KR20170060104A - 출력의 지향성 제어를 갖는 디스플레이 디바이스, 및 이러한 디스플레이 디바이스를 위한 백라이트 - Google Patents

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KR20170060104A KR1020177010999A KR20177010999A KR20170060104A KR 20170060104 A KR20170060104 A KR 20170060104A KR 1020177010999 A KR1020177010999 A KR 1020177010999A KR 20177010999 A KR20177010999 A KR 20177010999A KR 20170060104 A KR20170060104 A KR 20170060104A
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에이베르트 헤르얀 반 퓌텐
바르트 크룬
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

디스플레이 백라이트(display backlight)는 예를 들면, 각각이 도파관으로의 투영을 포함하는 광 아웃 결합 구조(light out-coupling structure)들의 어레이를 가지는 엣지형(edge-lit) 도파관을 포함한다. 각각의 투영은 법선에 대한 각(α)의 빔 재지향면을 갖는다. 도파관의 뿐만 아니라, 도파관 외부(출력면 위)의 각(α) 및 굴절률은 다양한 관계들을 만족시키도록 설계되고, 이는 광학 출력이 일반적으로 순방향으로(따라서, 부딪치지 않음) 원하는 각 범위 내에 있도록 선택될 수 있음을 보장한다.

Description

출력의 지향성 제어를 갖는 디스플레이 디바이스, 및 이러한 디스플레이 디바이스를 위한 백라이트{DISPLAY DEVICE WITH DIRECTIONAL CONTROL OF THE OUTPUT, AND A BACKLIGHT FOR SUCH A DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 디바이스를 위한 백라이트(backlight)에 관한 것이고, 상기 백라이트는 특히, 이미지들이 출력 방향들의 협소한 범위에서 디스플레이되는 디스플레이 디바이스를 위한 것이다. 하나의 예는 디스플레이 픽셀들의 어레이를 가지는 디스플레이 패널, 및 상이한 뷰(view)들을 상이한 물리적 위치들로 지향시키기 위한 배열을 포함하는 무안경 입체영상(autostereoscopic) 디스플레이 디바이스이다. 또 다른 예는 디스플레이 이미지가 단지 뷰어의 방향으로 제공되는 프라이버시 디스플레이이다.
공지된 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스는 디스플레이를 생성하기 위한 이미지 형성 수단의 역할을 하는 디스플레이 픽셀("픽셀"은 전형적으로, "서브 픽셀들"의 세트를 포함하고, "서브 픽셀"은 최소 개별적으로 어드레싱가능하고, 단일 컬러의, 화소임)들의 행 및 열 어레이를 가지는 2차원 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 서로 평행하게 연장하는 가늘고 긴(elongated) 렌즈들의 어레이는 디스플레이 픽셀 어레이 위에 가로놓이고 뷰 형성 수단의 역할을 한다. 이들은 "렌티큘라 렌즈(lenticular lense)들"로서 공지된다. 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들은 이들 렌티큘라 렌즈들을 통해 투영되고, 상기 렌티큘라 렌즈들의 기능은 출력들의 방향들을 수정하는 것이다.
렌티큘라 렌즈들은 한 시트(sheet)의 렌즈 소자들로서 제공되고, 그들의 각각은 가늘고 긴 반 원통형 렌즈 소자를 포함한다. 렌티큘라 렌즈들은 디스플레이 패널의 열 방향으로 연장하고, 각각의 렌티큘라 렌즈는 디스플레이 서브 픽셀들의 2개 이상의 인접 열들의 각각의 그룹 위에 가로놓인다.
각각의 렌티큘라 렌즈는 이용자가 단일 입체영상 이미지를 관측하는 것을 가능하게 하기 위해 디스플레이 서브 픽셀들의 2개의 열들과 연관될 수 있다. 대신에, 각각의 렌티큘라 렌즈는 열 방향의 3개 이상의 인접 디스플레이 서브 픽셀들의 그룹과 연관될 수 있다. 각각의 그룹에서의 디스플레이 서브 픽셀들의 대응하는 열들은 각각의 2차원 서브 이미지로부터 수직 슬라이스(slice)를 제공하기 위해 적절하게 배열된다. 이용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 이동됨에 따라, 일련의 연속적인, 상이한, 입체영상 뷰들이 관측되어 예를 들면, 룩-어라운드(look-around) 인상을 생성한다.
도 1은 공지된 직시(direct view) 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스(1)의 개략적 사시도이다. 공지된 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 공간 광 변조기의 역할을 하는 능동 매트릭스 유형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 디스플레이 서브 픽셀들(5)의 행들 및 열들의 직교 어레이를 갖는다. 명료성을 위해, 단지 적은 수의 디스플레이 서브 픽셀들(5)이 도면에 도시된다. 실제로, 디스플레이 패널(3)은 약 천 개의 행들 및 몇천 개의 열들의 디스플레이 서브 픽셀들(5)을 포함할 수 있다. 검은색 및 흰색 디스플레이 패널에서, 서브 픽셀은 실제로, 완전한 픽셀을 구성한다. 컬러 디스플레이에서, 서브 픽셀은 완전한 컬러 픽셀의 하나의 컬러 구성요소이다. 일반 전문용어에 따르면, 완전한 컬러 픽셀은 디스플레이된 최소 이미지 부분의 모든 컬러들을 생성하기 위해 필요한 모든 서브 픽셀들을 포함한다. 따라서, 예로서, 완전한 컬러 픽셀은 흰색 서브 픽셀로 또는 하나 이상의 다른 기본 컬러 서브 픽셀들로 가능하게 증가된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브 픽셀들을 가질 수 있다. 액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 전체적으로 종래적이다. 특히, 패널(3)은 한 쌍의 이격된 투명 유리 기판들을 포함하고, 그 사이에 정렬된 TN(twisted nematic) 또는 다른 액정 재료가 제공된다. 기판들은 그들의 대면하는 표면들 상에 투명 산화 인듐 주석(indium tin oxide; ITO) 전극들의 패턴들을 운반한다. 편광 계층들은 또한, 기판들의 외부 표면들 상에 제공된다.
각각의 디스플레이 서브 픽셀(5)은 기판들 상의 대향하는 전극들을 포함하고, 그 사이에 액정 재료가 존재한다. 디스플레이 서브 픽셀들(5)의 형상 및 레이아웃(layout)은 전극들의 형상 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 서브 픽셀들(5)은 규칙적으로, 갭들 만큼 서로 이격된다.
각각의 디스플레이 서브 픽셀(5)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은, 스위칭 소자와 연관된다. 디스플레이 픽셀들은 어드레싱 신호들을 스위칭 소자들에 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 동작되고, 적합한 어드레싱 방식들이 당업자들에게 공지될 것이다.
디스플레이 패널(3)은 이 경우에, 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에 걸쳐 연장하는 평면 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 조명된다. 광원(7)로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 통해 지향되고, 개별적인 디스플레이 서브 픽셀들(5)은 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동된다. 백라이트(7)는 측면 에지들(7a 및 7b), 상부 에지(7c) 및 하부 에지(7d)를 갖는다. 그것은 광이 출력되는 앞면을 갖는다.
디스플레이 디바이스(1)는 또한, 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 측면에 걸쳐 배열된, 렌티큘라 시트(9)를 포함하고, 상기 렌티큘라 시트는 광 지향 기능 따라서, 뷰 형성 기능을 수행한다. 렌티큘라 시트(9)는 서로에 평행하게 연장하는 렌티큘라 소자들(11)의 행을 포함하고, 그 중 단지 하나가 명료성을 위해 과장된 면적으로 도시된다.
렌티큘라 소자들(11)은, 각각이 요소의 원통형 곡률에 수직으로 연장하는 가늘고 긴 축(12)을 가지는 볼록(반) 원통형 렌즈들의 형태이고, 각각의 소자는 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 디바이스(1) 앞에 위치된 이용자의 눈까지의, 상이한 이미지들, 또는 뷰들을 제공하기 위한 광 출력 지향 수단의 역할을 한다.
디스플레이 디바이스는 백라이트 및 디스플레이 패널을 제어하는 제어기(13)를 갖는다.
도 1에 도시된 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스(1)는 상이한 방향들로 몇몇 상이한 원경들을 제공할 수 있고, 즉 그것은 픽셀 출력을 디스플레이 디바이스의 시야(field of view) 내의 상이한 공간 위치들로 지향시킬 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘라 소자(11)는 각각의 행에서 작은 그룹의 디스플레이 서브 픽셀들(5) 위에 가로놓이고, 여기서 현재 예에서, 행은 렌티큘라 소자(11)의 가늘고 긴 축에 수직으로 연장한다. 렌티큘라 소자(11)는 몇몇 상이한 뷰들을 형성하기 위해, 그룹의 각각의 디스플레이 서브 픽셀(5)의 출력을 상이한 방향으로 투영한다. 이용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 이동함에 따라, 이용자의 눈은 결과적으로, 몇몇 뷰들 중 상이한 것들을 수용할 것이다.
도 2는 상기 더 상세하게 설명된 바와 같은 렌티큘라 유형 이미징 배열의 동작의 원리를 보여주고 백라이트(20), 디스플레이 디바이스(24), 액정 디스플레이 패널 및 렌티큘라 어레이(28)를 단면으로 보여준다. 도 2는 렌티큘라 배열(28)의 렌티큘라(27)가 픽셀들의 그룹의 픽셀들(26', 26'' 및 26''')의 출력들을 디스플레이 디바이스의 앞의 각각의 3개의 상이한 공간 위치들(22', 22'' 및 22''')로 지향시킨다. 상이한 위치들(22', 22'' 및 22''')은 3개의 상이한 뷰들의 부분이다.
유사한 방식으로, 디스플레이 픽셀들(26', 26'' 및 26''')의 동일한 출력은 배열(28)의 렌티큘라(27')에 의해 각각의 3개의 다른 상이한 공간 위치들(25', 25'' 및 25''')로 지향된다. 3개의 공간 위치들(22' 내지 22''')이 제 1 뷰잉 존 또는 콘(cone)(29')을 정의할지라도, 3개의 공간 위치들(25' 내지 25''')은 제 2 뷰잉 콘(29'')을 정의한다. 이러한 콘들 중 더 많은 것들이 픽셀들(26' 내지 26''')에 의해 형성된 것과 같은 픽셀들의 그룹의 출력을 지향시킬 수 있는 어레이의 렌티큘라 렌즈들의 수에 의존하여 존재함이(도시되지 않음) 이해될 것이다. 콘들은 디스플레이 디바이스의 완전한 시야를 채운다.
상기 뷰 지향 원리는 하나의 뷰잉 콘으로부터 또 다른 뷰잉 콘으로 이동시에 발생하는 반복 뷰를 야기하는데, 이는 모든 콘 내에서, 동일한 픽셀 출력이 특정한 뷰로 디스플레이되기 때문이다. 따라서, 도 2의 예에서, 공간 위치들(22'' 및 25'')은 단지 상이한 뷰잉 콘들(29' 및 29'') 각각에서 동일한 뷰를 제공한다. 즉, 특정한 뷰는 모든 뷰잉 콘들에서 동일한 콘텐트를 보여준다. 뷰잉 콘들 사이에서의 경계들에서, 무안경 입체영상 효과가 지장을 받도록 극단적인 뷰들 사이에 점프(jump)가 존재한다.
이 문제에 대한 해결책은 예를 들면, 지향성(directional) 출력을 갖도록 백라이트를 설계함으로써 단지 단일 뷰잉 콘을 허용하는 것이다. WO 2011/145031은 단일 콘 출력을 갖는 디스플레이를 정의하기 위한 다양한 접근법들을 개시한다.
뷰가 보여질 수 있는 방향을 제어하기 위한 시준된 백라이트의 이용은 예를 들면, 시선위치 추적 애플리케이션들, 프라이버시 패널들 및 증진된 휘도 패널들에 대한 것을 포함하는, 몇몇 상이한 애플리케이션들에 대해 공지된다. 이러한 시준된 백라이트의 하나의 공지된 구성요소는 또한, 백라이트의 부분인 렌티큘라 렌즈의 피치(pitch) 주위에서 이격된 얇은 발광 스트라이프(stripe)들의 어레이의 형태로 그것의 광의 모두를 추출하는 광 생성 구성요소이다.
이 구성은 도 3에 도시되고, 도 3에서 백라이트(7)는 스트라이프된 광 방출기들의 어레이(30), 볼록 렌즈(positive lense) 어레이(32) 및 렌즈 어레이와 방출기들 사이의 레플리카(replica) 구조(34)를 포함한다. 렌즈 어레이(32)는 얇은 발광 스트라이프들의 어레이(30)로부터 발생하는 광을 시준한다. 이러한 백라이트는 LED들의 라인들 또는 OLED 스트라이프들과 같은, 일련의 발광 소자들로부터 형성될 수 있다.
그러나, 이러한 해결책들은 제작하기가 비싸고 OLED들의 경우에 짧은 수명으로 인해 고장의 경향이 있다.
발광 소자들의 폭넓은 각(angular) 방출 패턴은 또한, 다수의 렌즈들을 동시에 조명하고 그에 의해, 그들은 여전히 콘 반복을 생성한다.
디스플레이들의 백라이팅 및 전면 라이팅을 위한 엣지형(Edge lit) 도파관들은 비싸지 않고 강건할 것이다(robust). 따라서, 시준된 백라이트 구성요소의 근거를 엣지형 기술에 두는 것이 이로울 것이다. 그러나, 공지된 엣지형 도파관들은 도파관의 전체 표면에 걸쳐 광 출력의 최대 균일성을 제공하도록 설계되고 따라서, 조합된 렌즈의 피치로 이격된 얇은 광 스트라이프들의 어레이를 생성하기 위해 설계되지 않는다.
도 4는 엣지형 도파관(40)의 개략적인 이미지를 보여준다. 도파관은 상부면(40a), 하부면(40b) 및 측면 엣지들(40c)을 갖는 고형물의 슬래브(slab)와 같은, 도파관 재료를 포함한다. 도 4에서 보여질 수 없는 상부 및 하부 엣지들이 존재하는데, 이는 도 4의 단면이 측면 방향으로 취해지기 때문이다. 도파관은 일반적으로, 평면에서 직사각형이다. (직사각형의 상부 및 하부 측면들에서의) 도파관의 상부 및 하부 엣지들은 연관된 디스플레이의 상부 및 하부에 대응하고, (직사각형의 좌측 및 우측에서의) 측면 엣지들은 연관된 디스플레이의 좌측 및 우측에 대응한다. 도 4의 좌측으로부터 광은 광원(42)에 결합되고 도파관의 하부에서, 몇몇 아웃 결합 구조들(44)이 위치된다. 광은 높이(H)를 갖는 도파관의 내부에서 각(θin) 미만으로 전파한다. 이 예에서 아웃 결합 구조들(44)은 상부 반각(α), 높이(h), 및 폭(w)을 갖는 반 프리즘들로서 도시된다.
도파관은 예를 들면, 유리 또는 폴리카보네이트로 만들어진 유전체 슬래브로서 형성된다. 슬래브에서, 경계들에서의 총 내부 반사는 광이 전파하는 동안에 광을 계속해서 갇히게 한다. 슬래브의 엣지들은 전형적으로, 광으로 결합하기 위해 이용되고 작은 구조들(44)은 로컬적으로, 도파관 밖으로 광을 결합시킨다.
광이 도파관의 하나의 엣지에서 결합된다고 가정되면, 구조들의 아웃 결합 효율은 동종 아웃 결합을 보장하기 위해 도파관에 걸쳐 달라져야 한다. 구조의 아웃 결합 효율은 상이한 방식들로 조정될 수 있다. 예를 들면, 구조가 프리즘 유사 형상(또는 프리즘의 반)과 비슷하면, 아웃 결합 효율은 프리즘의 높이(h), 상부 반각(α)을 변경함으로써 또는 둘 모두를 변경함으로써 수정될 수 있다.
본 발명은 특히, 스트라이프된 출력의 생성을 가능하게 하기 위해, 무안경 입체영상 디스플레이 또는 프라이버시 디스플레이에서 이용하기 위한 도파관 유형의 백라이트의 최적화에 기초한다.
본 발명의 목적은 디스플레이 디바이스를 위한 백라이트를 제공하는 것이다.
본 발명은 청구항들에 의해 정의된다.
일례에 따라, 디스플레이 백라이트가 제공되고, 상기 디스플레이 백라이트는:
굴절률(nwg)을 갖고, 상부 및 하부 평행면들, 및 한 쌍의 대향 측면 엣지들을 가지는 도파관 재료로서, 광 출력은 상부면으로부터 발생하는, 상기 도파관 재료;
대향 측면 엣지들 중 하나 또는 둘 모두에서 광을 도파관 재료로 제공하기 위한 광원 장치; 및
광이 광 아웃 결합 구조(light out-coupling structure)들의 위치에서 도파관으로부터 빠져나오도록(escape) 상기 광을 재지향시키기 위해 상부 또는 하부 평행면에 형성된 광 아웃 결합 구조들의 어레이를 포함하고,
광 아웃 결합 구조들은 180도 미만으로 제한되고 상부면의 평면으로부터 각지게 이격되는 다양한 출력 방향들을 갖는 빠져나온 광을 제공한다.
이 방식으로 광 아웃 결합 구조들은 폭이 180도 미만인 출력 빔을 생성하고, 훨씬 협소해질 수 있어서, 적어도 부분적 시준 기능이 구현된다. 또한, 출력 빔은 상부면과 부딪치지(clip) 않아서 출력 빔이 일반적으로 앞으로 지향되고 상부면에 평행한 구성요소들을 포함하지 않는다. 이것은 출력 빔의 측면 방향이 동일한 각 전파를 유지하면서 적합한 설계에 의해 선택될 수 있음을 의미한다. 이들 조건들은 따라서, 백라이트로부터 그리고 원하는 방향으로 출력 빔의 원하는 각을 제공하도록 맞춰질 백라이트의 설계를 가능하게 한다. 이 방식으로, 디스플레이와 조합하여 이용될 때, 디스플레이된 이미지가 이용자에게 출력되는 방향이 제어될 수 있다. 이것은 특히, 프라이버시 디스플레이들 및 무안경 입체영상 디스플레이들에 대한 적용들을 갖는다.
광 아웃 결합은 또한, 각각 도파관 재료로의 투영을 포함하고, 각각의 투영은 상부 및 하부면들에 수직인 방향에 대한 각의 빔 재지향면을 갖는다. 도파관 재료는 광 아웃 결합을 제공하기 위한 자국(indentation)들을 갖고, 이들은 도파관의 상부 또는 하부일 수 있다.
백라이트는 상부면 위의, nout의 도파관 재료의 외부에서 굴절률을 갖고 이용되도록 적응되고, 굴절률 비(m = nwg/nout)에 대해:
Figure pct00001
이고
Figure pct00002
이며,
α는 법선 방향에 대한 빔 지향면의 각이다.
굴절률 값들과 재지향면들의 기울기 각 사이의 이들 관계들은 제한되고(예로서, 180도 미만) 부딪치지 않는(즉, 출력 각들의 서브 범위는 일반적으로, 전체 180도 출력 내에서 중심으로 정의된다) 백라이트로부터의 원하는 광학 출력 방향들을 야기한다. 굴절률 비(m)는 전형적으로, 종래의 도파관 재료들에 대한 것보다 낮다.
하나의 예에서, 광 아웃 결합 구조들의 전부는 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖는다. 이것은 상이한 아웃 결합 구조들의 전부가 평행 빔조각(beamlet)으로서 정의됨을 의미한다.
또 다른 예에서, 광 아웃 결합 구조들은 복수의 세트들을 포함하고, 각각의 세트 내의 광 아웃 결합 구조들은 동일한 빔 재지향면 각(α)을 가지며, 상이한 세트들은 상이한 빔 재지향면 각들(α)을 갖는다. 이것은 상이한 광 아웃 결합 구조들로부터의 광 출력들이 평행 빔조각들의 세트들을 정의함을 의미한다. 이것은 디스플레이 패널의 상이한 픽셀들을 조명하기 위해 상이한 빔조각들을 이용함으로써, 상이한 이미지들을 상이한 방향들로 제공하기 위해 이용될 수 있다.
광 아웃 결합 구조들은 각각 범위가 상부 엣지로부터 하부 엣지까지인 열을 포함하고, 디스플레이 백라이트는 도파관 재료 위의 렌티큘라 렌즈들의 어레이를 더 포함하며, 각각의 렌즈는 연관된 광 아웃 결합 열 또는 연관된 복수의 광 아웃 결합 열들 위에 가로놓인다.
열들은 스트라이프된 백라이트 출력을 형성하기 위해 이용된다. 스트라이프된 출력은 그 다음, 렌즈를 조명하고, 이것은 예를 들면, 출력을 원하는 방향으로 프라이버시 디스플레이에 제공하기 위해 시준된 출력을 생성하기 위해 이용된다.
출력 방향들의 범위(β)는 다음이 되도록 선택될 수 있고:
Figure pct00003
여기서, p는 렌티큘라 렌즈들의 피치이며 e는 광 아웃 결합 구조들로부터 렌즈 어레이까지의 광학 경로 길이이다.
이것은 콘 반복을 방지할 수 있는 배열을 정의한다. 특히, 각 폭은 각각의 아웃 결합된 빔이 단지 하나의 렌즈에 이르도록 렌티큘라 렌즈들과 매칭(matching)된다.
광 아웃 결합 구조들의 전부가 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖는 예에 대해, 각각의 렌티큘라 렌즈는 예를 들면, 단일의 연관된 광 아웃 결합 열의 중심에 위치될 수 있고, 각(α)은 45도이며, 각각의 광 아웃 결합 열로부터 재지향된 광은, 단지 하나의 렌티큘라 렌즈가 광 아웃 결합 열로부터의 반사된 광에 의해 실질적으로 조명되도록 각 폭을 갖는다.
광 아웃 결합 열로부터의 광이 단지 하나의 렌즈에 도달함을 보장함으로써, 단일 뷰잉 콘이 정의될 수 있다.
광 아웃 결합 구조들이 복수의 세트들을 포함하는 예에 대해, 각각의 렌즈는 예를 들면, 각각의 세트로부터 하나의 광 아웃 결합 열 위에 가로놓일 수 있고, 각각의 광 아웃 결합 열로부터의 광은 단지 하나의 렌티큘라 렌즈의 일부가 광 아웃 결합 열로부터의 재지향된 광에 의해 조명되도록 각 폭을 갖는다.
이 방식으로, 하나의 렌즈는 렌즈 아래의 상이한 광 아웃 결합 열들에 대해 상이한 출력 방향들로 출력 빔조각을 생성할 수 있다. 이것은 예를 들면, 무안경 입체영상 디스플레이에서 이용하기 위해 상이한 방향들로 상이한 이미지들을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
예들의 하나의 세트에서, 각각의 광 아웃 결합 구조의 빔 재지향면은 반사면을 포함할 수 있고, 광 아웃 결합 구조들은 하부면 상에 제공된다. 하부면은 그 다음, 출력 광 열들을 생성하기 위해 반사를 이용한다. 이 반사는 총 내부 반사에 기초할 수 있거나 투영들은 반사 코팅을 가질 수 있다.
광원 장치는 광을 측면 에지들 둘 모두에 제공하기 위한 것일 수 있고, 각각의 광 아웃 결합 구조는 그 다음, 상부 및 하부면들에 대한 법선의 대향 측면들 상에서 각(α)의 한 쌍의 반사면들을 포함한다. 이것은 대향 에지들 둘 모두로부터의 조명을 가능하게 한다.
이 예에서, 굴절률들은 1.05<m<1.22를 만족시킬 수 있다.
예들의 또 다른 세트에서, 광 아웃 결합 구조들은 상부면 상에 제공될 수 있고, 도파관 재료의 상부면에는 투영들을 채우는 코팅이 제공되며, 코팅은 도파관 재료의 굴절률(nwg)보다 높은 굴절률을 갖는다. 이것은 상부면에서 투영들로부터의 총 내부 반사를 가능하게 한다.
광 아웃 결합 구조들은 각각 다시, 범위가 상부 엣지로부터 하부 엣지까지인 열을 포함할 수 있다.
이 예에서, 굴절률들은 m<1.05 예를 들면, m<1.01을 만족시킬 수 있다.
무안경 입체영상 디스플레이 디바이스 또는 프라이버시 디스플레이는 백라이트를 디스플레이 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들의 어레이를 가지는 디스플레이 패널과 조합할 수 있고, 디스플레이는 백라이트에 의해 조명된다.
또 다른 양태는 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스를 제공하고, 상기 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스는:
광 아웃 결합 구조들의 복수의 세트들을 이용하는 상기 정의된 바와 같은 백라이트; 및
디스플레이 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들의 어레이를 가지는 디스플레이 패널로서, 상기 디스플레이는 백라이트에 의해 조명되는, 상기 디스플레이 패널을 포함하고,
디스플레이 디바이스는 디스플레이 백라이트의 렌즈들과 또 다른 어레이의 렌즈들 사이에 일-대-일 매핑을 갖고, 디스플레이 위에 제공된 렌티큘라 렌즈들의 또 다른 어레이를 더 포함한다.
광 아웃 결합 구조들의 다수의 세트들은 다수의 뷰들이 생성되는 것을 가능하게 하고, 또 다른 렌즈 어레이는 또 다른 뷰들이 생성되는 것을 가능하게 한다.
디스플레이 백라이트의 렌즈들은 예를 들면, 볼록 렌즈들인 반면에, 또 다른 어레이의 렌즈들은 오목 렌즈(negative lense)들이다. 다른 투과형 디스플레이 패널들이 이용될 수 있을지라도, 디스플레이 패널은 LCD 패널을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이제, 첨부된 도면들을 참조하여 오직 예로서 설명될 것이다.
도 1은 공지된 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 개략적인 단면도.
도 3은 스트라이프된 방출기들을 이용한 공지된 지향성 백라이트 설계를 도시한 도면.
도 4는 엣지형 도파관을 이용하는 공지된 백라이트 설계를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 도파관의 광학 함수의 분석을 제공하기 위해 이용되는 도면.
도 6은 도 4 및 도 5의 도파관으로부터의 출력의 각 폭의 분석을 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 함수가 3개의 분리 영역들을 정의하는 방법을 도시한 도면.
도 8은 지향성 백라이트의 제 1 예를 도시한 도면.
도 9는 무안경 입체영상 디스플레이의 제 1 예를 도시한 도면.
도 10은 무안경 입체영상 디스플레이의 제 2 예를 도시한 도면.
도 11은 무안경 입체영상 디스플레이의 제 3 예를 도시한 도면.
도 12는 상이한 광 아웃 결합 구조들이 상이한 광학 재지향 함수들을 야기함을 보여주기 위해 이용되는 도면.
본 발명은 각각이 도파관으로의 투영을 포함하는 광 아웃 결합 구조들의 어레이를 가지는 엣지형 도파관을 포함하는 디스플레이 백라이트를 제공한다. 각각의 투영은 법선에 대한 각(α)의 빔 재지향면을 갖는다. 도파관의 뿐만 아니라, 도파관 외부(출력면 위)의 각(α) 및 굴절률은 다양한 관계들을 만족시키도록 설계되고, 이는 광학 출력이 일반적으로 순방향으로(따라서, 부딪치지 않음) 원하는 각 범위 내에 있도록 선택될 수 있음을 보장한다.
본 발명은 도파관 백라이트로부터의 광학 출력의 특성들의 분석에 기초한다.
광이 도파관 밖으로 결합하는 각은 주로, 아웃 결합 구조의 파라미터들에 의해 결정된다. 프리즘 유사 구조의 예에서, 광은 구조의 상부 반각(α)에 기초하여 또 다른 각으로 재지향된다. 이 반각은 법선 방향에 대하여 프리즘 형상의 측면의 각에 대응한다. 또한, 아웃 결합된 빔의 폭은 주로, 도파관의 굴절률(nwg) 및 도파관 외부의 굴절률(nout)의 비(m)에 의존한다.
도 5는 송출(outgoing) 빔의 방향의 산출들을 더 자세히 설명하기 위한 도파관(40)의 부분을 보여준다. 도파관과 도파관 외부 사이의 굴절률 비(
Figure pct00004
)는 임계각을 정의한다:
Figure pct00005
굴절률 비(m)는 임의의 광을 도파관 내부로 가이드할 수 있게 하기 위해 1보다 커야 한다. 임계각보다 큰 각으로 표면에 이르는 광은 완전하게 내부적으로 반사될 것이다. 이것은 도파관을 통해 전파할 수 있는 각들의 범위가 존재함을 의미한다:
Figure pct00006
도파관에서의 임의의 아웃 결합 구조는 광을 도파관 밖으로 결합시킬 수 있다. 이 예에서, 각각의 광 아웃 결합 구조는 반사면 형태의 빔 재지향면을 포함하고, 광 아웃 결합 구조들은 도파관(40)의 하부면 상에 제공된다. 광 아웃 결합 구조로부터의 반사는 광이 다음의 방식으로 도파관에서 전파하는 각을 θin 내지 θrefl까지 변경한다:
Figure pct00007
반사 후의 광이
Figure pct00008
인 각을 가지면, 그것은 도파관 밖으로 결합한다. 광이 밖으로 결합할 때, 그것은 또한, 인터페이스에서 굴절된다. 결과로 발생하는 송출 방향(θout)은 따라서,
Figure pct00009
이다.
광을 도파관 밖으로 지향시키기 위해 광의 방향을 변경하는 것이 가능한 상이한 아웃 결합 구조들이 존재한다. 구조들은 도파관의 하부에 위치될 필요는 없지만 도파관의 상부의 구조들이 또한 가능하다. 본 문서에서 논의된 프리즘 구조들은 따라서, 제한하는 것으로 고려되는 것이 아니고, 단지 일예로서 취해져야 한다. 본 발명은 또한, 다른 아웃 결합 구조들에 대해 유효하지만 이들 구조들이 성취하는 방향의 변경은 이 예에서 이용된 상부 반각(α)과 상이한 파라미터에 의해 설명될 수 있다. 도면들, 수학식들, 및 조건들은 그 다음, 이 차를 반영하기 위해 그에 따라 변경되어야 한다.
아웃 결합된 빔의 각 폭(β)은 수학식(1)을 이용하여, 도파관 내부의 각들의 범위에 대해 최소 및 최대 송출각을 산출함으로써 발견될 수 있다. 각 폭은 도 6에서 상부 반각(α) 및 굴절률 비(m)의 함수로서 표시된다.
도 6은 상이한 영역들이 존재함을 보여주고, 여기서 경계들은 점선들(47, 48)에 의해 표시된다. 이 방식으로, 3개의 별개의 영역들은 파라미터들(α 및 m)에 기초하여 식별될 수 있다:
(i) 송출 빔의 각 범위가 값들(α 및 m)과 상관없이 항상 [-90, 90]인 영역.
(ii) 각 범위의 하나의 엣지가 -90도 또는 90도(부딪침)인 영역.
(iii) 송출 빔이 [-90, 90] 내에서 스티어링(steering)될 수 있도록, 각 범위의 엣지들 둘 모두가 이 범위 내에 있는 영역.
단지 마지막 영역에서, 부딪치지 않는 완전하게 스티어링가능한 송출 빔이 생성될 수 있다.
도 7에서, 3개의 상이한 영역들은 (i), (ii) 및 (iii)으로서 표시된다. 공기에 의해 둘러싸여진 예로서, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)에 의해 만들어진 전형적인 도파관에 대해(nwg=1.49 따라서, m=1.49), 부딪치지 않는 스티어링가능한 빔을 생성하는 것은 가능하지 않다. 본 발명은 따라서, 빔 폭 및 방향의 제어를 가능하게 하기 위해 그리고 광 아웃 결합 구조들에 의해 제공된 빔의 부딪침을 방지하기 위해, 종래의 도파관들에서보다 적은 굴절률 비를 야기하는 재료들의 다른 조합들을 이용한다.
도파관에 대한 원하는 더 낮은 굴절률 비는 예를 들면, 적은 굴절률 차를 갖는 2개의 상이한 재료들을 형성하기 위해 특정 접착제들을 사용한 PMMA의 조합을 이용하여 성취될 수 있다. 도핑(Doping)된 유리들 예를 들면, 게르마니아(GeO2)로 도핑된 유리는 광섬유 기술에서 널리 이용된다. 다시, 도핑되지 않은 유리 및 도핑된 유리는 함께 원하는 저 굴절률 차를 정의할 수 있다.
단지 영역(iii)에서, 아웃 결합된 빔은 아웃 결합 구조의 상부 반각(α)을 변경함으로써 스티어링될 수 있다. 영역(i)에서, 아웃 결합된 빔은 항상 180도로 넓고 상부 반각(α)을 변경하는 것은 빔의 방향을 변경시키지 않을 것이다. 영역(ii)에서, 아웃 결합된 빔은 항상 하나의 측 상에 부딪친다.
특정 구현들에 대해, 광의 송출빔들을 부딪침 없이 도파관에 걸쳐 상이한 방향들로 지향시킬 수 있는 것이 이롭다. 이러한 지향성은 그 다음, 송출빔이 180도보다 상당히 작음을 요구할 것이다.
부딪치지 않은 빔이 바람직한 하나의 매우 관련 있는 예는 도파관 및 렌즈 어레이가 시준된 백라이트를 생성하기 위해 이용될 때이다. 송출빔의 각 범위가 너무 넓으면, 그것은 하나보다 많은 시준된 빔을 생성하는 원하지 않는 콘 반복들을 생성할 것이다.
상기 분석에 기초하여, 본 발명은 영역(iii)으로 제한되는 백라이트 설계를 제공한다. 도파관은 굴절률(nwg)을 갖고 다음의 2개의 조건들이 지켜지도록 굴절률(nout)을 갖는 주변 재료에서 상부 반각들(α)을 갖는 아웃 결합 구조들을 갖는다:
Figure pct00010
이들 조건들은 아웃 결합된 빔이 부딪치지 않고 각(α)을 변경시킴으로써 자유롭게 스티어링될 수 있음을 의미한다.
이들 관계들에 의해 정의된 일반 영역 내에서, 조건들은 상이한 실시예들의 특정 요구와 매칭하도록 또한 제한될 수 있다.
제 1 실시예는 스트라이프된 백라이트에서 콘 반복을 회피하는 설계를 제공한다.
백라이트(50)가 도 8에 도시된다. 그것은 상기 설명된 바와 같은 도파관(40)을 포함한다. 예는 2개의 광원들(42)을 가지는 광원 장치에 의해 측면 엣지들 둘 모두로부터 조명된 도파관(40)을 보여준다. 광원들은 예를 들면, LED들 또는 냉음극 형광 램프들(CCFL)을 포함할 수 있다.
광 아웃 결합 구조들(44)은 각각 범위가 도파관(40)의 상부 엣지로부터 하부 엣지까지인 열을 포함한다(도 8이 행 방향으로의 단면이 되도록). 백라이트는 도파관(40) 위에 렌티큘라 렌즈들(56)의 어레이(54)를 갖는다. 각각의 렌즈(56)는 연관된 광 아웃 결합 열(44) 위에 가로놓인다.
이 예에서, 광 아웃 결합 구조들(44)의 전부는 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖고 각각의 렌티큘라 렌즈(56)는 단일의 연관된 광 아웃 결합 열(44)의 중심에 위치된다. 각각의 광 아웃 결합 열(44)에 의해 재지향된 광은, 단지 하나의 렌티큘라 렌즈(56)가 광 아웃 결합 열(44)로부터의 광에 의해 조명되도록 각 폭(β)을 갖는다.
아웃 결합 구조들(44)은, 광이 도파관(40)으로부터 수직으로 결합 아웃하도록 설계된다. 프리즘 유사 구조들을 예들로서 취하면, 상부 반각(α)은:
Figure pct00011
이다.
아웃 결합된 빔의 각 폭(β)은 이제, 수학식(1)을 이용하여 산출될 수 있고:
Figure pct00012
와 같다.
콘 반복을 방지하기 위해, 각 폭은 각각의 아웃 결합된 빔이 하나의 렌즈에 단지 이르도록 도파관 위의 렌티큘라 렌즈(56)와 매칭된다. 이것은 다음을 행함으로써 성취될 수 있고:
Figure pct00013
여기서, p는 렌즈 피치이며 e는 아웃 결합 구조(44)로부터 렌즈(56)까지의 광학 경로 길이이다.
이들 수학식들을 조합하면, 도파관과 렌티큘라 렌즈 사이의 요구된 굴절률 비(m)는 다음이 되어야 한다:
Figure pct00014
에 따라서,
Figure pct00015
.
β의 더 큰 값은 광학 수차들을 증가시키는 더 강한 렌즈들을 요구하는 반면에, β의 더 작은 값은 더 두꺼운 광학 스택을 야기하는 광학 품질을 개선시킨다. 우리가 20 내지 45도 범위의 β에 대한 값들을 취하면, m의 전형적 값들은 약 1.05 내지 1.23 범위에서 얻어지고 따라서, 실현가능한 재료들로 이 비를 성취하는 것이 가능하다.
엣지들에 대한 광원들(42)의 근접성에도 불구하고, 도파관으로부터의 균일한 아웃 결합이 전체 패널에 걸쳐 제공될 수 있다. 예를 들면, 구조들의 높이는 구조들의 각각의 상대적 아웃 결합을 변경시키기 위해 도파관을 따라 조정될 수 있다. 이것은 당업자들에게 공지된 접근법이다.
도 8의 실시예는 시준된 출력을 생성한다. 이것은 예를 들면, 프라이버시 디스플레이를 위해 이용될 수 있다.
도 9에 도시된 제 2 실시예는 콘 반복이 없는 무안경 입체영상 디스플레이를 형성하는 것에 기초한다.
이것은 WO 2005/031412에 도시된 일반 아키텍처에 기초한다.
도파관(40)은 상부면 상에 제공된 광 아웃 결합 구조들(44)을 갖는다. 이들은 다시, 도파관으로의 투영들을 포함한다. 또한, 도파관 재료의 상부면에는 투영들(44)을 채우고 선택적으로 또한, 상부 위의 계층을 제공하는 코팅(52)이 제공된다. 코팅은 도파관 재료의 굴절률(nwg)보다 높은 굴절률을 가져서, 광 아웃 결합 구조들이 다시 광의 빠져나옴을 허용한다. 광은 저-대-고 굴절률 경계에 걸쳐 홈(groove)에 진입하고, 그 다음 고-대-저 굴절률 경계에서 총 내부 반사에 의해 반사된다. 이 반사된 광은 도파관(40)으로부터 빠져나온다. 다시 반사면이 존재하지만, 이 경우에 반사는 총 내부 반사에 의한 것이어야 한다.
광 아웃 결합 구조들(44)은 다시 각각, 조명의 스트라이프들을 형성하기 위해 범위가 상부 엣지로부터 하부 엣지까지인 열을 포함한다.
LCD 패널의 형태인 디스플레이 패널(3)은 백라이트(50) 위에 제공된다. LCD 패널 그 자체는 배리어(배리어 유형의 무안경 입체영상 디스플레이들을 위해 공지된 바와 같은)의 기능을 하고 따라서, 어떠한 렌티큘라 렌즈 장치도 존재하지 않는다.
디바이스가 2D 및 3D 모드들 사이에 스위칭가능하게 하기 위해 스위칭가능한 디퓨저(diffuser)가 백라이트와 LCD 패널 사이에 제공될 수 있음에 주의한다. 이것은 현재 출원인의 WO 2005/031412에서 보여진다.
상기 설명된 개념들은 이 유형의 백라이트에 적용될 수 있다. 값(m)은 광이 중첩이 거의 없거나 전혀 없는 LCD 패널을 조명하기 위해 팬 아웃(fan out)하도록 선택되고, 따라서 콘 반복이 없는 그리고 최소 수의 구성요소들을 갖는 무안경 입체영상 디스플레이를 생성한다.
공기에서의 콘 각(γ)은 다음에 의해 m에 대응한다:
Figure pct00016
아웃 결합 구조들(44)과 LCD 패널 사이의 간격(e)은 상기 설명된 바와 같이 내부 각(β) 및 홈들(p)의 피치 때문으로 추정된다. e가 약간 더 크면, 2개의 가장 바깥쪽의 뷰들은 크로스토크(crosstalk)를 갖는다. e가 약간 더 작으면, 가장 바깥쪽의 뷰들은 더 약한 세기를 갖는다. 둘 모두는 유용한 콘 크기의 효과적인 감소를 야기하지만 렌더링에서 보상될 수 있다. 따라서, 간격(e)은 광학 값의 80% 내지 120% 내에 있을 수 있다.
이 실시예에 대해, 전형적으로 m<1.05 또는 심지어 m<1.01이다. 굴절률의 이들 매우 낮은 차들은 광섬유들의 제조에 이용된 재료들에 대해 공통적이다.
도 9의 예는 디스플레이 패널을 이용하여 배리어 기능을 구현하고, 배리어는 상이한 방향들로 상이한 뷰들의 방향을 제공한다.
도 10은 백라이트가 상이한 방향들로 상이한 뷰들의 방향을 구현하는 일례를 보여준다. 이 목적을 위해, 광 아웃 결합 구조들은 복수의 세트들을 포함한다. 제 1 세트는 광 아웃 결합 구조들(44a)을 포함하고 제 2 세트는 광 아웃 결합 구조들(44b)을 포함한다. 각각의 세트 내에서, 광 아웃 결합 구조들은 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖는다. 그러나, 상이한 세트들은 상이한 빔 재지향면 각들(α)을 갖는다. 이것은 도 10에 도시된다.
각각의 렌즈(56)는 각각의 세트로부터의 하나의 광 아웃 결합 구조(44a, 44b) 위에 가로놓이고, 각각의 광 아웃 결합 구조로부터의 광은 단지 하나의 렌티큘라 렌즈의 일부가 광 아웃 결합 구조로부터의 재지향된 광에 의해 조명되도록 각 폭(β)을 갖는다.
디스플레이 패널(3)은 렌즈 및 도파관 스택의 상부 위에 제공된다. 이 설계는 공간적으로 인터리빙(interleaving)된 시준된 빔들을 제공한다.
스택은 단지 렌즈의 부분이 각각의 송출빔에 의해 조명되도록 설계된다. 생성된 뷰들의 수는 광 아웃 결합 구조의 세트들의 수 즉, 도시된 예에서 2와 같다. 2개의 뷰들을 생성하기 위해, 단지 렌즈의 반이 각각의 송출빔에 의해 커버되어야 한다. 일반적으로, 이것은 송출빔의 각 폭(β)을 다음과 같게 함으로써 성취되고:
Figure pct00017
여기서, N은 원하는 뷰들의 수이다. 따라서, 도 10의 예에 대해, N=2이다. 도 8은 기본적으로, N=1인 도 10과 등가이고, 따라서 프라이버시 디스플레이와 같은 단일 뷰 디스플레이를 위해 적합함에 주의한다.
또한, 모든 이웃하는 아웃 결합 구조(44)(렌즈들에 수직하는 방향으로 이웃하는)는 광을 상이한 방향으로 그리고 아웃 결합 구조(N) 위치들과 동일한 방향으로 더 멀리 결합 아웃해야 한다. 이들 상이한 방향들은 상기 수학식(1)을 이용하여 구조들의 각(α) 및 굴절률 비(m)를 조정함으로써 성취될 수 있다.
광 아웃 결합 구조들(44)은 렌즈들 아래의 정확한 위치에 위치되어, 광의 N개의 상이한 시준된 방향들이 백라이트 밖으로 나온다. 광은 그 다음, 디스플레이 패널(3)에 이르고, 여기서 콘텐트는 그것을 N-뷰 무안경 입체영상 디스플레이로 만들기 위해 광 필드로 인코딩될 수 있다.
각각의 렌즈는 뷰들의 수와 같은 복수의 서브 픽셀들의 폭에 대응하는 피치를 갖는다. 따라서, 각각의 서브 픽셀은 상이한 방향으로 이미징(imaging)된다.
백라이트에 의해 생성된 N개보다 많은 뷰들을 생성하기 위해, 오목 렌즈들(60)의 어레이는 도 11에서 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(3) 위의, 스택의 상부에 제공될 수 있다.
각각의 렌즈(60)는 또한, 뷰들의 수와 같은 서브픽셀들의 수의 조합된 폭에 대응하는 피치를 갖는다. 따라서, 렌즈들(60)은 렌즈들(56)과 동일한 폭을 갖고 따라서, 디스플레이 백라이트의 렌즈들과 또 다른 어레이의 렌즈들 사이에 일-대-일 매핑이 존재한다.
이 경우에, 디스플레이로부터의 생성된 뷰들의 수는 광 아웃 결합 구조들의 세트들의 수보다 많다. 도 11에서, 2개의 세트들 그러나 6개의 뷰들이 존재한다. 6개의 서브 픽셀들의 각각이 오목 렌즈(60)의 상이한 부분 아래에 있기 때문에, 그들은 각각 화살표들(62)로 도시된 바와 같이 상이한 위치로 이미징된다.
따라서, 각각의 서브 픽셀은 상이한 방향으로 이미징된다.
오목 렌즈 어레이가 단일 뷰(N=1)로부터 다수의 뷰들로 변환시키기 위해, 동일한 방식으로 도 8의 예에 부가될 수 있음에 주의한다.
상기 예들에서와 같이, 전체 패널에 걸쳐 도파관으로부터의 균일한 아웃 결합을 제공하는 것이 가능하다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 광 아웃 결합 구조의 상이한 설계들에 적용될 수 있고, 제공된 수학식들은 단지 예들의 하나의 세트를 위한 것이다. 도 12는 상이한 설계들이 상이한 기계적 해결책들을 요구함을 나타내기 위해, 도 9의 도파관의 상부에서 이용될 수 있는 2개의 상이한 가능한 광 아웃 결합 구조들을 보여준다.
상부 이미지는 굴절을 수행하는 각(γ)의 입력면 및 반사를 수행하는 각(α)의 출력면을 갖는 투영을 보여준다.
하부 이미지는 도파관의 평면에 수직(즉, γ=0)인 입력면 및 반사를 수행하는 각(α)의 출력면을 갖는 투영을 보여준다.
동일한 반사면 각(α)에도 불구하고, 광학 재지향이 상이하여, 부딪치지 않고 협소한 출력 빔들을 생성하는 설계들의 범위를 정의하는 수학식들이 상이할 것이다. 그러나, 상기 교시들을 이용하여, 본 창의적인 장점들을 성취하기 위해 아웃 결합 수행을 모델링하고 그 다음, 요구된 파라미터들을 선택하는 방법이 당업자들에게 분명할 것이다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변형들은 도면들, 개시, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 청구된 발명을 실행할 때에 당업자들에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다. 청구항들에서, 단어("포함하는(comprising)")는 다른 소자들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정 관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 특정 조치들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 유일한 사실은 이들 조치들의 조합이 유리하게 하기 위해 이용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
1, 24: 디스플레이 디바이스 3: 액정 디스플레이 패널
5: 디스플레이 서브픽셀들 7, 42: 광원
9: 렌티큘라 시트 11: 렌티큘라 소자들
12: 가늘고 긴 축 13: 제어기
20, 50: 백라이트 26', 26'', 26''': 픽셀
27: 렌티큘라 28: 렌티큘라 어레이
29': 제 1 뷰잉 콘 29'': 제 2 뷰잉 콘
30, 54: 어레이 32: 볼록 렌즈 어레이
34: 레플리카 구조 40: 도파관
44: 아웃 결합 구조들 52: 코팅
56: 렌티큘라 렌즈들 60: 오목 렌즈

Claims (14)

  1. 디스플레이 백라이트(display backlight)에 있어서:
    굴절률(nwg)을 갖고, 상부(40a) 및 하부(40b) 평행면들, 및 한 쌍의 대향 측면 엣지들(40c)을 가지는 도파관 재료로서, 광 출력은 상부면(40a)으로부터 발생하는, 상기 도파관 재료;
    상기 대향 측면 엣지들 중 하나 또는 둘 모두에서 광을 상기 도파관 재료로 제공하기 위한 광원 장치(42); 및
    광이 광 아웃 결합 구조(light out-coupling structure)들의 위치에서 상기 도파관으로부터 빠져나오도록(escape) 광을 재지향시키기 위해 상기 상부 또는 하부 평행면에 형성된 상기 광 아웃 결합 구조들(44)의 어레이를 포함하고,
    상기 광 아웃 결합 구조들은 180도 미만으로 제한되고 상기 상부면의 평면으로부터 각지게 이격되는 다양한 출력 방향들을 갖는 빠져나온 광을 제공하고,
    상기 광 아웃 결합 구조들은 각각 상기 도파관 재료로의 투영을 포함하고, 각각의 투영은 상기 상부 및 하부면들(40a, 40b)에 수직인 방향에 대한 각각의 각의 빔 재지향면을 갖고,
    상기 백라이트는 상부면(44a) 위의, nout의 도파관 재료의 굴절률을 갖고 이용되도록 적응되고, 굴절률 비(m = nwg/nout)에 대해:
    Figure pct00018
    이고
    Figure pct00019
    이며
    α는 법선 방향에 대한 빔 지향면의 각인, 디스플레이 백라이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들(44)의 전부는 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖는, 디스플레이 백라이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들(44)은 복수의 세트들(44a, 44b)을 포함하고, 각각의 세트 내의 상기 광 아웃 결합 구조들은 동일한 빔 재지향면 각(α)을 가지며, 상이한 세트들은 상이한 빔 재지향면 각들(α)을 갖는, 디스플레이 백라이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들은 각각 범위가 상기 디스플레이 백라이트의 상부 엣지로부터 하부 엣지까지인 열을 포함하고, 상기 디스플레이 백라이트는 상기 도파관 재료 위의 렌티큘라 렌즈들(56)의 어레이(54)를 더 포함하며, 각각의 렌즈는 연관된 광 아웃 결합 열 또는 연관된 복수의 광 아웃 결합 열들 위에 가로놓이는, 디스플레이 백라이트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    출력 방향들의 범위(β)는 다음이 되도록 선택될 수 있고:
    Figure pct00020

    여기서, p는 상기 렌티큘라 렌즈들(56)의 피치이며 e는 상기 광 아웃 결합 구조들(44)로부터 상기 렌즈 어레이(54)까지의 광학 경로 길이인, 디스플레이 백라이트.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들(44)의 전부가 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖고;
    각각의 렌티큘라 렌즈(56)는 단일의 연관된 광 아웃 결합 열의 중심에 위치될 수 있고;
    상기 각(α)은 45도이며;
    각각의 광 아웃 결합 열로부터 재지향된 광은, 단지 하나의 렌티큘라 렌즈가 상기 광 아웃 결합 열로부터의 반사된 광에 의해 조명되도록 각 폭을 갖는, 디스플레이 백라이트.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들은 복수의 세트들(44a, 44b)을 포함하고, 각각의 세트 내의 상기 광 아웃 결합 구조들은 동일한 빔 재지향면 각(α)을 갖고, 상이한 세트들은 상이한 빔 재지향면 각들(α)을 갖고;
    각각의 렌즈(56)는 각각의 세트로부터 하나의 광 아웃 결합 열 위에 가로놓이며, 각각의 광 아웃 결합 열로부터의 광은 단지 하나의 렌티큘라 렌즈(56)의 일부가 상기 광 아웃 결합 열로부터의 재지향된 광에 의해 조명되도록 각 폭을 갖는, 디스플레이 백라이트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들은 상기 하부면(44b) 상에 제공되고, 각각의 광 아웃 결합 구조는:
    상기 광원 장치(42)에 대면하는 반사면; 또는
    상기 상부 및 하부면들(40a, 40b)에 대한 법선의 대향 측면들 상에서의 한 쌍의 반사면들을 포함하고 상기 광원 장치(42)는 광을 측면 에지들(40c) 둘 모두에 제공하기 위한 것인, 디스플레이 백라이트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    1.05<m<1.23인, 디스플레이 백라이트.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들(44)은 상기 상부면 상에 제공되고, 상기 도파관 재료의 상부면에는 상기 투영들(44)을 채우는 코팅(52)이 제공되며, 상기 코팅은 상기 도파관 재료의 굴절률(nwg)보다 높은 굴절률을 갖는, 디스플레이 백라이트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 아웃 결합 구조들(44)은 각각 범위가 상부 엣지로부터 하부 엣지까지인 열을 포함하는, 디스플레이 백라이트.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    m<1.05 예를 들면, m<1.01인, 디스플레이 백라이트.
  13. 무안경 입체영상(autostereoscopic) 디스플레이 디바이스 또는 프라이버시 디스플레이에 있어서:
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 백라이트; 및
    디스플레이 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들(5)의 어레이를 가지는 디스플레이 패널(3)을 포함하고, 상기 디스플레이는 상기 백라이트에 의해 조명되는, 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스 또는 프라이버시 디스플레이.
  14. 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스에 있어서:
    제 6 항에 청구된 바와 같은 백라이트; 및
    디스플레이 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들(5)의 어레이를 가지는 디스플레이 패널(3)로서, 상기 디스플레이는 상기 백라이트에 의해 조명되는, 상기 디스플레이 패널을 포함하고,
    상기 디스플레이 디바이스는 상기 디스플레이 백라이트의 렌즈들과 또 다른 어레이의 렌즈들 사이에 일-대-일 매핑을 갖고, 상기 디스플레이 위에 제공된 렌티큘라 렌즈들의 또 다른 어레이를 더 포함하며,
    상기 디스플레이 백라이트의 렌즈들은 볼록 렌즈(positive lense)들이고 상기 또 다른 어레이의 렌즈들은 오목 렌즈(negative lense)들인, 무안경 입체영상 디스플레이 디바이스.
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