KR102675403B1 - 고-굴절률 도광체 층을 갖는 백라이트 산란 소자, 멀티뷰 디스플레이 및 방법 - Google Patents

고-굴절률 도광체 층을 갖는 백라이트 산란 소자, 멀티뷰 디스플레이 및 방법 Download PDF

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Abstract

백라이트 산란 소자, 멀티뷰 디스플레이 및 백라이트 산란 소자의 동작 방법은, 방출광을 제공하기 위해 도광체 및 회절 격자와 함께 고-굴절률 도광체 층을 이용한다. 백라이트 산란 소자는 광을 안내된 광으로서 안내하는 도광체, 및 도광체에 광학적으로 연결되고 도광체의 두께를 확장하도록 구성된 고-굴절률 도광체 층을 포함한다. 백라이트 산란 소자는 또한 안내된 광의 일부를 방출광으로서 회절적으로 산란시키기 위해 고-굴절률 도광체 층에 인접한 회절 격자를 포함한다. 멀티뷰 디스플레이는 제 1 층 및 제 2 층을 갖는 도광체를 포함하며, 제 2 층의 굴절률은 제 1 층의 굴절률보다 더 크다. 멀티뷰 디스플레이는 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 회절적으로 산란된 지향성 광빔들을 변조할 수 있다.

Description

고-굴절률 도광체 층을 갖는 백라이트 산란 소자, 멀티뷰 디스플레이 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이들은 매우 다양한 기기들 및 제품들의 사용자들에게 정보를 전달하기 위한 아주 보편적인 매체이다. 가장 일반적으로 이용되는 전자 디스플레이들은 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 전계 발광(electroluminescent; EL) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 및 능동 매트릭스(active matrix) OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기 영동(electrophoretic; EP) 디스플레이 및 전자 기계(electromechanical) 또는 전자 유체(electrofluidic) 광 변조를 이용하는 다양한 디스플레이들(예를 들어, 디지털 미세거울(micromirror) 기기, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이 등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동형 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광을 고려하면 일반적으로 수동형으로 분류되는 디스플레이들은 LCD 및 EP 디스플레이들이다. 수동형 디스플레이들은 본질적으로 적은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성들을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족한 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 3d는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 단면도를 도시한다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 7c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들은 멀티뷰 디스플레이(multiview display)를 포함하는 디스플레이들에 적용되는 백라이트 산란 소자(backlight scattering element)를 제공한다. 일부 실시 예들에서, 백라이트 산란 소자는 도광체(light guide), 및 도광체에 광학적으로 연결되고 도광체의 두께를 확장하는(extend) 고-굴절률 도광체 층(high-index light guide layer)을 포함한다. 고-굴절률 도광체 층은 도광체의 굴절률(refractive index)보다 더 큰 굴절률을 갖는다. 또한, 백라이트 산란 소자는 고-굴절률 도광체 층에 인접한 회절 격자를 포함하며, 회절 격자는 도광체 및 고-굴절률 도광체 층으로부터 안내된 광(guided light)의 일부를 방출광(emitted light)으로서 회절적으로 산란시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자에 인접한 고-굴절률 도광체의 존재는 백라이트 산란 소자의 산란 효율을 증가시킬 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 백라이트 산란 소자는, 단일 광각 뷰(view)를 제공하는 2차원(2D) 디스플레이뿐만 아니라 연관된 상이한 뷰 방향들을 갖는 복수의 상이한 뷰들을 갖는 멀티뷰 디스플레이와 함께 이용될 수 있다.
본 명세서에서, '2차원 디스플레이(two-dimensional display)' 또는 '2D 디스플레이'는 이미지가 보여지는 방향과 무관하게 (즉, 2D 디스플레이의 미리 정의된 시야각 또는 시야 범위 내에서) 실질적으로 동일한 이미지의 뷰를 제공하도록 구성된 디스플레이로서 정의된다. 많은 스마트 폰들 및 컴퓨터 모니터들에서 찾아볼 수 있는 통상적인 액정 디스플레이(LCD)가 2D 디스플레이의 예이다. 대조적으로, 본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'는 상이한 뷰 방향들로 또는 상이한 뷰 방향들로부터 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 특히, 상이한 뷰들은 멀티뷰 이미지의 장면 또는 객체의 상이한 시점 뷰들(perspective views)을 나타낼 수 있다. 본 명세서에 설명된 지향성 백라이팅(directional backlighting) 및 백릿 디스플레이들(backlit displays)의 용도에는, 이동식 전화기(예를 들어, 스마트 폰), 시계, 태블릿 컴퓨터, 이동식 컴퓨터(예를 들어, 랩톱 컴퓨터), 개인용 컴퓨터 및 컴퓨터 모니터, 차량용 디스플레이 콘솔, 카메라 디스플레이, 및 다양한 기타의 이동식 및 실질적으로 비-이동식 디스플레이 응용 및 기기가 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(10)의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(10)는 보여질 멀티뷰 이미지를 디스플레이하기 위한 스크린(12)을 포함한다. 멀티뷰 디스플레이(10)는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(14)을 스크린(12)에 대해 상이한 뷰 방향들(16)로 제공한다. 뷰 방향들(16)은 스크린(12)으로부터 여러 상이한 주 각도 방향들로 연장되는 화살표들로서 도시되었고, 상이한 뷰들(14)은 화살표들(즉, 뷰 방향들(16)을 묘사함)의 말단에 다각형 박스들로서 도시되었으며, 제한이 아닌 예로서 단지 4개의 뷰들(14) 및 4개의 뷰 방향들(16)이 도시되었다. 도 1a에는 상이한 뷰들(14)이 스크린 위에 있는 것으로 도시되었으나, 멀티뷰 이미지가 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 디스플레이되는 경우 뷰들(14)은 실제로 스크린(12) 상에 또는 스크린(12)의 부근에 나타날 수 있다는 것에 유의한다. 뷰들(14)을 스크린(12) 위에 묘사한 것은 단지 도시의 단순화를 위한 것이며, 특정 뷰(14)에 대응되는 개별적인 뷰 방향들(16)로부터 멀티뷰 디스플레이(10)를 보는 것을 나타내기 위함이다.
본 명세서의 정의에 의하면, 뷰 방향 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 방향을 갖는 광빔(즉, 지향성 광빔)은 일반적으로 각도 성분들(angular components) {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 각도 성분(θ)은 광빔의 '고도 성분(elevation component)' 또는 '고도각(elevation angle)'으로 언급된다. 각도 성분(φ)은 광빔의 '방위 성분(azimuth component)' 또는 '방위각(azimuth angle)'으로 언급된다. 정의에 의하면, 고도각(θ)은 수직 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 수직인)에서의 각도이고, 방위각(φ)은 수평 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 평행인)에서의 각도이다. 도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향(예를 들어, 도 1a의 뷰 방향(16))에 대응되는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔(20)의 각도 성분들 {θ, φ}의 그래픽 표현을 도시한다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 광빔(20)은 특정 지점으로부터 방출되거나 발산된다. 즉, 정의에 의하면, 광빔(20)은 멀티뷰 디스플레이 내의 특정 원점(point of origin)과 관련된 중심 광선(central ray)을 갖는다. 또한, 도 1b는 광빔(또는 뷰 방향)의 원점(O)을 도시한다.
또한, 본 명세서에서, '멀티뷰 이미지(multiview image)' 및 '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'라는 용어들에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰(multiview)'라는 용어는 복수의 뷰들 중 뷰들 간의 각도 시차(angular disparity)를 포함하거나 상이한 시점들(perspectives)을 나타내는 복수의 뷰들로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 일부 정의에 의하면, 본 명세서에서 '멀티뷰'라는 용어는 3개 이상의 상이한 뷰들(즉, 최소 3개의 뷰들로서 일반적으로 4개 이상의 뷰들)을 명시적으로 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에 따르면, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰 디스플레이'는 장면 또는 이미지를 나타내기 위해 단지 2개의 상이한 뷰들만을 포함하는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이와는 명시적으로 구분될 수 있다. 그러나, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 이미지들 및 멀티뷰 디스플레이들은 3개 이상의 뷰들을 포함하지만, 멀티뷰의 뷰들 중 단지 2개만을 동시에 보게끔(예를 들어, 하나의 눈 당 하나의 뷰) 선택함으로써 멀티뷰 이미지들이 (예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 상에서) 스테레오스코픽 쌍의 이미지들(stereoscopic pair of images)로 보일 수 있다는 것에 유의한다.
본 명세서에서, '멀티뷰 픽셀(multiview pixel)'은 멀티뷰 디스플레이의 복수의 상이한 뷰들 중 각각의 뷰의 뷰 픽셀들(view pixels)을 나타내는 광 밸브 어레이의 한 세트 또는 그룹의 광 밸브들로서 정의된다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 뷰 픽셀에 대응되거나 그 뷰 픽셀을 나타내는 광 밸브 어레이의 개별 광 밸브를 가질 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 픽셀의 광 밸브들에 의해 제공되는 뷰 픽셀들은, 뷰 픽셀들 각각이 상이한 뷰들 중 대응되는 하나의 뷰의 정해진(predetermined) 뷰 방향과 관련된다는 점에서 소위 '지향성 픽셀들(directional pixels)'이다. 또한, 다양한 예들 및 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 픽셀의 광 밸브들에 의해 나타나는 상이한 뷰 픽셀들은 상이한 뷰들 각각에서 대등한 또는 적어도 실질적으로 유사한 위치들 또는 좌표들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 {x 1, y 1}에 위치하는 뷰 픽셀들에 대응되는 개별 광 밸브들을 가질 수 있고, 제 2 멀티뷰 픽셀은 상이한 뷰들 각각의 {x 2, y 2}에 위치하는 뷰 픽셀들에 대응되는 개별 광 밸브들을 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 소정의 멀티뷰 픽셀 내의 광 밸브들의 개수는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 멀티뷰 픽셀은 64개의 상이한 뷰들을 갖는 멀티뷰 디스플레이와 관련하여 64개의 광 밸브들을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 멀티뷰 디스플레이는 8×4 어레이의 뷰들(즉, 32개의 뷰들)을 제공할 수 있고, 멀티뷰 픽셀은 32개의 광 밸브들(즉, 각각의 뷰마다 하나)을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 각각의 상이한 광 밸브는 상이한 뷰들의 뷰 방향들 중 상이한 하나에 대응되는 관련 방향(예를 들어, 광빔의 주 각도 방향)을 갖는 뷰 픽셀을 제공할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀들의 개수는 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀들(즉, 선택된 뷰를 구성하는 픽셀들)의 개수와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 명세서에서, '도광체(light guide)'는 내부 전반사(total internal reflection)를 이용하여 그 내에서 광을 안내하는 구조물로서 정의된다. 특히, 도광체는 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. 다양한 예들에서, '도광체'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 간의 계면에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사를 이용하는 유전체 광학 도파로(dielectric optical waveguide)를 지칭한다. 정의에 의하면, 내부 전반사를 위한 조건은 도광체의 굴절률이 도광체 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 커야 한다는 것이다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 그에 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 코팅일 수 있다. 도광체는 판(plate) 또는 슬래브(slab) 가이드 및 스트립(strip) 가이드 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 도광체들 중 임의의 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, '판 도광체(plate light guide)'에서와 같이 도광체에 적용되는 경우의 '판(plate)'이라는 용어는, 종종 '슬래브' 가이드로 지칭되는, 한 장씩의(piece-wise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향면들)에 의해 경계를 이루는 2개의 실질적으로 직교하는 방향들로 광을 안내하도록 구성된 도광체로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 상단 및 하단 표면들은 서로 떨어져 있고 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 판 도광체의 임의의 구별적으로 작은 섹션 내에서, 상단 및 하단 표면들은 실질적으로 평행하거나 공면(co-planar) 상에 있다.
일부 실시 예들에서, 판 도광체는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한됨), 따라서 판 도광체는 평면형 도광체이다. 다른 실시 예들에서, 판 도광체는 1개 또는 2개의 직교하는 차원들로 만곡(curved)될 수 있다. 예를 들어, 판 도광체는 단일 차원으로 만곡되어 원통형 형상의 판 도광체를 형성할 수 있다. 그러나, 어떠한 곡률이든 광을 안내하기 위해 판 도광체 내에서 내부 전반사가 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절성 특징부들)로서 광범위하게 정의된다. 일부 예들에서, 복수의 특징부들은 주기적 방식 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 다른 예들에서, 회절 격자는, 각각의 회절 격자가 특징부들의 상이한 주기적 배열을 갖는 복수의 회절 격자들을 포함하는 혼합-주기 회절 격자일 수 있다. 또한, 회절 격자는 1차원(1D) 어레이로 배열된 복수의 특징부들(예를 들어, 재료 표면 내의 복수의 홈들(grooves) 또는 융기들(ridges))을 포함할 수 있다. 대안적으로, 회절 격자는 특징부들의 2차원(2D) 어레이 또는 2차원으로 정의되는 특징부들의 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 상의 돌출들(bumps) 또는 재료 표면 내의 구멍들(holes)의 2D 어레이일 수 있다. 일부 예들에서, 회절 격자는 제 1 방향 또는 차원에서 실질적으로 주기적일 수 있고, 회절 격자를 가로지르거나 따르는 다른 방향에서 실질적으로 비주기적(예를 들어, 일정, 무작위 등)일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본 명세서의 정의에 의하면, '회절 격자(diffraction grating)'는 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조물이다. 광이 도광체로부터 회절 격자 상에 입사하면, 제공된 회절 또는 회절성 산란(diffractive scattering)은 회절 격자가 회절에 의해 또는 회절을 이용하여 도광체로부터 광을 커플 아웃(couple out)또는 산란시킬 수 있다는 점에서 '회절성 커플링(diffractive coupling)' 또는 '회절성 산란(diffractive scattering)'을 야기할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절에 의해 (즉, 회절각(diffractive angle)으로) 광의 각도를 재지향시키거나 변경시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 상이한 전파 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 회절에 의한 광의 전파 방향의 변경은 '회절성 재지향(diffractive redirection)'으로 언급된다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자 상에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절성 특징부들을 포함하는 구조물인 것으로 이해될 수 있으며, 도광체로부터 광이 입사되면 회절 격자는 또한 도광체로부터의 광을 회절적으로 커플 아웃시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 특징부들은 '회절성 특징부들(diffractive features)'로 언급되고, 재료 표면(즉, 2개의 재료들 간의 경계)에, 표면 내에 및 표면 상에 중 하나 이상에 있을 수 있다. 예를 들어, 이 표면은 도광체의 상단 표면 아래에 있을 수 있다. 회절성 특징부들은 표면의, 표면 내의 또는 표면 상의 홈들, 융기들, 구멍들 및 돌출들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 내에 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 융기들을 포함할 수 있다. 회절성 특징부들(예를 들어, 홈들, 융기들, 구멍들, 돌출들 등)은 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들어, 이진 회절 격자), 삼각형 프로파일 및 톱니 프로파일(예를 들어, 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 회절을 제공하는 다양한 단면 형상들 또는 프로파일들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 예들에 따르면, 회절 격자(예를 들어, 후술될 바와 같은 복수의 회절 격자들의 회절 격자)는 도광체(예를 들어, 판 도광체)로부터의 광을 광빔으로서 회절적으로 산란 또는 커플 아웃시키기 위해 이용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 또는 이에 의해 제공되는 회절각(diffraction angle; θ m )은 식(1)으로 주어질 수 있다.
(1)
여기서, λ는 광의 파장, m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 간의 거리 또는 간격, θ i 는 회절 격자 상의 광의 입사각이다. 단순화를 위해, 식(1)은 회절 격자가 도광체의 표면에 인접하고 도광체 외부의 재료의 굴절률은 1인 것(즉, n out = 1)으로 가정한다. 일반적으로, 회절 차수(m)는 정수(즉, m = ± 1, ± 2, ...)로 주어진다. 회절 격자에 의해 생성되는 광빔의 회절각(θ m )은 식(1)으로 주어질 수 있다. 회절 차수(m)가 1인 경우(즉, m = 1), 1차 회절 또는 보다 구체적으로 1차 회절각(θ m )이 제공된다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자(30)의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 회절 격자(30)는 도광체(40)의 표면 상에 위치될 수 있다. 또한, 도 2는 입사각(θ i)으로 회절 격자(30) 상에 입사되는 광빔(50)을 도시한다. 광빔(50)은 도광체(40) 내의 안내된 광빔이다. 또한, 도 2에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 회절 격자(30)에 의해 회절적으로 생성되고 커플 아웃된 또는 산란된 지향성 광빔(60)이 도시되었다. 지향성 광빔(60)은 식(1)으로 주어진 바와 같은 회절각(θ m)(또는 본 명세서에서 '주 각도 방향(principal angular direction)')을 갖는다. 예를 들어, 지향성 광빔(60)은 회절 격자(30)의 회절 차수 'm'에 대응될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 회절성 특징부들은 만곡될 수 있고 또한 광의 전파 방향에 대해 정해진 배향(예를 들어, 경사 또는 회전)을 가질 수 있다. 예를 들어, 회절성 특징부들의 곡선(curve) 및 회절성 특징부들의 배향 중 하나 또는 모두는 회절 격자에 의해 커플 아웃되는 광의 방향을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 지향성 광의 주 각도 방향은 입사광의 전파 방향에 대해 광이 회절 격자 상에 입사하는 지점에서의 회절성 특징부의 각도의 함수일 수 있다.
본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 정의에 의하면, '회절성(diffractive)' 멀티빔 소자는 회절성 커플링에 의해 또는 회절성 커플링을 이용하여 복수의 광빔들을 생성하는 멀티빔 소자이다. 특히, 일부 실시 예들에서, 회절성 멀티빔 소자는 도광체 내에서 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란시킴으로써 복수의 광빔들을 제공하기 위해 백라이트의 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절성 멀티빔 소자는 멀티빔 소자의 경계 또는 범위(extent) 내에 복수의 회절 격자들을 포함한다. 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의해 생성된 복수의 광빔들 중 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 광빔들 중 어느 하나의 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 하나의 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 따라서, 광빔들은 '지향성(directional)' 광빔들로 언급될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 회절성 멀티빔 소자의 회절 격자들 내의 회절성 특징부들의 간격 또는 격자 피치는 서브 파장(sub-wavelength)(즉, 안내된 광의 파장 미만)일 수 있다.
회절 격자들을 포함하는 멀티빔 소자가 이후의 논의들에서 예시적인 예로서 이용되지만, 일부 실시 예들에서 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 적어도 하나와 같은 다른 구성 요소들이 멀티빔 소자에 이용될 수 있다. 예를 들어, 미세 반사 소자는 삼각 형상 거울, 사다리 형상 거울, 피라미드 형상 거울, 직사각 형상 거울, 반구 형상 거울, 오목 거울 및/또는 볼록 거울을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 미세 굴절 소자는 삼각 형상 굴절 소자, 사다리 형상 굴절 소자, 피라미드 형상 굴절 소자, 직사각 형상 굴절 소자, 반구 형상 굴절 소자, 오목 굴절 소자 및/또는 볼록 굴절 소자를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자에 의해 생성된 복수의 지향성 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 지향성 광빔들은 실질적으로 원추형 공간 영역에 국한되거나 복수의 광빔들 내의 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 포함하는 정해진 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 따라서, 지향성 광빔들의 정해진 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 지향성 광빔들) 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 광빔들 내의 여러 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 회절성 멀티빔 소자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적 등 중의 하나 이상)와 회절성 멀티빔 소자 내의 회절 격자의 배향 및 '격자 피치(grating pitch)' 또는 회절성 특징부 간격을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성에 의해 결정된다. 본 명세서의 정의에 의하면, 일부 실시 예들에서, 회절성 멀티빔 소자는 '연장된 점 광원(extended point light source)', 즉 회절성 멀티빔 소자의 범위(extent)에 걸쳐(across) 분포된 복수의 점 광원들로 간주될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 그리고 도 1b와 관련하여 전술한 바와 같이, 회절성 멀티빔 소자에 의해 생성되는 지향성 광빔은 각도 성분들 {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다.
본 명세서에서, '시준기(collimator)'는 광을 시준하도록 구성된 실질적으로 임의의 광학 기기 또는 장치로서 정의된다. 예를 들어, 시준기는 시준 거울 또는 반사체, 시준 렌즈, 회절 격자, 또는 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 본 명세서에서, σ 로 표시되는 '시준 계수(collimation factor)'는 광이 시준되는 정도로서 정의된다. 특히, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준 계수는 시준된 광의 빔 내의 광선들(light rays)의 각도 확산을 정의한다. 예를 들어, 시준 계수(σ)는 시준된 광의 빔 내의 대부분의 광선들이 특정한 각도 확산 내에(예를 들어, 시준된 광빔의 중심 또는 주 각도 방향에 대해 +/- σ 도) 있음을 명시할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 시준된 광빔의 광선들은 각도 측면에서 가우시안(Gaussian) 분포를 가질 수 있고, 각도 확산은 시준된 광빔의 피크(peak) 세기의 절반만큼으로 결정되는 각도일 수 있다.
본 명세서에서, '광원(light source)'은 광의 원천(예를 들어, 광을 생성하고 방출하도록 구성된 광학 방출기(optical emitter))으로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되거나 턴 온 되는 경우 광을 방출하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 본 명세서에서, 광원은 실질적으로 임의의 광의 원천이거나, LED, 레이저, OLED, 중합체 LED, 플라즈마-기반 광학 방출기, 형광 램프, 백열 램프 및 사실상 임의의 다른 광의 원천 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광학 방출기를 포함할 수 있다. 광원에 의해 생성된 광은 컬러를 가질 수 있거나(즉, 광의 특정 파장을 포함할 수 있음), 또는 파장들의 범위일 수 있다(예를 들어, 백색광). 일부 실시 예들에서, 광원은 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 한 세트 또는 그룹의 광학 방출기들을 포함할 수 있으며, 광학 방출기들 중 적어도 하나는 같은 세트 또는 그룹의 적어도 하나의 다른 광학 방출기에 의해 생성되는 광의 컬러 또는 파장과는 상이한 컬러를, 또는 대등하게는 파장을, 갖는 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상이한 컬러들은 원색들(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '광학적으로 연결된(optically connected)'이라는 용어는 연결(connection) 또는 계면(interface)에 걸쳐 광학적 필드(optical field)의 통신을 제공하는 연결 또는 계면으로서 정의된다. 따라서, 광학적 연결은 한 쌍의 층들 또는 재료들(예를 들어, 고-굴절률 도광체 층, 및 다른 도광체 또는 도광체 층의 표면) 간의 물리적 접촉을 수반할 수 있다. 그러나, 다른 실시 예들에서, 광학적 연결은 한 쌍의 층들 간의 물리적 접촉이 아니거나 이러한 물리적 접촉을 포함하지 않을 수 있다(예를 들어, 한 쌍의 층들 중의 층은 다른 재료의 층 또는 공기 간극(air gap)에 의해 분리될 수 있음). 따라서, 이러한 실시 예들에서 '광학적으로 연결된'은 한 쌍의 층들 간의 간극 또는 다른 재료 층에 걸쳐 전파하거나 연장되는 광학적 신호들을 소산성 광학적 필드(evanescent optical field)로서 수반할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 특허 분야에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서에서, '소자(element)'는 하나 이상의 소자를 의미하며, 따라서 '상기 소자'는 '상기 소자(들)'을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 '상단', '하단', '상부', '하부', '상', '하', '전', '후', '제1', '제 2', '좌' 또는 '우'에 대한 언급은 본 명세서에서 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서, 달리 명시적으로 특정되지 않는 한, 수치 값에 적용되는 경우의 '약'이라는 용어는 일반적으로 수치 값을 생성하기 위해 이용되는 장비의 허용 오차 범위 내를 의미하거나, ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '실질적으로'라는 용어는 대부분, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는 약 51% 내지 약 100% 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의의 목적으로 제시된다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 백라이트 산란 소자가 제공된다. 도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 도 3d는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 백라이트 산란 소자(100)는 방출광(102)을 제공하도록 구성된다.
도시된 바와 같이, 백라이트 산란 소자(100)는 도광체(110)를 포함한다. 도광체(110)는 도광체(110)의 길이를 따라 광을 안내된 광(104)(즉, 안내된 광빔(104))으로서 안내하도록 구성된다. 특히, 도광체(110)는 광학적으로 투명하거나 적어도 실질적으로 광학적으로 투명한 재료를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 연장된, 실질적으로 평면형 시트의 광학적으로 투명한 재료를 포함하는 슬래브 또는 판(즉, 판 도광체)일 수 있다. 다양한 예들에 따르면, 도광체(110)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등)뿐만 아니라 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 재료들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도광체(110)는 도광체(110)의 표면의 적어도 일부 상에 클래딩 층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 클래딩 층은 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 도광체(110)의 표면(예를 들어, '전방' 또는 '상단' 표면 또는 앞쪽 또는 뒤쪽과 같은 제 1 표면(110'))에 대해, 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라 안내된 광(104)을 안내하도록 구성된다. 특히, 안내된 광(104)은 도광체(110)의 제 1 표면(110')과 다른 안내 표면 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 반사되거나 '바운싱(bouncing)'됨으로써 전파될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광의 상이한 컬러들을 포함하는 복수의 안내된 광빔들은 도광체(110)에 의해 상이한 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들 중 개별적인 하나로 안내된 광(104)으로서 안내될 수 있다.
본 명세서에 정의된 바와 같이, '0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)'는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(110'))에 대한 각도이다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 0이 아닌 전파 각도는 0보다 크고 도광체(110) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 예를 들어, 안내된 광(104)의 0이 아닌 전파 각도는 약 10도(10°) 내지 약 50도(50°) 사이, 일부 예들에서는 약 20도(20°) 내지 약 40도(40°) 사이, 또는 약 25도(25°) 내지 약 35도(35°) 사이일 수 있다. 예를 들어, 0이 아닌 전파 각도는 약 30도(30°)일 수 있다. 다른 예들에서, 0이 아닌 전파 각도는 약 20도(20°), 또는 약 25도(25°), 또는 약 35도(35°)일 수 있다. 또한, 도광체(110) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작게 선택되는 한, 특정한 0이 아닌 전파 각도가 특정한 구현을 위해 선택(예를 들어, 임의로)될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 광을 도광체(110) 내부로 커플링함으로써 생성된 안내된 광(104), 또는 대등하게는 안내된 광빔(104)은 시준된 광빔일 수 있다. 본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로 광빔(예를 들어, 안내된 광빔(104))의 광선들이 광빔 내에서 실질적으로 서로 평행한 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 발산되거나 산란되는 광의 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 일부 실시 예들에서(미도시), 전술한 바와 같은 렌즈, 회절 격자, 반사체 또는 거울과 같은 시준기(예를 들어, 경사진 시준 반사체)가, 예를 들어 광원으로부터의, 광을 시준할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원 자체가 시준기를 포함한다. 도광체(110)에 제공되고 안내된 광(104)으로서 도광체(110)에 의해 안내되는 시준된 광은 시준된 안내된 광빔일 수 있다. 특히, 다양한 실시 예들에서, 안내된 광(104)은 시준 계수(σ)에 따라 시준되거나 시준 계수(σ)를 가질 수 있다. 대안적으로, 다른 실시 예들에서, 안내된 광(104)은 시준되지 않을 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 백라이트 산란 소자(100)는 도광체(110)의 표면에 광학적으로 연결된 고-굴절률 도광체 층(120)을 더 포함한다. 예를 들어, 고-굴절률 도광체 층(120)은, 예를 들어 도시된 바와 같이, 제 1 표면(110')에 대향되는(opposite) 도광체(110)의 제 2 표면(110")에 광학적으로 연결될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 고-굴절률 도광체 층(120)은 제 1 표면(110')에 광학적으로 연결될 수 있다(예를 들어, 후술되는 도 4a 내지 도 4c 참조). 또 다른 실시 예들에서, 고-굴절률 도광체 층(120)은, 예를 들어 도광체(110)의 부분들 또는 층들 사이에 개재되는(sandwiched) 층으로서, 도광체(110) 내에 매립될 수 있다. 본 명세서의 정의에 의하면, 각각의 실시 예에서, 광학적 연결은 도광체(110)와 고-굴절률 도광체 층(120) 사이에 있거나 그 사이의 계면을 제공한다.
일부 실시 예들에서, 예를 들어 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 고-굴절률 도광체 층(120)은 도광체(110)의 두께를 확장하거나 사실상 확장하도록 구성된다. 즉, 안내된 광(104)은 도광체(110) 내에서 뿐만 아니라 계면에서 도광체(110)에 광학적으로 연결된 고-굴절률 도광체 층(120) 내에서도 안내된다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 고-굴절률 도광체 층(120)을 사실상 포함하는 것을 특징으로 한다.
도광체(110)와 마찬가지로, 고-굴절률 도광체 층(120)의 재료는 광학적으로 투명하거나 실질적으로 광학적으로 투명하다. 다양한 실시 예들에 따르면, 고-굴절률 도광체 층(120)의 재료의 굴절률은 도광체(110)의 재료의 굴절률보다 더 크다. 예를 들어, 도광체(110)의 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.6 범위 내에(예를 들어, 1.5) 있을 수 있고, 고-굴절률 도광체 층(120)은 약 1.7 내지 약 2.5 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 백라이트 산란 소자(100)는 고-굴절률 도광체 층(120)에 인접한 회절 격자(130)를 더 포함한다. 회절 격자(130)는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)으로서 회절적으로 산란시키도록 구성된다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 회절 격자(130)는 도광체(110)의 제 2 표면(110") 내에 정의된 회절성 특징부들을 포함할 수 있다(예를 들어, 회절성 특징부는 제 2 표면(110") 내의 홈들 또는 제 2 표면(110") 상의 융기들일 수 있음). 제한이 아닌 예로서 도 3a에 도시된 바와 같이, 회절성 특징부들은 회절 격자(130)를 제공하기 위해, 회절성 특징부들 사이에 고-굴절률 도광체의 재료를 포함할 수 있거나 고-굴절률 도광체 층(120)의 재료로 충진될(filled) 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 방출광(102)은 지향성 광빔들, 예를 들어 복수의 지향성 광빔들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 방출광(102)의 지향성 광빔들은 2차원(2D) 디스플레이에서의 뷰에 대응되는 방향들을 갖는다. 예를 들어, 지향성 광빔들은 2D 디스플레이 상에 디스플레이되는 2D 이미지를 나타내는 단일 뷰를 제공하도록 실질적으로 공동-지향(co-directed)될 수 있다. 예를 들어, 공동-지향되는 동안, 2D 디스플레이의 뷰에 대응되는 지향성 광빔들은 2D 디스플레이에 대한 각도 범위로부터 2D 이미지를 보는 것을 용이하게 하기 위해 넓은 각도 확산을 가질 수 있다. 다른 실시 예들에서(예를 들어, 도 7a 내지 도 8을 참조하여 후술됨), 방출광(102)의 지향성 광빔들은 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 데 이용되는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들 또는 대등하게는 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 나타내는 복수의 상이한 방향들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3d에서 방출광(102)을 묘사하는 화살표들은 멀티뷰 이미지 또는 멀티뷰 디스플레이의 5개의 상이한 뷰들 또는 뷰 방향들에 대응되는 5개의 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 나타낼 수 있다.
일부 실시 예들에서, 백라이트 산란 소자(100)는 반사체 또는 반사성 아일랜드(reflective island; 140)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 반사체 또는 반사성 아일랜드(140)는 회절 격자(130)와 정렬될 수 있으며, 회절 격자(130)의 범위에 대응되는 범위를 가질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도시된 바와 같이, 반사성 아일랜드(140)의 크기(s')는 회절 격자(130)의 크기(s)와 동일하거나 약간 더 클 수 있다. 예를 들어, 반사성 아일랜드의 크기는 회절 격자(130)의 크기(s)보다 약 5% 내지 약 30% 사이만큼 더 클 수 있다. 다른 예들에서, 반사성 아일랜드의 크기는 회절 격자(130)의 크기(s)보다 약 2%, 약 10%, 약 15%, 약 20% 또는 약 25%만큼 더 클 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 반사성 아일랜드(140)는 회절 격자(130)에 의해 회절적으로 산란되는 광을 방출광(102)의 방향에 대응되는 방향으로 반사하도록 구성된 반사성 재료 또는 재료 층을 포함한다. 즉, 반사성 아일랜드(140)를 향해 지향되는 회절적으로 산란된 광은 반사성 아일랜드(140)에 의해 반사적으로 재지향되며, 따라서 회절 격자(130)에 의해 방출광(102)의 방향으로 회절적으로 산란되는 광을 증가시키거나 증대시킬 수 있다. 결과적으로, 다양한 실시 예들에 따르면, 회절 격자(130)와 반사성 아일랜드(140)의 조합은 반사 모드(reflection mode) 회절 격자를 나타낼 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 반사성 아일랜드(140)의 반사성 재료는 반사성 금속(예를 들어, 알루미늄, 은, 금 등) 또는 반사성 중합체(예를 들어, 알루미늄 중합체 조성물) 뿐만 아니라 다양한 반사성 필름들, 예를 들어 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M사에 의해 제조된 VikuitiTM ESR 과 같은 향상된 정반사 반사체(enhanced specular reflector; ESR) 필름을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 반사성 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 고-굴절률 도광체 층(120)은 반사성 아일랜드(140)와 도광체(110) 사이에 있을 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 회절 격자(130)는 (a) 고-굴절률 도광체 층(120)과 도광체(110) 사이의 계면, 및 (b) 고-굴절률 도광체 층(120)과 반사성 아일랜드(140) 사이 중 하나 또는 둘 다에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 3a는 고-굴절률 도광체 층(120)과 도광체(110) 사이의 계면에 회절 격자(130)가 있는 도광체(110)와 반사성 아일랜드(140) 사이에 위치된 고-굴절률 도광체 층(120)을 도시한다. 또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 반사성 아일랜드(140)는 계면에 대향되는 고-굴절률 도광체 층(120)의 측면에 인접한다.
도 3b에서, 도시된 바와 같이, 고-굴절률 도광체 층(120)은 회절 격자(130)와 도광체(110) 사이에 있다. 또한 도 3b에서, 반사성 아일랜드(140)는 도광체(110)와 고-굴절률 도광체 층(120) 사이의 계면에 대향되는 고-굴절률 도광체 층(120)의 표면의 회절 격자(130)에 인접하여 위치한다. 일부 실시 예들에서, 반사성 아일랜드(140)의 반사성 재료는 회절 격자(130)를 제공하는 회절성 특징부들 내로 연장되어 이들을 실질적으로 덮거나 충진하는(예를 들어, 융기들을 덮거나 홈들을 충진함) 등각의 층(conformal layer)일 수 있다. 예를 들어, 도 3b는 회절 격자(130)의 회절성 특징부들로서 기능하는 고-굴절률 도광체 층(120) 내의 홈들을 충진하는 등각의 층으로서의 반사성 재료(예를 들어, 금속 또는 알루미늄 중합체 조성물)를 도시한다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(130)는 복수의 회절 격자들을 포함할 수 있다. 특히, 도 3c에 도시된 바와 같이, 회절 격자(130)는 제 1 회절 격자(130a) 및 제 2 회절 격자(130b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 회절 격자(130a)는 고-굴절률 도광체 층(120)과 도광체(110) 사이의 계면에 위치할 수 있는 반면, 제 2 회절 격자(130b)는 계면에 대향되는 고-굴절률 도광체 층(120)의 표면에 위치할 수 있다. 고-굴절률 도광체 층(120)의 두께 또는 대등하게는 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b) 간의 간격은 최대 약 10 미크론(micron)(10μm)일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 고-굴절률 도광체 층의 두께는 약 10 나노미터(10nm) 내지 약 5 미크론(5μm) 사이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 고-굴절률 도광체 층의 두께는 약 50 나노미터(50nm) 내지 약 1 미크론(1μm) 사이일 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 이 두께는 약 100 나노미터(100nm) 내지 약 500 나노미터(500nm) 사이이거나 그 이상일 수 있다. 예를 들어, 간격은 약 200 나노미터(200nm)일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 간격 또는 두께는 픽셀(예를 들어, 뷰 픽셀)의 크기와 관련된다. 예를 들어, 더 큰 픽셀일수록 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b) 간의 더 큰 간격 또는 고-굴절률 도광체 층 두께를 수용할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 이 간격 또는 고-굴절률 도광체 층 두께는 픽셀의 크기의 약 1/2일 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 복수의 회절 격자들은 2개 초과의 회절 격자들(미도시)을 포함할 수 있다.
이러한 실시 예들 중 일부에서, 복수의 회절 격자들 중 회절 격자들은 서로에 대해 횡방향으로(laterally) 오프셋(offset)되거나, 변위(displace)되거나 또는 시프트(shift)될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회절 격자(130a)는 제 2 회절 격자(130b)로부터 횡방향 오프셋을 가질 수 있다(즉, 횡방향으로 시프트 됨). 일부 실시 예들에서, 횡방향 오프셋은 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b)의 회절성 특징부들 간의 간격보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 도 3c는 제 2 회절 격자(130b)로부터 횡방향 오프셋(l)을 갖는 제 1 회절 격자(130a)를 도시하며, 횡방향 오프셋(l)은 회절성 특징부 간격보다 더 크다. 다른 실시 예들에서 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b) 간의 횡방향 오프셋(l)은 회절성 특징부 간격보다 더 작을 수 있으며, 또 다른 예들에서 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b)은 서로 정렬될 수 있다(즉, 횡방향 오프셋(l)은 실질적으로 0일 수 있음(l ~ 0)). 일부 실시 예들에 따르면, 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b) 간의 횡방향 오프셋(l)은 백라이트 산란 소자(100)의 회절성 산란 효율(diffractive scattering efficiency)을 조정하거나, 제어하거나 또는 심지어 최적화하도록 구성될 수 있다.
전술한 반사성 아일랜드(140)는 제 1 및 제 2 회절 격자들(130a, 130b)을 포함하는 회절 격자(130)와 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 3c는 고-굴절률 도광체 층(120)의 표면 상의 제 2 회절 격자(130b)에 인접한 반사성 아일랜드(140)를 도시한다. 일부 실시 예들에서, 백라이트 산란 소자(100)의 회절성 산란 효율은 반사성 아일랜드(140)의 존재 및 횡방향 오프셋(l) 둘 다에 의해 증가될 수 있다.
도 3d는 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120), 회절 격자(130) 및 반사성 아일랜드(140)를 포함하는 백라이트 산란 소자(100)의 또 다른 실시 예를 도시한다. 그러나, 도 3d에서, 고-굴절률 도광체 층(120)은 실질적으로 회절 격자(130)의 회절성 특징부들 내에 있도록 국한된다. 예를 들어, 고-굴절률 도광체 층(120)의 두께는, 고-굴절률 도광체 층(120)의 재료가 회절 격자(130)를 형성하는 도광체(110) 내의 홈들 또는 공극들에만 남아 있는 정도로 감소될 수 있다. 또한 제한이 아닌 예로서, 도 3d는 도광체(110)로부터 간극(g)만큼 분리된 반사성 아일랜드(140)를 도시한다. 예를 들어, 간극(g)은 공기 간극일 수 있거나, 도광체(110)의 재료보다 더 작은 굴절률을 갖는 광학적 재료(예를 들어, 광학적으로 선명한 접착제)로 충진될 수 있다. 명시적으로 도시되지는 않았으나, 전술한 실시 예들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 실시 예들에서, 백라이트 산란 소자(100)의 다른 부분들(예를 들어, 고-굴절률 도광체 층(120))과 반사성 아일랜드(140) 사이에도 간극이 이용될 수 있다.
전술한 도 3a 내지 도 3d는 방출광(102)이 회절 격자(130)에 의해 산란되는 제 1 표면(110')에 대향되는 도광체(110)의 제 2 표면(110")에 있는 또는 제 2 표면(110")에 인접한 도광체(110)에 광학적으로 연결된 백라이트 산란 소자(100)의 고-굴절률 도광체 층(120)을 도시한다. 그러나, 다양한 다른 실시 예들에 따르면, 고-굴절률 도광체 층(120)은, 제 2 표면(110") 대신에 제 1 표면(110')에 광학적으로 연결될 수 있으며, 심지어 도광체(110) 자체 내에 매립될 수도 있다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 4a는 전술한 바와 같은 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120), 회절 격자(130)를 포함하는 백라이트 산란 소자(100)를 도시한다. 그러나, 도 4a에 도시된 바와 같이, 고-굴절률 도광체 층(120)은 제 1 표면(110')에 광학적으로 연결되고, 회절 격자(130)는 도광체(110)에 대향되는 고-굴절률 도광체 층(120)의 표면 상에 제공된다. 도 4a에서, 회절 격자(130)는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)으로서 회절적으로 산란시키는 투과 모드(transmission mode) 회절 격자로서 동작할 수 있다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 4b는 전술한 바와 같은 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120), 회절 격자(130)를 포함하는 백라이트 산란 소자(100)를 도시한다. 도 4a에서처럼, 도 4b에서 고-굴절률 도광체 층(120)은 도광체(110)의 제 1 표면(110')에 광학적으로 연결된다. 그러나, 이 실시 예에서, 회절 격자(130)는 도광체(110)와 고-굴절률 도광체 층(120) 사이에 제공된다. 또한 도 4b에 도시된 바와 같이, 회절 격자(130)는 방출광(102)을 제공하기 위해 고-굴절률 도광체 층(120)을 통해 안내된 광(104)의 일부를 회절적으로 산란시키는 투과 모드 회절 격자로서 동작할 수 있다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 4c는 도 4b에 도시된 것과 유사한 배열로 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120), 회절 격자(130)를 포함하는 백라이트 산란 소자(100)를 도시한다. 도 4c에 도시된 백라이트 산란 소자(100)는 회절 격자(130)에 인접한 반사성 아일랜드(140)를 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 회절 격자(130) 및 반사성 아일랜드(140)는 방출광(102)을 제공하기 위해 고-굴절률 도광체 층(120)을 통해 안내된 광(104)의 일부를 회절적으로 산란시키는 반사 모드 회절 격자로서 동작할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 5는 전술한 바와 같은 도광체(110) 및 회절 격자(130)를 포함하는 백라이트 산란 소자(100)를 도시한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 고-굴절률 도광체 층(120)은 도광체(110) 내에 매립된 회절 격자(130)이다. 특히, 제한이 아닌 예로서 도 5에 도시된 바와 같이, 고-굴절률 도광체 층(120)은 회절 격자(130)의 회절성 특징부들에 국한된다(예를 들어, 회절성 특징부들은 고-굴절률 도광체 층(120)의 재료를 포함함). 일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 초기에 2개의 분리된 층들(예를 들어, 점선으로 표시됨)로서 제공될 수 있으며, 이후 고-굴절률 도광체 층(120)은 회절 격자(130)의 회절성 특징부들 내에 제공될 수 있고, 2개의 분리된 층들이 (예를 들어, 도광체(110) 또는 고-굴절률 도광체 층(120) 중 하나의 굴절 재료와 매칭되는 굴절률을 갖는 광학 접착제로) 연결될 수 있다.
일부 실시 예들에서(미도시), 도 5의 백라이트 산란 소자(100)는 회절 격자(130)에 인접한 반사성 아일랜드(140)를 더 포함할 수 있다. 반사성 아일랜드(140)와 함께 회절 격자(130)는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)으로서 회절적으로 산란시키는 반사 모드 회절 격자로서 동작할 수 있는 반면, 반사성 아일랜드(140)가 없으면 회절 격자는 투과 모드 회절 격자로서 동작할 수 있다.
도 5에는 고-굴절률 도광체 층(120)이 회절 격자(130)의 회절성 특징부들에 국한되는 것으로 도시되었지만, 대안적으로 일부 실시 예들에서 고-굴절률 도광체 층(120)은 도광체(110)의 2개의 부분들 또는 층들 사이에 개재되는 층일 수 있다. 또한, 회절 격자(130)는 도광체(110)의 2개의 층들 중 하나 또는 둘 모두와 고-굴절률 도광체 층(120) 사이의 계면 내에 정의되거나 이 계면에 위치할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 고-굴절률 도광체 층(120)은 고-굴절률 재료의 비교적 얇은 층일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 이 얇은 층은 회절 격자(130)의 회절성 특징부들을 코팅하거나 충진하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회절성 특징부들은 약 50 나노미터(50nm) 내지 약 200 나노미터(200nm) 사이의 높이를 가질 수 있으며, 고-굴절률 도광체 층(120)의 비교적 얇은 층은 충진물(filling)의 등각의 코팅을 제공하도록 회절성 특징부들의 높이보다 낮을 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자(130)의 회절성 특징부들은 약 100 나노미터(100nm) 내지 약 500 나노미터(500nm)일 수 있으며, 비교적 얇은 층은 회절성 특징부의 높이보다 낮다. 예를 들어, 회절성 특징부들은 약 150 나노미터(150nm)일 수 있으며, 고-굴절률 도광체 층(120)은 약 100nm 내지 150nm 미만일 수 있다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자(100)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 백라이트 산란 소자(100)는 전술한 바와 같은 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120), 회절 격자(130) 및 반사성 아일랜드(140)를 포함한다. 그러나, 도시된 바와 같이, 고-굴절률 도광체 층(120)은 비교적 얇은 층이다. 특히, 고-굴절률 도광체 층(120)은 회절 격자(130)의 회절성 특징부들을 등각으로(conformally) 코팅 또는 충진하기에 충분히 얇은 것으로 도시되었다. 예를 들어, 도 6에 도시된 비교적 얇은 층은 두께가 약 100nm일 수 있고, 회절 격자(130)의 회절성 특징부들은 높이가 약 200nm일 수 있다. 도 6에 도시된 백라이트 산란 소자(100)는 도광체(110) 내에 있지만, 예를 들어 비교적 얇은 층을 포함하는 고-굴절률 도광체 층(120)이 적어도 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 전술한 실시 예들 중 임의의 것을 구현하는 데 이용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 백라이트 산란 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트가 제공된다. 도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(100')의 단면도를 도시한다. 도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(100')의 평면도를 도시한다. 도 7c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(100')의 사시도를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 멀티뷰 백라이트(100')는 방출광(102)을 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 (예를 들어, 광 필드로서) 제공하도록 구성된다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 제공되는 방출광(102)의 복수의 지향성 광빔들은 회절적으로 산란되어, 멀티뷰 백라이트(100')를 포함하는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들의 개별적인 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들로 멀티뷰 백라이트(100')로부터 멀어지게 지향된다. 일부 실시 예들에서, 방출광(102)의 지향성 광빔들은 멀티뷰 컨텐츠, 예를 들어 멀티뷰 이미지를 갖는 정보의 디스플레이를 용이하게 하기 위해 (예를 들어, 후술될 바와 같은 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브들을 이용하여) 변조될 수 있다. 도 7a 내지 도 7c는 또한 보다 상세히 후술될 광 밸브들(150)의 어레이를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(100')는 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120) 및 회절 격자(130)를 포함하는 백라이트 산란 소자(100)를 포함한다. 일부 실시 예들에서(예를 들어, 도시된 바와 같은), 멀티뷰 백라이트(100')의 백라이트 산란 소자(100)는 반사성 아일랜드(140)를 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 도광체(110) 및 고-굴절률 도광체 층(120)은 그들의 길이를 따라 광을 안내된 광(104)(즉, 안내된 광빔(104))으로서 안내하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 따르면, 안내된 광(104)은 시준 계수(σ)에 따라 그리고 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사를 이용하여 안내된다. 도 7a에서 전파 방향(103)을 묘사하는 굵은 화살표는 안내된 광(104)의 일반적인 전파 방향을 예시한다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 백라이트 산란 소자(100)의 회절 격자(130)는 도광체(110)의 길이를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자로서 구성된다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자의 회절 격자(130)는 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광(102)으로서 회절적으로 산란시키도록 구성된다. 도 7a 및 도 7c는 방출광(102)의 지향성 광빔들을 도광체(110)의 방출 표면으로부터 멀어지게 지향되는 것으로 묘사된 복수의 발산하는 화살표들로서 도시한다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자들(130) 또는 보다 일반적으로 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자들(130)은 선형 1D 어레이로서 배열될 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자들(130)은 (예를 들어, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이) 직사각형 2D 어레이 또는 원형 2D 어레이로서 배열될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 어레이(즉, 1D 또는 2D 어레이)는 규칙적이거나 균일한 어레이일 수 있다. 특히, 회절 격자들(130) 간의 또는 대등하게는 인접한 멀티빔 소자들 간의 격자 간 거리(예를 들어, 중심 간 거리 또는 간격)는 멀티빔 소자 어레이에 걸쳐 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 다른 예들에서, 회절 격자들(130) 간의 격자 간 거리는 멀티빔 소자 어레이에 걸쳐 변할 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(130)를 포함하는 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브들(150)의 어레이의 광 밸브(150)의 크기와 유사하다. 본 명세서에서, '크기(size)'는 길이, 폭 또는 면적을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 방식들 중 임의의 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 광 밸브(150)의 크기는 그 길이일 수 있고, 멀티빔 소자의 유사한 크기는 또한 멀티빔 소자의 길이일 수 있다. 다른 예에서, 크기는 면적을 지칭할 수 있으며, 멀티빔 소자의 면적은 광 밸브(150)의 면적과 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기와 유사할 수 있으며, 회절 격자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 25 퍼센트(25%) 내지 약 200 퍼센트(200%) 사이일 수 있다. 다른 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 50퍼센트(50%)보다 큰, 또는 광 밸브의 크기의 약 60퍼센트(60%)보다 큰, 또는 광 밸브의 크기의 약 70퍼센트(70%)보다 큰, 또는 광 밸브의 크기의 약 80퍼센트(80%)보다 큰 범위 내에 있을 수 있고, 그리고, 광 밸브의 크기의 약 180퍼센트(180%) 보다 작은, 또는 광 밸브의 크기의 약 160퍼센트(160%)보다 작은, 또는 광 밸브의 크기의 약 140퍼센트(140%)보다 작은, 또는 광 밸브의 크기의 약 120퍼센트(120%)보다 작은 범위 내에 있을 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(130)와 광 밸브(150)의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 암 영역들(dark zones)을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다. 또한, 회절 격자(130)를 포함하는 멀티빔 소자와 광 밸브(150)의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 또는 멀티뷰 디스플레이에 의해 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 뷰들(또는 뷰 픽셀들) 간의 중첩을 감소시키도록, 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 멀티뷰 백라이트(100')는 방출광(102) 내의 복수의 지향성 광빔들 중 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들(150)의 어레이를 더 포함하는 멀티뷰 디스플레이에서 이용될 수 있다. 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(화살표들) 중 상이한 각각은 광 밸브 어레이의 광 밸브들(150) 중 상이한 것을 통과하고 그에 의해 변조될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 한 세트의 광 밸브들(150)은 멀티뷰 디스플레이의 하나의 멀티뷰 픽셀에 대응되고, 한 세트의 광 밸브들 중 선택된 하나의 광 밸브(150)는 하나의 뷰 픽셀에 대응된다. 특히, 광 밸브 어레이의 광 밸브들(150)의 상이한 세트는 회절 격자들(130)을 포함하는 멀티빔 소자들 중 대응하는 하나의 멀티빔 소자로부터 지향성 광빔들을 수신하고 변조하도록 구성되며, 즉 도시된 바와 같이 백라이트 산란 소자(100)의 회절 격자(130)를 갖는 각각의 멀티빔 소자마다 하나의 고유한 광 밸브들(150)의 세트가 존재한다. 다양한 실시 예들에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 상이한 유형의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(150)로서 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(100')는 전술한 백라이트 산란 소자(100)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 도 7a에는 도 3a의 배열과 유사하게 보이는 배열이 도시되었지만, 멀티뷰 백라이트(100')의 도광체(110), 고-굴절률 도광체 층(120), 회절 격자(130) 및 반사성 아일랜드(140)는 실질적으로, 예를 들어 도 3a 내지 도 6을 구체적으로 참조하여 백라이트 산란 소자(100)와 관련하여 전술한 구성들 중 임의의 것으로 또는 전술한 실시 예들 중 임의의 것에 따라 배열될 수 있다.
다시 도 7a를 참조하면, 멀티뷰 백라이트(100')는 광원(160)을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광원(160)은 백라이트 산란 소자(100)의 고-굴절률 도광체 층(120)과 도광체(110)의 조합 내에서 안내될 광을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 광원(160)은, LED, 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드) 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광의 원천(예를 들어, 광학 방출기)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(160)은 특정한 컬러로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색(monochromatic) 광을 생성하도록 구성된 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 단색 광의 컬러는 특정한 색 공간 또는 색 모델(예를 들어, 적-녹-청(red-green-blue; RGB) 색 모델)의 원색일 수 있다. 다른 예들에서, 광원(160)은 실질적으로 광대역 광 또는 다색(polychromatic) 광을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(160)은 백색광을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(160)은 광의 상이한 컬러들을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 상이한 광학 방출기들은 광의 상이한 컬러들 각각에 대응되는 안내된 광의 상이한, 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들을 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 광원(160)은 시준기를 더 포함할 수 있다. 시준기는 광원(160)의 광학 방출기들 중 하나 이상으로부터 실질적으로 비-시준된(uncollimated) 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 또한, 시준기는 실질적으로 비-시준된 광을 시준된 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는, 0이 아닌 전파 각도를 가지며 정해진 시준 계수에 따라 시준되는, 시준된 광을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 컬러들의 광학 방출기들이 이용되는 경우, 시준기는 상이한, 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들 및 상이한 컬러별 시준 계수들 중 하나 또는 둘 다를 갖는 시준된 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 시준기는 전술한 안내된 광(104)으로서 전파될 수 있도록 시준된 광빔을 도광체(110)에게 전달하도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(200)의 블록도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(200)는 멀티뷰 이미지를 제공하도록 변조될 수 있는 복수의 지향성 광빔들(202)을 방출하도록 구성된다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들 중 변조된 지향성 광빔들(202)은 멀티뷰 디스플레이(200)에 의해 또는 멀티뷰 디스플레이(200) 상에 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 뷰 방향들에서 뷰 픽셀들을 나타낼 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(200)는 도광체(210)를 포함한다. 도광체(210)는 제 1 층(212) 및 제 2 층(214)을 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 2 층(214)의 굴절률은 제 1 층(212)의 굴절률보다 더 크다. 일부 실시 예들에서, 제 1 층(212)은 전술한 백라이트 산란 소자(100)의 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있고, 제 2 층(214)은 고-굴절률 도광체 층(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 도광체(210)의 제 1 및 제 2 층들(212, 214)은 예를 들어 도 3a 내지 도 6을 구체적으로 참조하여 백라이트 산란 소자(100)와 관련하여 전술한 구성들 중 임의의 것으로 또는 전술한 실시 예들 중 임의의 것에 따라 배열될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(200)는 도광체(210)를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들(220)의 어레이를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자(220)는 도광체(210)의 제 2 층(214)에 인접한 회절 격자를 포함한다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자들(220)은 회절성 멀티빔 소자들(220)로 언급될 수 있다. 멀티빔 소자들(220) 각각의 회절 격자는 도광체(210) 내부로부터 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이(200)의 뷰 방향들(또는 대등하게는, 멀티뷰 디스플레이(200)에 의해 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 뷰 방향들)에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(202)로서 회절적으로 산란시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(220)의 회절 격자는 백라이트 산란 소자(100)와 관련하여 전술한 회절 격자(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 도광체(210)와 멀티빔 소자(220)의 조합은 백라이트 산란 소자(100)와 실질적으로 유사할 수 있다.
특히, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(220)의 회절 격자는 도광체(210)의 제 1 및 제 2 층들(212, 214) 사이의 계면에 위치할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자는 계면으로부터 멀리 위치할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(220)의 회절 격자는 제 1 및 제 2 층들(212, 214) 사이의 계면에 대향되는 제 2 층(214)의 표면에 위치할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(220)의 회절 격자는 한 쌍의 회절 격자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자(220)의 회절 격자들은 제 1 및 제 2 층들(212, 214) 사이의 계면에 또는 이 계면에 인접하여 위치할 수 있으며, 멀티빔 소자(220)는 제 1 및 제 2 층들(212, 214) 사이의 계면에 대향되는 제 2 층(214)의 표면에 위치하는 또 다른 회절 격자를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시 예들 중 일부에서, 멀티빔 소자(220)의 이러한 회절 격자 및 이러한 또 다른 회절 격자는 서로로부터 또는 서로에 대해 횡방향 오프셋 또는 변위를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 실시 예들 중 일부에 따르면, 횡방향 오프셋은 멀티빔 소자(220)의 회절성 산란 효율을 최적화하도록 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 멀티뷰 디스플레이(200)는 광 밸브들(230)의 어레이를 더 포함한다. 광 밸브들(230)의 어레이는 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 복수의 지향성 광빔들 중 지향성 광빔들(202)을 변조하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 광 밸브들(230)의 어레이는 멀티뷰 백라이트(100')와 관련하여 전술한 광 밸브들(150)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 광 밸브들(230)의 어레이의 광 밸브들(230)은, (예를 들어, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이) 멀티빔 소자들(220) 중 개별적인 하나와 관련되고 멀티뷰 픽셀을 나타내는 그룹으로 또는 세트로 배열될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면(미도시), 멀티빔 소자(220)는 반사성 아일랜드를 더 포함할 수 있다. 특히, 반사성 아일랜드는 멀티빔 소자의 회절 격자와 정렬되고 멀티빔 소자의 회절 격자에 대응되는 크기를 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 반사성 아일랜드는 회절 격자들에 의해 산란되는 광을 복수의 지향성 광빔들의 방향에 대응되는 방향으로 반사적으로 재지향시키도록 구성된 반사성 재료를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 반사성 아일랜드는 전술한 백라이트 산란 소자(100)의 반사성 아일랜드(140)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(220)의 회절 격자의 회절성 특징부들은 반사성 아일랜드의 반사성 재료를 포함할 수 있다.
멀티뷰 디스플레이(200)는 안내된 광으로서 도광체(210)에 광을 제공하도록 구성된 광원(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 도광체(210)의 입력 단부 또는 표면에 결합될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원은 백라이트 산란 소자(100)와 관련하여 전술한 광원(160)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광원(160)은, 정해진 시준 계수(σ)에 따라 및 0이 아닌 전파 각도로 중 하나 또는 둘 다로 안내된 광으로서 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 백라이트 산란 소자의 동작 방법이 제공된다. 도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 산란 소자의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 백라이트 산란 소자의 동작 방법(300)은 도광체 내에서 광을 안내된 광으로서 안내(310)하는 단계를 포함한다. 안내(310)하는 단계에서 이용되는 도광체는 제 1 층 및 제 2 층을 포함한다. 제 2 층은 도광체의 제 1 층의 재료의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 재료를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체는 멀티뷰 디스플레이(200)와 관련하여 전술한 도광체(210)와 실질적으로 유사하거나, 전술한 백라이트 산란 소자(100)의 도광체(110)와 고-굴절률 도광체 층(120)의 조합과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 광은 내부 전반사에 따라 도광체 내에서 안내된 광으로서 안내(310)된다. 일부 실시 예들에서, 광은 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 안내된 광은 정해진 시준 계수(σ)에 따라 시준될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 백라이트 산란 소자의 동작 방법(300)은 도광체로부터 안내된 광의 일부를 도광체의 제 2 층에 인접하게 위치된 회절 격자를 이용하여 방출광으로서 회절적으로 산란(320)시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 안내된 광의 일부를 회절적으로 산란(320)시키는 단계에서 이용되는 회절 격자는, 백라이트 산란 소자(100)와 관련하여 전술한 회절 격자(130)와 실질적으로 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서(미도시), 백라이트 산란 소자의 동작은, 회절 격자와 정렬되며 회절 격자의 범위에 대응되는 범위를 갖는 반사성 아일랜드를 이용하여, 회절 격자에 의해 회절적으로 산란되는 광을 방출광의 방향으로 반사하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 반사성 아일랜드는 전술한 백라이트 산란 소자(100)의 반사성 아일랜드(140)와 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자와 반사성 아일랜드의 조합은 반사 모드 회절 격자를 나타낼 수 있다.
일부 실시 예들에서(미도시), 회절 격자는 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자로서 구성될 수 있다. 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자의 회절 격자는 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 회절적으로 산란(320)시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자는 멀티뷰 디스플레이(200)와 관련하여 전술한 멀티빔 소자(220)와 실질적으로 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서(예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같은), 백라이트 산란 소자의 동작 방법(300)은 2차원(2D) 이미지 또는 멀티뷰 이미지 중 하나 또는 둘 다를 디스플레이하기 위해 광 밸브들의 어레이를 이용하여 방출광을 변조(330)하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 복수의 광 밸브들은 멀티뷰 디스플레이(200)와 관련하여 전술한 광 밸브들(150)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서(미도시), 백라이트 산란 소자의 동작 방법은 광원을 이용하여 도광체에 광을 제공하는 단계를 더 포함한다. 제공되는 광은 도광체 내에서 0이 아닌 전파 각도를 가질 수 있다. 또한, 안내된 광은 시준될 수 있으며, 예를 들어 정해진 시준 계수(σ)에 따라 시준될 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 광원은 백라이트 산란 소자(100) 또는 멀티뷰 백라이트(100')와 관련하여 전술한 광원(160)과 실질적으로 유사할 수 있다.
이상에서는, 광을 방출광으로서 회절적으로 산란시키기 위해 다른 도광체 층의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 도광체 층에 인접한 회절 격자를 이용하는 백라이트 산란 소자, 멀티뷰 디스플레이 및 백라이트 산란 소자의 동작 방법의 예들 및 실시 예들이 설명되었다. 전술한 예들은 단지 본 명세서에 설명된 원리들을 나타내는 많은 구체적인 예들 중 일부를 예시하는 것임을 이해하여야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의해 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수 많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (20)

  1. 백라이트 산란 소자로서,
    광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체;
    상기 도광체의 표면에 광학적으로 연결되며 상기 도광체의 두께를 확장하도록 구성된 고-굴절률 도광체 층(high-index light guide layer) - 상기 고-굴절률 도광체 층의 재료의 굴절률은 상기 도광체의 재료의 굴절률보다 더 큼 -; 및
    상기 고-굴절률 도광체 층에 인접한 회절 격자 - 상기 회절 격자는 상기 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 회절적으로 산란시키도록 구성됨 -;
    를 포함하는, 백라이트 산란 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 격자와 정렬되며 상기 회절 격자의 범위에 대응되는 범위를 갖는 반사성 아일랜드(reflective island)를 더 포함하고,
    상기 반사성 아일랜드는 상기 회절 격자에 의해 회절적으로 산란되는 광을 상기 방출광의 방향에 대응되는 방향으로 반사시키도록 구성되며,
    상기 회절 격자와 상기 반사성 아일랜드의 조합은 반사 모드 회절 격자를 나타내는,
    백라이트 산란 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고-굴절률 도광체 층은 상기 반사성 아일랜드와 상기 도광체 사이에 있고,
    상기 회절 격자는 (a) 상기 고-굴절률 도광체 층과 상기 도광체 사이의 계면, 및 (b) 상기 고-굴절률 도광체 층과 상기 반사성 아일랜드 사이 중 하나 또는 둘 다에 위치하는,
    백라이트 산란 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 격자는, 상기 고-굴절률 도광체 층과 상기 도광체 사이의 계면에 위치하는 제 1 회절 격자, 및 상기 계면에 대향되는 상기 고-굴절률 도광체 층의 표면에 위치하는 제 2 회절 격자를 포함하는,
    백라이트 산란 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 회절 격자는 상기 제 2 회절 격자로부터 횡방향 오프셋을 가지며,
    상기 횡방향 오프셋은 상기 제 1 및 제 2 회절 격자들의 회절성 특징부들 간의 간격보다 더 큰,
    백라이트 산란 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고-굴절률 도광체 층의 표면에서 상기 제 2 회절 격자에 인접한 반사성 아일랜드를 더 포함하는,
    백라이트 산란 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고-굴절률 도광체 층은, 상기 안내된 광의 일부가 상기 방출광으로서 회절적으로 산란되는 도광체의 표면에 인접하는,
    백라이트 산란 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광체 내의 안내된 광은, 시준 계수에 따라 시준되는 것 및 상기 도광체의 안내 표면에 대해 0이 아닌 전파 각도로 전파되도록 구성되는 것 중 하나 또는 둘 다에 해당하는,
    백라이트 산란 소자.
  9. 제 1 항의 백라이트 산란 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트로서,
    상기 회절 격자는, 상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자로서 구성되고,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 일부를 상기 방출광으로서 회절적으로 산란시키도록 구성되는,
    멀티뷰 백라이트.
  10. 제 9 항의 멀티뷰 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이로서,
    상기 멀티뷰 디스플레이는 상기 복수의 지향성 광빔들 중의 지향성 광빔들을 멀티뷰 이미지로서 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하고,
    상기 멀티빔 소자의 크기는 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기의 1/2 내지 2배 사이인,
    멀티뷰 디스플레이.
  11. 멀티뷰 디스플레이로서,
    제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 도광체 - 상기 제 2 층의 굴절률은 상기 제 1 층의 굴절률보다 더 큼 -;
    상기 도광체를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들의 어레이 - 상기 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자는, 상기 도광체 내부로부터 안내된 광의 일부를 상기 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 회절적으로 산란시키도록 구성되며 상기 도광체의 제 2 층에 인접한 회절 격자를 포함함 -; 및
    멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 상기 복수의 지향성 광빔들 중의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이
    를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 회절 격자는 상기 제 1 및 제 2 층들 사이의 계면에 위치하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 회절 격자는 상기 제 1 및 제 2 층들 사이의 계면에 대향되는 상기 제 2 층의 표면에 위치하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자의 회절 격자는 상기 제 1 및 제 2 층들 사이의 계면에 위치하고,
    상기 멀티빔 소자는 상기 제 1 및 제 2 층들 사이의 계면에 대향되는 상기 제 2 층의 표면에 위치하는 또 다른 회절 격자를 더 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 상기 회절 격자 및 상기 또 다른 회절 격자는 서로로부터 횡방향 오프셋을 가지며,
    상기 횡방향 오프셋은 상기 멀티빔 소자의 회절성 산란 효율을 최적화하도록 구성되는,
    멀티뷰 디스플레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는, 상기 회절 격자와 정렬되며 상기 회절 격자에 대응되는 크기를 갖는 반사성 아일랜드를 더 포함하고,
    상기 반사성 아일랜드는, 상기 회절 격자들에 의해 산란되는 광을 상기 복수의 지향성 광빔들의 방향에 대응되는 방향으로 반사적으로 재지향시키도록 구성된 반사성 재료를 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 회절 격자의 회절성 특징부들은 상기 반사성 아일랜드의 반사성 재료를 포함하는,
    멀티뷰 디스플레이.
  18. 백라이트 산란 소자의 동작 방법으로서,
    도광체 내에서 광을 안내된 광으로서 안내하는 단계 - 상기 도광체는 제 1 층 및 제 2 층을 포함함 -; 및
    상기 도광체의 제 2 층에 인접하게 위치된 회절 격자를 이용하여, 상기 도광체로부터 상기 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 회절적으로 산란시키는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 층은, 상기 도광체의 제 1 층의 재료의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 재료를 포함하는,
    백라이트 산란 소자의 동작 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 회절 격자와 정렬되며 상기 회절 격자의 범위에 대응되는 범위를 갖는 반사성 아일랜드를 이용하여, 상기 회절 격자에 의해 회절적으로 산란되는 광을 상기 방출광의 방향으로 반사시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 회절 격자와 반사성 아일랜드의 조합은 반사 모드 회절 격자를 나타내는,
    백라이트 산란 소자의 동작 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 회절 격자는, 상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자로서 구성되고,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 일부를 상기 방출광으로서 회절적으로 산란시키는,
    백라이트 산란 소자의 동작 방법.
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