KR102239155B1 - 편광-믹싱 광 가이드 및 이를 사용한 멀티빔 격자-기반 백라이팅 - Google Patents

편광-믹싱 광 가이드 및 이를 사용한 멀티빔 격자-기반 백라이팅 Download PDF

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Abstract

편광 믹싱 광 가이드는 플레이트 광 가이드 내에 플레이트 광 가이드 및 편광 리타더를 포함한다. 광 가이드는 비-제로 전파 각도로 광빔을 안내한다. 광빔은 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 포함한다. 편광 리타더는 안내된 광빔의 제1 및 제2 편광 성분을 편광 성분의 소정의 조합으로 재분포한다. 광 가이드는 제1 편광 성분을 갖는 안내된 광빔의 일부를 우선적으로 산란시킨다. 3차원(3-D) 전자 디스플레이는 안내된 광빔의 제1 편광 성분을 상이한 주각 방향을 갖는 복수의 광빔으로서 우선적으로 아웃커플링하기 위해 플레이트 광 가이드의 표면에 멀티빔 회절 격자들의 어레이를 포함한다.

Description

편광-믹싱 광 가이드 및 이를 사용한 멀티빔 격자-기반 백라이팅{POLARIZATION-MIXING LIGHT GUIDE AND MULTIPBEAM GRATING-BASED BACKLIGHTING USING SAME}
관련 출원에 대한 상호참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이는 다양한 디바이스 및 제품의 사용자에게 정보를 통신하기 위한 거의 편재하는 매체이다. 가장 일반적으로 발견되는 전자 디스플레이 중에는 음극선관(CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD), 전계발광 디스플레이(EL), 유기 발광 다이오드(OLED) 및 능동 매트릭스 OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기영동 디스플레이(EP), 및 전기기계적 또는 전기유체 광 변조(예를 들면, 디지털 마이크로미러 디바이스, 일렉트로웨팅 디스플레이 등)를 채용하는 다양한 디스플레이가 있다. 일반적으로, 전자 디스플레이는 능동 디스플레이(즉, 광을 방출하는 디스플레이) 또는 수동 디스플레이(즉, 다른 소스에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이)로 유별될 수 있다. 능동 디스플레이의 가장 분명한 예 중에는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출되는 광을 고려할 때 일반적으로 수동으로서 분류되는 디스플레이는 LCD 및 EP 디스플레이이다. 수동 디스플레이는 본질적으로 저전력 소모를 포함한 -그러나 이것으로 제한되지 않는다- 유익한 성능 특성을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 없어 많은 실제 응용에서 용도가 다소 제한됨을 발견할 수 있다.
광 방출에 연관된 수동 디스플레이의 한계를 극복하기 위해, 많은 수동 디스플레이가 외부 광원에 결합된다. 결합된 광원은 이들 다른 수동적인 디스플레이가 광을 방출하고 실질적으로 능동 디스플레이로서 기능하도록 할 수 있다. 이러한 결합된 광원의 예는 백라이트이다. 백라이트는 수동 디스플레이를 조명하기 위해 다른 수동 디스플레이 뒤에 배치되는 광원(종종 '패널' 광원이라고도 함)이다. 예를 들어, 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이에 결합될 수 있다. 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이를 통과하는 광을 방출한다. 백라이트에 의해 방출된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이에 의해 변조되고, 변조된 광은 이어 LCD 또는 EP 디스플레이로부터 방출된다.
본원에 기술된 원리에 따른 예시들의 다양한 특징은 첨부 도면에 연관하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 쉽게 이해될 수 있으며, 동일한 도면 부호는 동일한 구조적 요소를 나타낸다.
도 1은 본원에 설명된 원리의 일례에 따라, 광의 전파 축을 따른 거리의 함수로서 누설 광 가이드 내의 광 세기의 그래프를 도시한다.
도 2a는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드의 단면도를 도시한다.
도 2b는 본원에 설명된 원리에 일관된 다른 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드의 단면도를 도시한다.
도 3은 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 도 2a 또는 도 2b에 도시된 편광 믹싱 광 가이드의 표면의 일부의 사시도를 도시한다.
도 5는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 3D 전자 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 6은 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 전자 디스플레이 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
어떤 예는 위에 언급된 도면에 예시된 특징에 부가되거나 대신되는 특징들 중 하나인 다른 특징들을 갖는다. 이들 및 다른 특징은 상술한 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명된다.
본원에 기재된 원리에 따른 예는, 예를 들어, 광 가이드에서의 편광 믹싱을 전자 디스플레이 백라이팅에의 응용에 제공한다. 특히, 본원에 설명된 원리에 따라, 편광 믹싱은 광 가이드 내에서 안내된 광빔의 편광 성분의 또는 이에 연관된 광의 재분포를 제공한다. 또한, 편광 성분 광 재분포는 본원에 기술된 바와 같이 광 가이드를 따른 거리의 함수로서 제공된다. 일부 예에서, 재분포는 다양한 편광 성분들 간에, 예를 들면, 횡전계(TE) 편광 성분과 횡자계(TM) 편광 성분 간에 광을 실질적으로 교환하거나 상호교환할 수 있다. 편광 성분들에 연관된 광을 재분포함으로써(예를 들면, 광 가이드 길이를 따라 주기적으로), 안내된 광빔 내의 광의 보다 균일한 분포가 광 가이드 내 및 광 가이드를 따라 달성될 수 있다. 특히, 보다 균일한 분포는 특히 특정 편광 성분(예를 들어, 제1 또는 TE 편광 성분)에 압도적으로 연관되는 광이 우선적으로 산란되거나, 아웃커플링되거나, 아니면 광 가이드로부터 이의 길이를 따라 '누설'되도록 구성될 때 제공될 수 있다.
예를 들어, 광은 시준 방식으로 또는 등가적으로는 안내된 광선의 방향이 잘 정해지는 시준된 광빔으로서 광 가이드(예를 들어, 플레이트 광 가이드) 내에서 전파할 수 있다. 또한, 광 가이드는, 일부 예에서, 시준 안내된 광빔의 특정 편광 성분에 연관된 광을 우선적으로 산란시킬 수 있다. 예를 들어, 특정 편광 성분의 우선적 산란을 제공하는 '스캐터러(scatterer)'또는 '산란 중심(scattering center)'(예를 들어, 아래에 설명되는 멀티빔 회절 격자)이 광 가이드 내에 또는 이의 표면에 존재할 수 있다. 특히, 산란 중심은 산란 중심에 입사하는 광의 편광에 의존하는 산란 세기를 갖는 이방성 스캐터러일 수 있다. 2개의 편광 축들 중 제1 편광 축(즉, 제1 편광 성분)을 따라 편광된 광은 산란 중심에 의해 우선적으로 또는 '최대로' 산란될 수 있는 반면, 2개의 편광 축 중 제2 편광 축(즉, 제2 편광 성분)을 따라 편광된 광은 예를 들어 산란 중심에 의해 최소로 산란될 수 있다. 결과적으로, 제1 편광 성분에 연관된 광 가이드 내의 시준 안내된 광빔의 비율(proportion)은 우선적 산란에 기인하여 광 가이드를 따른 거리의 함수로서 제2 편광 성분에 연관된 시준 안내된 광빔의 비율보다 큰 레이트로 감소할 것이다.
다양한 예에 따라, 광 가이드 내에서 편광 믹싱은 편광 성분들에 연관된 안내된 광빔의 광을 재분포하기 위해(또는 등가적으로 '편광 성분'을 재분포하기 위해) 채용될 수 있다. 광 재분포는, 다양한 예에 따라, 우선적 산란 효과를 완화할 수 있다. 특히, 편광 믹싱은 우선적으로 산란된 편광 성분(즉, 제1 편광 성분)을 효과적으로 '보충'하기 위해서 제2 (즉, 최소로 산란된) 편광 성분에 연관된 광의 일부를 제1 편광 성분으로 재분포하는데 사용될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 편광 믹싱은 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 실질적으로 상호교환할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 성분은 횡전계(TE) 편광 성분일 수 있는 반면, 제2 편광 성분은 횡자계(TM) 편광 성분일 수 있다. 편광 믹싱에 의한 혹은 이를 사용한 광 재분포는 일부 예에 따라 TE 및 TM 편광 성분이 교환 또는 상호교환되는 결과가 되게 한다. 또한, 편광 믹싱에 의해 제공된 편광 성분 광 재분포(또는 등가적으로 '편광 성분 재분포')는 일부 예에 따라 광 가이드의 길이를 따라 반복될 수 있다(예를 들어, 주기적일 수 있다). 편파 믹싱은, 예를 들어, 일부 예에 따라, 안내된 광이 전자 디스플레이 백라이트의 멀티빔 회절 격자에 의해 더 잘 이용될 수 있게 하기 위해 광 가이드 내에서 안내된 광의 제1 및 제2 성분을 재분포하고, 일부 예에서 상호교환(예를 들어, 주기적으로 교환)하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 본원에 설명된 원리의 예에 따라, 누설 광 가이드 내의 광 세기의 그래프를 광의 전파 축을 따른 거리의 함수로서 도시한 것이다. 특히, 'TE'로 표시된 제1 편광 성분의 세기 및 광의 'TM'으로 표시된 제2 편광 성분의 세기는 거리의 함수로서 또는 등가적으로는 광 가이드 내에서 안내된 광빔의 광학 경로를 따른 거리의 함수로서 도시된다. 또한, 도 1의 광 가이드 내의 안내된 광(예를 들어, 안내된 광빔으로서)은, 예를 들어, 광 가이드의 길이를 따라 산란되거나, 아웃커플링되거나, 아니면 누설되도록 구성되고, 안내된 광빔의 제1 또는 TE 편광 성분은 제2 또는 TM 편광 성분에 비해 우선적으로 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, TE 편광 성분 및 TM 편광 성분 둘 다의 세기는 안내된 광빔의 광의 아웃-커플링의 결과로서 지수함수적으로 감쇠한다. 그러나, TE 편광 성분이 우선적으로 아웃커플링되기 때문에, TE 편광 성분의 세기는 TM 편광 성분 세기보다 빠르게 감쇠한다. 광을 광 가이드로부터 아웃커플링하기 위해 멀티빔 회절 격자를 채용하는 전자 디스플레이 백라이트와 같은 일부 예에서, 아웃커플링된 광은 안내된 광빔의 TE 편광 성분에 압도적으로 연관될 수 있다. 멀티빔 회절 격자를 사용하는 이러한 전자 디스플레이 백라이트에서의 TE 및 TM 편광 성분의 상대적 세기는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 감쇠하는 것으로 관찰된다.
또한, 점선으로 도시된 바와 같이, 도 1에는 본원에 설명된 원리의 예에 따라, 광 가이드를 따른 거리의 함수로서 안내된 광의 세기에 미치는 편광 믹싱 효과의 예가 도시된다. 특히, 도시된 바와 같이, 편광 믹싱은 안내된 광빔이 광 가이드 길이 아래로 이동할 때 안내된 광빔의 TE 및 TM 편광 성분을 주기적으로 재분포(예를 들어, 상호교환)한다. 편광 믹싱의 결과로서, 광 세기의 감쇠(예를 들어, 안내된 광빔의 TE 및 TM 편광 성분 둘 다의)는 두 개의 분리된 편광 성분 하나와 연관된 개별적인 곡선(즉, TE 및 TM 편광 성분 곡선) 대신에 도 1에 도시된 점선 곡선을 따를 수 있다. 즉, 점선/곡선으로 도시된 바와 같은 TE 및 TM 편광 성분 둘 다는 편광 믹싱에 기인하여 2개의 개별 편광 성분의 거의 '평균'인 레이트로 효과적으로 감쇠할 수 있다. 이와 같이, 본원에 설명된 원리의 다양한 예들에 따라, 안내된 광 세기의 보다 균일한 분포가 편광 믹싱을 사용하여 광 가이드 내에서 및 이를 따라 달성된다.
다양한 예에 따라, 편광 믹싱은 플레이트 광 가이드 내에서 광의 빔으로서 안내되는 광과 함께 사용된다. 여기에서, '광 가이드'는 내부 전반사를 이용하여 구조 내에서 광을 안내하는 구조로서 정의된다. 특히, 광 가이드는 광 가이드의 동작 파장에 실질적으로 투명한 코어를 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 용어 '광 가이드'는 일반적으로 광 가이드의 유전체 물질과 이 광 가이드를 둘러싸는 물질 또는 매체 사이의 계면에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사를 채용하는 유전체 광 도파로를 지칭한다. 정의에 의해, 내부 전반사를 위한 조건은 광 가이드의 굴절률이 광 가이드 물질의 표면에 인접한 주변 매체의 굴절률보다 크다는 것이다. 일부 예에서, 광 가이드는 내부 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 추가하여 또는 대신에 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 예를 들어 반사 코팅일 수 있다. 다양한 예에 따라, 광 가이드는 플레이트 또는 슬랩 가이드, 스트립 가이드 및 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 여기에서, '플레이트 광 가이드'에서와 같이 광 가이드에 적용될 때 '플레이트'라는 용어는 구분적으로 또는 차등적으로 평면인 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 광 가이드의 상면 및 저면(즉, 대향면)에 의해 경계를 이룬 2개의 실질적으로 직교하는 방향으로 광을 안내하도록 구성된 광 가이드로서 정의된다. 또한, 본원의 정의에 의해, 상면 및 저면은 서로 분리되고 아울러 차등적으로 서로 실질적으로 평행하다. 즉, 플레이트 광 가이드의 임의의 차등적으로 작은 영역 내에서, 상면 및 저면은 실질적으로 평행하거나 동일 평면이다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드는 실질적으로 평탄할 수 있고(예를 들어, 평면으로 국한되고), 따라서 플레이트 광 가이드는 평면 광 가이드이다. 다른 실시예에서, 플레이트 광 가이드는 일차원 또는 직교하는 2차원에서 만곡될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드는 단일 차원에서 만곡되어 원통 형상 플레이트 광 가이드를 형성할 수 있다. 그러나, 다양한 예에서, 임의의 곡률은 광을 안내하기 위해 내부 전반사가 플레이트 광 가이드 내에서 확실히 유지되도록 하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본원에 기술된 일부 예에 따라, 회절 격자(예를 들어, 멀티빔 회절 격자)는 플레이트 광 가이드로부터 광을 산란시키거나 아웃커플링시키기 위해 채용될 수 있다. 여기에서, '회절 격자'는 일반적으로 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 피처(즉, 회절 피처)로서 정의된다. 일부 예에서, 복수의 피처는 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(1-D) 어레이로 배열된 복수의 피처(예를 들어, 물질 표면 내에 복수의 홈)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 피처의 2차원(2-D) 어레이일 수 있다. 회절 격자는 예를 들어, 물질 표면 상의 범프 또는 이 표면 내에 홀들의 2-D 어레일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본원의 정의에 의해, '회절 격자'는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 광이 광 가이드로부터 회절 격자에 입사한다면, 제공된 회절 또는 회절 산란은 회절 격자가 회절에 의해 광 가이드로부터 광을 아웃커플링할 수 있어 '회절 결합'을 초래할 수 있고 따라서 이로서 언급될 수 있다. 회절 격자는 또한 회절(즉, 회절 각)에 의해 광의 각도를 재지향시키거나 변화시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광(즉, 회절된 광)은 일반적으로 회절 격자 상의 입사광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 다른 전파 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전파 방향의 변화를 본원에서는 '회절 재지향'이라고 칭한다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자에 입사된 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 피처를 포함하는 구조인 것으로 이해될 수 있으며, 광이 광 가이드로부터 입사한다면, 회절 격자는 또한 광 가이드로부터의 광을 회절적으로 아웃커플링시킬 수 있다.
또한, 본원의 정의에 의해, 회절 격자의 피처는 '회절 피처'로 지칭되며, 표면에, 표면 내에 및 표면 상에(예를 들어, 두 물질 사이의 경계) 중 하나 이상에 있을 수 있다. 표면은 예를 들어 플레이트 광 가이드의 표면일 수 있다. 회절 피처는 표면에, 혹은 표면 내에 혹은 표면 상에 홈, 리지, 홀 및 범프 중 하나 이상을 포함하는 -그러나 이것으로 제한되지 않는다-, 광을 회절시키는 다양한 구조 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 물질 표면 내 복수의 평행한 홈을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 물질 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 리지를 포함할 수 있다. 회절 피처(예를 들어, 홈, 리지, 홀, 범프, 등)은 사인파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들면, 바이너리 회절 격자), 삼각형 프로파일, 및 톱니 프로파일(예를 들면, 블레이즈 격자)를 포함하는 -그러나 이들로 제한되지 않는다-, 회절을 제공하는 임의의 다양한 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다.
본원에서 정의에 의해, '멀티빔 회절 격자'는 복수의 광빔을 포함하는 아웃커플링된 광을 생성하는 회절 격자이다. 또한, 멀티빔 회절 격자에 의해 생성된 복수의 광빔은 본원에 정의에 의해 서로 다른 주각 방향을 갖는다. 특히, 정의에 의해, 복수의 광빔은 멀티빔 회절 격자에 의한 입사광의 회절성 결합 및 회절성 재지향의 결과로서 복수의 광빔의 또 다른 광빔과는 상이한 소정의 주각 방향을 갖는다. 예를 들어, 복수의 광빔은 8개의 상이한 주각 방향을 갖는 8개의 광빔을 포함할 수 있다. 조합된 8개의 광빔(즉, 복수의 광빔)은 예를 들어 광 필드를 나타낼 수 있다. 다양한 예에 따라, 여러 광빔들의 서로 상이한 주각 방향들은 격자 피치 또는 간격과 멀티빔 회절 격자에 입사하는 광의 전파 방향에 대한 각각의 광빔들의 원점들에 멀티빔 회절 격자의 회절 피처들의 방위 또는 회전과의 조합에 의해 결정된다.
본원에 설명된 다양한 예에 따라, 회절 격자(예를 들어, 멀티빔 회절 격자)에 의해 광 가이드로부터 아웃커플링된 광은 전자 디스플레이의 픽셀을 나타낸다. 특히, 서로 다른 주각 방향을 갖는 복수의 광빔을 생성하기 위해 멀티빔 회절 격자를 갖는 광 가이드는, '무안경식' 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들면, 멀티뷰 또는 '홀로그래픽' 전자 디스플레이 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이라고도 함)와 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 전자 디스플레이의 백라이트의 일부이거나 이와 함께 사용될 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자를 사용하여 광 가이드로부터 안내된 광을 아웃커플링시킴으로써 생성된 서로 상이하게 지향되는 광빔들은 3-D 전자 디스플레이의 '픽셀'일 수 있거나 또는 이를 나타낼 수 있다. 또한, 상이하게 지향되는 광빔들은 다양한 예에 따라, 광 필드를 형성할 수 있다.
본원에서, '광원'은 광의 소스(예를 들어, 광을 생성하고 방출하는 장치 또는 디바이스)로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되었을 때 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 여기에서, 광원은 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 폴리머 발광 다이오드, 플라스마 기반 광학 이미터, 형광 램프, 백열 램프, 및 사실상 이외 다른 광의 소스 중 하나 이상 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 을 포함한 광의 실질적으로 임의의 소스 혹은 광학 이미터일 수 있다. 광원에 의해 생성된 광은 색을 가질 수 있거나 또는 광의 특정 파장을 포함할 수 있다.
또한, 본원에서 사용된 바와 같이, 단수 표현은 특허 기술에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어 '격자'는 하나 이상의 격자를 의미하며, 따라서 '격자'는 본원에서 '격자(들)'를 의미한다. 또한, 본원에서 '상', '저', '상측', '하측', '위', '아래', '전방', '후방', '제1', '제2', '좌측' 또는 '우측'은 본원에서 제한으로 의도되지 않는다. 본원에서, 값에 적용하였을 때 '약'이라는 용어는 일반적으로 값을 보여주기 위해 사용되는 장비의 허용오차 범위 이내를 의미하며, 또는 일부 예에서는 달리 명시적으로 특정하지 않는한, 플러스 또는 마이너스 10%, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 또는 플러스 또는 마이너스 1%를 의미한다. 또한, 본원에서 사용되는 '실질적으로'라는 용어는, 예를 들어, 약 51% 내지 약 100%의 범위 내의 대부분 또는 거의 전부 또는 전부 또는 이 내의 양을 의미한다. 또한, 본원의 예는 단지 예시적인 것으로 의도되며, 논의의 목적을 위해 제시된 것이며 제한하기 위한 것은 아니다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드가 제공된다. 도 2a는 본원에 설명된 원리에 따른 예에 일관된 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드(100)의 단면도를 도시한다. 도 2b는 본원에 설명된 원리들에 따른 예에 일관된 다른 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드(100)의 단면도를 도시한다. 편광 믹싱 광 가이드(100)는 편광 믹싱 광 가이드(100) 내에 안내된 광의 편광 성분들을 재분포하기 위해 편광 믹싱을 채용한다. 특히, 편광 믹싱 광 가이드(100) 내에서 편광 믹싱은 편광 믹싱이 없는 유사한 광 가이드에서 제공되는 것보다 편광 믹싱 광 가이드(100)의 광학 경로를 따라 안내된 광의 편광 성분의 보다 균일하고 일관된 분포를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 선택된 편광 성분(예를 들어, 제1 편광 성분)에 연관된 안내된 광빔의 광이 편광 믹싱 광 가이드(100)(예를 들어, 후술되는 광빔(102))로부터 우선적으로 산란될 때, 편광 믹싱은 편광 믹싱 광 가이드(100) 내에서 그리고 이를 따라 더욱 균일하고 일관된 광 분포를 용이하게 할 수 있다.
도시된 바와 같이, 편광 믹싱 광 가이드(100)는 광 가이드(110)를 포함한다. 특히, 광 가이드(110)는 다양한 예에 따라, 플레이트 광 가이드(110)이다. 플레이트 광 가이드(110)는 플레이트 광 가이드(110)의 길이를 따라 광의 빔으로서(예를 들어, 광원으로부터) 광을 안내하도록 구성된다. 또한, 플레이트 광 가이드(110)는 다양한 예에 따라, 비-제로 전파 각도로 광의 빔(즉, 안내된 광빔(104))을 안내하도록 구성된다. 본원에 정의된 바와 같이, 비-제로 전파 각도는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(예를 들어, 상면 또는 저면)에 대한 각도이다.
일부 예에서, 안내 광빔의 비-제로 전파 각도는 약 10도 내지 약 50도 사이일 수 있다. 일부 예에서, 안내 광빔의 비-제로 전파 각도는 약 20도 내지 약 40도 사이, 또는 약 25도 내지 약 35도 사이일 수 있다. 예를 들어, 비-제로 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예에서, 비-제로 전파 각도는 약 20도 또는 약 25도 또는 약 35도일 수 있다.
일부 예에서, 광원으로부터의 광은 비-제로 전파 각도(예를 들어, 약 30-35도)로 플레이트 광 가이드(110)에 도입되거나 결합될 수 있다. 렌즈, 거울 또는 유사한 반사기(예를 들어, 기울어진 시준 리플렉터 및 프리즘(도시되지 않음)) 중 하나 이상은 예를 들어, 비-제로 전파 각도에서 광빔으로서 플레이트 광 가이드(110)의 입력 단부 내로 광을 결합링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일단 플레이트 광 가이드(110)에 결합되면, 안내된 광빔(104)은 일반적으로 입력 단부로부터 멀어지는 방향으로 플레이트 광 가이드(110)를 따라 전파한다. 또한, 안내된 광빔(104)은 플레이트 광 가이드(110) 내에서 비-제로 전파 각도로 전파한다. 특히, 플레이트 광 가이드(110)는 안내된 광빔(104)이 플레이트 광 가이드(110)를 따라 전파할 때 안내된 광빔(104)을 플레이트 광 가이드(110)의 상면과 저면 간에 반사하거나 '바운스'함으로써 광을 안내하게 구성된다.
또한, 플레이트 광 가이드(110)에 광을 결합으로써 생성된 안내된 광빔(104)은, 다양한 예에 따라, 시준된 광빔일 수 있다. 특히, "시준된"이라는 것은 안내된 광빔(104) 내의 광선이 안내된 광빔(104) 내에서 서로 실질적으로 평행하다는 것을 의미한다. 안내된 광빔(104)으로부터 발산하거나 산란되는 광선은, 본원에 정의에 의해, 시준 안내된 광빔(104)의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 시준 안내된 광빔(104)을 생성하기 위한 광의 시준은, 예를 들어 광을 플레이트 광 가이드(110)에 결합시키기 위해 사용되는 렌즈 또는 거울(예를 들어, 경사진 시준 리플렉터, 등)에 의해 제공될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 안내된 광빔(104)은 일반적으로 수평 방향(예를 들어, 시준된 광빔)으로 플레이트 광 가이드(110)를 따라 전파한다. 안내된 광빔(104)의 일반적인 전파는 도 2a 및 도 2b에서 왼쪽에서 오른쪽으로 x 축을 따라 가르키는 굵은 수평 화살표로 도시되어있다. 또한, 전파하는 안내된 광빔(104)의 광선(예를 들어, 중앙 광선)은, 예를 들어 플레이트 광 가이드(110) 내에서 확장된 각진 화살표로 표현되었다. 안내된 광빔(104)은 예를 들어 플레이트 광 가이드(110) 내의 하나 이상의 광학 모드를 나타낼 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 안내된 광빔(104)은 내부 전반사에 기인하여 플레이트 광 가이드(110)의 물질(예를 들어, 유전체)과 주변 매체 사이의 계면에서 플레이트 광 가이드(110)의 벽(예를 들어, 상면 또는 전방면 및 저면 또는 후방면)에서 '바운스' 혹은 반사함으로써 일반적인 전파 방향으로 전파한다.
일부 예에서, 플레이트 광 가이드(110)는 유전체 물질과 같은 광학적으로 투명한 물질의 연장된 실질적으로 평면 시트를 포함하는 슬랩 또는 플레이트 광학 도파로일 수 있다. 실질적으로 평면 유전체 물질의 시트는 안내된 광빔(104)을 내부 전반사를 사용하여 안내하도록 구성된다. 다양한 예에 따라, 플레이트 광 가이드(110)의 광학적으로 투명한 물질은 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 폴리머(예를 들면, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트, 등)을 포함한 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 다양한 유전체 물질 중 임의의 것을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드(110)는 플레이트 광 가이드(110)(도시되지 않음)의 표면(예를 들어, 상면 및 저면 중 하나 또는 둘 모두)의 적어도 일부분 상에 클래딩 층을 더 포함할 수 있다. 일부 예에 따라, 클래딩 층은 내부 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 예에 따라, 안내된 광빔(104)은 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 갖는다. 제1 및 제2 편광 성분은 다양한 예에 따라 서로 실질적으로 직교할 수 있다. 일부 예에서, 제1 편광 성분은 횡전계(TE) 편광 성분이고, 제2 편광 성분은 횡자계(TM) 편광 성분이다.
일부 예에서, 안내된 광빔(104)은 초기에는 실질적으로 비-편광된, 또는 등가적으로 '무작위로 편광된' 광으로서 플레이트 광 가이드(110)에 결합될 수 있다. 다른 예에서, 안내된 광빔(104)은 플레이트 광 가이드(110)에 결합될 때 임의의 편광을 가질 수 있다. 이와 같이, 안내된 광빔(104)의 일부는 제1 편광 성분에 연관된 것으로서, 또는 등가적으로 제1 편광 성분인 것으로서 간주될 수 있다. 유사하게, 안내된 광빔(104)의 다른 부분은 안내된 광빔(104)의 제2 편광 성분에 연관된 것으로서, 또는 동등하게 제2 편광 성분인 것으로서 간주될 수 있다. 광 부분 또는 제1 및 제2 편광 성분은 함께 조합하여, 다양한 예에 따라, 안내된 광빔(104)을 생성한다. 특히, 일부 예에 따라, 안내된 광빔(104)은 2개의 직교하는 편광 성분(예를 들어, 제1 및 제2 편광 성분)의 중첩으로 표현될 수 있다.
일부 예에서, 제1 편광 성분에 대응하거나 이와 연관된 안내된 광빔(104)의 제1 부분의 특성(예를 들어, 세기, 양, 레벨, 등)은, 특히 플레이트 광 가이드(110)의 입력 단부 근방에서, 플레이트 광 가이드(110) 내의 제2 편광 성분에 대응하거나 또는 이와 연관된 안내된 광빔(104)의 제2 부분의 특성(예를 들어, 세기, 등)과 거의 동일할 수 있다. 즉, 플레이트 광 가이드(110)의 입력 단부에서 실질적으로 편광되지 않거나 임의로 편광된 안내된 광빔(104)의 광은 제1 편광 성분과 제2 편광 성분(예를 들어, TE 및 TM 편광 성분) 사이에 대략 동일하게 분포될 수 있다. 다른 예에서, 안내된 광빔(104)의 제1 편광 성분 부분의 특성은 제2 편광 성분 부분보다 크거나 제2 편광 성분 부분의 특성은 제1 편광 성분 부분보다 크다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 편광 믹싱 광 가이드(100)는 플레이트 광 가이드(110) 내에 편광 리타더(120)를 더 포함한다. 편광 리타더(120)는 안내된 광빔104)의 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 제1 및 제2 편광 성분의 선형 조합으로 재분포하도록 구성된다. 재분포는 일부 예에 따라, 안내된 광빔(104)의 제1 및 제2 편광 성분을 상호교환할 수 있다.
특히, 안내된 광빔(104)이 비-제로 전파 각도에서 편광 리타더(120)를 통과할 때, 편광 리타더(120)는 제1 편광 성분에 연관된 안내된 광빔(104)의 광(또는 광 부분) 제1 편광 성분과 제2 편광 성분의 소정의 선형 조합으로 재분포하도록 구성된다. 또한, 편광 리타더(120)는 제2 편광 성분에 연관된 안내된 광빔의 광(또는 광 부분)을 제1 및 제2 편광 성분의 또 다른 소정의 선형 조합으로 재분포하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 편광 성분이 TE 편광 성분(eTE)이고 제2 편광 성분이 TM 편광 성분(eTM)이라면, 편광 리타더(120)는 TE 편광 성분(eTE)에 연관된 광 부분을 TE 및 TM 편광 성분의 선형 조합으로 재분포할 수 있다(예를 들어, eTE -> a·eTE + b·eTM이며, a, b는 |a|2 + |b|2 = 1이 되게 하는 0과 1 사이의 정수이다. 유사하게, 편광 리타더(120)는 TM 편광 성분(eTM)에 연관된 광 부분을 TE 및 TM 편광 성분의 또 다른 선형 조합으로 재분포할 수 있다(예를 들어, eTM -> c·eTE + d·eTM이며, c, d는 |c|2 + |d|2 = 1이 되게 하는 0과 1 사이의 정수이다.
일부 예에서, 편광 리타더(120)에 의해 제공된 광 재분포는 안내된 광빔(104)의 제1 및 제2 편광 성분을 상호교환하거나 적어도 실질적으로 상호교환할 수 있다. '상호교환'이란, 제1 편광 성분에 연관된 광에 대응하는 안내된 광빔(104)의 일부가 제2 편광 성분으로 효과적으로 '변환'되고, 반면 제2 편광 성분에 연관된 광에 대응하는 안내된 광빔(104)의 일부가 제1 편광 성분으로 효과적으로 '변환'됨을 의미한다. 예를 들어, 선형 조합으로 인해 모든 TE 편광 성분(eTE)및 모든 TM 편광 성분(eTM)이 TE 편광 성분(eTM)만으로 재분포하게 된다면(예를 들어, |a|=0; |b|=1 및 |c|=0; |d|=1), TE 및 TM 편광 성분은 상호교환된다. 즉, 편광 리타더(120)는 안내된 광빔(104)의 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 실질적으로 서로교환한다.
편광 리타더(120)의 예는 다양한 복굴절 결정(예를 들면, 운모, 방해석, 석영, 등), 복굴절 폴리머, 및 액정 리타더를 포함하는데, 이에 제한되지는 않는다. 일부 예에서, 편광 리타더(120)는 단축 리타더일 수 있고, 다른 예에서는 다축 리타더가 채용될 수도 있다.
일부 예에서, 편광 리타더(120)는 '반-파' 플레이트로서 작용할 수 있다. 즉, 비-제로 전파 각도에서의 편광 리타더(120)를 통한 안내된 광빔(104)의 전체 광학 경로 길이는, 안내된 광빔(104)의 편광 성분의 선형 중첩 간에 대략 1/2 파장 차분 위상 지연을 도입하도록 구성된다. 예를 들어, 1/2 파장 차분 위상 지연은 예를 들어 식1에 의해 주어진 제1 편광 성분(e1)과 식2에 의해 주어진 제2 편광 성분(e2)과의 선형 중첩 간에 위상 지연 또는 차이일 수 있다.
Figure 112017051404646-pct00001
여기서 eTE와 eTM은 각각 TE와 TM 편광 성분이다. 약 1/2 파장의 차분 위상 지연은, 다양한 예에 따라, 편광 리타더(120)의 출력 또는 출구 지점에서 제1(예를 들어, TE) 편광 성분과 제2(예를 들어, TM) 편광 성분을 실질적으로 상호교환한다.
일부 예에서(예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은), 편광 리타더(120)는 편광 리타더 필름 또는 층을 포함한다. 예를 들어, 편광 리타더(120)는 제1 및 제2 편광 성분의 전술한 차분 위상 지연을 제공하도록 구성되거나 또는 등가적으로 제1 및 제2 편광 성분에 각각 연관된 광의 전술한 재분포를 제공하도록 구성된 복굴절을 갖는 폴리머 필름 또는 층을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 편광 리타더(120)는 단축 리타더 필름(예를 들어, 폴리머 단축 리타더 필름)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 편광 리타더(120)의 편광 리타더 물질은 광 가이드 유전체 물질에 인접하게 제공되거나, 또는 유전체 물질 내에 내장되거나 이에 의해 둘러싸인다. 편광 리타더 물질의 층으로서, 편광 리타더(120)는 예를 들어 플레이트 광 가이드와 동일 평면인 연속된 층 또는 불연속한 층(예를 들어, 광 가이드와 함께 분포된 물질의 섬)일 수 있다.
일부 예에서, 편광 리타더(120)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면에 인접한 층 또는 필름(예를 들어, '편광 리타더 층'(120))을 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광 리타더 층(120)은 플레이트 광 가이드(110)의 후방면 혹은 전방면에 인접할 수 있다. 또한, 편광 리타더 층(120)은, 일부 예에서, 광이 플레이트 라이트(110)로부터 산란되는(예를 들면, 이하 더욱 기술되는 바와 같이, 광빔(102)으로서) 플레이트 광 가이드 표면에 대향하는 플레이트 광 가이드(110)의 표면에 인접할 수 있다. 예를 들어,도 2a에 도시된 바와 같이, 편광 리타더층(120)은 광빔(102)이 산란되는(예를 들면, 이하 기술되는, 멀티빔 회절 격자에 의해) 플레이트 광 가이드(110)의 전방면에 대향하는 플레이트 광 가이드(110)의 후방면에 인접해 있다. 다른 예에서, 편광 리타더 층(120)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 플레이트 광 가이드(110) 내에 위치할 수 있지만, 플레이트 광 가이드(110)의 전방면 및 후방면 모두로부터 이들 사이에서 이격되어 배치될 수 있다.
일부 예에서, 편광 리타더 층(120)은 플레이트 광 가이드(110)와 실질적으로 동일 평면 상에 있다. 예를 들어, 편광 리타더 층(120)은 플레이트 광 가이드(110)의 후방면 상에 형성되거나 이에 도포되는 층일 수 있다(예를 들면, 도 2a에서와 같이). 다른 실시예에서, 편광 리타더 층(120)은 편광 리타더 층(120)의 표면(예를 들어, 상면)이 실질적으로 평행하지만 플레이트 광 가이드(110)의 표면(예를 들어, 상면)으로부터 이격되도록(예를 들어, 도 2b에서와 같이) 플레이트 광 가이드(110) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 편광 리타더 층(120)은 편광 리타더 층(120)과 함께 플레이트 광 가이드(110)를 형성하는 2개의 다른 층들 사이에 적층, 접착 또는 아니면 부착될 수 있다. 이와 같이, 플레이트 광 가이드(110) 내에 실질적으로 평행하게 위치된 편광 리타더 층(120)은, 정의에 의해, 플레이트 광 가이드(110)와 동일 평면 상에 있다. 다른 실시예에서, 편광 리타더 층(120)은 플레이트 광 가이드 표면들 중 하나 혹은 둘 다에 관하여 각도로 플레이트 광 가이드(110) 내에 위치될 수 있고, 따라서, 편광 리타더 층(120)은 플레이트 광 가이드(110)와 실질적으로 동일 평면 상에 있지 않다.
또 다른 예에서, 플레이트 광 가이드(110) 자체가 편광 리타더(120)일 수 있다. 예를 들어, 편광 리타더(120)는 플레이트 광 가이드(110)를 따라 이 내에 분포된 복수의 편광 리타더 영역 또는 블록으로서 구현될 수 있다. 편광 리타더(120)를 형성하는 편광 리타더 영역은 예를 들어 플레이트 광 가이드(110)의 길이를 따라 주기적으로 배치될 수 있다. 다른 예에서, 플레이트 광 가이드(110)는 예를 들어, 플레이트 광 가이드(110) 자체 또는 이의 실질적인 부분이 편광 리타더(120)가 되도록 복굴절을 나타내는 물질을 포함한다.
도 3은 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 편광 믹싱 광 가이드(100)의 일부분의 단면도를 도시한다. 특히, 도 3의 단면도는 편광 믹싱 광 가이드(100)의 플레이트 광 가이드(110)의 후방면(112)에 인접한 편광 리타더 층(120)을 포함하는 플레이트 광 가이드(110)의 부분의 예를 도시한다. 도 3에 도시된 편광 믹싱 광 안내 부분은 예를 들어 도 2a에 도시된 편광 믹싱 광 가이드(100)의 부분일 수 있다. 이 예에서, 편광 리타더 층(120)의 후방면은 도시된 바와 같이 플레이트 광 가이드(110)의 후방면(112)에 대응하거나 또는 이와 함께 배치됨에 유의한다.
플레이트 광 가이드(110) 내의 안내된 광빔(104)은 전파 방향(좌측에서 우측으로)으로 지향된, 'θ'로 나타낸 비-제로 전파 각도를 갖는 벡터로서 도시된다. 벡터는 예를 들어, 안내된 광빔(104)의 주 포인팅 벡터에 대응할 수 있다. 도시된 바와 같이, 비-제로 전파 각도(θ)는 예를 들어 약 30도이다. 제1 편광 성분(104')을 나타내는 제1 벡터(편광 리타더 층(120)의 상면에 평행하고 도면 용지 밖으로 향하는 벡터를 나타내기 위해 중앙에 점을 갖는 원으로 도시된), 및 편광 리타더(120)에 들어가기 전에 제1 편광 성분(104')과 직교하는, 안내된 광빔(104)의 제2 편광 성분(104")을 나타내는 제2 벡터가 또한 도시되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 편광 성분(104', 104")은 서로 직교하고 또한 안내된 광빔(104)의 주 포인팅 벡터에도 직교한다. 편광 리타더 층(120)의 입력 또는 진입 위치(122)에서, 제1 편광 성분(104')은 안내된 광빔(104)의 TE 편광 성분에 대응할 수 있고, 제2 편광 성분(104")은 예를 들어 안내된 광빔(104)의 TM 편광 성분에 대응할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 안내된 광빔(104)은 플레이트 광 가이드(110)의 후방면(112)에 마주칠 때까지 제1 방향으로 편광 리타더 층(120)을 통과한다. 후방면(112)에서, 안내된 광빔(104)은 내부 전반사에 의해 반사된 다음 편광 리타더 층(120)을 두번째로 통과한다. 안내된 광빔(104)은 편광 리타더 층(120)의 출력 또는 출구 위치(124)에서 빠져나간다. 안내된 광빔(104)은 도시된 바와 같이 편광 리타더 층(120)을 두번 효과적으로 통과한다는 것에 유의한다. 따라서, 안내된 광빔(104)은 편광 리타더 층(120)을 통해 입구 위치(122)에서 편광 리타더 층(120)의 출구 위치(124)로 '왕복'한다.
왕복 동안에, 편광 리타더 층(120)은 상술한 바와 같이 제1 및 제2 편광 성분(104', 104")에 연관된 광을 재분포한다. 특히, 도시된 바와 같이, 제2 편광 성분(104")이 편광 리타더 층(120)의 상면과 평행하게 편광 리타더 층(120)을 빠져나가고(도면 용지 안으로의 방향을 나타내기 위해 중간에 +가 있는 원으로 도시된 벡터); 제1 편광 성분(104')이 도 3에 제2 편광 성분(104")에 직교하는 벡터로서, 편광 리타더 층(120)의 상면으로부터 멀어져 빠져나가도록, 편광 리타더 층(120)은 안내된 광 편광을 회전시킨다.
따라서, 편광 리타더 층(120)의 출구 위치(124)에서, 제1 편광 성분(104')은 이제 안내된 광빔(104)의 제2 편광 성분에 대응하거나 이것으로 효과적으로 변환되고, 제2 편광 성분(104")은 이제 안내된 광빔(104)의 제1 편광 성분(104 ')에 대응하거나 이것으로 효과적으로 변환되었다(즉, 안내된 광빔(104)은 180도 편광 회전이 되었다). 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 안내된 광빔(104)의 제1 및 제2 편광 성분(104', 104")은 편광 리타더(120)를 통한 왕복 통과 및 이와 관련된 광 재분포에 의해 상호교환되어졌다.
예를 들어, 편광 리타더 층(120)은 이상 굴절률(ne)을 특징으로하는 이상 축 또는 저속 축 및 일반 굴절률(no)을 특징으로하는 일반 또는 고속 축을 갖는 단축 복굴절 물질층일 수 있으며, 여기서 고속 축은 저속 축에 직교한다. 또한, 도 3에 도시된 예를 참조하면, 저속 축은 편광 리타더 층(120)의 상면의 평면(예를 들어, 도 3의 xy 평면) 내에서 안내된 광빔(104)의 전파 방향(즉, x-방향을 따른)에 대해 각도(φ)만큼 회전될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 비-제로 전파 각도(θ), 및 위에 식1 및 식2에서 주어진 편광 성분(e1, e2)을 갖는 안내된 광빔(104)에 대해서, 탄젠트 φ가 사인 θ와 동일하게 되도록(즉, tan(φ) = sin(θ)), 편광 리타더 층(120)의 회전 각도(φ)가 선택된다면, 왕복 차분 위상 지연(δ)은 다음과 같이 식3에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112017051404646-pct00002
여기서 t는 z-방향으로 편광 리터더 층(120)의 두께이다. 왕복 차분 위상 지연(δ)이 파장(λ)을 2로 나눈 것(δ=λ/2)과 같게 되도록 회전 각도(φ)가 선택된다면, 편광 성분(e1, e2)은, 일부 예에 따라, 도 3의 편광 리타더 층(120)을 통한 왕복에 의해 상호교환되어질 것이다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에 따라, 편광-믹싱 광 가이드(100)는 편광 믹싱 광 가이드(100)로부터 밖으로 그리고 멀리 지향되는 복수의 광 빔 (102)을 제공하거나 발생하도록 구성된 멀티빔 격자 기반 백라이트일 수 있거나, 이 내에 포함되거나, 이로서 사용될 수 있다. 또한, 광빔(102)은, 여러 예에 따라, 서로 다른 소정의 방향으로 밖으로 그리고 멀어지게 지향된다. 일부 예에서, 서로 상이한 방향들을 갖는 복수의 광빔(102)은 전자 디스플레이의 복수의 픽셀을 형성할 수 있다. 또한, 일부 예에서, 전자 디스플레이는 소위 '무안경식' 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이)이다. 특히, 복수의 광빔(102)은 3-D 정보의 디스플레이를 지원하는 광 필드를 형성할 수 있다.
특히, 복수의 광빔의 광빔(102)은 다양한 예에 따라 복수의 광빔의 다른 광빔(102)(예를 들어, 도 2a-도 2b 참조)과는 상이한 주각 방향을 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 광빔(102)은 비교적 좁은 각 퍼짐을 가질 수 있다. 이와 같이, 광빔(102)은 광빔(102)의 주각 방향에 의해 실질적으로 설정되는 방향으로 멀티빔 격자 기반 백라이트로부터 멀리 지향될 수 있다. 일부 예에서, 광빔(102)은 개별적으로 변조될 수 있다(예를 들면, 후술하는 바와 같이 광 밸브에 의해). 멀티빔 회절 격자-기반 백라이트로부터 먼 다른 방향으로 지향된 광빔(102)의 개별적인 변조는, 예를 들어 3-D 전자 디스플레이 응용에 특히 유용할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트로서 기능하는 편광 믹싱 광 가이드(100)는 멀티빔 회절 격자(130)를 더 포함한다. 다양한 예(예를 들어, 도 2a-도 2b에 도시된 바와 같이)에 따라, 멀티빔 회절 격자 (130)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(예를 들어, 전방면)에 위치되고, 회절 결합에 의해 또는 이를 이용하여 안내된 광빔(104)의 부분 또는 부분들을 플레이트 광 가이드(110)로부터 산란시키거나 또는 회절적으로 아웃커플링하도록 구성된다. 특히, 안내된 광빔(104)의 아웃커플링된 부분은 복수의 광빔(102)으로서 플레이트 광 가이드 표면으로부터 멀어지도록 회절적으로 재지향된다. 전술한 바와 같이, 복수의 광빔(102) 각각은 서로 다른 주각 방향을 갖는다(예를 들어, 복수의 광빔이 광 필드를 형성하도록). 또한, 광빔(102)은 다양한 예에 따라, 플레이트 광 안내 표면에 혹은 이 위에 멀티빔 회절 격자(130)가 위치되는 이 표면으로부터 멀어지도록 회절적으로 재지향된다.
일반적으로, 멀티빔 회절 격자(130)에 의해 생성된 광빔(102)은 다양한 예에 따라 발산 또는 수렴(도시 생략)될 수 있다. 특히, 도 2a 및 도 2b는 발산하는 복수의 광빔(102)을 도시한다. 광빔(102)이 발산 또는 수렴하는지 여부는 멀티빔 회절 격자(130)의 특성(예를 들어 처프 방향)에 대한 안내된 광빔(104)의 전파 방향에 의해 결정된다. 광빔(102)이 발산하는 일부 예에서, 발산 광빔(102)은 멀티빔 회절 격자(130)의 아래 또는 뒤에 얼마간의 거리에 위치된 '가상' 지점(도시되지 않음)으로부터 발산하는 것처럼 나타날 수 있다. 유사하게, 수렴 광빔은 일부 예에 따라, 멀티빔 회절 격자(130)(예를 들어, 플레이트 광 가이드 전방면) 위 혹은 전방에 가상 지점(도시되지 않음)에서 수렴 또는 교차한다.
도 2a 및 도 2b에 더 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(130)는 회절을 제공하도록 구성된 복수의 회절 피처(132)를 포함한다. 제공된 회절은 플레이트 광 가이드(110)로부터 안내된 광빔(104)의 회절적 아웃커플링을 하기 위한 것이다. 예를 들어, 멀티빔 회절 격자(130)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면에 홈 및 회절 피처(132)로서 작용하는 플레이트 광 가이드 표면으로부터 돌출된 리지(도 2a에 도시된 바와 같이) 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 홈 및 리지는 서로 평행하게, 그리고 멀티빔 회절 격자(130)에 의해 아웃커플링될 안내된 광빔(104)의 전파 방향에 수직인, 회절 피처(132)를 따라 적어도 어느 지점에 배열될 수 있다.
일부 예에서, 홈 및 리지는 표면에 에칭되거나, 밀링되거나 또는 몰딩되거나 표면 상에 도포될 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자(130)의 물질은 플레이트 광 가이드(110)의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(130)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면으로부터 돌출하는 실질적으로 평행한 리지를 포함한다. 도 2b에서, 멀티빔 회절 격자(130)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면을 관통하는 실질적으로 평행한 홈(132)을 포함한다. 다른 예들(도시되지 않음)에서, 멀티빔 회절 격자(130)는 광 가이드 표면에 피착, 도포 또는 부착된 필름 또는 층일 수 있다.
멀티빔 회절 격자(130)는 다양한 예에 따라 플레이트 광 가이드(110)의 표면 상에 또는 표면 내에 다양한 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 회절 격자(130)는 광 안내 표면에 걸쳐 열과 행으로 배열된 복수의 격자(예를 들어, 멀티빔 회절 격자)의 멤버일 수 있다. 멀티빔 회절 격자(130)의 행 및 열은 예를 들어 멀티빔 회절 격자(130)의 직사각형 어레이를 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 복수의 멀티빔 회절 격자(130)는 원형 어레이를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 어레이로서 배열될 수 있다. 또 다른 예에서, 복수의 멀티빔 회절 격자(130)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면에 거쳐 실질적으로 랜덤하게 분포될 수 있다.
일부 예에 따라, 멀티빔 회절 격자(130)는 처프된 회절 격자(130)를 포함할 수 있다. 정의에 의해, '처프된 회절 격자'(130)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 처프된 회절 격자(130)의 범위 또는 길이에 걸쳐 변화하는 회절 피처의 회절 피치 또는 간격(d)을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 여기서, 변하는 회절 간격(d)을 '처프'라고 한다. 결과적으로, 플레이트 광 가이드(110)로부터 회절적으로 아웃커플링된 안내된 광빔(104)은 처프된 회절 격자(130)에 걸쳐 광빔(102)의 각각의 원점의 상이한 지점에 대응하는 상이한 회절 각도로 광빔(102)으로서 처프된 회절 격자(130)로부터 출구 또는 방출된다. 처프에 의해, 처프된 회절 격자(130)는 상이한 주각 방향을 갖는 복수의 광빔(102)을 생성할 수 있다.
일부 예에서, 처프된 회절 격자(130)는 거리에 따라 선형적으로 변화하는 회절 간격(d)의 처프를 가지거나 나타낼 수 있다. 이와 같이, 처프된 회절 격자(130)는 '선형으로 처프된' 회절 격자라 지칭될 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 예를 들어 선형적으로 처프된 회절 격자로서 멀티빔 회절 격자(130)를 도시한다. 특히, 도시된 바와 같이, 회절 피처(132)는 제2 단부(130")에서보다 멀티빔 회절 격자(130)의 제1 단부(130')에서 함께 더 가깝다. 또한, 예시된 회절 피처(132)의 회절 간격(d)은 제1 단부(130')로부터 제2 단부(130")까지 선형으로 변한다.
일부 예에서, 전술된 바와 같이, 안내된 광빔(104)을 멀티빔 회절 격자(130)를 사용하여 플레이트 광 가이드(110)로부터 아웃커플링함으로써 생성된 광빔(102)은 안내된 광빔(104)이 제1 단부(130')에서 제2 단부(130") 방향으로 전파할 때(예컨대, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이) 발산할 수 있다(즉, 발산하는 광빔(102)일 수 있다). 대안적으로, 수렴하는 광빔(102)은 다른 예에 따라, 안내된 광빔(104)이 제2 단부(130")에서 제1 단부(130')로 전파될 때 생성될 수 있다.
또 다른 예(도시되지 않음)에서, 처프된 회절 격자(130)는 회절 간격(d)의 비선형 처프를 나타낼 수 있다. 처프된 회절 격자(130)를 실현하기 위해 사용될 수 있는 다양한 비선형 처프는 지수 처프, 대수 처프, 또는 또 다른, 실질적으로 불균일하거나 랜덤하지만 여전히 단조로운 방식으로 변하는 처프를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 사인파 처프 또는 삼각형(또는 톱니) 처프와 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 비단조적 처프가 사용될 수도 있다.
도 4는 멀티빔 회절 격자(130)를 포함하는, 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 도 2a 또는 도 2b 중 어느 하나에 도시된 편광 믹싱 광 가이드(100)의 표면의 일부의 사시도를 도시한다. 특히, 도 4는 도 2a-도 2b의 멀티빔 회절 격자(130)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 플레이트 광 가이드(110)의 표면 내에 또는 표면 상에 만곡되어 처프된(즉, 멀티빔 회절 격자(130)는 만곡되고 처프된 회절 격자이다) 회절 피처(132)(예를 들어, 홈 또는 리지)를 포함하는 멀티빔 회절 격자(104). 안내된 광빔(104)은 예로서 도 4에 도시된 바와 같이 멀티빔 회절 격자(130) 및 플레이트 광 가이드(110)에 대한 입사 방향을 갖는다. 도 4는 또한 플레이트 광 가이드(110)의 표면에서 멀티빔 회절 격자(130)로부터 멀어지는 방향으로 향하는 복수의 방출된 광빔(102)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 광빔(102)은 복수의 상이한 주각 방향으로 방출된다. 특히, 방출된 광빔(102)의 상이한 주각 방향은 도시된 바와 같이 어지무스 및 고도 둘 다에서 상이하다. 위에서 논의된 바와 같이, 회절 피처(132)의 처프 및 회절 피처(132)의 곡선 둘 다는 방출된 광빔(102)의 상이한 주각 방향이 되게 할 수 있다.
다양한 예에 따라, 멀티빔 회절 격자(130)는 제2 편광 성분에 대한 제1 편광 성분에 연관된 안내된 광빔(104)의 일부를 우선적으로 산란 또는 아웃커플링시킬 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 회절 격자(130)는 TE 편광 성분에 연관된 안내된 광빔(104)의 광 부분을 TM 편광 성분에 연관된 안내된 광빔(104)의 광 부분보다 약 3배(3X) 더 우선적으로 아웃커플링 또는 산란시킬 수 있다. 다른 편광 성분(예를 들어, TM 편광 성분)과 비교할 때 하나의 편광 성분(예를 들어, TE 편광 성분)의 우세한 산란 또는 아웃커플링은 멀티빔 회절 격자(130)와 만난 후에 플레이트 광 가이드(110) 내에 잔류하는 안내된 광빔(104)의 편광 성분 각각의 상대적 레벨 또는 세기에 변화를 초래할 수 있다. 상대적 '레벨'의 변화라는 것은 편광 성분의 세기의 상대적 량, 또는 상대적 파워, 또는 상대 에너지가 변화됨을 의미한다. 전술한 편광 리타더(120)에 의해 제공된 편광 믹싱은 다양한 예에 따라 편광 성분의 상대 레벨의 이러한 변화의 효과를 완화시킬 수 있다.
예를 들어, 멀티빔 회절 격자(130)가 안내된 광빔(104)의 제1 또는 TE 편광 성분을 더 많이 우선적으로 아웃커플링한 후에, 남아있는 안내된 광빔(104)의 TE 편광 성분의 레벨은 위에 기술된 바와 같이, TM 편광 성분 중 일부를 편광 리타더(120)를 이용하여 TE 편광 성분에 재분포(예를 들어, 상호교환)함으로써 더 많은 TE 편광 성분으로 효과적으로 '보충'된다. 편광 믹싱은 다양한 예에 따라, TM 편광 성분의 대가로 TE 편광 성분의 레벨을 효과적으로 증가시키는 역할을 한다. 이와 같이, 남은 안내된 광빔(104)의 더 큰 부분은 안내된 광빔(104)이 편광 리타더(120)를 통해 왕복이동하였을 때 또는 그후에 TE 편광 성분에 대응할 것이다. 남은 안내된 광빔(104)은 예컨대 편광 믹싱이 없는 것보다 멀티빔 회절 격자(130)에 의한 후속 회절 결합에 의해 아웃커플링될 수 있는데 가용한 TE 편광 성분에 연관된 광의 더 큰 부분을 가질 수 있다. 이는 다양한 예에 따라 플레이트 광 가이드(110)에서 편광 믹싱에 의해 재분포되거나 상호교환되는 임의의 2개의 임의의 편광 성분에 대해서도 동일할 수 있다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에 따라, 전자 디스플레이가 제공된다. 전자 디스플레이는 변조된 광빔을 전자 디스플레이의 픽셀로서 방출하도록 구성된다. 또한, 다양한 예에서, 변조된 광빔들은 복수의 상이하게 지향된 변조된 광빔으로서 전자 디스플레이의 시야 방향을 향하여 우선적으로 지향될 수 있다. 일부 예에서, 전자 디스플레이는 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들어, 무안경식 3-D 전자 디스플레이)이다. 변조된, 상이하게 지향된 광빔의 서로 상이한 것들은 다양한 예에 따라, 3-D 전자 디스플레이와 연관된 상이한 '뷰'에 대응한다. 상이한 '뷰'는 예를 들어 3-D 전자 디스플레이에 의해 디스플레이되는 정보의 '무안경식'(예를 들어, 오토스테레오스코픽 또는 홀로그램) 표현을 제공할 수 있다.
도 5는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 3D 전자 디스플레이(200)의 블록도를 도시한다. 도 5에 도시된 3-D 전자 디스플레이(200)는 광을 광빔으로 안내하는 플레이트 광 가이드(210)를 포함한다. 예를 들어, 광빔은 시준될 수 있다. 플레이트 광 가이드(210) 내의 안내된 광빔은 3D 전자 디스플레이(200)에 의해 방출된 변조된 광빔(202)이 되는 광의 소스이다. 일부 예에 따라, 플레이트 광 가이드(210)는 편광 믹싱 광 가이드(100) 또는 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트에 대해 전술한 플레이트 광 가이드(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드(210)는 내부 전반사에 의해 광을 안내하게 구성된 평면 유전체 물질 시트인 슬랩 광학 도파로일 수 있다.
또한, 플레이트 광 가이드(210)는 안내된 광빔의 편광 성분의 광을 편광 성분의 소정의 조합으로 재분포(또는 등가적으로 '편광 성분을 재분포')시키기 위한 편광 리타더 층(212)을 포함한다. 일부 예에서, 재분포는 안내된 광의 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 교환할 수 있다. 제1 편광 성분은 예를 들어 횡전계(TE) 편광 성분일 수 있고, 제2 편광 성분은 횡자계(TM) 편광 성분일 수 있다. 일부 예에 따라, 플레이트 광 가이드(210)의 편광 리타더 층(212)은 편광 믹싱 광 가이드(100) 또는 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트에 관하여 전술한 편광 리타더 층(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 편광 리타더 층(212)에 의한 편광 성분의 또는 이와 연관된 광의 재분포는, 일부 예에 따라, 본원의 정의에 의해, 편광 리타더 층(120)에 대해 전술한 광의 일부의 재분포와 실질적으로 유사하다.
도 5에 도시된 3D 전자 디스플레이(200)는 멀티빔 회절 격자(220)의 어레이를 더 포함한다. 멀티빔 회절 격자들의 어레이(220)는 플레이트 광 가이드(210)의 표면에 또는 이에 인접해 있다. 일부 예에서, 어레이의 멀티빔 회절 격자(220)는 전술한 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트로서 기능하는 편광 믹싱 광 가이드(100)의 멀티빔 회절 격자(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 멀티빔 회절 격자(220)는 안내된 광빔의 제1(예를 들어, TE) 편광 성분의 일부를 복수의 광빔(204)으로서 산란시키거나 아웃커플링하도록 구성된다. 또한, 멀티빔 회절 격자(220)는 대응하는 복수의 다른 주각 방향으로 광빔(204)을 지향하게 구성된다.
일부 예에서, 멀티빔 회절 격자(220)는 처프된 회절 격자를 포함한다. 일부 예에서, 멀티빔 회절 격자(220)의 회절 피처(예를 들어, 홈, 리지, 등)는 만곡된 회절 피처이다. 또 다른 예에서, 어레이의 멀티빔 회절 격자(220)는 만곡된 회절 피처를 갖는 처프된 회절 격자를 포함한다. 예를 들어, 만곡된 회절 피처는 만곡된(즉, 연속적으로 만곡되거나 또는 구분적으로 만곡된) 리지 또는 홈과, 멀티빔 회절 격자(220)에 걸쳐 거리의 함수로서 변할 수 있는 만곡된 회절 피처 사이의 간격을 포함할 수 있다.
또한, 일부 예에 따라, 편광 리타더 층(212)은 멀티빔 회절 격자 어레이가 위치되는 플레이트 광 가이드 표면에 대향하여 플레이트 광 가이드(210)의 표면에 인접해 있다. 다른 예에서, 편광 리타더 층(212)은 플레이트 광 가이드(210)의 전방면과 후방면 사이에 위치되고 이들로부터 이격된다. 일부 예에서, 편광 리타더 층(212)은 실질적으로 플레이트 광 가이드(210)에 전체에 걸쳐 실질적으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드(210)는 플레이트 광 가이드(210)가 편광 리타더 층(212)이기도 하도록 복굴절 물질을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 3차원 전자 디스플레이(200)는 광 밸브 어레이(230)를 더 포함한다. 광 밸브 어레이(230)는 다양한 예에 따라 복수의 상이한 방향의 광빔(204)을 변조하도록 구성된 복수의 광 밸브를 포함한다. 특히, 광 밸브 어레이(230)의 광 밸브는 3-D 전자 디스플레이(200)의 픽셀인 변조된 광빔(202)을 제공하기 위해 상이한 방향의 광빔(204)을 변조한다. 또한, 변조된 상이한 방향의 광빔들(202)의 서로 상이한 것들은 3-D 전자 디스플레이의 상이한 뷰들에 대응할 수 있다. 다양한 예에서, 광 밸브 어레이(230)의 상이한 유형의 광 밸브는 액정 광 밸브, 일렉트로웨팅 광 밸브, 및 전기영동 광 밸브를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 점선은 광빔(202)의 변조를 나타내기 위해 도 5에서 사용된다.
일부 예에서(예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이), 3-D 전자 디스플레이(200)는 광원(240)을 더 포함한다. 광원(240)은 안내된 광으로서 플레이트 광 가이드(210) 내에서 전파하는 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 안내된 광은 일부 예에 따라, 플레이트 광 가이드(210)의 에지 또는 단부에 결합되는 광원(240)으로부터의 광이다. 다양한 예들에서, 광원(240)은 발광 다이오드(LED), 형광, 및 레이저 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 실질적으로 임의의 광원일 수 있다. 일부 예에서, 광원(240)은 특정 색으로 표시된 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색의 광을 생성할 수 있다. 특히, 단색광의 색은 특정 색 개멋 또는 색 모델(예를 들어, 적-녹-청(RGB) 색 모델)의 원색일 수 있다. 렌즈, 시준 반사기 또는 유사한 디바이스는, 예를 들어 단부 또는 이의 에지에서 플레이트 광 가이드(110) 로의 광의 결합을 용이하게 할 수 있다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에 따라, 전자 디스플레이 동작 방법이 제공된다. 도 6은 본원에 설명된 원리들에 일관된 예에 따라, 전자 디스플레이 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전자 디스플레이 동작 방법(300)은 플레이트 광 가이드 내의 광을 비-제로 전파 각도에서 광의 빔으로서 안내하는 단계(310)를 포함한다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드 및 안내된 광은 편광 믹싱 광 가이드(100)에 관하여 전술한, 플레이트 광 가이드(110) 및 안내된 광빔(104)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 예에서, 플레이트 광 가이드는 내부 전반사에 따라 안내된 광빔을 안내할 수 있고(310), 안내된 광빔은 시준될 수 있다. 또한, 플레이트 광 가이드는 일부 예에서, 실질적으로 평면 유전체 광학 도파로 또는 슬랩 도파로(예를 들어, 평면 유전체 시트)일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전자 디스플레이 동작의 방법(300)은 안내된 광빔의 일부를 멀티빔 회절 격자를 사용하여 회절적으로 아웃커플링하는 단계(320)를 더 포함한다. 다양한 예에 따라, 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드의 표면 내에 홈, 리지, 등으로서 위치된다. 예를 들면, 멀티빔 회절 격자는 홈, 리지 등으로서 플레이트 광 가이드 표면에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드 표면 상에 필름을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 멀티빔 회절 격자는 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트로서 기능하는 편광 믹싱 광 가이드(100)에 관하여 전술한 멀티빔 회절 격자(130)와 실질적으로 유사하다.
특히, 멀티빔 회절 격자에 의해 플레이트 광 가이드로부터 회절적으로 아웃커플링된(320) 안내된 광의 부분은 복수의 광빔을 생성한다. 복수의 광빔은 플레이트 광 가이드 표면으로부터 멀어지도록 재지향된다. 또한, 표면으로부터 멀어지게 재지향된 복수의 광빔의 광빔은 복수의 다른 광빔과는 다른 주각 방향을 갖는다. 일부 예에서, 복수의 재지향된 광빔 각각은 복수의 다른 광빔에 대해 상이한 주각 방향을 갖는다.
또한, 멀티빔 회절 격자에 의해 회절적으로 아웃커플링된(320) 안내된 광의 부분은 실질적으로 제1 편광 성분에 대응하는 부분일 수 있다. 특히, 제1 편광 성분의 더 큰 부분은 안내된 광의 제2 편광 성분에 대해 회절적으로 아웃커플링될 수 있다(320). 예를 들어, 멀티빔 회절 격자는 멀티빔 회절 격자가 위치한 표면 부근에서 안내된 광의 제1 편광 성분을 우선적으로 회절적으로 아웃커플링할 수 있다(320). 제2 편광 성분은 제1 편광 성분보다 훨씬 낮은 레벨에서 멀티빔 회절 격자에 의해 실질적으로 아웃커플링되거나 아웃커플링되지 않을 수 있다. 일부 예에서, 제1 편광 성분은 횡전계(TE) 편광 성분이고 제2 편광 성분은 횡자계(TM) 편광 성분일 수 있다.
안내된 광의 일부를 회절적으로 아웃커플링하는 단계(320)는 여러 예에 따라, 멀티빔 회절 격자를 넘어(예를 들어, 멀티빔 회절 격자로부터의 하류측의 플레이트 광 가이드의 광학 경로를 더욱 따라) 플레이트 광 가이드의 영역에서, 안내된 광의 제1 및 제2 편광 성분의 비를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 회절 격자는 안내된 광이 이동하는 광학 경로를 나타내는 플레이트 광 가이드의 길이를 따라 위치된 멀티빔 회절 격자들의 어레이의 제1 멤버일 수 있다. 안내된 광의 일부가 멀티빔 회절 격자들의 어레이의 제1 멤버에 의해 회절적으로 아웃커플링된 후에(320), 플레이트 광 가이드 내에 잔류하는 안내된 광의 부분은 어레이의 또 다른 멀티빔 회절 격자를 향하여 전술한 비-제로 전파 각도로 안내될 수 있다. 제1 멤버에 의해 회절적으로 아웃커플링한(320) 후에 남아있는 안내된 광의 부분은 예를 들어, 제1 멀티빔 회절 격자 멤버에 의해 회절적으로 아웃커플링함으로써(320) 생성된 비에 변화의 결과로서 제1 편광 성분(예를 들어, TE 편광 성분)의 레벨보다 높은 레벨의 제2 편광 성분(예를 들어, TM 편광 성분)을 포함할 수 있다.
다양한 예에 따라(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이), 전자 디스플레이 동작의 방법(300)은 제1 및 제2 편광 성분의 편광 믹싱을 제공하기 위해 안내된 광빔의 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포하는 단계(330)를 더 포함한다. 편광 믹싱을 제공하기 위해 편광 성분에 연관된 광을 재분포하는 단계(330)는 안내된 광을 회절적으로 아웃커플링한(320) 후에 남은 안내된 광에 대해 수행될 수 있다. 일부 예에서, 광을 재분포하는 것(330)은 편광 믹싱을 제공하기 위해 안내된 광의 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 상호교환할 수 있다. 다양한 예에 따라, 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포하는 것(330)은 편광 믹싱 광 가이드(100)에 관하여 전술한 편광 리타더(120)와 실질적으로 유사한 편광 리타더에 의해 제공될 수 있다.
특히, 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포하는 단계(330)는 안내된 광빔을 편광 리타더 층을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 편광 리타더 층은, 일부 예에 따라, 제1 및 제2 편광 성분 간에 약 1/2 파장 차분 위상 지연 또는 이들의 선형 중첩을 도입하기에 충분한 총 왕복 광학 경로 길이를 제공할 수 있다. 제1 및 제2 편광 성분과 관련된 광을 재분포함으로써(330) 달성되는 편광 믹싱에 의해, 안내된 광의 제1(예를 들어, TE) 편광 성분은 보충되는데, 즉 편광 믹싱 전에 제2 편광 성분의 레벨에 대응하는 레벨을 갖게 된다. 또한, 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분배함으로써(330) 달성되는 편광 믹싱으로, 안내된 광의 제2 편광 성분의 레벨은 이러한 편광 믹싱 전에 제1 편광 성분 레벨에 대응하게 된다.
일부 예에 따라, 플레이트 광 가이드에서 광을 안내(310)하고, 안내된 광의 일부를 회절적으로 아웃커플링(320)하고, 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포(330)하는 것은 반복될 수 있다. 특히, 전자 디스플레이 동작 방법(300)은 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포한 후에 다른 멀티빔 회절 격자를 사용하여 안내된 광의 또 다른 부분을 회절적으로 아웃커플링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 전자 디스플레이 동작 방법(300)은 다른 부분을 회절적으로 아웃커플링한 후에 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포하는 것을 포함할 수 있다. 다른 멀티빔 회절 격자는 멀티빔 회절 격자들의 어레이의 멤버일 수 있으며, 어레이의 멤버들은 예를 들어, 안내된 광에 대한 광학 경로를 나타내는 플레이트 광 가이드의 길이를 따라 위치된다. 이와 같이(도시되지 않음), 안내된 광의 일부를 회절적으로 아웃커플링하고, 이어서 남은 안내된 광의 제1 및 제2 편광 성분에 연관된 광을 재분포하는 것은 예를 들어, 플레이트 광 가이드 길이를 따라 어레이의 멀티빔 회절 격자 각각에 대해 반복될 수 있다. 플레이트 광 가이드에서 안내된 광빔에 대해 광을 회절적으로 아웃커플링하고(320) 광을 재분포하는 것(330)을 반복하는 것은 광을 재분포(330)하지 않는 것보다 전자 디스플레이 동작 동안 아웃커플링된 광빔의 실질적으로 일정한 레벨 또는 세기를 생성할 수 있다.
일부 예(도시되지 않음)에 따라, 전자 디스플레이 동작 방법(300)은 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 대응하는 복수의 광 밸브들을 사용하여 멀티빔 회절 격자에 의해 플레이트 광 가이드의 회절적으로 아웃커플링된(320) 복수의 광빔을 변조하는 단계를 더 포함한다. 복수의 광빔은 예를 들어 대응하는 복수의 광 밸브를 통과하거나 아니면 이와 상호작용함으로써 변조될 수 있다. 변조된 광빔은 3차원(3-D) 전자 디스플레이의 픽셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 변조된 광빔은 3-D 전자 디스플레이(예를 들어, 무안경식 3-D 전자 디스플레이)의 복수의 뷰를 제공할 수 있다.
일부 예에서, 3-D 전자 디스플레이는 전술한 3-D 전자 디스플레이(200)와 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 다양한 예에 따라, 광빔을 변조하는데 사용되는 광 밸브는 전술한 3-D 전자 디스플레이(200)의 광 밸브 어레이(230)의 광 밸브와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광 밸브는 액정 광 밸브를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 광 밸브는 일렉트로웨팅 광 밸브 또는 전기영동 광 밸브를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 유형의 광 밸브일 수 있다.
이에 따라, 편광-믹싱 광 가이드, 멀티빔 격자-기반 백라이트로서 구성된 편광-믹싱 광 가이드, 3-D 전자 디스플레이, 및 플레이트 광 가이드 내에서 편광 믹싱을 제공하기 위해 편광 리타더를 채용하는 전자 디스플레이의 방법이 설명되었다. 전술한 예는 본원에 설명된 원리를 나타내는 많은 구체적 예들 중 일부를 단지 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다. 명백하게, 당업자는 다음의 청구 범위에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고 다수의 다른 배열들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (20)

  1. 편광 믹싱 광 가이드에 있어서,
    제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 포함하는 광빔을 내부 전반사를 이용하여 비-제로 전파 각으로 안내하도록 구성된 플레이트 광 가이드로서, 상기 편광 믹싱 광 가이드는 상기 제1 편광 성분을 갖는 상기 안내된 광빔의 일부를 3차원 전자 디스플레이의 상이한 뷰들의 방향들에 대응되는 상이한 주각 방향들을 갖는 복수의 산란된 광빔들로서 우선적으로 산란시키는 멀티빔 회절 격자를 포함하는, 상기 플레이트 광 가이드; 및
    상기 안내된 광빔의 상기 제1 편광 성분을 상기 제1 편광 성분 및 상기 제2 편광 성분의 소정의 선형 조합으로 재분포하도록 구성되고 상기 안내된 광빔의 상기 제2 편광 성분을 상기 제1 및 제2 편광 성분들의 또 다른 소정의 선형 조합으로 재분포시키도록 구성된, 상기 플레이트 광 가이드 내의 편광 리타더
    를 포함하는, 편광 믹싱 광 가이드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편광 리타더는 상기 안내된 광빔의 상기 제1 편광 성분과 상기 제2 편광 성분을 상호교환하며,
    상기 비-제로 전파 각도로 상기 편광 리타더를 통과하는 상기 안내된 광빔의 광학 경로 길이는 상기 안내된 광빔의 상기 제1 및 제2 편광 성분들의 선형 중첩 간에 1/2 파장 차분 위상 지연을 도입하는,
    편광 믹싱 광 가이드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편광 리타더는 상기 제1 편광 성분이 산란되는 플레이트 광 가이드 표면에 대향하는 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 인접한 층을 포함하는,
    편광 믹싱 광 가이드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편광 리타더는 상기 플레이트 광 가이드의 전방면과 후방면 사이에서 이들로부터 이격되고 상기 플레이트 광 가이드 내에 위치된 층을 포함하는,
    편광 믹싱 광 가이드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편광 리타더는 단축 리타더 필름을 포함하는,
    편광 믹싱 광 가이드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멀티빔 회절 격자는 상기 제1 편광 성분을 갖는 상기 안내된 광빔의 일부를 상기 플레이트 광 가이드의 표면으로부터 멀리 지향되는 상기 복수의 산란된 광빔들로서 우선적으로 산란시키기 위해 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 위치하고,
    상기 편광 믹싱 광 가이드는 멀티빔 격자 기반 백라이트인,
    편광 믹싱 광 가이드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 멀티빔 회절 격자는 처프된 회절 격자를 포함하는,
    편광 믹싱 광 가이드.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 멀티빔 회절 격자는 서로 이격된 만곡된 홈들 및 만곡된 리지들 중 하나를 포함하는,
    편광 믹싱 광 가이드.
  9. 제6항의 상기 편광 믹싱 광 가이드를 포함하는 3차원 전자 디스플레이로서,
    상기 3차원 전자 디스플레이는 상기 복수의 산란된 광빔들의 광빔을 변조하는 광 밸브를 더 포함하고,
    상기 광 밸브는 상기 멀티빔 회절 격자에 인접하며,
    상기 광 밸브에 의해 변조될 산란된 광빔은 상기 3차원 전자 디스플레이의 픽셀에 대응되는,
    3차원 전자 디스플레이.
  10. 3차원 전자 디스플레이에 있어서,
    비-제로 전파 각도로 광의 빔을 안내하며, 상기 안내된 광빔의 상이한 편광 성분들을 상기 상이한 편광 성분들의 소정의 선형 조합들로 재분포하는 편광 리타더를 포함하는, 플레이트 광 가이드; 및
    상기 상이한 편광 성분들의 제1 편광 성분의 일부를 복수의 아웃커플링된 광빔들로서 우선적으로 아웃커플링하고, 상기 아웃커플링된 광빔들을 상기 플레이트 광 가이드의 표면으로부터 멀어지는 복수의 상이한 주각 방향들로 지향시키는, 상기 플레이트 광 가이드의 상기 표면의 멀티빔 회절 격자들의 어레이를 포함하고;
    상기 편광 리타더는 상기 멀티빔 회절 격자들의 어레이에 의한 상기 안내된 광빔의 이용을 용이하게 하도록 구성되고,
    상기 아웃커플링된 광빔들의 상기 복수의 상이한 주각 방향들은 상기 3차원 전자 디스플레이의 상이한 뷰들의 방향들에 대응되는,
    3차원 전자 디스플레이.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 주각 방향들을 갖는 상기 아웃커플링된 광빔들을 변조하기 위한 광 밸브 어레이를 더 포함하고,
    상기 변조된 광빔들은 상기 3차원 전자 디스플레이의 픽셀들을 나타내는,
    3차원 전자 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 밸브 어레이는 복수의 액정 광 밸브들을 포함하는,
    3차원 전자 디스플레이.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 편광 리타더는 상기 멀티빔 회절 격자들의 어레이가 위치되는 상기 플레이트 광 가이드 표면에 대향하는 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 인접한 층인,
    3차원 전자 디스플레이.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 멀티빔 회절 격자들의 어레이의 멀티빔 회절 격자는 만곡된 회절 피처들을 갖는 처프된 회절 격자인,
    3차원 전자 디스플레이.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 상이한 편광 성분들의 상기 제1 편광 성분은 횡전계(TE) 편광 성분이고,
    상기 상이한 편광 성분들의 제2 편광 성분은 횡자계(TM) 편광 성분이며,
    상기 멀티빔 회절 격자들의 어레이의 멀티빔 회절 격자는 상기 TE 편광 성분의 일부를 우선적으로 아웃커플링하는,
    3차원 전자 디스플레이.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 편광 리타더는 상기 안내된 광빔의 상기 TE 편광 성분 및 상기 TM 편광 성분을 상호교환하는,
    3차원 전자 디스플레이.
  17. 전자 디스플레이 동작 방법에 있어서,
    광빔으로서 플레이트 광 가이드에서 광을 비-제로 전파 각도로 안내하는 단계;
    복수의 상이한 주각 방향들로 상기 플레이트 광 가이드로부터 멀어지는 방향으로 지향되는 복수의 아웃커플링된 광빔들을 생성하기 위해 상기 플레이트 광 가이드의 표면의 멀티빔 회절 격자를 사용하여 상기 안내된 광빔의 일부분을 회절적으로 아웃커플링하는 단계로서, 상기 전자 디스플레이는 3차원 전자 디스플레이이고 상기 복수의 상이한 주각 방향들은 상기 3차원 전자 디스플레이의 상이한 뷰들의 방향들에 대응되는, 단계; 및
    제1 및 제2 편광 성분들의 편광 믹싱을 제공하기 위해 상기 안내된 광빔의 상기 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분을 재분포하는 단계를 포함하고,
    상기 안내된 광빔의 일부분을 회절적으로 아웃커플링하는 단계는 상기 제1 편광 성분을 우선적으로 아웃커플링하는 단계인,
    방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 편광 성분들을 재분포한 후에 또 다른 멀티빔 회절 격자를 사용하여 상기 안내된 광빔의 다른 부분을 회절적으로 아웃커플링하는 단계; 및
    상기 다른 부분을 회절적으로 아웃커플링한 후에 상기 안내된 광빔의 나머지 부분의 상기 제1 및 제2 편광 성분들을 재분포하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 안내된 광빔의 상기 제1 편광 성분 및 상기 제2 편광 성분을 재분포하는 단계는 상기 제1 및 제2 편광 성분들을 상호교환하는 단계인,
    방법.
  20. 제17항에 있어서,
    대응되는 복수의 광 밸브들을 사용하여 상기 복수의 아웃커플링된 광빔들을 변조하는 단계를 더 포함하며,
    변조된 상기 복수의 아웃커플링된 광빔들은 3차원(3-D) 전자 디스플레이의 픽셀들을 형성하는,
    방법.
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