KR102367309B1 - 마이크로 렌즈를 구비한 멀티빔 소자 기반 백라이트 및 이를 이용한 디스플레이 - Google Patents

마이크로 렌즈를 구비한 멀티빔 소자 기반 백라이트 및 이를 이용한 디스플레이 Download PDF

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Abstract

멀티뷰 백라이트 및 멀티뷰 디스플레이는 지향성 광빔들이 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응하는 방향들을 갖도록 조절하기 위하여 마이크로 렌즈를 이용한다. 상기 멀티뷰 백라이트는 광을 가이드된 광으로서 가이드하도록 구성되는 도광체, 상기 가이드된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성된 멀티빔 소자, 및 상기 지향성 광빔들의 방향들을 조절하도록 구성된 마이크로 렌즈를 포함한다. 상기 멀티뷰 디스플레이는 상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하고 상기 멀티뷰 디스플레이의 복수의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 멀티뷰 픽셀을 더 포함하며, 상기 마이크로 렌즈는 상기 멀티빔 소자 및 상기 멀티뷰 픽셀 사이에 배치된다.

Description

마이크로 렌즈를 구비한 멀티빔 소자 기반 백라이트 및 이를 이용한 디스플레이
관련 출원의 상호 참조
해당 없음
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
해당 없음
전자 디스플레이는 다양한 장치 및 제품의 사용자에게 정보를 전달하기 위한 매우 보편적인 매체이다. 가장 일반적으로 사용되는 전자 디스플레이에는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 표시 패널(plasma display panel; PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 전계 발광 디스플레이(electroluminescent display; EL), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 및 능동 매트릭스(active matrix) OLED (AMOLED) 디스플레이, 전기 영동 디스플레이(electrophoretic display; EP), 및 전기기계 또는 전기유체 광 변조(디지털 미소반사 장치 및 전기 습윤 디스플레이 등)를 사용하는 다양한 디스플레이를 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이는 능동 디스플레이(즉, 광을 방출하는 디스플레이) 또는 수동 디스플레이(즉, 다른 소스에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이)로 분류될 수 있다. 능동 디스플레이의 가장 확실한 예로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출된 빛을 고려하면 LCD 및 EP 디스플레이는 통상적으로 수동 디스플레이로 분류된다. 수동 디스플레이는 종종 내재적으로 낮은 소비전력을 포함하면서도 이에 제한되지 않는 매력적인 성능 특성을 나타내는 반면, 발광 능력이 없어 많은 실제 응용에서 용도가 다소 제한적임을 알 수 있다.
발광과 연관된 수동 디스플레이의 한계를 극복하기 위해, 많은 수동 디스플레이가 외부 광원과 결합(couple)된다. 상기 결합된 광원은 이러한 다른 수동 디스플레이가 광을 방출하여 실질적으로 능동 디스플레이로 기능하도록 할 수 있다. 상기 결합된 광원의 예에는 백라이트가 있다. 백라이트는 다른 수동 디스플레이 뒤에 배치되어 광원(종종 패널 백라이트)으로 작용하여 상기 수동 디스플레이를 조명할 수 있다. 예컨대, 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이에 결합될 수 있다. 상기 백라이트는 상기 LCD 또는 EP 디스플레이를 관통하는 광을 방출한다. 상기 방출된 광은 상기 LCD 또는 EP 디스플레이에 의해 변조되고, 변조된 광은 이어 상기 LCD 또는 EP 디스플레이로부터 차례로 방출된다. 백라이트는 백색광을 방출하도록 구성되기도 한다. 이후 상기 백색광을 디스플레이에서 사용되는 다양한 색상으로 변환하기 위해 색상 필터가 사용된다. 예컨대, 상기 색상 필터는 상기 LCD 또는 EP 디스플레이의 출력부에 배치되거나(덜 일반적임) 상기 백라이트와 상기 LCD 또는 EP 디스플레이 사이에 배치될 수 있다.
본 명세서에 기술된 원리에 따른 예 및 실시 예의 다양한 특징들은 첨부 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 용이하게 이해될 수 있다. 이때, 동일한 도면 부호는 동일한 구조적 소자를 나타낸다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응하는 특정 주요각 방향을 갖는 광빔의 각도 성분들을 그래프로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 일부를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 일부를 도시한다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 일부를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자의 복수의 회절격자들의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서 도 6a에 도시된 복수의 회절격자들의 평면도를 도시한다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티빔 소자의 평면도를 도시한다.
도 7b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 다른 멀티빔 소자의 평면도를 도시한다.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 8b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 참조된 도면들에 도시된 특징들에 부가 또는 대신하는 기타 특징들을 갖는다. 이하 도면들을 참조하여 이러한 특징들 및 기타 특징들을 상세히 설명한다.
본 명세서에 설명된 원리에 따른 예 및 실시 예는 멀티뷰 또는 3차원(three-dimensional; 3D) 디스플레이 및 상기 멀티뷰 디스플레이에 적용되는 멀티뷰 백라이트를 제공한다. 특히, 본 명세서에 설명된 원리와 일치하는 실시 예들은 복수의 상이한 주요각 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 멀티빔 소자 및 상기 지향성 광빔들의 상기 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된 렌즈 또는 '마이크로 렌즈'를 이용하는 멀티뷰 백라이트를 제공한다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 멀티뷰 백라이트의 상기 멀티빔 소자 및 관련 마이크로 렌즈에 의해 제공된 상기 지향성 광빔들의 상기 조정된 상이한 주요각 방향들은, 상기 멀티뷰 디스플레이의 다양한 뷰들의 상이한 방향들에 대응한다. 본 명세서에 설명된 멀티뷰 백라이트를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 용도에는, 휴대용 전화(스마트폰 등), 시계, 태블릿 컴퓨터, 이동식 컴퓨터(노트북 컴퓨터 등), 개인용 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 차량 디스플레이 콘솔, 카메라 디스플레이, 및 기타 다양한 이동식 및 실질적으로 비이동식 디스플레이 응용 기기 및 장치가 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "멀티뷰 디스플레이"는 멀티뷰 영상의 상이한 뷰들을 상이한 뷰 방향들로 제공하도록 구성된 전자적인 디스플레이(electronic display) 또는 디스플레이 시스템(display system)으로 정의된다. 도 1a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 디스플레이(10)의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 멀티뷰 디스플레이(10)는 보여질 멀티뷰 영상을 표시하기 위한 화면(screen; 12)을 포함한다. 상기 화면(12)은 예컨대, 전화기(이동 전화 및 스마트폰 등), 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터의 컴퓨터 모니터, 카메라 디스플레이, 또는 실질적으로 기타 장치의 전자 디스플레이일 수 있다.
상기 멀티뷰 디스플레이(10)는 멀티뷰 영상의 상이한 뷰들(14)을 상기 화면(12)에 대해 상이한 뷰 방향들(16)로 제공한다. 상기 뷰 방향들(16)은 상기 화면(12)으로부터 다양한 상이한 주요각 방향들(또는 단순히 상이한 방향들)로 연장되는 화살표들로 도시되어 있으며; 상기 상이한 뷰들(14)은 상기 화살표들의 말단에서 음영의 다각형 상자로 도시되어 있으며(즉, 뷰 방향(16)을 묘사함); 4개의 뷰들(14) 및 4개의 뷰 방향들(16)만 예시적으로 도시되어 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1a에는 상기 상이한 뷰들(14)이 화면 위쪽으로 위치하고 있는 것으로 도시되어 있지만, 멀티뷰 영상이 상기 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 표시될 때에는 상기 뷰들(14)은 실제로 상기 화면(12) 상에 또는 그 근처에 나타난다는 것을 유의해야 한다. 화면(12) 위쪽의 뷰들(14)은 단지 예시를 위하여 도시한 것일 뿐이며 특정 뷰(14)에 대응하는 각 뷰 방향(16)에서 멀티뷰 디스플레이(10)를 보는 것을 나타내는 것을 의미한다.
본 명세서의 정의에 따르면, 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응하는 방향을 갖는 뷰 방향 또는 이와 동등한 광빔은 일반적으로 각도 성분들(angular components; θ, φ)에 의해 주어진 주요각 방향을 갖는다. 상기 각도 성분(θ)은 본 명세서에서 상기 광빔의 "고도 성분(elevation component)" 또는 "앙각(elevation angle)"이라고 한다. 상기 각도 성분(φ)은 상기 광빔의 "방위 성분(azimuth component)" 또는 "방위각(azimuth angle)"이라고 한다. 정의에 따르면, 상기 앙각(θ)은 수직 평면(vertical plane)(예컨대, 멀티뷰 디스플레이 화면의 평면과 수직)에서의 각도인 반면, 상기 방위각(φ)은 수평 평면(horizontal plane)(예컨대, 멀티뷰 디스플레이 화면의 평면과 평행)에서의 각도이다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향(예컨대, 도 1a의 뷰 방향(16))에 대응하는 특정 주요각 방향 또는 '방향'을 갖는 광빔(20)의 각도 성분들(θ, φ)을 그래프로 나타내고 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 따르면, 상기 광빔(20)은 특정 지점으로부터 방출(emit)되거나 발산(emanate)된다. 즉, 정의에 따르면, 상기 광빔(20)은 멀티뷰 디스플레이 내의 특정 시작점(point of origin)과 관련된 중심 광선(central ray)을 갖는다. 또한, 도 1b는 상기 광빔(또는 뷰 방향)의 시작점(O)를 도시한다.
본 명세서에서, "멀티뷰 영상" 및 "멀티뷰 디스플레이"라는 용어에서 사용되는 "멀티뷰"라는 용어는 복수의 뷰들의 뷰들 간의 각도 차이(angular disparity)를 포함하거나 상이한 시각(perspective)을 나타내는 복수의 뷰들로 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 따르면, "멀티뷰"라는 용어는 2개 초과의 상이한 뷰들(즉, 최소한 3개의 뷰들로서 일반적으로는 3개 초과)를 명백히 포함한다. 본 명세서에 사용된 "멀티뷰 디스플레이"는 장면 또는 영상을 나타내기 위하여 상이한 2개의 뷰들만을 포함하는 입체(stereoscopic) 디스플레이와는 명백히 구별된다. 본 명세서의 정의에 따르면, 멀티뷰 영상들 및 멀티뷰 디스플레이들은 2개 초과의 뷰들을 포함하면서도, 멀티뷰의 뷰들 중 2개만이 동시에 보이도록 선택하여 (예컨대, 한쪽 눈 당 하나의 뷰) 멀티뷰 영상들이 (예컨대, 멀티뷰 디스플레이 상에서) 영상들의 입체적인 쌍(stereoscopic pair of images)으로 보일 수 있음을 유의해야 한다.
본 명세서에서 "멀티뷰 픽셀"은 멀티뷰 디스플레이의 유사한 복수의 상이한 뷰들의 각각에서 "뷰" 픽셀들을 나타내는 서브 픽셀들의 세트로 정의된다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 영상의 상이한 뷰들 각각에서의 뷰 픽셀에 대응하거나 뷰 픽셀을 나타내는 개별 서브 픽셀을 가질 수 있다. 더욱이, 본 명세서의 정의에 따르면, 상기 멀티뷰 픽셀의 서브 픽셀들은 소위 "지향성 픽셀들(directional pixels)"로서, 상기 서브 픽셀들 각각은 상이한 뷰들 중 어느 하나에 대응하는 소정의 뷰 방향과 관련된다. 또한, 다양한 예 및 실시예에 따르면, 멀티뷰 픽셀의 서브 픽셀들로 표시되는 상이한 뷰 픽셀들은 상기 상이한 뷰들 각각에 있어서 동등한 또는 적어도 실질적으로 유사한 위치나 좌표를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 영상의 상이한 뷰들 각각에서 {x1, y1}에 위치한 뷰 픽셀들에 대응하는 개별 서브 픽셀들을 가질 수 있는 반면, 제2 멀티뷰 픽셀은 상기 상이한 뷰들 각각에서 {x2, y2}에 위치한 뷰 픽셀들에 대응하는 개별 서브 픽셀들을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 멀티뷰 픽셀 내의 서브 픽셀들의 개수는 멀티뷰 디스플레이의 뷰들의 개수와 같을 수 있다. 예컨대, 상기 멀티뷰 픽셀은 64개의 상이한 뷰들을 갖는 멀티뷰 디스플레이와 관련된 64개의 서브 픽셀들을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 상기 멀티뷰 디스플레이는 8 x 4 어레이의 뷰들(즉, 32개의 뷰들)을 제공할 수 있고, 상기 멀티뷰 픽셀은 32개의 서브 픽셀들(즉, 각각의 뷰마다 1개)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 각각의 상이한 서브 픽셀은, 예컨대, 64개의 상이한 뷰들에 대응하는 뷰 방향들 중 상이한 하나에 대응하는 관련 방향(예를 들어, 광빔 방향)을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예들에 따르면, 상기 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀들의 개수는 멀티뷰 디스플레이 뷰들 내에서의 "뷰" 픽셀들(즉, 선택된 뷰를 구성하는 픽셀들)의 개수와 실질적으로 같을 수 있다. 예컨대, 뷰가 640 x 480개의 뷰 픽셀들을 포함하는 경우(즉, 640 x 480의 뷰 해상도), 상기 멀티뷰 디스플레이는 307,200개의 멀티뷰 픽셀들을 가질 수 있다. 다른 예에서, 뷰들이 100 x 100개의 픽셀들을 포함하면, 상기 멀티뷰 디스플레이는 총 10,000(즉, 100 x 100 = 10,000)개의 멀티뷰 픽셀들을 포함할 수 있다.
"도광체(light guide)"는 내부 전반사(total internal reflection)를 이용하여 구조물(structure) 내에서 광을 안내하는 구조물로 정의된다. 특히, 도광체는 상기 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한(transparent) 코어(core)를 포함할 수 있다. 다양한 예들에서, 일반적으로 "도광체"라는 용어는 도광체의 유전체 재료와 상기 도광체를 둘러싼 재료 또는 매질 사이의 계면에서 광을 가이드하기 위해 내부 전반사를 이용하는 유전체 광학 도파관을 지칭한다. 정의에 의하면, 내부 전반사의 조건은 도광체의 굴절률이 도광체 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 커야 한다. 일부 실시예에서, 내부 전반사를 더 촉진하기 위해 상기 도광체는 상술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 코팅은 반사 코팅 일 수 있다. 상기 도광체는 판(plate) 또는 슬래브(slab) 안내부 및 스트립(strip) 안내부 중 하나 또는 모두를 포함하지만 이에 제한되지 않는 여러 도파관들 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, "판 도광체"에서와 같이 도광체에 적용되는 경우의 "판(plate)"이라는 용어는 한 장씩 또는 구분되어 평탄한 층(layer) 또는 시트(sheet)로 정의되며, "슬래브" 가이드라고 하기도 한다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상부면 및 하부면(즉, 대향면)에 의해 경계를 이루는 실질적으로 직교하는 2개의 방향들로 광을 가이드 하도록 구성된 도광체로 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 상기 상부면 및 하부면은 서로 분리되어 있으며, 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 상기 판 도광체의 구별적으로 작은 구간 내에서, 상기 상부면 및 하부면은 실질적으로 평행하거나 공면(co-planar) 상에 있다.
일부 실시예들에서, 상기 판 도광체는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 한정됨), 따라서 상기 판 도광체는 평면 도광체이다. 다른 실시예에서, 상기 판 도광체는 하나 또는 두 개의 직교하는 차원들로 만곡(curved)될 수 있다. 예컨대, 상기 판 도광체는 단일 차원으로 만곡되어 원통형 판 도광체를 형성할 수 있다. 그러나, 어떠한 곡률이든 내부 전반사가 상기 판 도광체 내에서 유지되어 광을 가이드 하도록 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에서, '각도 보존 산란 특징부' 또는 이에 상응하는 '각도 보존 산란체'란, 산란 특징부 또는 산란체에 입사된 광의 각도 확산(angular spread)을 산란광 내에서 실질적으로 보존하는 방식으로 광을 산란시키는 특징부 또는 산란체를 의미한다. 특히, 정의에 의하면, 각도 유지 산란 특징부에 의해 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사 광의 각도 확산(σ)의 함수이다(즉, σs = f(σ)). 일부 실시 예에서, 상기 산란된 광의 상기 각도 확산(σs)은 입사 광의 각도 확산 또는 시준 계수 σ의 선형 함수이다(즉, σs = a·σ, 여기서 a는 정수임). 즉, 각도 보존 산란 특징부에 의해 산란된 광의 각도 확산(σ)은 입사 광의 각도 확산 또는 시준 계수 σ에 실질적으로 비례할 수 있다. 예컨대, 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사 광의 각도 확산(σ)과 실질적으로 동일할 수 있다(즉, σs
Figure 112020013681612-pct00001
σ). 균일한 회절 격자(즉, 실질적으로 균일하거나 일정한 회절 특징부 간격 또는 격자 피치)는 각도 보존 산란 특징부의 일 예이다. 반면, 본 명세서의 정의에 의하면, 램버시안(Lambertian) 산란체 또는 반사체뿐만 아니라 일반적인 확산체(예컨대, 램버시안 산란에 해당 또는 유사한)는 각도 보존 산란체가 아니다.
본 명세서에서, "회절 격자(diffraction grating)"는 일반적으로 회절 격자에 입사되는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들)로 정의된다. 일부 예들에서, 상기 복수의 특징부들은 주기적 또는 준주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 회절 격자는 1차원(one-dimensional; 1D) 어레이로 배열된 복수의 특징부들(예컨대, 재료 표면의 복수의 홈들(grooves) 또는 융기들(ridges))을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 회절 격자는 특징부들의 2차원(two-dimensional; 2D) 어레이일 수 있다. 예컨대, 상기 회절 격자는 재료 표면 상의 돌출들(bumps) 또는 구멍들(holes)의 2D 어레이일 수 있다.
따라서, 그리고 본 명세서의 정의에 따르면, 상기 "회절 격자"는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 광이 도광체로부터 상기 회절 격자에 입사하면, 상기 제공된 회절 또는 회절 산란은 회절 격자가 회절에 의해 상기 도광체로부터 광을 커플 아웃(couple out)할 수 있는 "회절 커플링(diffractive coupling)"을 야기할 수 있다. 또한, 상기 회절 격자는 회절에 의해(즉, 회절 각도로) 광의 각도를 재지향하거나 변경한다. 특히, 회절의 결과로서, 상기 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 상기 회절 격자에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파(propagation) 방향과 상이한 전파 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전파 방향의 변화를 본 명세서에서는 "회절 재지향(redirection)"이라고 한다. 따라서, 상기 회절 격자는 상기 회절 격자에 입사된 광을 회절시켜 재지향시키는 회절 특징부들을 포함하는 구조체인 것으로 이해될 수 있으며, 상기 광이 도광체로부터 입사되는 경우에 상기 회절 격자도 상기 도광체로부터 상기 광을 회절시켜 커플 아웃(couple out)할 수 있다.
또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 상기 특징부들은 "회절 특징부들"로 지칭하며, 재료의 표면에, 표면 내에, 표면 상에(즉, 두 재료들 사이의 경계에) 하나 이상 존재할 수 있다. 예컨대, 상기 표면은 도광체의 표면일 수 있다. 상기 회절 특징부들은 상기 표면에, 표면 내에 또는 표면 상에 하나 이상의 홈, 융기, 구멍, 및 돌출을 포함하지만 이에 제한되지 않는 광을 회절시키는 다양한 구조들 중 어떠한 것도 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 회절 격자는 실질적으로 평행한 복수의 홈들을 재료 표면에 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 융기들을 포함할 수 있다. 상기 회절 특징부들(예컨대, 홈들, 융기들, 구멍들, 돌출들 등)은 하나 이상의 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예컨대, 이진 회절 격자), 삼각형 프로파일 및 톱니 프로파일(예컨대, 블레이즈 격자)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 회절을 제공하는 다양한 단면 형상들 또는 프로파일들 중 어느 하나를 가질 수 있다.
본 명세서에 기재된 다양한 예에 따르면, 회절 격자(예컨대, 후술되는 바와 같은 멀티빔 소자의 회절 격자)가 광빔으로서 도광체(예컨대, 판 도광체)로부터 광을 회절 산란하거나 커플 아웃하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 또는 이에 의해 제공되는 회절 각도 θm은 다음과 같이 수학식 (1)로 주어질 수 있다.
Figure 112020013681612-pct00002
λ는 빛의 파장, m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 사이의 거리 또는 간격이며, θi는 회절 격자 상의 광 입사각이다. 단순함을 위해, 식 (1)은 상기 회절 격자가 도광체의 표면에 인접하고 도광체 외부의 재료의 굴절률이 1과 같다(즉, nout = 1)고 가정한다. 일반적으로, 상기 회절 차수 m은 정수로 주어진다. 상기 회절 격자에 의해 생성된 광빔의 회절 각도 θm은 상기 회절 차수가 양수(예컨대, m > 0)인 식 (1)로 주어질 수 있다. 예컨대, 상기 회절 차수 m이 1일 때(즉, m = 1) 1차 회절이 제공된다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서의 회절 격자(30)를 도시하는 단면도이다. 예컨대, 상기 회절 격자(30)는 도광체(40)의 표면 상에 위치할 수 있다. 또한, 도 2는 입사각 θi에서 상기 회절 격자(30)에 입사하는 광빔(50)을 도시한다. 상기 입사 광빔(50)은 상기 도광체(40) 내에서 가이드된 광빔일 수 있다. 또한, 도 2에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 상기 회절 격자(30)에 의해 회절되어 생성되고 커플 아웃되는 지향성 광빔(60)이 도시되어 있다. 상기 지향성 광빔(60)은 식 (1)에 의해 주어진 바와 같은 회절 각도 θm(또는 본 명세서의 "주요각 방향")를 갖는다. 예컨대, 상기 회절 각도 θm 는 상기 회절 격자(30)의 회절 차수 "m"에 대응할 수 있다.
본 명세서의 정의에 의하면, "멀티빔 소자(multibeam element)"는 복수의 광빔을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조 또는 소자이다. 일부 실시예에서, 상기 멀티빔 소자는 백라이트의 도광체와 광학적으로 결합되어, 도광체 내에서 가이드된 광의 일부를 커플 아웃함으로써 상기 복수의 광빔들을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 멀티빔 소자는 광빔들로서 방출될 광을 생성할 수 있다(예컨대 광원을 포함할 수 있다). 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의해 생성된 복수의 광빔들의 광빔들은 서로 상이한 주요각 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 상기 복수의 광빔들의 광빔은 상기 복수의 광빔들의 다른 광빔과는 상이한 소정의 주요각 방향을 갖는다. 또한, 상기 복수의 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 광빔들은 실질적으로 원뿔형인 공간 영역에 한정되거나, 또는 복수의 광들빔 내 광빔들의 상이한 주요각 방향들을 포함하는 소정의 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 이와 같이, 상기 조합된 광빔의 소정의 각도 확산(즉, 상기 복수의 광빔들)은 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 다양한 광빔들의 상이한 주요각 방향들은 멀티빔 소자의 크기(예컨대, 길이, 폭, 면적 등)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 특성에 의해 결정된다. 본 명세서의 정의에 따르면, 일부 실시예에서, 상기 멀티빔 소자는 본 명세서에서 정의 된 바와 같이 "확장된 점 광원", 즉 멀티빔 소자의 범위에 걸쳐 분포된 복수의 점 광원으로 간주될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의 및 도 1b와 관련하여 전술한 바에 따르면, 상기 멀티빔 소자에 의해 생성된 광빔은 각도 성분(θ, φ)에 의해 주어진 주요각 방향을 갖는다.
본 명세서에서 "시준기(collimator)"는 광을 시준하도록 구성된 실질적으로 임의의 광학 기기 또는 장치로 정의된다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 시준기에 의해 제공되는 시준량은 실시예마다 그 정도나 분량이 다소 다를 수 있다. 또한, 상기 시준기는 두 직교 방향(예컨대, 수직 방향 및 수평 방향) 중 하나 또는 모두에서 시준을 제공하도록 구성 될 수 있다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 상기 시준기는 광 시준을 제공하는 두 직교 방향 중 하나 또는 모두에서의 형상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "시준 계수(collimation factor)"는 광이 시준되는 정도로 정의된다. 특히, 본 명세서에 정의에 따르면, 시준 계수는 시준된 광빔 내에서 광선(light rays)의 각도 확산(angular spread)을 정의한다. 예컨대, 시준 계수 σ는 시준된 광의 빔에서 대다수의 광선이 특정 각도 확산(예컨대, 시준된 광빔의 중심 또는 주요각 방향에 중심으로 +/- σ°) 내에 있음을 특정할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 시준된 광빔의 광선들은 각도 측면에서 가우시안 분포를 가질 수 있고, 각도 확산은 시준된 광빔의 피크 강도의 절반만큼 결정된 각도일 수 있다.
"광원(light source)"이란 광의 원천(예컨대, 광을 생성하고 방출하도록 구성된 광학 이미터)으로 정의된다. 예컨대, 상기 광원은 활성화되거나 켜질 때 광을 방출하는 발광 다이오드(light emitting diode ; LED)와 같은 광학 이미터를 포함할 수 있다. 특히, 본 명세서에서 상기 광원은 실질적으로 광의 원천일 수 있고, 또는 하나 이상의 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기(organic) 발광 다이오드(OLED), 고분자(polymer) 발광 다이오드, 플라즈마 기반(plasma-based) 광학 이미터, 형광등, 백열등, 및 사실상의 기타 모든 광원을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실질적인 광학 이미터를 포함할 수도 있다. 상기 광원에 의해 생성된 광은 색상을 가질 수 있거나(즉, 특정 파장의 광을 포함할 수 있음), 또는 일정 범위의 파장(예컨대, 백색광)일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 광원은 복수의 광학 이미터를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 광원은 광학 이미터 세트 또는 그룹을 포함할 수 있으며, 상기 광학 이미터의 하나 이상은 상기 세트 또는 그룹에서 하나 이상의 기타 광학 이미터에 의해 생성된 광의 색상 또는 파장과 다른 색 또는 그와 동등한 파장을 갖는 광을 생성한다. 상기 상이한 색상은 예컨대 기본색(적색, 녹색, 청색 등)을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 표현은 특허 분야에서 통상적인 의미, 즉 "하나 이상"을 갖는 것을 의미한다. 예컨대, "멀티빔 소자"는 하나 이상의 멀티빔 소자를 의미하며, 따라서 "상기 멀티빔 소자"는 본 명세서에서 "상기 멀티빔 소자(들)"를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 "상단", "하단", "상부", "하부", "상", "하", "전", "후", "제1", "제2", "좌", 또는 "우"는 본 명세서를 제한하려는 의미가 아니다. 본 명세서에서, 수치값에 적용되는 경우의 "약"이라는 용어는 일반적으로, 달리 명시되지 않는 한, 상기 수치값을 생성하는 데 사용되는 장비의 허용 범위 이내를 의미하거나, ±10 %, 또는 ±5 %, 또는 ±1 %를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "실질적으로"라는 용어는 대다수, 거의 전부, 전부, 또는 약 51 % 내지 약 100 % 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의 목적으로 제시된다.
본 명세서에 설명된 원리에 의한 일부 실시예에 따르면, 멀티뷰 백라이트(multiview backlight)가 제공된다. 도 3a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트(100)의 단면도를 도시한다. 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 도 3c는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트(100)의 사시도를 도시한다. 도 3c의 사시도는 본 명세서에서의 논의가 단지 용이하도록 부분 절개되어 도시되어 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 멀티뷰 백라이트(100)는 서로 상이한 주요각 방향들(또는 단순히 '방향들')을 갖는 복수의 지향성 광빔들(102)을 제공(예를 들어, 광 필드로서)하도록 구성된다. 특히, 다양한 실시예에 따르면, 상기 제공된 복수의 지향성 광빔들(102)은 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들 각각에 대응하는 상이한 주요각 방향들로 상기 멀티뷰 백라이트(100)로부터 멀어지도록 지향된다. 또한, 상기 복수의 지향성 광빔들(102)의 궁극적인 방향은 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 적어도 부분적으로, 렌즈에 의해 특히 마이크로 렌즈에 의해 제공된다. 일부 실시예에서, 상기 지향성 광빔들(102)은 3D 컨텐츠를 갖는 정보의 표시가 용이하도록 (예컨대, 후술하는 광 밸브들을 사용하여) 변조될 수 있다.
도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같이, 상기 멀티뷰 백라이트(100)는 도광체(110)를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 도광체(110)는 판 도광체일 수 있다. 상기 도광체(110)는 광을 상기 도광체(110)의 길이를 따라 가이드된 광(104)으로 가이드하도록 구성된다. 예컨대, 상기 도광체(110)는 광 도파로로 구성된 유전체 재료를 포함 할 수 있다. 상기 유전체 재료는 상기 유전체 광 도파로를 둘러싸는 매질의 제2 굴절률보다 큰 제1 굴절률을 가질 수 있다. 굴절률의 차이는 예컨대 상기 도광체(110)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 상기 가이드된 광(104)의 내부 전반사가 용이하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 도광체(110)는 연장되고 실질적으로 평면 시트의 광학적으로 투명한 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판인 광 도파로일 수 있다. 상기 실질적으로 평면 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 사용하여 상기 가이드된 광(104)을 가이드하도록 구성된다. 다양한 예에 따르면, 상기 도광체(110)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예컨대, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노 실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 붕규산 유리(borosilicate glass) 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 중합체(예컨대, 폴리(메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)) 또는 "아크릴 유리(acrylic glass)", 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 유전체 재료들을 포함하거나 이들로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 상기 도광체(110)는 상기 도광체(110)의 표면의 적어도 일부(예컨대, 상부면 및 하부면 중 하나 또는 모두) 상에 클래딩 층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예에 따르면, 상기 클래딩 층은 내부 전반사를 더 용이하도록 사용될 수 있다.
또한, 일부 실시예에 따르면, 상기 도광체(110)는 상기 도광체(110)의 제1 표면(110') (예컨대,"정"면 또는 측면) 및 제2 표면(예컨대,"후"면 또는 측면) 사이의 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라 상기 가이드된 광(104)을 가이드 하도록 구성된다. 특히, 상기 가이드된 광(104)은 0이 아닌 전파 각도로 상기 도광체(110)의 제1 표면(110')과 제2 표면(110") 사이를 반사 또는 "바운싱(bouncing)"하여 전파된다. 일부 실시예에서, 상이한 색상의 광을 포함하는 복수의 가이드된 광빔들(104)은, 상이한 색상별 각각에 대해, 0이 아닌 전파 각도로 도광체(110)에 의해 가이드될 수 있다. 단, 상기 0이 아닌 전파 각도는 간략한 예시를 위해 도 3a 내지 도 3c에 도시되지 않았다. 그러나, 도 3a에서, 전파 방향(103)을 나타내는 굵은 화살표는 도광 길이를 따라 상기 가이드된 광(104)의 일반적인 전파 방향을 예시적으로 나타낸다.
본 명세서에 정의된 바에 따르면, "0이 아닌 전파 각도"는 상기 도광체(110)의 표면(예컨대, 상기 제1 표면(110') 또는 제2 표면(110"))에 대한 각도이다. 또한, 다양한 실시예에 따르면, 상기 0이 아닌 전파 각도는 상기 도광체(110) 내에서 0 초과 및 내부 전반사의 임계각 미만이다. 예컨대, 상기 가이드된 광(104)의 0이 아닌 전파 각도는 약 10도 내지 약 50도이거나, 일부 예에서는 약 20도 내지 약 40도 또는 약 25도 내지 약 35도일 수 있다. 예컨대, 상기 0이 아닌 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예들에서, 상기 0이 아닌 전파 각도는 약 20도, 약 25도, 또는 약 35도일 수 있다. 또한, 특정 0이 아닌 전파 각도가 상기 도광체(110) 내에서 내부 전반사의 임계각 미만으로 선택되는 한, 특정 0이 아닌 전파 각도는 특정 구현을 위해(예컨대, 임의로) 선택될 수 있다.
상기 도광체(110) 내의 상기 가이드된 광(104)은 상기 0이 아닌 전파 각도(예컨대, 약 30도 내지 35도)로 상기 도광체(110) 내부로 유입되거나 커플될 수 있다. 예컨대, 렌즈, 거울 또는 유사한 반사기(예컨대, 경사진 시준 반사기), 및 프리즘(미도시) 중 하나 이상은 상기 도광체(110)의 입력단 내부로 광을 상기 가이드된 광(104)으로서 상기 0이 아닌 전파 각도로 커플되는 것을 용이하게 할 수 있다. 일단 상기 도광체(110)에 커플되면, 상기 가이드된 광(104)은 상기 입력단으로부터 일반적으로 멀어질 수 있는 방향으로 상기 도광체(110)을 따라 전파된다(예컨대, 도 3a에서 x축을 따라 가리키는 굵은 화살표들로 도시).
또한, 다양한 실시예들에 따르면, 광을 상기 도광체(110)와 커플함으로써 생성된 상기 가이드된 광(104) 또는 이와 동등하게 가이드된 광빔(104)은 시준된 광빔일 수 있다. 일반적으로, "시준된 광" 또는 "시준된 광빔"은 광빔의 광선들(rays of light beam)이 상기 광빔(예컨대, 상기 가이드된 광(104)) 내에서 실질적으로 서로 평행한 광의 빔으로 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 따르면, 상기 시준된 광빔으로부터 분기(diverge)되거나 산란된 광선은 상기 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 일부 실시예들에서, 상기 멀티뷰 백라이트(100)는 광원 등으로부터 광을 시준하기 위해, 전술한 바와 같이 렌즈, 반사기 또는 거울과 같은 시준기(예컨대, 경사진 시준용 반사기)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 광원은 시준기를 포함한다. 상기 도광체(110)에 제공된 상기 시준된 광은 시준된 가이드된 광(104)이다. 다양한 실시예에서, 상기 가이드된 광(104)은, 전술한 바와 같이, 시준 계수(σ)에 따라 또는 시준 계수(σ)를 구비하며 시준될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 도광체(110)는 상기 가이드된 광(104)을 '재순환(recycle)'시키도록 구성될 수 있다. 특히, 도광체 길이를 따라 가이드되었던 상기 가이드된 광(104)은 상기 전파 방향(103)과 다른 다른 전파 방향(103')으로 그 길이를 따라 다시 방향 전환될 수 있다. 예컨대, 상기 도광체(110)는 상기 광원에 인접한 입력단에 대향하는 상기 도광체(110)의 단부에서의 반사기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 반사기는 상기 가이드된 광(104)을 재순환된 가이드된 광으로서 상기 입력단을 향해 다시 반사하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 가이드된 광(104)을 재순환하는 것은, 예컨대, 가이드된 광을 후술하는 멀티빔 소자에 대해 한번 이상 이용 가능하게 함으로써 상기 멀티뷰 백라이트(100)의 밝기(예컨대, 지향성 광빔들(102)의 강도(intensity))를 증가시킬 수 있다.
도 3a에서, 재순환된 가이드된 광의 전파 방향(103')을 나타내는 굵은 화살표(예컨대, 음의 x방향으로 지향)는 상기 도광체(110) 내에서 재순환된 상기 가이드된 광의 일반적인 전파 방향을 도시한다. 또는(예컨대, 재순환 가이드된 광과 반대로), 상기 다른 전파 방향(103')으로 전파되는 가이드 광(104)은 상기 다른 전파 방향(103')과 함께(예컨대, 상기 전파 방향(103)을 갖는 가이드된 광(104)에 추가하여) 상기 도광체(110) 내부로 광을 유입함으로써 제공될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 멀티뷰 백라이트는 멀티빔 소자(120)를 더 포함한다. 또한, 도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(100)는 도광체의 길이를 따라 상호 이격된 복수의 멀티빔 소자들(120)을 포함할 수 있다. 특히, 상기 복수의 멀티빔 소자들(120)은 유한한 공간만큼 서로 분리된, 도광체 길이를 따른 개별적이고 별개인 소자들을 나타낸다. 즉, 본 명세서의 정의에 의하면, 상기 복수의 멀티빔 소자들(120)은 유한한(즉, 0이 아닌) 소자간 거리(예컨대, 유한한 중심간 거리)에 따라 상호 이격된다. 또한, 일부 실시 예에 의하면, 상기 복수의 멀티빔 소자들(120)은 일반적으로 교차하거나 중첩하거나 또는 다른 방식으로 서로 접촉하지 않는다. 즉, 일반적으로 상기 복수의 멀티빔 소자들(120) 각각은 다른 멀티빔 소자들(120)과 구별되고 분리된다.
일부 실시 예에 따르면, 상기 복수의 멀티빔 소자들(120)은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이로 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 멀티빔 소자들(120)은 선형의 1D 어레이로 배열될 수 있다. 다른 예에서, 상기 복수의 멀티빔 소자들(120)은 직사각형의 2D 어레이 또는 원형의 2D 어레이로 배열될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 상기 어레이(즉, 1D 또는 2D 어레이)는 규칙적이거나 균일한 어레이일 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(120) 사이의 소자간 거리(예컨대, 중심간 거리 또는 간격)는 상기 어레이에 걸쳐 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 다른 예들에서, 멀티빔 소자들(120) 사이의 소자간 거리는 상기 어레이에 걸쳐 또는 도광체(110)의 길이를 따르는 것 중의 하나 또는 모두에 의해 변경될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 복수의 멀티빔 소자(120)는 상기 가이드된 광(104)의 일부를 상기 복수의 지향성 광빔들(102)로서 도광체로부터 산란 또는 커플 아웃(couple out) 하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들(102)은 서로 상이한 주요각 방향들을 갖는다. 특히, 도 3a 및 3c는 지향성 광빔들(102)을 도광체(110)의 제1(전방) 표면(110')으로부터 지향하도록 표시된 복수의 분기된 화살표로 도시한다.
도 3a 내지 3c에 도시된 멀티뷰 백라이트(100)는 마이크로 렌즈(130)를 더 포함한다. 특히, 도시된 바와 같이, 상기 멀티뷰 백라이트(100)는 복수의 마이크로 렌즈들(130)을 포함하며, 상기 마이크로 렌즈들(130) 각각은 상이한 멀티빔 소자(120)에 관련되거나 대응된다. 상기 마이크로 렌즈(130)는 멀티뷰 디스플레이(예컨대, 상기 멀티뷰 백라이트(100)를 이용하는 멀티뷰 디스플레이)의 상이한 뷰 방향들에 각각 대응되도록 지향성 광빔들(102)의 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된다. 즉, 마이크로 렌즈(130)는 멀티빔 소자(120)로부터 지향성 광빔들(102)을 수신한 후 지향성 광빔들(102)이 다양한 뷰 방향들을 가리키는 주요각 방향들을 갖도록 하는 것과 같은 소정의 방식으로 지향성 광빔들(102)의 방향을 조정, 재지향 또는 변경하도록 구성된다. 도 3b 및 도 3c에는 마이크로 렌즈(130)가 원형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다양한 실시 예에 의하면 다양한 렌즈 형상 중 어떠한 것이라도 사용될 수 있음을 유의한다(예컨대, 마이크로 렌즈(130)의 형상은 직사각형, 정사각형 등일 수 있다).
다양한 실시 예에 따르면, 주요각 방향들의 방향 조정으로 인해 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산이 증가하거나 감소할 수 있다. 특히, 일부 실시 예에서, 마이크로 렌즈(130)는 복수의 지향성 광빔들(102)의 각도 확산을 감소시킴으로써 지향성 광빔들(102)의 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된 수렴 렌즈를 포함할 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈(130)는 복수의 지향성 광빔들(102)의 시준을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 다른 실시 예에서, 마이크로 렌즈(130)는 복수의 지향성 광빔들(102)의 각도 확산을 증가시킴으로써 지향성 광빔들(102)의 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된 발산 렌즈를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 수렴 렌즈는 볼록 렌즈일 수 있고, 상기 발산 렌즈는 오목 렌즈일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 마이크로 렌즈(130)는 수렴 렌즈 및 발산 렌즈 모두를 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 마이크로 렌즈(130)는 복합 렌즈일 수 있다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트(100)의 일부를 도시한다. 특히, 도 4a는 도광체(110), 멀티 빔 소자(120) 및 마이크로 렌즈(130)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부를 도시한다. 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자(120)는 도광체(110)의 제 1 표면(110')(즉, 지향성 광빔(102) 방출 표면)에 대향하는 제 2 표면(110")에 인접한다. 또한, 도 4a의 마이크로 렌즈(130)는 도광체(110)의 제 1 표면(110')으로부터 방출된 복수의 지향성 광빔들(102)의 각도 확산을 감소시키도록 구성된 수렴 렌즈(예컨대, 단순한 양면 볼록 렌즈)로 도시되어 있다. 또한, 도 4a는 지향성 광빔들(102)을 제공하기 위해 멀티빔 소자(120)를 조명하는데 사용되는 가이드된 광(104)을 도시한다. 또한, 도 3a는 제한이 아닌 예로서 마이크로 렌즈(130)를 수렴 렌즈로서 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트(100)의 일부를 도시한다. 특히, 도 4b는 도광체(110), 멀티 빔 소자(120) 및 마이크로 렌즈(130)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부를 도시한다. 상기 멀티빔 소자(120)는 도시된 바와 같이 도광체의 제1 표면(110')에 인접한다. 한편, 도 4b에 도시된 마이크로 렌즈(130)는 복수의 지향성 광빔들(102)의 각도 확산을 증가시키도록 구성된 발산 렌즈(예컨대, 단순한 양면 오목 렌즈)이다. 또한, 도 4b는 지향성 광빔들(102)을 제공하기 위해 멀티빔 소자(120)를 조명하는데 사용되는 가이드된 광(104)을 도시한다.
도 4a에는 마이크로 렌즈(130)가 양면 볼록 렌즈로 도시되어 있고 도 4b에는 마이크로 렌즈(130)가 양면 오목 렌즈로 도시되어 있는 반면, 다양한 실시 예에 의하면, 단순 또는 평볼록 렌즈 및 단순 또는 평오목 렌즈가 마이크로렌즈(130)로 각각 이용될 수도 있다. 또한, 마이크로 렌즈(130)는 프레넬(Fresnel) 렌즈를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 렌즈 구성들 중의 어떠한 것을 이용하여서도 구현될 수 있다. 따라서, 도 4a 및 4b에 도시된 단순한 렌즈들은 제한이 아닌 일 예로서 제공된다.
일부 실시 예에서, 마이크로 렌즈(130)는 도광체(110)의 표면(예컨대, 제1 표면(110'))에 인접하여 위치하는 광학층에 의해 지지되고 심지어 상기 광학층과 일체형으로 형성될 수 있다. 또한, 일부 실시 예에서, 마이크로 렌즈(130)의 재료는 상기 광학층의 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 광학층은 상기 광학층의 표면에 형성된 마이크로 렌즈(130)를 구비할 수 있다. 일부 실시 예에서, (예컨대, 도광체(110) 내의 내부 전반사를 위한 조건들을 유지하기 위해) 광학층은 간극만큼 도광체 표면으로부터 분리된다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트(100)의 일부를 도시한다. 특히, 도 4c는 도광체(110), 멀티빔 소자(120) 및 마이크로 렌즈(130)를 도시한다. 또한, 도 4c는 마이크로 렌즈(130)가 광학층(132)과 일체인 것으로 도시한다. 즉, 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(130)가 광학층(132)의 표면에 형성된다. 도 4c에서, 광학층(132)은 도광체(110)의 내부 전반사를 위한 조건들을 유지하기 위해 간극(134)만큼 도광체 표면으로부터 분리된다. 이와 같이, 상기 간극은 도광체(110)의 재료 또는 광학층(132)의 재료보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 채워질 수 있다. 간극(134)을 채우기 위해 사용될 수 있는 재료의 예에는 공기 또는 낮은 굴절률의 광학 테이프를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 멀티빔 소자(120)에 의해 산란된 가이드된 광(104)은, 도 4c에서 복수의 화살표로 표시된 산란광(102')을 제공할 수 있다. 예컨대, 도광체(110)를 빠져 나가 마이크로 렌즈(130)를 통과하여 조정되는 산란광(102')의 일부는 지향성 광빔들(102)(도 4c에 미도시)이 될 수 있다.
다시 도 3a 내지 3c를 참조하면, 다양한 실시 예들에 있어서, 상기 멀티빔 소자(120)의 크기는 멀티뷰 디스플레이의, 상기 정의된 바와 같은, 멀티뷰 픽셀(106)에서의 서브 픽셀(106'; 또는 동등하게는 뷰 픽셀)의 크기와 유사할 수 있다. 원활한 검토를 위해 상기 멀티뷰 픽셀들(106)은 멀티뷰 백라이트(100)와 함께 도 3a 내지 3c에 도시되어 있다. 이때, "크기"라 함은 길이, 폭 또는 면적을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방식으로 정의할 수 있다. 예컨대, 서브 픽셀(106')의 크기는 그 길이일 수 있고, 멀티빔 소자(120)와 유사한 크기는 해당 멀티빔 소자(120)의 길이일 수도 있다. 다른 예에서, 크기는 면적을 의미할 수 있고, 따라서 멀티빔 소자(120)의 면적이 서브 픽셀(106')의 면적과 유사할 수 있다. 또 다른 예에서, 멀티빔 소자(120)의 크기는 인접한 서브 픽셀들(106') 사이의 간격(예컨대, 중심간 거리 또는 픽셀간 간격)과 유사할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 멀티빔 소자(120)의 크기는 서브 픽셀 크기와 유사하여, 멀티빔 소자 크기가 서브 픽셀 크기의 약 50% 내지 약 200% 사이에 해당한다. 예컨대, 멀티빔 소자 크기를 's'로 표시하고 서브 픽셀 크기를 'S'로 표시하는 경우(예컨대, 도 3a에 도시된 바와 같이), 멀티빔 소자 크기(s)는 다음과 같이 식 (2)로 주어질 수 있다.
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다른 예에서, 멀티빔 소자 크기는 서브 픽셀 크기의 약 60% 초과, 서브 픽셀 크기의 약 70% 초과, 서브 픽셀 크기의 약 80% 초과, 서브 픽셀 크기의 약 90% 초과, 멀티빔 소자는 서브 픽셀 크기의 약 180% 미만, 서브 픽셀 크기의 약 160% 미만, 서브 픽셀 크기의 약 140% 미만, 서브 픽셀 크기의 약 120% 미만이다. 예컨대, "유사한 크기"에 의하면, 상기 멀티빔 소자 크기는 상기 서브 픽셀 크기의 약 75% 내지 약 150% 사이일 수 있다. 다른 예에서, 상기 멀티빔 소자(120)는 서브픽셀(106')과 크기가 유사할 수 있으며, 이 경우 상기 멀티빔 소자 크기는 서브 픽셀 크기의 약 125% 내지 약 85% 사이이다. 일부 실시예에 따르면, 멀티빔 소자(120)와 서브 픽셀(106')의 상기 유사한 크기는 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 사이의 어두운 영역을 감소시키거나, 또는 일부 실시예에서는 최소화하면서도, 동시에 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 중첩을 감소시키도록, 또는 일부 실시예에서는, 최소화하도록, 선택될 수 있다.
도 3a 내지 3c는 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들(102)을 변조하도록 구성되는 광 밸브들(108)의 어레이를 더 도시한다. 예컨대, 상기 광 밸브 어레이는 상기 멀티뷰 백라이트를 사용하는 멀티뷰 디스플레이의 일부일 수 있으며, 본 명세서에서의 용이한 검토를 위해 상기 멀티뷰 백라이트(100)와 함께 도 3a 내지 3c에 도시되어 있다. 도 3c에서, 상기 광 밸브들(108)의 어레이는 광 밸브 어레이의 하부에 있는 도광체(110) 및 멀티빔 소자(120)를 시각화할 수 있도록 부분적으로 절개된다.
도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자(120)에 의해 제공되어 마이크로 렌즈(130)에 의해 조정된 상이한 주요각 방향들을 갖는 지향성 광빔들(102)의 상이한 각각은 광 밸브 어레이 내의 광 밸브들(108)의 상이한 각각을 통과하고 및 광 밸브들(108)의 상이한 각각에 의해 변조될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 상기 어레이의 광 밸브(108)는 서브 픽셀(106')에 대응하며, 광 밸브들(108)의 세트는 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀(106)에 대응한다. 특히, 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브들(108)의 상이한 세트는 상기 멀티빔 소자들(120) 및 관련 마이크로 렌즈들(130)의 상이한 각각으로부터 상기 지향성 광빔들(102)을 수신 및 변조하도록 구성된다. 예컨대, 제1 세트의 광 밸브들(108a)은 제1 멀티빔 소자(120a)에 의해 제공되고 제1 마이크로 렌즈(130a)에 의해 조정되는 지향성 광빔들(102)을 수신 및 변조하도록 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 멀티빔 소자(120b)는 제2 마이크로 렌즈(130b)와 조합되어, 예컨대 지향성 광빔들(102)을 제2 세트의 광 밸브들(108b)에 제공할 수 있다. 따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 각각의 멀티빔 소자(120) 및 관련 마이크로 렌즈(130)에 대해 하나의 고유한 광 밸브들(108)의 세트가 존재할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들, 및 전기 습윤 기반 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 상이한 유형의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(108)로서 사용될 수 있다.
따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 광 밸브 어레이 내의 광 밸브 세트들(예컨대, 상기 제1 및 제2 광 밸브 세트들(108a, 108b)) 각각은 상이한 멀티뷰 픽셀(106)에 각각 대응하고, 상기 광 밸브 세트들의 개별적인 광 밸브들(108)은 상기 각 멀티뷰 픽셀(106)의 서브 픽셀들(106')에 대응한다. 또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 서브 픽셀(106')의 크기는 광 밸브 어레이 내의 광 밸브(108)의 크기에 대응할 수 있다. 다른 예들에서, 상기 서브 픽셀 크기는 광 밸브 어레이의 인접한 광 밸브들(108) 사이의 거리(예컨대, 중심간 거리)로서 정의될 수 있다. 예컨대, 상기 광 밸브들(108)은 광 밸브 어레이 내의 광 밸브들(108) 사이의 중심간 거리보다 작을 수 있다. 예컨대, 서브 픽셀 크기는 광 밸브(108)의 크기 또는 광 밸브들(108) 사이의 중심간 거리에 대응하는 크기로 정의될 수 있다.
일부 실시 예에서, 한 쌍의 인접한 멀티빔 소자들(120) 사이의 소자간 거리(예컨대, 중심간 거리)는 예컨대, 광 밸브 세트로 표시되는 대응하는 한 쌍의 인접한 멀티뷰 픽셀들 사이의 픽셀간 거리(예컨대, 중심간 거리)와 동일할 수 있다. 예컨대, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 멀티빔 소자(120a)와 제2 멀티빔 소자(120b) 사이의 중심간 거리(d)는 제1 광 밸브 세트(108a)와 제2 광 밸브 세트(108b) 사이의 중심간 거리(D)와 실질적으로 동일하다. 다른 실시 예(미도시)에서, 멀티빔 소자들(120) 및 대응하는 광 밸브 세트들의 쌍들의 상대적 중심간 거리들은 상이할 수 있다. 예컨대, 멀티빔 소자들(120)은 멀티뷰 픽셀들(106)을 나타내는 광 밸브 세트들 사이의 간격(즉, 중심간 거리(D))보다 크거나 작은 소자간 간격(즉, 중심간 거리(d))을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 멀티빔 소자(120)의 형상은 멀티뷰 픽셀(106)의 형상과 유사하거나, 동등하게는 멀티뷰 픽셀(106)에 대응하는 광 밸브들(108)의 세트(또는 '서브 어레이')의 형상과 유사하다. 예컨대, 상기 멀티빔 소자(120)는 정사각형일 수 있고, 상기 멀티뷰 픽셀(106)(또는 대응하는 광 밸브들(108)의 세트의 배열)은 실질적으로 정사각형일 수 있다. 다른 예에서, 상기 멀티빔 소자(120)는 직사각형일 수 있다. 즉, 폭 또는 횡 방향의 치수보다 큰 길이 또는 종 방향의 치수를 가질 수 있다. 본 예에서, 멀티빔 소자(120)에 대응하는 멀티뷰 픽셀(106)(또는 동등하게는 광 밸브들(108)의 세트의 배열)은 유사한 직사각형일 수 있다. 도 3b는 정사각형 멀티빔 소자들(120) 및 그에 대응하고 광 밸브들(108)의 정사각형 세트들을 포함하는 정사각형 멀티뷰 픽셀들(106)의 평면도를 도시한다. 또 다른 예(미도시)에서, 상기 멀티빔 소자들(120) 및 그에 대응하는 멀티뷰 픽셀들(106)은 삼각형, 육각형 및 원형을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 형상 또는 적어도 이러한 다양한 형상들로 근사되는 형상을 갖는다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 멀티빔 소자(120)는 상기 가이드된 광(104)의 일부를 산란 또는 커플 아웃(couple out)하도록 구성된 다수의 상이한 산란 구조들 중 어느 것이든 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 상이한 산란 구조들은 회절 격자, 마이크로 반사 소자, 마이크로 굴절 소자 또는 이들의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이들 산란 구조들 각각은 각도 보존 산란체일 수 있다. 일부 실시 예에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(120)는 상기 가이드된 광 부분을 상기 상이한 주요각 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(102)로서 회절적으로 커플 아웃하도록 구성된다. 다른 실시 예에서, 마이크로 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(120)는 상기 가이드된 광 부분을 상기 복수의 지향성 광빔들(102)로서 반사적으로 커플 아웃하도록 구성되거나, 마이크로 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자 (120)는 상기 가이드된 광 부분을 상기 복수의 지향성 광빔들(102)로서 굴절에 의해 또는 굴절을 이용하여 커플 아웃(즉, 가이드된 광 부분을 굴절적으로 커플 아웃)하도록 구성된다.
또한, 일부 실시 예에서, 멀티빔 소자(120)의 산란 구조는 램버시안 산란체 또는 일반적인 확산체를 포함할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 도 4c에 도시된 멀티빔 소자(120)는 멀티빔 소자(120) 상부의 넓은 각도 영역에서 광을 산란시키도록 구성된 일반적인 확산체를 나타낼 수 있다. 본 명세서의 정의에 의하면, 통상적으로, 램버시안 산란체 및 일반적인 확산체는 각도 보존 산란체가 아니다. 따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 일반적인 산란체를 포함하는 멀티빔 소자(120)에 의해 제공되는 산란광의 각도 범위는, 예컨대 도 4c에서 시준 계수(σ)로 나타나는 가이드된 광(104)의 각도 범위보다 크며, 일부 예에서는 훨씬 크다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 5b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 5a 및 5b는 회절 격자(122)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 멀티빔 소자(120)를 도시한다. 상기 회절 격자(122)는 상기 복수의 지향성 광빔들(102)로서 가이드된 광(104)의 일부를 회절시켜 커플 아웃하도록 구성된다. 상기 회절 격자(122)는 가이드된 광의 일부의 회절 커플 아웃(diffractive coupling out)을 제공하도록 구성된 회절 특징부 간격 또는 회절 특징부 또는 격자 피치(pitch)에 의해 서로 이격된 복수의 회절 특징부를 포함한다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 회절 격자(122)에서 회절 특징부의 간격 또는 격자 피치는 서브 파장(즉, 가이드된 광의 파장 미만)일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 멀티빔 소자(120)의 회절 격자 (122)는 도광체(110)의 표면에 또는 인접하여 위치할 수 있다. 예컨대, 상기 회절 격자(122)는 도 5a에 도시된 바와 같이 도광체(110)의 제1 표면(110')에 또는 인접하여 위치할 수 있다. 상기 도광체의 제1 표면(110')에서의 회절 격자(122)는, 지향성 광빔들(102)로서 상기 제1 표면(110')을 통해 상기 가이드된 광 부분을 회절시켜 커플 아웃하도록 구성된 투과 모드(transmission mode) 회절 격자일 수 있다. 다른 예에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 회절 격자(122)는 도광체(110)의 제2 표면(110")에 또는 인접하여 위치할 수 있다. 제2 표면(110")에 위치할 때, 상기 회절 격자(122)는 반사 모드(reflection mode) 회절 격자일 수 있다. 반사 모드 회절 격자로서, 상기 회절 격자(122)는, 상기 가이드된 광 부분을 회절시키고 상기 회절된 가이드된 광 부분을 제1 표면(110')을 향하여 반사시켜, 회절적으로 커플 아웃된 회절 광빔들(102)로서 제1 표면(110')을 빠져 나가도록 구성된다. 다른 실시예(미도시)에서, 상기 회절 격자는 예컨대 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 모두로서 도광체(110)의 표면 사이에 위치할 수 있다.
본 명세서에 설명된 일부 실시예에서, 지향성 광빔들(102)의 주요각 방향들은 도광체 표면에서 도광체(110)를 빠져 나가는 지향성 광빔들(102)로 인한 굴절 효과를 포함할 수 있음에 유의한다. 예컨대, 도 4b 및 도 5b는 지향성 광빔들(102)이 제1 표면(110')을 가로 지르면서 굴절률이 변화하는 것으로 인한 상기 지향성 광빔(102)들의 굴절(즉, 만곡(bending))을 도시하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
일부 실시예에 따르면, 상기 회절 격자(122)의 회절 특징부는 서로 이격된 홈 및 융기의 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 상기 홈 또는 융기는 도광체(110)의 재료를 포함할 수 있고, 예컨대, 도광체(110)의 표면에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 상기 홈 또는 융기는 도광체(110)의 표면 상에 도광체 재료 이외의 재료, 예컨대, 다른 재료의 필름 또는 층으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 멀티빔 소자(120)의 회절 격자(122)는 회절 특징부 간격이 회절 격자(122)에 걸쳐 실질적으로 일정하거나 또는 변하지 않는 균일한 회절 격자이다. 다른 실시예에서, 상기 회절 격자(122)는 처프 회절 격자(chirped diffraction grating)이다. 정의에 따르면, '처프(chirped)' 회절 격자는 처프 회절 격자의 범위 또는 길이에 걸쳐 변하는 회절 특징부 (즉, 격자 피치)의 회절 간격을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 일부 실시예에서, 상기 처프 회절 격자는 거리에 따라 선형으로 변하는 회절 특징부 간격의 처프를 갖거나 나타낼 수 있다. 따라서, 정의에 의하면, 상기 처프 회절 격자는 '선형으로 처프(linearly chirped)' 회절 격자이다. 다른 실시예에서, 멀티빔 소자(120)의 처프 회절 격자는 회절 특징부 간격의 비선형 처프(non-linear chirp)를 나타낼 수 있다. 지수적 처프, 로그적 처프, 또는 실질적으로 불균일하거나 임의적이지만 여전히 단조로운 방식으로 변하는 다른 처프를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 비선형 처프가 사용될 수 있다. 정현파 처프 또는 삼각형이나 톱니형 처프를 포함하지만 이에 제한되지 않는 단조롭지 않은 처프도 사용될 수 있다. 이들 유형의 처프 중 임의의 조합도 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 멀티빔 소자(120) 또는 등가적으로 회절 격자(122)는 복수의 회절 격자들(122)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 회절 격자들(122)은 회절 격자(122)의 복수의 '서브 격자'라고도 언급될 수 있다. 상기 복수의 회절 격자(또는 서브 격자)는 다수의 상이한 구성들로 배열되어 상기 가이드된 광(104)의 일부를 복수의 지향성 광빔들(102)로서 산란 또는 회절적으로 커플 아웃할 수 있다. 특히, 상기 멀티빔 소자(120)의 복수의 회절 격자들(122)은 제1 회절 격자 및 제2 회절 격자(또는 등가적으로 제1 서브 격자 및 제2 서브 격자)를 포함할 수 있다. 제1 회절 격자는 복수의 지향성 광빔들(102)의 제1 광빔을 제공하도록 구성될 수 있는 한편, 제2 회절 격자는 복수의 지향성 광빔들(102)의 제2 광빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 제1 및 제2 광빔들은 상이한 주요각 방향들을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시 예에 의하면, 복수의 회절 격자들(122)은 제3 회절 격자, 제4 회절 격자 등을 포함할 수 있고, 각각의 회절 격자는 기타의 지향성 광빔들(102)을 제공하도록 구성된다.
일부 실시 예에서, 복수의 회절 격자(122) 중 하나 이상은 하나 초과의 지향성 광빔(102)을 제공할 수 있다. 또한, 회절 격자들(122)에 의해 제공되는 상이한 지향성 광빔들(102)은 수평축(예컨대, x-방향 또는 θ각도 성분) 및 수직축(예컨대, y-방향 또는 φ 각도 성분)을 따라 서로 상이한 주요각 방향을 가질 수 있다. 회절 격자들(122)에 의해 제공되는 개별적인 지향성 광빔들(102)의 상이한 주요각 방향들을 제어함으로써, 수평 전용 시차, 완전 2차원 시차, 및 수평 전용 시차와 완전 시차 사이의 편차 중 하나 또는 모두를 갖는 멀티 뷰 디스플레이를 구현할 수 있다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120)의 복수의 회절 격자들(122)의 단면도를 도시한다. 도 6b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서 도 6a에 도시된 복수의 회절 격자(122)들의 평면도를 도시한다. 예컨대, 도 6a의 단면도는 도 6b에 도시된 회절 격자(122)의 하부 열을 통해 좌측에서 우측으로 취한 횡단면을 나타낼 수 있다. 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 복수의 회절 격자들(122)은 도광체(110)의 표면(예컨대, 도시된 바와 같이, 제2 표면(110")) 상의 멀티빔 소자(120) 내에 제1 회절 격자(122a) 및 제2 회절 격자(122b)를 포함한다. 멀티빔 소자(120)의 크기(s)는 도 6a 및 6b에 도시되어 있고, 멀티빔 소자(120)의 경계가 점선을 사용하여 도 6b에 도시되어 있다.
일부 실시 예에 따르면, 멀티뷰 백라이트(100)의 상이한 멀티빔 소자들(120) 사이에서 복수의 회절 격자들 내의 회절 격자들(122)의 차동 밀도는, 각각의 상이한 멀티빔 소자들(120)에 의해 회절적으로 산란 또는 커플 아웃되는 복수의 지향성 광빔들(102)의 상대적인 강도를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 멀티빔 소자들(120)은 내부의 회절 격자들(122)의 상이한 밀도들을 가질 수 있고, 상기 상이한 밀도들(즉, 회절 격자들(122)의 차동 밀도)은복수의 지향성 광빔들(102)의 상대적인 강도를 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 복수의 회절 격자들 내에 더 적은 회절 격자들(122)을 갖는 멀티빔 소자(120)는 회절 격자들(122)을 상대적으로 더 많이 갖는 또 다른 멀티빔 소자(120)보다 낮은 강도(또는 빔 밀도)를 갖는 복수의 지향성 광빔들(102)을 생성할 수 있다. 예컨대, 회절 격자들(122)의 차동 밀도는 회절 격자가 부족하거나 없는 멀티빔 소자(120) 내의 도 6b에 도시된 위치(122')와 같은 위치를 사용하여 제공될 수 있다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티빔 소자(120)의 평면도를 도시한다. 도 7b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 또 다른 멀티빔 소자(120)의 평면도를 도시한다. 이와 함께, 도 7a 및 7b에 도시된 멀티빔 소자는 한 쌍의 멀티빔 소자들(120)을 나타낸다. 멀티빔 소자 쌍의 각각의 멀티빔 소자(120)에는 상이한 복수의 회절 격자들(122)이 도시되어있다. 특히, 도 7a에는 한 쌍 중의 제1 멀티빔 소자(120a)가 상기 한 쌍 중의 제2 멀티빔 소자(120b)에 존재하는 것보다 높은 밀도의 회절 격자들(122)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 제2 멀티빔 소자(120b)는 제1 멀티빔 소자(120a)보다 회절 격자들(122)을 더 적게 가지며, 회절 격자가 없는 위치들(122')을 더 많이 갖는다. 또한, 제한이 아닌 예로서, 도 7a 및 7b에는 멀티빔 소자들(120a, 120b) 내에 곡선의 회절 특징부들을 갖는 회절 격자들(122)이 도시된다.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 8b는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 8a 및 8b는 마이크로 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(120)의 실시 예를 도시한다. 멀티빔 소자(120)로서 또는 그 내부에 사용된 마이크로 반사 소자들은 반사 재료 또는 이의 층(예컨대, 반사 금속)을 사용하는 반사체 또는 내부 전반사(total internal reflection; TIR)에 기초한 반사체를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시 예에 따르면(예컨대, 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이), 마이크로 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(120)는 도광체(110)의 표면(예컨대, 제2 표면(110"))에 위치 또는 상기 표면에 인접하여 위치할 수 있다. 다른 실시 예(미도시)에서, 상기 마이크로 반사 소자는 제1 및 제2 표면들(110', 110") 사이의 도광체(110) 내에 위치할 수 있다.
예컨대, 도 8a는 도광체(110)의 제2 표면(110")에 인접하여 위치된 반사면들을 갖는 마이크로 반사 소자(124; 예컨대, '프리즘형' 마이크로 반사 소자)를 포함하는 멀티빔 소자(120)를 도시한다. 상기 도시된 프리즘형 마이크로 반사 소자(124)의 면들은 도광체(110)로부터의 상기 가이드된 광(104)의 일부를 반사(즉, 반사적으로 커플(couple))하도록 구성된다. 예컨대, 상기 면들은 상기 도광체(110)로부터 가이드된 광 부분을 반사하기 위해 상기 가이드된 광(104)의 전파 방향에 대해 경사지거나(slanted) 기울어질(tilted) 수 있다(즉, 경사각을 가질 수 있다). 다양한 실시 예에 따르면, 상기 면들은 (예컨대, 도 8a에 도시된 바와 같이) 도광체(110) 내의 반사 물질을 사용하여 형성될 수 있거나, 제2 표면(110") 내 프리즘형 캐비티(cavity)의 표면들일 수 있다. 일부 실시 예에서, 프리즘형 캐비티가 사용될 때, 캐비티 표면에서의 굴절률 변화가 반사(예컨대, TIR 반사)를 제공할 수 있거나, 상기 면을 형성하는 캐비티 표면이 반사 재료로 코팅되어 반사를 제공할 수 있다.
다른 예에서, 도 8b는 반구형 마이크로 반사 소자(124)와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는, 실질적으로 매끄러운 곡면을 갖는 마이크로 반사 소자(124)를 포함하는 멀티빔 소자(120)를 도시한다. 예컨대, 상기 마이크로 반사 소자(124)의 특정한 표면 곡선(specific surface curve)은 가이드된 광(104)이 접촉하는 곡면 상의 입사점에 의존하는 상이한 방향들로 상기 가이드된 광 부분을 반사시키도록 구성될 수 있다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 도광체 (110)로부터 반사적으로 커플 아웃된 가이드된 광 부분은, 제한이 아닌 예로서, 제1 표면(110')을 빠져 나가거나 이로부터 방출된다. 제한이 아닌 예로서 8b에 도시된 바와 같이, 도 8a의 프리즘형 마이크로 반사 소자(124)와 마찬가지로, 도 8b의 마이크로 반사 소자(124)는 도광체(110) 내의 반사 물질이거나 제2 표면(110")에 형성된 캐비티(예컨대, 반원형 캐비티)일 수 있다. 또한, 제한이 아닌 예로서, 도 8a 및 8b는 2개의 전파 방향들(103, 103')(즉, 굵은 화살표로 도시됨)을 갖는 가이드된 광(104)을 도시한다. 예컨대, 2개의 전파 방향들(103, 103')을 사용하면, 대칭적인 주요각 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(102)을 제공하는 것이 용이할 수 있다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 9는 마이크로 굴절 소자(126)를 포함하는 멀티빔 소자(120)를 도시한다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 마이크로 굴절 소자(126)는 도광체(110)로부터 가이드된 광(104)의 일부를 굴절적으로 커플 아웃하도록 구성된다. 즉, 도 9에 도시 된 바와 같이, 상기 마이크로 굴절 소자(126)는 굴절을 (예컨대, 회절 또는 반사와 반대로) 이용하여 도광체(110)로부터 가이드된 광의 일부를 지향성 광빔들(102)로서 커플 아웃하도록 구성된다. 상기 마이크로 굴절 소자(126)는 반구형, 직사각형 또는 프리즘 형상(즉, 경사면을 갖는 형상)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 형상을 가질 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 마이크로 굴절 소자(126)는 도시된 바와 같이 도광체(110)의 표면(예컨대, 제1 표면(110'))으로부터 연장되거나 돌출될 수 있거나, 상기 표면의 캐비티(미도시)일 수 있다. 또한, 일부 실시 예에서, 상기 마이크로 굴절 소자(126)는 도광체(110)의 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 상기 마이크로 굴절 소자(126)는 도광체 표면에 인접하는, 일부 예에서는 접촉하는, 또 다른 물질을 포함할 수 있다.
다시 도 3a 및 3c를 참조하면, 멀티뷰 백라이트(100)는 광원(140)을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 광원(140)은 도광체(110) 내에서 가이드될 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 상기 광원(140)은 도광체(110)의 입구 표면 또는 단부(입력 단부)에 인접하여 위치할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 상기 광원(140)은 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저(예컨대, 레이저 다이오드)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 실질적으로 어떠한 광원이든지(예컨대, 광학 방출기) 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 상기 광원(140)은 특정 색상으로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색인 광을 생성하도록 구성된 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 상기 단색광의 색상은 특정 색 공간 또는 색 모델(예컨대, 적녹청(RGB) 색 모델)의 기본색일 수 있다. 다른 예들에서, 상기 광원(140)은 실질적으로 광대역 또는 다색 광을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원일 수 있다. 예컨대, 상기 광원(140)은 백색광을 제공할 수 있다. 일부 실시 예에서, 상기 광원(140)은 상이한 색의 광을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 상기 상이한 광학 방출기들은 상이한 색의 각각의 광에 대응하는 가이드된 광의 색상별로 상이한 0이 아닌 전파 각도를 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예에서, 마이크로 렌즈(130)가 존재하는 경우에는 광원(140)과 관련된 시준기에 대한 필요성이 제거될 수 있다. 예컨대, 상기 마이크로 렌즈(130)는 멀티빔 소자(120)에 의해 제공된 지향성 광빔들(102)의 각도 확산에 관계없이 뷰 방향들에 대응하는 주요각 방향들을 갖도록 지향성 광빔들(102)의 각도 확산을 조정하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 상기 광원(140)은 시준기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 시준기는 광원(140)의 하나 이상의 광학 방출기로부터의 실질적으로 시준되지 않은 광을 수신하고, 상기 실질적으로 시준되지 않은 광을 시준된 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 특히, 일부 실시 예에 따르면, 상기 시준기는 0이 아닌 전파 각도를 갖는 것 및 소정의 시준 계수에 따라 시준되는 것 중의 하나 또는 모두에 해당하는 시준된 광을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 색상의 광학 방출기들을 사용하는 경우, 상기 시준기는 색상별로 상이한 0이 아닌 전파 각도 및 색상별로 상이한 시준 계수를 갖는 것 중의 하나 또는 모두를 갖는 시준된 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 시준기는 시준된 광빔을 도광체(110)에 연통(communicate)하여 상기 가이드된 광(104)으로서 전파하도록 구성된다.
일부 실시 예에서, 상기 멀티뷰 백라이트(100)는 가이드된 광(104)의 전파 방향(103, 103')에 직교하는 도광체(110)를 통한 방향으로의 광에 대해 실질적으로 투명하도록 구성된다. 특히, 일부 실시 예에서, 상기 도광체(110) 및 이격된 복수의 멀티빔 소자들(120)은 제1 표면(110') 및 제2 표면(110") 모두를 통해 광이 도광체(110)를 관통하도록 한다. 멀티빔 소자들(120)의 상대적으로 작은 크기 및 멀티빔 소자(120)의 상대적으로 큰 소자간 간격(예컨대, 멀티뷰 픽셀들(106)과의 일대일 대응)으로 인해, 투명도가 적어도 부분적으로 촉진될 수 있다. 또한, 일부 실시 예에 따르면, 특히 멀티빔 소자들(120)이 회절 격자들을 포함하는 경우, 멀티빔 소자들(120)은 도광체 표면들(110', 110")에 직교하여 전파되는 광에 대해 실질적으로 투명할 수도 있다.
본 명세서에 설명된 원리에 의한 일부 실시 예에 따르면, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 상기 멀티뷰 디스플레이는 변조된 광빔들을 멀티뷰 디스플레이의 픽셀들로서 방출하도록 구성된다. 또한, 방출된 변조된 광빔들은 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들의 복수의 뷰 방향들을 향해 우선적으로 지향될 수 있다. 일부 예에서, 멀티뷰 디스플레이는 3D 또는 멀티뷰 영상을 제공하거나 '표시'하도록 구성된다. 다양한 예에 따르면, 변조되고 상이하게 지향된 광빔들 중 상이한 광빔들은 멀티뷰 영상과 관련된 상이한 뷰들의 개별 픽셀들(즉, 뷰 픽셀들)에 대응할 수 있다. 예컨대, 상기 상이한 뷰들은 멀티뷰 디스플레이에 의해 표시되는 멀티뷰 영상 내의 정보에 "안경 불필요"(예컨대, 무안경(autosteroscopic))라는 표현을 제공할 수 있다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 디스플레이(200)의 블록도를 나타낸다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 멀티뷰 디스플레이(200)는 상이한 뷰들에 따른 멀티뷰 영상을 상이한 뷰 방향들에 표시하도록 구성된다. 특히, 멀티뷰 디스플레이(200)에 의해 방출된 변조된 광빔들(202)은 멀티뷰 영상을 표시하는데 사용되며, 상이한 뷰들의 픽셀들(즉, 뷰 픽셀들)에 대응할 수 있다. 상기 변조된 광빔들(202)은 도 10에서 멀티뷰 픽셀들(210)로부터 시작하는 화살표들로 도시되어 있다. 점선은 상기 방출된 변조된 광빔들(202)의 화살표로 사용되어, 제한이 아닌 일 예로서, 변조를 강조한다.
도 10에 도시된 멀티뷰 디스플레이(200)는 멀티뷰 픽셀들(210)의 어레이를 포함한다. 상기 어레이의 멀티뷰 픽셀들(210)은 멀티뷰 디스플레이(200)의 복수의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 어레이의 멀티뷰 픽셀(210)은 복수의 지향성 광빔들(204)을 변조하도록 구성되고 상기 방출된 변조된 지향성 광빔들(202)을 생성하도록 구성된 복수의 서브 픽셀들을 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 멀티뷰 픽셀(210)은 멀티뷰 백라이트(100)와 관련하여 상술된 광 밸브들(108)의 어레이의 광 밸브들(108)의 세트와 실질적으로 유사하다. 특히, 멀티뷰 픽셀(210)의 서브 픽셀은 전술한 광 밸브(108)와 실질적으로 유사할 수 있다. 즉, 멀티뷰 디스플레이(200)의 멀티뷰 픽셀(210)은 광 밸브들의 세트(예컨대, 광 밸브들(108)의 세트)를 포함할 수 있고, 멀티뷰 픽셀(210)의 서브 픽셀은 상기 세트의 광 밸브(예컨대, 하나의 광 밸브(108))를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 도 10에 도시된 멀티뷰 디스플레이(200)는 복수의 멀티빔 소자들(220)을 더 포함한다. 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자(220)는 복수의 지향성 광빔들(204)을 대응하는 멀티뷰 픽셀(210)에 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예에 따르면, 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들(204)은 서로 상이한 주요각 방향들을 갖는다.
특히, 일부 실시 예에서, 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자(220)의 크기는 상기 복수의 서브 픽셀들의 서브 픽셀의 크기와 유사할 수 있다. 예컨대, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(220)의 크기는 서브 픽셀 크기의 절반보다 크고 서브 픽셀 크기의 2배보다 작을 수 있다. 또한, 일부 실시 예 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(220) 사이의 소자간 거리는 멀티뷰 픽셀 어레이의 멀티뷰 픽셀들(210) 사이의 픽셀간 거리에 대응할 수 있다. 예컨대, 멀티빔 소자들(220) 사이의 상기 소자간 거리는 멀티뷰 픽셀들(210) 사이의 상기 픽셀간 거리와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 예들에서, 멀티빔 소자들(220) 사이의 소자간 거리와 멀티뷰 픽셀들(210) 사이의 대응하는 픽셀간 거리는 중심간 거리 또는 등가의 간격 또는 거리의 측정치로 정의될 수 있다. 또한, 상기 멀티뷰 픽셀 어레이의 멀티뷰 픽셀들(210) 및 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(220) 사이에는 일대일 대응 관계가 있을 수 있다. 특히, 일부 실시 예에서, 멀티빔 소자들(220) 사이의 소자간 거리(예컨대, 중심간 거리)는 멀티뷰 픽셀들(210) 사이의 픽셀간 거리(예컨대, 중심간 거리)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이와 같이, 멀티뷰 픽셀(210) 내의 서브 픽셀 각각은 대응하는 멀티빔 소자(220)에 의해 제공된 복수의 지향성 광빔들(204) 중 상이한 하나를 변조하도록 구성될 수 있다. 또한, 다양한 실시 예에 따르면, 상기 멀티뷰 픽셀(210) 각각은 하나의 멀티빔 소자(220)로부터 상기 지향성 광빔들(204)을 수신하고 변조하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예에서, 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자(220)는 전술한 멀티뷰 백라이트(100)의 멀티빔 소자(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 상기 멀티빔 소자(220)는 멀티빔 소자(120)와 관련하여 전술한, 예컨대 도 5a 내지 도 7b에 도시된, 회절 격자(122)와 실질적으로 유사한 회절 격자를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 멀티빔 소자(220)는 멀티빔 소자(120)와 관련하여 전술한, 예컨대 도 8a 및 8b에 도시된, 마이크로 반사 소자(124)와 실질적으로 유사한 마이크로 반사 소자를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 멀티빔 소자(220)은 마이크로 굴절 소자를 포함할 수 있다. 상기 마이크로 굴절 소자는 전술한 마이크로 굴절 소자(126)와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 멀티뷰 디스플레이(200)는 복수의 마이크로 렌즈들(230)을 더 포함한다. 상기 복수의 마이크로 렌즈들은 멀티뷰 픽셀 어레이 및 복수의 멀티빔 소자들 사이에 위치한다. 일부 실시 예에 따르면, 상기 복수의 마이크로 렌즈들의 마이크로 렌즈들(230), 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(220), 및 상기 멀티뷰 픽셀 어레이 내의 멀티뷰 픽셀들(210) 사이에는 일대일 대응 관계가 있을 수 있다. 특히, 마이크로 렌즈(230)의 개수는 멀티빔 소자(220)의 개수와 동일할 수 있고, 각각의 마이크로 렌즈(230)는 상기 복수의 멀티빔 소자들의 상이한 멀티빔 소자(220) 및 상기 멀티뷰 픽셀 어레이의 멀티뷰 픽셀(210)과 고유하게 관련된다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 복수의 마이크로 렌즈들의 마이크로 렌즈(230)는 멀티 뷰 디스플레이의 복수의 상이한 뷰들의 각각의 뷰 방향에 대응하도록 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들(204)의 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 상기 마이크로 렌즈(230)는 전술한 멀티뷰 백라이트(100)의 마이크로 렌즈(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 상기 마이크로 렌즈(230)는 복수의 지향성 광빔들(204)의 각도 확산을 감소시킴으로써 지향성 광빔들(204)의 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된 수렴 렌즈를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 마이크로 렌즈(230)는 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산을 증가시킴으로써 지향성 광빔들의 상이한 주요각 방향을 조정하도록 구성된 발산 렌즈를 포함할 수 있다.
회절 격자, 마이크로 반사 소자, 마이크로 굴절 소자, 일반적인 확산체, 또는 다른 산란 소자 중 하나 이상을 포함하는 멀티빔 소자(220)를 구비하는 실시 예에서, 상기 멀티뷰 디스플레이(200)는 광을 가이드하도록 구성된 도광체를 더 포함할 수 있다(미도시). 다양한 실시 예에 따르면, 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(220)은 상기 도광체로부터의 상기 가이드된 광의 일부를 마이크로 렌즈들(230)에 의해 조정된 후 상기 픽셀 어레이의 대응하는 멀티뷰 픽셀들(210)에 제공되는 복수의 지향성 광빔들(204)로서 산란 또는 커플 아웃하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 멀티빔 소자(220)는 도광체에 광학적으로 연결되어 상기 가이드된 광의 일부를 산란시킬 수 있다. 일부 실시 예에서, 상기 멀티뷰 디스플레이(200)의 도광체는 멀티뷰 백라이트(100)와 관련하여 전술한 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다.
또한, 이들 실시 예 중 일부에서(도 10에 미도시), 상기 멀티뷰 디스플레이(200)는 광원을 더 포함 할 수 있다. 상기 광원은 광을 도광체에 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 제공된 광은 0이 아닌 전파 각도를 가질 수 있으며, 일부 실시 예에서, 도광체 내에서 상기 가이드된 광의 소정의 각도 확산을 제공하도록 시준 계수에 따라 시준될 수 있다. 일부 실시 예에 따르면, 상기 광원은 전술한 멀티뷰 백라이트(100)의 광원(140)과 실질적으로 유사할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리의 다른 실시 예에 따르면, 멀티뷰 백라이트의 동작이 제공된다. 도 11은 본 명세서에 설명된 원리에 일치하는 실시 예에 따른 일 예로서의 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)은 도광체의 길이를 따르는 전파 방향으로 광을 가이드하는 단계(310)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 광은 0이 아닌 전파 각도로 가이드될 수 있다(310). 또한, 상기 가이드된 광은 소정의 시준 계수에 따라 시준될 수 있다. 일부 실시 예에 따르면, 상기 도광체는 멀티뷰 백라이트(100)와 관련하여 전술한 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)은 복수의 지향성 광빔들을 제공하도록 멀티빔 소자를 이용하여 상기 가이드된 광의 일부를 상기 도광체로부터 산란시키는 단계(320)를 더 포함한다. 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들은 서로 상이한 방향들(또는 주요각 방향들)을 갖는다. 일부 실시 예에 따르면, 상기 멀티빔 소자의 크기는 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀의 서브 픽셀의 크기와 유사하거나 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀의 광 밸브의 크기와 동등할 수 있다. 예컨대, 상기 멀티빔 소자는 서브 픽셀 크기의 절반보다 크고 서브 픽셀 크기의 두 배보다 작을 수 있다.
일부 실시 예에서, 상기 멀티빔 소자는 전술한 멀티뷰 백라이트(100)의 멀티빔 소자(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 상기 멀티빔 소자는 복수의 멀티빔 소자들의 또는 멀티빔 소자들의 어레이의 멤버(member)일 수 있다. 일부 실시 예에서, 상기 멀티빔 소자는 멀티뷰 백라이트(100)와 관련하여 전술한 멀티빔 소자(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 상기 멀티빔 소자는 상기 도광체에 광학적으로 결합되어 상기 가이드된 광의 일부를 산란시키는 광학 확산체, 회절 격자, 마이크로 반사 소자, 및 마이크로 굴절 소자 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)은 마이크로 렌즈를 사용하여 지향성 광빔들의 방향들(또는 주요각 방향들)의 방향들을 조정하는 단계(330)를 더 포함한다. 상기 조정된 방향들은 상기 멀티뷰 백라이트를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들에 각각 대응된다. 일부 실시 예에 따르면, 상기 조정하는 단계(330)에 사용되는 상기 마이크로 렌즈는 전술한 멀티뷰 백라이트(100)의 마이크로 렌즈(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 상기 마이크로 렌즈는 수렴 렌즈일 수 있고, 상기 마이크로 렌즈를 사용하는 단계(330)로 인해 방향들이 조절되어 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산이 줄어들 수 있다. 다른 예에서, 상기 마이크로 렌즈는 발산 렌즈일 수 있고, 상기 조정으로 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산이 증가할 수 있다.
일부 실시 예에서(미도시), 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)은 광원을 사용하여 광을 도광체에 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 제공된 광은 상기 도광체 내에서 상기 가이드된 광의 소정의 각도 확산을 제공하도록 도광체 내에서 0이 아닌 전파 각도를 가지는 것 및 시준 계수에 따라 도광체 내에서 시준되는 것 중의 하나에 해당하는 가이드된 광일 수 있다. 일부 실시 예에서, 상기 광원은 전술한 멀티뷰 백라이트(100)의 광원(140)과 실질적으로 유사할 수 있다.
일부 실시 예에서(미도시), 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)은 상기 멀티뷰 픽셀로서 구성된 복수의 광 밸브들을 이용하여 상기 지향성 광빔들을 변조하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 백라이트(100)와 관련하여 전술한 상기 멀티뷰 픽셀(106)과 실질적으로 유사할 수 있다. 이와 유사하게, 일부 실시 예에서, 상기 복수의 광 밸브들의 광 밸브는 전술한 광 밸브들(108)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다.
이상으로, 지향성 광빔들의 방향들을 조정하기 위하여 마이크로 렌즈를 포함하는 멀티뷰 백라이트, 멀티뷰 디스플레이, 및 멀티뷰 백라이트의 동작 방법의 예 및 실시 예를 설명하였다. 상기 설명된 예들은 본 명세서에서 설명된 원리를 나타내는 다수의 특정 예들 중 일부만을 예시할 뿐임을 유의하여야 한다. 명백히, 당업자는 아래의 청구 범위에 따른 정의를 벗어나지 않는 범위 내에서 수많은 다른 배치들도 용이하게 적용할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 광을 가이드된 광으로서 가이드하도록 구성된 도광체;
    상기 가이드된 광의 일부를 상기 도광체로부터 복수의 지향성 광빔들로서 산란하도록 구성된 멀티빔 소자 - 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들은 서로 상이한 주요각 방향들을 가짐 -; 및
    상기 멀티빔 소자에 일대일로 대응되는 마이크로 렌즈 - 상기 마이크로 렌즈는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응되도록 상기 지향성 광빔들의 상기 상이한 주요각 방향들의 각도 확산(angular spread)을 조정하도록 구성됨 -;
    를 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 크기는 상기 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브의 크기의 50% 내지 200%인, 멀티뷰 백라이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는:
    상기 가이드된 광의 일부를 상기 복수의 지향성 광빔들로서 회절적으로 산란하도록 구성되는 회절 격자;
    상기 가이드된 광의 일부를 상기 복수의 지향성 광빔들로서 반사적으로 산란하도록 구성되는 마이크로 반사 소자; 및
    상기 가이드된 광의 일부를 상기 복수의 지향성 광빔들로서 굴절적으로 산란하도록 구성되는 마이크로 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 상기 회절 격자는 복수의 회절 격자들을 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 상기 도광체의 제1 면 및 제2 면 중의 하나에 위치하고, 상기 멀티빔 소자는 상기 제1 면을 통해 상기 가이드된 광의 상기 일부를 산란시키도록 구성되는, 멀티뷰 백라이트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산을 감소시킴으로써 상기 지향성 광빔들의 상기 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된 수렴 렌즈를 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산을 증가시킴으로써 상기 지향성 광빔들의 상기 상이한 주요각 방향들을 조정하도록 구성된 발산 렌즈를 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도광체의 입력부에 광학적으로 결합되어, 0이 아닌 전파 각도를 갖는 것 및 소정의 시준 계수에 따라 시준되는 것 중의 하나 또는 모두에 해당하는 가이드된 광을 제공하도록 구성된 광원을 더 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  9. 제1항의 멀티뷰 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이로서,
    상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하며,
    상기 어레이의 광 밸브들의 세트는 상기 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀에 대응하는, 멀티뷰 디스플레이.
  10. 멀티뷰 디스플레이의 복수의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성되는 멀티뷰 픽셀들의 어레이 - 상기 어레이의 멀티뷰 픽셀은 복수의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 복수의 광 밸브들을 포함함 -;
    각각이 상기 복수의 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 복수의 멀티빔 소자들; 및
    상기 멀티뷰 픽셀 어레이 및 상기 복수의 멀티빔 소자들 사이에 배치되고, 각각이 상기 멀티뷰 디스플레이의 복수의 상이한 뷰들의 각각의 뷰 방향들에 대응하도록 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들의 방향들의 각도 확산(angular spread)을 조절하도록 구성되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하되,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 각각의 마이크로 렌즈는 상기 복수의 멀티빔 소자들 중 서로 상이한 하나와 일대일 대응 관계를 가지며 상기 멀티빔 소자들에 의해 제공되는 상기 지향성 광빔들의 방향들을 조정하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 크기는 상기 복수의 광 밸브들의 광 밸브의 크기의 절반 초과이고 2배 미만인, 멀티뷰 디스플레이.
  12. 제10항에 있어서,
    광을 가이드된 광으로서 가이드하는 도광체를 더 포함하고, 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자는 상기 도광체로부터 상기 가이드된 광의 일부를 상기 복수의 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성되는, 멀티뷰 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 상기 도광체에 광학적으로 결합되어 상기 가이드된 광의 일부를 산란시키는 회절 격자, 마이크로 반사 소자, 및 마이크로 굴절 소자 중의 하나를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회절 격자는 복수의 회절 격자들을 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산을 감소시킴으로써 상기 지향성 광빔들의 방향들을 조정하도록 구성된 수렴 렌즈를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산을 증가시킴으로써 상기 지향성 광빔들의 방향들을 조정하도록 구성된 발산 렌즈를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  17. 멀티뷰 백라이트의 동작 방법으로서,
    광을 도광체의 길이를 따라 전파 방향으로 가이드된 광으로서 가이드하는 단계;
    복수의 지향성 광빔들을 제공하도록 멀티빔 소자를 이용하여 상기 가이드된 광의 일부를 상기 도광체로부터 산란시키는 단계 - 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들은 서로 상이한 방향들을 가짐 -; 및
    상기 멀티빔 소자에 일대일로 대응되는 마이크로 렌즈를 이용하여 상기 지향성 광빔들의 방향들의 각도 확산(angular spread)을 조정하는 단계 - 상기 조정된 방향들은 상기 멀티뷰 백라이트를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들에 각각 대응됨 - 를 포함하고,
    상기 멀티빔 소자의 크기는 상기 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀 내의 서브 픽셀의 크기의 50% 내지 200% 사이인,
    멀티뷰 백라이트의 동작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 상기 도광체에 광학적으로 결합되어 상기 가이드된 광의 일부를 산란시키는 광학 확산체, 회절 격자, 마이크로 반사 소자, 및 마이크로 굴절 소자 중의 하나 이상을 포함하는, 멀티뷰 백라이트의 동작 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 수렴 렌즈이고, 상기 방향들은 상기 복수의 지향성 광빔들의 각도 확산을 감소시키도록 조절되는, 멀티뷰 백라이트의 동작 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    광원을 이용하여 상기 도광체에 광을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제공된 광은 상기 도광체 내에서 0이 아닌 전파 각도를 갖는 것 및 상기 가이드된 광의 소정의 각도 확산을 제공하도록 시준 계수에 따라 시준되는 것 중 하나 또는 모두에 해당하는 가이드된 광으로서 가이드되는, 멀티뷰 백라이트의 동작 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 멀티뷰 픽셀로서 구성되는 복수의 광 밸브들을 사용하여 상기 지향성 광빔들을 변조하는 단계를 더 포함하는, 멀티뷰 백라이트의 동작 방법.
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