KR20140004102A - 방향성 평판 조명기 - Google Patents

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KR20140004102A
KR20140004102A KR1020137015775A KR20137015775A KR20140004102A KR 20140004102 A KR20140004102 A KR 20140004102A KR 1020137015775 A KR1020137015775 A KR 1020137015775A KR 20137015775 A KR20137015775 A KR 20137015775A KR 20140004102 A KR20140004102 A KR 20140004102A
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마이클 지 로빈슨
그라함 존 우드게이트
조나단 해롤드
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리얼디 인크.
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Abstract

국소화된 광원으로부터 대면적 평행화된 조명을 제공하는 광학 밸브 또는 광 밸브, 및 2D, 3D 및/또는 무안경 입체 디스플레이에 대한 그 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 광학 밸브는 계단형 구조물(stepped structure)을 포함할 수 있고, 여기서 계단은 제1 방향으로 전파하는 광에 대해 광학적으로 은폐될 수 있는 분리된 추출 특징부를 포함한다. 제2 방향으로 전파하는 광은, 광학 밸브의 상부 표면으로부터 빠져 나가는 조명 빔을 제공하기 위해, 특징부에 의해 굴절, 회절 또는 반사될 수 있다. 이러한 제어된 조명은 효율적인 다중 사용자 무안경 입체 디스플레이는 물론, 향상된 2D 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.

Description

방향성 평판 조명기{DIRECTIONAL FLAT ILLUMINATORS}
본 개시 내용은 일반적으로 광 변조 장치의 조명에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2D, 3D 및/또는 무안경 입체 디스플레이 장치에서 사용하기 위한 국소화된 광원으로부터 대면적 지향된 조명을 제공하는 도광체(light guide)에 관한 것이다.
공간 다중화된 무안경 입체 디스플레이(spatially multiplexed autostereoscopic display)는 통상적으로 렌티큘러 스크린(lenticular screen) 또는 시차 장벽(parallax barrier) 등의 시차 구성요소(parallax component)를 공간 광 변조기 상의 제1 및 제2 픽셀 세트로서 배열된 영상 어레이와 정렬시킨다. 시차 구성요소는, 디스플레이의 전방에 있는 제1 및 제2 시청 창(viewing window)을 제공하기 위해, 각각의 픽셀 세트로부터의 광을 상이한 각자의 방향으로 지향시킨다. 눈을 제1 시청 창에 두고 있는 관찰자는 제1 픽셀 세트로부터의 광으로 제1 영상을 볼 수 있고, 눈을 제2 시청 창에 두고 있는 관찰자는 제2 픽셀 세트로부터의 광으로 제2 영상을 볼 수 있다.
이들 디스플레이는 공간 광 변조기의 기본 해상도에 비해 감소된 공간 해상도를 가지며, 또한 시청 창의 구조는 픽셀 개구 형상 및 시차 구성요소 결상 기능에 의해 결정된다. 예를 들어, 전극들에 대한 픽셀들 사이의 간극은 통상적으로 불균일한 시청 창을 생성한다. 바람직하지 않게는, 이러한 디스플레이는, 관찰자가 디스플레이에 대해 측방으로 이동할 때, 영상 플리커를 나타니며, 따라서 디스플레이의 시청 자유도(viewing freedom)를 제한한다. 이러한 플리커는 광학 요소를 초점 이탈(defocusing)시킴으로써 감소될 수 있지만, 이러한 초점 이탈은 영상 크로스토크 레벨을 증가시키고 관찰자의 눈의 긴장도(visual strain)를 증가시킨다. 이러한 플리커는 픽셀 개구의 형상을 조절함으로써 감소될 수 있지만, 이러한 변화는 디스플레이 밝기를 감소시킬 수 있고, 공간 광 변조기에 어드레싱 전자 회로를 포함시킬 수 있다.
본 개시 내용에 따르면, 광학 밸브(optical valve)를 이용하여 광을 안내하는 방법은 광선이 광학 밸브를 통해 제1 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있고, 광은 제1 방향에서 실질적으로 낮은 손실로 전파할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브는 광선이 광학 밸브의 단부 표면과 상호작용할 수 있게 해줄 수 있고, 또한 광선이 광학 밸브를 통해 제2 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있으며, 제2 방향으로 전파하고 있는 동안, 광선의 적어도 일부는 적어도 하나의 추출 특징부와 만날 수 있고 광학 밸브로부터 추출될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광을 안내하는 광 밸브(light valve)는 제1 광 안내 표면 - 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면임 -, 및 제1 광 안내 표면과 대향하고 있을 수 있는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는, 각각, 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있으며, 복수의 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 측면에 따르면, 광학 밸브 시스템은 적어도 광학 밸브의 제1 단부에 결합되어 동작하는 복수의 조명 요소를 포함할 수 있고, 여기서 광학 밸브는 실질적으로 평면일 수 있는 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 제2 광 안내 표면을 추가로 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있다. 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 단부에 위치해 있을 수 있는 입력 측면(input side), 광학 밸브의 제2 단부에 위치해 있을 수 있는 반사 측면(reflective side), 및 광학 밸브의 입력 측면과 반사 측면 사이에 위치해 있을 수 있는 제1 광 지향 측면(light directing side) 및 제2 광 지향 측면을 포함할 수 있다. 제2 광 지향 측면은 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 안내 특징부는 각자의 추출 특징부를 연결시킬 수 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 방향성 디스플레이 시스템은 광학 밸브에 광선을 제공할 수 있는 조명기 어레이(illuminator array)를 포함할 수 있다. 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 여기서 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면일 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 광학 밸브의 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 추출 특징부는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영역의 추출 특징부는 각자의 배향을 가질 수 있음으로써, 제1 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창으로 지향될 수 있고 제2 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창과 상이한 제2 시청 창으로 지향될 수 있도록 되어 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)는 광학 밸브, 광학 밸브에 광을 제공할 수 있는 조명 요소의 어레이, 광학 밸브의 시청 창에 근접해 있는 관찰자를 검출하는 센서, 및 조명 요소의 어레이에 대한 설정을 결정하는 조명 제어기를 포함할 수 있고, 여기서 설정은 제1 시청 창에 대응할 수 있는 제1 조명기 요소 세트에 대한 제1 조명 단계를 결정할 수 있고, 설정은 제2 시청 창에 대응할 수 있는 제2 조명기 요소 세트에 대한 제2 조명 단계를 결정할 수 있다.
일반적으로, 광 밸브 또는 광학 밸브는 국소화된 광원으로부터 대면적 조명을 제공할 수 있다. 광 밸브 및 광학 밸브라는 용어는 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 광학 밸브는, 한 예에서, 도파관(waveguide)일 수 있고, 계단형 구조물(stepped structure)을 포함할 수 있으며, 여기서 계단은 제1 방향으로 전파하고 있을 수 있는 안내된 광에 대해 효과적으로 광학적으로 은폐될 수 있는 추출 특징부일 수 있다. 제2 방향으로 전파하고 있을 수 있는 돌아오는 광은, 광학 밸브의 상부 표면으로부터 빠져 나갈 수 있는 조명을 제공하기 위해, 추출 특징부에 의해 굴절, 회절 및/또는 반사될 수 있다. 이러한 제어된 조명은 효율적인 다중 사용자 무안경 입체 디스플레이는 물론, 향상된 2D 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.
본 개시 내용의 이들 및 기타 이점 및 특징은, 본 개시 내용을 전체적으로 읽어보면, 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.
유사한 참조 번호가 유사한 부분을 나타내고 있는 첨부 도면에 예로서 실시예가 예시되어 있다.
도 1a는 종래의 도파관 백라이트 조명기의 상면도를 나타낸 개략도.
도 1b는 도 1a의 종래의 도파관 백라이트 조명기의 측면도를 나타낸 개략도.
도 2a는 공지된 무안경 입체 디스플레이의 상면도를 나타낸 개략도.
도 2b는 도 2a의 무안경 입체 디스플레이의 측면도를 나타낸 개략도.
도 3a는 공지된 쐐기형 도파관 구조물(wedge waveguide structure)의 상면도를 나타낸 개략도.
도 3b는 도 3a의 쐐기형 도파관 구조물의 측면도를 나타낸 개략도.
도 4a는 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브의 상면도를 나타낸 개략도.
도 4b는 본 개시 내용에 따른, 도 5a의 광학 밸브 구조물의 측면도를 나타낸 개략도.
도 5a는 본 개시 내용에 따른, yz 평면에서의 지향된 출력을 나타내는 광학 밸브 구조물의 상면도를 나타낸 개략도.
도 5b는 본 개시 내용에 따른, 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제1 측면도를 나타낸 개략도.
도 5c는 본 개시 내용에 따른, 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제2 측면도를 나타낸 개략도.
도 6은 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브를 단면도로 나타낸 개략도.
도 7a는 본 개시 내용에 따른, 제1 조명 요소에 의해 조명될 수 있고 곡면 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도.
도 7b는 본 개시 내용에 따른, 제2 조명 요소에 의해 조명될 수 있는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도.
도 7c는 본 개시 내용에 따른, 선형 광 추출 특징부를 포함할 수 있는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도.
도 8은 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브를 사용하는 무안경 입체 디스플레이 장치를 나타낸 개략도.
도 9는 본 개시 내용에 따른, 평면 반사 측면(planar reflective side)을 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 10a는 본 개시 내용에 따른, 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 10b는 본 개시 내용에 따른, 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 10c는 본 개시 내용에 따른, 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 추가의 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 11은 본 개시 내용에 따른, 프레넬 등가 반사 표면(Fresnel equivalent reflecting surface)을 갖는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 12는 본 개시 내용에 따른, 수직 확산기(vertical diffuser)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 13은 본 개시 내용에 따른, 무안경 입체 디스플레이를 단면도로 나타낸 개략도.
도 14는 본 개시 내용에 따른, 분리된 가늘고 긴 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 15는 본 개시 내용에 따른, 가변 기울기 및 높이를 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16a는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 다수의 반사면(reflecting facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16b는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 볼록면(convex facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16c는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 볼록면 및 오목면(concave facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16d는 본 개시 내용에 따른, 광 추출 특징부에 대한 요철면(irregular facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 16e는 본 개시 내용에 따른, 결상 방향으로 제한된 산란을 제공하도록 배열된 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도.
도 17은 본 개시 내용에 따른, 가변 측방 두께 광학 밸브의 개요를 나타낸 개략도.
도 18은 본 개시 내용에 따른, 모아레 패턴의 감소를 제공하도록 배열되어 있는 복수의 분리된 광 추출 특징부를 갖는 광학 밸브를 포함하는 방향성 디스플레이의 평면도를 나타낸 개략도.
도 19는 본 개시 내용에 따른, 반사 측면에 대한 옵션을 나타낸 개략도.
도 20은 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브에서의 광선 경로를 나타낸 개략도.
도 21은 본 개시 내용에 따른, 제1 광 지향 측면과 제2 광 지향 측면의 안내 특징부 사이에 추가의 틸트를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 22는 본 개시 내용에 따른, 실질적으로 평행한 측면을 갖는(substantially parallel sided) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도.
도 23은 본 개시 내용에 따른, 테이퍼져 있는(tapered) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도.
도 24는 본 개시 내용에 따른, 광 추출이 광학 밸브의 광 추출 특징부에서의 굴절에 의해 달성될 수 있는 무안경 입체 디스플레이를 나타낸 개략도.
도 25는 본 개시 내용에 따른, 공기 캐비티(air cavity)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도.
도 26a는 본 개시 내용에 따른, 광학 밸브 구조물의 상면도를 나타낸 개략도.
도 26b는 본 개시 내용에 따른, 도 26a의 광학 밸브 구조물의 측면도를 나타낸 개략도.
도 27은 본 개시 내용에 따른, 상이한 x 오프셋에 대한 추출 특징 곡선을 나타낸 그래프.
도 28은 본 개시 내용에 따른, 추출 특징부의 반사면의 z-축으로부터의 틸트각을 특징부를 따른 y-위치의 함수로서 나타낸 그래프.
도 29는 본 개시 내용에 따른, 평면 단부 표면으로부터의 발산 광 전파(divergent light propagation)를 나타낸 도면.
도 30a는 본 개시 내용에 따른, 평면 상부 표면을 갖는 발산 광학 밸브(divergent optical valve)에 대한 추출기 곡선(extractor curve) 및 면각(facet angle)을 나타낸 그래프.
도 30b는 본 개시 내용에 따른, 평면 상부 표면을 갖는 발산 광학 밸브에 대한 추출기 곡선 및 면각을 나타낸 그래프.
도 31은 본 개시 내용에 따른, 좌안 및 우안 영상이 어떻게 제1 및 제2 조명 광원과 각각 동기하여 디스플레이되는지를 나타낸 입체 디스플레이 실시예의 개략도.
도 32는 본 개시 내용에 따른, 영상이 어떻게 다른 사람에게는 제시되지 않으면서 사용자에게 선택적으로 제시될 수 있는지를 나타낸 디스플레이 실시예의 개략도.
도 33은 본 개시 내용에 따른, 온보드 장치에 의해 검출되는 장치 및 머리 또는 눈 위치가 어떻게 무안경 입체 디스플레이 상에 좌안 및 우안 영상을 디스플레이하는 것을 실질적으로 자동으로 동기화하는 제어 시스템에 입력을 제공할 수 있는지를 나타낸 개략도.
도 34는 본 개시 내용에 따른, 눈의 위치를 찾아내고 그로써 좌안 및 우안 뷰에 대한 조명 LED를 동기화시키기 위해 검출기를 사용하여 다중 시청자 입체 시청(multiple viewer stereoscopic viewing)이 어떻게 제공될 수 있는지를 나타낸 개략도.
일반적으로, 본 개시 내용에서, 광학 밸브(optical valve)를 이용하여 광을 안내하는 방법은 광선이 광학 밸브를 통해 제1 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있고, 광은 제1 방향에서 실질적으로 낮은 손실로 전파할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브는 광선이 광학 밸브의 단부 표면과 상호작용할 수 있게 해줄 수 있고, 또한 광선이 광학 밸브를 통해 제2 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있으며, 제2 방향으로 전파하고 있는 동안, 광선의 적어도 일부는 적어도 하나의 추출 특징부와 만날 수 있고 광학 밸브로부터 추출될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광을 안내하는 광 밸브(light valve)는 제1 광 안내 표면 - 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면임 -, 및 제1 광 안내 표면과 대향하고 있을 수 있는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는, 각각, 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있으며, 복수의 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 측면에 따르면, 광학 밸브 시스템은 적어도 광학 밸브의 제1 단부에 결합되어 동작하는 복수의 조명 요소를 포함할 수 있고, 여기서 광학 밸브는 실질적으로 평면일 수 있는 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 추출 특징부 및 안내 특징부는 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있을 수 있다. 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때, 광이 반사되어 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 단부에 위치해 있을 수 있는 입력 측면(input side), 광학 밸브의 제2 단부에 위치해 있을 수 있는 반사 측면(reflective side), 및 광학 밸브의 입력 측면과 반사 측면 사이에 위치해 있을 수 있는 제1 광 지향 측면(light directing side) 및 제2 광 지향 측면을 포함할 수 있다. 제2 광 지향 측면은 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 안내 특징부는 각자의 추출 특징부를 연결시킬 수 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 방향성 디스플레이 시스템은 광학 밸브에 광선을 제공할 수 있는 조명기 어레이(illuminator array)를 포함할 수 있다. 광학 밸브는 광학 밸브의 제1 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 여기서 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면일 수 있다. 광학 밸브는 또한 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 광학 밸브의 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 추출 특징부는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영역의 추출 특징부는 각자의 배향을 가질 수 있음으로써, 제1 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창으로 지향될 수 있고 제2 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창과 상이한 제2 시청 창으로 지향될 수 있도록 되어 있다.
본 개시 내용의 다른 측면에 따르면, 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)는 광학 밸브, 광학 밸브에 광을 제공할 수 있는 조명 요소의 어레이, 광학 밸브의 시청 창에 근접해 있는 관찰자를 검출하는 센서, 및 조명 요소의 어레이에 대한 설정을 결정하는 조명 제어기를 포함할 수 있고, 여기서 설정은 제1 시청 창에 대응할 수 있는 제1 조명기 요소 세트에 대한 제1 조명 단계를 결정할 수 있고, 설정은 제2 시청 창에 대응할 수 있는 제2 조명기 요소 세트에 대한 제2 조명 단계를 결정할 수 있다.
일반적으로, 광 밸브 또는 광학 밸브는 국소화된 광원으로부터 대면적 조명을 제공할 수 있다. 광 밸브 및 광학 밸브라는 용어는 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 광학 밸브는, 한 예에서, 도파관(waveguide)일 수 있고, 계단형 구조물(stepped structure)을 포함할 수 있으며, 여기서 계단은 제1 방향으로 전파하고 있을 수 있는 안내된 광에 대해 효과적으로 광학적으로 은폐될 수 있는 추출 특징부일 수 있다. 제2 방향으로 전파하고 있을 수 있는 돌아오는 광은, 광학 밸브의 상부 표면으로부터 빠져 나갈 수 있는 조명을 제공하기 위해, 추출 특징부에 의해 굴절, 회절 및/또는 반사될 수 있다. 이러한 제어된 조명은 효율적인 다중 사용자 무안경 입체 디스플레이는 물론, 향상된 2D 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.
일반적으로, 광학 밸브는 광을 안내 및/또는 지향할 수 있는 광학 구조물 또는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 광이 광학 밸브 내에서 제1 방향으로 입력 측면으로부터 반사 측면으로 전파할 수 있고, 실질적으로 손실 없이 투과될 수 있다. 광이 반사 측면에서 반사될 수 있고, 제1 방향과 실질으로 반대쪽인 제2 방향으로 전파할 수 있다. 광이 제2 방향으로 전파할 때, 광은 광 추출 특징부에 입사할 수 있고, 광학 밸브 외부로 광을 추출하거나 재지향(redirect)시킬 수 있다. 달리 말하면, 광학 밸브는 광이 제1 방향으로 전파할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하는 동안 추출될 수 있게 해줄 수 있다.
일 실시예에서, 광학 밸브는 광학 밸브 방향성 백라이트로서 기능할 수 있고, 대형 디스플레이 영역의 시간 순차적 방향성 조명을 달성할 수 있다. 시간 다중화된 무안경 입체 디스플레이는 유익하게도 제1 시간 슬롯에서 공간 광 변조기의 실질적으로 모든 픽셀들로부터의 광을 제1 시청 창으로 지향시키고 제2 시간 슬롯에서 공간 광 변조기의 실질적으로 모든 픽셀로부터의 광을 제2 시청 창으로 지향시킴으로써 무안경 입체 디스플레이의 공간 해상도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 눈이 제1 및 제2 시청 창에서 광을 수광하도록 배열되어 있는 관찰자는 다수의 시간 슬롯에 걸쳐 디스플레이 전체에 걸쳐 전체 해상도 영상(full resolution image)을 볼 수 있다. 시간 다중화된 디스플레이는, 방향성 광학 요소를 사용하여 조명기 어레이를 실질적으로 투명한 시간 다중화된 공간 광 변조기를 통과하게 지향시킴으로써, 방향성 조명을 달성할 수 있고, 여기서 방향성 광학계는 실질적으로 창 평면에 조명기 어레이의 상을 형성한다. 게다가, 시청 창의 균일성이 유익하게도 공간 광 변조기에서의 픽셀의 배열과 무관할 수 있다. 유익하게도, 이러한 디스플레이는 낮은 플리커를 가지는 관찰자 추적 디스플레이를 제공할 수 있으며, 움직이는 관찰자에 대한 낮은 레벨의 크로스토크를 가진다.
창 평면에서 높은 균일성을 달성하기 위해, 높은 공간 균일성을 가지는 조명 요소의 어레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이와 함께 대략 100 마이크로미터의 크기를 갖는 공간 광 변조기의 픽셀에 의해, 시간 순차적 조명 시스템의 조명기 요소가 제공될 수 있다. 그렇지만, 이러한 픽셀은 공간 다중화된 디스플레이에 대해서와 동일한 어려움을 겪을 수 있다. 게다가, 이러한 장치는 낮은 효율 및 높은 단가를 가질 수 있으며, 부가의 디스플레이 구성요소를 필요로 한다.
편리하게도, 예를 들어, 대략 1 mm 이상일 수 있는 광학 요소인 거시적 조명기(macroscopic illuminator)에 의해 높은 창 평면 균일성이 달성될 수 있다. 그렇지만, 조명기 요소의 크기의 증가는 방향성 광학 요소의 크기가 그에 비례하여 증가할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 대략 65 mm 폭의 시청 창에 결상되는 대략 16 mm 폭의 조명기에 의해 대략 200 mm 후방 작동 거리(back working distance)가 얻어질 수 있다. 이와 같이, 광학 요소의 증가된 두께는, 예를 들어, 모바일 디스플레이 또는 대면적 디스플레이에 대한 유용한 응용을 방해할 수 있다.
그에 부가하여, 거시적 조명기로부터의 광을 창 평면(window plane)으로 지향시키기 위해 광학 요소의 후방 작동 거리보다 더 얇은 광학 요소가 이용될 수 있다. z 방향에서의 광학 밸브의 두께에 관련되어 있을 수 있고 대략 0.1 mm 내지 25 mm의 범위에 있을 수 있는 얇다는 것은 광학 밸브 조명기와 관련하여 논의될 수 있다. 이러한 디스플레이는 실질적으로 평행한 광학 밸브에서 제2 방향으로 전파하는 광을 추출하도록 구성되어 있는 면(facet)의 어레이를 사용할 수 있다.
본 명세서에서의 실시예는 대면적의 얇은 구조물을 갖는 무안경 입체 디스플레이를 제공할 수 있다. 게다가, 기술될 것인 바와 같이, 본 개시 내용의 광학 밸브는 큰 후방 작동 거리를 갖는 얇은 광학 요소를 달성할 수 있다. 무안경 입체 디스플레이를 포함하는 방향성 디스플레이를 제공하기 위해, 이러한 요소가 방향성 백라이트에서 사용될 수 있다. 게다가, 일 실시예는 효율적인 무안경 입체 디스플레이를 위해 제어된 조명기를 제공할 수 있다. 그에 부가하여, 일 실시예는 방향성 백라이트 장치 및 방향성 백라이트 장치를 포함할 수 있는 방향성 디스플레이에 관한 것일 수 있다. 무안경 입체 디스플레이, 프라이버시 디스플레이(privacy display) 및 다른 방향성 디스플레이 응용에 대해 이러한 장치가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 밸브 구조물 내에 통합될 수 있는 비선형 광 추출 특징부에 의해 방향성 백라이트의 광학 기능이 제공될 수 있고, 그에 따라 단가 및 복잡도가 감소된다. 유익하게도, 조명 구조물로부터 시청 창을 제공하기 위해 이용될 수 있는 부가의 광학 필름의 수를 감소시키기 위해 추출 특징부에서 광학 기능들의 조합이 제공될 수 있다. 선형 추출 특징부에 비해 디스플레이의 조명의 균일성이 증가될 수 있다. 게다가, 에지 반사기의 처짐이 감소될 수 있음으로써, 방향성 백라이트의 베젤의 크기가 감소될 수 있고, 베젤의 시각적 외관을 향상시킬 수 있다. 유익하게도, 방향성 백라이트와 패널 사이의 모아레가 감소될 수 있다. 그에 부가하여, 시청 자유도를 증가시키기 위해, 일정 범위의 시청 위치에 대해 디스플레이의 수차가 최적화될 수 있다.
유의할 점은, 본 개시 내용의 실시예가 각종의 광학 시스템, 디스플레이 시스템 및 프로젝션 시스템에서 사용될 수 있다는 것이다. 실시예는 각종의 프로젝터, 프로젝션 시스템, 광학 요소, 디스플레이, 마이크로디스플레이, 컴퓨터 시스템, 프로세서, 자체 완비 프로젝터 시스템, 비주얼 및/또는 오디오비주얼 시스템, 및 전기 및/또는 광학 장치를 포함할 수 있거나 그와 함께 동작할 수 있다. 본 개시 내용의 측면은 실제로 광학 및 전기 장치, 광학 시스템, 디스플레이 시스템, 엔터테인먼트 시스템, 프레젠테이션 시스템, 또는 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있는 임의의 장치에 관련된 임의의 장치에서 사용될 수 있다. 그에 따라, 본 개시 내용의 실시예는 광학 시스템, 시각적 및/또는 광학적 프레젠테이션에서 사용되는 장치, 시각적 주변 장치(visual peripheral) 등에서 그리고 다수의 컴퓨팅 환경에서 이용될 수 있다.
개시된 실시예를 상세히 기술하기 전에, 본 개시 내용이 다른 실시예를 가능하게 해주기 때문에, 본 개시 내용이 그의 응용 또는 제작에서 도시된 특정의 구성의 상세로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 더욱이, 본 개시 내용의 측면이 그 자체적으로 고유한 실시예를 정의하기 위해 상이한 조합 및 구성으로 기술되어 있을 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 전문 용어가 설명을 위한 것이며, 제한하는 것이 아니다.
도 1a 및 도 1b는, 각각, 종래의 도파관 백라이트 조명기의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 도 1a의 상면도(150)는 쐐기형 도파관(160)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(155)를 포함하고 있다. 산란 특징부를 갖는 쐐기형 도파관은 LCD 조명에 일상적으로 사용되고 있다. 상면도(150)는 xy 평면에 나타내어져 있다.
도 1b의 측면도(100)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(105), 도파관(110), LCD(120), 확산기(130), 및 반사 요소(140)를 포함하고 있다. 도 1b의 측면도(100)는 도 1a의 상면도(150)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 1b의 LED(105)는 LED(155)에 대응할 수 있고, 도 1b의 도파관(110)은 도 1a의 도파관(160)에 대응할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, LED(105)는 도파관(110)의 보다 두꺼운 가장자리(107)를 조명할 수 있고, 광은 도파관(110) 내에서 전파할 수 있다. 전파하는 광의 일부분은 점(145)에서와 같이 주기적으로 반사 요소(140)와 만나고, 이는 광선을 산란시킬 수 있다. 도파관(110)의 임계각을 초과하는 전파 각도를 가지는 산란된 광선은 빠져나가 확산기(130)를 통과하고 이어서 LCD(120)를 조명한다. 광선이 도파관(110)의 얇은 단부(109) 쪽으로 진행함에 따라, 나머지 산란된 광선은 쐐기 프로파일에 의해 계속 압축된다. 조명광의 대부분이 도파관(110)을 빠져나갈 때까지, 광선은 도파관(110)에서 점(146 및 147)에 나타낸 점점 더 많은 산란 특징부와 만난다. 이러한 방식으로, 점진적인 광 누설은, LCD(120)를 조명하기 위해, 국소화된 광원으로부터의 광을 도파관(110) x-축을 따라 확산시킨다. LED(155)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 서로 인접하여 배치될 수 있고, 따라서 광이 도파관의 쐐기 프로파일에 직교인 도파관의 방향으로 y-축을 따라 전파할 수 있다. 도 1b에 예시된 바와 같이, 확산기(130)가 또한 조명을 확산시키기 위해 사용될 수 있다.
이 종래의 방식이 조명을 제공하지만, 광의 이탈 광선 각도(exit ray angle)가 제어되지 않고 지향되지 않는다. 조명의 제어 없이는, 효율, 프라이버시 및 무안경 입체 응용의 기회가 가능하지 않다.
도 2a 및 도 2b는 공지의 무안경 입체 디스플레이의 상면도 및 측면도를 나타낸 개략도이다. 도 2a의 상면도(250)는 xy 평면에 예시되어 있고, 도파관(210)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(255a 및 255b)를 포함하고 있다. 그에 부가하여, 도 2b의 측면도(200)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(205a 및 205b), LCD(220), 3M 필름(230), 도파관(210), 및 반사 요소(240)를 포함하고 있다. 도 2b의 측면도(200)는 도 2a의 상면도(250)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 2b의 LED(205a 및 205b)는 도 2a의 LED(255a 및 255b)에 대응할 수 있고, 도 1b의 도파관(110)은 도 2a의 도파관(260)에 대응할 수 있다.
보다 최근에, 미국 특허 제7,750,982호(Nelson 등)(참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 논의된 바와 같이, 각도 제어를 갖는 출력 조명이 개발되었다. 이 공지된 예에서, 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, LED(각각, 255a 및 255b, 그리고 205a 및 205b)는 도파관의 좌우에 위치되어 있으며, 독립적으로 변조될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 우측 LED(205b)로부터 방출된 광은 이중 쐐기형 도파관(double wedged waveguide)(210)을 따라 전파하고, 일부 광이 임계각을 초과하여 내부 전반사(TIR)가 실패할 때까지 그의 광선 각도를 점진적으로 증가시킨다. 이들 광선은 이어서 도파관을 빠져나가고 도파관 법선(guide normal) 또는 z-축에 대해 90°에 가까운 좁은 각도 범위에서 디스플레이 쪽으로 밖으로 전파한다. 도파관(210)과 LCD(220) 사이에 위치된 일체형 렌즈를 갖는, 도 2b에서 3M 필름(230)으로서 예시된 마이크로-프리즘 필름(micro-prism film)은 이 광을 수직 전파를 초과하지 않는 수직 전파까지 각도가 확산되면서 z-축을 따라 지향시킨다.
도 2b에 대한 논의를 계속하면, LCD(220)를 3M 필름(230) 바로 위에 배치함으로써, 디스플레이를 수직으로 볼 때 전체적으로 조명된 LCD가 좌안에서만 보인다. 이 영상은 좌안에서만 지속되는데, 그 이유는 디스플레이가 우안에 보이기 시작할 때까지 디스플레이가 수직을 중심으로 회전되기 때문이다. 이 시점에서, 디스플레이는 종래의 2D 디스플레이처럼 보인다. 도 2b의 좌측 LED(205a)로부터 방출된 광에 대해 우안에서 대칭적 상황이 얻어진다. 디스플레이에 공급되는 교대로 있는 좌안 영상 및 우안 영상과 동기하여 좌안 및 우안 LED(205a 및 205b)를 변조하는 것은 시청자가 수직에서 볼 때 고해상도 입체를 볼 수 있게 해준다. 디스플레이를 수직으로부터 멀어지는 쪽으로 회전시키는 것은 2D 영상을 제공하고, 좌안 입체 영상이 우안에서 보일 때와 그 반대의 경우(보다 종래의 렌티큘러 스크린 또는 시차 장벽 방식에 의해 야기됨)와 같이, 불쾌한 위체경 느낌(pseudoscopic sensation)을 방지한다. 게다가, 3D 영상은 종래의 방식과 달리 전체 해상도이고, 모든 LED가 켜질 때는 기본적으로 종래의 2D 디스플레이로 될 수 있다. 이 공지된 입체 디스플레이 해결책은 단지 2개의 빔이 독립적으로 제어되고, 따라서 다수의 독립적으로 변조되는 빔이 가능하게 해줄 수 있는 무안경 입체 시스템에서 프라이버시 효율적인 조명 모드 및 머리 움직임 자유도를 방해한다는 점에서 제한되어 있다.
도 3a 및 도 3b는 다른 공지의 무안경 입체 디스플레이의 상면도 및 측면도를 나타낸 개략도이다. 도 3a의 상면도(350)는 xy 평면에 예시되어 있고, 쐐기형 도파관(360)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(355)를 포함하고 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 쐐기형 도파관(360)은 주름진 반사 표면(reflecting corrugated surface)(362)을 가질 수 있다. 그에 부가하여 도 3b의 측면도(300)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(305), LCD(320), 재지향(redirection) 필름(330), 및 도파관(310)을 포함하고 있다. 도 3b의 측면도(300)는 도 3a의 상면도(350)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 3b의 LED(305)는 도 3a의 LED(355)에 대응할 수 있고, 도 3b의 쐐기형 도파관(310)은 도 3a의 쐐기형 도파관(360)에 대응할 수 있다. 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b의 도파관과 유사하게, 도 3b의 쐐기형 도파관(310)은 또한 얇은 단부(307) 및 두꺼운 단부(309)를 가진다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 미국 특허 제7,660,047호(Travis)(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 개시된 바와 같이, 쐐기형 도파관이 이용될 수 있다. 도 3a 및 도 3b의 방식은 작은 광학 범위(optical extent) 또는 에텐듀(etendue)를 나타낼 수 있는 단일 LED 방출기를 이용한다.
쐐기형 도파관은 도파관의 xy 평면에서 종래의 평행화(collimation)를 제공할 수 있고, TIR 실패를 통한 쐐기형 도파관의 점진적인 누설에 의해 제공되는 xz 평행화를 이용할 수 있다. 게다가, 빔 확장을 위한 전방향 전파 및 광을 동일한 도파관을 따라 아래로 누설시키기 위한 역방향 평행화된 전파 빔을 이용하여, 반사에서 xy 평행화가 수행될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 경사진 곡면 반사 에지 표면(tilted, curved reflecting edge surface)은 평행화 및 반사에 대한 각도 바이어스(angular bias)를 제공한다.
도 3a 및 도 3b의 쐐기형 도파관에서의 한가지 문제점은 여기된 조명 빔을 도파관 표면으로부터 멀어지는 쪽으로 편향시켜야만 한다는 것이다. 이것은 복잡한 필름을 사용하여 효율적이고 균일하게 행해진다. 게다가, 독립형 쐐기의 대칭적 성질은 누설이 상부 표면 및 하부 표면 둘 다에서 일어날 수 있다는 것을 의미한다. 그에 부가하여, 내부 전파 광선 각도의 확산이 감소되고, 궁극적으로 임의의 주어진 LED 광원에 대한 쐐기 두께를 증가시킨다. 한가지 추가의 문제점은 이 에지에 가까운 곳에서 불균일한 조명을 피하기 위해 주름져 있어야만 하는 반사 에지(reflecting edge)에 관한 것이다. 이러한 주름은 비용이 많이 드는데, 그 이유는 엄격한 설계 허용오차를 만족시켜야만 하기 때문이다.
일반적으로, 쐐기형 도파관은 밸브로서 기능하지 않을 수 있다. 쐐기형 도파관의 얇은 단부로부터 두꺼운 단부로 전파할 수 있는 광은 두꺼운 단부로부터 직접 반사되는 경우 추출 없이 되돌아올 수 있다. 주로 경사진 또는 주름진 단부 거울로부터의 반사에 의한 각도 조절을 통해, 광이 추출되기에 충분히 높은 각도로 후방으로 전파할 수 있다.
일반적으로, 광학 밸브 및 쐐기형 도파관 조명된 디스플레이 둘 다에 대해, 예를 들어, 발명의 명칭이 "픽셀내 조명 시스템(Intra-pixel illumination system)"인 공동 소유의 미국 특허 공개 제2009/0160757호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 개시된 바와 같이, 국소 제어된 컬러 조명을 픽셀에 제공하여 컬러 필터 어레이(color filter array, "CFA")를 필요없게 하는 것에 의해 또는 시청자의 눈이 존재하는 영역에만 조명을 집중하는 것에 의해 효율이 향상될 수 있다. 시청자의 눈이 존재하는 영역에만 조명을 집중하는 것에 의해 프라이버시 응용이 또한 제공될 수 있는데, 그 이유는 조명하는 광이 잠재적인 엿보는 사람의 눈에 도달하지 않기 때문이다. 좌안 및 우안 영상 제시와 동기하여 좌안 및 우안에 개별적으로 도달하는 그 조명하는 광을 변조하는 것에 의해, 또한 안경류를 필요로 함이 없이 입체 정보를 전달하는 것이 가능하다. 핸드헬드 3D 장치에 대해 이 후자의 무안경 입체 방식이 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 광학 밸브의 일 실시예의 각자의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 일반적으로, 도 4a 및 도 4b의 실시예는 광학 밸브로서 동작할 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 광학 밸브는 제한이 아니라 단지 논의를 위해 그 자체로서 참조될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 광학 밸브의 일 실시예의 각자의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 도 4a의 상면도(450)는 xy 평면에 예시되어 있고, 광학 밸브(410)를 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(405)를 포함하고 있다. 본 명세서에 논의된 실시예와 관련하여 LED가 광원으로서 논의되고 있지만, 레이저 광원, 국소 전계 방출 광원(local field emission source), 유기 발광체 어레이(이들로 제한되지 않음) 등과 같은 임의의 광원이 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 도 4b의 측면도(400)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(405), LCD(420), 추출 특징부(430), 및 광학 밸브(410)를 포함하고 있다. 도 4b의 측면도(400)는 도 4a의 상면도(450)의 대안의 도면이다. 그에 따라, 도 4a 및 도 4b의 LED(405)는 서로에 대응할 수 있고, 도 4a 및 도 4b의 광학 밸브(410)는 서로에 대응할 수 있다. 게다가, 도 4b에서, 광학 밸브(410)는 얇은 단부(407) 및 두꺼운 단부(409)를 가질 수 있다. LCD(420)가 논의를 위해 본 명세서에서 언급될 수 있지만, LCOS, DLP 장치를 비롯한 다른 디스플레이가 사용될 수 있는데, 그 이유는 조명기가 반사에서 동작할 수 있기 때문이다.
도 4a 및 도 4b의 실시예에서, 제1 방향에서 전파하는 광은 그다지 손실 없이 광학 밸브(410)를 통해 안내될 수 있고, 제2 방향에서 전파하는 광은 추출 특징부(430)를 이용하여 광학 밸브(410)로부터 추출될 수 있다. 추출 특징부(430)에 대해서는 본 명세서에 더 상세히 논의할 것이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 광이 광학 밸브(410)의 얇은 단부(407)로부터 두꺼운 단부(409)쪽으로 일 수 있는 제1 방향으로 전파할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브(410)의 단부로부터 반사한 후에, 광이 제2 방향으로 전파할 수 있으며, 여기서 제2 방향은 두꺼운 단부(409)로부터 얇은 단부(407) 쪽으로 일 수 있다. 광이 제2 방향으로 이동할 때, 광은 추출 특징부(430)를 만날 수 있고, 광학 밸브(410)로부터 LCD(420) 쪽으로 추출될 수 있다. 그에 부가하여, 추출 특징부는 제1 방향으로 전파하는 광에 대해 광학 밸브의 상승부에서 효과적으로 광학적으로 은폐될 수 있다.
도 4b의 광학 밸브(410)에 대한 논의를 계속하면, 광이 제1 단부, 예를 들어, 도 4b의 얇은 단부(407)에 들어가고, 광학 밸브의 길이를 따라 전파하며, 제2 단부, 예를 들어, 도 4b의 두꺼운 단부(409)로부터 반사하고, 광학 밸브의 길이를 따라 제1 단부 쪽으로 그리고 어떤 지점에서 광학 밸브의 길이를 따라 전파할 수 있으며, 광이 추출 특징부(430)와의 상호작용을 통해 광학 밸브로부터 추출될 수 있다.
이 실시예에 대한 논의를 계속하면, 광이 비평면 표면으로부터 반사되기 전에 제1 방향으로 전파할 시에 균질화되고 확장될 수 있고 제2 방향으로 전파하는 동안 추출될 수 있다. 비평면 표면은 광이 창 평면에 광원의 상을 형성할 수 있게 해주는 원통형 렌즈처럼 기능할 수 있다. 한 예에서, 광원 결상은, 고비용의 주름을 이용할 필요 없이, 쐐기형 도파관과 유사한 원통 반사 단면 표면을 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 비교를 통해, 미국 특허 제7,660,047호(Travis)에서의 쐐기형 도파관의 반사 단면은 주름져 있어야만 한다.
광학 밸브는 상이한 디스플레이 플랫폼에 대해 적절히 조절될 수 있는 두께를 갖는 독립형 단일 몰드 유닛(freestanding, single molded unit)일 수 있다. 게다가, 트레이드오프는 두께가 감소함에 따른 광학 효율의 손실일 수 있다. 그에 부가하여, 비교적 낮은 두께 및 낮은 비용의 무안경 입체 디스플레이가 달성될 수 있고, 광학 품질을 개선시키면서 무안경 입체 디스플레이에서 이용되는 광학 요소의 수를 감소시킬 수 있다. 게다가, 일 실시예에서, 에지 베젤 영역의 크기 또는 광학 밸브의 적절한 폭 과다가 감소되어 부피를 감소시킬 수 있다. 추출 특징부는 제1 입력 측면으로부터 제2 반사 측면으로 광학 밸브를 통과하는 광에 대해 실질적으로 광 지향 기능을 갖지 않으며, 따라서 광 반사 측면의 긴 후방 작동 거리가 달성될 수 있고 또한 광학 밸브의 작은 두께도 달성될 수 있다. 그에 부가하여, 추출 특징부에 곡면을 도입하는 것은 기능적으로 곡면 단부 표면을 대체할 수 있으며, 광학 밸브 구조물의 최종 외부 치수를 작은 핸드헬드 장치와 더 잘 맞게 만든다. 곡면을 갖는 추출 특징부에 대해서는 본 명세서에 더 상세히 논의할 것이다.
앞서 논의한 바와 같이, 일 실시예의 구조물은 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있고, 얇은 단부(407)에 있는 2개 이상의 LED 방출기 및 다른 두꺼운 단부(409) 또는 반사 단부에 있는 반사 곡면을 갖는 광학 밸브를 포함하고 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광학 밸브 구조물에 들어가는 광은 x-방향을 따라 전파할 수 있고, y-방향을 따라 확장될 수 있다. 추출 특징부(430)는 광에 영향을 주지 않을 수 있고, 광이 어떻게 안내될 수 있는지에 영향을 주지 않을 수 있는데, 그 이유는 추출 특징부(430)가 임계각 θc를 초과할 수 없는 광선으로부터 광학적으로 은폐될 수 있기 때문이며, 여기서 z-축에 대해
θc = sin-1(1/n)
이고, n은 광학 밸브 물질의 굴절률이다. 광의 xz 각도 프로파일은 도 3a 및 도 3b에 대해 기술된 쐐기형 도파관 구조물과 달리 실질적으로 변하지 않은 채로 있을 수 있다. 광원으로부터 멀리 떨어져 있는 원단에서 또는 광학 밸브(410)의 두꺼운 단부(409)에서, 광이 z-축에 실질적으로 평행하지만 xy 평면에서 곡면일 수 있는 단부 표면에 입사할 수 있다. 이 곡면은 직교 xz 각도 프로파일을 실질적으로 유지하면서 동일한 xy 평면에서 각도들을 따라 광을 결상시키는 기능을 할 수 있다. 광은 발산 빔을 형성할 수 있고, 광을 상실하거나 수렴 빔을 형성하고 에지를 조명하지 못할 수 있으며, 따라서 큰 베젤 또는 폭 과다를 적절하게 만들 수 있다.
구조물의 대칭축으로부터 원래의 광원 입력의 y-축을 따른 오프셋은 제2 방향에서의 대략 평행화된 반환 광선이 -x축에 대한 각도 ~ψ로 전파하게 할 수 있다. 반환 광선은 추출 특징부의 표면으로부터 반사될 수 있고, 이는 z-축 쪽으로의 편향 및 도파관으로부터의 추출을 야기할 수 있다. 추출 특징부의 대략 45° 배향된 표면으로부터의 반사는 실질적으로 xz 각도 확산 θ/n(공기에서
Figure pct00001
) 및 안내된 광의 오프셋 각도 ψ를 유지할 수 있지만, 안내된 광의 오프셋 각도 ψ는 광이 -x 축이 아니라 z-축에 가깝게 전파하게 할 수 있다. 대략 45° 반사는 또한 대략 광의 중심을 대략 Φ=0°일 수 있는 xz 평면에서의 출구면의 법선에 오도록 할 수 있다. xz 각도 프로파일이 약간 수정될 수 있는데, 그 이유는 추출 특징부 표면에 입사하는 높은 각도의 광선이 TIR 실패로 인해 감쇠될 수 있다. 한 예에서, x-축으로부터 대략 -50도와 대략 5도 사이에 있을 수 있는 광선이 양호한 효율로 반사될 수 있고, 대략 5도 초과일 수 있는 광선은 추출 표면을 통해 이탈하여 광학적으로 손실될 수 있다. 광학적으로 손실된 광선은 높은 각도의 광선일 수 있다. 하부를 은도금하는 것은 높은 각도의 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 광을 안내하는 동안의 전파 손실에 대한 대가일 수 있다. 안내된 광의 오프셋 각도 ψ에 대해서는 적어도 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련하여 더 상세히 논의할 것이다.
도 5a는 yz 평면에서의 지향된 출력을 나타내는 광학 밸브 구조물의 상면도를 나타낸 개략도이고, 도 5b는 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제1 측면도를 나타낸 개략도이며, 도 5c는 도 5a의 광학 밸브 구조물의 제2 측면도를 나타낸 개략도이다.
도 5a의 상면도(550)는 xy 평면에 예시되어 있고, 광학 밸브(510)를 조명하기 위해 사용될 수 있는 LED(505)를 포함하고 있다. 도 5c의 제2 측면도(500)는 xz 평면에 나타내어져 있으며, LED(505), LCD(520), 및 광학 밸브(510)를 포함하고 있다. 도 5b의 측면도(525)는 도 5a의 상면도(550)의 대안의 도면이고, 또한 LED(505), LCD(520), 추출 특징부(530) 및 광학 밸브(510)를 포함하고 있다. 그에 따라, 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 LED(505)는 서로에 대응할 수 있고, 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 광학 밸브(510)는 서로에 대응할 수 있다. 게다가, 도 5b에 도시된 바와 같이, 광학 밸브(510)는 얇은 단부(507) 및 두꺼운 단부(509)를 가질 수 있다. 따라서, 두꺼운 단부(509)는 오목 또는 볼록 거울을 형성할 수 있다.
도 5c에 예시된 바와 같이, 광학 밸브(510)의 입구의 두께 t 및 광학 밸브(510)의 두께 T가, 각각, 적어도 시스템 에텐듀 및 효율에 의해 결정될 수 있다. yz 평면에서의 시스템 에텐듀는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 출사동(exit pupil) 또는 아이박스(eyebox)의 수직 y 범위에 의해 결정된다. 예로서, 수직 창 범위(vertical window extent)가 대략 Δ/2인 것이 바람직할 수 있고, 여기서 Δ는 대략적으로 눈과 디스플레이 사이의 거리(통상적으로, 300 mm임)일 수 있다. xz 각도 범위 θ는 대략 2.tan-1(1/4) 또는 대략 30°일 수 있고, 이는 x-축을 중심으로 한 대략 20°의 대략 θ/n 확산의 내부 xz 각도로 변환될 수 있다. 공기 중에서의 LED의 통상적인 출력 확산은 대략 100°일 수 있고, 도파관에서는 대략 65°일 수 있다. 이와 같이, 대략 일치하기 위해, LED 각도 범위가 대략 절반으로 된다. 테이퍼져 있는 도파관 등의 적당한 빔 확산기가 사용된다고 가정할 때, 에텐듀 보존은 도파관 입구의 대략적인 크기 t가 LED 발광 영역의 크기의 대략 2배일 수 있다는 것을 규정할 수 있다. 소형 플랫폼에 대한 통상적인 LED는 대략 0.5 mm 폭일 수 있고, 이는 대략 t = ~1 mm로서 입구 개구부의 크기를 제공할 수 있다.
효율의 손실을 결정하기 위해 출구 개구부 크기 T 대 입구 크기 t의 비가 이용될 수 있는데, 그 이유는 입구 개구부에 충돌하는 돌아오는 광이 시스템으로부터 효과적으로 상실될 수 있기 때문이다. 그러면, 최소 크기는 대략 50% 효율에 대해 대략 2 mm일 수 있지만, T ~3mm는 더 나은 효율/두께 트레이드오프를 제공할 수 있다.
주로 제조 후에 얻어진 추출 특징부의 형태에 의해 추출 특징부의 수가 제한될 수 있다. 실제의 추출 특징부는 실제의 제조 방법을 사용하는 것으로부터의 제조 오차를 포함할 수 있다. 이들 오차는 통상적으로, 예를 들어, 몰드를 제조한 절삭 공구의 크기에 관련된 유한 크기를 가질 수 있다. 추출 특징부가 작은 경우에, 오차는 전체 추출 특징부의 보다 큰 비율일 수 있고, 최적이 아닌 성능을 가져올 수 있다. 이와 같이, 추출 특징부 크기가 예상된 최종 형태 또는 충실도에 부합할 수 있도록, 추출 특징부에 대한 합리적인 크기가 선택될 수 있다. 추출 특징부의 수가 적을수록, 특징부 크기가 크고, 에지가 비교적 덜 둥글다. 둥근 에지는 광학 밸브 내에서 전파하는 광의 각도 범위를 확장시키는 경향이 있을 수 있고, 원하지 않는 누설을 야기할 수 있다. 대략 10 μm의 실시가능한 계단 크기 δ를 가정하면, 계단의 수 N은 대략 (T-t)/δ ~ 200일 수 있다. 가로 입체 모드(landscape stereoscopic mode)에서의 이동 전화 디스플레이의 예에서, 계단 피치 p는 d/Ns ~ 250 μm일 수 있다. 통상적인 이동 전화는 78 μm 픽셀 피치를 가질 수 있고, 따라서 모아레 효과를 피하기 위해 x축을 따른 출력 광의 확산이 도입될 수 있다. 1차적으로 출사동의 수직 범위를 대략 보존하고 나가는 광학장(outgoing optical field)을 스크램블링하기 위해, 대략 30°의 확산각으로 충분할 수 있다. 이 효과를 달성하기 위해, 예를 들어, Luminit (미국 캘리포니아주 토렌스에 본사를 둔 회사)의 1D 홀로그래픽 확산기가 이용될 수 있다.
곡면 경면(curved mirrored surface)은 1D 결상 요소와 유사한 기능을 할 수 있다. 국소화된 광 박스(light box) 또는 출사동이 개별적인 LED의 1차원 결상을 통해 시청자의 평면에 형성될 수 있다. 곡면 반사 표면의 최소 처짐(minimal sag)을 가정하면[얇은 렌즈 가정(thin lens assumption)이라고도 할 수 있음], 결상 조건은 대략 통상적인 수식 1/u + 1/v = 1/f에 의해 기술될 수 있다. 여기서 f는 곡면 반사 표면의 초점 거리로서 대략 곡률 반경 r의 1/2과 같을 수 있고, u는 LED와 단부면 사이의 거리이며, v는 시청자까지의 광학 경로 길이로서 대략 n.Δ일 수 있다. 그러면, 곡률 반경은 다음과 같을 수 있다:
Figure pct00002
통상적인 이동 전화 값에 대해, r은 대략 90 mm일 수 있다.
곡면의 처짐이 상당한 다른 경우에, 곡률 반경은 다음과 같을 수 있다:
Figure pct00003
도 5a, 도 5b 및 도 5c에 예시된 실시예는 사실상 LED의 확대된 버전일 수 있는 아이박스를 생성할 수 있다. 다시 기하학적 렌즈 관점에서 볼 때, 아이박스 크기의 비 Σ/s는 대략 기하학적 비 nΔ/d ~ 5와 동등할 수 있다. 아이박스의 위치가 Ω/ω = Σ/s ~ 5에 의해 결정될 수 있는 대략적인 LED 위치로부터 유사하게 스케일링될 수 있다. 머리 위치 유연성을 제공하기 위해, 2개의 LED의 발광 영역 사이의 최소 간극에서 아이박스는 대략 양안 거리(inter-ocular distance) 또는 대략 65 mm의 폭일 수 있다. 이 예시적인 경우에, 각각의 LED 발광 영역은 얇은 단부의 중간으로부터 대략 65/5 또는 대략 13 mm까지 연장될 수 있다. 곡면 원통형 렌즈 표면이 도 11에 도시된 바와 같이 프레넬 등가물로 대체될 수 있고, 이에 대해서는 본 명세서에서 추가로 논의할 것이다. 그렇지만, 이것이 단부 표면이 최종 디스플레이 영역을 초과할 수 있는 범위를 감소시킬 수 있지만, 이는 또한 단가를 증가시킬 수 있다.
도 6은 광학 밸브의 다른 실시예를 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 6은 투명한 물질일 수 있는 광학 밸브(601)을 포함하는 실시예를 단면도로 나타낸 것이다. 도 6의 실시예에서, 광학 밸브(601)는 조명 입력 측면(602), 반사 측면(604), 평면인 제1 광 지향 측면(606), 및 안내 특징부(610) 및 광 추출 특징부(612)를 포함하는 제2 광 지향 측면(608)을 가진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 조명 요소의 어레이(615)의 조명 요소(614)로부터의 광선(616)은 실질적으로 광학 밸브(601) 내에서 측면(606)에 의한 내부 전반사 및 안내 특징부(610)에 의한 내부 전반사에 의해 경면일 수 있는 반사 측면(604)으로 안내될 수 있다. 조명 요소의 어레이(615)는, 한 예에서, 어드레싱가능한 LED 어레이일 수 있다. 일반적으로, 도 6 내지 도 25에서, 유사한 번호가 부여된 요소는 서로 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서의 광학 밸브는 601로 표시되어 있을 수 있고, 도 7a에서의 광학 밸브는 701로 표시되어 있을 수 있으며, 도 13의 광학 밸브는 1301로 표시되어 있을 수 있고, 이하 마찬가지이다.
도 6에 대한 논의를 계속하면, 광선(618)은 측면(604)에 의해 반사될 수 있고, 또한 광학 밸브(601) 내에서 측면(604)에서의 내부 전반사에 의해 실질적으로 안내될 수 있으며, 안내 특징부(612)에 의해 반사될 수 있다. 추출 특징부(612)에 입사할 수 있는 광선(618)은 광학 밸브의 안내 모드로부터 멀어지는 쪽으로 편향될 수 있고, 광선(620)으로 나타낸 바와 같이, 실질적으로 측면(604)을 통해 무안경 입체 디스플레이의 시청 창(626)을 형성할 수 있는 광학 동공(optical pupil)으로 지향될 수 있다. 시청 창(626)의 폭은 주로 조명기의 크기, 출력 설계 거리 그리고 측면(604) 및 특징부(612)에서의 광 굴절력에 의해 결정될 수 있다. 시청 창의 높이는 주로 특징부(612)의 반사 원추각 및 입력 측면에서의 조명 원추 각도 입력에 의해 결정될 수 있다.
도 6의 광학 밸브는, 예를 들어, 한쪽 단편에서의 몰딩에 의해 또는 특징부(610, 512)를 포함하는 몰딩된 필름을 단부(602, 604)를 갖는 쐐기-형상의 구조물에 부착하는 것에 의해 형성될 수 있다. 광학 밸브(601)는 유리 또는 아크릴 또는 PET(이들로 제한되지 않음)와 같은 중합체 물질 등의 물질을 단독으로 또는 결합하여 사용하여 형성될 수 있다. 유익하게도, 본 실시예의 광학 밸브는 낮은 단가 및 높은 투과율로 형성될 수 있다.
도 7a는 제1 조명 요소에 의해 조명되고 곡면 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도이다. 도 7a는 광학 밸브(701)에서 발광 요소(light emitting element)(714)로부터의 광선의 추가적인 안내를 평면도로 나타낸 것이다. 각각의 출력 광선은 각자의 조명기(714)로부터 동일한 시청 창(726) 쪽으로 지향될 수 있다. 이와 같이, 도 7a의 광선(730)은 창(726)에서 광선(720)과 교차할 수 있거나, 광선(732)으로 나타낸 바와 같이, 창에서 상이한 높이를 가질 수 있다. 광학 밸브의 측면(722, 724)은 투명하거나, 경면(mirrored)이거나, 톱니 모양(serrated)이거나, 흑화된(blackened) 표면(이들로 한정되지 않음) 등일 수 있다.
도 7a에 대한 논의를 계속하면, 광 추출 특징부(712)는 가늘고 길며 곡면일 수 있고, 광 지향 측면(708)의 제1 영역(734)에서의 광 추출 특징부(712)의 배향은 광 지향 측면(708)의 제2 영역(736)에서의 광 추출 특징부(712)의 배향과 상이할 수 있다.
도 7b는 제2 조명 요소에 의해 조명되는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도이다. 도 7b는 어레이(715)의 제2 조명기 요소(738)로부터의 광선(740, 742)을 포함하고 있다. 측면(704)에서의 거울의 곡률 및 광 추출 특징부는 협력하여, 시청 창(726)으로부터 측방으로 분리되어 있을 수 있는, 조명기(738)로부터의 광선을 갖는 제2 시청 창(744)을 생성할 수 있다.
도 7a 및 도 7b의 실시예는 시청 창(726)에서 조명기 요소(714)의 실상(real image)을 제공할 수 있는 반면, 이 실상은 반사 측면(704)에서의 광 굴절률 및 영역(734)과 영역(736) 사이의 가늘고 긴 광 추출 특징부(712)의 상이한 배향으로 인해 생길 수 있는 광 굴절력의 협력에 의해 형성될 수 있다. 게다가, 도 7a 및 도 7b의 실시예는 시청 창(726)에서의 측방 위치에 대해 발광 요소(714)의 결상의 향상된 수차를 달성할 수 있다. 향상된 수차는, 낮은 크로스토크 레벨을 달성하면서, 무안경 입체 디스플레이의 확장된 시청 자유도를 달성할 수 있다. 한 예에서, 확장된 시청 자유도는 양호한 성능으로 3D가 시청될 수 있는 보다 큰 각도 또는 대략 5% 미만일 수 있는 낮은 크로스토크를 포함할 수 있다.
도 7c는 선형 광 추출 특징부를 포함할 수 있는 광학 밸브를 개략 평면도로 나타낸 개략도이다. 도 7c는 광 추출 특징부가 선형이고 실질적으로 서로 평행한 도 4a 및 도 4b와 유사한 구성을 나타낸 것이다. 도 7c의 실시예는 디스플레이 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 조명을 제공할 수 있고, 도 7a 및 도 7b의 곡면 특징부보다 제조하기가 더 편리할 수 있다.
도 8은 광학 밸브를 사용하는 무안경 입체 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다. 도 8은 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이 장치를 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 조명 요소의 어레이(815) 및 광학 밸브(801)는 시청 창의 어레이(846)를 제공하도록 배열되어 있을 수 있다. 창 근방에 있는 관찰자를 감지하기 위해 CCD 또는 CMOS 센서 등의 센서(850)가 이용될 수 있고, 관찰자 위치를 계산하기 위해 관찰자 추적 시스템(852)이 사용될 수 있다. 조명기 제어기(854)는 조명기 어레이의 올바른 설정을 결정할 수 있음으로써, 시청 창 세트(856)에 대응하는 조명기 요소가 제1 조명 단계 동안 조명될 수 있고 시청 창 세트(858)에 대응하는 조명기 요소가 제2 조명 단계 동안 조명될 수 있도록 되어 있다. 제어기(854)는 관찰자 위치에 따라 어레이(815)의 어느 조명 요소가 조명되는지를 조절할 수 있다. 영상 디스플레이가 LCD 등의 투과형 공간 광 변조기 디스플레이(transmissive spatial light modulator display)(848)에 의해 제공될 수 있고, 광학 밸브(801)와 시청 창 어레이(846) 사이에 위치될 수 있다. 창 어레이(856)의 조명에 대응할 수 있는 제1 조명 단계에서, 좌안 영상이 디스플레이(848) 상에 제시될 수 있고, 창 어레이(858)의 조명에 대응할 수 있는 제2 조명 단계에서, 우안 영상이 디스플레이(848) 상에 제시될 수 있다.
도 8의 실시예는 움직이는 관찰자에 대해 낮은 레벨의 플리커를 갖는 넓은 시청 자유도의 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이를 달성할 수 있다. 광학 밸브에 걸쳐 추출 특징부(812)의 배향을 변화시키는 것에 의해, 어레이(846)의 창의 광학 품질이 향상될 수 있다. 이와 같이, 관찰자에 대한 크로스토크에 부가하여, 창 평면에서의 조명 균일성이 최적화될 수 있다. 이 실시예는 얇은 패키지 내에 LCD를 가자는 방향성 백라이트로서 구성되어 있을 수 있는 얇은 광학 밸브를 제공할 수 있다. 게다가, 도 8의 실시예는 부가의 광 조정 필름을 이용하지 않을 수 있는데, 그 이유는 출력이 실질적으로 전방 방향으로 지향될 수 있기 때문이다. 그에 부가하여, 금속 도금된 표면으로부터의 반사보다는 대체로 TIR 반사를 사용함으로써 광학 밸브의 효율이 변화될 수 있다. 광 추출은 실질적으로 광 지향 측면(804)을 통할 수 있는데, 그 이유는 광 측면(808)을 통한 광 손실이 실질적으로 더 낮을 수 있기 때문이다.
도 9는 평면 반사 측면(planar reflective side)을 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 9는 평면 반사 측면(904)을 포함하는 광학 밸브의 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 광 추출 특징부(912)는 실질적으로 발광 요소 어레이(915)로부터의 광선(960)을 창 어레이(946) 쪽으로 지향시키도록 구성되어 있을 수 있다. 그렇지만, 측면(904)은 광 굴절력을 거의 내지 전혀 갖지 않을 수 있는 거울 등의 반사 표면일 수 있고, 따라서 광 굴절력이 광 추출 특징부(912)에 의해 제공될 수 있다. 도 9의 실시예는 공간 광 변조기의 면적에 대략 일치될 수 있는 광학 밸브의 작은 총 면적을 달성할 수 있다. 이것은 총 디스플레이 크기를 감소시킬 수 있다. 구체적으로는, 측면(904)의 곡률의 처짐 하에 있는 대략적인 면적이 실질적으로 제거될 수 있다.
도 10a는 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이고, 도 10b도 역시 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 10a 및 도 10b는 부가의 프레넬 렌즈(1062)가, 각각, 평면 및 곡면 측면(1004)을 갖는 광학 밸브의 출력에 배치되어 있을 수 있는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 프레넬 렌즈는, 조명 요소의 어레이(1015)로부터의 광을 시청 창 어레이(도면에 도시되어 있지 않음) 쪽으로 실질적으로 지향시키기 위해, 측면(1004) 및 광 추출 특징부(1012)와 협력하도록 구성되어 있을 수 있다. 프레넬 렌즈는 구형 또는 원통형 형태를 가질 수 있고, 여기서 이 형태는 창(도면에 도시되어 있지 않음)의 수직 높이에 의존할 수 있다. 그에 부가하여, 광학 밸브의 광 굴절력이 측면(1004), 광 편향 특징부(light deflection feature)(1012) 및 프레넬 렌즈 사이에 분산되어 있을 수 있고, 이는 창(도면에 도시되어 있지 않음)의 어레이에서의 창 구조물의 열화를 감소시킬 수 있으며, 따라서 시청 자유도를 증가시키고 영상 크로스토크를 감소시키면서 창 평면에서의 움직이는 관찰자에 대한 낮은 레벨의 플리커를 유지할 수 있다.
도 10c는 다른 프레넬 렌즈를 포함하는 추가의 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 10c에서, 프레넬 렌즈(1062) 축은 광학 밸브의 중심에 비해 오프셋되어 있을 수 있고, 그에 따라 디스플레이의 중심의 축(1064)이 렌즈의 중심의 축(1066)에 대해 상이한 위치에 있을 수 있다. 도 10c의 실시예는 추출 특징부로부터의 공칭 출력광 방향을 그렇지 않았을 경우보다 더 축상에 있도록 천이시킬 수 있다. 게다가, 도 10c의 실시예는 더 밝은 디스플레이를 제공할 수 있는데, 그 이유는 적당한 축상 밝기를 제공하기 위해 수직 확산을 이용하지 않을 수 있기 때문이다.
도 11은 대안의 반사 단부를 갖는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 광학 밸브는 프레넬 등가물(1120)로 대체될 수 있는 곡면 또는 종래의 평행화 쐐기부(1110)를 가질 수 있다.
도 12는 수직 확산기(vertical diffuser)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 12는, 수평 방향에서의 산란을 그다지 증가시키는 일 없이, 창의 수직 높이를 증가시킬 수 있는 원추각(1270)으로의 입력 광선(1220)의 확산을 제공하기 위해 수직 확산기(1268)가 배열되어 있을 수 있는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 그에 부가하여, 어레이(1246) 내의 인접 창 사이의 크로스토크를 증가시키는 일 없이, 수직 시야각이 증가될 수 있다. 수직 확산기는 비대칭 산란 표면, 양각 구조물, 렌티큘러 스크린(이들로 제한되지 않음) 등을 비롯한 다양한 유형의 물질일 수 있다. 수직 확산기는 프레넬 렌즈와 협력하도록 배열되어 있을 수 있고, 이는 수평축을 중심으로 한 회전에 대해 높은 디스플레이 균일성을 제공할 수 있다.
도 13은 무안경 입체 디스플레이를 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 13은 광학 밸브(1), 프레넬 렌즈(1362), 수직 확산기(1368), 및 투과형 공간 광 변조기(1348)를 포함하는 무안경 입체 디스플레이가 조명기 어레이(1314)의 조명기 요소로부터의 무안경 입체 시청 창(1326)을 제공하도록 배열될 수 있다는 것을 나타낸 것이다. 공간 광 변조기(1348) 및 프레넬 렌즈(1362)의 구조물 및 광 추출 특징부(1312) 사이의 모아레 간섭(Moire beating)을 감소시키기 위해 확산기(1368)와 프레넬 렌즈(1362) 사이에 간극이 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 밸브(1301)의 가장자리에 있는 영역에서의 광 추출 특징부(1312)의 밀도는 광학 밸드(1301)의 중앙에서의 밀도보다 더 낮을 수 있다. 이러한 배열로 인해 디스플레이 장치의 영역에 걸쳐 불균일한 세기가 얻어질 수 있다. 도 14는 분리된 가늘고 긴 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 14는, 유익하게도 더 높은 디스플레이 세기 균일성을 달성하기 위해, 부가의 분리된 가늘고 긴 광 추출 특징부(1472)가, 예를 들어, 연속적인 광 추출 특징부(1474) 사이에 배열될 수 있다는 것을 나타낸 것이다.
도 15는 가변 기울기 및 높이를 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 15는 광 추출 특징부 및 안내 특징부(1576, 1578)의 개략적인 배열을 단면도로 나타낸 것으로서, 여기서 광 추출 특징부의 높이 및 기울기는 제2 광 지향 측면(1508)에 걸쳐 변할 수 있다. 유익하게도, 수직 확산 특성을 제공하기 위해 기울기가 조절될 수 있는 반면, 특정의 영역에 대해 광학 밸브로부터 추출될 수 있는 광의 양을 조절하기 위해 높이가 변화될 수 있다.
도 16a는 광 추출 특징부에 대한 다수의 반사면(reflecting facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16a는 광 추출 특징부(1673)가 다수의 평면 표면에 의해 제공될 수 있는 실시예이다. 도 16b는 광 추출 특징부에 대한 볼록면(convex facet)을 갖는 광 추출 특징부를 포함할 수 있는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16b는 볼록 광 추출 특징부(1675)의 한 구성을 나타낸 것인 반면, 도 16c는 볼록 광 추출 특징부(1675) 및 오목 광 추출 특징부(1677)의 결합을 나타낸 것이다. 도 16c는 광 추출 특징부에 대한 볼록면 및 오목면을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16d는 광 추출 특징부에 대한 요철면을 갖는 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16d는 요철 특징부(1612) 형상을 제공하는 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 16a, 도 16b, 도 16c 및 도 16d의 실시예는, 수직 확산기(1668)를 이용하는 일 없이, 수직 확산 특성을 제공할 수 있고, 따라서 단가 및 복잡도를 감소시킨다.
도 16e는 결상 방향으로 제한된 산란을 제공하도록 배열된 광 추출 특징부를 포함하는 광학 밸브(1690)의 단면도를 나타낸 개략도이다. 도 16e는 광 추출 특징부가, 광 확산을 위한 것일 수 있고 측방 확산이 창 평면에서 달성될 수 있도록 배열되어 있는 추출기면(extractor face)에서, 표면 변조(1695)를 가지는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 확산의 원추각이 창 구조물의 어떤 측방 블러링을 제공하기 위해 사용될 수 있지만, 수직 확산에 대해 사용되는 것보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 이러한 배열은 창 균일성을 향상시키고 움직이는 관찰자에 대한 디스플레이 플리커를 감소시키는 데 사용될 수 있다.
도 17은 가변 측방 두께 광학 밸브의 개요를 나타낸 개략도이다. 도 17은 추출 특징부(1712)의 높이가 광학 밸브(1701)의 폭에 걸쳐 변할 수 있고 그로써 측면(1706)의 면적에 걸쳐 더 높은 추출 균일성을 제공할 수 있는 광학 밸브(1701)(표시되지 않음)의 개략적인 배열을 나타낸 것이다. 이와 같이, 광학 밸브(1701)의 가장자리에 있는 특징부(1712)의 높이(1778)는 광학 밸드(1701)의 중앙에서의 높이(1780)보다 더 클 수 있다. 도 17의 실시예에서, 광 안내 특징부(1724)는 서로에 대해 또는 표면(1706)에 대해 평행하지 않을 수 있다. 광 안내 특징부(1710)에 대한 표면 법선 방향의 이러한 변화를 보상하기 위해 특징부(1712)의 배향이 조절될 수 있다.
도 18은 복수의 분리된 광 추출 특징부를 가질 수 있고 모아레 패턴의 감소를 제공하도록 배열되어 있는 광학 밸브를 포함하는 방향성 디스플레이의 평면도를 나타낸 개략도이다. 도 18은 특징부가 광 추출 특징부와 픽셀화된 공간 광 변조기 사이의 모아레를 감소시킬 수 있도록 배열되어 있는 가늘고 긴 광 추출 특징부의 랜덤한 배열을 개략적으로 나타낸 것이다. 2개의 주기적인 반투명 구조물이 아주 근접하여 위치되어 있을 때 모아레 패턴이 눈에 보일 수 있다. 추출 특징부의 도입 및 랜덤한 배치는 임의의 주기성을 깨뜨리고 및/또는 중단시킬 수 있고, 눈에 보이는 모아레 효과를 감소시킬 수 있다.
도 19는 곡면 반사 측면에 의해 제공되는 광 결상 옵션을 나타낸 개략도이다. 도 19는 주 광선의 광 평행화의 3가지 상이한 예를 나타낸 것이다. 도 19의 예 a는 수렴하는 주 광선을 나타낸 것이고, 예 b는 평행화된 주 광선을 나타낸 것이며, 예 c는 발산하는 주 광선을 나타낸 것이고, 이들 모두는 반사 측면으로부터 반사된 후에 제2 방향으로 전파하고 있을 수 있다. 그에 부가하여, 도 19는 광학 밸브(1901) 내에서 반사된 광의 평행화 및/또는 역평행화(de-collimation)를 실질적으로 제어하기 위해 반사 측면(1904)의 곡률이 조절될 수 있다는 것을 보여주고 있다. 유익하게도, 발산 빔은, 도 19c에 도시된 바와 같이, 광학 밸브(1901)의 비축 시청(off-axis viewing)에 대한 가장 큰 영역 이용률을 제공할 수 있다.
도 20은 광학 밸브에서의 광선 경로를 나타낸 개략도이다. 도 20의 기하학적 형태는 평행화된 주 광선을 디스플레이로부터 거리 V에서 시청 평면 a에 있는 대략적인 지점에 집속시키는 광학 밸브(2001) 추출 특징부의 곡률 및 기울기를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 도 20은 본 실시예의 광학 밸브(2001) 구조물에 대한 표면 법선 및 광선 방향을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 21은 제1 광 지향 측면과 제2 광 지향 측면의 안내 특징부 사이에 추가의 틸트를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다.
도 22는 실질적으로 평행한 측면을 갖는(substantially parallel sided) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 22는 제1 광 지향 측면(2206)과 제2 광 지향 측면의 안내 특징부(2210) 사이에 틸트각을 갖지 않는 실시예를 단면도로 나타낸 것이다.
도 23은 테이퍼져 있는(tapered) 광학 밸브에서의 광선을 단면도로 나타낸 개략도이다. 도 22의 실시예는 [특징부(2310, 2312)를 포함하는] 광 지향 측면(2308)의 광 추출 특징부(2212)에 입사할 수 있는 광선을 광학 밸브 내에서 안내하는 것을 포함하고 있으며, 여기서 측면(2206)은 안내 특징부(2210)에 실질적으로 평행할 수 있다. 광선(2282)은 추출 특징부(2212)에 입사할 수 있고, 면(facet)에 의해 편향될 수 있지만, 광학 밸브(2201) 내에서 측면(22206)에서의 TIR에 의해 포획될 수 있다. 광선(2284)은 도시된 바와 같이 추출될 수 있지만, 광선(2286)은 또한 광 추출 특징부를 통해 투과될 수 있고, 그 결과 광학적으로 손실될 수 있다. 특징부(2310)와 측면(2306) 사이에 쐐기부를 제공하는 것은, 도 23에 도시된 바와 같이, 부가의 출력 결합 광을 제공할 수 있다. 이 경우에, 덜 급격하게 경사진 광 추출 특징부(2312)는, 3개의 입사 광선 모두에 대한 광이 실질적으로 다시 광학 밸브 내로 지향되도록, 배열되어 있을 수 있다. 광학 밸브가 도 23에 예시된 방향으로 진행하는 광에 대해 좁아지는 테이퍼일 수 있기 때문에, 측면(2306)에 입사할 수 있는 광선은 임계각을 초과하지 않을 수 있고 따라서 광학 밸브로부터 출력될 수 있다. 게다가, 출력 결합 필름(2388)이 측면(2306)의 표면에 가까운 광을 디스플레이의 축방향 방향(on-axis direction)으로 재지향시키도록 배열되어 있을 수 있다. 유익하게도, 이러한 배열은 평행한 측면을 갖는 광학 밸브보다 더 급격히 경사져 있는 특징부를 달성할 수 있다. 이러한 특징부는, 부가적인 금속 도금 코팅을 이용하는 일 없이, 광학 밸브 내의 도파관 원추각의 더 많은 부분을 반사시킬 수 있으며, 따라서 더 효율적일 수 있다.
도 24는 광 추출이 광학 밸브의 광 추출 특징부에서의 굴절에 의해 달성될 수 있는 무안경 입체 디스플레이를 나타낸 개략도이다. 도 24는 광 추출 특징부(2412)가 광학 밸브(2401)에서 광을 굴절시키도록 배열되어 있을 수 있는 추가의 실시예를 나타낸 것이다. 광 편향 구조물(light deflection structure)(2492)은 추출된 광선(2490)을 패널 출력 방향에 실질적으로 수직일 수 있는 방향으로 지향시키도록 배열되어 있을 수 있는 프리즘의 어레이를 포함할 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이 시청 창(2426)이 형성될 수 있도록, 프레넬 렌즈(2462) 및 확산기(2468)가 또한 광을 패널(2448) 상으로 지향시키도록 추가로 배열되어 있을 수 있다. 한 예에서, 면각(facet angle)은 대략 90도일 수 있다. 유익하게도, 이러한 실시예는 특징부(2412)로부터의 높은 레벨의 광 추출을 달성할 수 있다.
도 25는 공기 캐비티(air cavity)를 포함하는 광학 밸브를 나타낸 개략도이다. 도 25는 광학 밸브가 제1 및 제2 광 지향 측면(2506 및 2508)을 갖는 공기 캐비티(2598)를 포함할 수 있는 다른 실시예를 나타낸 것이다. 제1 및 제2 광 지향 측면(2506 및 2508)은, 각각, 지지 기판(2594 및 2596) 상에 배열되어 있을 수 있다. 측면(2506) 및 특징부(2510)는 추출 특징부(2512) 이외의 곳에 금속 도금될 수 있고, 따라서 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때에는 추출될 수 있지만, 제1 방향으로 전파하고 있을 때에는 추출되지 않을 수 있다. 유익하게도, 이러한 배열은 도 24의 내부 전반사 도파관 광학 밸브(2401)보다 취급 중에 덜 쉽게 손상될 수 있다.
도 26a 및 도 26b는, 각각, 광학 밸브 구조물의 상면도 및 측면도를 나타내는 개략도이다. 도 26a 및 도 26b는 평면 반사 단부 표면(planar reflecting end surface)을 가능하게 해줄 수 있는 곡면 추출 특징부를 이용할 수 있는 다른 실시예를 나타낸 것이다. 게다가, 또 다른 실시예에서, 후방 에지 외측 곡면(back edge outer curve)을 감소시키면서 가장자리에서의 평행화의 결여를 통한 과도한 광 손실을 피하기 위한 곡면 후방 반사 표면 및 곡면 추출 특징부(2610)가 포함될 수 있다. 더욱이, 다른 실시예는, 패널에서의 앨리어싱 문제를 실질적으로 피하기 위해, 추출 특징부를 보다 작은 격리된 특징부로 나눌 수 있다. 각각의 특징부는, 전방으로 전파하는 안내된 광에 실질적으로 영향을 주지 않으면서, 결상 조건을 위한 대략적으로 올바른 반사 각도를 제공할 수 있는 설계된 면을 여전히 구성할 수 있다.
광학 밸브 시스템의 추출 특징부는 일련의 분리된 면(separated facet)을 형성할 수 있다. 분리된 면은, 광학 밸브 표면에서의 내부 전반사(TIR)가 실패할 수 있고 광이 추출될 수 있도록, 안내된 광의 전파 각도를 변경할 수 있다. 한 예에서, 추출 특징부는 경사진 특징부가 제1 기울기를 가질 수 있도록 분리되어 있을 수 있고 제2 기울기를 갖는 안내 특징부의 구간에 의해 분리되어 있을 수 있으며, 여기서 제2 기울기는 경사진 특징부의 제1 기울기와 상이한 기울기일 수 있다.
다른 기능은 각도 제어된 조명을 최적화하도록 실질적으로 소정의 방식으로 광을 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 적어도 도 5 및 도 6과 관련한 논의에서, 추출 특징부는 기울기 각도에 따라 전파 방향을 -x로부터 ~z로 변환하는 기능을 할 수 있는, 실질적으로 선형이고 균일하게 경사진 계단으로서 가정되었다. 집속, 재지향, 확산 등과 같은 기능은 확산기 및 프레넬 렌즈(이들로 한정되지 않음)를 포함할 수 있는 하나 이상의 외부 필름에 의해 제공될 수 있다. 많은 기능을 추출 특징부에 포함시키는 것은 단가를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 명세서에 논의된 광학 밸브 변형례들 중 임의의 것에 확산기가 포함될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 추출기 면(extractor facet)에 표면 변조를 도입하는 것은 광을 대략적으로 한 세트의 소정의 수평 및 수직 각도 내로 편향시킬 수 있고, 이는 사실상 조명 광을 확산시킬 수 있다. LED 발광 영역 사이의 물리적 간극의 결상을 블러링하게 하기 위해 확산이 이용될 수 있다. 이는 또한 색상 불균일성을 최소화하기 위해 인접한 LED 광원 사이의 광을 혼합하는 데 유용할 수 있다. 이러한 확산 표면 변조와 연관되어 있는 공간 차원이 충분히 작을 수 있고, 따라서 표면 변조가 시스템에 의해 해결되지 않을 수 있거나 조명된 디스플레이의 주기적인 픽셀과의 공간 간섭을 야기할 수 있다. 공간 간섭은 임의의 변조를 비주기적 및 의사-랜덤하게 만듦으로써 부분적으로 완화될 수 있다.
광 밸브 방향성 백라이트 시스템의 추출 특징부는 안내 표면에서의 내부 전반사(TIR)가 실질적으로 실패하고 광이 탈출할 수 있게 해주는 방식으로 안내된 광의 전파 각도를 변경할 수 있는 일련의 분리된 경사면을 형성할 수 있다. 분리된, 경사진, 이격된, 떨어진 등의 용어는 본 명세서에서 추출 특징부의 서로에 대한 구성을 기술하는 데 사용될 수 있다. 한 예에서, 추출 특징부는 안내 특징부에 의해 서로 분리되어 있을 수 있다. 2차적인 기능은 실질적으로 각도 제어된 조명을 최적화하도록 소정의 방식으로 광을 지향시키는 것일 수 있다. 적어도 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련한 논의에서, 추출 특징부는 기울기 각도에 따라 전파 방향을 -x로부터 ~z로 변환할 수 있는, 실질적으로 선형이고 균일하게 경사진 계단으로서 가정되었다. 집속, 재지향, 확산 등과 같은 기능이 확산기 및 프레넬 렌즈를 포함할 수 있는 하나 이상의 외부 필름에 의해 제공될 수 있지만, 추출 특징부 프로파일의 설계에 의해 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 추출 특징부는 시스템의 주 광선을 시청 평면에 실질적으로 집속시킬 수 있고, 이는 소형 확산기를 배제한 임의의 추가 필름의 사용을 회피할 수 있다. 시스템의 주 광선은 시스템에서의 임의의 위치에서 광선 세트의 실질적으로 중앙에 있는 광선일 수 있다. 예를 들어, 광학 밸브의 한쪽 단부에 있는 물리적으로 작은 LED 광원으로부터 전파하는 광은 단부 반사체 쪽으로 전파할 수 있는, xy 평면에서 부채꼴의 주 광선을 제공할 수 있다. 단부 반사체로부터의 반사 시에, 도 19a, 도 19b 및 도 19c에 도시된 바와 같이, 수렴, 평행화 또는 발산을 제공하기 위해, 이들 광선은 다시 xy 평면에서 수정된 각도로 전파할 수 있다. 도 19a, 도 19b 및 도 19c는 곡면 반사 측면에 의해 제공되는 광 결상 옵션을 나타낸 개략도이다.
도 19a에 도시된 것과 같은 수렴하는 주 광선은 가장자리로부터 멀어지는 쪽으로 이동할 수 있고, 광학 밸브 표면 영역을 조명하지 못할 수 있지만, 실질적으로 선형인 추출 특징부에 의해 시청 평면에서 추출된 광선의 실질적인 수평 국소화를 가능하게 해줄 수 있다. 디스플레이의 균일한 조명은 도파관의 수평 크기 과다를 포함시키는 것을 수반할 수 있다. 도 19c에 도시된 것과 같은 발산하는 광선이 국소 눈 동공에 광을 제공하지만 비축 LED로부터도 원하는 조명 영역을 실질적으로 채우도록 재지향될 수 있다. 광선이 많이 발산할수록, 조명기가 덜 밝을 수 있는데, 그 이유는 광이 광학 밸브의 가장자리쪽으로 광학적으로 손실될 수 있기 때문이다. 도 19b에 도시된 것과 같은 거의 평행화된 전파하는 주 광선은 적절한 절충을 달성할 수 있다.
도 20의 실시예는 제한이 아니라 예로서 제공되어 있으며, x 및 y 차원에 대해 대략 150 x 200 mm의 조명 영역을 가정한다. 그에 부가하여, 계산은 좌표 원점이 도 20에 도시된 바와 같이 디스플레이 영역의 가운데에 대략 중심이 있는 것으로 가정한다.
평행화된 주 광선을 시청자의 평면에 있는 지점에 집속시키는 데 사용될 수 있는 추출 특징부의 곡률 및 기울기는 도 20에 예시된 구성으로부터 도출될 수 있다. 평행화된 광선은 위치 (x,y)에서 추출 특징부와 만나기 전에 다음과 같은 전파 벡터(propagation vector)에 의해 x-축을 따라 다시 전파할 수 있다.
Figure pct00004
이 지점에서의 추출 특징부의 면은 반사된 광이 다음과 같은 정규화된 전파 벡터(normalized propagation vector)로 실질적으로 초점 (0, 0, V) 쪽으로 직접 이동할 수 있도록 하는 표면 법선 벡터 n(x,y)를 가진다:
Figure pct00005
V는 대략 500 mm일 수 있는 시청 거리와 대략 1.5일 수 있는 도파관의 굴절률의 곱이다. 이 예에서, V는 대략 750 mm일 수 있다.
반사 법칙은 ki로 전파하는 광선을 ko로 전파하는 광선으로 편향시키는 표면 법선 n(x,y)이 대략 다음과 같다는 것을 나타낼 수 있다.
Figure pct00006
연속적인 추출 특징 곡선은 그의 면 법선(face normal)에 직교일 수 있는 xy 평면에서의 경로를 따라갈 수 있다. 수학적으로는 다음과 같고:
Figure pct00007
여기서 dx 및 dy는 곡면을 따른 무한히 작은 천이일 수 있다. 이 수식을 구하면 xy 평면에서의 곡면의 국소 구배(local gradient)가 얻어질 수 있다.
Figure pct00008
도 27은 상기 국소 구배 방정식으로부터 도출될 수 있는 도파관의 중심(y=0)으로부터 가장자리(y= 100 mm)까지의 추출 특징 곡선 x(x0, y)을 나타낸 것이다. y의 마이너스 값을 포함하는 전체 곡선이 사용되지 않을 수 있는데, 그 이유는 그 곡선이 물리적 대칭성으로부터 y-축을 중심으로 편평할 수 있기 때문이다.
추출 특징부의 표면 법선 n은 xy 평면에 대한 그의 틸트각에 의해 기술될 수 있는데, 그 이유는 동일한 xy 평면에서의 표면 법선 배향이 추출 특징부의 곡률에 의해 결정될 수 있기 때문이다. z-축으로부터의 표면 틸트각 θ이 다음과 같이 주어질 수 있으며
Figure pct00009
여기서 k는 종래의 z-축 방향 벡터일 수 있다.
일 실시예에서, n은 앞서 기술되었으며,
Figure pct00010
도 28은 대략 x = -50, 0 및 50 mm에 중심이 있는 3개의 추출 특징부에 대한 틸트각을 나타낸 것이다.
다른 실시예에서, 설계는 발산 전파하는 주 광선을 집속시킬 수 있다. 한 예에서, 설계는 곡면 단부 표면을 갖지 않을 수 있다. 이 실시예에서, 은도금된 평면 표면은 광을 반사할 수 있고, 원래의 LED 발광의 xy 평면에서 발산을 실질적으로 유지할 수 있다. 이점은 제조 편의성, 임의의 곡선 처짐 아래의 불완전한 조명으로 낭비되는 면적이 보다 적은 것, 및 모든 광원이 켜질 때 더 큰 각도 편향 및 실질적으로 균일한 '2D와 같은' 성능을 위해 입구 가장자리를 LED 광원으로 채울 수 있는 것을 포함할 수 있다. 도 29는 평면 단부 표면으로부터의 발산 광 전파를 나타낸 것이다. 도 29에 도시된 기하학적 형태는 임의의 위치 (x,y)에서의 주 광선 전파 ki를 다음과 같이 제공할 수 있고:
Figure pct00011
여기서 L은 광학 밸브의 x-차원일 수 있다. 이 실시예에서, L은 대략 150 mm일 수 있다.
상기 분석으로부터 계속하여, 이 경우에, 추출기 곡선의 국소 구배는 다음과 같이 될 수 있다:
Figure pct00012
다시 말하자면, x0에서 x-축과 교차하는 곡선에 대해 곡선 프로파일 x(x0,y)이 도출될 수 있다.
그러면, z-축에 대한 추출기 면 법선은 다음과 같이 될 수 있다:
Figure pct00013
도출된 추출기 프로파일 및 표면 틸트 값이 도 30a 및 도 30b에 예시되어 있다.
본 명세서에 기술된 실시예는 축방향 광원에 의해 시청자의 평면에 있는 단일 지점 쪽으로 방출된 광을 지향시킬 수 있다. 이들 설계는 Zemax, FRED, ASAP 등과 같은 광학 설계 패키지를 사용하여 복수의 광원을 수용하기 위해 추가로 최적화될 수 있다.
도 31은 제어된 백라이트를 이용하는 입체 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 31은 시청자(3105), 우안 영상(3110), 좌안 영상(3120), 및 디스플레이 시스템(3130)을 포함하고 있다. 도 31에서, 우안 영상(3110) 및 좌안 영상(3105)은, 각각, LED 등의 제1 및 제2 조명 광원과 실질적으로 동기하여 디스플레이될 수 있다. 그에 부가하여, 본 명세서에 논의된 디스플레이 시스템(3130) 및 디스플레이는 셀 전화, 스마트폰, PDA, 게임 시스템, 노트북, 랩톱, 텔레비전 시스템, 디스플레이(이들로 제한되지 않음) 등을 비롯한 다양한 유형의 장치일 수 있다. 도 31의 예에서, 2개의 LED 각각은 각각의 눈을 개별적으로 조명하기 위해 시청자에 의해 정렬될 수 있는 출사동 또는 광 박스를 제공할 수 있다. 교번하는 좌안 및 우안 입체 영상을 제공하는 디스플레이 시스템(3130)과 실질적으로 동기하여 LED를 변조하는 것은 3D 시청을 가능하게 해줄 수 있다. 디스플레이 유닛의 재료비는 2D 디스플레이의 재료비와 비슷할 수 있다. 그에 부가하여, 2D 모드에서 또는 디스플레이가 종래 방식으로 업데이트될 수 있을 때의 디스플레이 시스템(3130)의 효율이 상당히 향상될 수 있는데, 그 이유는 시청자(3105)의 눈으로부터 멀리 떨어져 있는 영역을 조명하는 광이 낭비되지 않을 수 있기 때문이다.
도 32는 영상이 어떻게 다른 사람에게는 제시되지 않으면서 사용자에게 선택적으로 제시될 수 있는지를 나타낸 디스플레이 실시예의 개략도이다. 도 32는 제1 시청자(3210), 제2 시청자(3220), 및 디스플레이(3230)를 포함하고 있다. 도 32의 실시예에서, 디스플레이(3230)는 프라이버시를 제공할 수 있는데, 그 이유는 실질적으로 조명 광이 존재하지 않는 경우 다른 사람들이 디스플레이(3230)를 볼 수 없기 때문이다. 도 32의 예에서, 제1 시청자(3210)는 입체 또는 종래의 2D 영상을 볼 수 있는 반면, 대중 교통을 사용할 때의 옆자리 등의 상이한 위치에 있는 제2 시청자(3220)는 제1 시청자(3210)가 볼 수 있는 디스플레이(3230) 상의 콘텐츠를 볼 수 없다.
2개 이상의 LED를 도입하면 다수의 아이박스를 제공하여, 머리 및/또는 장치 움직임을 자유롭게 할 수 있고, 다중 시청자 옵션을 제공할 수 있다. 시청자의 눈의 위치가, 한 예에서, 핸드헬드 장치 및 랩톱에서 흔히 찾아볼 수 있는, 외측으로 향해 있는 인보드 CCD 검출기(inboard CCD detector)를 사용하여 획득될 수 있다. 이들 2개의 시스템 기능은 도 33 및 도 34에 개략적으로 기술되어 있다.
도 33은 장치 및 머리 또는 눈 위치가 어떻게 온보드 장치(onboard device)에 의해 검출될 수 있는지를 나타내는 개략도이다. 도 33은 장치(3310), 제1 배향(3320), 제2 배향(3330), 제1 조명 동공 세트(3325), 및 제2 조명 동공 세트(3335)를 포함하고 있다. 도 33에 도시된 바와 같이, 제1 조명 동공 세트(3325)는 우안과 동기화될 수 있는 영상 및 또한 좌안과 동기화될 수 있는 영상을 포함할 수 있다. 이 경우에, 장치(3310)는 제1 배향(3320)에 위치해 있을 수 있고, 제1 조명 동공 세트(3325)는 우안과 동기화될 수 있는 보다 적은 수의 영상 및 좌안과 동기화될 수 있는 보다 많은 수의 영상을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 도 33에 도시된 다른 경우에, 장치(3310)는 제2 배향(3330)에 위치해 있을 수 있고, 제2 조명 동공 세트(3335)는 좌안과 동기화될 수 있는 보다 적은 수의 영상 및 우안과 동기화될 수 있는 보다 많은 수의 영상을 포함할 수 있다.
도 33에 대한 논의를 계속하면, 온보드 장치는 CCD 카메라일 수 있고, 무안경 입체 디스플레이(3310) 상에 좌안 영상 및 우안 영상을 디스플레이하는 것을 실질적으로 자동으로 동기화하는 제어 시스템에 입력을 제공할 수 있다. LED 동기화는 온보드 CCD 카메라를 사용하여 눈 추적 입력에 의해 결정될 수 있다. 도 33의 예에서, 장치 및/또는 머리 위치 입력이 교대로 디스플레이되는 좌안 및 우안 영상과 실질적으로 동기화될 수 있는 다수의 LED 조명기를 제어하는 제어 시스템에 제공될 수 있다. 그에 부가하여, 디스플레이 대역폭의 증가 없이 움직임 시차(motion parallax)를 달성하기 위해 입체 영상이 시야각에 따라 변경될 수 있다.
도 34는 눈의 위치를 찾아내고 그로써 좌안 및 우안 뷰에 대한 조명 LED를 실질적으로 동기화시키기 위해 검출기를 사용하여 다중 시청자 입체 시청이 어떻게 제공될 수 있는지를 나타낸 개략도이다. 도 34는 장치(3410), 제1 시청자(3420) 및 제2 시청자(3430)를 포함하고 있다. 도 34에 예시된 바와 같이, 장치(3410)는 적어도 제1 시청자(3420) 및 제2 시청자(3430)가 장치(3410)를 보고 있는 한 위치에 있을 수 있다. 이 예에서, 장치(3410)에 위치해 있을 수 있는 CCD 카메라는 시청자(3420 및 3430)의 눈 위치를 찾아낼 수 있다. 도 34의 예를 계속하면, 제어기는 이어서 특정의 방향에서 제1 시청자(3420)의 좌안 및 제2 시청자(3430)의 좌안 쪽으로 광학 밸브를 통해 좌안 뷰를 제공하기 위해 장치(3410) 내의 조명 LED를 제어할 수 있다. 그에 부가하여, 우안 뷰는 다른 특정의 방향에서 제1 시청자(3420)의 우안 및 제2 시청자(3430)의 우안 쪽으로 광학 밸브를 통해 제공될 수 있다. 단지 2명의 시청자가 도 34에 포함되어 있지만, 더 많은 시청자가 장치(3410)를 볼 수 있고, 2명의 시청자는 제한을 위한 것이 아니라 단지 논의를 위해 사용되었다.
기술된 시스템 실시예가 핸드헬드 모바일 플랫폼을 가정하고 있지만, 이러한 예가 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 이 제어된 조명 방식은 랩톱, 텔레비전 응용 등을 비롯한 소형 및 대형 LCD 플랫폼 둘 다에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로" 및 "대략적으로"라는 용어는 그의 대응하는 용어 및/또는 항목들 간의 상대성에 대한 업계에서 수용된 허용오차를 제공한다. 이러한 업계에서 수용된 허용오차는 1 퍼센트 내지 10 퍼센트 미만의 범위에 있고, 성분값, 각도(이들로 제한되지 않음) 등에 대응한다. 항목들 간의 이러한 상대성은 1 퍼센트 내지 10 퍼센트 미만의 범위에 있다.
본 명세서에 개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 이상에서 기술되었지만, 이들이 제한이 아니라 단지 예시로서 제공된 것임을 잘 알 것이다. 따라서, 실시예(들)의 폭 및 범위가 상기한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안되고, 임의의 청구항 및 본 개시 내용으로부터 나오는 그의 등가물에 따라서만 한정되어야 한다. 게다가, 상기 이점 및 특징이 기술된 실시예에서 제공되지만, 이러한 개시된 청구항의 응용을 상기 이점들 중 일부 또는 전부를 달성하는 프로세스 및 구조물로 제한하지 않는다.
그에 부가하여, 37 CFR 1.77 하에서의 제안에 부합하기 위해 또는 다른 방식으로 구성의 단서를 제공하기 위해 섹션 제목이 제공되어 있다. 이들 제목은 본 개시 내용으로부터 나올 수 있는 임의의 청구항에 기재된 본 발명(들)을 제한하거나 특징지우지 않는다. 구체적으로는 및 예로서, 제목이 "기술 분야"라고 되어 있지만, 소위 분야를 기술하기 위해 청구항이 이 제목 하에서 선택된 문구에 의해 제한되어서는 안된다. 게다가, "배경 기술"에서의 기술에 대한 설명이 특정의 기술이 본 개시 내용에서의 임의의 실시예(들)에 대한 종래 기술이라고 인정하는 것으로서 해석되어서는 안된다. "발명의 내용"이 개시된 청구항에 기재된 실시예(들)의 특성을 나타낸 것으로 간주되어서는 안된다. 게다가, 본 개시 내용에서 "발명"을 단수로 말하고 있는 것이 본 개시 내용에 신규성을 갖는 측면이 하나 밖에 없다는 것을 말하는 것으로 사용되어서는 안된다. 다수의 실시예가 본 개시 내용으로부터 나오는 다수의 청구항의 제한에 따라 기재되어 있을 수 있고, 이러한 청구항은 그에 따라 청구항에 의해 보호되는 실시예(들) 및 그의 등가물을 한정한다. 모든 경우에, 이러한 청구항의 범위는 본 개시 내용을 바탕으로 그 자체만으로 고려되어야 하지만, 본 명세서에 기재된 제목에 의해 제약되어서는 안된다.

Claims (91)

  1. 광학 밸브(optical valve)를 이용하여 광을 안내(guide)하는 방법에 있어서,
    광선이 상기 광학 밸브를 통해 제1 방향으로 전파할 수 있게 해주는 단계 - 상기 광은 상기 제1 방향에서 실질적으로 낮은 손실로 전파함 -;
    상기 광선이 상기 광학 밸브의 단부 표면과 상호작용할 수 있게 해주는 단계; 및
    상기 광선이 상기 광학 밸브를 통해 제2 방향으로 전파할 수 있게 해주는 단계 - 상기 광선의 적어도 일부는 적어도 하나의 추출 특징부(extraction feature)와 만나고 상기 광학 밸브로부터 추출됨 - 를 포함하는, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광선이 제1 단부에서 상기 광학 밸브에 들어가는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단부 표면이 상기 광학 밸브의 제2 단부에 위치해 있는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광학 밸브의 상기 제2 단부가 상기 광학 밸브의 상기 제1 단부보다 더 두꺼운 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향으로 전파하는 광선이 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 전파하고, 또한 상기 제2 방향으로 전파하는 광선이 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부로 전파하는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 단부가 반사 표면인 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 단부가 곡면인 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추출 특징부와 만나는 광선이 상기 추출 특징부로부터 반사되는 광선을 추가로 포함하는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 추출 특징부로부터 반사되는 광선이 z-축에 대해 임계각을 초과하는 광선을 추가로 포함하는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향으로 전파할 때, 상기 광이 실질적으로 균질화(homogenize)되고 확장(expand)될 수 있게 해주는 단계를 추가로 포함하는, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광이 상기 광학 밸브의 상기 제2 단부에서 광학적으로 조절될 수 있게 해주는 단계를 추가로 포함하는, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광을 광학적으로 조절하는 단계는 상기 광을 실질적으로 국소적으로 재지향(redirect)시키는 단계를 추가로 포함하는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 광을 광학적으로 조절하는 단계는 상기 광을 상기 광학 밸브의 상기 제2 단부에 결상시키는(imaging) 단계를 추가로 포함하는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광이 조명 요소에 의해 발생되고, 상기 광이 상기 광학 밸브의 상기 제1 단부에 들어가는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조명 요소가 LED인 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향으로 전파하고 있는 동안, 상기 광의 xz 각도 프로파일(angular profile)이 실질적으로 변하지 않은 채로 유지될 수 있는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  17. 제1항에 있어서, 디스플레이에 걸쳐 실질적으로 균일한 조명을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  18. 제1항에 있어서, 실질적으로 TIR 반사를 이용함으로써 상기 광학 밸브의 효율을 최적화하는 단계를 추가로 포함하는, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  19. 광을 안내하는 광 밸브(light valve)에 있어서,
    제1 광 안내 표면 - 상기 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면임 -; 및
    상기 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 제2 광 안내 표면을 포함하고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함하며, 상기 추출 특징부 및 상기 안내 특징부는, 각각, 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있으며, 또한 상기 복수의 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때 상기 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해주고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때 상기 광이 반사되어 상기 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해주는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  20. 제19항에 있어서, 제1 단부를 추가로 포함하고, 광이 상기 제1 단부에서 상기 광 밸브에 들어갈 수 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  21. 제19항에 있어서, 제2 단부를 추가로 포함하며, 광이 상기 제2 단부와 상호작용하고 다시 상기 제1 단부 쪽으로 재지향될 수 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제1 단부가 상기 제2 단부보다 더 얇은 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제2 단부가 반사 표면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제2 단부가 곡면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  25. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부는 제1 방향으로 전파하는 광으로부터 광학적으로 은폐되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  26. 제19항에 있어서, 상기 광 밸브의 상기 제1 단부에서 들어가도록 광을 발생하는 조명 요소를 추가로 포함하는, 광을 안내하는 광 밸브.
  27. 제26항에 있어서, 상기 조명 요소가 LED인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  28. 제26항에 있어서, 상기 조명 요소는 상기 광 밸브의 상기 제1 단부에서 광을 제공하도록 구성되어 있는 조명 요소의 어레이인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  29. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부 각각이 상기 복수의 안내 특징부 각각에 대해 대략 45도로 배향되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  30. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부 각각이 실질적으로 가늘고 긴 선형 표면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  31. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부 각각이 실질적으로 평면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  32. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부 각각이 실질적으로 서로 평행인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  33. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부 각각이 실질적으로 동일한 거리만큼 떨어져 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  34. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부 중 적어도 하나의 추출 특징부가 반사 코팅으로 코팅되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  35. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부가 대략 10도 내지 90도의 범위에 있는 틸트각을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  36. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부가 대략 20도 내지 50도 사이의 틸트각을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  37. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부가 대략 30도 내지 48도 사이의 틸트각을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  38. 제19항에 있어서, 상기 안내 특징부가 실질적으로 평면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  39. 제19항에 있어서, 상기 안내 특징부가 상기 제1 광 지향 측면(light directing side)에 실질적으로 평행인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  40. 제19항에 있어서, 상기 안내 특징부가 상기 제1 광 지향 측면에 비해 쐐기각(wedge angle)을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  41. 제19항에 있어서, 상기 제2 단부가 오목 거울인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  42. 제19항에 있어서, 상기 제2 단부가 반사 코팅으로 코팅되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  43. 제19항에 있어서, 상기 제2 단부가 원통형 거울인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  44. 제43항에 있어서, 상기 원통형 거울의 광학축이 상기 제1 광 안내 표면의 표면 법선에 실질적으로 직교인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  45. 제19항에 있어서, 각각의 안내 특징부는 상기 제1 방향으로 전파하는 광선의 적어도 일부를 지향시키는 표면 법선 방향을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  46. 제19항에 있어서, 각각의 추출 특징부는 상기 제2 방향으로 전파하는 광선의 적어도 일부를 상기 광 밸브 밖으로의 방향으로 추출되도록 지향시키는 표면 법선 방향을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  47. 제19항에 있어서, 상기 추출된 광선이 상기 추출 특징부를 통과하고, 상기 제1 광 안내 표면을 통해 상기 광 밸브로부터 빠져나가는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  48. 제26항에 있어서, 상기 제2 광 안내 표면은 상기 조명 요소로부터의 광선이 상기 제2 단부로부터 반사된 후에 상기 광 추출 특징부에 입사하도록 구성되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  49. 제19항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부는,
    제1 영역 - 상기 제1 영역의 추출 특징부는 제1 배향을 가짐 -; 및
    제2 영역 - 상기 제2 영역의 추출 특징부는 제2 배향을 가짐 -을 추가로 포함하고, 상기 제1 배향 및 상기 제2 배향이 서로 다른 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  50. 제19항에 있어서, 상기 제1 광 안내 표면 및 상기 제2 광 안내 표면이 투명한 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  51. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부의 배향이 상기 광학 밸브에 걸쳐 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 변하는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  52. 제21항에 있어서, 상기 제2 단부는 광 출력(optical power)이 거의 없는 반사 표면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  53. 제19항에 있어서, 프레넬 렌즈를 추가로 포함하는, 광을 안내하는 광 밸브.
  54. 제53항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈가 구형 형태로 되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  55. 제53항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈의 축이 상기 광학 밸브의 중앙에 비해 오프셋되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  56. 제19항에 있어서, 수직 확산기(vertical diffuser)를 추가로 포함하는, 광을 안내하는 광 밸브.
  57. 제56항에 있어서, 상기 수직 확산기가 비대칭 산란 표면(asymmetric scattering surface)을 추가로 포함하는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  58. 제19항에 있어서, 확산기 및 프레넬 렌즈를 추가로 포함하고, 상기 확산기와 상기 프레넬 렌즈 사이에 간극이 제공되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  59. 제19항에 있어서, 상기 광 밸브의 가장자리에서의 추출 특징부의 밀도가 상기 광 밸브의 중앙에서의 추출 특징부의 밀도보다 낮은 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  60. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부가 서로에 대해 가변적인 기울기 및 높이를 가지며, 상기 기울기는 수직 확산 특성을 변경하도록 조절되고, 상기 높이는 상기 광 밸브로부터 추출되는 광의 양을 변화시키도록 조절되는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  61. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부들 중 적어도 일부가 볼록면(convex facet)을 가지는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  62. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부의 높이가 상기 광 밸브의 폭에 걸쳐 변하는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  63. 제19항에 있어서, 상기 안내 특징부가 서로 평행하지 않고 상기 제1 광 안내 표면에 평행하지 않는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  64. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부가 가늘고 길며, 모아레(Moire) 패턴을 감소시키도록 랜덤하게 구성되어 있는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  65. 제19항에 있어서, 광 추출이 상기 광 밸브의 상기 추출 특징부에서의 반사에 의해 실질적으로 달성되는 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  66. 제19항에 있어서, 공기 캐비티(air cavity)를 추가로 포함하는, 광을 안내하는 광 밸브.
  67. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부가 곡면인 것인, 광을 안내하는 광 밸브.
  68. 제67항에 있어서, 상기 제2 단부가 곡면 후방 반사 표면(curved back reflecting surface)인 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  69. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부가 대략 한 세트의 소정의 수평 및 수직 각도 내로 광을 편향시키는 표면 변조(surface modulation)를 가지는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  70. 제19항에 있어서, 상기 추출 특징부가 실질적으로 광학 시스템의 주 광선(principal rays)을 시청 평면 상에 집속시키는 것인, 광학 밸브를 이용한 광 안내 방법.
  71. 광학 밸브 시스템에 있어서,
    적어도 광학 밸브의 제1 단부에 결합되어 동작하는 복수의 조명 요소를 포함하고, 상기 광학 밸브는,
    제1 광 안내 표면 - 상기 제1 광 지향 표면은 실질적으로 평면임 -; 및
    상기 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 제2 광 안내 표면을 추가로 포함하고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함하며, 상기 추출 특징부 및 상기 안내 특징부가 서로에 연결되어 있고 서로 교대로 있으며, 또한 상기 추출 특징부는, 광이 제1 방향으로 전파하고 있을 때 상기 광이 실질적으로 낮은 손실로 통과할 수 있게 해줄 수 있고, 광이 제2 방향으로 전파하고 있을 때 상기 광이 반사되어 상기 광 밸브를 빠져나갈 수 있게 해줄 수 있는 것인 광학 밸브 시스템.
  72. 제71항에 있어서, 상기 복수의 조명 요소가 LED인 것인 광학 밸브 시스템.
  73. 제72항에 있어서, 상기 복수의 조명 요소가 어레이로 구성되어 있는 것인 광학 밸브 시스템.
  74. 제73항에 있어서, 상기 복수의 조명 요소의 상기 어레이가 어드레싱가능한 LED의 어레이인 것인 광학 밸브 시스템.
  75. 광학 밸브에 있어서,
    상기 광학 밸브의 제1 단부에 위치해 있는 입력 측면(input side);
    상기 광학 밸브의 제2 단부에 위치해 있는 반사 측면(reflective side); 및
    상기 광학 밸브의 상기 입력 측면과 상기 반사 측면 사이에 위치해 있는 제1 광 지향 측면 및 제2 광 지향 측면을 포함하고, 상기 제2 광 지향 측면이 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함하며, 상기 복수의 안내 특징부가 각자의 추출 특징부를 연결시키는 것인 광학 밸브.
  76. 제75항에 있어서, 상기 제1 광 지향 측면이 실질적으로 평면인 것인 광학 밸브.
  77. 제75항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부의 각각의 추출 특징부의 표면 법선 방향이 상기 복수의 안내 특징부의 각자의 인접한 안내 특징부들 각각의 표면 법선 방향과 상이한 것인 광학 밸브.
  78. 제75항에 있어서, 상기 제1 광 지향 측면과 상기 제2 광 지향 측면 간의 간격이 상기 입력 측면으로부터 상기 반사 측면으로 증가하는 것인 광학 밸브.
  79. 방향성 디스플레이 시스템에 있어서,
    광학 밸브에 광선을 제공하는 조명기 어레이를 포함하고, 상기 광학 밸브는,
    상기 광학 밸브의 제1 광 안내 표면 - 상기 제1 광 안내 표면은 실질적으로 평면임 -; 및
    상기 제1 광 안내 표면과 대향하고 있는 상기 광학 밸브의 제2 광 안내 표면을 포함하고, 복수의 안내 특징부 및 복수의 추출 특징부를 추가로 포함하며, 상기 복수의 추출 특징부가 제1 영역 및 제2 영역을 추가로 포함하고, 또한 상기 제1 및 제2 영역의 추출 특징부는, 제1 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 상기 광학 밸브의 외부의 제1 시청 창(viewing window)으로 지향되고 제2 조명기로부터의 광선의 적어도 일부가 상기 광학 밸브의 외부의 상기 제1 시청 창과 상이한 제2 시청 창으로 지향되도록, 각자의 배향을 갖는 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  80. 제79항에 있어서, 상기 추출 특징부는 제2 반사 단부와 상호작용하는 광이 상기 조명기 어레이의 실상(real image)을 제공하도록 구성되어 있는 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  81. 제79항에 있어서, 상기 추출 특징부는 확산 기능을 제공하기 위해 미세하게 변하는(microscopically variable) 표면 법선 방향을 가지는 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  82. 제79항에 있어서, 상기 추출 특징부가 상기 제2 광 안내 표면의 표면에 걸쳐 변하는 피치를 가지는 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  83. 제79항에 있어서, 상기 추출 특징부는, 상기 제1 광 안내 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 휘도 출력(luminance output)을 제공하기 위해, 상기 광학 밸브의 길이를 따라 변하는 높이를 가지는 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  84. 제79항에 있어서, 상기 광학 밸브의 두께가 제1 방향에서 상기 광학 밸브의 제1 단부로부터 제2 단부로 증가하고 제2 방향에서 상기 광학 밸브의 중앙으로부터 가장자리로 증가하며, 상기 제2 방향이 상기 제1 방향에 실질적으로 직교인 방향인 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  85. 제79항에 있어서, 조명기 요소로부터의 광을 각자의 시청 창으로 지향시키는 렌즈를 추가로 포함하는 방향성 디스플레이 시스템.
  86. 제85항에 있어서, 상기 렌즈가 프레넬 렌즈인 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  87. 제79항에 있어서, 상기 복수의 추출 특징부는,
    제1 영역 - 상기 제1 영역의 추출 특징부는 제1 배향을 가짐 -; 및
    제2 영역 - 상기 제2 영역의 추출 특징부는 제2 배향을 가짐 -을 추가로 포함하고, 상기 제1 배향 및 상기 제2 배향이 서로 다른 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  88. 제87항에 있어서, 확산기를 추가로 포함하고, 상기 확산기는 상기 제1 배향과 실질적으로 직교인 제1 방향으로 확산하는 것인 방향성 디스플레이 시스템.
  89. 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이(observer tracking autostereoscopic display)에 있어서,
    광학 밸브;
    상기 광학 밸브에 광을 제공하는 조명 요소의 어레이;
    상기 광학 밸브의 시청 창에 근접해 있는 관찰자를 검출하는 센서; 및
    상기 조명 요소의 어레이에 대한 설정을 결정하는 조명 제어기를 포함하고, 상기 설정은 제1 시청 창에 대응하는 제1 조명기 요소 세트에 대한 제1 조명 단계(illuminatoin phase)를 결정하고, 상기 설정은 제2 시청 창에 대응하는 제2 조명기 요소 세트에 대한 제2 조명 단계를 결정하는 것인 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이.
  90. 제89항에 있어서, 상기 조명 제어기가 관찰자의 위치에 따라 조명 요소를 조절하는 것인 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이.
  91. 제89항에 있어서, 상기 제1 조명 단계는 디스플레이 상의 좌안 영상에 대응하고, 상기 제2 조명 단계는 상기 디스플레이 상의 우안 영상에 대응하는 것인 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이.
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