찰자의 눈에 의해 올바른 시각(view)이 인지되도록 보장하면서 측방으로 추적될 수 있다.
EP 0 721 131 및 GB 2 296 617에도 유사한 형태의 관찰자 추적 자동 입체 3D 디스플레이가 개시되어 있는데, 이 디스플레이는 관찰자의 길이 방향 이동을 추적하는 능력을 갖고 있다. 이 경우에, 길이 방향 관찰자 이동은 가변 폭의 수직 슬라이스에서의 시각 정보를 변경함으로써 추적될 수 있다.
이와 같은 측방 및 길이 방향 추적 디스플레이에 있어서는 관찰 윈도우들은 균일하고 인접해 있어야 한다. 또한, 관찰 윈도우들의 폭도 중요하다. 윈도우 폭은 3-뷰(three-view) 시스템에서는 안구간 평균 거리의 3분의 2가 되어야 하고, 4시점 시스템의 경우는 안구간 평균 거리의 절반이 되어야 한다. 이와 같은 디스플레이에서의 적당한 관측 상태는 EP 0 625 861에 개시된 형태의 공간 광변조를 이용하여 달성될 수 있다. 그러나, 이와 같은 디스플레이는 여러가지 단점을 갖고 있다. 예컨대, 화상 해상도는 특히 각 화상에 대한 공간 광 변조기의 공간 해상도의 3분의 1이하로서 비교적 낮다. 더욱이, 관찰 윈도우의 경계에서의 가시 아티팩트(visible artifact)을 피하기 위해서는 높은 제조 공차가 요구된다. 공간 광 변조기에는 화상의 복잡한 인터레이싱이 요구된다. 이런 형태의 공간 광 변조기를 제공하기 위해서는 주문 액정 디스플레이(LCD)가 제조되어야 하거나 예컨대 델타형의 종래의 LCD 패널이 변형되어야 한다.
EP 0 947 208 및 GB 2 320 156에는 관찰 윈도우의 균일성을 개선하는데 2개의 시차(parallax) 요소가 사용되는 평판 패널 자동 입체 3D 디스플레이가 개시되어 있다. 이 시차 요소들 중 하나는 관찰 윈도우를 한정하나 예컨대 회절로 인해 윈도우내에 불균일성을 생기게 한다. 다른 시차 요소는 첫번째 시차 요소의 원하지 않는 광학적 효과를 소거 또는 감소시키기 위하여 역조명 불균일성을 도입한다. 두번째 시차 요소는 관찰 윈도우의 폭 또는 정보 내용을 변경시키지 않으며 그레이 스케일(gray scale) 마스크로서 구체화될 수 있다. GB 3 320 156의 도 30에 도시된 실시예에는 백라이트 및 마스크가 관찰 윈도우를 형성하도록 렌티큘러(lenticular) 스크린에 의해 화상이 형성되는 다수의 광원을 구성하는 방향성 조명 시스템이 개시되어 있다.
자동 입체 3D 디스플레이의 미숙련 관찰자로서는 관찰 윈도우 또는 관찰 영역에 대해 정확하게 위치를 설정하는 것이 어려울 수가 있다. EP 0 860 728 및 GB 2 321 815에는 시차 요소와 일체화된 시각 위치 표시기를 구비한 평판 패널 자동 입체 3D 디스플레이가 개시되어 있다. 이것은 관찰 영역 또는 관찰 윈도우에 대해 정확한 위치는 물론 부정확한 위치에 있는 관찰자에게도 비교적 간단한 시각 표시를 제공한다.
EP 0 829 744, GB 2 317 295, EP 0 887 666, 및 GB 2 326 728에는 방향성 디스플레이에 사용하기에 적합하고 여러가지 동작 모드가 가능한 시차 배리어(parallax barrier)가 개시되어 있다. 이와 같은 시차 배리어는 입사광의 편광에 영향을 미치지 않는 영역에 의해 분리된 시차 배리어의 슬릿을 형성하기 위한 편광 변형 스트립(polarization modifying strip)을 포함한다. 착탈식 균일 편광기가 별도로 구비된다. 균일 편광기가 더 요구되며 이것은 LCD와 같은 공간 광 변조기의 입력 또는 출력 편광기에 의해 구비될 수 있다. 착탈식 편광기를 정위치에 두고서 시차 배리어는 3D 관찰 모드를 제공하도록 형성된다. 착탈식 편광기가 광로로부터 제거되면 편광 변형 스트립과 분리 영역은 2차원(2D) 관찰 모드를 위한 균일 투명 광요소로서 작용한다.
Optics Design number 12, pp36-41(일본 광학회, 1997)에 게재된 Mashitani의 "자동 입체 LCD 화상 스플릿터 디스플레이"에는 전방 및 후방 시차 배리어를 가진 LCD를 포함하는 단일 패널 3D 디스플레이가 개시되어 있다.이 두개의 시차 배리어는 공동 작용하여 단일 시차 배리어 구성에 의해 생성되는 것보다 작은 오버랩핑 에지 영역을 갖는 관찰 영역을 생성한다. 이 구성은 비방향성 조명을 필요로 한다.
이 구성은 관찰면(viewing plane)에서의 윈도우의 프로파일을 좁히게끔 구속하므로 표시되는 화상의 휘도가 감소하고 또한 관찰자가 디스플레이에 대해 비교적 짧은 측방 거리로 이동함에 따라 강도 변화가 증가된다. 또한, 시차 배리어의 피치는 LCD의 화소 피치와 거의 같아야 한다. 따라서 고도의 정렬 및 제조 공차가 요구되어 비용이 증가된다.
3D Image Conference 1997, PP219-224에 개재된 Nose 등의 "무안경 후방 렌티큘러 3D-LCD"에는 수평 시차 시스템과 수직 시차 시스템이 협동하여 LCD상의 화상 요소(화소)의 인접 행에서 인터레이스된 화상으로 수평적으로 제한된 관찰 영역에서 단일 LCD 패널로부터의 자동 입체 3D 관측을 가능하게 한다. 이러한 구성은 두개의 화상을 표준 인터레이스 비디오 포맷의 인터레이스 필드로서 표시가능하게 함으로써 LCD로의 인터페이스를 단순화시킨다. 수평 시차 시스템은 관찰 영역의 정보 내용과 그리고 수직 시차 시스템과 조합하여 관찰 영역의 형태 모두를 한정한다. 방향성 조명이 요구되며 이것은 실제로는 두개의 서브 시스템으로 분할되며, 각 서브 시스템으로부터의 광은 디스플레이의 부품을 통과하여 관찰 영역의 정보 내용을 한정한다. 따라서 방향성 조명은 실제로는 두개의 공간 다중화 시스템으로 분할되며, 각 시스템은 LCD의 화소 일부와만 관련된다.
이러한 구성도 LCD의 화소 피치에서 실질적으로 광학 소자의 정렬을 필요로 하는 단점이 있다. 더욱이 렌티큘러 스크린에는 LCD 화소 피치와 거의 동일한 렌티큘의 피치가 요구된다. 렌티큘러 스크린은 특히 표준 포토그래픽 또는 리소그래픽 기술을 이용하여 높은 공차로 만들어질 수 있는 시차 배리어와 비교했을 때, LCD 구조와의 정밀한 정렬을 달성하는데 필요한 공차를 갖고서 제조하기가 어렵고 비용도 비싸다.
GB 2 252 175에는 이중 시차 배리어 구성을 이용하는 단일 패널 자동 입체 3D 디스플레이가 개시되어 있다. 이러한 구성은 두개의 분리된 배리어 시트를 포함하는데 이들은 함께 작용하여 이들을 분리시키는 무조명 영역을 갖는 넓은 조명 영역을 한정한다. 이런 방식으로 의사스코픽(pseudoscopic) 관찰 영역을 피할 수 있다. 그러나, 이와 같은 구성도 윈도우 프로파일 조명의 에지의 확산을 겪게 되어 관찰자가 측방으로 이동함에 따라 화상 휘도의 변화가 감지된다. 또한, 이와 같은 구성은 2D 관찰 모드를 제공할 수 없다.
GB 2 317 710에는 렌티큘러 스크린이 후방 시차 배리어를 형성하는 액티브 마스크 구성과 관련된 방향성 디스플레이가 개시되어 있다. 이 조합은 관련 공간 광 변조기를 조명하는 방향성 광원으로서 작용하는 것으로 생각될 수 있다. 그러나 공간 광 변조기와 관련된 시차 광학계는 없다.
GB 2 272 555에는 "하이브리드 샌드위치(hybrid sandwitch)"형 입체 디스플레이로 알려져 있는 것이 개시되어 있다. 이 하이브리드 샌드위치형 입체 디스플레이는 입력 및 출력 시차 광학계를 갖는 공간 광 변조기를 포함한다. 입력 시차 광학계는 샌드위치내의 확산기에서 광원의 상을 형성하며 따라서 방향성 조명 시스템으로서 작용하지 않는다.
EP 0 570 179에는 하이브리드 샌드위치가 방향성 광원과 관련된 유사한 구성이 개시되어 있다. 그러나 이 방향성 광원은 입력 조명을 하이브리드 샌드위치쪽으로 변경하는 작용만 한다.
본 발명은 예컨대 3차원(3D) 디스플레이로서 사용하기 위한 방향성 디스플레이(directional display)에 관한 것이다. 이와 같은 디스플레이는 예컨대 사무 환경에서의 전문적인 디스플레이; 3D 비디오 게임과 같은 오락 시스템; 3D 텔레비젼; 의료 영상; 가상 현실; 및 디자인 시각화에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 2는 도 1의 디스플레이의 방향성 조명 시스템의 평면도.
도 3은 도 1의 디스플레이에 사용될 수 있는 다른 타입의 방향성 조명 시스템의 평면도.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 디스플레이에 사용될 수 있는 홀로그래픽에 근거한 방향성 조명의 평면도.
도 5a는 도 2에 도시된 타입의 방향성 조명 시스템에 의해 발생된 관찰 윈도우 조명 프로파일의 도면.
도5b는 공간 광 변조기 및 시차 배리어에 의해 발생된 인접 화소 세트의 관찰 윈도우에서의 가시성(visibility) 프로파일의 도면.
도 5c는 도 5a 및 도 5b의 프로파일을 결합시킴으로써 실현된 관찰 윈도우 성능의 도면.
도 6은 연접하는 로브(lobe)에서의 연접하는 관찰 윈도우의 생성을 도시하는 도 1의 디스플레이의 평면도.
도 7은 도 6에 도시된 관찰 윈도우에 대한 측방 관찰자 트래킹을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 9a는 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 9b는 2D 또는 입체 모드에서의 도 9a의 디스플레이의 동작을 도시하는 도면.
도 10a는 본 발명의 제4 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 10b는 2D 또는 입체 모드에서의 도 10a의 디스플레이의 동작을 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제5 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 12은 수도스코픽 관찰 영역의 존재를 도시하는 공지된 타입의 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 13은 본 발명의 제6 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 14는 도 13의 디스플레이의 광학 성능을 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 제7 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 16은 본 발명의 제8 실시예를 구성하는 자동 입체 3D 디스플레이의 평면도.
도 17은 2D 모드에서의 도 16의 디스플레이의 동작을 도시하는 도면.
본 발명에 따라서, 공간 광 변조기, 상기 광 변조기를 통해 광을 유도하기 위한 방향성 조명 시스템, 및 상기 광 변조기와 관련된 시차 광학계를 포함하는 방향성 디스플레이에 있어서, 상기 조명 시스템은 각각이 제1 측방 범위를 갖는 다수의 제1 가공의 관찰 윈도우(notional viewing window)쪽으로 광을 유도하고, 상기 시차 광학계는 상기 광 변조기의 비방향성 조명이 각각이 제2 측방 범위를 갖는 제2 가공의 관찰 윈도우들을 형성하도록 상기 광 변조기와 협동하며, 상기 조명 시스템과 상기 시차 광학계는 각각이 상기 제1 측방 범위와 상기 제2 측방 범위의 곱과는 같고 상기 제1 및 제2 측방 범위 각각보다는 작은 측방 범위를 갖는 실제 관찰 윈도우들을 형성하도록 협동하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이가 제공된다.
용어 "관찰 윈도우의 측방 범위"는 (최대 백색 화상에 대한) 광 강도가 윈도우의 피크 강도의 x % 이상(여기서 x는 100이하임)인 측방 폭을 의미한다. 이론적으로는 x는 100이하의 임의값을 가질 수 있으나, 실제로는 산란광, 누설 등에 의해 영향을 받을 정도로 낮은 x값은 피해야 한다.
조명 시스템은 적어도 하나의 조명 광원과 결상 시스템을 포함할 수 있다.
조명 시스템은 다수의 이산적인 광원을 포함할 수 있다.
결상 시스템은 시야 렌즈를 포함할 수 있다.
조명 시스템은 백라이트와, 상기 조명원을 한정하는 다수의 슬릿을 가진 마스크를 포함할 수 있다. 슬릿들 간의 마스크의 영역은 백라이트쪽으로 반사될 수 있다. 결상 시스템은 렌티큘러 스크린을 포함할 수 있다. 렌티큘러 스크린의 각 렌티큘은 일군의 슬릿과 협동하여 각자의 관찰 윈도우에서의 다수의 로브(lobe) 내에 슬릿의 상을 형성할 수 있다.
결상 시스템은 적어도 하나의 홀로그래픽 광학 소자를 포함할 수 있다. 조명 광원은 콜리메이트된 광원을 포함할 수 있다.
관찰 윈도우들은 측방으로 인접할 수 있다.
관찰 윈도우는 측방으로 일정 간격을 둔 측방으로 인접한 관찰 윈도우의 쌍을 포함할 수 있다.
시차 광학계는 시차 배리어를 포함할 수 있다.
공간 광 변조기는 제1 및 제2 공간 광 변조기를 포함할 수 있으며, 상기 시차 광학계는 상기 제1 및 제2 공간 광 변조기와 각각 협동하는 제1 및 제2 시차 광학계를 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이는 상기 제1 및 제2 공간 광 변조기로부터의 출력광을 결합시키는 빔 결합기를 포함할 수 있다. 상기 조명 시스템은 다수의 이산적 광원 및 상기 광원으로부터의 광을 제1 및 제2 공간 광 변조기로 도광시키는 빔 분할기를 포함할 수 있다.
디스플레이는 공간 광 변조기와 협동하고 방향성 디스플레이 모드를 제공하기 위한 비분산 상태와 비방향성 디스플레이 모드를 제공하기 위한 분산 상태 간에 스위치 가능한 디퓨저를 포함할 수 있다.
따라서, 방향성 조명(directional illumination)이 방향성 디스플레이 패널의 전체 영역을 통하여 광이 통과하는 조명 영역(illumination zone)을 생성시키는 방향성 디스플레이를 제공하는 것이 가능하다. 방향성 디스플레이 패널은 조명 영역의 전체 또는 일부에서 볼 수 있는 이미지 정보 내용을 정의한다. 방향성 조명을 제공하기 위해 결상 광학 소자를 사용함으로써, 향상된 조명 영역 프로파일이 얻어질 수 있어서, 조명 영역의 중앙부에 균일한 조명이 제공되며, 상기 영역은 첨예한 에지를 갖는다. 상기 영역의 정보 내용을 정의하기 위한 시차 배리어 등의 시차 광학계를 사용함으로써 낮은 레벨의 크로스토크를 제공한다.
또한, 빔 결합기(beamcombiner) 타입의 전자적으로 추적된 자동 입체(autostereoscopic) 3D 디스플레이를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 구성에서는 어떠한 가동부도 필요하지 않으며, 결과적으로 관찰자 트래킹 동안에 가시 플리커(visual flicker)가 거의 없거나 전혀 발생하지 않는다. 예를 들어 EP 0 726 482, EP 0 721 131, GB 2 297 876 및 GB 2 296 617에 개시된 것과 같은 3-뷰(3-view) 시스템과 비교하여, 트래킹 동안의 허용오차를 향상시키기 위해, 4-윈도우 시스템이 제공될 수 있다. 뷰 슬라이싱(view slicing)에 의한 종방향 트래킹(longitudinal tracking)이 제공될 수 있고, 비디오 입력 속도의 고속의 관찰자 트래킹(observer tracking)이 실현될 수 있다. 공간 광 변조기의 공간 해상도의 절반인 이미지 해상도가 제공될 수 있다. 공간 광 변조기는 어떠한 수정도 요하지 않고 표준 액정 디스플레이에 의해 구현될 수 있다. 이러한 구성은 다른 평판 패널 2-뷰 인터레이스 디스플레이와 동일한 디스플레이 인터페이싱을 사용할 수 있다. 시차 광학계(parallax optic)가 시차 배리어(parallax barrier)인 경우, 광 효율을 증가시키고 회절 효과를 감소시키기 위해 와이드 슬릿(wide slit)이 채용될 수 있다. 견고한 디스플레이(rugged display)를 제공하기 위해 제조 동안에 모든 엘리먼트는 위치에 고정될 수 있다. 입체 모드 및 2D 모드의 동작은 어떤 실시예에서 용이하게 제공될 수 있다.
예를 들어, 3-뷰 자동 입체 디스플레이에 대한 관찰자 위치의 고정을 위해 수도스코픽 관찰 영역(pseudoscopic viewing region)을 제거하는 것이 가능하다. 이러한 구성으로 크로스토크가 감소될 수 있으며 2D 모드로의 전자적 스위칭이 가능하다. 또한, 무경험의 관찰자라도 관찰 영역에 대하여 자신을 정확하게 위치시키는 데 있어서 실질적인 어려움이 없기 때문에, 어떤 관찰자 위치 지표도 제공할 필요는 없다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하며, 도면 전체에 있어서, 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 나타낸다.
도 1에 도시된 자동 입체 3D 디스플레이는 컴팩트한 조명 시스템을 사용하는 빔 결합기 타입이다. 디스플레이는 내부에 개별적인 광원으로서 동작하는 수직으로 연장하는 평행 슬릿이 형성되어 있는 불투명층의 형태로 마스크 세트(2) 뒤에 배치된 백라이트(1)를 포함한다. 렌티큘러 시트(lenticular sheet, 3)가 마스크 세트(2)의 앞에 배치되어 있고 복수의 수직으로 연장하는 평행한 원통형 집속 렌즈 엘리먼트 또는 렌티큘(lenticule)을 포함한다. 각각의 렌티큘은 마스크 세트의 2개의 슬릿으로 된 그룹 위에 배치되어 있다(이것은 도 1 및 후속된 도면이 이에 대해 개략적이기 때문에 명확하게 도시되어 있지 않음). 디바이스(1, 2 및 3)는 컴팩트한 조명기를 형성한다.
공간 광 변조기(SLM)(4)는 컴팩트한 조명기(1,2,3)의 전방에 배치되어 있으며, 일례로 화소들이 열을 이루어 배열되어 있는 액정 디바이스(LCD)를 포함한다. 2개의 입체 영상이 SLM(4) 상에서 공간적으로 다중화되는 방식으로 이미지 정보는 SLM(4)에 공급된다. 특히, 교대로 있는 화소열(alternate column)은 상기 교대로 있는 입체 뷰의 수직 스트립을 표시한다. 시차 배리어의 형태의 시차 엘리먼트(5)가 SLM(4)의 앞에 배치되어 있다. 시차 배리어(5)는 평행하고 수평 간격이 균일한 수직으로 연장한 슬릿들을 포함한다. 시차 배리어(5)의 각 슬릿은 SLM(4)의 2개의 화소열에 상응한다.
상기 디스플레이는 디바이스(1 내지 5)와 같은 타입 및 배열의 제2 백라이트(11), 제2 마스크 세트(12), 제2 렌티큘러 시트(13), 제2 SLM(14), 및 제2 시차 엘리먼트(15)를 각각 더 포함한다. 빔 결합기(6)는 디바이스(1 내지 5)로부터의 광이 투과되고 반면에 디바이스(11 내지 15)로부터의 광은 관찰 윈도우(7)를 향하여 반사되도록 배열된다. 빔 결합기(6)은 일례로 채색 특성을 갖고 있는 부분적으로 은도금처리된 거울을 포함하여 투과된 광의 컬러가 반사광의 것과 매칭가 되도록 한다. 이것은 빔 결합기(6) 상에 적합한 광 코팅을 제공함으로써 및/또는 SLM(4, 14)을 형성하는 LCD의 컬러 밸런스 또는 "감마(gamma)"를 조정함으로써 실현될 수 있다. 또한, 컴팩트한 조명기 강도가 매칭되어서 관찰 윈도우의 조명이 매칭한다.
도 2는 컴팩트한 조명기(1,2,3)를 그에 의해 발생된 광 경로와 함께 도시한 도면이다. 렌티큘러 시트(3)의 렌티큘 각각은 조명 영역 또는 "제1의 가공의 관찰 윈도우"(8)으로 예시된 마스크 세트(2)의 2개의 연관 슬릿의 이미지를 형성한다. 렌티큘러 시트(3)의 렌티큘의 피치는 시점 보상(view point compensation)을 제공하기 위해 마스크 세트(2)의 슬릿의 피치의 2배보다 조금 작아서, 2개 슬릿의 그룹의 이미지가 제1의 가공의 관찰 윈도우(8)에서 동시 생성된다. 윈도우(8)의 측방 폭 또는 범위는 실질적으로 안구간(inter-ocular) 평균 거리의 1/2과 같으며, 따라서 대략 32㎜이다.
관찰 윈도우의 측방 폭 또는 범위는 측방 폭 w(x)로서 정의된다(윈도우 내의 광의 강도가 윈도우 내의 피크 또는 최대 광 세기의 x% 보다 더 큼, 단 x는 100 이하). x가 임의적으로 선택될 수 있다고 하더라도, 강도가 윈도우 간의 크로스토크, 광의 산란 등의 효과들에 의해 왜곡될 수 있기 때문에 매우 낮은 값은 피하여야 한다.
컴팩트한 조명기(11,12,13)는 동일한 방식으로 동작하지만, 광 경로는 빔 결합기(6)에서의 반사에 의해 굽어 있다. 컴팩트한 조명기와 빔 결합기의 상대적 위치 및 배향은 컴팩트한 조명기로부터의 조명 영역이 공통 평면 내에서 서로 측방으로 교대로 있도록 하여 실제 관찰 윈도우(7)를 형성하게 된다. 컴팩트한 조명기(1,2,3)로부터의 제1 윈도우(8a, 8b)가 도 1에 도시되어 있으며, 반면에 컴팩트한 조명기(11,12,13)에 의해 형성된 제1 윈도우는 8c 및 8d에 도시되어 있다.
도 3은 제1 가공의 관찰 윈도우(8)에서 집광형의 시야 렌즈(10)에 의해 결상된 공간적 크기가 한정된 확산 광원(9)을 포함하는 조명 시스템의 다른 형태를 도시한다. 시야 렌즈(10)는 원통형 또는 구형의 집광형 렌즈이며 예를 들면, 프레넬 렌즈(Fresnel lens)이다.
도 4a는 방향성 조명 시스템의 다른 형태를 도시한다. 상기 시스템은 콜리메이트된 광원(collimated light source)과 같은 적당한 광원으로부터의 입력 조명(17)을 갖는 홀로그램 광 소자(16)를 포함한다. 홀로그램 광 소자(16)는 균일한 형태이고 제1의 가공의 관찰 윈도우(8)를 생성한다.
도 4b는 도 4a와 유사하나, 공간적으로 이중 다중화된 홀로그램 광 소자(16)를 갖는 방향성 조명 시스템을 도시한다. 소자(6)의 서브 섹션 각각은 두개의 윈도우(8) 중 하나를 생성한다.
도 5a는 관찰 윈도우(7)의 평면에서 조명 시스템(1,2,3)에 의해 생성된 제1 가공의 윈도우의 강도 프로파일(intensity profile)을 도시한다. 이것은 예를 들면 도 1의 조명 시스템(1, 2, 3)에 의해 생성되는 강도 프로파일이고, 시차 배리어(5)는 제거되었다. 관찰 윈도우(7)에서 광원을 결상하는 방향성 조명 시스템은 각 윈도우에 대해 에지가 예리하고 중심이 균일한 양호한 강도 프로파일을 생성한다. 그러나, 윈도우들 사이의 바람직하지 않게 높은 크로스토크 레벨은 예를 들면 광 스캐터링 또는 불완전한 표면 품질때문이다. 이러한 크로스토크가 5% 미만일 수도 있지만, 관찰자가 쉽게 볼수 있는 것이고 눈의 피로를 주고 보는데 불편을 주는 중요한 원인이 된다.
도 5b는 LCD(4) 및 시차 배리어(5)의 광 성능을 도시한다. 특히, 도 5b는 제2 가공의 관찰 윈도우(8')를 강도 프로파일의 형태로 도시한 것인데, 이것은 예를 들면 SLM(4) 및 시차 배리어(5)에 의해 생성될 방향성 조명 시스템(1, 2, 3)이 비방향성 조명원에 의해 대체되었고 SLM(4)의 모든 픽셀이 최대 광투과 상태인 경우 SLM(4) 및 시차 배리어(5)에 의해 생성되는 것이다. 이 프로파일은 두 세트의 이미지 데이터를 표시하는 SLM(4) 픽셀 세트의 윈도우 면에서의 가시 각도에 직접 대응한다.
시차 배리어(5)는 도시된 바와 같이 LCD(4)의 앞면 (또는 LCD(4)의 뒷면)에 배치되어, 인접한 픽셀열으로부터의 광이 인접한 제2 가공의 관찰 윈도우(8')로 제한되도록 관찰 윈도우(7)의 면으로부터 가시성(visibility)을 제한할 수 있다. 관찰자가 32㎜ 와이드 윈도우(8') 내에 있다면, 매 2 픽셀열으로부터의 광을 수신하는 반면 인접 윈도우(8') 내에 있다면 나머지 픽셀열으로부터의 광을 수신한다. 방향성 조명기(1, 2, 3 및 11, 12, 13)는 조명을 분산시키는 반면 시차 소자(5 및 15)는 SLM(4 및 14)과 협동하여 화상 형성에 대한 액세스를 제한한다. 시차 소자(5 및 15)는 제1 가공의 관찰 윈도우(8)를 형상화하지는 않고 다만, 각 가공의 윈도우(8) 내에서 보여질 수 있는 SLM(4, 14)의 픽셀들을 제한한다.
도 5c는 실제 관찰 윈도우를 예를 들면, 도 1의 방향성 조명 시스템(1, 2, 3), SLM(4) 및 시차 배리어(5)과 SLM의 모든 픽셀을 최대의 광투과 상태로 함으로써 생성되는 강도 프로파일의 형태로 도시한 것이다. 시차 배리어는 높은 콘트라스트비와 우수한 표면 품질로 인해 양호한 크로스토크 성능을 제공한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 이러한 시차 소자들로는 에지가 예리한 관찰 영역을 생성할 수 없다. 따라서, 방향성 조명 시스템과 시차 광학계를 조합하면 에지가 예리하고 크로스토크가 낮은 균일하게 조명된 관찰 윈도우(7)를 제공한다.
실제 관찰 윈도우(7)의 측방 범위 W1-5(X)는 이하에서 정의된다.
W1-5(X) = W1-3(X)· W4-5(X)
여기서, W1-3(X)는 제1 가공의 관찰 윈도우(8)의 측방 범위이고 W4-5(X)는 제2 가공의 관찰 윈도우(8')의 측방 범위이다. 이러한 식은 X가 100 보다 적고 예를 들면 크로스토크 효과에 의해 오염된 윈도우 프로파일의 '베이스 영역'에 대한 값보다 큰 경우 유효하다. 예를 들어, X는 5보다 클 수 있다. 또한, X의 모든 값에 대해, W1-5(X)는 W1-3(X)보다 적고 W4-5(X)보다 크다.
도 6은 도 1의 디스플레이가 좀 더 많은 관찰 윈도우를 생성할 수 있는 방법을 도시한다. SLM(4)은 픽셀 세트(A 및 C)를 제공함으로써 도시되는 반면 SLM(14)은 픽셀 세트(B 및 D)를 제공함으로써 도시된다. 이러한 픽셀 세트의 관찰 윈도우는 A, B, C 및 D로 나타낸 바와 같이 보여질 수 있다.
렌티큘러 시트(3 및 13)의 각 렌티큘 및 대응하는 마스크 세트(2 및 12) 그룹에 의해 화상이 형성될 뿐 아니라, 각 렌티큘은 도 6에서 (19 및 20)으로 도시된 바와 같이 ±1 정도의 인접한 로브의 인접한 슬릿 그룹의 화상을 형성한다. 따라서, 윈도우 및 윈도우에 저장된 시야 정보는 관찰 윈도우(A 내지 D)의 양측면에서 측방으로 반복된다. 디스플레이에 의해 생성된 관찰 윈도우의 폭 및 피치는 관찰 윈도우가 실질적으로는 각 로브 내에서 측방으로 인접하여 있고 상기 로브들 자체가 측방으로 인접하여 있다. 조명이 균일하여 관찰자가 관찰 영역과 로브 사이에서 움직이더라도 시각적으로 바람직하지 않는 현상은 거의 생기지 않을 수 있다. 예를 들어, SLM(4 및 14)이 모든 관찰 윈도우(7) 에서의 동일한 화상 정보를 표시한다면, 관찰자가 실질적으로 눈에 띄는 플리커없이 관찰 윈도우(7) 사이에서 시야을 이동시키는 것이 가능해진다.
다중 로브의 생성은, 도 1 및 6에서 도시된 마스크 세트 및 렌티큘러 시트를 사용하는 방향성 조명 시스템의 경우에 당연히 발생한다. 유사하게, 도 4a 및 4b에서 도시된 홀로그램 광 소자(16)는 반복적인 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 조명 시스템의 경우, 다중 로브의 생성은 균일한 측방 피치를 갖는 광원(9)의 패턴을 반복함으로써 달성될 수 있다.
관찰자가 확장된 관찰 영역을 통해 3D 화상을 인식할 수 있도록 관찰의 자유성을 증가시키기 위해서는, EP 0 726 482, GB 2 297 876, EP 0 721 131 및 GB 2 296 617에 전자적 관찰자 트래킹이 개시되어 있다. 도 7은 관찰자 위치의 측방 트래킹이 수행되는 방법을 도시한다. 두개 로브에서의 관찰 윈도우는 관찰자가 상대적인 측방 지점에서 바라본 4개의 관찰자 위치점 A 내지 D에 도시되어 있다. 각 관찰 윈도우에서 볼수 있는 픽셀 세트 또한 동일한 문자로 나타냄으로써, 픽셀 세트 A는 관찰 윈도우 A 등에서 볼 수 있다.
제1 관찰자 지점에서, 관찰자가 좌안으로 관찰 윈도우 D를 바라보고 우안으로는 로브 중 관찰 윈도우 B를 바라본다. 좌측 상(left image) 정보는 화소 세트 C 및 D에 의해 표시되는 데 비해 우측 상(right image) 정보는 픽셀 세트 A 및 B에 의해 표시된다. 다음 지점에서, 좌안이 관찰 윈도우 C쪽으로 이동하는 한편 우안이 관찰 윈도우 A쪽으로 이동한다. 따라서 픽셀 세트에 의해 표시된 화상 정보를 변화시킬 필요는 없다.
다음 관찰자 지점에서, 좌안이 관찰 윈도우 C 중간에 있고, 우안이 관찰 윈도우 A 중간에 있다. 화상 데이터는 좌측 상 정보가 픽셀 세트 B 및 C에 의해 표시되는 한편 우측 상 정보는 픽셀 세트 A 및 D에 의해 표시된다. 마지막으로 관찰자 위치는 좌안이 제1 로브의 관찰 윈도우 B 및 C 사이의 경계에 있는 한편 우안이 제1 로브의 관찰 윈도우 A와 제2 로브의 관찰 윈도우 D 사이의 경계에 있도록 도시되어 있다. 관찰자의 좌안 및 우안이 계속하여 좌우 뷰를 각각 보게됨에 따라 관찰자는 픽셀 세트에 의해 표시된 화상 데이터를 변화시킬 필요없이 오른쪽으로 좀 더 이동하게 된다.
관찰자의 눈으로 본 화상의 해상도는 SLM(4 및 14) 각각의 공간 해상도의 절반이다. 따라서 인식된 해상도는 하나의 SLM을 사용하여 표시되는 것보다 2배가 된다. 또한, 자유로이 사용할 수 있는 관찰 트래킹 허용 오차(viewing freedom tracking tolerance)는 3개의 윈도우 트래킹 시스템에 대해 개선된다. 이러한 시스템에서, 눈이 가장 접해있으면 이론적으로는 정상 동작하에서의 윈도우 경계가 11 ㎜에 근접하는 반면 도 8에서 도시된 4개의 윈도우 시스템에 대해서는 16 ㎜까지 증가한다. 따라서, 트래킹 시스템 정확도 및 속도가 줄어들 수 있고 현재의 구성 부품과 제어에 의해서도 개선된 성능을 달성할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 것과 유사한 형태이지만 두개의 SLM(4 및 14)을 조명하기 위해 하나의 광원 세트(9)를 사용하는 빔 결합기 디스플레이를 도시한다. 광원(9)으로부터의 광은 빔 스플리터(21)에 직접 조사되어 대략 절반은 반사하고 나머지를 전송한다. 반사광은 미러(22)에 의해 반사되어 큰 포맷의 프레넬 렌즈(10a) 형태의 시야 렌즈에 반사되어, 관찰 윈도우(7)에서의 SLM(4), 시차 배리어(5) 및 빔 결합기(6)를 통해 광을 결상한다. 빔 스플리터(21)에 의해 전송된 광은 미러(23)에 의해 동일한 프레넬 렌즈(10b)로 반사되고 여기서 SLM(14), 시차 배리어(5) 및 관찰 윈도우(7)에서의 빔 결합기(6)로부터의 반사에 의해 광을 결상한다.
광원(9)은 스위칭가능한 램프를 포함하여 도시되어 있다. 이하에서 설명되는 바와같이, 다수개 로브를 제공하기 위해서는, 광원(9)을 반복배치해야 하고, 도 8에 도시된 램프가 스위칭가능함으로써 관찰자 트래킹 동작 동안에 현재 요구되지 않는 램프는 스위칭 오프될 수 있다.
도 9a는 도 1에 도시된 형태의 디스플레이를 도시하지만 시차 배리어(5 및 15)는 EP 0 829 744, GB 2 317 295, EP 0 887 666 및 GB 2 326 728에 개시된 유형의 시차 배리어에 의해 대체된다. SLM(4)에 대한 시차 배리어은 편광 배리어(25)와 착탈식 편광기(26)를 포함한다. 편광 배리어(25)는 극성이 변하지 않는 배리어 영역에 의해 분할된 (900)에 의해 SLM(4)으로부터의 편광을 회전시키는 슬릿 영역을 포함한다. 예를 들어, SLM(4)은 직선 출력 편광기를 갖는 LCD를 포함함으로써 편광 배리어(25)로의 광 입사가 한정된 직선 편광을 갖도록 할 수 있다. 착탈식 편광기(26)는 배리어(25)의 슬릿 영역으로부터의 광이 투과되는 한편 배리어 영역으로부터의 광이 소멸되는 편광 방향을 갖는다. 대안적으로는, 편광기(26 및 28)는 디스플레이의 출력에 위치된 하나의 편광기로 결합되어 빔 결합기(6) 다음에 위치한다.
동일하게, SLM(14)과 연관된 시차 배리어는 각각 배리어(25) 및 편광기(26)와 동일한 유형의 편광 배리어(27) 및 착탈식 편광기(26)를 포함한다.
디스플레이는 렌티큘러 시트(3)와 SLM(4) 사이에 배치된 스위칭가능한 디퓨저(29)와 렌티큘러 시트(13)와 SLM(14) 사이에 배치된 스위칭가능한 디퓨저(30)를 더 포함한다.
예를 들면, 디퓨저(diffuser : 29, 30)는 디스플레이를 통하여 광로(optical paths)에 물리적으로 삽입되거나, 그로부터 제거될 수 있는 디퓨저 시트(sheet)를 포함할 수 있다. 그 대신에, 디퓨저는 저 분산과 고 분산 상태 사이에 전환 가능하도록 전자적으로 제어될수 있다. 이러한 디바이스의 일예로는 PDLC(polymer dispersed liquid crystal: 폴리머 분산 액정)이다.
도 9a는 자동 입체(autostereoscopic) 3D 모드에서 디스플레이의 작동을 도시한다. 디퓨저(29, 30)는 저 분산 또는 클리어 상태에 있고, 편광기(26, 27)도 같은 위치에 있다. 이와 같이 편광 배리어(25, 27)와 착탈식 편광기(26, 28)가 SLMs (4)와 (14) 앞에서 시차 배리어(parallax barriers)로서 동작하는 까닭에, 디퓨저(29, 30)는 디스플레이의 작동에 충분한 효과를 가지지 않는다. 그러므로 디스플레이의 작동은 위에서 설명한 바와 같다.
도 9b는 입체 3D 모드에서 또는 고해상 2D 모드에서 디스플레이의 작동을 도시한다. 착탈식 편광기(26, 28)는 분리되었고, 디퓨저(29, 30)는 확산 상태로 전환되었다.
확산 상태에서 디퓨저(29, 30)의 작동은 조명 시스템을 비방향성(non-directional)이 되도록 하는 까닭에 편광기(26, 28)의 제거는 시차 배리어를 쓸모없게 만든다. 이와 같이, SLM (4, 14)의 화소(pixels) 모두는 처음부터 끝까지 눈에 보이고, (30)에서 지시된 것 같이 관찰 영역이 확장된다. 보는 것에 도움을 받지 않고 보여질 때, SLM(4, 14)의 각각 2배의 공간 해상도의 2D 영상이 표시될 수 있을만큼, 관찰자의 양눈은 SLM(4, 14)의 전체를 본다. 그 대신에, 만약 SLM(4, 14)의 출력 편광기가 직교(orthogonal) 편광을 제공하기 위해서 배열된다면, 디스플레이는 폭넓은 관찰 영역을 통하여 적절한 편광 유리를 통하여 입체적으로 사용되어질수 있다.
도 9a와 9b에 도시된 디스플레이가 전방 시차 배리어 형태인 까닭에, 도 10a와 10b에서 도시된 디스플레이는 후방 시차 배리어 형태이다. 이와 같이, 편광 배리어(27)는 SLM (14)와 전환가능한 디퓨저(30) 사이에 놓여지는 까닭에, 편광 배리어(25)는 SLM (4)와 전환가능한 디퓨저(29) 사이에 놓여진다. 편광기(28)는 고정되고 또는 광로에서 영구적이며 백 라이트(back light : 11)와 마스크 세트(12) 사이에 놓여지는 까닭에, 편광기(26)는 고정되고, 백 라이트(1)와 마스크 세트(2) 사이에 놓여진다.
편광기(29,30)가 클리어 상태에 있다는 점에서, 도 10a는 작동의 자동 입체 3D 모드를 도시한다. 작동은 충분히 위에서 설명된다.
도 10b는 입체 3D 모드 또는 2D 모드에서 작동을 도시한다. 전환가능한 디퓨저(29, 30)는 확산 상태에 있다. 이것은 두가지 효과를 가진다. 무엇보다도, 컴팩트한 조명기의 방향성이 파괴된다. 두 번째로, 편광기(26, 27)로부터 편광된 광은 역편광되어 편광 배리어(25, 27)가 시차 배리어로서의 동작을 중지하게 된다. 이와 같이 이 모드에서 작동은 도 9b를 참조하여 위에서 설명된 작동과 실질적으로 같다.
컴팩트한 조명기가 도 4a 또는 4b에서 도시된 형태의 방향성 조명기를 제공하기 위해서 콜리메이트(collimated)된 광원 (1a), (1b)와 함께 홀로그래픽(holographic) 광 소자(16a와 16b)에 의해 교체된다는 점에서, 도 11에서 보여진 디스플레이는 도 1에서 보여진 것과 다르다. 종래 광학에서 홀로그래픽 광 소자의 이점은 축외(off-axis) 관찰 영역들이 종래의 광학계로부터 축외 결상과 관련된 증가된 수차(aberration)없이 생성될수 있다는 점이다. 비록 광원(1a, 1b)은 콜리메이트되고 있는 것 같이 보이지만, 광원의 다른 형태는 소자(16a, 16b)의 후방 조명(illumination)가 홀로그램의 기록 파면에 해당할 만큼 사용될 수 있다.
도 12는 전방 시차 배리어 형태의 단일 패널 자동 입체 3D 디스플레이의 잘 알려진 형태를 도시한다. 이 디스플레이에 의해 발생된 관찰 윈도우(viewing windows)는 7에 도시되어 있으며, L은 왼쪽 눈의 뷰가 보이는 윈도우를 나타내고, R은 오른쪽 눈 뷰가 보이는 윈도우를 나타낸다. 관찰자 A에 대해 도시한 바와 같이, 관찰자의 양눈이 각각 왼쪽과 오른쪽의 관찰 윈도우에 놓여있다면, 관찰자는 정확하게 3D 영상이 표시되고 있는 것을 지각할 것이다(왜곡이 없는 관찰: orthoscopic viewing). 그러나, 관찰자 B에 대하여 도시된 것과 같이, 관찰자는 오른쪽 윈도우에 왼쪽 눈이 있고 또한 왼쪽 윈도우에 오른쪽 눈이 있도록 위치 할수 있다. 이를 의사스코픽 관찰(pseudoscopic viewing)이라 하며, 불안정하고 거짓 깊이 정보로 이끌수 있는 혼란스런 인상을 준다. 숙련되지 않은 관찰자가 오소스코픽 관찰과 의사스코픽 관찰 사이를 구별한다는 것은 어려울 수있다.
도 13은 일정 간격을 두고 배치된 3쌍의 이산적인 가시 윈도우(7a, 7b, 7c)를 형성하기 위하여, 도 1에서 도시된 형태의 컴팩트한 조명기(1, 2, 3)를 가지는 단일 패널 자동 입체 3D 디스플레이를 도시한다. 디스플레이는 2-뷰(two-view) 디스플레이를 제공하기 위하여 도 1에서 도시된 형태의 단일 SLM (4)와 단일 시차 배리어(5)를 더 포함한다. 디스플레이의 조명 효율성을 향상시키기 위하여 마스크(2)의 후면은 광을 재활용(recycle)할 수 있도록 반사적으로 만들어 진다.
근접한 관찰 윈도우 사이에 양안간 평균 거리와 실질적으로 같은 무조명 간극이 있도록 관찰 윈도우( 7a, 7b, 7c)를 생성하는 것으로서 디스플레이는 도 13에서 도시된다. 그러므로 관찰자가 관찰 윈도우의 평면내 의사 스코픽 관찰 위치에 있는 것이 불가능하므로, 의사스코픽 관찰이 불가능하게 된다.
도 14는 (32)에서 SLM(4)과 시차 배리어(5)의 결합에 의해 생성된 윈도우의 형태를 도시한다. 컴팩트한 조명기에 의해 생성된 조명의 프로파일은 (33)에서 도시되고, 결과로서 생기는 정보 분포는 (34)에서 도시된다. 관찰 윈도우의 교호쌍(alternate pairs)이 억압되었기 때문에, 의사스코픽 관찰이 방지되어 디스플레이는 비숙련된 관찰자에 의한 사용이 더 용이해진다. 게다가 디스플레이는 도 12에서 도시된 형태의 종래 디스플레이에 대한 것보다 더 낮은 크로스토크(crosstalk)를 나타낸다.
특히, 각 효율적인 관찰 윈도우는 단지 하나의 근접 조명된 윈도우-조명의 부족에 의해 억압되고 있는 다른편의 윈도우-를 가지기 때문에 그렇지 않으면 관심있는 윈도우의 양편에 근접한 윈도우로부터 발산될 것인 광은 이와 같이 크로스토크를 일으키면서 감소된다. 광은 크로스토크의 양이 충분히 반감될만큼 단지 한 편으로부터 발산할 수 있다. 그러므로, 크로스토크로부터 발생하는 바람직하지 않은 가시적 아티팩트(artifacts)은 충분히 감소된다.
이전에 설명된 방향성 조명 시스템 중의 하나가 사용될수 있고, 도 15는 도 11에서 도시된 형태의 홀로그래픽 조명 시스템에 의해 교체된 컴팩트한 조명기를 가진, 콜리메이트된 광원(1)과 홀로그래픽 광소자(16)를 포함하는 도 13에서 보여진 형태의 디스플레이를 도시한다.
도 16은 시차 배리어가 도 9a 내지 10b를 참조하여 설명된 것과 똑같은 형태의 편광 배리어(25)에 의하여 형성된 후방 시차 배리어 형태를 제외하고 도 13에서 보여진 형태의 디스플레이를 도시한다. 편광 배리어(25)는 컴팩트한 조명기(1, 2, 3)로부터 편광된 광을 수신하고 있을때, 시차 배리어로서 동작하기 위해서 SLM(4)의 입력 편광기와 협력한다. 컴팩트한 조명기는 마스크가 불투명한 스트립(strips)에 의해 분리된 편광기 시트의 스트립을 포함할 만큼 편광기가 마스크(2)와 결합된다는 점에서 도 10a에서 보여진 것과 다르다. 디스플레이는 비확산 모드에서 전환 가능한 디퓨저 소자(29)를 가지고, 도 13을 참조하여 위에서 설명된 것과 같이 3D 자동 입체 모드에서 작동한다.
도 17은 2D 모드에서 작동하는 도 16의 디스플레이를 도시한다. 디퓨저(29)는 편광된 마스크(2)에 의해 생성된 편광을 파괴하기 위해서 그리고 조명기(1, 2, 3)의 방향성을 파괴하기 위해서 확산 모드로 전환된다. 시차 배리어는 이와 같이 비효율적으로 되고, 조명기(1, 2, 3)는 전 해상도(full resolution) 2D 영상이 폭넓은 범위의 각도에서 보여지도록 허용하는 근-램버트(near-Lambertian) 광원으로서 작동한다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이와 같이 방향성 조명 방향성 디스플레이 패널의 전영역을 관통하는 광을 가진 조명 영역를 생성하는 방향성 디스플레이를 제공하는 것이 가능하다. 방향성 디스플레이 패널은 조명 영역의 전체 또는 부분에서 보이는 영상 정보 내용(content)을 정의한다. 방향성 조명를 제공하는 결상 광학 소자를 사용함에 의해서, 향상된 조명 영역 프로파일은 일정한 조명이 조명 영역의 중앙 부분에 제공되거나, 그 영역이 날카로운 가장자리(edge)를 가질 만큼 성취될수 있다. 영역의 정보 콘텐츠를 정의하는 시차 배리어와 같은 시차 광학계의 사용은 낮은 수준의 크로스토크를 제공한다.
빔 결합기 형태의 전자적으로 트래킹된 자동 입체 3D 디스플레이를 제공하는 것이 좀 더 가능하다. 그런 배치는 움직이는 부분을 필요로 하지 않고, 관찰자의 트래킹(tracking) 동안 가시적인 플리커의 아티팩트가 거의 없거나, 전혀 없는 결과를 가져온다. 4-윈도우 시스템은 트래킹 동안 강화된 공차를 위해 제공될수 있다. 뷰 슬라이싱(view slicing)에 의한 종방향 트래킹(longitudinal tracking)은 제공될 수 있고, 비디오 입력 레이트의 빠른 관찰자 트래킹이 성취될 수 있다. 공간 광 변조기의 공간 해상도의 절반과 똑같은 영상 해상도는 제공될 수 있다. 공간 광 변조기는 어떤 변경을 필요로 하지 않고 표준 액정 디스플레이들에 의해 구체화 될 수 있다. 그런 배치는 다른 평판 패널 2-뷰 인터레이스된(interlaced) 디스플레이와 같은 디스플레이 인터페이싱을 사용할수 있다. 시차 광학계와 같이 시차 배리어의 경우에 넓은 슬릿(slits)은 광 효율성을 향상시키기 위해서 또는 회절 효과를 감소시키기 위해서 채택될수 있다. 소자 모두는 견고한 디스플레이를 제공하기 위해서 제조 동안 위치에 고정될수 있다. 작동의 입체적과 2D 모드는 몇가지 실시예에서 쉽게 제공될수 있다.
의사 관점에서 보는 영역을 제거하는 것이 가능하다. 예를 들면,고정된 관찰자 위치가 2-뷰 자동 입체 디스플레이 되는 것이 가능하다. 그런 배치는 감소된 크로스토크를 가질수 있고, 전자적으로 2D 모드로 전환 가능할수 있다.
게다가, 심지어 비숙련된 관찰자가 관찰 영역에 관하여 그들 스스로를 정확히 위치시키는데 충분히 어려움을 겪지 않을 것이기 때문에, 임의의 관찰자 위치 지시를 제공하는 것이 필수적이지 않다.

Claims (16)

  1. 공간 광 변조기(spatial light modulator);
    상기 변조기를 통해 광을 도광시키는 방향성 조명 시스템(directional illumination system); 및
    상기 변조기와 연관된 시차 광학계(parallax optic)
    를 포함하되,
    상기 조명 시스템은 광을 복수의 제1의 가공의 관찰 윈도우(notional viewing window)쪽으로 도광시키고 -상기 제1의 가공의 관찰 윈도우 각각은 제1의 측방 범위(lateral extent)를 가짐-,
    상기 시차 광학계는 상기 변조기와 협동하여 상기 변조기의 비방향성 조명의 결과 제2의 가공의 관찰 윈도우들이 형성되며 -상기 제2의 가공의 관찰 윈도우 각각은 제2의 측방 범위를 가짐-,
    상기 변조기, 상기 조명 시스템 및 상기 시차 광학계는 협동하여 실제의 관찰 윈도우를 형성하는 -상기 실제의 관찰 윈도우 각각은 상기 제1의 측방 범위와 제2의 측방 범위의 곱(product)와 같고 또한 상기 제1 및 제2의 측방 범위 각각보다 작은 측방 범위를 가짐-
    것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조명 시스템은 적어도 하나의 조명 광원(illumination source) 및 결상 시스템(imaging system)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조명 시스템은 복수의 이산적인 광원(discrete light source)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결상 시스템은 시야 렌즈(field lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  5. 제2항에 있어서, 상기 조명 시스템은 백라이트, 및 상기 조명 광원을 규정하는 복수의 슬릿을 갖는 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마스크의 상기 슬릿들간의 영역은 상기 백라이트쪽으로 반사되는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  7. 제5항에 있어서, 상기 결상 시스템은 렌티큘러 스크린(lenticular screen)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 렌티큘러 스크린의 각 렌티큘(lenticule)은 일군의 슬릿들과 협동하여 상기 슬릿들을 각각의 관찰 윈도우내의 복수의 로브(lobe)에 결상시키는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  9. 제2항에 있어서, 상기 결상 시스템은 적어도 하나의 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서, 상기 조명 광원은 콜리메이트된 광원(collimated light source)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  11. 제2항에 있어서, 상기 관찰 윈도우는 측방으로 연접하여(laterally contiguous) 있는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  12. 제2항에 있어서, 상기 관찰 윈도우는 측방으로 일정 간격을 둔 측방으로 연접한 관찰 윈도우의 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  13. 제1항에 있어서, 상기 시차 광학계는 시차 배리어(parallax barrier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  14. 제1항에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 제1 및 제2의 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 시차 광학계는 상기 제1 및 제2의 공간 광 변조기와 각각 협동하는 제1 및 제2의 시차 광학계를 포함하며, 상기 디스플레이는 상기 제1 및 제2의 공간 광 변조기로부터의 출력광을 결합시키기 위한 빔 결합기(beamcombiner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조명 시스템은 복수의 이산적인 광원, 및 상기 광원으로부터의 광을 상기 제1 및 제2의 공간 광 변조기쪽으로 도광시키기 위한 빔 분할기(beamsplitter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
  16. 제1항에 있어서, 상기 공간 광 변조기와 협동하고 또한 방향성 디스플레이 모드를 제공하기 위한 비분산 상태(non-diffusing state)와 비방향성 디스플레이 모드를 제공하기 위한 분산 상태(diffusing state) 사이에서 전환할 수 있는 전환 가능 디퓨저(switchable diffuser)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 디스플레이.
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