KR20090029186A - 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 및 셔터 동작 방법 - Google Patents

복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 및 셔터 동작 방법 Download PDF

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Abstract

복합시차지각 방식의 디스플레이용 셔터로서, 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로의 비교적 빠른 스위칭 시간을 갖는 제1 스위칭가능한 개구 어레이, 및 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로의 비교적 빠른 스위칭 시간을 갖는 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 포함하며, 상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 상기 스위칭가능한 개구 어레이는 적어도 부분적으로 중첩한다.
TN(Twisted Nematic) 액정, 비용 함수, 개구 어레이, 편광기, 고스트 현상

Description

복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 및 셔터 동작 방법{HIGH SPEED DISPLAY SHUTTER AND METHOD OF OPERATING THE SHUTTER FOR AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY}
본 발명은 셔터에 관한 것이다. 실시예에 있어서, 셔터는 복합시차지각 방식의 디스플레이에 적합하다. 동작에 있어서, 광학적으로 투명한 상태와 광학적으로 불투명한 상태 사이에 스위칭하도록 셔터의 실시예들이 기능한다.
다른 실시예에 있어서, 광학 셔터는 상이한 광학적 투과도 레벨들 사이에서 스위칭하도록 동작한다. 이러한 동작은 상이한 계조 레벨들 간의 스위칭으로서 간주될 수 있다.
본 문서에 기재된 셔터에 특히 적합한 복합시차지각 방식의 시스템은, 국제특허출원 제PCT/IB2005/001480호에 기재된 시간 다중화된 시스템이다. 그러나, 본 셔터는 고속의 스위칭 속도와 높은 콘트라스트(contrast)가 요구되는 임의의 적용예에 대하여 적합하다.
2차원 화상을 표시하기 위한 높은 프레임 속도의 화면을 고속 스위칭 셔터와 동기시킴으로써 복합시차지각 방식 또는 3D 디스플레이가 구현될 수 있다. 화면 상의 각 프레임이 해당 슬릿과 동기되고, 통상 50 Hz 이상의 플리커를 방지하기 위 한 충분한 속도에서 화상과 슬릿들이 동작된다면, 3D 화상이 생성될 수 있다.
도 1은 복합시차지각 방식 디스플레이의 원리를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 셔터의 하나의 개방 슬릿을 통해 화면이 보여지는 경우, 각각의 안구는 화면의 상이한 부분을 보게되어, 각각의 안구는 화면 상에 표시되는 화상의 상이한 부분을 보게된다. 슬릿 1이 개방되는 동안, 화상 1이 화면 상에 표시된다. 마찬가지로, 프레임 2가 표시되는 경우, 슬릿 2가 개방된다. 각각의 슬릿이 플리커가 없는 것으로 인식되도록 충분히 고속으로 과정을 반복함으로써, 전체 셔터는 3D 장면에 대하여 창을 제공하게 된다. 표시되는 개개의 화상들은 각각의 슬릿을 통해 올바른 원근을 표현하는 것으로 가정한다. 일례로서, 플리커 속도가 60Hz라면, 12개의 슬릿 셔터는 720Hz의 리프레시 속도가 가능한 디스플레이를 필요로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 복합시차지각 방식의 디스플레이용의 셔터로서, 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로의 비교적 고속의 스위칭 시간을 갖는 제1 스위칭가능한 개구 어레이; 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로의 비교적 고속의 스위칭 시간을 갖는 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 포함하며, 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 적어도 부분적으로 중첩하는 디스플레이용 셔터가 제공된다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 정렬될 수 있다. 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는, 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이 쌍방의 중심을 통하는 라인이 쌍방의 개구의 표면에 대하여 법선을 이루도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 상대적으로 오프셋되도록 배치될 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이는 제2 스위칭가능한 개구 어레이와 2차원 디스플레이 사이에 위치될 수 있다. 다른 방법으로서, 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 제1 스위칭가능한 개구 어레이와 2차원 디스플레이 사이에 위치될 수 있다. 2차원 디스플레이는 프로젝터의 화면일 수 있다. 프로젝터는 DMD를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 셔터를 동작시키는 방법으로서, 제1 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 투명한 상태로 배치하는 단계; 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 불투명한 상태로 배치하는 단계; 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로 스위칭시키고, 실질적으로 투명한 셔터의 일부를 렌더링하는 단계; 및 제1 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭시키고, 실질적으로 불투명한 셔터의 일부를 렌더링하는 단계를 포함하는 셔터 동작 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 셔터를 동작시키는 방법으로서, 제1 스위칭가능한 개구 어레이의 인접 개구들의 제1 셋트를 투명으로 스위칭시키고, 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 인접 개구들의 제2 셋트를 투명으로 스위칭시킴으로써 셔터의 일부를 실질적으로 투명으로 렌더링하는 단계를 포함하며, 인접 개구들의 제1 셋트는 인접 개구들의 제2 셋트를 대향하고, 개구들의 제2 셋트는 개구들의 제1 셋트보다 더 큰 수의 개구를 포함하는 셔터 동작 방법이 제공된다.
개구들의 제1 셋트 및 제2 셋트는 공통 중심축을 공유할 수 있다. 개구들의 제1 셋트 및 제2 셋트는 개구들의 실이에 직교하는 방향으로 개구들을 포함하는 면에 직교하는 방향으로 옆으로 오프셋될 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로 스위칭하기 위한 제1 상승 시간을 갖는다. 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭하기 위한 제2 하강 시간을 갖는다. 제1 및 제2 하강 시간은 동일할 수 있다. 제1 및 제2 하강 시간은 상이할 수 있다. 제1 및 제2 하강 시간은 상이할 수 있으며, 하나의 스위칭가능한 개구 어레이는 다른 하나의 스위칭가능한 개구 어레이보다 더 양호한 콘트라스트 비를 가질 수 있다. 이 경우, 스위칭 구조는 셔터의 콘트라스트 비를 개선하도록 변경된다. 이는 더 큰 콘트라스트 비를 갖는 스위칭가능한 개구 어레이가 실질적으로 불투명하게 되도록 배치되도록 함으로써 행해질 수 있으며, 셔터의 일부가 실질적으로 불투명하게 되도록 하기 위하여 스위칭가능한 개구 어레이 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
본 방법은, 스트라이핑의 발생을 감소시킬 수 있다. 스트라이핑은 주어진 서브프레임에 있어서 2개의 인접한 셔터의 투명한 부분을 통하는 시야가 보여질 수 없는 화면의 부분이 존재하도록 충분히 좁은 경우에 발생한다. 화면의 가시적 부분 중 어느 한 편의 공간에서, 뷰어는 폐쇄된 셔터를 본다. 뷰어가 충분히 멀리 옆으로 가면, 폐쇄된 셔터만을 보게될 것이며, 디스플레이는 블랙으로 나타나게 된다. 뷰어가 화면의 가시적 부분을 부분적으로 보고, 폐쇄된 셔터를 부분적으로 본다면, 모든 서브프레임들이 스캐닝된 경우의 전반적인 모양은 화상에 있어 검은 줄무늬가 될 것이다. 뷰어는 또한 부분적으로 폐쇄된 셔터를 볼 수 있으며, 이 경우, 줄무늬는 회색이 된다. 이러한 디스플레이의 손상을 스트라이핑(striping)이라고 한다.
이중 스위칭가능한 개구 장치에 있어서, 하나의 스위칭가능한 개구 어레이에서 다른 스위칭가능한 개구 어레이보다 더 큰 수의 스위칭가능한 개구들이 개방되도록 개구 개방 시퀀스를 최적화함으로써 주어진 화면에 대한 대역폭 스트라이핑이 감소될 수 있다.
개구들이 개방되는 순서는 직선 고스트 현상 및 각도 고스트 현상에 관련되는 비용 함수를 최소화함으로써 결정될 수 있다. 직선 고스트 현상은 연속적으로 개방되는 인접 셔터들에 의해 발생될 수 있으며, 제2 셔터 개방 전에 제1 개방 셔터의 에지를 정의하는 개구가 실질적으로 투명한 상태와 불투명한 상태 사이에서 느리게 전환함으로써 상태를 변경시켜야 한다. 각도 고스트 현상은 인접하는 셔터들이 연속적으로 개방됨으로 인해 발생될 수 있으며, 제1 개방 셔터의 에지에 가까운 개구가 실질적으로 투명한 상태와 실질적으로 불투명한 상태 사이에서 느리게 전환함으로써 상태를 변화시켜야 한다. 인접한 셔터들은 하나 이상의 개구에 의해 분리될 수 있다.
비용 함수는 스트라이핑을 더 고려할 수 있다. 비용 함수는 제2 스위칭가능한 개구 어레이에서 개방된 개구의 수에 대한 제1 스위칭가능한 개구 어레이에서 개방된 개구의 수의 비율에 대하여 비용을 지정함으로써 스트라이핑을 고려할 수 있다. 비율이 1에 가까울수록, 스트라이핑 효과가 더 크다.
일 실시예에 있어서, 비율은 3이며, 셔터 내의 개방된 슬릿에 대하여, 제1 스위칭가능한 개구 어레이에서 하나의 개구가 개방되고, 제2 스위칭가능한 개구 어레이에서 2개의 개구가 개방된다. 본 실시예에 있어서, 제1 스위칭가능한 개구 어레이의 하나의 개방된 개구는 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 3개의 개방된 개구의 중심 개구와 정렬되도록 배치된다.
이 비율은 복합시차지각 방식의 디스플레이의 특성을 변경하기 위하여 변할 수 있다. 이 비가 1에 가까울수록, 스트라이핑 효과가 더 크다. 이 비율이 1에서 멀어질수록, 고스트 효과의 유사도는 더 커진다. 개구를 개방하는 시퀀스는 스트라이핑 및 고스트 효과를 변경하도록 변경될 수 있다. 개구를 개방하는 시퀀스는 스트라이핑 및 로스트 효과를 줄이도록 최적화될 수 있다.
개방된 셔터에 대한 개방된 개구의 수는 복합시차지각 방식의 디스플레이의 광학 특성을 변경하도록 변경될 수 있다. 슬릿들이 더 넓어지면, 피사계 심도는 감소하지만, 휘도와 해상도를 증가시킨다. 슬릿이 더 좁아지면, 피사계 심도는 증가하지만, 휘도와 해상도는 감소한다.
복합시차지각 방식의 디스플레이의 광학 특성은 상이한 목적으로 디스플레이를 사용하기 위하여 변경될 수 있다. 이러한 목적의 예는, 한 사람에 의해 보는 것, 넓은 시야각에 걸쳐 한 그룹의 사람들에 의해 보는 것, 상세한 정지 화상을 제공하는 것, 및 고속의 움직이는 화상을 제공하는 것이 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로의 비교적 느린 스위칭 시간을 가질 수 있다.
제2 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로의 비교적 느린 스위칭 시간을 가질 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 LCD 개구 어레이를 포함할 수 있다.
각각의 개구 어레이는 복수의 평행의 스위칭가능한 개구들을 포함할 수 있다.
각각의 개구 어레이의 각각의 개구는 실질적으로 투명한 상태와 실질적으로 불투명한 상태 사이에서 스위칭가능하다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이의 개구들은 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 개구들에 대하여 평행할 수 이다. 제1 스위칭가능한 개구 어레이의 개구들은 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 개구들을 덮도록 배열될 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는, 제1 스위칭가능한 개구 어레이의 표면이 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 표면을 대향하도록 배치될 수 있으며, 셔터는 제2 스위칭가능한 개구 어레이에 대향하는 제1 스위칭가능한 개구 어레이의 표면 반대편의 제1 스위칭가능한 개구 어레이의 표면 상에 배치되는 제1 편광기; 및 제1 스위칭가능한 개구 어레이에 대향하는 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 표면의 반대편의 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 표면에 배치되는 제2 편광기를 더 포함한다.
제3 편광기는 제1 스위칭가능한 개구 어레이와 제2 스위칭가능한 개구 어레이 사이에 배치될 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 LCD 유닛을 포함할 수 있다. 각각의 LCD 유닛은 평면 정렬된 액정 재료를 포함할 수 있다. 각각의 LCD 유닛은 방향자를 가질 수 있다.
셔터는 135도의 최상부 편광기, 90도의 방향자를 갖는 제1 LCD 유닛, 45도의 중간 편광기, 0도의 방향자를 갖는 제2 LCD 유닛, 및 45도의 최하층 편광기를 포함할 수 있다.
중간 편광기는 제2 LCD 유닛에 들어가는 광이 올바른 편광을 갖도록 함으로써 셔터의 성능을 개선시킨다. 중간 편광기는 클린 업 필터로서 작용한다.
제2 스위칭가능한 개구 어레이는 노멀리 블랙(즉, 불투명)이다. 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 액정과 다이(dye)를 포함할 수 있다. 다이는 실질적으로 불투명한 상태에서 제2 스위칭가능한 개구의 불투명성을 개선시킨다. 다이는 광을 흡수함으로써 이를 행한다.
셔터는 보상 셀을 포함할 수 있다. 보상 셀은 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 액정층과 동일한 두께의 액정층를 포함한다.
셔터는 보상 필터를 포함할 수 있다. 보상 필터는 제2 스위칭가능한 개구 어레이의 광학 특성과 일치하는 광학 특성을 갖는 지연 필름을 포함한다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및/또는 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 평면 정렬된 액정, 수직 정렬된 액정, 및 TN(Twisted Nematic) 액정 중 하나를 포함할 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및/또는 제1 스위칭가능한 개구 어레이는 듀얼 주파수 액정을 채용할 수 있다. 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및/또는 제1 스위칭가능한 개구 어레이는 전기적으로 명령을 받는 표면을 채용할 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이는 평면 정렬된 액정을 포함할 수 있으며, 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 수직 정렬된 액정 또는 TN 액정을 포함할 수 있다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이의 하나 이상의 개구가 투명하고, 이에 인접하여, 제2 스위칭가능한 개구 어레이 내의 하나 이상의 개구가 투명한 경우, 셔터가 개방된다. 개방된 셔터를 생성하기 위해 제1 스위칭가능한 개구 어레이 내에서 투명한 개구들의 수를 변경시킴으로써 시야각이 변경될 수 있다. 개방된 셔터에 대하여 더 적은 투명한 개구들은 시야각을 더 좁힌다. 개방된 셔터에 대한 더 많은 투명한 개구들은 시야각을 더 넓힌다.
제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 셔터 어레이를 형성할 수 있다. 셔터 어레이는 디스플레이 장치를 생성하도록 디스플레이 화면과 함께 동작한다. 상이한 목적으로 디스플레이 장치의 특성을 변경시키기 위해 디스플레이 화면과 셔터 사이의 간격을 바꾸도록 배치가 제공될 수 있다. 본 배치는 디스플레이 장치의 각각의 모서리에 모터, 웜 기어, 랙을 포함하는 간단한 전기기계적 배치일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 포함하는 복합시차지각 방식의 디스플레이용 셔터가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로의 비교적 고속의 스위칭 시간, 및 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로의 비교적 느린 스위칭 시간을 갖는다. 또한, 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로의 비교적 저속의 스위칭 시간, 및 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로의 비교적 고속의 스위칭 시간을 갖는다.
따라서, 실시예들에서는, 하나가 다른 하나 위에 놓인 2개의 개구 어레이의 조합인 셔터를 제공한다. 개구 어레이들은, 개구 어레이 중 하나의 고속 전환 시에 제1 상태로부터 제2 상태로 셔터가 전환되고, 개구 어레이 중 다른 하나의 고속 전환 시 제2 상태에서 제1 상태로 셔터가 전환하도록 배치 및 스위칭된다. 이와 같이, 제1 상태와 제2 상태 간의 양측의 방향에서 고속 스위칭 시간을 갖도록 셔터가 제공된다. 제1 상태에서, 셔터의 일부는 실질적으로 투명할 수 있다. 제2 상태에서, 셔터의 일부는 실질적으로 불투명할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위칭가능한 개구 어레이, 및 제1 스위칭가능한 개구 어레이를 포함하며, 제1 스위칭가능한 개구 어레이와 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 적어도 부분적으로 중첩하는 복합시차지각 방식의 디스플레이용 셔터가 제공된다. 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제1 스위칭가능한 개구 어레이는 복합시차지각 방식의 디스플레이를 사용자가 바라봄으로써 관측되는 때에 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다.
실시예에 따른 셔터는, 높은 콘트라스트의, 플리커가 없고, 고스트 현상이 없는 깨끗한 3D 화상의 재생을 허용하는 복합시차지각 방식의 디스플레이 장치를 제공한다.
전술한 실시예에 있어서, 셔터 내에서 LCD 기술이 사용된다. 그러나, 당업자라면, 본 발명의 범주를 일탈하지 않고서 임의의 다른 디스플레이 기술이 이하에 기술하는 원리를 구현하도록 채택될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예에서는, 불투명과 투명 사이에서, 투명과 불투명 사이에서 충분히 고속으로 스위칭할 수 있는 셔터를 제공하며, 복합시차지각 방식의 디스플레이 장치에 대하여 셔터가 사용될 수 있다. 셔터는 LCD 기술을 사용한다. 액정은 통상 하나의 고속 스위칭 전환 및 하나의 저속 스위칭 전환을 갖는다. 셔터의 고속 스위칭은 듀얼 개구 어레이 배치를 통해 성취되며, 불투명과 투명 사이에서 셔터의 일부를 전환하고, 다시 반대로 전환하기 위하여 고속 전환이 사용된다.
실시예에서는, 듀얼 개구 어레이 셔터를 동작시키는 방법을 제공하며, 불투명과 투명 사이의 셔터 상태 전환의 적어도 대부분 또는 실질적으로 전부 또는 전부에 대하여 고속의 개구들의 전환이 사용된다.
실시예에서는, 셔터를 제공하며, 그 개구 소자들은 슬릿 특성의 범위을 제공하도록 제어될 수 있다. 따라서, 상이한 광학적 배치 및 상이한 시야 배치에 대하여 사용될 수 있는 셔터가 제공된다. 셔터의 특성이 변화되는 경우, 화면 상에 화상을 발생시키기 위하여 적용되는 렌더링 방법은 슬릿 특성의 변화에 해당하도록 변경되어야 한다.
실시예에 있어서, 슬릿이 개방되는 순서가 스트라이핑 및 고스트 현상과 같은 불요의 광학적 효과의 발생을 줄이도록 결정된다. 이러한 순서는 각 효과에 관련되는 비용 함수를 최소화함으로써 결정되며, 각 효과의 비용함수는 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이 화상에 대한 악영향의 명확한 정도에 의해 결정된다.
본 발명을 제한하지 않는 실시예들을 이하의 첨부 도면을 참조하여 일례로서 설명한다.
도 1은 셔터를 통해 화면을 바라보는 뷰어를 나타낸 도면.
도 2는 이상적인 개별 슬릿에 대한 일반적인 투과 함수를 나타낸 도면.
도 3은 구성하는 셀 각각에 대한 투과 함수과 연계하여 더블 셀을 포함하는 셔터의 투과 함수를 나타낸 도면.
도 4는 더블 셀 셔터의 원리를 나타낸 도면.
도 5는 유지 시간을 고려하여 더블 셀 셔터의 투과 함수를 나타낸 도면.
도 6은 지연 필름을 사용한 6층 더블 셀을 나타낸 도면.
도 7은 노멀리 블랙 셀 및 노멀리 화이트 셀을 포함하는 더블 셀 셔터의 배치를 나타낸 도면.
도 8은 노멀리 블랙 셀, 노멀리 화이트 셀, 및 이 둘을 포함하는 더블 셀에 대한 투과 함수를 나타낸 도면.
도 9는 LCD를 구동하기 위하여 사용되는 AC 파형을 나타낸 도면.
도 10은 배면판 커넥터의 배치를 나타낸 도면.
도 11은 접지된 배면판으로 하나의 슬릿에 적용되는 신호를 나타낸 도면.
도 12는 시야각에 대한 더블 셀 셔터의 효과를 나타낸 도면.
도 13은 시야각을 개선시킨 더블 셀 셔터 배치를 나타낸 도면.
도 14는 연속적인 서브프레임의 개방된 셔터 배치를 나타낸 도면.
도 15는 직선 고스트 현상(straight on ghosting)의 일례를 나타낸 도면.
도 16은 각도 고스트 현상의 일례를 나타낸 도면.
도 17은 비율(r)을 갖는 불규칙 배치를 나타낸 도면.
단일 셀 셔터
직접적인 접근법으로서, 표준 단일 셀 LCD 셔터가 있다. 이러한 셔터는 표준 셀, 즉, 암(dark)에서 명(clear)으로, 마찬가지로, 명에서 암으로 고속으로 스위칭할 수 있는 2개의 경계판 사이에 한정되는 액정층으로 구성된다.
도 2는 이상적인 개별 슬릿에 대한 일반적인 투과 함수를 나타낸다. 슬릿은 t1에서 개방되며, t2에서 폐쇄된다. 2개의 상태 간을 스위칭시키는 시간은 이상적으로 무한하게 고속이어야 하지만, 실제상으로는 유한한 시간이다. 이 시간은 상승 시간과 하강 시간으로 알려져 있으며, 셔터가 동작할 수 있는 최대 속도를 설정하게 된다. 슬릿은 일부 전환시 적절하게 광을 차폐하지 못하기 때문에, 광 누설이 있게 되며, 이는 고스트 화상으로 알려진 불요의 희미한 화상을 발생시킨다. 또한, 이러한 전환시의 누설로 인하여 전반적인 화상 콘트라스트의 손실이 예상될 수 있다. 콘트라스트를 감소시키는 또 다른 요소는 LCD 셀이 안정된 암(dark) 상 태에서조차 100 퍼센트 효율적으로 광을 차폐하도록 관리하지 못한다는 사실에 기인한다.
따라서, 2개의 범주에서 시간 다중화된 3D 디스플레이의 특성을 개선할 수 있다.
1. 암대명(dark to clear) 및 명대암(clear to dark) 사이의 짧은 전환 시간, 즉, 짧은 상승 시간 및 하강 시간.
2. 고스트(ghost) 화상과 콘트라스트가 전반적으로 떨어지는 것을 방지하기 위한 암 상태에서의 높은 콘트라스트.
실제로, 대부분의 LCD는 하강 시간이 완화(relaxation) 공정에 의해 관리되므로, 비교적 낮은 스위칭 속도를 갖는다. 따라서, 대부분의 상용 LCD 패널은 시간 다중화된 3D에 대하여 적합하지 않다. 높은 스위칭 속도와 높은 콘트라스트로 인해 적합하다고 판명된 기술은 FLCD(Ferroelectric Liquid Crystal Display)이다. 이는 특성에 있어서는 매력적이지만, 제조상의 난이도로 소수의 제조사가 이 재료를 사용한다.
시간 다중화된 3D에 적합하게 될 수 있는 다른 미숙한 기술들이 있기는 하다. 그 중 하나는, 액정의 플렉소전기적(flexoelectric) 효과에 기초한다. 이 기술은 잠재적으로는 높은 콘트라스트에서 고속으로 스위칭시킬 수 있다. 또 다른 기술은, 천천히 완화시키기 보다는 상이한 주파수로 구동함으써 고속으로 스위칭될 수 있는 DFLC(Dual Frequency Liquid Crystal)를 채용한다.
현재의 셔터 기술의 문제점은, LCD가 플리커가 없는 복합시차지각 방식의 디 스플레이 장치에 대하여 요구되는 고속으로 신뢰성있게 스위칭할 수 없다는 것이다.
LCD 장치는 통상 2개의 편광 상태 사이에서 스위칭하도록 배치된다. 주로, 2개의 편광 상태 사이의 편광의 정도는 LCD 장치로 선택될 수 있다. 2개의 상태 간의 스위칭 시간은 유한하다. 제1 상태에서 제2 상태로의 전환 시간은 상승 시간으로 알려져 있으며, 반대의 전환은 하강 시간으로 알려져 있다. 하강 시간은 통상 완화 시간이며, 이는 셔터가 스위칭할 수 있는 최대 속도를 결정하는 가장 강력한 요소이다. 슬릿은 광을 전환 중에 잘 차폐하지 않기 때문에, 광 누설이 있다. 광 누설은 고스트 화상으로 알려진 원하지 않는 희미한 화상을 발생시킨다. 또한, 이러한 전환 누설로 인해 전반적인 화상 콘트라스트의 손실이 예상될 수 있다. 콘트라스트를 감소시키는 또 다른 요소는, 안정된 암 상태에서조차 LCD 셀이 0 퍼센트의 투과도를 시현하지 않는다는 사실이다.
디스플레이 기술에서의 이러한 제한은, 높은 콘트라스트와 플리커가 없고, 고스트 현상이 없는 깨끗한 3D 화상의 재생을 허용하는 복합시차지각 방식의 디스플레이 장치용의 스위칭가능한 개구 어레이의 생산에 대한 장벽이다.
더블 셀 셔터(Double Cell Shutter)
더블 셀을 이용하여, 한 방향으로만 고속으로 스위칭하는 표준 액정 재료를 사용한, 높은 콘트라스트, 빠른 상승 시간 및 하강 시간을 갖는 셔터가 얻어질 수 있다. 이러한 셔터는 도 3에 도시된 바와 같이 하나는 고속의 암대명 전환시간, 및 하나는 고속의 명대암 전환시간을 갖는 2개의 개별적인 액정 셀로부터 구축될 수 있다.
연계하여 작용하는 이러한 2개의 셀들로, 상승과 하강 시간 모두 예리한 투과 함수가 성취될 수 있다. 더블 셀 셔터의 원리는 도 4에 도시되어 있다.
최상부의 노멀리 화이트 셀(통상적으로, "화이트"라 함)은 전계가 없으면 투명하다. 마찬가지로, 노멀리 블랙 셀(통상적으로, "블랙"이라 함)은 전계가 인가되지 않은 때에 불투명하다. 진입면 상에 하나와 출구면 상의 하나의 한 쌍의 편광기를 갖는 것이 요구될 수 있다. 실제적으로, 2개의 셀 사이에 제3의 편광기가 위치될 수 있으며, 다음의 액정 셀에 진입하는 때에 올바로 편광되도록 하기 위해 클린 업(clean up) 필터로서 기능한다. 고속의 상승 시간과 고속의 하강 시간을 갖는 동일한 더블 셀 효과를 성취하기 위한 수많은 구성의 편광기와 액정 재료가 존재하지만, 하나의 예만을 설명한다. 도시된 더블 셀의 최상부에 광이 진입하는 것으로 가정하고, 각 셀은 평면 정렬(PA: planar aligned)된 액정 재료로 이루어지는 것으로 가정하면, 가능한 하나의 구성은 이하와 같다.
1. 135도의 편광기
2. 90도의 방향자의 액정
3. 45도의 편광기
4. 0도의 방향자의 액정
5. 45도의 편광기
중간의 편광기는 제2 셀에 진입하는 광의 편광 상태가 올바로 되도록 한다. 이는 특히 편광 상태가 알려지지 않은 경우 제1 셀의 전환 중에 유용할 수 있다.
유지 시간
일부 액정은 스위칭시 관련 유지 시간을 가지며, 이는 펄스의 길이의 최소 한계를 설정할 수 있다.
이하의 정의를 내린다.
tp = 중복되는 이상적인 구형 펄스의 길이
tr = 상승 시간, 액정에 대한 최고속 전환 시간
tf = 하강 시간, 액정에 대한 최저속 전환 시간
th = 유지 시간, 액정이 동일 상태에 머무는 기간, 또는 상태를 완전히 바꾸기 전에 10% 미만으로 상태를 변화하는 기간
액정은 불투명 상태에서 투명 상태로 스위칭하기 전에, 투명 상태에서 불투명 상태로 스위칭할 수 없으므로, 최소 구형 펄스는 tpmin = tr + th + tf 의 주기를 갖는다. 제2 셔터를 추가함으로써 도 5에 도시된 바와 같이 이러한 문제점을 치유한다. 개선된 펄스는 이하에 의해 성취된다.
(i) 양측 셔터를 불투명 상태로 한다.
(ii) 투명 상태로 스위칭하기 위해, 예컨대, 셔터 2와 같이, 셔터 중 하나에 대하여 전압을 설정한다.
(iii) 투명 상태로 다시 스위칭하기 위해 셔터 2에 대한 전압, 투명 상태로 스위칭하도록 셔터 1에 대한 전압이 설정되기 전의 결합된 투명 펄스가 시작하게 되는 시간 t를 설정한다.
시간 t는 구형 펄스(tpmin = tr+ (th-t)+ tf) 의 길이를 선택하도록 설정될 수 있다.
노멀리 블랙 셀(Normally Black Cell)
상기 구성에 관련된 하나의 시도는, 노멀리 블랙(또는 불투명) 셀이다. 노멀리 블랙 셀에 있어서, 높은 콘트라스트를 성취하기 위해서는, 완전한 반파판(half wave plate)으로서 작용하여야 하며, 이는 평면 정렬된 액정에서는 성취하기가 곤란하다. 따라서, 이 셀은 때로는 노멀리 화이트 셀보다도 대단히 낮은 콘트라스트를 갖게 된다. 노멀리 블랙 셀의 콘트라스트 성능을 올릴 수 있는 몇 개의 해결책이 있다.
1. 광을 흡수하여 암상태를 개선하는 층을 액정에 추가한다.
2. 출력판에 보상 필터 또는 보상 셀을 위치시킨다. 보상 셀은 스위칭되고 있는 셀과 동일한 셀 두께와 액정 특성을 갖는 셀로 구성될 수 있다. 보상 필터는 스위칭되고 있는 셀과 매칭되는 특성을 갖는 지연 필름일 수 있다.
3. 노멀리 블랙 셀에 대하여 수직 정렬(VA: Vertically Aligned)된 액정 구성을 사용한다. 수직 정렬된 액정은 이 구성에서 양호하게 동작한다.
4. TN(Twisted Nematic) 액정셀을 사용한다.
지연 필름
지연 필름의 제1 요구사항은, 554nm 부근의 광학 스펙트럼의 가장 민감한 부 분에서의 하나의 파장에 대하여 정확한 지연을 갖는다는 것이다. 최적의 투과도를 위하여, 277nm 부근의 지연값을 가져야 한다. 그러나, 지연값은 액정셀에 매칭되어야 하며, 다소 작은 값은 더 고속 응답하는 더 얇은 셀을 의미하며, 작은 정도로 투과도를 희생한다.
지연 필름의 제2 요구사항은, 지연이 사용되는 액정과 유사한 파장 의존성을 가져야 한다는 점이다.
지연 필름의 제3 요구사항은, 액정 패널과 함께 양호한 각도 의존성을 부여한다는 점이다. 이는 음(-)의 복굴절율을 갖는 재료를 이용함으로써 성취될 수 있다. 지연 필름이 양호한 각도 특성을 제공하도록 명시적으로 설계되지 않으면, 액정과 지연 필름의 적합한 배향에 의해 개선될 수 있다. 예를 들어, 러빙, 편광기, 및 45도 회전식의 지연 필름을 갖는 패널은, 수평 방향에서의 각도 의존성을 감소시킬 수 있다. 도 6은 어떻게 지연 필름을 이용하여 더블 셀이 이루어질 수 있는지를 나타낸다.
본 실시예에 따른 지연 필름은 상기 요구사항의 임의의 조합이라도 충족시킬 수 있다.
도 6은 지연 필름을 이용한 6층 더블 셀을 나타낸다. 제1 층은 정렬축에 대하여 90도로 배치된 편광기이다. 제2 층은 상부면과 하부면 사이에 배치된 액정을 포함하는 평면 정렬된 셀이다. 상부면은 정렬축에 대하여 45도로 러빙된다. 하부면은 정렬축에 대하여 225도로 버핑(buffed)된다. 제3 층은 정렬축에 평행하게 배치된 편광기이다. 제4 층은 정렬축에 대하여 135도로 버핑된 상부면과 정렬축에 대하여 315도로 버핑된 하부면을 갖는 평면 정렬 셀이다. 제5 층은 정렬축에 대하여 자신의 저속축을 45도로 정렬시킨 지연 시트이다. 제6 층은 정렬축에 대하여 90도 정렬된 편광기이다.
상이한 응답 시간 및 구동 구조
일부 경우, 노멀리 화이트 셀과 노멀리 블랙 셀에 대하여 콘트라스트 비가 상이하게 되며, 노멀리 블랙 셀은 통상 콘트라스트가 낮다. 더 높은 콘트라스트를 갖는 셀이 블랙 상태에 있는 시간을 최대화함으로써 전반적인 콘트라스트가 개선될 수 있다. 도 7에서, 기간 (c)에서 노멀리 블랙 셀이 어떻게 광을 차폐시킬 필요가 있는지를 알 수 있다. 노멀리 화이트 셀의 하강 시간(a)는 감소될 수 있으며, 전반적인 콘트라스트가 개선될 수 있다. 목표는, 노멀리 화이트 셀이 가능한 한 길게 광을 차폐하도록 하고, 노멀리 화이트 셀이 전환하고 있는 때에만 노멀리 블랙 셀이, 기간(b)는 가능한 한 길게, 기간(a)는 가능한 한 짧게 만드는 것이다. 그러므로, 2개의 셀에 대하여 상이한 응답 곡선을 갖도록 함으로써 셀이 최적화될 수 있다. 예를 들어, 노멀리 블랙 셀은 더 긴 하강 시간으로 양호한 콘트라스트를 부여하도록 더 두꺼울 수 있으며, 노멀리 화이트 셀은 더 짧은 하강 시간을 부여하도록 더 얇을 수 있다. 또한, 2개의 셀에서 상이한 액정을 사용하여 동일한 효과를 성취할 수 있다.
도 7로부터, 개별 픽셀이 구동될 수 있는 반복 속도는 하강 시간의 총합에 의해 통제되는 것이 명백하며, 이는 상기 최적화에서 명심해야 하는 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 셀을 고속으로 스위치 오프하기 위해 훨씬 높은 주파수의 짧 은 펄스가 사용되는 경우, 이는 하나 또는 양측 셀에서 듀얼 주파수 액정을 채용함으로써 크게 감소될 수 있다.
도 8은 노멀리 화이트 셀, 노멀리 블랙 셀, 및 노멀리 블랙 셀과 노멀리 화이트 셀을 포함하는 더블 셀에 대한 투과도 대 시간을 나타낸다. 도 8은 또한 노멀리 블랙 셀과 노멀리 화이트 셀에 대한 구동 신호(전압 대 시간)를 나타낸다.
ECS (Electrically Commnanded Surface)
콘트라스트와 스위칭 시간을 개선하는 하나의 방법으로서, ECS( Electrically Commnanded Surface)를 이용하는 것이 있다. ECS 기술은 LCD 내의 액정 분자들의 스위칭에 좋은 영향을 끼치기 위한 "액티브" 정렬 층의 사용을 포함한다. 정렬층은 LCD를 구동하기 위하여 사용되는 전계에 의해 동적으로 영향을 받으며, 그 동적인 행동과 액정과의 상호작용은 액정 분자들의 스위칭을 용이하게 하여, 개선된 응답 시간 특성을 가져온다.
가변 응답 시간
응답 시간은 슬릿들 또는 스위칭되고 있는 다른 기하형태에 따라서 변한다. 변동은 스트립의 단위 길이 당 저항율 및 단위 길이당 커패시티에 의존하게 된다. 변동을 줄이는 하나의 방법으로서, 낮은 저항의 도전층을 사용하는 것이 있다. 또 다른 방법은, 슬릿의 양 끝을 구동기 전자장치에 연결하는 것이다. 또 다른 방법은 저항을 감소시키도록 슬릿을 따라서 금속 배선을 추가하는 것이다. 또 다른 해결책은 셔터에 동기되는 입력 화상을 변경시킴으로써 응답 시간의 변동을 보상하는 것이다.
구동기 전자장치
제어 전압에 DC 성분이 없도록 하는 것은 기기의 수명을 크게 개선시킨다. 하나의 옵션으로서, AC 구동 신호를 사용하는 것이 있으며, 전면 전극과 배면 전극을 역위상으로 180도 스위칭시킴으로써, 셀은 방향이 교차하는 전계를 거치게 되어, DC 밸런스를 확보한다. 또 다른 가능성은 하나의 전극에서만 짧은 DC 펄스를 사용하고, 다음의 사이클에서 반전된 전계를 갖는 동일한 짧은 DC 펄스를 적용하는 것이다. 이는 또한 제로 바이어스를 보장하게 된다. 펄스의 시작에서의 더 높은 전압은 일부 경우 상승 시간을 단축시킬 수 있다.
하나의 옵션으로서, 도 9에 도시된 바와 같이 패널들을 AC 파형으로 구동하는 것이다. 2개의 파형이 역위상인 경우, 전계가 셀을 스위칭하게 된다. 하나의 사이클에서 극성이 스위칭하기 때문에, "닫혀진(closed)" 사이클 내에서 제로 DC 바이어스를 제공할 수 있다. 한 순간에 있이서, 실제적으로 디스플레이의 반은 턴 온되기 때문에, 커패시턴스는 매우 크게 된다. 총 셀 영역이 400mm x 300mm, 셀 간극(d) = 2.5μm, 유전상수 εr은 5라고 가정하면, 셀의 총 커패시턴스(C)는 다음과 같다.
C = ε0 εr A/d = 8.85 ㆍ10-12ㆍ5ㆍ0.12/2.5ㆍ10-6 F = 2.1 ㆍ10-6 F
이는 구동하기에는 큰 부하가 되며, 양호한 스위칭 특성을 위해서는 큰 피크 전류를 필요로 한다.
전술한 바와 같이, 임의의 시점에서 셀의 절반이 구동되며, 이는 대략 1μF 의 용량성 부하를 부여하며, 이는 여전히 구동하기에 큰 부하이다. 또한, 셀 간격을 줄이는 것은 문제점을 증가시켜 전자장치의 입장에서는 바람직하지 않다.
성능을 향상시키는 하나의 방법으로서, 도 10에 도시된 바와 같이 배면판 ITO의 모든 면들을 따라서 배면판에 접촉점을 적용하는 것이다.
용량성 부하를 줄이는 또 다른 방법은, 각 개별 슬릿을 교차 DC 구동 신호로 구동하는 것이다. 이는 배면판이 일정하게 접지에 있으며, 각각의 슬릿은, 예컨대, +25V 및 -25V의 교차하는 전계를 수신하는 것을 의미한다. 이는 제로(zero) DC 바이어스 상태를 보장하며, 스트립만이 구동되는 것을 필요로 한다. 따라서, 전체 배면판 구동은 제거될 수 있다. 하나의 슬릿에 대한 신호는 도 11에 도시된 바와 같게 된다.
슬릿 또는 픽셀의 스위칭
본 장의 설명은, 선형적으로 정렬된 셔터 또는 슬릿을 분석하는 것에 중점을 두게 된다. 따라서, 2차원적으로 분석이 수행될 수 있다. 모자이크 처리된 셔터들 또는 다른 개구 형태들에 대하여 동일한 설명이 가능하다.
최대 시야각
단일 슬릿으로, 최대 시야각은 180도까지이며, 셀의 두께와 액정에 대한 최대 시야각에 의해서만 제한된다. 2개 이상의 셔터를 가짐으로써, 도 12에 도시된 바와 같이 최대 시야각을 변경시키게 된다. 또한, 슬릿의 중앙으로부터 나아가는 법선으로부터의 각도를 증가시키는 경우, 유효 슬릿 폭은 점점 더 작아지게 된다. 이는 휘도가 시야각에 의존하도록 하며, 검은 줄무늬를 도입할 수 있다.
도 13은 여분의 셔터를 추가하는 시야각에 대한 영향을 나타낸다. 셔터 A와 디스플레이 사이에 더 넓은 슬릿을 갖는 셔터 B에 대하여 도시되어 있다. 하지만, 거리 s 만큼 디스플레이로부터 더 떨어져 있다면, 마찬가지의 분석이 적용가능할 것이다. 일부 경우, 시야각은 하나의 셔터만을 갖는 것에 비하여 감소될 수 없게 된다. 이를 성취하기 위하여, β보다 크지 않은 시야각에 대하여 시스템이 설계되도록 할 수 있다. β는 이하의 식에 따라서 s와 r을 조절함으로써 설정될 수 있다.
Figure 112008077063027-PCT00001
β = 하나의 셔터만을 갖는 것에 비하여 제2 셔터를 추가하는 것이 휘도에 영향을 끼치지 않는 최대각
α= 슬릿들을 통해 디스플레이를 보게 되는 최대 각도
s = 2개의 셔터 사이의 거리
la = 셔터 A의 슬릿 폭
lb = 셔터 B의 슬릿 폭
r = 슬릿 폭 간의 비율 = lb/la
d = 디스플레이와 셔터 A간의 거리
p = 하나의 셔터만에 비하여 제2 셔터가 휘도를 감소시키는 디스플레이 상의 폭
lb는 폭(l')의 수개의 구성요소로 이루어진다. 대칭으로 인해, l'는 많은 경우 lb 의 배수이며, (셔터 B의 슬릿은 셔터 A의 슬릿에 따라서 이동할 필요가 있으므로), 이는 r이 취할 수 있는 값의 범위를 제한한다. 효과적으로, 셔터 B의 해상도는 어느 단계에서 β가 동적으로 변화될 수 있는지를 결정한다. 따라서, 상기 수식은 이하와 같이 기재될 수 있으며, 여기서, m은 정수이며, la/l'이며, 이는 2개의 셔터 간의 해상도의 비율이다.
Figure 112008077063027-PCT00002
시야각을 동적으로 변화시키는 또 다른 방법으로서, 2개의 셔터 간의 거리를 변화시키는 것이다. 거리를 변화시키는 메카니즘은 정확하게 거리(s 및 d)를 측정하는 장비와 결합될 수 있다. 이는 이 거리에 의해 영향을 받는 다른 시스템 파라미터들이 동적으로 조절되도록 할 것이다.
통상적인 치수
현재의 실제적인 구현예에 있어서, 2개의 셔터 간의 최소 거리는 글래스 기판 두께에 의해 제한된다. 통상적인 글래스 기판은 1.1mm 두께이며, 더 얇은 기판이 있을 수도 있다. 액정층은 수 마이크론의 크기이며, 무시될 수 있다. 더블 시트에 있어서, 두께는 2.2mm, 단일 시트는 1.1mm이다.
하나는 80 슬릿 셔터 및 하나는 256 슬릿 셔터인 2개의 경우가 고려된다. 양측은 400mm 폭인 것으로 가정하며, 각각 5mm의 슬릿 폭(la) 및 1.56mm의 슬릿폭을 가져온다.
기본적인 셋업에 있어서, r은 통상 1, 2, 또는 3이며, 이는 이하의 시야각을 가져온다.
s = 1.1 mm s = 2.2 mm
r=1, 80 columns β=0도, α=78도 β=0도, α=66도
r=2, 80 columns β=66도, α=82도 β=49도, α=74도
r=3, 80 columns β=78도, α=84도 β=66도, α=78도
r=1, 256 columns β=0도, α=55도 β=0도, α=35도
r=2, 256 columns β=35도, α=65도 β=20도, α=47도
r=3, 256 columns β=55도, α=71도 β=35도, α=55도
대부분의 실제 구현예에 있어서, 1의 r값은 낮은 시야각을 가져온다는 것이 명백하다. 그러나, 셔터 1 상의 각각의 슬릿에 대하여 셔터 2 상의 3개의 개방 슬릿(r=3)을 가질 경우, 대다수의 필요성 있는 실험예에 있어서도 방해받지 않은 총 시야각 70도를 가져오게 된다.
스위칭 속도로 인한 기하학적 제한
먼저 설명한 바와 같이, 하강 시간은 더블 셔터 방법에 있어서 주어진 슬릿에 대한 펄스간의 주기에 대하여 제한을 제공한다. 이하의 논의에서는, 뷰어가 셔터 A 상의 각각의 슬릿에 대하여 셔터 B 상의 하나의 슬릿을 통해서만 디스플레이를 바라본다고 가정한다. 셔터들이 무한하게 서로 가깝다면, 이러한 경우가 가능하다. 그러나, 전술한 바와 같이, 일반적인 치수에 있어서, 많은 실제적인 구현예에서 이는 불가능하다. 결론적으로, 분석에서는 수개의 슬릿의 조합을 통해 바라보는 뷰어의 효과를 고려해야 한다. 이는 임의의 r의 값, 즉, 최대 시야각의 부분 에서 정의된 바와 같이 슬릿 폭의 비율의 값에 있어서는 사실이다.
도 14의 가장 간단한 해결 방안에서, 셔터 A의 슬릿들이 순차적으로 스위칭되는 것으로 가정한다. t=0에서 t=1로 이동하면, 셔터 A의 슬릿 5는 모든 허용가능한 시야각에 대하여 블랙으로 스위칭하여야 하며, 슬릿 6은 모든 허용가능한 시야각에 대하여 투명으로 스위칭해야 한다. 첫번째 것은 고속의 상승 시간을 이용하여 5를 블랙으로 스위칭함으로써 간단하게 달성될 수 있다. 상승 시간과 하강 시간의 비대칭성으로 인하여, 고속의 상승 시간을 이용하여 6을 투명으로 스위칭하면서 이를 달성할 수는 없다. 그러므로, w x tr (tr 은 상승시간, w는 상승 시간과 하강 시간 사이의 비율) 시간 미리 투명으로 스위칭할 필요가 있다. 이는 셔터 B 상의 슬릿 5 및 6이 개방되어 있는 경우에도, 셔터 A 상의 슬릿(6)이 t=0에서 부분적으로 개방되게 되는 역효과를 갖게 된다. 그 효과로서, 이전 프레임들의 정보가 보이는 고스트 현상을 가져오게 된다.
이를 방지하기 위하여, t=1에 있어서, 셔터 A 상에서 개방된 다음 슬릿은 적어도 r개의 슬릿 떨어진 것으로 설정될 수 있다. 가능하다면, r 및 s에 의해 설정되는 것 보다 더 큰 시야각에 있어서 고스트 현상을 방지하는데 훨씬 큰 거리가 유용하다.
이러한 유형의 시퀀스에 대하여 가능한 것에 대한 다수의 제약사항이 존재하며, 중요 제한 요소는 액정 셀들에 대한 하강 시간이 될 것이다. 2 종류의 고스트 현상이 정의되게 된다. 가장 강한 경우가 도 15에 도시되어 있으며, 여기서, 화이 트은 개방 슬릿을, 블랙은 폐쇄 슬릿을, 그레이는 유한한 하강 시간으로 인하여 부분적으로 개방된 슬릿을 나타낸다. 본 예는, r=3으로 하여 셔터 A로서 노멀리 화이트 셀을, 셔터 B로서 노멀리 블랙 셀을 나타낸다. 이 경우, 유한한 하강 시간으로 인하여, t=1에서 미리 개방되어야 하기 때문에, t=0에서 슬릿 3을 바로 쳐다보는 것으로부터 고스트 현상이 있게 된다. 각각의 셔터 상태에 있어서, 이들이 다음의 시간 슬롯에 위치된다면, 이러한 종류의 고스트 현상을 일으키는 r-1개의 상태가 존재할 것이다.
더 약한 경우가 도 16에 도시되어 있다. 이 시퀀스에서는, t=0에서 셔터 A에 대하여 슬릿 4를 통해 셔터 B에 대하여 슬릿 3을 통해 각도를 바라보는 경우 고스트 현상이 있게 된다. 각각의 셔터 상태에 있어서, 다음의 시간 슬롯에 이들이 있게 되는 경우, 이러한 종류의 고스트 현상을 일으키는 r-1개의 상태가 존재하게 된다.
문제점은, 반복되는 시간 시퀀스에 있어서 다수의 셔터 상태로서 설명될 수 있다. 통상, 셔터 상태의 수는 동시에 개방되는 슬릿간의 간격(N)과 같다. 시간 시퀀스에서의 상태의 수(즉, N)는 보통 동일하다. 시퀀스의 시각적 외관을 개선하는 하나의 방법은, 하강 시간(tf)의 역효과를 줄이는 것이다. 이는 제한요소 프로그래밍 기법에 기초하여 시퀀스들을 찾음으로써 행해질 수 있다. 이하의 제한요소들은 효과적인 시퀀스를 부여하게 되는 일례이다.
ㆍ 간격(N)을 갖는 다수의 슬릿들이 동시에 개방되게 된다.
ㆍ 동시에 개방되는 슬릿들의 셋트에 있어서 제일 먼저 개방되는 슬릿의 수에 의해 N개의 상태가 정의된다.
ㆍ 각각의 상태는 길이(tp)(프레임의 길이)의 N개의 시간 슬롯들 중 임의의 하나에 위치될 수 있다.
ㆍ 주어진 시퀀스에 대한 고스트 현상의 량을 정량화하도록 비용(cost) 함수가 정의된다. 따라서, 고스트 현상은 비용 함수를 최소화하는 시퀀스를 찾음으로써 최소화된다. 고스트 현상의 정확한 물리적인 모델은 필요치 않으며, 대략적으로 동일한 행동을 보이는 일련의 편법(heuristics)으로도 충분하다.
○ 통상, 인접한 개방 슬릿 상태들에 대하여 비용이 가장 높게 된다. 슬릿들이 더 떨어질수록, 비용이 줄어든다. 이 함수는 허용가능한 시야 영역(β)과 r에 의해 영향을 받게 된다.
○ 얼마나 시간적으로 늦게 이 상태가 나타나는지에 따라서 비용이 감소하게 된다. 예를 들어, 도 15에서 처럼, t=0에서의 상태 1에 이어서 t=1에서 상태 2가 오게되면, t=2에서 상태 2가 오는 것보다 비용이 더 높게 된다. 통상, 이러한 요소는 해당 셔터의 하강 시간에 의존하게 된다. 대부분의 경우, 각각 셔터 A 및 셔터 B에 대한 하강 시간의 합보다 더 큰 t에 있어서, 비용이 0가 될 것이다.
통상적으로, N이 크면, r은 작고, 하강 시간이 짧으며, 이는 최적의 시퀀스를 찾기 쉽게 할 것이다. 이와 관련하여, 짧은 하강 시간을 갖는 재료를 이용하고, 셔터들을 가깝게 함으로써, 설계를 간략화하게 된다.
이하는, 비용 함수의 일례로서, 여기서, f1은 셔터 상태 간의 거리의 간격에 따른 비용이며, f2는 시간적 간격에 따른 상대 비용이다. 따라서, f1(j) = 1번째의 동일한 시간에서 j번째 인접 슬릿 개구에 대한 비용, f2(k) = k개의 서브프레임 이후 동일한 슬릿 개구에 대한 비용. 시간과 공간 양측의 반복적 특성으로 인하여, 함수는 모듈러스 거리(modulus distance)에 기초하게 된다. 본 예는 N=12, r=3인 경우의 셋업에 기초하며, 하강 시간은 프레임 또는 시간 슬롯의 주기의 2배이다.
f1(1) = 1; f1(2) = 0,5; f1(3 및 그 이상) = 0; f1(0) = 100,000 (초과할 수 없음)
f2(1) = 1; f2(2) = 0,9; f2(3) = 0,8; f2(4) = 0,5; f2(5 및 그 이상) = 0; f2(0) = 0
D(p(t),p(t')) = Min((p(t')-p(t))mod(N); N-(p(t')-p(t))mod(N); N-abs(p(t')-p(t))),
여기서, p(t)는 시간 t에서의 셔터 상태를 리턴하며, D는 시간 t와 t'에서 상태간의 거리를 나타낸다.
T(t, t') = (t' - t) mod(N), t와 t' 간의 시간 상의 거리를 나타낸다.
주어진 시퀀스에 있어서, 모든 시간 슬롯들 및 모든 셔터 상태의 쌍들에 대한 2개의 함수의 곱을 합산하여 총 비용이 계산되게 된다.
Figure 112008077063027-PCT00003
디스플레이에 대하여 소망하는 특성에 따라서, 셔터 A 및 셔터 B에 대하여 어느 셔터 모드를 사용할지를 선택할 수 있다. 예를 들어, 셔터 A는 사이클 중 더 많은 비율동안 블랙 상태에 있게 되므로, 더 높은 콘트라스트를 갖는 노멀리 화이트 셀일 수 있다. 다른 예로서, 더 빠른 하강 시간을 갖는 노멀리 화이트 셀을 가지고, 이를 셔터 B로서 사용하도록 선택할 수 있다.
또한, 시야 영역 간의 누화가 방지되어야 한다면, 시간적으로 동시에 개방되는 셔터 A 상의 슬릿 간의 스텝의 수(N)은 적어도 2r+1이어야 한다. 그러나, 일부 경우 이러한 반복되는 시야 구역이 요구될 수도 있다.
본 장의 분석은 또한 전술한 바와 같이 2개의 개구 어레이 간의 거리(s)의 최적화에 있어서의 영향을 끼치게 된다. 실제적으로, 늦은 스위칭 시간으로 인해 추가의 누화가 발생하게 되므로, 하나의 구간은 더 작은 s값을 선택할 수 있다.
r은 일정할 필요는 없으며, 셔터 B 상의 슬릿은 셔터 A의 슬릿에 중심을 둘 필요는 없다. 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, 절두체(frustum)가 외부로 시프트 될 수도 있다. 점선은 이들이 셔터들과 절두체와의 교차점으로서 정의된다면 셔터 B 상의 슬릿이 셔터 A의 슬릿과 중심이 일치되는 대칭 절두체를 나타낸다. 전체 선은 외부로 시프트 되는 절두체를 나타내며, 이들이 셔터들과 절두체의 교차점으로 정의된다면, 셔터 B의 슬릿들이 셔터 A의 슬릿들과 중심이 맞지 않는다는 점에서 비대칭이다.
더블 셔터 구현예
3D 디스플레이만의 수평 시차를 위한 더블 셔터 LCD, 즉, 뷰어가 상이한 수평 시야 위치에 대해서만 상이한 화상을 보는 일례는, 통상 종래 2D LCD 화면에서의 픽셀이 아닌 컬럼(columns)으로 구성된다. 따라서, 셔터 LCD 화면은 통상 광학적인 투명과 광학적인 불투명 사이에서 스위칭할 수 있는 1 내지 5mm 폭의 많은 컬럼으로 구성될 것이다. 전술한 바와 같이, 이러한 LCD 화면은 2개의 패널을 이용하여 성취될 수 있다. 하나는 불투명에서 투명으로 고속으로 스위칭하는 것(노멀리 블랙)과 하나는 투명에서 불투명으로 고속으로 스위칭하는 것(노멀리 화이트)이다. 고속 스위칭 속도를 성취하기 위하여, 대략 40μsec의 상승시간과 대략 2.5μm의 셀 간격이 사용된다. 양측 셀에 사용하기에 적합한 하나의 액정 재료로서는 MLC14300-100이 있다. 노멀리 블랙 셀과 노멀리 화이트 셀은 더블 셀 셔터의 개요를 참조하여 전술한 바와 같이, 교차된(crossed) 편광기를 사용하는 노멀리 화이트 셀과 입력 편광기에 대하여 45도의 재료 방향자(material director)를 이용하여 구성되며, 이는 편광기 방향에 대하여 45도로 배향재료(예를 들어, PI7992)를 러빙시킴으로써 성취된다. 노멀리 블랙 셀은 더블 셀 셔터 개요를 참조하여 전술한 바와 같이, 평행인 편광기를 가지며, 입력 편광기에 대하여 45도로 재료 방향자가 정렬된다. 노멀리 블랙 셀의 좁은 셀 갭으로 인하여, 보상 필름은 콘트라스트를 개선할 수 있다. 이러한 경우, 보상 필름이 도 6에 도시된 바와 같이 포함된다. 다른 방법으로서, 노멀리 블랙 셀의 정확한 복제본인 제3 셀이 보상 필름으로서 포함된다. 셀의 고속 스위칭을 성취하기 위하여, 높은 전압이 요구된다. 통상, 약 25 볼트가 약 40μsec로 패널들을 스위칭하기에 충분할 것이다. 그러나, 더 큰 셀 갭이 요구된다면, 더 높은 전압이 필요할 것이다.
시야 구역의 변경
좁은 원추(cone)에서 넓은 원추로 동적으로 시야 구역을 변경시키기 위하여 셔터가 사용될 수 있다. 이를 행하는 하나의 방법은, 동시에 스위칭되고 있는 인접 슬릿의 수를 변경시킴으로써 스위칭되고 있는 슬릿의 폭을 변경시키는 것이다. 셔터와 동기된 디스플레이 상의 화상은 올바른 화상을 유지하기 위하여 슬릿 폭과 일치하도록 렌더링되어야 한다. 시야 구역을 변경하는 또 다른 방법으로는, 셔터와 디스플레이 간의 거리를 변경하는 메카니즘을 갖는 것이다. 또한, 디스플레이 상의 화상은 셔터와 디스플레이 간의 거리를 일치시키도록 렌더링되어야 한다.
본 발명의 실시예를 도시된 예들을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범주 내에서 설명된 예들에 대하여 변경예 및 개조예가 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 복합시차지각 방식의 디스플레이용 셔터로서,
    실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로의 비교적 고속의 스위칭 시간을 갖는 제1 스위칭가능한 개구 어레이;
    실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로의 비교적 고속의 스위칭 시간을 갖는 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 포함하며,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 적어도 부분적으로 중첩하는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 정렬되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이는, 상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이 쌍방의 중심을 통하는 라인이 쌍방의 개구의 표면에 대하여 법선을 이루도록 배치되 는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이 및 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 상대적으로 오프셋되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터.
  5. 2차원 디스플레이 및 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 셔터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이는 상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이와 상기 2차원 디스플레이 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이와 상기 2차원 디스플레이 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차원 디스플레이는 프로젝터의 화면인 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로젝터는 DMD를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 셔터를 동작시키는 방법으로서,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 투명한 상태로 배치하는 단계;
    상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 불투명한 상태로 배치하는 단계;
    상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로 스위칭시키고, 실질적으로 투명한 셔터의 일부를 렌더링하는 단계; 및
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이를 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭시키고, 실질적으로 불투명한 셔터의 일부를 렌더링하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스 플레이 셔터 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 불투명한 상태에서 실질적으로 투명한 상태로 스위칭하기 위한 제1 하강 시간을 가지며, 상기 제2 스위칭가능한 개구 어레이는 실질적으로 투명한 상태에서 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭하기 위한 제2 하강 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 하강 시간 및 상기 제2 하강 시간은 동일한 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 하강 시간 및 상기 제2 하강 시간은 상이한 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 스위칭가능한 개구 어레이가 다른 하나의 스위칭가능한 개구 어레이보다 더 높은 콘트라스트(contrast) 비를 갖는 셔터 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 셔터에 적용되는 스위칭 구조는, 더 큰 콘트라스트 비를 갖는 상기 스위칭가능한 개구 어레이가 실질적으로 불투명하게 되도록 배치되며, 상기 셔터의 일부가 실질적으로 불투명하게 되도록 하기 위하여 상기 스위칭가능한 개구 어레이 중 어느 하나가 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 스위칭가능한 개구 어레이에서 다른 하나의 스위칭가능한 개구 어레이보다 더 많은 수의 스위칭가능한 개구가 개방되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 개구 어레이에 적용되는 스위칭 구조는, 직선 고스트 현상(straight on ghosting) 및 각도 고스트 현상(ghosting at an angle)에 관련되는 비용 함수 (cost funtion)를 최소화함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  18. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 개구 어레이에 적용되는 스위칭 구조는 스트라이핑(striping)에 관련되는 비용 함수를 최소화함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  19. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭가능한 개구 어레이에 적용되는 스위칭 구조는 직선 고스트 현상, 각도 고스트 현상, 및 스트라이핑에 관련되는 비용 함수를 최소화함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 구조는 언제 각각의 개구가 개방되는지 및 언제 각각의 개구가 폐쇄되는지를 정의하는 것을 특징으로 하는 복합시차지각방식 디스플레이용 고속 디스플레이 셔터 동작 방법.
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