KR20150021017A - 변조층을 가진 지향성 백라이트 - Google Patents

변조층을 가진 지향성 백라이트 Download PDF

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Abstract

지향성 백라이트가 개시된다. 지향성 백라이트는 복수의 입력 평면 광빔을 복수의 지향성 광빔으로 산란시키는 복수의 지향성 픽셀을 가진 지향성 백플레인을 갖는다. 각 지향성 광빔은 복수의 지향성 픽셀들 내 지향성 픽셀의 특징들에 의해 제어되는 방향 및 각도퍼짐을 갖는다. 복수의 변조기를 가진 변조층이 복수의 지향성 광빔들을 변조한다. 지향성 백라이트는 지향성 백플레인 내 지향성 픽셀의 특징들을 특정함으로써 다중 뷰들을 가진 3D 이미지를 발생하기 위해 사용될 수 있다.

Description

변조층을 가진 지향성 백라이트{DIRECTIONAL BACKLIGHT WITH A MODULATION LAYER}
관련출원에 대한 상호참조
이 출원은 본원의 양수인에 양도되고 참조로 본원에 포함시키는 2012년 4월 27일에 출원된 "Directional Pixel for Use in a Display Screen" 명칭의 PCT 특허 출원번호 PCT/US2012/035573(Attorney Docket No. 82963238), 및 2012년 5월 31일에 출원된 "Directional Backlight" 명칭의 PCT 특허 출원번호_____(Attorney Docket No. 8301 1348)에 관계된다.
디스플레이 스크린에서 광 필드를 재현하는 능력은 이미징 및 디스플레이 기술에서 주요 해결과제였다. 광 필드는 공간 내 모든 지점을 통해 모든 방향으로 진행하는 한 세트의 모든 광선이다. 임의의 자연적인 실세계 장면은 이의 광 필드에 의해 완전하게 특징지워져, 장면을 통과하는 모든 광선의 세기, 색, 및 방향에 관한 정보를 제공할 수 있다. 목적은 디스플레이 스크린을 보는 자가 몸서 경험하는 바와 같이 장면을 경험할 수 있게 하는 것이다.
텔레비전, 개인용 컴퓨터, 랩탑, 및 모바일 장치에서 현재 가용한 디스플레이 스크린은 대부분 여전히 2차원이며 이에 따라 광 필드를 정확하게 재현할 수 없다. 3차원("3D") 디스플레이가 최근에 출현하였지만 제한된 수의 뷰를 제공하는 것 외에도 각도 및 공간 해상도에서 효율적이지 못하다. 예로서는 홀로그램, 패럴랙스 배리어, 또는 렌티큘러 렌즈에 기초한 3D 디스플레이를 포함한다.
이들 디스플레이들 간에 공통 주제는 이들이 광범위한 뷰 각도 및 공간 해상도를 위한 양질의 이미지를 달성하기 위해 픽셀 수준에서 정밀하게 제어되는 광 필드를 발생하는 어려움이다.
본원은 동일 구성요소에 동일 참조부호를 사용한 동반된 도면에 관련하여 취해진 다음 상세한 설명에 관련하여 더 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 여러 예에 따른 지향성 백라이트의 개요도이다.
도 2a ~ 도 2b는 도 1에 따른 지향성 백라이트의 예시적 평면도이다.
도 3a ~ 도 3b는 도 1에 따른 지향성 백라이트의 또 다른 평면도이다.
도 4는 3각형 형상을 가진 지향성 백라이트를 도시한 것이다.
도 5는 6각형 형상을 가진 지향성 백라이트를 도시한 것이다.
도 6은 원형 형상을 가진 지향성 백라이트를 도시한 것이다.
도 7은 여러 예에 따라 지향성 백라이트로 3D 이미지를 발생하기 위한 흐름도이다.
변조층을 가진 지향성 백라이트가 개시된다. 본원에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, 지향성 백라이트는 광 필드를 지향성 광빔 형태로 제공하기 위해 사용되는 디스플레이 스크린(예를 들면, LCD 디스플레이 스크린) 내에 층이다. 지향성 광빔은 복수의 지향성 픽셀에 의해 지향성 백라이트에서 산란된다. 각 지향성 광빔은 상이한 지향성 픽셀로부터 나오며, 지향성 픽셀의 특징들에 기초하여 주어진 방향 및 각도퍼짐(angular spread)을 갖는다. 이 겨누어진 지향성은 지향성 빔이 복수의 변조기를 사용하여 변조(즉, 밝기가 턴 온되거나, 턴 오프되거나, 변화되는)될 수 있게 한다. 변조기는 예를 들면, 액정 디스플레이("LCD") 셀(편광기를 가진 혹은 없는)일 수 있다. 마이크로-전기-기계("MEMS"), 유체, 자기, 전기영동, 또는 전기 신호의 인가시 광의 세기를 변조하는 그외 다른 메커니즘을 포함한 상이한 메커니즘에 기초한 것들과 같은 다른 유형의 변조기가 사용될 수도 있다.
여러 예에서, 지향성 픽셀은 복수의 입력 평면 광빔에 의해 조명되는 지향성 백플레인 내에 배열된다. 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔을 수신하고 이들의 부분을 지향성 광빔으로 산란한다. 요망되는 바와 같이 지향성 광빔을 변조하기 위해 지향성 픽셀 위에 변조층이 놓여진다. 변조층은 복수의 변조기(예를 들면, LCD 셀)을 포함하고, 각 변조기는 단일 지향성 픽셀로부터 단일 지향성 광빔 혹은 한 세트의 지향성 픽셀로부터 한 세트의 지향성 광빔을 변조한다. 변조층은 각 뷰가 한 세트의 지향성 광빔에 의해 제공되는 것인 많은 서로 다른 뷰들을 가진 3D 이미지들이 발생될 수 있게 하다.
여러 실시예에서, 지향성 백플레인 내 지향성 픽셀은 지향성 백플레인 내에 혹은 이 위에 배열된 실질적으로 평행한 홈의 패터닝된 격자를 갖는다. 지향성 백플레인은 예를 들면, 무엇보다도, 실리콘 질화물("SiN"), 유리 또는 석영, 플라스틱, 인듐 주석 산화물("ITO")과 같은 입력 평면 광빔을 지향성 픽셀로 안내하는 투명한 물질의 슬랩(slab)일 수 있다. 패터닝된 격자는 지향성 백플레인 내 직접 에칭된 홈, 혹은 지향성 백플레인 상에 피착된 물질(예를 들면, 임의의 유전체 혹은 금속을 포함하여, 피착되고 에칭되거나 혹은 리프트-오프될 수 있는 임의의 물질)로 만들어진 홈들로 구성될 수 있다. 홈은 경사질 수도 있다.
이하 여기에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 각 지향성 픽셀은 격자 길이(즉, 입력 평면 광빔의 전파 축선을 따른 치수), 격자 폭(즉, 입력 평면 광빔의 전파 축선을 가로지른 치수), 홈 방위, 피치, 및 듀티 사이클에 의해 특정될 수 있다. 각 지향성 픽셀은 홈 방위 및 격자 피치에 의해 결정되는 방향, 및 격자 길이 및 폭에 의해 결정되는 각도퍼짐을 가진 지향성 광빔을 방출할 수 있다. 50% 또는 대략 50%의 듀티 사이클을 사용함으로써, 패터닝된 격자의 2차 푸리에 계수는 없어지고 그럼으로써 추가의 원하지 않는 방향들로 광의 산란을 방지한다. 이것은 한 지향성 광빔만이 자신의 출력 각도에 관계없이 각 지향성 픽셀로부터 나타날 수 있게 한다.
이하 여기에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 지향성 백플레인은 주어진 3D 이미지를 생성하기 위해 선택되는 어떤 격자 길이, 격자 폭, 홈 방위, 피치 및 듀티 사이클을 갖는 지향성 픽셀을 갖게 설계될 수 있다. 3D 이미지는 지향성 픽셀에 의해 방출되고 변조층에 의해 변조되는 지향성 광빔으로부터 발생되며, 한 세트의 지향성 픽셀로부터 변조된 지향성 광빔은 주어진 이미지 뷰를 발생한다.
다음 설명에서 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적 상세가 개시됨을 알 것이다. 그러나, 실시예는 이들 구체적 상세로의 한정없이 실시될 수도 있음을 알 것이다. 다른 경우에 있어서, 공지된 방법 및 구조는 실시예의 설명을 불필요하게 모호해지게 하는 것을 피하기 위해 상세히 기술되지 않을 수도 있다. 또한, 실시예는 서로 조합하여 사용될 수도 있다.
이제 도 1을 참조하여, 여러 예에 따라 지향성 백라이트의 개요도가 설명된다. 지향성 백라이트(100)는 복수의 광원으로부터 한 세트의 입력 평면 광빔(110)을 수신하는 지향성 백플레인(105)을 포함한다. 복수의 광원은 예를 들면, 발광 다이오드("LEDs"), 레이저, 등과 같은, 대략 30nm 이하의 스펙트럼 대역폭을 가진 하나 이상의 협-대역폭 광원을 포함한다. 입력 평면 광빔(110)은 지향성 백플레인(105)과 실질적으로 동일한, 실질적으로 평면이 되게 설계된 평면 내에서 전파한다.
지향성 백플레인(105)은 지향성 백플레인(105) 내에 혹은 이 위에 배열된 복수의 지향성 픽셀(115a ~ 115d)을 갖는 투명한 물질 슬랩(예를 들면, SiN, 유리 또는 석영, 플라스틱, ITO, 등)으로 구성될 수 있다. 지향성 픽셀(115a ~ 115d)은 입력 평면 광빔(110)의 부분을 지향성 광빔(120a ~ 120d)으로 산란시킨다. 여러 예에서, 각 지향성 픽셀(115a ~ 115d)은 실질적으로 평행한 홈, 예를 들면, 지향성 픽셀(115a)을 위한 홈(125a)의 패터닝된 격자를 갖는다. 격자 홈의 두께는 모든 홈에 대해 실질적으로 동일하여 실질적으로 평면 설계가 되게 할 수 있다. 홈은 지향성 백플레인 내에 에칭되거나, 지향성 백플레인(105)(예를 들면, 임의의 유전체 또는 금속을 포함하여, 피착되고 에칭되거나 리프트-오프될 수 있는 임의의 물질) 상에 피착되는 물질로 만들어질 수 있다.
각 지향성 광빔(120a ~ 120d)은 이의 대응하는 지향성 픽셀(115a ~ 115d)을 형성하는 패터닝된 격자에 의해 결정되는 주어진 방향 및 각도퍼짐을 갖는다. 특히, 각 지향성 광빔(120a ~ 120d)의 방향은 패터닝된 격자의 방위 및 격자 피치에 의해 결정된다. 그러면, 각 지향성 광빔의 각도퍼짐은 패터닝된 격자의 격자 길이 및 폭에 의해 결정된다. 예를 들면, 지향성 광빔(130a)의 방향은 패터닝된 격자(135a)의 방위 및 격자 피치에 의해 결정된다. 예를 들면, 지향성 광빔(115a)의 방향은 패터닝된 격자(125a)의 방위 및 격자 피치에 의해 결정된다.
이 실질적으로 평면 설계 및 입사 평면 광빔(110)에 관하여 지향성 광빔(120a ~ 120d)의 형성은 통상적인 회절 격자보다 실질적으로 더 작은 피치를 가진 격자를 요구함을 알 것이다. 예를 들면, 통상적인 회절 격자는 격자의 평면에 실질적으로 가로질러 전파하는 광빔이 조명될 때 광을 산란한다. 여기에서, 각 지향성 픽셀(115a ~ 115d) 내 격자는 지향성 광빔(120a ~ 120d)을 발생할 때 입사 평면 광빔(110)과 실질적으로 동일한 평면 상에 있다.
지향성 광빔(120a ~ 120d)은 격자 길이(L), 격자 폭(W), 홈 방위(θ) 및 격자 피치(Λ)를 포함한 지향성 픽셀(115a ~ 115d) 내 격자의 특징들에 의해 정밀하게 제어된다. 특히, 격자(125a)의 격자 길이(L)는 입력 광 전파 축선을 따른 지향성 광빔(120a)의 각도퍼짐(ΔΘ)을 제어하며, 격자 폭(W)은 다음과 같이, 입력 광 전파 축선을 가로지르는 지향성 광빔(120a)의 각도퍼짐(ΔΘ)을 제어한다;
Figure pct00001
(식 1)　
여기에서, λ는 지향성 광빔(120a)의 파장이다. 격자 방위각(θ)에 의해 특정되는 홈 방위, 및 Λ에 의해 특정되는 격자 피치 또는 주기는 지향성 광빔(120a)의 방향을 제어한다.
격자 길이(L) 및 격자 폭(W)은 0.1 내지 200㎛의 범위 내에서 크기가 다양할 수 있다. 예를 들면, 홈 방위각(θ)은 -40 내지 +40도 정도이고 격자 피치(Λ)는 200 ~ 700nm 정도로 하여, 홈 방위각(θ) 및 격자 피치(Λ)는 지향성 광빔(130a)의 요망되는 방향을 만족시키게 설정될 수 있다.
여러 예에서, 복수의 변조기(예를 들면, LCD 셀)을 갖는 변조층(130)은 지향성 픽셀(115a ~ 115d)에 의해 산란되는 지향성 광빔(120a ~ 120d)을 변조하기 위해 지향성 픽셀(115a ~ 115d) 위에 위치된다. 지향성 광빔(120a ~ 120d)의 변조는 이들의 밝기를 변조기(예를 들면, 이들을 턴 온하거나, 턴 오프하거나, 이들의 밝기를 변환시키는)로 제어하는 것을 수반한다. 예를 들면, 변조층(130) 내 변조기는 지향성 광빔(120a, 120d)을 턴 온하고 지향성 광빔(120b, 120c)을 턴 오프하기 위해 사용될 수 있다. 지향성 광빔(120a ~ 120d)에 대한 변조를 제공하는 능력은 많은 서로 다른 이미지 뷰들이 발생될 수 있게 한다.
변조층(130)은 물질로 만들어지거나 지향성 픽셀(115a ~ 115d)과 변조층(130) 내 변조기 사이에 간격(즉, 공기)으로 구성될 수 있는 스페이서 층(135) 위에 놓여질 수 있다. 스페이서 층(135)은 예를 들면 0 ~ 100㎛ 정도의 폭을 가질 수 있다.
단지 예시 목적을 위해서 4개의 지향성 픽셀(115a ~ 115d)을 가진 지향성 백플레인(105)이 도시된 것을 알 것이다. 여러 예에 따라 지향성 백플레인은 지향성 백플레인이 어떻게 사용되는가에 따라(예를 들면, 3D 디스플레이 스크린에서, 3D 시계에서, 모바일 장치에서, 등등에서), 많은 지향성 픽셀(예를 들면, 100보다 많은)을 갖게 설계될 수 있다. 또한, 지향성 픽셀은 예를 들면, 원형, 타원형, 다각형, 또는 이외 다른 기하학적 형상을 포함한 임의의 형상을 가질 수 있음을 알 것이다.
도 1에 따른 지향성 백라이트의 평면도를 도시한 도 2a ~ 도 2b를 참조한다. 도 2a에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 다각형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(210))로 구성된 지향성 백플레인(205)을 갖는 지향성 백라이트(200)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(215)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(220))으로 산란시킬 수 있다. 각 지향성 광빔은 변조기, 예를 들면, 지향성 광빔(220)에 대한 LCD 셀(225)에 의해 변조된다. 지향성 백플레인(205) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 변조기(예를 들면, LCD 셀(225))에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 이미지를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
유사하게, 도 2b에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 원형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(240))로 구성된 지향성 백플레인(235)을 가진 지향성 백라이트(230)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(245)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(250))으로 산란시킬 수 있다. 각 지향성 광빔은 변조기, 예를 들면, 지향성 광빔(250)에 대한 LCD 셀(225)에 의해 변조된다. 지향성 백플레인(235) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 변조기(예를 들면, LCD 셀(255))에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 이미지를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
여러 실시예에서, 한 세트의 지향성 픽셀로부터 한 세트의 지향성 광빔을 변조하기 위해 단일의 변조기가 사용될 수도 있다. 즉, 도 2a ~ 도 2b에 도시된 바와 같이, 지향성 픽셀당 단일 변조기를 갖는 대신에 한 세트의 지향성 픽셀 위에 한 주어진 변조기가 놓여질 수도 있다.
이제 도 3a ~ 도 3b를 참조하여, 도 1에 따른 지향성 백라이트의 평면도가 설명된다. 도 3a에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 다각형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(310a))로 구성된 지향성 백플레인(305)을 갖는 지향성 백라이트(300)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(315)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(320a))으로 산란시킬 수 있다. 한 세트의 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 픽셀(310a ~ 310d)에 의해 산란되는 지향성 광빔(320a ~ 320d))은 변조기(예를 들면, 지향성 광빔(320a ~ 320d)을 변조하기 위한 LCD 셀(325a)에 의해 변조된다. 예를 들면, LCD 셀(325a)은 지향성 픽셀(310a ~ 310d)을 턴 온 하기 위해 사용되고 반면 LCD 셀(325d)은 지향성 픽셀(330a ~ 330d)을 턴 오프하기 위해 사용된다. 지향성 백플레인(305) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 LCD 셀(325a ~ 325d)에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 이미지를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
유사하게, 도 3b에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 원형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(350a))로 구성된 지향성 백플레인(345)을 갖는 지향성 백라이트(340)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(355)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(360a))으로 산란시킬 수 있다. 한 세트의 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 픽셀(350a ~ 350d)에 의해 산란된 지향성 광빔(360a ~ 360d))은 변조기(예를 들면, 지향성 광빔(360a ~ 360d)을 변조하기 위한 변조기(예를 들면, LCD 셀(370a))에 의해 변조된다. 예를 들면, LCD 셀(370a)은 지향성 픽셀(350a ~ 350d)을 턴 온하기 위해 사용되고 반면 LCD 셀(370d)은 지향성 픽셀(365a ~ 365d)을 턴 오프하기 위해 사용된다. 지향성 백플레인(345) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 LCD 셀(370a ~ 370d)과 같은 변조기에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 이미지를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
지향성 백플레인은 예를 들면 3각형 형상(도 4에 도시된 바와 같은), 6각형 형상(도 5에 도시된 바와 같은), 또는 원형 형상(도 6에 도시된 바와 같은)과 같은 서로 다른 형상들을 갖게 설계될 수 있음을 알 것이다. 도 4에서, 지향성 백플레인(405)은 3개의 서로 다른 공간 방향, 예를 들면, 입력 평면 광빔(410 ~ 420)으로부터 입력 평면 광빔을 수신한다. 이 구성은 입력 평면 광빔이 서로 다른 색의 광을 나타낼 때, 예를 들면, 입력 평면 광빔(410)이 적색을 나타내고, 입력 평면 광빔(415)이 녹색을 나타내고, 입력 평면 광빔(420)이 청색을 나타낼 때 사용될 수 있다. 입력 평면 광빔(410 ~ 420) 각각은 이들의 광을 한 세트의 지향성 픽셀 상에 집점하기 위해 3각형 지향성 백플레인(405)의 변 상에 배치된다. 예를 들면, 입력 평면 광빔(410)은 한 세트의 지향성 픽셀(425 ~ 435)에 의해 지향성 광빔으로 산란된다. 또한, 이 부-세트의 지향성 픽셀(425 ~ 435)은 입력 평면 광빔(415 ~ 420)으로부터 광을 수신할 수도 있다. 그러나, 설계에 의해 이 광은 지향성 백라이트(400)의 의도된 뷰 구역 내에서 산란되지 않는다.
예를 들면, 입력 평면 광빔(410)이 부-세트(GA)의 지향성 픽셀(425 ~ 435)에 의해 의도된 뷰 구역으로 산란되는 것으로 가정한다. 의도된 뷰 구역은 지향성 백라이트(400)에 수직선으로부터 측정된 최대 광선 각도(θmax)에 의해 특정될 수 있다. 또한, 입력 평면 광빔(410)은 부-세트의 지향성 픽셀(GB)(440 ~ 450)에 의해서 산란될 수도 있는데, 그러나 이들 원하지 않는 광선들은 다음과 같은 한, 의도된 뷰 구역 밖에 있임을 알 것이다.
Figure pct00002
(식 2)
λA는 입력 평면 광빔(410)의 파장이며, ncff A는 지향성 백플레인(405) 내에서 입력 평면 광빔(410)의 수평 전파의 유효 굴절률이며, λB는 입력 평면 광빔(420)(지향성 픽셀(440 ~ 450)에 의해 산란되는)의 파장이며, ncff B는 지향성 백플레인(405) 내에서 입력 평면 광빔(420)의 수평 전파의 유효 굴절률이다. 유효 굴절률들 및 파장들이 실질적으로 동일한 경우, 식 2는 다음과 같이 된다:
Figure pct00003
(식 3)
굴절률이 2 이상이고 입력 평면 광빔이 격자 각도에 가깝게 전파하는 지향성 백플레인에 있어서, 디스플레이의 의도된 뷰 구역은 전체 공간(ncff ≥2 및 sinθmax~ 1)까지 확장될 수 있음을 알 수 있다. 유리(예를 들면, n = 1.46)와 같이 굴절률이 낮은 지향성 백플레인에 있어서, 의도된 뷰 구역은 약 Qmax<arcsin(n/2)(유리에 있어서 ±45˚)로 제한된다.
각 지향성 광빔은 예를 들면, LCD 셀(455)과 같은 변조기에 의해 변조될 수 있음을 알 것이다. 지향성 광빔의 정밀한 제어 및 각도 제어는 지향성 백플레인(405) 내 각 지향성 픽셀로 달성될 수 있고 지향성 광빔은 LCD 셀과 같은 변조기에 의해 변조될 수 있기 때문에, 지향성 백라이트(405)는 3D 이미지의 많은 서로 다른 뷰들을 발생하게 설계될 수 있다.
도 4에 도시된 지향성 백플레인(405)은 3각형 슬랩의 맨 끝이 도 5에 도시된 바와 같이 6각형 형상을 형성하게 절단될 수 있음을 인식함으로써 더 콤팩트한 설계로 형상화될 수도 있음을 더욱 알 것이다. 지향성 백플레인(505)은 3개의 서로 다른 공간 방향, 예를 들면, 입력 평면 광빔(510 ~ 520)으로부터 입력 평면 광빔을 수신한다. 입력 평면 광빔(510 ~ 520) 각각은 이의 광을 부-세트의 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(525 ~ 535) 상에 집점하기 위해 6각형 지향성 백플레인(505)의 교호의 변들 상에 배치된다. 여러 예에서, 6각형 지향성 백플레인(505)은 지향성 픽셀 크기가 10 ~ 30㎛ 정도이고, 10 ~ 30mm 정도의 범위일 수 있는 변 길이를 갖는다.
지향성 백라이트(500)가 복수의 구성의 변조기를 가진 것으로 도시된 것을 알 것이다. 한 세트의 지향성 픽셀로부터 지향성 광빔을 변조하기 위해 단일 변조기, 예를 들면, 지향성 픽셀(525 ~ 535)에 대해 LCD 셀(540)이 사용될 수 있고, 혹은 단일 지향성 픽셀을 변조하기 위해 단일 변조기, 예를 들면, 지향성 픽셀(560)에 대해 LCD 셀(555)이 사용될 수 있다. 당업자는 지향성 픽셀에 의해 산란된 지향성 광빔을 변조하기 위해 지향성 픽셀에 사용하기 위한 변조기의 임의의 구성이 사용될 수 있음을 안다.
또한, 색 입력 평면 광빔과 함께 사용하기 위한 지향성 백라이트는 주요 3색으로부터의 광이 3개의 서로 다른 방향으로부터 오는한, 3각형(도 4) 혹은 6각형 형상(도 5) 외에 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 지향성 백라이트는 원형, 타원형, 또는 3개의 서로 다른 방향으로부터 광을 수신할 수 있는 또 다른 형상일 수 있다. 이제 도 6을 참조하여, 원형 형상을 갖는 지향성 백라이트가 설명된다. 지향성 백라이트(600) 내 지향성 백플레인(605)은 3개의 서로 다른 방향으로부터 입력 평면 광빔(610 ~ 620)을 수신한다. 각 지향성 픽셀은 원형 형상, 예를 들면, 지향성 픽셀(620)을 가지며 변조기, 예를 들면, LCD 셀(625)에 의해 변조되는 지향성 광빔을 산란한다. 각 LCD 셀은 사각형 형상을 가지며, 원형 지향성 백플레인(605)은 원형 지향성 픽셀(혹은 요망된다면 다각형 지향성 픽셀)에 대한 사각형 LCD 셀을 수용하게 설계된다.
본원에 따라 지향성 백라이트로 3D 이미지를 발생하기 위한 흐름도가 도 7에 도시되었다. 먼저, 지향성 백라이트의 지향성 픽셀의 특징이 특정된다(700). 특징은 예를 들면, 격자 길이, 격자 폭, 방위, 피치, 및 듀티 사이클과 같은 지향성 픽셀 내 패터닝된 격자의 특징을 포함할 수 있다. 위에 기술된 바와 같이, 지향성 백라이트 내 각 지향성 픽셀은 특징에 따라 정밀하게 제어되는 방향 및 각도퍼짐을 갖는 지향성 광빔을 발생하기 위해 주어진 한 세트의 특징으로 특정될 수 있다.
다음에, 지향성 픽셀을 가진 지향성 백플레인이 제조된다(705). 지향성 백플레인은 투명 물질로 만들어지며, 무엇보다도, 예를 들면, 광학 리소그래피, 나노-임프린트 리소그래피, 롤간 임프린트 리소그래피, 임프린트 몰드를 사용한 다이렉트 엠보싱과 같은 임의의 적합한 제조 기술로 제조될 수도 있다. 지향성 픽셀은 지향성 백플레인 내에 에칭되거나, 지향성 백플레인 상에 피착되는 물질(예를 들면, 임의의 유전체 또는 금속을 포함하여, 피착되고 에칭되거나 리프트-오프될 수 있는 임의의 물질)을 가진 패터닝된 격자로 만들어질 수도 있다.
이어, 지향성 백플레인에 변조층(예를 들면, LCD-기반의 변조층)이 추가된다(710). 변조층은 지향성 백플레인 위에 스페이서 층(도 1에 도시된 바와 같은) 상에 놓여지는 복수의 변조기(예를 들면, LCD 셀)을 포함한다. 위에 기술된 바와 같이, 변조층은 단일 지향성 픽셀에 대한 단일 변조기 혹은 한 세트의 지향성 픽셀에 대한 단일 변조기를 갖게 설계될 수 있다. 위에 더욱 기술된 바와 같이, 지향성 백플레인(및 지향성 픽셀)은 사각형 형상의 변조기로 만들어진 변조층을 수용하기 위해 서로 다른 형상들(예를 들면, 다각형, 3각형, 6각형, 원형, 등)을 가질 수도 있다.
복수의 협대역 광원으로부터 광은 입력 평면 광빔(715) 형태로 지향성 백플레인에 입력된다. 마지막으로, 3D 이미지는 지향성 백플레인(720) 내 지향성 픽셀에 의해 산란되는 지향성 광빔으로부터 발생된다.
유익하게, 지향성 백라이트 내 지향성 픽셀 및 변조로 달성되는 정밀한 제어는 제조하기 쉬운 실질적으로 평면 구조로 3D 이미지가 발생될 수 있게 한다. 지향성 픽셀의 서로 다른 구성들은 서로 다른 3D 이미지들을 발생한다. 또한, 지향성 픽셀에 의해 발생된 지향성 광빔은 발생된 이미지에 임의의 요망되는 색 효과를 생성하기 위해 변조될 수 있다. 본원에 기술된 지향성 백라이트는 무엇보다도, 예를 들면, 3D 시계, 3D 미술 장치, 3D 의료 장치와 같은 다른 응용에서 뿐만 아니라, 디스플레이 스크린(예를 들면, TV, 모바일 장치, 타블렛, 비디오 게임 장치, 등에서) 내에 3D 이미지를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
개시된 실시예의 앞에 설명은 당업자가 본 발명을 제작 또는 사용할 수 있게 하기 위해 제공됨을 알 것이다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 쉽게 명백해질 것이며, 그에 정의된 일반적 원리는 본 발명의 정신 또는 범위 내에서 다른 실시예에 적용될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명은 이에 제시된 실시예로 한정하려는 것이 아니며 이에 개시된 원리 및 신규한 특징에 일관된 가장 넓은 범위가 주어진다.

Claims (21)

  1. 지향성 백라이트에 있어서,
    각각이 복수의 지향성 픽셀들 내 지향성 픽셀의 특징들에 의해 제어되는 방향 및 각도퍼짐(angular spread)을 갖는 것인 복수의 입력 평면 광빔들을 복수의 지향성 광빔들로 산란시키는 복수의 지향성 픽셀들을 갖는 지향성 백플레인(backplane); 및
    상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하기 위한 복수의 변조기들을 갖는 변조층을 포함하는, 지향성 백라이트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인 위에 위치된 스페이서 층을 더 포함하는, 지향성 백라이트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 변조층은 상기 스페이서 층 위에 위치된, 지향성 백라이트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인은 실질적으로 평면인, 지향성 백라이트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 지향성 픽셀들 내 각 지향성 픽셀은 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 가진 패터닝된 격자들을 포함하는, 지향성 백라이트.
  6. 제 5 항에 있어서, 지향성 픽셀의 상기 특징들은 격자 길이, 격자 폭, 격자 방위, 격자 피치, 및 듀티 사이클을 포함하는, 지향성 백라이트.
  7. 제 6 항에 있어서, 지향성 픽셀의 상기 피치 및 방위는 상기 지향성 픽셀에 의해 산란되는 지향성 광빔의 방향을 제어하는, 지향성 백라이트.
  8. 제 6 항에 있어서, 지향성 픽셀의 상기 길이 및 폭은 지향성 픽셀에 의해 산란되는 지향성 광빔의 상기 각도퍼짐을 제어하는, 지향성 백라이트.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 변조기들로부터 단일의 변조기는 단일 지향성 픽셀로부터의 지향성 광빔을 변조하는, 지향성 백라이트.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 변조기들로부터 단일의 변조기는 한 세트의 지향성 픽셀로부터의 지향성 광빔들을 변조하는, 지향성 백라이트.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인은 다각형 슬랩(slab)의 투명한 물질을 포함하는, 지향성 백라이트.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인은 원형 슬랩의 투명한 물질을 포함하는, 지향성 백라이트.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 지향성 픽셀들은 복수의 다각형 지향성 픽셀들을 포함하는, 지향성 백라이트.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 지향성 픽셀들은 복수의 원형 지향성 픽셀들을 포함하는, 지향성 백라이트.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 변조층은 LCD-기반의 변조층을 포함하고 상기 복수의 변조기들은 복수의 LCD 셀들을 포함하는, 지향성 백라이트.
  16. 변조층을 가진 지향성 백라이트로 3D 이미지를 발생하는 방법에 있어서,
    각각이 실질적으로 평행한 홈들을 가진 패터닝된 격자로 구성된 것인 복수의 지향성 픽셀들에 대한 복수의 특징들을 특징하는 단계;
    상기 복수의 지향성 픽셀들이 위에 배열된 지향성 백플레인을 제조하는 단계;
    상기 지향성 백플레인 위에 복수의 변조기들을 가진 변조층을 추가하는 단계;
    상기 복수의 지향성 픽셀들에 의해 복수의 지향성 광빔들로 분산되는 복수의 입력 평면 광빔으로 상기 지향성 백플레인을 조명하는 단계; 및
    상기 복수의 지향성 광빔들을 상기 복수의 변조기들로 변조하여 3D 이미지의 다중 뷰들을 발생하는 단계를 포함하는, 3D 이미지 발생 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 각 지향성 광빔은 지향성 픽셀의 상기 특징들에 의해 제어되는, 3D 이미지 발생 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 지향성 픽셀의 상기 특징들은 격자 길이, 격자 폭, 격자 방위, 격자 피치, 및 듀티 사이클을 포함하는, 3D 이미지 발생 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 변조기들로부터 단일 변조기는 단일 지향성 픽셀로부터의 지향성 광빔을 변조하는, 3D 이미지 발생 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 변조기들로부터 단일의 변조기는 한 세트의 지향성 픽셀로부터의 지향성 광빔들을 변조하는, 3D 이미지 발생 방법.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 변조층은 LCD-기반의 변조층을 포함하고, 복수의 변조기들은 복수의 LCD 셀들을 포함하는, 3D 이미지 발생 방법.
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