KR20170037899A - 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트 - Google Patents

다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트 Download PDF

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Abstract

다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트는 도광판, 상기 도광판의 표면의 다중빔 회절 격자, 상기 도광판의 전파 축에 대응하는 방향으로 서로로부터 측방향 변위되는 광원들을 포함한다. 상기 광원들은 서로 다른 컬러의 광을 생성한다. 상기 도광판은 상기 광원들로부터의 광을 안내한다. 상기 다중빔 회절 격자는, 상기 안내된 광의 일부를, 복수의 서로 다른 주 각도 방향으로 상이한 컬러를 갖는 복수의 광빔들로서 회절 결합을 이용하여 외부로 결합한다.

Description

다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트{MULTIBEAM DIFFRACTION GRATING-BASED COLOR BACKLIGHTING}
본 발명은 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트에 관한 것이다.
전자 디스플레이는 매우 다양한 장치 및 제품의 사용자에게 정보를 통신하기 위한 거의 흔한 매체이다. 가장 통상적으로 발견되는 전자 디스플레이 중에는 음극선관(CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD), 전계발광 디스플레이(EL), 유기 발광 다이오드(OLED) 및 능동 매트릭스 OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기영동 디스플레이(EP), 및 전기기계 또는 전기유체 광 변조(예를 들면, 디지털 마이크로미러 장치, 전기습윤 디스플레이 등)을 채용하는 다양한 디스플레이들이 있다. 일반적으로, 전자 디스플레이는 능동 디스플레이(즉, 광을 방출하는 디스플레이)로서, 또는 수동 디스플레이(즉, 다른 소스에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이)로서 분류될 수 있다. 능동 디스플레이의 가장 자명한 예들 중에는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출되는 광을 고려할 때 수동으로서 일반적으로 분류되는 디스플레이는 LCD 및 EP 디스플레이이다. 수동 디스플레이는, 본질적으로 저 파워 소비를 포함하여 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 효율적인 성능 특징을 흔히 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 없음을 고려해 볼 때 많은 실제 응용에서 사용은 다소 제한될 수 있다.
광 방출에 연관된 수동 디스플레이의 응용가능성 한계를 극복하기 위해서, 다수의 수동 디스플레이는 외부 광원에 결합된다. 결합된 광원은 이들 다른 수동 디스플레이가 광을 방출하고 실질적으로 능동 디스플레이로서 기능할 수 있게 한다. 이러한 결합된 광원의 예는 백라이트이다. 백라이트는 수동 디스플레이를 조명하기 위해 다른 수동 디스플레이 뒤에 배치되는 광원(흔히 패널 광원이라고 지칭)이다. 예를 들면, 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이에 결합될 수 있다. 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이를 통과하는 광을 방출한다. 백라이트에 의해 방출된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이에 의해 변조되고, 그러면 변조된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이로부터 방출된다. 흔히 백라이트는 백색광을 방출하게 구성된다. 이어 백색광을 디스플레이에서 사용되는 여러 컬러로 변환하기 위해 컬러 필터가 사용된다. 컬러 필터는 LCD 또는 EP 디스플레이(덜 흔한)의 출력에 또는 예를 들면 백라이트와 LCD 또는 EP 디스플레이 사이에 배치될 수 있다.
본원에 기술되는 원리에 따른 예의 여러 특징들은 동일 구성요소에 동일 참조부호를 사용한 동반된 도면에 관련하여 취해진 다음 상세한 설명에 관련하여 더 완전하게 이해될 수 있다.:
도 1은 본원에 기술된 원리의 예에 따라 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분{θ,φ}의 그래픽 도면을 도시한다.
도 2a는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 다중빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 2b는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 도 2a에 도시된 상기 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트의 표면의 사시도를 도시한다.
도 2c는 본원에 기술되는 원리에 일관된 또 다른 예에 따라 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 3은 본원에 기술되는 원리에 일관된 또 다른 예에 따른 멀티빔 회절 격자의 평면도를 도시한다.
도 4a는 본원에 기술되는 원리에 일관된 또 다른 예에 따른, 경사 시준기(tilted collimator)를 포함한 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 시준 반사기(collimating reflector)의 개략도를 도시한다.
도 5는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 상기 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 6은 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 전자 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 7은 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른, 수렴점(P)에서 수렴하는 복수의 광빔의 단면도를 도시한다.
도 8은 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
어떤 예는 위에 언급된 도면에 도시된 특징들에 더하여 또는 대신에 다른 특징을 갖는다. 이들 및 다른 특징은 위에 언급된 도면에 관련하여 이하 상술된다.
본원에 기술되는 원리에 따른 예는 서로 다른 컬러를 갖는 광의 다중빔 회절 결합(diffractive coupling을 이용하는 전자 디스플레이 백라이트를 제공한다. 특히, 본원에 기술되는 전자 디스플레이의 백라이트는 다중빔 회절 격자와, 서로로부터 측방향 변위하는 복수의 서로 다른 컬러의 광원들을 채용한다. 상기 다중빔 회절 격자는 광 가이드로부터 광원에 의해 생성된 서로 다른 색상의 광을 외부로 결합(couple out하고 서로 다른 색상의 상기 외부로 결합된 광을 전자 디스플레이의 뷰 방향(viewing direction)으로 지향시키기 위해 사용된다. 다중빔 회절 격자에 의해 뷰 방향으로 지향된 외부로 결합된 광은 본원에 기술되는 원리의 여러 예에 따라 서로 다른 주 각도 방향 및 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 광빔들을 포함한다. 일부 예에서, 서로 다른 주 각도 방향('서로 다르게 지향된 광빔'이라고도 함) 및 서로 다른 컬러를 갖는 광빔은 3차원(3-D) 정보를 디스플레이하기 위해 채용될 수 있다. 예를 들면, 다중빔 회절 격자에 의해 생성된 서로 다르게 지향된, 상이한 색상의 광빔들은 변조될 수 있으며, '무-유리' 3-D 전자 디스플레이의 픽셀로서 사용할 수 있다.
여러 예에 따라, 다중빔 회절 격자는 대응하는 복수의 서로 다른 공간적으로 분리된 각도들(즉, 서로 다른 주 각도 방향들)을 갖는 복수의 광빔을 생성한다. 특히, 다중빔 회절 격자에 의해 생성된 광빔은 여기 정의된 각도 성분{θ, φ}에 의해 주어지는 주 각도 방향을 갖는다. 각도 성분(θ)을 본원에서는 광빔의 '상향(elevation) 성분' 또는 '상향각'이라 지칭한다. 각도 성분(φ)을 본원에서는 광빔의 '방위 성분' 또는 '방위 각'이라 칭한다. 정의에 의해서, 상향각(θ)은 수직 평면(예를 들면, 다중빔 회절 격자의 평면에 수직한)에서의 각도이며, 반면 방위 각(φ)은 수평 평면(예를 들면, 다중빔 회절 격자 평면에 평행한)에서의 각도이다. 도 1은 본원에 기술된 원리의 예에 따라, 특정한 주 각도 방향을 갖는 광빔(10)의 각도 성분{θ, φ}을 도시한 것이다. 또한, 본원에서의 정의에 의해서, 광빔은 특정한 지점으로부터 방출 또는 나온다. 즉, 정의에 의해서, 광빔은 다중빔 회절 격자 내에 한 특정한 기점에 연관된 중심 광선을 갖는다. 또한, 도 1은 광빔의 기점(O)을 도시하고 있다. 입사광의 예시적인 전파 방향은 도 1에 굵은 화살표(12)를 사용하여 도시하였다.
여러 예에 따라, 다중빔 회절 격자의 특징 및 이들의 피처(features)(즉, '회절 피처')는 광빔의 각도 지향성 및 하나 이상의 광빔에 대한 다중빔 회절 격자의 파장 또는 색 선택성 중 하나 또는 둘 다를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 각도 지향성 및 파장 선택성을 제어하기 위해 사용될 수 있는 특징은 격자 길이, 격자 피치(피처 간격), 피처의 형상, 피처의 크기(예를 들면, 홈 또는 리지(ridge) 폭), 및 격자의 방위(orientation)를 포함하는데, 그러나 이들로 제한되지 않는다. 일부 예에서, 제어를 위해 사용되는 여러 특징은 광빔의 기점 부근에 국한된 특징일 수도 있다.
본원에서, '회절 격자'는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하기 위해 배열된 복수의 피처(즉, 회절 피처)로서 일반적으로 정의된다. 일부 예에서, 복수의 피처는 주기적으로 또는 준-주기적으로 배열될 수도 있다. 예를 들면, 회절 격자는 1차원(1-D) 어레이로 배열된 복수의 피처(예를 들면, 물질 표면 내 복수의 홈)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 2차원(2-D) 어레이의 피처일 수도 있다. 예를 들면, 회절 격자는 물질 표면 상에 2-D 어레이의 범프일 수도 있다
이에 따라, 그리고 본원에서 정의에 의해서, 회절 격자는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 광이 광 가이드로부터 회절 격자에 입사한다면, 제공된 회절은 회절 격자가 광을 회절에 의해 광 가이드로부터 광을 외부로 결합할 수 있는 점에서 '회절 결합'을 초래하는데, 이에 따라 '회절 결합'이라 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절에 의해 광의 각도(즉, 회절 각도)를 재지향 또는 변경한다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자(즉, 회절된 광)를 떠나는 광은 일반적으로 입사광의 전파 방향과는 다른 전파 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전파 방향에서의 변화를 본원에서는 '회절 재지향'이라 지칭한다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자에 입사하는 광을 회절에 의해 재지향시키는 회절 피처를 포함하는 구조인 것으로 이해될 수 있고, 광이 광 가이드로부터 입사한다면, 회절 격자는 광 가이드로부터 광을 회절에 의해 외부로 결합할 수 있다.
여기에서 구체적으로, '회절 결합'은 회절의 결과로서(예를 들면, 회절 격자에 의한) 두 물질 사이에 경계를 가로지르는 전자기파(예를 들면, 광)의 결합으로서 정의된다. 예를 들면, 회절 격자는 광 가이드의 경계를 가로지르는 회절 결합에 의해 광 가이드에서 전파하는 광을 외부로 결합하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게, '회절 재지향'은 정의에 의해서 회절의 결과로서 광의 전파 방향의 재지향 또는 변경이다. 회절 재지향은 회절이 이 경계(예를 들면, 회절 격자는 상기 경계에 위치하여 있다)에서 일어난다면 두 물질 간에 경계에서 일어날 수 있다.
본원에서 또 다른 정의에 의해서 회절 격자의 피처는 '회절 피처'라 지칭하고 표면(예를 들면, 두 물질 간에 경계)에서, 표면 내에, 표면상에 중 하나 이상일 수 있다. 표면은 예를 들면 광 가이드의 표면일 수도 있다. 회절 피처는 표면에, 또는 표면 내, 또는 표면상에 홈, 리지, 홀 및 범프를 포함한 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 광을 회절하는 다양한 구조 중 어떤 것도 포함할 수 있다. 예를 들면, 다중빔 회절 격자는 물질 표면 내에 복수의 평행한 홈을 포함할 수도 있다. 또 다른 예에서, 회절 격자는 물질 표면으로부터 상승한 복수의 평행한 리지를 포함할 수도 있다. 회절 피처(예를 들면, 홈, 리지, 홀, 범프, 등)는 사각형 프로파일, 3각형 프로파일 및 톱니 프로파일 중 하나 이상을 포함하는 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 회절을 제공하는 다양한 단면 형상 또는 프로파일 중 어느 것을 가질 수 있다.
정의에 의해서 본원에서 '다중빔 회절 격자'는 복수의 광빔들을 생성하는 회절 격자이다. 일부 예에서, 다중빔 회절 격자는 '처프된(chirped)' 회절 격자일 수 있으며 또는 이를 포함할 수 있다. 다중빔 회절 격자에 의해 생성된 복수의 광빔은 위에 기술된 바와 같이 각도 성분{θ, φ}으로 표기한 서로 다른 주 각도 방향을 가질 수 있다. 특히, 여러 예에 따라, 광빔 각각은 다중빔 회절 격자에 의한 입사광의 회절 결합 및 회절 재지향의 결과로서 소정의 주 각도 방향을 가질 수 있다. 예를 들면, 다중빔 회절 격자는 8개의 서로 다른 주 방향들로 8개의 광빔을 생성할 수 있다. 여러 예에 따라, 다양한 광빔의 서로 다른 주 각도 방향은 다중빔 회절 격자에 입사하는 광의 전파 방향에 관련한 광빔의 기점에서 다중빔 회절 격자의 피처의 방위 또는 회전과 격자 피치 또는 격자 간격의 조합에 의해 결정된다.
또한, 본원에서, '광 가이드'는 내부 전반사를 이용하여 상기 구조 내에 광을 안내하는 구조로서 정의된다. 특히, 광 가이드는 상기 광 가이드의 동작 파장에서 실질적으로 투명한 코어를 포함할 수 있다. 일부 예에서, '광 가이드'라는 용어는 일반적으로 광 가이드의 유전체 물질과 이 광 가이드를 둘러싸는 물질 또는 매질 사이에 계면에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사(total internal reflection)를 제공하는 유전체 광학 도파로를 지칭한다. 정의에 의해서, 내부 전반사를 위한 조건은 광 가이드의 굴절률이 광 가이드 물질의 표면에 인접한 주위의 매질의 굴절률보다 크다는 것이다. 일부 예에서, 광 가이드는 내부 전반사가 더 쉬워지게 하기 위해서 위에 언급된 굴절률 차이 외에 또는 이 대신에 코팅을 포함할 수도 있다. 코팅은 예를 들면 반사성 코팅일 수 있다. 여러 예에 따라, 광 가이드는 판(plate) 또는 슬랩(slab) 가이드 및 스트립 가이드 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 몇몇 광 가이드들 중 어느 것일 수 있다.
또한, 본원에서, '도광판'에서와 같이 광 가이드에 적용될 때 '판'이라는 용어는 구분적(piece-wise) 또는 차등적으로 평면인 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 도광판은 광 가이드의 상면 및 저면(즉, 반대면)에 의해 경계된 2개의 실질적으로 직교하는 방향들로 광을 안내하게 구성된 광 가이드로서 정의된다. 또한, 본원에서 정의에 의해서, 상면 및 저면은 서로로부터 분리되고 아울러 다른 의미에서 서로에 실질적으로 평행하다. 즉, 도광판의 임의의 차등적으로 작은 영역 내에서 상면 및 저면은 실질적으로 평행하거나 공면이다. 일부 예에서, 도광판은 실질적으로 평탄(예를 들면, 평면으로 국한되는)할 수 있고, 따라서 도광판은 평면의 광 가이드이다. 다른 예에서, 도광판은 하나 또는 두 개의 직교하는 차원들에서 만곡될 수 있다. 예를 들면, 도광판은 원통 형상의 도광판을 형성하기 위해 단일 차원에서 만곡될 수 있다. 여러 예에서 그러나, 어떠한 곡률이든 내부 전반사가 광을 안내하기 위해 도광판 내에서 유지될 수 있게 하는데 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본원에서, '광원'은 광의 소스로서 정의된다(예를 들어, 광을 방출하는 장치 또는 기기). 예를 들어, 광원은 활성화될 때에 광을 방출하는 발광다이오드(LED)일 수 있다. 본원에서, 광원은 실질적으로, 발광다이오드(LED), 레이저, 유기발광다이오드(OLED), 폴리머 발광다이오드, 플라즈마계 광학 이미터, 형광등, 백열등 및 사실상 다른 광의 소스 중에 하나를 포함하지만, 그에 제한되지는 않는 광학 이미터 또는 광의 소스일 수 있다. 광원에 의해 생성된 광은 컬러를 가질 수 있으며, 특정 파장의 광을 포함할 수 있다. 이와 같이, '서로 다른 컬러의 복수의 광원들'은 본원에서 명백하게는, 상기 광원들 중의 적어도 하나가 상기 복수의 광원들 중 적어도 하나의 다른 광원에 의해 생성된 광의 컬러 또는 파장과는 다른 컬러 또는 등가적으로, 파장을 갖는 광을 생성하는 한 세트 또는 그룹의 광원으로서 정의된다. 또한, '서로 다른 컬러의 복수의 광원들'은, 복수의 광원들 중에 적어도 두 개의 광원이 서로 다른 컬러의 광원인한, 동일하거나 실질적으로 유사한 컬러의 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다(즉, 상기 적어도 두 개의 광원들 사이에서 다른 색상의 광을 생성하는). 따라서, 본원에 정의된 바와 같이, 서로 다른 컬러의 복수의 광원들은 제1 컬러의 광을 생성하는 제1 광원과 제2 컬러의 광을 생성하는 제2 광원을 포함할 수 있으며, 상기 제2 컬러는 제1 컬러와 다르다.
또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수표현은 특허법에서의 통상적 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된 것이다. 예를 들면, '격자'는 하나 이상의 격자를 의미하며, 따라서 '격자'는 본원에서는 '격자(들)'을 의미한다. 또한, 본원에서 '상부', '하부', '상측', '하측', '위', '아래', '전방', '후방', '좌측' 또는 '우측'에 대한 임의의 언급은 본원에서 제한을 의도한 것이 아니다. 본원에서, 값에 적용될 때 '약'이라는 용어는 일반적으로 값을 생성하기 위해 사용되는 장비의 공차 범위 이내를 의미하며, 또는 일부 예에서는 달리 분명하게 명시되지 않는 한, 플러스 또는 마이너스 10%, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 플러스 또는 마이너스 1%를 의미한다. 또한, 본원에서 사용되는 용어 '실질적으로'는 약 51% 내지 약 100%의 범위 내의 과반수, 또는 대부분, 또는 모두, 또는 상당한 양을 의미한다. 또한, 본원에서 예들은 단지 예시를 의도한 것으로 한정으로서가 아니라 논의 목적을 위해 제시된다.
도 2a는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)의 단면도를 도시한다. 도 2b는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 도 2a에 도시된 상기 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트(100)의 표면의 사시도를 도시한다. 도 2c는 본원에 기술되는 원리에 일관된 또 다른 예에 따라 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트(100)의 단면도를 도시한다.
여러 예에 따라, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에서 떠나서 서로 다른 소정의 방향으로 지향되는 복수의 광빔들(102)을 제공하게 구성된다. 더하여, 복수의 광빔들 중 다양한 광빔들(102)은 상이한 컬러의 광을 나타내거나 포함한다. 일부 예에서, 상이한 컬러 및 상이한 방향의 복수의 광빔들(102)은 전자 디스플레이의 복수의 픽셀을 형성한다. 일부 예에서, 전자 디스플레이는 소위 '무-유리' 3차원(3-D) 디스플레이(예를 들면, 다중 뷰 디스플레이)이다.
특히, 다양한 예에 따라, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 의해 제공된 복수의 광빔들 중 한 광빔(102)은 복수의 광빔들 중 다른 광빔들(102)과는 다른 주 각도 방향을 갖게 구성된다(예를 들면, 도 2a 내지 도 2c 참조). 또한, 광빔(102)은 비교적 좁은 각도 퍼짐(angular spread)을 가질 수 있다. 이와 같이, 광빔(102)은 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)로부터 떠나서 상기 광빔(102)의 주 각도 방향에 의해 설립된 방향으로 지향될 수 있다.
또한, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 의해 제공된 복수의 광빔들 중 광빔(102)은 서로 다른 컬러의 광을 가지거나 나타낸다. 일부 예에서, 서로 다른 컬러의 광빔(102)은 한 세트의 컬러(예, 컬러 팔레트)로 컬러들을 나타낼 수 있다. 더하여, 일부 실시예에 따르면, 한 세트의 컬러로 컬러 각각을 나타내는 광빔(102)은 실질적으로 동일한 주 각도 방향을 가질 수 있다. 특히, 특정한 주 각도 방향에 대하여, 상기 세트의 컬러로 컬러 각각을 나타내는 한 세트의 광빔(102)이 존재할 수 있다. 일부 예에서, 복수의 광빔들(102) 각각의 주 각도 방향은 상기 세트의 컬러들로 컬러 각각을 나타내는 한 세트의 광빔들(102)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 서로 다른 컬러(예, 세트의 컬러) 및 서로 다른 주 각도 방향의 광빔들(102)은 변조될 수 있다(예를 들어, 하기 기술되는 바의 광 밸브에 의해). 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)로부터 떠나서 서로 다른 방향으로 지향되는 상이한 컬러의 광빔들(102)의 변조는 컬러 3-D 전자 디스플레이 응용의 픽셀로서 특히 유용할 수 있다.
다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 서로 다른 컬러의 복수의 광원(110)을 포함한다. 특히, 복수의 광원 중 한 광원(110)은, 본원에 정의된바, 복수의 광원 중 다른 광원(110)에 의해 생성된 광의 컬러와 다른 컬러(즉, 광학 파장)를 가진 광을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 복수의 광원 중 제1 광원(110')은 제1 컬러의 광을 생성할 수 있고(예를 들어, 적색), 복수의 광원 중 제2 광원(110'')은 제2 컬러의 광을 생성할 수 있고(예를 들어, 녹색), 복수의 광원 중 제3 광원(110''')은 제3 컬러의 광 등을 생성할 수 있다(예를 들어, 청색).
여러 예에서, 서로 다른 컬러의 복수의 광원(110)은 발광 다이오드(LED), 형광등 및 레이저 중 하나 이상을 포함하는 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 실질적으로 임의의 광원을 나타내는 광원(110)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원(110)은 각각 복수의 LED를 포함할 수 있다. 복수의 광원 중 하나 이상의 광원(110)은 특정 컬러로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색광을 생성할 수 있다. 특히, 일부 실시예에 따라, 단색광의 색은 특정 색 개멋(gamut) 또는 색 모델(예를 들면, 적색-녹색-청색(RGB) 색 모델)의 원색(primary color)일 수 있다. 복수의 광원 중 제1 광원(110')은 적색 LED일 수 있고 상기 제1 광원(110')에 의해 생성된 단색광은 실질적으로 적색일 수 있다. 이러한 예에서, 복수의 광원 중 제2 광원(110'')은 녹색 LED일 수 있고 제2 광원(110'')에 의해 생성된 단색광은 실질적으로 녹색일 수 있다. 복수의 광원 중 제3 광원(110''')은 청색 LED일 수 있고 제3 광원(110''')에 의해 생성된 단색광은 실질적으로 청색일 수 있다.
다른 예에서, 복수의 광원 중 하나 이상의 광원(110)에 의해 제공되는 광은 실질적으로 광대역 스펙트럼을 갖을 수 있다(즉, 단색광이 아닐 수 있다). 예를 들어, 실질적으로 백색광을 생성하는 형광 광원 또는 유사 광대역 광원은 상기 복수의 광원의 일부로써 활용될 수 있다. 일부 예에서, 광대역 광원이 사용되면, 상기 광대역 광원에 의해 생성된 백색광은 컬러 필터 또는 유사 기구(예, 프리즘)을 사용하여 상이한 컬러를 갖는 복수의 광원들의 각각의 컬러(예, 적색, 녹색, 청색 등)로 '변환'될 수 있다. 컬러 필터와 결합된 광대역 광원은, 예를 들어, 상기 컬러 필터의 각각의 컬러를 갖는 광을 효과적으로 생성한다. 특히, 각각의 컬러는 상기 복수의 광원(110)의 서로 다른 컬러 중 하나의 컬러일 수 있으며, 상기 컬러 필터를 포함하는 상기 "변환된" 광대역 광원은 여러 예에 따른 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 광원(110) 중 하나의 광원(110)일 수 있다. 적색, 녹색 및 청색은 여기 거론되는 것으로서 제한되지 않고 사용된다. 적색, 녹색 및 청색 모두 또는 그들 중 임의의 것 대신에 또는 그에 더하여 다른 컬러들도 상기 광원(110)의 서로 다른 컬러로서 사용될 수 있다.
여러 예에 따르면, 복수의 광원 중 광원(110)은 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 서로로부터 측방향 변위된다. 예를 들어, 상기 광원(110)은 특정 축 또는 방향을 따라서 서로로부터 측방향 변위될 수 있다. 특히, 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 광원(110')은 상기 제2 광원(110'')에 관련하여 x-축을 따라서 왼쪽으로 측방향 변위된다. 또한, 제3 광원(110''')은 도시된 바와 같이, 상기 제2 광원(110'')에 관련하여 x-축을 따라서 오른쪽으로 측방향 변위된다.
여러 예에 따르면, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 도광판(120)을 더 포함하며, 상기 도광판(120)은 상기 도광판(120)에 진입하는 광(104)을 안내하게 구성된다. 상기 도광판(120)은 여러 예에 따른, 복수의 광원 중 광원(110)에 의해 생성된 서로 다른 컬러의 광(104)을 안내하게 구성된다. 일부 예에서, 도광판(120)은 광(104)을 내부 전반사를 이용하여 안내한다. 예를 들면, 도광판(120)은 광학 도파로로서 구성된 유전체 물질을 포함할 수 있다. 유전체 물질은 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 제2 굴절률보다 큰 제1 굴절률을 가질 수 있다. 굴절률들에 있어서의 차이는 예를 들면 도광판(120)의 하나 이상의 안내되는 모드에 따라 안내된 광(104)의 내부 전반사가 쉬워지게 하기 위해 구성된다.
일부 예에서, 상기 도광판(120)은 확장된, 실질적으로 평면 시트의 광학적으로 투명한 물질(예를 들면, 도 2a 및 도 2c에서 단면으로 도시된 바와 같이)인 슬랩 또는 판 광학 도파로일 수 있다. 실질적으로 평면 시트의 유전체 물질은 내부 전반사를 통해 광(104)을 안내하게 구성된다. 일부 예에서, 도광판(120)은 도광판(120)(도시되지 않음)의 표면의 적어도 부분 상에 클래딩(cladding) 층을 포함할 수 있다. 클래딩 층은 예를 들면 내부 전반사가 더 쉬워지게 하기 위해 사용될 수 있다. 여러 예에 따라, 도광판(120)의 광학적으로 투명한 물질은 다양한 유형의 유리(예를 들면, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 폴리머(예를 들면, 폴리(메칠 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리' 폴리카보네이트, 등)을 포함한 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 다양한 유전체 물질들 중 어느 것으로 만들어지거나 이를 포함할 수 있다.
여러 예에 따르면, 광원(110)에 의해 생성된 광은 도광판(120)의 전파 축 또는 길이를 따라 전파하고 안내되게 도광판(120)의 끝에 결합 된다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 안내된 광(104)은 일반적으로 수평 방향(즉, x-축을 따라서)으로 도광판(120)의 전파 축을 따라 전파될 수 있다. 상기 전파 축을 따라서 일반적인 전파 방향으로의 안내된 광(104)의 전파는 몇몇 두꺼운 수평 화살표로서 도 2a에서 좌측에서 우측으로 도시되었다. 도 2c는 우측에서 좌측으로 안내된 광(104)의 전파를 몇몇 수평 화살표로서 도시하고 있다. 도 2a 및 도 2c에서 x-축을 따라서 두꺼운 수평 화살표로 도시된 안내된 광(104)의 전파는 도광판(120) 내에서 다양한 전파 광학 빔(propagating optical beams)을 나타낸다. 특히, 전파 광학 빔은 예를 들면 도광판(120)의 광학 모드 중 하나 이상에 연관된 광을 전파하는 평면 파를 나타낼 수 있다. 안내된 광(104)의 전파 광학 빔은 예를 들면 내부 전반사에 기인하여 도광판(120)의 물질(예를 들면, 유전체)과 주위의 매질 사이의 계면에서 도광판(120)의 벽들에서 '뒤 튀거나(bouncing)' 또는 이들로부터 반사에 의해 전파할 수도 있다.
여러 예에 따라서, 복수의 광원들 중 광원(110)의 측방향 변위는 상기 도광판(120) 내에서 안내된 광(104)의 다양한 전파 광학 빔의 전파의 상대 각도를 결정한다(즉, 전파 축을 따른 전파에 더하여). 특히, 제2 광원(110'')에 관련한 제1 광원(110')의 측방향 변위는(예, 도 2a에서 왼쪽으로, 도 2c에서 오른쪽으로), 제2 광원(110'')과 연관된 전파 광학 빔의 전파 각도보다 작거나 "얕은" 도광판(120) 내의 전파 각도를 갖는 제1 광원(110')과 연관된 전파 광학 빔을 결과할 수 있다. 마찬가지로, 제2 광원(110'')에 관련한 제3 광원(110''')의 측방향 변위는(예, 도 2a에서 오른쪽으로, 도 2c에서 왼쪽으로), 제2 광원(110'')의 전파 광학 빔의 전파 각도에 관련한 제3 광원(110''')과 연관된 전파 광학 빔의 더 큰 또는 더 '가파른' 전파 각도를 결과할 수 있다. 따라서, 복수의 광원들 중 광원(110)의 상대적 측방향 변위는 상기 광원들(110) 각각에 연관된 전파 광학 빔의 전파 각도를 제어하거나 또는 결정하기 위해 사용된다.
도 2a 및 도 2c에서, 제2 광원(110'')에 연관된 컬러의 광은 실선으로 도시되고, 제1 및 제3 광원(110',110''')에 연관된 컬러의 광은 각각 서로 다른 파선으로 도시되었다. 2A 및 도 2c에 각각의 실선과 서로 다른 파선으로 도시된 바와 같이, 상이한 컬러의 광이 제1, 제2 및 제3 광원(110',110'',110''')에 의해 방출된다. 상이한 컬러의 광은 도광판(120)에 결합되고 안내된 광(guided light)(104)으로서 도광판 전파 축을 따라서 전파된다(예를 들어, 두꺼운 수평 화살표로 도시된 바와 같이). 또한, 상기 도광판(120)에 결합된 서로 다른 컬러의 안내된 광(104)의 각각은 상기 제1, 제2 및 제3 광원(110',110'',110''') 각각의 측방향 변위에 의해 결정된 상이한 전파 각도로 전파 축을 따라서 전파한다. 서로 다른 다양한 전파 각도로 상기 안내된 광(104)의 전파는 도 2a에서 지그재그의, 십자방격(crosshatched) 영역으로서 도시된다. 또한, 도 2a 및 도 2c에서, 상기 제1, 제2 및 제3 광원(110',110'',110''')에 연관된 광의 서로 다른 컬러의 광빔들(102)은 대응 실선과 다양한 파선을 사용하여 도시된다.
여러 예에 따라, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 다중빔 회절 격자(130)를 더 포함한다. 다중빔 회절 격자(130)는 도광판(120)의 표면에 위치되고, 도광판(120)로부터 안내된 광(104)의 일부 또는 부분들을 회절 결합에 의해 또는 이를 이용하여 회절에 의해 외부로 결합하게 구성된다. 특히, 안내된 광(104)의 상기 외부로 결합된 부분은 서로 다른 컬러의 복수의 광빔들(102)(즉, 광원(110)의 서로 다른 컬러를 나타내는)로서 광 가이드 표면에서 떠나서 회절에 의해 재지향된다. 또한, 서로 다른 컬러의 광빔들(102)은 광 가이드 표면으로부터 떠나서 다중빔 회절 격자(130)에 의해 서로 다른 주 각도 방향으로 재지향된다. 이와 같이, 제2 광원(110'')으로부터 안내된 광(104)을 나타내는 광빔(102)(실선 화살표)은, 도시된 바와 같이, 회절에 의해 외부로 결합되는 경우에, 서로 다른 주 각도 방향을 가진다. 유사하게, 광원(110') 및 광원(110''') 각각으로부터 안내된 광(104)을 나타내는 광빔들(102)(다양한 파선 화살표)도 각각 서로 다른 주 각도 방향을 가진다. 그러나, 측방향 변위된 광원들(110',110'',110''') 각각으로부터의 광빔들(102)의 일부는 다양한 예에 따라, 실질적으로 유사한 주 각도 방향을 가질 수 있다.
일반적으로, 다중빔 회절 격자(130)에 의해 생성된 광빔(102)은 다양한 예에 따라서, 발산하는 것이거나 수렴하는 것일 수 있다. 특히, 도 2a는 발산하는 복수의 광빔들(120)을 도시하고, 반면 도 2c는 수렴하는 복수의 광빔들(120)을 도시하고 있다. 다양한 예에 따르면, 광빔(102)이 발산(도 2a)하는지 아니면 수렴(도 2c)하는지 여부는, 다중빔 회절 격자(130)의 특징에 관련한 안내된 광(104)의 전파 방향에 의해(예, 처프 방향(chirp direction)) 결정된다. 광빔(102)이 발산하는 일부 예에서 발산 광빔(102)은 다중빔 회절 격자(130) 아래 또는 뒤에서 얼마간의 거리에 위치된 '가상' 지점(도시되지 않음)으로부터 발산하는 것처럼 보일 수 있다. 유사하게, 수렴 광빔(102)은 일부 예에 따라 다중빔 회절 격자(130) 위 또는 앞에 가상 지점(도시되지 않음)에서 수렴하거나 교차할 수 있다.
여러 예에 따라, 다중빔 회절 격자(130)는 회절을 제공하는 복수의 회절 피처(132)를 포함한다. 제공된 회절은 도광판(120)으로부터 안내된 광(104)의 회절 결합을 담당한다. 예를 들면, 다중빔 회절 격자(130)는 회절 피처(132)로서 작용하는 도광판(120)의 표면 내에 홈 및 도광판(120)으로부터 돌출한 리지(ridge) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 홈 및 리지는 서로에 평행하게 배열될 수도 있고, 적어도 몇몇 지점에서는 다중빔 회절 격자(130)에 의해 외부로 결합되어질 안내된 광(104)의 전파 방향에 수직하게 배열될 수도 있다.
일부 예에서, 홈 및 리지는 표면 내에 에칭되거나, 밀링되거나, 성형되거나 표면 상에 적용될 수도 있다. 이와 같이, 다중빔 회절 격자(130)의 물질은 도광판(120)의 물질을 포함할 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 다중빔 회절 격자(130)는 도광판(120)의 표면으로부터 돌출하는 실질적으로 평행한 리지를 포함한다. 도 2c에서, 다중빔 회절 격자(130)는 도광판(120)의 표면을 침투하는 실질적으로 평행한 홈을 포함한다. 다른 예에서(도시되지 않음), 다중빔 회절 격자(130)는 광 가이드 표면에 도포된 또는 고착된 필름 또는 층일 수 있다. 회절 격자(130)는 예를 들면 광 가이드 표면 상에 피착될 수 있다.
다중빔 회절 격자(130)는 여러 예에 따라 도광판(120)의 표면에, 표면 상에 또는 표면 내에 다양한 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 다중빔 회절 격자(130)는 광 가이드 표면에 걸쳐 행렬로 배열된 복수의 격자(예를 들면, 다중빔 회절 격자)의 구성원일 수 있다. 다중빔 회절 격자(130)의 행렬은, 예를 들어, 직사각형 어레이의 다중빔 회절 격자(130)를 나타낼 수 있다. 또 다른 예에서, 복수의 다중빔 회절 격자(130)는 원형 어레이를 포함하지만 그에 제한되지는 않는 또 다른 어레이로서 배열될 수 있다. 여전히 다른 예에서, 복수의 다중빔 회절 격자(130)는 도광판(120)의 표면에 걸쳐 실질적으로 무작위로 분산될 수 있다.
일부 예에 따라, 다중빔 회절 격자(130)는 처프된 회절 격자(chirped diffraction grating)(130)를 포함할 수 있다. 정의에 의해서, 처프된 회절 격자(130)는 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 처프된 회절 격자(130)의 크기 또는 길이에 걸쳐 가변하는 회절 피처의 회절 피치 또는 회절 간격(d)을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 여기에서, 가변하는 회절 간격(d)을 '처프'라고 칭한다. 결국, 도광판(120)로부터 회절에 의해 외부로 결합되는 안내된 광(104)이 존재하거나 또는 처프된 회절 격자(130)에 걸쳐 서로 다른 기점들에 대응하는 서로 다른 회절 각도들에서 처프된 회절 격자(130)로부터 방출된다. 처프 덕택으로, 처프된 회절 격자(130)는 서로 다른 주 각도 방향들을 갖는 복수의 광빔들(102)을 생성할 수 있다.
또한, 광빔(102)의 주 각도 방향을 설립하는 회절 각도는 안내된 광(104)의 입사 각도와 파장 또는 컬러의 함수이기도 하다. 이와 같이, 여러 예에 따라, 각 광원(110)에 대응하는 컬러를 갖는 광빔(102)의 주 각도 방향은 각 광원(110)의 측방향 변위의 함수이다. 특히, 상기 거론된 바와 같이, 복수의 광원들 중 다양한 광원(110)은 서로 다른 컬러의 광을 생성하도록 구성된다. 또한, 상기 광원(110)은 도광판(120) 내에서 안내된 광(104)의 서로 다른 전파 각도를 생성하도록 서로로부터 측방향 변위된다. 다양한 예에 따라, 광원(110)들 각각의 측방향 변위로 인한 안내된 광(104)의 서로 다른 전파 각도(즉, 입사 각도)와 상기 광원(110)에 의해 생성된 안내된 광(104)의 서로 다른 색상의 조합은 실질적으로 동일한 주 각도 방향을 갖는 복수의 서로 다른 컬러의 광빔들(102)을 결과한다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 주 각도 방향을 갖는 서로 다른 컬러의 광빔들(102)(즉, 서로 다른 컬러의 광빔 세트)이 실선과 파선의 조합을 사용하여 도 2a 내지 도 2c에 도시되었다.
일부 예에서, 처프된 회절 격자(130)는 거리에 따라 선형으로 가변하는 회절 간격(d)의 처프를 갖거나 나타낼 수 있다. 이에 따라서, 처프된 회절 격자(130)를 '선형으로 처프된' 회절 격자라 칭할 수 있다. 도 2a 및 도 2c는 예를 들면 다중빔 회절 격자(130)를 선형으로 처프된 회절 격자로서 도시한다. 도시된 바와 같이, 회절 피처(132)는 제1 단부(130')에서보다 다중빔 회절 격자(130)의 제2 단부(130")에서 함께 더 가깝다. 또한, 도시된 회절 피처(132)의 회절 간격(d)은 제1 단부(130')에서 제2 단부(130")까지 선형으로 가변한다.
일부 예에서, 안내된 광(104)이 제1 단부(130')로부터 제2 단부(130")로의 방향으로 전파될 경우, 처프된 회절 격자를 포함하는 다중빔 회절 격자(130)를 사용하여 도광판(120)로부터 안내된 광(104)을 결합하여 생성된 서로 다른 컬러의 광빔들(102)은 발산할 수 있다(즉, 발산하는 광빔들(102))(가령, 도 2a에서 도시된 바와 같이). 다른 방법으로, 다른 예에 따라, 안내된 광(104)이 제2 단부(130")로부터 제1 단부(130')으로 전파될 경우, 서로 다른 컬러의 수렴 광빔들(102)이 생성될 수 있다(도 2c에서 도시된 바와 같이).
또 다른 예에서(도시되지 않음), 처프된 회절 격자(130)는 회절 간격(d)의 비선형 처프를 나타낼 수 있다. 처프된 회절 격자(130)를 실현하기 위해 사용될 수 있는 여러 비선형 처프는 지수함수적(exponential) 처프, 대수적(logarithmic) 처프, 또는 다른 실질적으로 불균일하거나 랜덤하지만 여전히 단조적으로 가변하는 처프를 포함하는데, 그러나 이들로 제한되지 않는다. 정현 처프 및 3각형 또는 톱니 처프와 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 비-단조적 처프가 채용될 수도 있다.
일부 예에 따라, 다중빔 회절 격자(130) 내에 회절 피처(132)는 안내된 광(104)의 입사 방향에 관하여 가변하는 방위들을 가질 수 있다. 특히, 다중빔 회절 격자(130) 내에 제 1 지점에서의 회절 피처(132)의 방위는 또 다른 지점에서의 회절 피처(132)의 방위와는 다를 수 있다. 위에 기술된 바와 같이, 광빔(102)의 주 각도 방향{θ,φ}의 각도 성분은 일부 예에 따라, 광빔(102)의 기점에서 회절 피처(132)의 방위 지향각(azimuthal orientation angle)과 로컬 피치(즉, 회절 간격(d))의 조합에 의해 결정되거나 또는 이에 대응할 수 있다. 더하여, 광빔(102)의 주 각도 방향{θ,φ}의 방위각 성분(φ)은 일부 예에 따라, 광빔(102)의 컬러에 실질적으로 관계없을 수 있다(즉, 실질적으로 모든 컬러에 동일한). 특히, 상기 회절 피처(132)의 방위 지향각과 방위각 성분(φ) 간의 관계는 일부 예에 따라, 광빔(102)의 모든 컬러에 대하여 실질적으로 동일할 수 있다. 이와 같이, 다중빔 회절 격자(130) 내에서 회절 피처(132)의 방위를 가변하는 것은 적어도 그들 각각의 방위각 성분(φ) 측면에서, 광빔(102)의 컬러에 상관없이, 서로 다른 주 각도 방향{θ,φ}을 갖는 서로 다른 광빔들(102)을 생성할 수 있다.
일부 예에서, 다중빔 회절 격자(130)는 만곡되거나 전반적으로 만곡된 구성으로 배열된 회절 피처(132)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 회절 피처(132)는 곡률 반경을 따라 서로로부터 이격된 만곡 홈 및 만곡 리지 중 하나를 포함할 수 있다. 도 2b는 만곡 회절 피처(132)를 예를 들면 만곡되고 서로 이격된 리지로서 도시한다. 회절 피처(132)의 곡선을 따른 서로 다른 지점들에서, 만곡 회절 피처(132)에 연관된 다중빔 회절 격자(130)의 '하지의 회절 격자'는 서로 다른 방위 지향각을 갖는다. 특히, 만곡 회절 피처(132)를 따른 주어진 지점에서, 곡선은 만곡 회절 피처(132)를 따른 또 다른 지점과는 전반적으로 다른 특정 방위 방위 지향각을 갖는다. 또한, 특정 방위 지향각은 주어진 지점으로부터 방출되는 광빔(102)의 대응하는 주 각도 방향{θ,φ}을 결과한다. 일부 예에서, 회절 피처(들)(예를 들면, 홈, 리지, 등)의 곡선은 원의 부분을 나타낼 수 있다. 원은 광 가이드 표면과 공면일 수 있다. 다른 예에서, 곡선은 광 가이드 표면과 공면인 예를 들면, 타원 또는 또 다른 만곡된 형상의 부분을 나타낼 수 있다.
다른 예에서, 다중빔 회절 격자(130)는 '구분적(piece-wise)'으로 만곡된 회절 피처(132)를 포함할 수 있다. 특히, 회절 피처는 다중빔 회절 격자(130) 내에 회절 피처를 따른 서로 다른 지점들에서, 그 자체로는 실질적으로 매끄러운 또는 연속된 곡선을 만들지 않을 수 있지만, 회절 피처는 여전히, 곡선에 가까워지도록 안내된 광(104)의 입사 방향에 관하여 서로 다른 각도들의 방위로 놓일 수 있다. 예를 들면, 회절 피처(132)는 복수의 실질적으로 직선인 부분을 포함하는 홈일 수 있고, 상기 홈의 각 부분은 인접 부분과는 다른 방위를 갖는다. 함께, 부분들의 서로 다른 각도들은 곡선(예를 들면, 원의 부분)에 근접할 수 있다. 이하 기술되는 도 3은 구분적 만곡 회절 피처(piece-wise curved diffractive features)(132)의 일 예를 도시한다. 다른 예에서, 피처(132)는 특정 곡선(예를 들면, 원 또는 타원)에 근접함이 없이, 다중빔 회절 격자(130) 내에 서로 다른 위치들에서 안내된 광의 입사 방향에 관하여 단지 서로 다른 방위들을 가질 수 있다.
일부 예에서, 다중빔 회절 격자(130)는 서로 다른 방위로 놓인 회절 피처(132) 및 회절 간격(d)의 처프 둘 다를 포함할 수 있다. 특히, 방위 및 회절 피처(132) 사이의 간격(d) 둘 다는 다중빔 회절 격자(130) 내에 서로 다른 지점들에서 다를 수 있다. 예를 들면, 다중빔 회절 격자(130)는 만곡되고 아울러 곡률 반경의 함수로서 간격(d)이 가변하는 홈 또는 리지를 갖는 만곡된 및 처프된 회절 격자(130)를 포함할 수 있다.
도 2b는 도광판(120)의 표면에서 또는 표면상에 만곡되고 아울러 처프된 회절 피처(132)(예를 들면, 홈 또는 리지)를 포함하는 다중빔 회절 격자(130)(즉, 만곡된, 처프된 회절 격자인)를 도시한다. 안내된 광(104)은 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같은, 도광판(120)과 다중빔 회절 격자(130)에 관련한 입사 방향을 갖는다. 도 2b는 또한, 도광판(120)의 표면에서 다중빔 회절 격자(130)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 복수의 방출 광빔들(102)을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 광빔(102)은 복수의 서로 다른 주 각도 방향들로 방출된다. 특히, 방출된 광빔(102)의 서로 다른 주 각도 방향들은 도시된 바와 같이, 방위각(azimuth) 및 상향(elevation) 둘 다가 상이하다. 위에 논의된 바와 같이, 회절 피처(132)의 처프와 상기 회절 피처(132)의 곡선은 상기 방출된 광빔(102)의 서로 다른 주 각도 방향들을 실질적으로 담당한다.
도 3은 본원에 기술되는 원리에 일관된 또 다른 예에 따라 다중빔 회절 격자(130)의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 다중빔 회절 격자(130)는 복수의 광원(110)을 마찬가지로 포함하는 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)의 도광판(120)의 표면상에 있다. 다중빔 회절 격자(130)는 구분적으로(piece-wise) 만곡되고 아울러 처프된 회절 피처(132)를 포함한다. 안내된 광(104)의 예시적 입사 방향은 도 3에서 굵은 화살표에 의해 도시되었다.
일부 예에서, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 경사 시준기(tilted collimator)를 더 포함할 수 있다. 상기 경사 시준기는 다양한 예에 따라, 복수의 광원(110)과 도광판(120) 사이에 위치할 수 있다. 상기 경사 시준기는 광원(110)으로부터 광을 기울게 하고 상기 기울어진 시준광을, 안내 광(104)으로서, 도광판(120)으로 지향하게 구성된다. 다양한 예에 따라, 상기 경사 시준기는 미러가 결합된 시준 렌즈, 경사 시준 렌즈, 또는 시준 반사기를 포함할 수 있지만, 그에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 도 2a는 광원(110)으로부터의 광을 시준하고 기울이도록 구성된 시준 반사기를 포함한 경사 시준기(140)를 도시한다. 도 2c는 시준 렌즈(142)와 미러(144)를 포함하는 경사 시준기(140)를 도시하지만, 이는 예로써 도시되는 것으로 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4a는 본원에 기술되는 원리에 일관된 또 다른 예에 따른, 경사 시준기(tilted collimator)를 포함한 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 상기 경사 시준기(140)는 서로 다른 컬러의 복수의 광원(110)과 도광판(120) 사이에 위치하는 시준 반사기(140)로서 도시된다. 도 4a에서, 광원들(110)은 도시된 바와 같이, 도광판(120) 내에서 안내된 광(104)의 전파 축에 대응하는 방향으로 서로로부터 측방향 변위된다(예, x-축). 또한, 도시된 바와 같이, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 상기 도광판(120)의 표면에서 복수의 다중빔 회절 격자(130)(즉, 다중빔 회절 격자 어레이)를 포함한다. 각각의 다중빔 회절 격자(130)는 서로 다른 컬러 및 서로 다른 주 각도 방향을 갖는 복수의 광원들(102)을 생성하도록 구성된다.
여러 예에 따르면, 도 4a에 도시된 상기 시준 반사기(140)는 광원(110)에 의해 생성된 서로 다른 컬러의 광을 시준하도록 구성된다. 시준 반사기(140)는 도광판(120)의 상면과 하면에 관련한 경사 각도로 상기 시준광을 지향시키도록 추가 구성된다. 일부 예에 따르면, 상기 경사 각도는 0보다 크고 상기 도광판(120) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 다양한 예에 따르면, 복수의 광원들 중 각 광원(110)으로부터의 광은 상기 시준 반사기의 기울기 및 상기 시준 반사기(140)의 초점(F)에 관련한 각 광원(110)의 측방향 변위 둘 다에 의해 결정된 대응 경사 각도를 가질 수 있다.
도 4b는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 시준 반사기(collimating reflector)의 개략도를 도시한다. 특히, 도 4b는 상기 시준 반사기(140)의 초점(F)에 위치한 제1 광원(110')(예, 녹색 광원)을 도시한다. x-축을 따라서, 즉, 상기 전파 축에 대응하는 방향으로, 상기 제1 광원(110')으로부터 측방향 변위된, 제2 광원(110'')(예, 적색 광원)이 도시된다. 상기 제1 광원(110')에 의해 생성된 광(예를 들어, 녹색광)은 도 4b에 광선(112')으로 나타내어진 광추면(cone of light)으로서 발산한다. 유사하게, 상기 제2 광원(110'')에 의해 생성된 광(예를 들어, 적색광)은 도 4b에 광선(112'')으로 나타내어진 광추면으로서 발산한다.
도시된 바와 같이, 상기 시준 반사기(140)를 여기하는 제1 광원(110')으로부터의 시준광은 평행 광선(114')으로 나타내어지는 반면에, 상기 시준 반사기(140)를 여기하는 제2 광원(110'')으로부터의 시준광은 평행 광선(114")으로 나타내어진다. 상기 시준 반사기(140)는 광을 시준(collimate)할 뿐 아니라 시준광을 0이 아닌 각도로 하향 지향시키거나 또는 기울인다는 것을 유의하여야 한다. 특히, 제1 광원(110')으로부터의 시준광은 경사 각도(θ')로 하향 경사 되고 제2 광원(110'')으로부터의 시준광은 다른 경사 각도(θ'')로 하향 경사 된다. 제1 광원 경사 각도(θ')와 제2 광원 경사 각도(θ'')간의 차이는 다양한 예에 따라, 상기 제1 광원(110')에 관련한 상기 제2 광원(110'')의 측방향 변위에 의해 제공되거나 결정된다. 상기 차이 나는 경사 각도 (θ', θ'')는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 광원들(110', 110'') 각각으로부터의 광(예, 녹색 대 적색)에 대하여 광 가이드(120) 내의 안내된 광(104)의 서로 다른 전파 각도에 대응한다는 것을 알아야 한다.
일부 예에서, 상기 경사 시준기(예, 시준 반사기(140))는 도광판(120)에 필수적이다. 특히, 내장된 경사 시준기(140)는 예를 들어, 도광판(120)으로부터 실질적으로 분리될 수 없다. 예를 들어, 상기 경사 시준기(140)는, 시준 반사기(140)와 함께 도 4a에 도시된 바와 같은, 도광판(120)의 물질로부터 형성될 수 있다. 도 4a의 내장된 시준 반사기(140)와 도광판(120) 둘 다는 상기 시준 반사기(140)와 도광판(120) 사이에서 연속하는 물질을 사출 성형함에 의해 형성될 수 있다. 시준 반사기(140)와 도광판(120) 양쪽의 물질은 예를 들어, 사출-성형된 아크릴일 수 있다. 다른 예에서, 상기 경사 시준기(140)는, 도광판(120)과 정렬되고, 일부 경우에, 도광판(120)으로의 광의 결합을 용이하게 하도록 상기 도광판(120)에 부착되는 실질적으로 분리되는 소자일 수 있다.
일부 예에 따라서, 시준 반사기(140)로서 구현되는 경우에 상기 경사 시준기(140)는 상기 시준 반사기(140)를 형성하도록 사용된 물질의 만곡면(예, 포물선 형상의 표면)에 반사 코팅을 더 포함할 수 있다. 금속 코팅 (예, 알루미늄 필름) 또는 유사한 '미러링' 물질이 예를 들어, 표면의 반사율을 높이도록 시준 반사기(140)를 형성하는 물질의 만곡부의 외부 표면에 도포될 수 있다. 상기 도광판(120)에 필수적인 경사 시준기(140)를 포함하는 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)의 예에서, 상기 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 여기서 "단일체"로서 언급될 수 있다.
일부 예에서, 상기 경사 시준기(140)의 시준 반사기(140)는 이중 곡률 포물면 반사기(doubly curved paraboloid reflector)의 부분을 포함한다. 상기 이중 곡률 포물면 반사기는 광을 상기 도광판(120)의 표면에 평행한 제1 방향으로 시준하도록 제1 포물선 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 이중 곡률 포물면 반사기는 광을, 상기 제1 방향에 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 시준하도록 제2 포물선 형상을 가질 수 있다.
일부 예에서, 상기 경사 시준기(140) '형상' 반사기인 시준 반사기(140)를 포함한다. 측방향 변위된 광원(110)과 함께 상기 형상 반사기는, 다중빔 회절 격자(130)으로부터 방출되는 것으로서, 서로 다른 컬러의 광 중에서 제1 컬러에 대응하는 제1 광빔(102)을 생성하고 서로 다른 컬러 중에서 제2 컬러에 대응하는 제2 광빔(102)을 생성하도록 구성된다. 다양한 예에 따르면, 제1 광빔(102)의 주 각도 방향은 제2 광빔의 주 각도 방향과 거의 동일하다 특히, 상기 제1 및 제2 광빔(102)에 대하여 거의 동일한 주 각도 방향을 달성하도록, 광선 추적 최적화와 같은 - 그러나 그에 제한되지는 않는다 -방법이 사용될 수 있다. 광선-추적 최적화는 예를 들어, 형상 반사기를 산출하도록 초기 포물선형 반사기의 형상을 조절하도록 사용될 수 있다. 상기 광선-추적 최적화는 상기 제1 및 제2 광빔들(102)이 상기 다중빔 회절 격자(130)를 떠날 때에, 예를 들어, 제1 컬러의 제1 광빔(102)과 제2 컬러의 제2 광빔(102) 양쪽이 동일한 주 각도 방향을 가진다는 제한을 만족시키는 반사기 형상 조절을 제공할 수 있다.
도 5는 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 상기 멀티빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트(100)의 사시도를 도시한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 도광판(120)의 에지에 복수의 내장된 시준 반사기(140)를 갖는 단일체이다. 또한, 도시된 바와 같이, 상기 시준 반사기들(140)의 각각은 수평 방향 (즉, y-축) 및 수직 방향 (즉, z-축) 둘 다로 광을 시준하기 위해 이중 곡률 포물선 형상을 갖는다. 또한, 다중빔 회절 격자(130)는, 예로써, 도 5에서 도광판 표면상에 원형 피처로서 도시된다. 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 측방향 변위된 광원(110)은 도 5에 추가 도시된 바와 같이, 시준 반사기들(140) 중에 첫 번째 것 아래에 도시된다. 명백하게 도시된 것은 아니지만, 서로 다른 컬러를 갖는 분리된 복수의 측방향 변위된 광원들은, 각각의 시준 반사기(140)가 다양한 예에 따라, 그 자신의 광원(110) 세트를 가지도록, 다른 시준 반사기(140)들 각각 아래에 존재한다.
일부 예에서, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 실질적으로 광학적으로 투명하다. 특히, 도광판(120) 및 다중빔 회절 격자(130) 모두는 일부 예에 따라 도광판(120) 내에서 안내된 광 전파의 방향에 직교하는 방향으로 광학적으로 투명할 수 있다. 광학적 투명성은 다중빔 회절 격자-기반 컬러 백라이트(100)의 일 측 상에 대상들이 예를 들면 대향하는 측으로부터 보여질 수 있게 한다(즉, 도광판(120)의 두께를 통해 보여지는). 다른 예에서, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)는 뷰 방향으로부터 볼 때에 (예, 상면 위에서) 실질적으로 불투명하다.
본원에 기술되는 원리의 일부 예에 따라 컬러 전자 디스플레이가 제공된다. 컬러 전자 디스플레이는 서로 다른 컬러를 갖는 변조된 광빔을 전자 디스플레이의 픽셀로서 방출하게 구성된다. 또한, 여러 예에서, 상기 변조된, 상이한 컬러의 광빔은 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 상이하게 지향된 변조 광빔으로서 컬러 전자 디스플레이의 뷰 방향(viewing direction)을 향해 우선적으로 지향될 수 있다. 일부 예에서, 상기 컬러 전자 디스플레이는 3차원(3-D) 컬러 전자 디스플레이(예를 들면, 무-유리 3-D 전자 디스플레이)이다. 변조된, 서로 다르게 지향된 광빔들의 각자는 여러 예에 따라 3-D 컬러 전자 디스플레이에 연관된 서로 다른 '뷰들'에 대응할 수 있다. 서로 다른 '뷰들'은 예를 들면 3-D 컬러 전자 디스플레이에 의해 디스플레이되는 정보의 '무-유리'(예를 들면, 오토스테레오스코픽) 표현을 제공할 수 있다.
도 6은 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른 컬러 전자 디스플레이(200)의 블록도이다. 특히, 도 6에 도시된 컬러 전자 디스플레이(200)는 변조된 광빔(202)을 방출하게 구성된 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)(예를 들면, '무-유리' 3-D 컬러 전자 디스플레이)이다. 다양한 예에 따라, 변조된 광빔(202)은 복수의 서로 다른 컬러를 갖는 광빔들(202)을 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)는 광원(210)을 포함한다. 광원(210)은 서로로부터 측방향 변위된 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 광학 이미터들을 포함한다. 일부 예에서, 상기 광원(210)은 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 관련하여 위에 기술된 복수의 광원(110)에 실질적으로 유사하다. 특히, 광원(210)의 한 광학 이미터는 광원(210)의 다른 광학 이미터의 컬러 또는 파장과는 다른 컬러 또는 등가적으로, 다른 파장을 갖는 광을 방출하거나 생성하도록 구성된다. 또한, 광원(210)의 광학 이미터는 광원(210)의 다른 광학 이미터로부터 측방향 변위된다. 예를 들어, 광원(210)은 적색광을 방출하는 제1 광학 이미터(즉, 적색 광학 이미터), 녹색광을 방출하는 제2 광학 이미터(즉, 녹색 광학 이미터), 및 청색광을 방출하는 제3 광학 이미터(즉, 청색 광학 이미터)를 포함할 수 있다. 상기 제1 광학 이미터는 상기 제2 광학 이미터로부터 측방향 변위될 수 있으며, 차례로, 상기 제2 광학 이미터는 예를 들어, 제3 광학 이미터로부터 측방향 변위될 수 있다.
3-D 컬러 전자 디스플레이(200)는 경사 시준기(220)를 더 포함한다. 상기 경사 시준기(220)는 광원(210)에 의해 생성된 광을 시준하도록 구성된다. 상기 경사 시준기(220)는 추가로, 상기 시준광을 안내된 광으로서 0이 아닌 경사각으로 도광판(230)으로 지향시키도록 구성된다. 일부 예에서, 상기 경사 시준기(220)는 위에 기술된 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)의 경사 시준기(140)와 실질적으로 유사하다. 특히, 일부 예에서, 상기 경사 시준기(220)는 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)의 시준 반사기(140)에 실질적으로 유사한 시준 반사기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 시준 반사기는 포물선 형상의 반사기 표면(shaped parabolic reflector surface)(예를 들어, 상기 시준 반사기는 형상 반사기일 수 있다)을 가질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)는 경사 시준기(220)의 출력에서 생성된 경사 시준광을 안내하기 위해 도광판(230)을 더 포함한다. 상기 도광판(230)에서 안내된 광은 궁극적으로, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)에 의해 방출되는 변조 광빔(202)이 되는 광의 소스이다. 일부 예에 따르면, 도광판(230)은 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 관련하여 위에 기술한 도광판(120)에 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 도광판(230)은 내부 전반사에 의해 광을 안내하도록 구성된 평면 시트의 유전체 물질인 슬랩 광학 도파로일 수 있다. 다양한 예에 따르면, 광원(210)의 광학 이미터는 도광판(230) 내에서 안내된 광의 전파 축에 대응하는 방향으로 서로로부터 측방향으로 배치된다. 예를 들어, 광학 이미터들은 시준 반사기의 초점 근방에서 전파 축(예, x-축) 방향으로 측방향 변위될 수 있다.
도 6에 도시된 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)는 도광판의 표면에 다중빔 회절 격자(240)의 어레이를 더 포함한다. 일부 예에서, 다중빔 회절 격자(240)는 위에 기술된, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)의 다중빔 회절 격자(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 다중빔 회절 격자(240)는 도광판(230)으로부터 안내된 광의 일부를, 서로 다른 컬러를 나타내는(즉, 한 세트의 컬러 또는 컬러 팔레트의 서로 다른 컬러) 복수의 광빔들(204)로서 외부로 결합하게 구성된다. 또한, 다중빔 회절 격자(240)는 복수의 서로 다른 주 각도 방향으로 상이한 컬러의 광빔들(204)을 지향시키게 구성된다. 일부 예에서, 복수의 상이한 주 각도 방향을 갖는 서로 다른 컬러의 복수의 광빔들(204)은 복수의 세트의 광빔들(204)이며, 한 세트는 동일한 주 각도 방향을 갖는 다수 컬러의 광빔들을 포함한다. 더 나아가, 일부 예에 따르면, 한 세트의 광빔들(204)의 주 각도 방향은 복수의 세트 중 다른 세트의 광빔들(204)의 주 각도 방향과는 다르다.
다양한 예에 따르면, 광원(210)의 광학 이미터에 의해 생성된 광에 대응하는 변조된 광빔(202)의 주 각도 방향은 광원(210)의 다른 광학 이미터에 의해 생성된 광에 대응하는 다른 변조된 광빔(202)의 주 각도 방향에 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 적색 광학 이미터에 대응하는 적색 광빔(202)의 주 각도 방향은 제2 또는 녹색 광학 이미터에 대응하는 녹색 광빔(202) 및 제3 또는 청색 광학 이미터에 대응하는 청색 광빔(202) 중 하나의 또는 둘 다의 주 각도 방향에 실질적으로 유사할 수 있다. 상기 주 각도 방향의 실질적 유사성은 광원(210) 내에서 서로 관련된 상기 제1(적색) 광학 이미터, 상기 제2(녹색) 광학 이미터, 및 상기 제3(청색) 광학 이미터의 측방향 변위에 의해 제공될 수 있다.
일부 예에서, 상기 다중빔 회절 격자(240)는 처프된 회절 격자를 포함한다. 일부 예에서, 다중빔 회절 격자(240)의 회절 피처(예를 들면, 홈, 리지, 등)는 만곡 회절 피처이다. 다른 예에서, 다중빔 회절 격자(240)는 만곡 회절 피처를 갖는 처프된 회절 격자를 포함한다. 예를 들면, 만곡 회절 피처는 만곡(즉, 연속적으로 만곡된 또는 구분적으로 만곡된) 리지 또는 홈과, 다중빔 회절 격자(240)를 가로지르는 거리의 함수로서 가변할 수 있는 만곡 회절 피처들 사이의 간격을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)는 광 밸브 어레이(250)를 더 포함한다. 광 밸브 어레이(250)는 여러 예에 따라 복수의 서로 다르게 지향된 광빔들(204)을 변조하게 구성된 복수의 광 밸브를 포함한다. 특히, 광 밸브 어레이(250)의 광 밸브는 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)의 픽셀인 변조된 광빔(202)을 제공하기 위해 서로 다르게 지향된 광빔들(204)을 변조하도록 구성된다. 또한, 변조된, 서로 다르게 지향된 광빔들(202)의 각자는 3-D 전자 디스플레이의 서로 다른 뷰들에 대응할 수 있다. 여러 예에서, 액정 광 밸브 및 전기영동 광 밸브를 포함한 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 광 밸브 어레이(250) 내 서로 다른 유형의 광 밸브가 채용될 수 있다. 광빔(202)의 변조를 강조하기 위해 도 6에서는 파선이 사용되었다. 여러 예에 따르면, 변조된 광빔(202)의 컬러는 부분적으로 또는 전부, 다중빔 회절 격자(240)에 의해 생성된 서로 다르게 지향된 광빔(204)의 컬러에 기인한다. 예를 들어, 광 밸브 어레이(250)의 광 밸브는 서로 다른 컬러를 갖는 변조된 광빔(202)을 생성하기 위한 컬러 필터를 포함하지 않을 수 있다.
여러 예에 따라, 3-D 컬러 디스플레이 내 채용된 광 밸브 어레이(250)는 비교적 두꺼울 수 있고 또는 등가적으로, 비교적 큰 거리만큼 다중빔 회절 격자(240)로부터 이격될 수도 있다. 다중빔 회절 격자(240)가 본원에 기술되는 원리의 여러 예에 따라, 복수의 서로 다른 주 각도 방향으로 지향된 광빔들(204)을 제공하기 때문에, 상대적으로 두꺼운 광 밸브 어레이(250) 또는 다중빔 회절 격자(240)로부터 이격된 광 밸브 어레이(250)가 채용될 수 있다. 일부 예에서, 광 밸브 어레이(250)(예를 들면, 액정 광 밸브를 사용하는)는 다중빔 회절 격자(240)로부터 이격될 수 있고 또는 등가적으로, 약 50 마이크로미터보다 큰 두께를 가질 수 있다. 일부 예에서, 광 밸브 어레이(250)는 다중빔 회절 격자(240)로부터 이격될 수 있고 또는 약 100 마이크로미터보다 큰 두께를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 두께 또는 간격은 약 200 마이크로미터보다 클 수 있다. 일부 예에서, 비교적 두꺼운 광 밸브 어레이(250)가 상업적으로 이용가능할 수 있다(예를 들면, 상업적으로 이용가능한 액정 광 밸브 어레이).
일부 예에서, 다중빔 회절 격자(240)에 의해 생성된 복수의 서로 다르게 지향된 광빔들(204)은 도광판(230) 상부의 한 지점에서 또는 상기 지점 근방에서 수렴하거나 또는 실질적으로 수렴하도록 (예를 들어, 서로 교차) 구성된다. '실질적으로 수렴한다'는 서로 다르게 지향된 광빔들(204)이 '지점' 또는 지점 근방 아래에 또는 그에 도달하기 전에 수렴하고 상기 지점 또는 지점 근방 위에 또는 지나서 발산하는 것을 의미한다. 서로 다르게 지향된 광빔들(204)의 수렴은 예를 들어 상대적으로 두꺼운 광 밸브 어레이(250)를 사용하는 것을 용이하게 한다.
도 7은 본원에 기술되는 원리에 일관된 예에 따른, 수렴점(P)에서 수렴하는 복수의 서로 다르게 지향된 광빔들의 단면도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 수렴점(P)은 도광판(230)의 표면상의 다중빔 회절 격자(240)와 광 밸브 어레이(250) 사이에 위치한다. 특히, 광 밸브 어레이(250)는 서로 다르게 지향된 광빔들(204)의 수렴점(P)을 지나는 도광판 표면으로부터 떨어져서 위치한다. 또한, 도시된 바와 같이, 서로 다르게 지향된 광빔들(204)의 각각은 광 밸브 어레이(250)의 광 밸브(252) 또는 다른 셀을 통과한다. 서로 다르게 지향된 광빔들(204)은 여러 예에 따라, 변조된 광빔(202)을 생성하도록 광 밸브 어레이(250)의 광 밸브(252)에 의해 변조될 수 있다. 상기 변조된 광빔(202)의 변조를 강조하기 위해 도 7에 파선이 사용되었다. 도 7의 도광판(230)에서의 수평방향의 두꺼운 화살표는 광원(210)에서 서로 다른 컬러의 광학 이미터들로부터 안내된 광에 대응하는 서로 다른 컬러의 상이하게 지향된 광빔들(204)로서 상기 다중빔 회절 격자(240)에 의해 외부로 결합된 도광판(230) 내의 서로 다른 컬러를 갖는 안내된 광을 나타낸다.
도 6을 다시금 참조하면, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)는 여러 예에 따라서, 광원(210)의 광학 이미터를 시간 다중화(time multiplexing)하기 위해 이미터 시간 다중화기(emitter time multiplexer)(260)를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 이미터 시간 다중화기(260)는 시간 간격 동안에 광원(210)의 각각의 광학 이미터를 순차적으로 활성화시키도록 구성된다. 광학 이미터의 순차적 활성화는 복수의 서로 다른 시간 간격 중 대응하는 시간 간격 동안에 각각의 활성화된 광학 이미터에 대응하는 컬러의 광을 순차적으로 생성하는 것이다. 예를 들어, 이미터 시간 다중화기(260)는 제1 시간 간격 동안에 제1 광학 이미터로부터 광(예, 적색광)을 생성하기 위해 제1 광학 이미터(예, 적색 이미터)를 활성화하도록 구성될 수 있다. 이미터 시간 다중화기(260)는 제1 시간 간격 이후의 제2 시간 간격 동안에 제2 광학 이미터로부터 광(예, 녹색광)을 생성하기 위해 제2 광학 이미터(예, 녹색 이미터)를 활성화하도록 구성될 수 있다. 서로 다른 컬러의 광학 이미터를 시간 다중화하는 것은 여러 예에 따라, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)를 보는 사람이 서로 다른 컬러들의 조합을 인지할 수 있게 한다. 특히, 이미터 시간 다중화기(260)에 의해 시간 다중화되는 경우, 광학 이미터는 예를 들어, 시간 다중화된 서로 다른 컬러들의 조합을 나타내는 컬러(예, 인지 컬러)와 주 각도 방향을 갖는 광빔(202)을 궁극적으로 결과하는 서로 다른 컬러를 갖는 광의 조합을 생성할 수 있다. 이미터 시간 다중화기(260)는 여러 예에 따라, 상태 기계(예, 컴퓨터 프로그램을 사용하며, 메모리에 저장되고 컴퓨터에 의해 실행되는)로서 구현될 수 있다.
본원에 기술된 원리들의 일부 예에 따르면, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법이 제공된다. 도 8은 본원에 기술된 원리에 일관된 예에 따른, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)은 서로로부터 측방향 변위된 복수의 광원들을 사용하여 광을 생성하는 단계(310)를 포함한다. 일부 예에서, 광을 생성하는 단계(310)에 사용된 복수의 광원들은 측방향 변위된 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 관련하여 위에 기술한 복수의 광원들(110)에 실질적으로 유사하다. 특히, 복수의 광원들 중 한 광원은 상기 복수의 광원들 중 다른 광원에 의해 생성된 컬러와 다른 컬러의 광을 생성한다(310).
도 8에 도시된 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)은 도광판에서 광을 안내하는 단계(320)를 더 포함한다. 일부 예에서, 도광판 및 안내된 광은 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 관련하여 위에 기술한 도광판(120) 및 안내된 광(104)에 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 예에서, 도광판은 내부 전반사에 따라서 안내된 광을 안내할 수 있다(320). 또한, 도광판은 일부 예에서, 실질적으로 평면의 유전체 광학 도파로(예, 평면의 유전체 시트)일 수 있다. 나아가, 광원들의 측방향 변위는 도광판 내에서 전파 축에 대응하는 방향으로 있다(예, 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같은 x-축).
도 8에 도시된 바와 같이, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)은 다중빔 회절 격자를 이용하여 안내된 광의 일부를 회절에 의해 외부로 결합하는 단계(330)를 더 포함한다. 여러 예에 따르면, 상기 다중빔 회절 격자는 도광판의 표면에 위치한다. 예를 들어, 다중빔 회절 격자는 홈, 리지 등으로서 상기 도광판의 표면에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 상기 다중빔 회절 격자는 도광판 표면상에 필름을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 다중빔 회절 격자는 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 관련하여 위에 기술된 다중빔 회절 격자(130)에 실질적으로 유사하다. 특히, 상기 다중빔 회절 격자에 의해 도광판에서 회절에 의해 외부로 결합된(330) 안내된 광의 일부는 복수의 광빔들을 생성한다. 복수의 광빔들 중에서 광빔은 도광판 표면으로부터 멀어지게 재지향된다. 특히, 상기 표면으로부터 멀어지게 재지향되는 복수의 광빔들 중 한 광빔은 복수의 광빔 중 다른 광빔과는 다른 주 각도 방향을 갖는다. 일부 예에서, 복수의 광빔들 중 각각의 재지향된 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 광빔들에 관하여 서로 다른 주 각도 방향을 갖는다. 또한, 다중빔 회절 격자에 의한 외부로의 회절 결합(330)을 통해 생성된 복수의 광빔들은 여러 예에 따라서, 서로로부터 다른 컬러의 광빔들을 갖는다.
일부 예에 따르면(예, 도 8에 도시된 바와 같이), 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)은 복수의 광원들로부터 생성(310)된 광을 시준하고(340) 시준광을 경사 시준기를 사용하여 도광판으로 지향시키는 단계를 더 포함한다. 일부 예에서, 경사 시준기는 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트(100)에 관련하여 위에 기술한 경사 시준기(140)와 실질적으로 유사하다. 특히, 일부 예에서, 생성된 광을 시준하는 단계(340)는 도광판의 전파 축뿐 아니라 도광판 표면에 관련한 경사 각도(θ)로 상기 시준광을 지향시키기 위해 시준 반사기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 복수의 광원들 중 각자의 광원으로부터의 광은 시준 반사기의 초점에 관련한 각자의 광원의 측방향 변위와 상기 시준 반사기의 기울기 모두에 의해 결정되는 대응 경사 각도(θ)를 갖는다.
일부 예에 따르면, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)은 도 8에 도시된 바와 같은, 대응하는 복수의 광 밸브를 사용하여 복수의 광빔들을 변조하는 단계(350)를 더 포함한다. 복수의 광빔들 중에서 광빔은 상기 대응하는 복수의 광 밸브를 통과하여 아니면 상기 대응하는 복수의 광 밸브와 상호작용함으로써 변조될 수 있다(350). 변조된 광빔(350)은 3차원(3-D) 컬러 전자 디스플레이의 픽셀을 형성할 수 있다. 예를 들면, 변조된(350) 광빔은 3-D 컬러 전자 디스플레이(예를 들면, 무-유리 3-D 컬러 전자 디스플레이)의 복수의 뷰를 제공할 수 있다. 일부 예에서, 3-D 컬러 전자 디스플레이는 위에 기술한 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)와 실질적으로 유사할 수 있다.
여러 예에 따르면, 변조 단계(350)에 채용된 광 밸브는 위에 기술한 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)의 광 밸브 어레이(250)의 광 밸브들과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들면, 광 밸브는 액정 광 밸브를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 광 밸브는 전기습윤 광 밸브 및 전기영동 광 밸브를 포함한 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 또 다른 유형의 광 밸브일 수 있다.
일부 예에 따르면(도 8에 미도시), 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법(300)은 복수의 광원들 중 상기 광원들을 시간 다중화하는 단계를 더 포함한다. 특히, 시간 다중화는 복수의 서로 다른 시간 간격 중 대응하는 시간 간격 동안에 각각의 활성화된 광원의 컬러에 대응하는 광을 생성하도록 상기 광원들을 순차적으로 활성화하는 것을 포함한다. 시간 다중화는 예를 들어, 3-D 컬러 전자 디스플레이(200)에 관련하여 위에 기술한 이미터 시간 다중화기(260)와 실질적으로 유사한 광원 시간 다중화기에 의해 제공될 수 있다.
이에 따라, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트, 3-D 컬러 전자 디스플레이, 및 복수의 서로 다르게 지향된, 상이한 컬러의 광빔들을 제공하기 위해 다중빔 회절 격자와 복수의 측방향 변위된 광원들을 채용하는 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법의 예들이 기술되었다. 위에 기술된 예는 단지 본원에 기술되는 원리를 나타내는 많은 구체적 예의 일부를 예시하는 것임을 이해해야 한다. 명백히, 당업자는 다음 청구항에 의해 정의된 범위 내에서 많은 다른 배열들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (20)

  1. 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트에 있어서,
    서로 다른 컬러의 복수의 광원들과;
    상기 광원들에 의해 생성된 서로 다른 컬러의 광을 안내하는 도광판으로서, 상기 광원들은 상기 도광판의 전파 축에 대응하는 방향으로 서로로부터 측방향 변위되는, 상기 도광판과;
    상기 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 광빔들로서 상기 도광판으로부터 안내된 광의 일부를 회절에 의해 외부로 결합(couple out)하기 위해 상기 도광판의 표면에 다중빔 회절 격자를 포함하며, 상기 복수의 광빔들 중 한 광빔은 상기 복수의 광빔들의 다른 광빔들과는 다른 주 각도 방향을 갖는, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 광원에 대응하는 컬러를 갖는 광빔의 주 각도 방향은 각 광원의 측방향 변위의 함수인, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중빔 회절 격자는 처프된(chirped) 회절 격자를 포함하는, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중빔 회절 격자는 서로 이격된 만곡 홈들 및 만곡 리지들 중 하나를 포함하는, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원들로부터 광을 시준하고 기울이며 기울어진 시준광을 상기 안내광으로서 상기 도광판으로 지향시키는 경사 시준기(tilted collimator)를, 상기 복수의 광원들과 상기 도광판 사이에 더 포함하는, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경사 시준기는 상기 도광판의 상면과 하면에 관련한 경사 각도로 상기 시준광을 지향시키기 위해 시준 반사기(collimating reflector)를 포함하며, 상기 경사 각도는 0보다 크고 상기 도광판 내의 내부 전반사의 임계각보다 작으며, 복수의 광원들의 각 광원으로부터의 광은 상기 시준 반사기의 기울기 및 상기 시준 반사기의 초점에 관련한 각 광원의 측방향 변위 둘 다에 의해 결정된 대응 경사 각도를 갖는, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시준 반사기는 상기 도광판에 필수적이며 상기 도광판의 물질로부터 형성되고, 상기 시준 반사기는, 광을 상기 도광판의 표면에 평행한 제1 방향으로 시준하도록 제1 포물선 형상을 갖고, 광을 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 시준하도록 제2 포물선 형상을 갖는 이중 곡률 포물면 반사기(doubly curved paraboloid reflector)의 일부를 포함하는, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 시준 반사기는 형상 반사기이며, 상기 측방향 변위된 광원들과 함께 상기 형상 반사기는 광의 서로 다른 컬러들 중에서 제1 컬러에 대응하는 제1 광빔을 생성하고 상기 서로 다른 컬러 중에서 제2 컬러에 대응하는 제2 광빔을 생성하며, 상기 제1 광빔의 주 각도 방향은 제2 광빔의 주 각도 방향과 거의 동일한, 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트.
  9. 제 1항에 따른 다중빔 회절 격자-기반의 컬러 백라이트를 포함하는 3차원(3-D) 컬러 전자 디스플레이로서, 상기 3-D 컬러 전자 디스플레이는 복수의 광빔들 중 한 광빔을 변조하기 위해 광 밸브를 더 포함하며, 상기 광 밸브는 상기 다중빔 회절 격자에 인접하고, 상기 광 밸브에 의해 변조되는 광빔은 전자 디스플레이의 픽셀에 대응하는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  10. 3차원(3-D) 컬러 전자 디스플레이로서,
    서로로부터 측방향 변위되는 서로 다른 컬러의 복수의 광학 이미터들을 포함하는 광원과;
    상기 광원에 의해 생성된 광을 시준하고 시준광을 안내된 광으로서 0이 아닌 경사 각도로 도광판으로 지향시키는 경사 시준기와;
    상기 서로 다른 컬러를 나타내는 복수의 광빔들로서 상기 안내된 광의 일부를 외부로 결합(couple out)하고 상기 도광판으로부터 멀어지는 복수의 서로 다른 주 각도 방향으로 상기 광빔들을 지향시키기 위해 상기 도광판의 표면에 있는 다중빔 회절 격자 어레이와;
    상기 서로 다르게 지향된 광빔들을 변조하기 위한 광 밸브 어레이를 포함하며, 상기 변조된 서로 다르게 지향된 광빔들은 3-D 컬러 전자 디스플레이의 픽셀들을 나타내는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 광학 이미터들은 적색광을 방출하기 위한 제1 광학 이미터와, 녹색광을 방출하기 위한 제2 광학 이미터와, 청색광을 방출하기 위한 제3 광학 이미터를 포함하며, 상기 제1 광학 이미터로부터의 적색 광빔의 주 각도 방향은 서로 관련된 상기 제1 광학 이미터, 상기 제2 광학 이미터, 및 상기 제3 광학 이미터의 측방향 변위에 의해 결정된 바와 같은 제2 광학 이미터 및 제3 광학 이미터 각각으로부터의 녹색 광빔과 청색 광빔 중 하나 또는 둘 다의 주 각도 방향과 실질적으로 유사한, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 경사 시준기는 포물선 형상의 반사기 표면(shaped parabolic reflector surface)을 갖는 시준 반사기를 포함하며, 상기 광학 이미터들은 상기 시준 반사기의 초점 근방에서 상기 도광판의 전파 축에 대응하는 방향으로 서로로부터 측방향 변위되는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 다중빔 회절 격자는 만곡 회절 피처(curved diffractive features)를 갖는 처프된 회절 격자를 포함하는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 다중빔 회절 격자에 의해 생성된 복수의 광빔들은 상기 도광판 표면 상부의 한 지점에서 실질적으로 수렴하며, 상기 광 밸브 어레이는 상기 광빔의 수렴점을 지나는 상기 도광판 표면으로부터 떨어져서 위치하는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 밸브 어레이는 복수의 액정 광 밸브들을 포함하는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원의 광학 이미터들을 시간 다중화(time multiplex)하기 위한 이미터 시간 다중화기(emitter time multiplexer)를 더 포함하며, 상기 시간 다중화기는 복수의 서로 다른 시간 간격 중 대응하는 시간 간격 동안에 각각의 활성화된 광학 이미터에 대응하는 상이한 컬러의 광을 생성하도록 상기 광원의 각각의 광학 이미터들을 순차적으로 활성화하는, 3-D 컬러 전자 디스플레이.
  17. 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법으로서,
    서로로부터 측방향 변위된 복수의 광원들을 이용하여 광을 생성하는 단계로서, 복수의 광원들 중 한 광원은 상기 복수의 광원들 중 다른 광원에 의해 생성된 컬러와 다른 컬러의 광을 생성하는, 상기 생성 단계와;
    상기 생성된 광을 도광판에서 안내하는 단계와;
    복수의 서로 다른 주 각도 방향으로 상기 도광판으로부터 멀어지게 지향되는 서로 다른 컬러를 갖는 복수의 광빔들을 생성하도록 상기 도광판의 표면에 다중빔 회절 격자를 사용하여 상기 안내된 광의 일부를 회절에 의해 외부로 결합하는 단계를 포함하며,
    상기 광원들은 상기 도광판의 전파 축에 대응하는 방향으로 측방향 변위되는, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 생성된 광을 시준하고 시준광을 경사 시준기를 사용하여 상기 도광판으로 지향시키는 단계를 더 포함하며, 상기 경사 시준기는 상기 도광판 표면에 관련한 경사 각도로 상기 시준광을 지향시키기 위한 시준 반사기를 포함하며, 상기 복수의 광원들의 각 광원으로부터의 광은 상기 시준 반사기의 기울기 및 상기 시준 반사기의 초점에 관련한 각 광원의 측방향 변위 둘 다에 의해 결정된 대응 경사 각도를 갖는, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    대응하는 복수의 광 밸브들을 사용하여 상기 복수의 광빔들을 변조하는 단계를 더 포함하며, 상기 변조된 광빔들은 3-D 전자 디스플레이의 픽셀들을 형성하는, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 광원들 중 상기 광원들을 시간 다중화하는 단계를 더 포함하며, 상기 시간 다중화는 상기 광원들을 순차적으로 활성화하는 것을 포함하며, 활성화된 광원은 복수의 간격들 중 한 시간 간격 동안에 각각의 컬러를 갖는 광을 생성하는, 컬러 전자 디스플레이의 동작 방법.
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