KR20180048565A - 이중-방향 콜리메이터 - Google Patents

이중-방향 콜리메이터 Download PDF

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Abstract

이중-방향 콜리메이트 및 이중-방향 광학 콜리메이터는 비제로 전파 각도에서 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공한다. 이중-방향 콜리메이터는 수직 방향으로 광을 콜리메이트하도록 구성된 수직 콜리메이터 및 수직 콜리메이트된 광을 수평 방향으로 콜리메이트하도록 구성된 수평 콜리메이터를 포함한다. 수평 콜리메이터는 수직 콜리메이터의 출력에 위치된다. 3차원(3D) 디스플레이는 이중-방향 콜리메이터, 플레이트 광 가이드, 및 3D 전자 디스플레이의 상이한 3D 뷰에 대응하는 복수의 광빔으로서 플레이트 광 가이드에서 안내되는 이중-방향 콜리메이트된 광을 커플링-아웃하기 위해 플레이트 광 가이드의 표면에 멀티빔 회절 격자 어레이를 포함한다.

Description

이중-방향 콜리메이터
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이는 다양한 장치 및 제품의 사용자에게 정보를 통신하기 위한 거의 유비쿼터스적인 매체이다. 가장 일반적으로 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, 전기 영동 디스플레이(EP), 및 전기기계적 또는 전기유체 광 변조(예를 들면, 디지털 마이크로미러 디바이스, 일렉트로웨팅 디스플레이, 등)를 채용하는 다양한 디스플레이가 있다. 일반적으로, 전자 디스플레이는 능동 디스플레이(즉, 광을 방출하는 디스플레이) 또는 수동 디스플레이(즉, 다른 소스에 의해 제공된 광을 변조하는 디스플레이)로서 유별될 수 있다. 능동 디스플레이의 가장 자명한 예 중에는 CRT, PDP, 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출되는 광을 고려할 때 전형적으로 수동으로서 분류되는 디스플레이는 LCD 및 EP 디스플레이이다. 수동 디스플레이는 본질적으로 저전력 소모를 포함하지만 이에 국한되지 않는 유익한 성능 특징을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 없기 때문에 많은 실제 응용에서 다소 제한된 사용을 발견할 수 있다.
방출된 광과 관련된 수동 디스플레이의 한계를 극복하기 위해, 많은 수동 디스플레이가 외부 광원에 결합된다. 결합된 광원은 이들 다른 수동 디스플레이를 광을 방출하고 실질적으로 능동 디스플레이로서 기능하게할 수 있다. 이러한 결합된 광원의 예는 백라이트이다. 백라이트는 수동 디스플레이를 조명하기 위해 다른 수동 디스플레이 뒤에 놓여지는 광원(종종 패널 백라이트)으로서 작용을할 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이에 결합될 수 있다. 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이를 통과하는 광을 방출한다. 방출된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이에 의해 변조되고, 변조된 광은 이어서 LCD 또는 EP 디스플레이로부터 방출된다. 백라이트는 종종 백색광을 방출하도록 구성된다. 이어 컬러 필터는 백색광을 디스플레이에 사용되는 다양한 색으로 변환하기 위해 사용된다. 컬러 필터는, 예를 들어, LCD 또는 EP 디스플레이의 출력에(덜 일반적인) 또는 백라이트와 LCD 또는 EP 디스플레이 사이에 놓여질 수 있다.
본원에 설명된 원리에 따른 예 및 실시예의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면에 도시된 예와 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 본원에 설명된 원리의 예에 따라, 특정 주 각도 방향을 갖는 광선의 각도 성분 {θ, φ}의 그래프를 도시한다.
도 2a는 본원에 설명된 원리의 일 실시예에 따른 일 실시예에서의 이중-방향 광학 콜리메이터의 사시도를 도시한다.
도 2b는 본원에 설명된 원리의 일 실시예에 따른, 일 실시예의 이중-방향 광학 콜리메이터의 상면도를 도시한다.
도 2c는 본원에 설명된 원리의 일 실시예에 따른도 2b에 도시된 이중-방향 광학 콜리메이터의 단면도를 도시한다.
도 3은 본원에서 설명된 원리에 따른 실시예에 따른, 일 예시에서의 기울기를 갖는 광학 반사기의 개략도를 도시한다.
도 4a는 본원에 설명된 원리들에 따른 일 실시예에 따른 일 실시예의 이중-방향 광학 콜리메이터의 상면도를 도시한다.
도 4b는 본원에 설명된 원리들에 따른 다른 실시예에 따른, 일 실시예의 이중-방향 광학 콜리메이터의 상면도를 도시한다.
도 4c는 본원에 설명된 원리들에 따른 또 다른 실시예에 따른, 일례의 이중-방향 광학 콜리메이터의 상면도를 도시한다.
도 5a는 본원에 설명된 원리의 원리와 일치하는 일 실시예에 따른 일례의 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 5b는 본원에 설명된 원리의 원리와 일치하는 일 실시예에 따른 일례의 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 6a는 본원에 설명된 원리에 부합하는 일 실시예에 따른 멀티빔 회절 격자를 갖는 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본원에 설명된 원리들에 따른 다른 실시예에 따른, 일례의 멀티빔 회절 격자를 갖는 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 6c는 본원에 설명된 원리에 부합하는 일 실시예에 따른, 일례의 멀티빔 회절 격자를 포함하는 도 6a 또는 도 6b의 백라이트 부분의 사시도를 도시한다.
도 7은 본원에 설명된 원리의 일 실시예에 따른 일례의 3차원(3D) 전자 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 8은 본원에 설명된 원리들에 따른 실시예에 따른, 일 실시예에서의 이중-방향 광 콜리메이트 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9는 본원에 설명된 원리들에 따른 실시예에 따른, 일례의 3차원(3D) 전자 디스플레이 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
어떤 예 및 실시예는 위에 언급된 도면에 도시된 특징에 추가되거나 대신에 포함되는 다른 특징들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 특징은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본원에 설명된 원리에 따른 예들 및 실시예는 이중-방향 콜리메이트를 사용하는 이중-방향 콜리메이트 및 디스플레이 백라이팅을 제공한다. 특히, 본원에 설명된 원리의 실시예는 수직 방향 및 수평 방향으로 광을 개별적으로 콜리메이트하는 것을 포함하는 이중-방향 광 콜리메이트를 제공한다. 또한, 일부 실시예에서, 광은 수직 방향으로 콜리메이트될 수 있고, 이어 수직 방향으로 콜리메이트된 광은 수평 방향으로 개별적으로 콜리메이트된다. 또한, 본원에 설명된 이중-방향 콜리메이트는 수직 방향에 대응하는 수직 평면에서 소정의 비제로 전파 각도를 갖는 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공한다.
다양한 실시예에 따라, 이중-방향 콜리메이트는 출력에서 수평 콜리메이터(예를 들어, 수평 콜리메이트 반사기)에 결합된 수직 콜리메이터(예를 들어, 수직 콜리메이트 반사기)를 포함하는 이중-방향 콜리메이터에 의해 제공된다. 광원(예컨대, 복수의 LED)으로부터의 광은 이중-방향 콜리메이트를 위해 이중-방향 콜리메이터에 결합될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 이중-방향 콜리메이터로부터의 이중-방향 콜리메이트된 광은 전자 디스플레이에 사용되는 백라이트의 광 가이드(예를 들어, 플레이트 광 가이드)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 멀티빔 회절 격자를 갖는 격자 기반 백라이트를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 격자 기반 백라이트일 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 디스플레이는 3D 정보를 디스플레이하기 위해 사용되는 3차원(3D) 전자 디스플레이, 예를 들어, 오토스테레오스코픽 또는 '무안경' 3D 안경 디스플레이일 수 있다.
특히, 3D 전자 디스플레이는 멀티빔 회절 격자 어레이를 갖는 격자 기반 백라이트를 채용할 수 있다. 멀티빔 회절 격자는 광 가이드로부터의 광을 결합하고 3D 전자 디스플레이의 픽셀에 대응하는 커플링-아웃된 광빔을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 커플링-아웃된 광빔은 서로 다른 주 각도 방향('상이하게 지향된 광빔'이라고도 함)을 가질 수있다. 일부 실시예에 따라, 멀티빔 회절 격자에 의해 생성된 이들 상이하게 지향된 광빔은 변조되어 3D 정보를 디스플레이하기 위해 '무안경' 3D 전자 디스플레이의 3D 뷰에 대응하는 3D 픽셀로서 작용할 수 있다. 이들 실시예에서, 이중-방향 콜리메이터에 의해 제공되는 이중-방향 콜리메이트는 광 가이드 내에 실질적으로 균일한(즉, 스트라이프가 없는) 출력 이중-방향 콜리메이트된 광을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이어, 멀티빔 회절 격자의 균일한 조명이 본원에서 설명된 원리에 따라 제공될 수 있다.
본원에서, '광 가이드'는 전반사를 이용하여 구조 내에서 광을 안내하는 구조로서 정의된다. 특히, 광 가이드는 광 가이드의 동작 파장에서 실질적으로 투명한 코어를 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 용어 "광 가이드"는 일반적으로 광 가이드의 유전체 재료와 이 광 가이드를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 계면에서 광을 안내하기 위해 전반사를 채용하는 유전체 광학 도파로를 지칭한다. 정의에 의해, 전반사에 대한 조건은 광 가이드의 굴절률이 광 가이드 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 크다는 것이다. 일부 실시예에서, 광 가이드는 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 추가적으로 또는 대신에 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 예를 들어 반사 코팅일 수 있다. 광 가이드는 플레이트 또는 슬랩 가이드 및 스트립 가이드 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 몇몇의 광 가이드 중 임의의 것일 수 있다.
또한, 본원에서, '플레이트 광 가이드'에서와 같이 광 가이드에 적용될 때 '플레이트'라는 용어는 종종 '슬랩' 가이드라고 불리는 조각식 또는 차등적인 평면층 또는 시이트로서 정의된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 광 가이드의 상면 및 하면(즉, 대향면)에 의해 경계된 2개의 실질적으로 직교하는 방향으로 광을 안내하도록 구성된 광 가이드로서 정의된다. 또한, 본원의 정의에 의해, 상면 및 하면은 모두 서로 분리되어 있고, 적어도 차등 감각으로 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 플레이트 광 가이드의 임의의 차등적으로 작은 섹션 내에서, 상면 및 하면은 실질적으로 평행 또는 공면이다.
일부 실시예에서, 플레이트 광 가이드는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한된다), 따라서 플레이트 광 가이드는 평면 광 가이드이다. 다른 실시예에서, 플레이트 광 가이드는 1차원 또는 직교하는 2차원에서 만곡될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드는 단일 차원에서 만곡되어 원통 형상 플레이트 광 가이드를 형성할 수 있다. 그러나, 임의의 곡률은 전반사가 광을 안내하기 위해 플레이트 광 가이드 내에 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본원에 설명된 다양한 실시예에 따라, 회절 격자(예를 들어, 멀티빔 회절 격자)는 광 가이드(예를 들어, 플레이트 광 가이드)로부터 광을 광빔으로서 산란시키거나 커플링-아웃하기 위해 채용될 수 있다. 본원에서, "회절 격자"는 일반적으로 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 피처(즉, 회절 피처)로서 정의된다. 일부 예에서, 복수의 피처는 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자의 복수의 피처(예를 들어, 재료 표면의 복수의 홈)는 1차원(1-D) 어레이로 배열될 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 피쳐의 2차원(2-D) 어레이일 수 있다. 회절 격자는 예를 들어, 재료 표면 상의 범프 또는 홀의 2-D 어레이일 수 있다.
이와 같이, 본원에 정의에 의해, '회절 격자'는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 광이 광 가이드로부터 회절 격자에 입사한다면, 제공된 회절 또는 회절 산란은 회절 격자가 회절에 의해 광 가이드로부터 광을 커플링-아웃할 수 있는 점에서 '회절 결합'을 초래할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절(즉, 회절 각)에 의해 광의 각도를 재지향시키거나 변화시킨다. 특히, 회절 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 회절 격자에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 다른 전파 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전파 방향의 변화를 본원에서 회절 재지향이라 한다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 피처를 포함하는 구조인 것으로 이해될 수 있으며, 광이 광 가이드로부터 입사한다면, 회절 격자는 또한 광 가이드로부터의 광을 회절적으로 커플링-아웃할 수 있다.
또한, 본원의 정의에 의해, 회절 격자의 피처는 '회절 피처'라 지칭되며, 표면(즉, '표면'은 2개의 재료 사이의 경계라 지칭한다)에, 내, 위에 중 하나 이상일 수 있다. 표면은 플레이트 광 가이드의 표면일 수 있다. 회절 피처는 홈, 리지, 홀 및 범프 중 하나 이상을 포함하지만, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조 중 임의의 것을 포함할 수 있으며, 이들 구조는 표면에, 내 및 위 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면에 복수의 평행한 홈을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 리지를 포함할 수 있다. 회절 피처(홈, 리지, 홀, 범프, 등이든 간에)은 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들면 바이너리 회절 격자), 삼각형 프로파일, 및 톱니 프로파일(예를 들면 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 회절을 제공하는 임의의 다양한 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다.
본원에 정의에 의해, '멀티빔 회절 격자'는 복수의 광빔을 포함하는 커플링-아웃된 광을 생성하는 회절 격자이다. 또한, 멀티빔 회절 격자에 의해 생성된 복수의 광빔은 본원에 정의에 의해 서로 다른 주 각도 방향을 갖는다. 특히, 정의에 의해, 복수의 광빔은 멀티빔 회절 격자에 의한 회절성 결합 및 입사광의 회절 재지향의 결과로서 복수의 광빔의 또 다른 광빔과는 상이한 소정의 주 각도 방향을 갖는다. 복수의 광빔은 광 필드를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 광빔은 8개의 상이한 주 각도 방향을 갖는 8개의 광빔을 포함할 수 있다. 조합된 8개의 광빔(즉, 복수의 광빔)은 예를 들어 광 필드를 나타낼 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 다양한 광빔의 상이한 주 각도 방향은 격자 피치 또는 간격과 멀티빔 회절 격자에 입사하는 광의 전파 방향에 대한 각각의 광빔의 원점에서의 멀티빔 회절 격자의 회절 피처의 방위 또는 회전과의 조합에 의해 결정된다.
특히, 멀티빔 회절 격자에 의해 생성된 광빔은 본원에 정의에 의해 각도 성분 {θ, φ}에 의해 주어진 주 각도 방향을 갖는다. 각도 성분(θ)은 본원에서 광빔의 '고도 성분' 또는 '앙각'으로서 지칭된다. 각도 성분(φ)는 본원에서 광빔의 '어지무스 성분' 또는 '어지무스 각'이라 지칭된다. 정의에 의해, 고도 각(θ)은 수직면(예를 들어, 멀티빔 회절 격자의 평면에 수직인)에서의 각도이고, 어지무스 각(φ)은 수평면에서의 각이다(예를 들어, 멀티빔 회절 격자 평면에 평행한). 도 1은 본원에 설명된 원리의 예에 따라, 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔(10)의 각도 성분(θ, φ)을 도시한다. 또한, 광빔(10)은 본원에 정의에 의해 특정 지점으로부터 방출되거나 나온다. 즉, 정의에 의해, 광빔(10)은 멀티빔 회절 격자 내 특정 원점과 연관된 중앙 광선을 갖는다. 도 1은 또한 광빔의 원점(O)을 도시한다. 입사광의 예시적 전파 방향은 굵은 화살표(12)를 사용하여 도 1에 도시된다.
다양한 실시예에 따라, 멀티빔 회절 격자의 특성 및 이의 특징은, 광빔의 각도 방향성 및 하나 이상의 파장에 대한 멀티빔 회절 격자의 파장 또는 색 선택도 중 하나 또는 모두를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 각도 방향성 및 파장 선택성을 제어하기 위해 사용될 수 있는 특성은 격자 길이, 격자 피치(피처 간격), 피처의 형상, 피처의 크기(예를 들어, 홈 또는 릿지 폭), 및 격자의 방위를 포함하는데, 그러나 이것으로 제한되지 않는다. 일부 예에서, 제어에 사용되는 다양한 특성은 광빔의 원점 부근에 국부적 인 특성일 수 있다.
본원에 기재된 다양한 실시예에 따라, 회절 격자(예를 들어, 멀티빔 회절 격자)에 의해 광 가이드로부터 커플링-아웃된 광은 전자 디스플레이의 픽셀을 나타낸다. 특히, 상이한 주 각도 방향을 갖는 복수의 광빔을 생성하기 위한 멀티빔 회절 격자를 갖는 광 가이드는, 무안경 '3차원(3D) 전자 디스플레이와 같은(멀티뷰 또는 '홀로그래픽' 전자 디스플레이 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이라고도 하는), 그러나 이것으로 제한되지 않는, 전자 디스플레이의 백라이트의 일부일 수 있고 또는 이와 함께 사용될 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자를 사용하여 광 가이드로부터 안내 광을 커플링-아웃함으로써 생성된 상이하게 지향된 광빔은 3D 전자 디스플레이의 '3D 픽셀'일 수 있거나 표현할 수 있다. 또한, 3D 픽셀은 3D 전자 디스플레이의 상이한 3D 뷰 또는 3D 뷰 각도에 대응한다.
본원에서, "콜리메이트" 반사기는 콜리메이트 반사기(예를 들어, 콜리메이트 미러)에 의해 반사된 광을 콜리메이트하도록 구성된 곡선 형상을 갖는 반사기로서 정의된다. 예를 들어, 콜리메이트 반사기는 포물선 곡선 또는 형상을 특징으로하는 반사면을 가질 수 있다. 다른 예에서, 콜리메이트 반사기는 형상 포물선 반사기를 포함할 수 있다. '형상 포물선'은 소정의 반사 특징(예를 들어, 콜리메이트 정도)을 달성하기 위해 결정된 방식으로 형상 포물선 반사기의 곡면 반사면이 '실제' 포물선 곡선으로부터 벗어난 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 콜리메이트 반사기는 연속적인 반사기(즉, 실질적으로 매끄러운 연속적인 반사면을 갖는)일 수 있는 반면, 다른 실시예에서 콜리메이트 반사기는 광 콜리메이트를 제공하는 프레넬 반사기 또는 프레넬 미러를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 콜리메이트 반사기에 의해 제공되는 콜리메이트 량은 실시예마다 소정의 정도 또는 양으로 다를 수 있다. 또한, 콜리메이트 반사기는 2개의 직교 방향(예를 들어, 수직 방향 및 수평 방향) 중 하나 또는 둘 다에서 콜리메이트를 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 콜리메이트 반사기는 일부 실시예에 따라 2개의 직교 방향 중 하나 또는 둘 모두에서 포물선 형상을 포함할 수 있다.
본원에서, '광원'은 광원(예를 들어, 광을 방출하는 장치 또는 디바이스)으로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화될 때 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 본원에서 광원은 실질적으로 임의의 광원일 수 있거나, 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 폴리머 발광 다이오드, 플라스마 기반의 광학 이미터, 형광 램프, 백열 램프, 사실상 임의의 다른 광원 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 광학 이미터일 수 있다. 광원에 의해 생성된 광은 색을 가질 수 있고, 혹은 특정 파장의 광을 포함할 수 있다. 이와 같이, '상이한 색의 복수의 광원'은 복수의 광원 중 적어도 하나의 다른 광원에 의해 생성된 광의 색 또는 파장과는 상이한 색 또는 등가적으로 파장을 갖는 광을 광원 중 적어도 하나가 생성하는, 광원 세트 또는 그룹으로서 본원에서 명시적으로 정의된다. 또한, '상이한 색의 복수의 광원'은 복수의 광원 중 적어도 2개의 광원이 상이한 색의 광원(즉, 적어도 2개의 광원들 사이에서 상이한 광의 색을 생성하는)인 한, 동일하거나 실질적으로 유사한 색의 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 따라서, 본원에 정의에 의해, 상이한 색의 복수의 광원은 제1 색의 광을 생성하는 제1 광원 및 제1 색과는 상이한 제2 색을 생성하는 제2 광원을 포함할 수 있다.
또한, 본원에서 사용된 바와 같이, 관사 "a"는 특허 분야에서 보통의 의미, 즉"하나 이상"을 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, '격자'는 하나 이상의 격자를 의미하며, 따라서 '격자'는 본원에서 '격자(들)'를 의미한다. 또한, 본원에서 '상부', '하부', '상측', '하측', '위', '아래', '앞', '뒤', '제1', '제2', '좌측' 또는 '우측'이라는 언급은 본원에서 제한하려는 것이 아니다. 본원에서, 값에 적용될 때 '약'이라는 용어는 일반적으로 달리 명시적으로 특정되지 않는한, 값을 생성하기 위해 사용된 장비의 허용오차 범위 내를 의미하거나, 플러스 또는 마이너스 10 %, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 또는 플러스 또는 마이너스 1%를 의미할 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 용어 '실질적으로'는 대부분, 또는 거의 전부 또는 전부 또는 약 51% 내지 약 100%의 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본원의 예는 단지 예시적인 것으로 의도되며, 논의 목적을 위해 제시된 것이지 제한하기 위한 것은 아니다.
일부 실시예에 따라, 이중-방향 광학 콜리메이터가 제공된다. 도 2a는 본원에 설명된 원리의 일 실시예에 따라, 예에서 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 사시도를 도시한다. 도 2b는 본원에 설명된 원리의 실시예에 따라, 예에서 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 평면도를 도시한다. 도 2c는 본원에 설명된 원리의 일 실시예에 따라, 도 2b에 도시된 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 2c에 도시된 단면이 도 2b에 도시되었다. 다양한 실시예에 따라, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 적어도 2개의 상이한 방향으로 또는 그에 대해 수신된 광을 콜리메이트하도록 구성된다.
특히, 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 광(102)을 수신하도록 구성된다. 일부 예에서, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)에 의해 수신된 광(102)은 실질적으로 언콜리메이트된 광일 수 있다. 예를 들어, 광(102)은 실질적으로 언콜리메이트된 광원(도시되지 않음)에 의해 제공될 수 있고 이에 따라 그로부터 수신될 수 있다. 다른 예에서, 수신된 광(102)은 부분적으로 콜리메이트된 광일 수 있다(예를 들어, 렌즈를 포함하거나 일부 다른 부분적 콜리메이트 수단을 사용하는 광원에 의해 제공된다).
도 2a-도 2c에 도시된 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는, 수신된 광(102)을 콜리메이트하고 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력에서(예를 들어, 출력 포트, 출력 평면, 출력 표면, 등) 콜리메이트된 광(104)을 제공하도록 구성된다. 이중-방향 광학 콜리메이터 출력에 제공된 콜리메이트된 광(104)은 다양한 실시예에 따라, 적어도 2개의 방향으로 콜리메이트 또는 적어도 실질적으로 콜리메이트된다. 이와 같이, 콜리메이트된 광(104)은 '이중-방향' 콜리메이트된 광(104)이라 지칭될 수 있다.
특히, 이중-방향 콜리메이트된 광(104)은, 본원에 정의에 의해, 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 전파 방향에 일반적으로 직교하는 두 방향으로 콜리메이트된다. 또한, 정의에 의해, 2개의 콜리메이트 방향은 서로 상호 직교한다. 예를 들어, 이중-방향 콜리메이트된 광(104)은 수평 방향(예를 들어, x-y 평면)으로 또는 이에 관하여 그리고 또한 수직 방향(예를 들어, z-방향)으로 또는 그에 관하여 콜리메이트될 수 있다. 본원에서, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)에 의해 제공되는 이중-방향 콜리메이트된 광(104)은 제한이 아닌 예로서, 수평으로 및 수직으로 둘 다로 콜리메이트되는 것으로서 또는 등가적으로 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 콜리메이트된 것을 지칭한다(즉, 수평 및 수직 방향은 예를 들어 임의의 기준 프레임에 대해 결정될 수 있다).
또한, 다양한 실시예에 따라, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 이중-방향 광학 콜리메이터 출력에서 비제로 전파 각도로 이중-방향 콜리메이트된 광(104)을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 비제로 전파 각도는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 수평면에 대한 혹은 그에 대해 정의된 각도일 수 있다. 본원에 정의된 바와 같이, '비제로 전파 각도'는 평면(예를 들어, 수평 또는 x-y 평면) 또는, 본원에 기술된 바와 같이, 등가적으로 광 가이드의 표면에 대한 각도이다. 일부 예에서, 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 비제로 전파 각도는 약 10도 내지 약 50도 또는 일부 예에서 약 20도 내지 약 40도(40도), 또는 약 25도 내지 약 35도 사이일 수 있다. 예를 들어, 비제로 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예에서, 비제로 전파 각도는 약 20도 또는 약 25도 또는 약 35도일 수 있다. 또한, 일부 실시예에 따라, 비제로 전파 각도는 0보다 크고 후술하는 바와 같이 광 가이드 내에서 전반사의 임계각보다 작다.
도 2a-도 2c에 도시된 바와 같이, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 수직 콜리메이터(110)를 포함한다. 수직 콜리메이터(110)는 수직 방향(즉, z-방향)으로 광을 콜리메이트하게 구성된다. 도 2c는 본원의 원리의 실시예에 따른 예에서 수직 콜리메이터(110)의 단면도를 도시한다. 또한 도 2c는 예를 들어 수직 콜리메이터(110)의 입력에서 수직 콜리메이터(110)에 진입하는 화살표로서 수신된 광(102)을 도시한다. 수직 방향으로 콜리메이트된 후에 '수직으로' 콜리메이트된 광(104')으로서 수직 콜리메이터(110)에 진입하는 광은 또한 도 2c에 다른 화살표(즉, 도 2b-도 2c에서 점선 화살표)로서 도시되었다. 다양한 실시예에 따라, 수직 콜리메이터(110)는 콜리메이트 광학 반사기, 콜리메이트 렌즈 및 콜리메이트를 제공하도록 구성된 회절 격자를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 콜리메이터 유형 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
특히, 도 2c에 도시된 바와 같이, 수직 콜리메이터(110)는 포물선 형상을 갖는 광학 반사기(112)를 포함할 수 있다. 광학 반사기(112)의 포물선 형상은 수직-방향 콜리메이트를 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 광학 반사기(112)의 포물선 형상은 소위 '순전히' 포물선 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 반사기(112)의 포물선 형상은 광학 반사기(112)의 콜리메이트 특성을 향상시키거나 트위크하기 위해 조정, 최적화 또는 아니면 '형상화'될 수 있다. 예를 들어, 광학 반사기(112)의 포물선 형상은 일부 지향성 왜곡 또는 부분적(비록 이상적이지 않거나 바람직하지 않더라도) 콜리메이트를 포함하는 광원으로부터 수신된 광(102)의 수직 콜리메이트를 최적화하기 위해 형상화된 포물선 반사기로서 트위크될 수 있다. 이와 같이, 광학 반사기(112)는 '형상화된' 포물선 반사기(112)라 지칭 될 수 있다. 또한, 형상화된 포물선 반사기(112)는 수직 방향(예를 들어, 수직 콜리메이트를 제어 또는 최적화하기 위해) 및/또는 수직 방향 모두에서 형상화되거나 형상이 최적화될 수 있다. 예를 들어, 수직 방향으로 형상화된 것 이외에, 형상화된 포물선 반사기(112)는 수직 방향으로 수직으로 콜리메이트된 광(104')의 분포(예를 들어, 폭 또는 확산(spread))의 제어를 결정하거나 제공하도록 수평 방향으로 형상-최적화될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본원에서 설명을 용이하게 하기 위해, 적절한 이해를 위해 명시적인 구별이 필요하지 않는 한, 광학 반사기(112)가 순수히 포물선 형상을 가졌든 아니든 광학 반사기는 형상화된 포물선 반사기(112)이다.
또한, 일부 실시예(예컨대, 도 2c에 도시된 바와 같이)에서, 수직 콜리메이터(110)의 광학 반사기(112)는 경사각을 포함할 수 있다(즉, 광학 반사기(112)는 경사각으로 기울어질 수 있다). 경사각은 수직으로 콜리메이트된 광(104')의 비제로 전파 각도를 제공하고, 연장하여, 이중-방향의 콜리메이트된 광(104)의 비제로 전파 각도(또는 적어도 그 일부)를 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 광학 반사기(112) 자체가 기울어질 수도 있다. 일부 예에서, 경사각은 광학 반사기(112) 자체의 실제 또는 물리적 틸팅 대신에 또는 그에 추가하여, 형상 포물선 반사기(112)의 '형상화'에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 경사각은 광학 반사기(112)의 포물선의 초점에 대해 수신된 광(102)을 제공하는 광원의 위치 시프트에 의해 제공될 수 있다. 또한, 또 다른 유형의 콜리메니터(콜리메이트 렌즈 또는 회절 격자)가 채용될 때, 다른 실시예에 따라, 다른 콜리메이터 유형은 경사각을 제공하게 "경사질" 수 있다.
도 3은 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 경사를 갖는 광학 반사기의 개략도를 도시한다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 반사기(112)는 비제로 전파 각(θ')을 갖는 수직으로 콜리메이트된 광(104')에 대응하는 또는 이를 제공하도록 구성된 경사각으로 하향 경사진다. 도 3은 또한 비제로 전파 각도(θ')가 정의되는 수평 평면(H)을 나타내는 점선을 도시한다. 또한, 도 3은 경사진 광학 반사기(112)의 경사각(θ')을 보이기 위해 경사지지 않은 예시적 광학 반사기(112')를 또 다른(예를 들어, 굵은) 점선을 사용하여 도시한다. 도시된 바와 같이, 경사진 광학 반사기(112)의 경사각(θ') 및 비제로 전파 각도(θ')은 제한이 아닌 예로서, 서로 동일함에 유의한다. 광학 반사기(112)의 초점(F)의 근방에서 광원으로부터 수신된 광(102)은 광학 반사기(112)에 입사하는 발산 광선 쌍(즉, 실선 화살표)으로서 도 3에 도시된다. 마찬가지로, 광학 반사기(112)에서 나가는 수직으로 콜리메이트된 광(104')은 서로 실질적으로 평행한 한쌍의 광선(즉, 점선 화살표)으로서 도시되었다. 또한, 수직으로 콜리메이트된 광선(104')은 광학 반사기 경사각에 의해 제공된 비제로 전파 각(θ')을 갖는 것으로서 도시되었다.
다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 수평 콜리메이터(120)를 더 포함한다. 수평 콜리메이터(120)는 수직 방향(즉, 도시된 바와 같이 z-방향)에 실질적으로 직교하는 수평 방향(즉, 도시된 바와 같이 x-y 평면)으로 광을 콜리메이트하게 구성된다. 다양한 실시예에 따라, 수평 콜리메이터(120)는 수직 콜리메이터(110)로부터 수직으로 콜리메이트된 광(104')을 수신하도록 위치된다. 특히, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수평 콜리메이터(120)는 수직 콜리메이터(110)의 출력에 인접하여 위치된다. 수평 콜리메이터(120)는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력에서 이중-방향 콜리메이트된 광(104)을 제공하기 위해 수직 콜리메이터(110)로부터의 수직으로 콜리메이트된 광(104')을 수평으로 콜리메이트하도록 구성된다.
도 2b는 수직 콜리메이터(110)에서 나가 수평 콜리메이터(120)에 가해지는 광선(즉, 점선 화살표)으로서 수직 콜리메이트된 광(104')을 도시하는 수평 콜리메이터(120)의 평면도를 도시한다. 이중-방향 콜리메이트된 광(104)(즉, 수평 및 수직 콜리메이트된)으로서 수평 콜리메이터(120)에서 나가는 광은 수평 콜리메이터(120)로부터 멀리 전파하는 복수의 실질적으로 평행한 광선으로서 도시된다. 다양한 실시예에 따라, 수평 콜리메이터(120)는 콜리메이트 광학 반사기, 콜리메이트 렌즈, 및 콜리메이트를 제공하도록 구성된 회절 격자를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 콜리메이터 유형 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
특히, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수평 콜리메이터(120)는 포물선 형상을 갖는 광학 반사기(122)를 포함할 수 있다. 광학 반사기(122)의 포물선 형상은 수평 방향 콜리메이트를 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 수직 콜리메이터(110)의 광학 반사기(112)에서와 같이, 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)의 포물선 형상은 소위 '순수하게' 포물선 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 포물선 형상은 광학 반사기(122)의 콜리메이트 특성을 향상시키거나 트위크하도록 조정, 최적화 또는 아니면 '형상화'될 수 있다. 예를 들어, 광학 반사기(122)의 포물선 형상은 수직 콜리메이터(110)로부터 수신된 수직으로 콜리메이트된 광(104')의 수평 콜리메이트를 최적화하기 위해 형상 포물선 반사기로서 트위크될 수 있다. 특히, 트위크된 포물선 광학 반사기(122)는 수직으로 콜리메이트된 광(104 ')에서 일부 지향성 왜곡 또는 다른 비이상적이거나 바람직하지 않은 콜리메이트 아티팩트를 수평적으로 콜리메이트하도록 최적화될 수 있다. 이와 같이, 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)는 '형상화된' 포물선 반사기(122)라 지칭될 수 있다. 명확한 구분이 적절한 이해를 위해 필요한 경우가 아닌한, 광학 반사기(122)가 순수한 포물선 형상을 가졌든 아니면 형상 포물선 반사기(122)이든 간에, 본원에서 용이한 설명을 위해, 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)는 일반적으로 '포물선 형상'을 갖는 것으로서 언급된다.
또한, 일부 실시예(도시되지 않음)에서, 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)는 경사각을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 경사각은 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 비제로 전파 각도를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 경사각은 수직 콜리메이터(110)에 의해 제공된 비제로 전파 각도의 일부를 증가시키기 위해 비제로 전파 각도의 일부를 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 광학 반사기(122) 자체 또는 등가적으로 광학 반사기(122)의 포물선 형상은 경사질 수 있다. 일부 예에서, 경사각은 광학 반사기(122)의 실제 또는 물리적 경사 대신에 또는 그에 추가하여, 형상 포물선 반사기(122)의 '형상화'에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 경사각은 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)의 포물선의 초점에 대한 수직 콜리메이터(110)의 위치 시프트에 의해 제공될 수 있다. 또한, 다른 유형의 콜리메이터(예를 들어, 콜리메이트 렌즈 또는 회절 격자)가 채용될 때, 다른 실시예에 따라, 다른 콜리메이터 유형은 경사각을 제공하도록 '경사질' 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 수평 콜리메이터(120)는 출력 애퍼처를 가로질러 실질적으로 균일한 분포를 갖는 이중-방향 콜리메이트된 광(104)을 제공하도록 구성된다. 특히, 광학 반사기(122)는 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 출력 애퍼처를 스팬할 수 있다.
일부 실시예에서, 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)는 복수의 서브-반사기(122')를 포함할 수 있다. 특히, 서브-반사기(122')는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하도록 조합되어 구성될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 각각의 서브-반사기(122')는 포물선-형상의 반사 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 반사기(122)는 프레넬 반사기일 수 있다.
도 4a는 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 4a는 복수의 서브-반사기(122')를 갖는 프레넬 반사기로서 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)를 도시한다. 수직 콜리메이터(110)는 이중-방향 콜리메이트된 광(104)과 함께 도 4a에 도시되었다.
도 4b는 본원에 설명된 원리에 일관된 다른 실시예에 따라, 예에서 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 4b는 복수의 수직 콜리메이터(110)와 함께 복수의 서브-반사기(122')를 갖는 수평 콜리메이터(120)를 포함하는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)를 도시한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 수평 콜리메이터 서브-반사기의 제1 서브-반사기(122'a)는 수평 콜리메이터(120)의 제1 에지(120a)에 위치된 복수의 수직 콜리메이터의 제1 수직 콜리메이터(110a)로부터 수직 콜리메이트된 광(104')을 수신하도록 구성된다. 또한, 복수의 수평 콜리메이터 서브-반사기의 제2 서브-반사기(122'b)는 수평 콜리메이터(120)의 제2 에지(120b)에 위치된 복수의 수직 콜리메이터의 제2 수직 콜리메이터(110b)로부터 수직 콜리메이트된 광(104')을 수신하도록 구성된다. 제2 에지(120b)는, 도시된 바와 같이, 수평 방향에 대응하는 수평면에서 제1 에지(120a)에 대향한다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 예시적 광선은 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력 애러처에서 나가는 것으로서 도시되었다.
도 4c는 본원에 설명된 원리에 일관된 또 다른 실시예에 따라, 예에서 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 4c는 복수의 수직 콜리메이터(110)와 함께 복수의 서브-반사기(122')를 갖는 수평 콜리메이터(120)를 포함하는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)를 도시한다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 복수의 서브-반사기의 제1 서브-반사기(122'a)는 제1 서브-반사기(122'a)에 대향하는 수평 콜리메이터(120)의 제2 에지(120b)에 위치된 복수의 수직 콜리메이터의 제1 수직 콜리메이터(110b)로부터 수직 콜리메이트된 광(104')을 수신하도록 구성된다. 또한, 복수의 서브-반사기의 제2 서브-반사기(122'b)는 도 4c에 도시된 바와 같이, 제2 서브-반사기(122'a)에 대향하는 제1 에지(120a)에 위치된 복수의 수직 콜리메이터의 제2 수직 콜리메이터(110a)로부터 수직 콜리메이트된 광(104')을 수신하도록 구성된다. 즉, 도 4c의 서브-반사기(122'a, 122'b)는 도 4b에 도시된 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 비교하여 수평 콜리메이터(120)의 각각의 대향 에지로부터 수직 콜리메이트된 광(104')을 수신하도록 구성된다. 또한, 도 4c의 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 도 4c에 더 도시된 바와 같이, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력 애퍼처에 이중-콜리메이트된 광(104)을 제공하도록 구성된다.
명시적으로 도시되지는 않았지만, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)는 2개 이상의 서브-반사기(122')를 갖는 서브-반사기를 포함할 수 있다. 유사하게, 수직 콜리메이터(110)는 2개 이상의 개별적 수직 콜리메이터(110)를 포함하는 복수의 수직 콜리메이터(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4a-도 4c의 2개의 서브-반사기(122', 122'a, 122'b) 각각은 2개 이상의 서브-반사기(예를 들어, 복수의 서브-반사기)로 더 분할될 수 있다. 또한, 2개 이상의 개별적 수직 콜리메이터(110)를 포함하는 복수의 수직 콜리메이터(110)는 2개 이상의 서브-반사기(예를 들어, 각각의 서브-서브-반사기에 대해 하나의 수직 콜리메이터)에 수직 콜리메이트된 광(104')을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 수직 콜리메이트된 광(104')의 상이한 색을 수평 콜리메이터(120)의 광학 반사기(122)(즉, 서브-반사기(122')를 포함하는)에 제공하기 위해 수신된 광(102)의 상이한 색들에 대해 상이한 수직 콜리메이터(110)가 채용될 수 있다.
특히, 다수의 상이한 서브-반사기/수직 콜리메이터 구성 중 임의의 것이 본원에 설명된 원리의 범위를 벗어나지 않고 채용될 수 있다. 또한, 다양한 상이한 서브-반사기/수직 콜리메이터 구성의 사용은 일부 실시예에 따라, 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 증가된 밝기(예를 들어, 복수의 광원을 사용함)를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 출력 애퍼처에 걸쳐 이중-방향 콜리메이트된 광(104)의 스캐닝을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 수직 콜리메이터(110) 및 수평 콜리메이터(120) 중 하나 또는 둘 모두는 실질적으로 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 또한, 수직 콜리메이터(110)와 수평 콜리메이터(120) 사이 및 수평 콜리메이터(120)와 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 출력 애퍼처 사이의 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 부분은 일부 실시예에서, 실질적으로 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들면, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 중합체(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트, 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 임의의 다양한 유전체 재료를 포함하거나 이들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 수직 콜리메이터(110) 및 수평 콜리메이터(120) 중 하나 또는 둘 모두는 포물선 형상의 표면을 갖도록 형성된 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 그러면, 포물선 형상의 표면은 예를 들어, 광학 반사기(112, 122)를 제공하기 위해 금속화되거나 아니면 반사 재료로 코팅될 수 있다. 포물선 형상의 표면(들)을 코팅하기 위해 사용되는 반사 재료는 예를 들어, 알루미늄, 크롬, 니켈, 은 및 금을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 일부 실시예에 따라, 수직 콜리메이터(110)는 수평 콜리메이터(120)의 재료와 일체형이고 이를 포함할 수 있다. 도 2a는 공통의 광학적으로 투명한 재료로 형성된 일체형 수직 및 수평 콜리메이터(110, 120)를 갖는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)를 제한이 아닌 예로서 도시한다.
일부 실시예에서, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 재료는 전반사에 의해 광을 안내하는 광 가이드로서의 역할을 할 수 있다. 광 가이드는 일부 실시예에 따라 수직 콜리메이터(110)와 수평 콜리메이터(120) 사이에서 광을 안내할 수 있다. 도 2c는 수직 콜리메이터(110)에 인접한 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 재료와 전반사를 사용하여 재료 외부의 다른 재료(예를 들어 공기) 사이의 계면에서 반사되는 수직 콜리메이트된 광(104')을 도시한다. 도시된 반사는 수평 콜리메이터(120)를 향한 방향(도 2c에 도시되지 않음)에서 수직 콜리메이터(110)의 광학 반사기(112)로부터 도 2c에 도시된 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 일부분 내에 수직 콜리메이트된 광(104')의 안내를 나타낸다. 일부 실시예에서(예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이), 재료는 또한 수평 콜리메이터(120)(예를 들어, 광학 반사기(122))로부터 출력 애퍼처로 연장될 수 있다. 재료는 수직 콜리메이트된 광(104') 및 이중-방향 콜리메이트된 광(104)을 출력 애퍼처로 안내하기 위한 광 가이드로서 구성된다.
본원에 설명된 원리의 일부 실시예에 따라, 이중-방향 콜리메이트를 사용하는 백라이트가 제공된다. 도 5a는 본원에 설명된 원리의 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 백라이트(200)의 평면도를 도시한다. 도 5b는 본원에 설명된 원리의 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 백라이트(200)의 단면도를 도시한다. 도 5a-도 5b에 도시된 바와 같이, 백라이트(200)는 이중-방향 광학 콜리메이터(210)를 포함한다.
일부 실시예에서, 이중-방향 광학 콜리메이터(210)는 전술한 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 이중-방향 광학 콜리메이터(210)는 수직 콜리메이터(212) 및 수평 콜리메이터(214)를 포함하며, 이들 각각은 이중-방향 광학 콜리메이터(100)의 수직 콜리메이터(110) 및 수평 콜리메이터(120) 각각과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도 5a의 이중-방향 광학 콜리메이터(210)와 관련된 점선 아웃라인은 도 4b에 도시된 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 유사할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 이중-방향 광학 콜리메이터(210)는 도 5b에 도시된 광(202)을 수신하고(예를 들어, 후술하는 광원(230)으로부터), 이중-방향 광학 콜리메이터(210)의 출력에서 이중-방향 콜리메이트된 광(204)을 제공한다. 또한, 수평 x-y 평면에 대해 비제로 전파 각도를 갖는 이중-방향 콜리메이트된 광(204)이 제공된다.
도 5a-도 5b에 도시된 바와 같이, 백라이트(200)는 이중-방향 광학 콜리메이터(210)의 출력에 결합된(예를 들어, 광학적으로 결합된) 플레이트 광 가이드(220)를 더 포함한다. 플레이트 광 가이드(220)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 비제로 전파 각도에서 이중-방향 콜리메이트된 광(204)을 수신하여 안내하도록 구성된다. 다양한 실시예에 따라, 플레이트 광 가이드(220)는 플레이트 광 가이드(220)의 표면으로부터 안내된 이중-방향 콜리메이트된 광(204)의 일부를 방출하도록 추가로 구성된다. 도 5b에서, 방출된 광(206)은 플레이트 광 가이드 표면으로부터 멀어져 확장하는 복수의 광선(화살표)으로서 도시되었다.
일부 실시예에서, 플레이트 광 가이드(220)는 실질적으로 광학적으로 투명한 유전체 재료의 연장된 평면 시트를 포함하는 슬랩 또는 플레이트 광학 도파로일 수 있다. 유전체 재료의 평면 시트는 전반사를 사용하여 안내된 광빔(204)으로서 이중-방향 광학 콜리메이터(210)로부터 이중-방향 콜리메이트된 광(204)을 안내하도록 구성된다. 유전체 재료는 유전체 광 도파로를 둘러싸는 매질의 제2 굴절률보다 큰 제1 굴절률을 가질 수 있다. 굴절률의 차이는, 예를 들어, 플레이트 광 가이드(220)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 안내 광빔(204)의 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
다양한 실시예에 따라, 플레이트 광 가이드(220)의 실질적으로 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들면, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 중합체(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트, 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 임의의 다양한 유전체 재료를 포함하거나 이들로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트 광 가이드(220)는 플레이트 광 가이드(210)(도시되지 않음)의 표면(예를 들어, 상면 및 하면 중 하나 또는 둘 모두)의 적어도 일부분 상에 클래딩 층을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 클래딩 층은 전반사를 더욱 용이하게 하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서(예를 들어, 도 5a에 도시 된 바와 같이), 플레이트 광 가이드(220)는 이중-방향 광학 콜리메이터(210)에 일체될 수 있다. 특히, 플레이트 광 가이드(220) 및 이중-방향 광학 콜리메이터(210)는 동일한 재료로부터 형성될 수 있고 따라서 이를 포함한다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드(220)는 수평 콜리메이터와 이중-방향 광학 콜리메이터(210)의 출력 애퍼처 사이에서 연장되거나 연결하는 광 가이드의 연장일 수 있다. 다른 실시예에서(예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이), 이중-방향 광학 콜리메이터(210) 및 플레이트 광 가이드(220)는 분리되어 있고, 이들의 결합(예를 들어, 광학적 결합 및 기계적 결합 중 하나 또는 둘 다)은 아교 또는 접착층, 또 다른 계면 재료 또는 심지어 출력 애퍼처와 플레이트 광 가이드(220)의 입력 사이에 공기에 의해 제공된다. 예를 들어, 이중-방향 광학 콜리메이터(210)는 중합체 또는 플라스틱 재료를 포함할 수 있고, 플레이트 광 가이드(220)는 유리를 포함할 수 있다. 이중-방향 광학 콜리메이터(210) 및 플레이트 광 가이드(220)는, 예를 들어 도 5b에 도시된 바와 같이, 적절한 접착층(222)(예를 들어, 광학적으로 매칭된 아교)을 사용하여 서로 부착될 수 있다.
일부 실시예에 따라, 백라이트(200)는 광원(230)을 더 포함할 수 있다. 광원(230)은 이중-방향 광학 콜리메이터(210)에 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 광원(230)은 이중-방향 광학 콜리메이터(210)의 수직 콜리메이터(212)에 인접하여(예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 아래에) 위치되고, 수신된 광(202)으로서 수직 콜리메이터(212)의 입력에 광(202)을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 광원(230)은 하나 이상의 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 실질적으로 임의의 광원을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 광원(230)은 특정 색으로 표시된 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색의 광을 생성하도록 구성된 광학 이미터를 포함할 수 있다. 특히, 단색광의 색은 특정 색 공간 또는 색 모델(예를 들어, 적-녹-청(RGB) 색 모델)의 원색일 수 있다.
일부 실시예에서, 광원(230)은 상이한 색의 광(즉, '상이한 색'의 광원)을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광원을 포함할 수 있다. 상이한 광원은 예를 들어, 서로 오프셋될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 상이한 광원들의 오프셋은, 상이한 색의 광 각각에 대응하는 이중-방향 콜리메이트된 광(204)의 상이한, 색-특정의 비제로 전파 각도를 제공하도록 구성될 수 있다. 특히, 오프셋은 예를 들어 이중-방향 콜리메이터(210)에 의해 제공된 비제로 전파 각도에 추가의 비제로 전파 각도 성분을 추가할 수 있다.
도 5c는 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 백라이트(200)의 일부분의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 백라이트(200)의 부분은 도 2c에 도시된 이중-방향 콜리메이터 부분과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 도 5c는 복수의 상이한 광원을 포함하는 광원(230)과 함께 수직 콜리메이터(214)를 포함하는 백라이트(200)의 일부분을 도시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 광원(230)의 복수의 상이한 광원은 제1 색(예를 들어 적색)의 광을 제공하도록 구성된 제1 광원(232), 제2 색(예를 들어, 녹색)의 광을 제공하도록 구성된 제2 광원(234), 및 제3 색(예를 들어, 청색)의 광을 제공하도록 구성된 제3 광원(236)을 포함한다. 예를 들어, 광원(230)의 제1, 제2 및 제3 광원(232, 234, 236)은 각각 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 포함할 수 있다. 광원(230)의 상이한 광원(232, 234, 236) 각각은 도시된 바와 같이 서로 오프셋된다.
구체적으로, 상이한 광원(232, 234, 236)은 수직 콜리메이트된 광(204')의 전파 방향으로 서로 측방에서 오프셋된 것으로서 도 5c에 도시되었다. 그러면, 오프셋은 수직으로 콜리메이트된 광(204')으로서 수직 콜리메이터(214)에서 나갈 때 상이한 비제로 전파 각도를 갖는 상이한 광원(232, 234, 236)에 의해 생성된 광(202)을 초래한다. 도시된 광원(232, 234, 236) 각각은 상이한 색의 광을 생성하기 때문에, 수직으로 콜리메이트된 광(204')은 3개의 상이한 광빔을 포함하고, 각 광빔은 도 5c에 도시된 바와 같이, 상이한, 색에 특정한, 비제로 전파 각도를 갖는다. 도 5c에서, 상이한 라인 유형들(예를 들어, 점선, 실선, 등)은 광(202, 204')의 상이한 색을 나타냄에 유의한다.
일부 실시예(예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이)에 따라, 백라이트(200)는 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 멀티빔 회절 격자(240)를 더 포함할 수 있다. 멀티빔 회절 격자(240)는, 복수의 광빔(206)으로서 플레이트 광 가이드(220)로부터 안내된 이중-방향 콜리메이트된 광(204)의 일부분을 회절적으로 커플링-아웃하도록 구성된다. 복수의 광빔(206)(즉, 도 5b에 도시된 복수의 광선(화살표))은 방출된 광 (206)을 나타낸다. 다양한 실시예에서, 복수의 광빔의 광빔(206)은 복수의 광빔의 다른 광빔(206)의 주 각도 방향과는 다른 주 각도 방향을 갖는다.
일부 실시예에서, 멀티빔 회절 격자(240)는 멀티빔 회절 격자(240)의 멤버이거나 멀티빔 회절 격자(240)의 어레이에 배열된다. 일부 실시예에서, 백라이트(200)는 3차원(3D) 전자 디스플레이의 백라이트이고 광빔(206)의 주 각도 방향은 3D 전자 디스플레이의 뷰 방향에 대응한다.
도 6a는 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 멀티빔 회절 격자(240)를 갖는 백라이트(200)의 일부분의 단면도를 도시한다. 도 6b는 본원에 설명된 원리에 일관된 다른 실시예에 따라, 예에서 멀티빔 회절 격자(240)를 갖는 백라이트(200)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 6c는 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 멀티빔 회절 격자(240)를 포함하는 도 6a 또는 도 6b의 백라이트 부분의 사시도를 도시한다. 도 6a에 도시된 멀티빔 회절 격자(240)는 제한이 아닌 예로서, 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 홈을 포함한다. 도 6b는 플레이트 광 가이드 표면으로부터 돌출된 리지를 포함하는 멀티빔 회절 격자(240)를 도시한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(240)는 처프된 회절 격자이다. 특히, 회절 피처(240a)는 제1 단부(240')에서보다 멀티빔 회절 격자(240)의 제2 단부(240")에서 함께 더 가깝다. 또한, 도시된 회절 피처(240a)의 회절 간격(d)은 제1 단부(240')에서 제2 단부(240 ")까지 다양하다. 일부 실시예에서, 멀티빔 회절 격자(240)의 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형으로 변화하는 회절 간격(d)의 처프를 가질 수 있거나 또는 나타낼 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자(240)의 처프된 회절 격자는 '선형으로 처프된' 회절 격자라 지칭될 수 있다.
다른 실시예에서, 멀티빔 회절 격자(240)의 처프된 회절 격자는 회절 간격(d)의 비선형 처프를 나타낼 수 있다. 멀티빔 회절 격자를 실현하기 위해 사용될 수 있는 다양한 비선형 처프는, 다음으로 제한된 것은 아니지만, 지수 처프, 대수 처프, 또는 또 다른 실질적으로 비균일하거나 랜덤하지만 여전히 단조로운 방식으로 변화하는 처프를 포함한다. 정현파 처프 또는 삼각형 또는 톱니 처프와 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는, 비-단조 처프가 채용될 수도 있다. 이들 유형의 처프 중 임의의 조합이 또한 멀티빔 회절 격자(240)에서 사용될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(240)는 처프 및 곡선 둘 다인(즉, 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(240)는 곡선의 처프된 회절 격자이다) 플레이트 광 가이드(220)의 표면 내, 에 또는 위에 회절 피처(240a)(예를 들면, 홈 또는 리지)를 포함한다. 도 6a-도 6c에 굵은 화살표로 도시된 바와 같이, 플레이트 광 가이드(220)에서 안내된, 안내 광빔(204)은 멀티빔 회절 격자(240) 및 플레이트 광 가이드(220)에 대한 입사 방향을 갖는다. 또한, 플레이트 광 가이드(220)의 표면에서 멀티빔 회절 격자(240)로부터 멀리 가리키는 복수의 커플링-아웃된 또는 방출된 광빔(206)이 도시되었다. 도시된 광빔(206)은 복수의 상이한 소정의 주 각도 방향으로 방출된다. 특히, 방출된 광빔(206)의 상이한 소정의 주 각도 방향은 어지무스 및 고도 모두에서 상이하다(예를 들어, 광 필드를 형성하기 위해).
다양한 예에 따라, 회절 피처(240a)의 기정의된 처프 및 회절 피처(240a)의 곡선 모두는 방출된 광빔(206)의 각각의 복수의 상이한 소정의 주 각도 방향을 갖게 할 수 있다. 예를 들어, 회절 피처 곡선에 기인하여, 멀티빔 회절 격자(240) 내의 회절 피처(240a)는 플레이트 광 가이드(220) 내의 안내 광빔(204)의 입사 방향에 대해 가변하는 방위를 가질 수 있다. 특히, 멀티빔 회절 격자(240) 내의 제1 지점 또는 위치에서의 회절 피처(240a)의 방위는 안내된 광빔 입사 방향에 대한 다른 지점 또는 위치에서의 회절 피처(240a)의 방위와는 다를 수 있다. 커플링-아웃된 또는 방출된 광빔(206)에 관해서, 광빔(206)의 주 각도 방향{θ, φ}의 어지무스 성분(φ)은 광빔(206)(즉, 입사된 안내된 광빔(204)이 커플링-아웃되는 지점에서)의 원점에서 회절 피처(240a)의 어지무스 방위 각도(φf)에 의해 결정되거나 이에 대응할 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자(240) 내의 회절 피처(240a)의 변화하는 방위들은 적어도 이들의 각각의 어지무스 성분(φ)에 면에서 상이한 주 각도 방향(θ, φ)을 갖는 상이한 광빔(206)을 생성한다.
특히, 회절 피처(240a)의 곡선을 따라 상이한 지점들에서, 곡선 회절 피처(240a)과 관련된 멀티빔 회절 격자(240)의 '기저의 회절 격자'는 상이한 어지무스 방위 각(φf)을 갖는다. '기저의 회절 격자"는 중첩된 복수의 비곡선 회절 격자의 회절 격자가 멀티빔 회절 격자(240)의 곡선 회절 피처(240a)를 생성함을 의미한다. 따라서, 곡선 회절 피처(240a)를 따른 주어진 지점에서, 곡선은 곡선 회절 피처(240a)를 따라 다른 지점에서 일반적으로 어지무스 방위 각(φf)과 상이한 특정 어지무스 방위 각(φf)을 갖는다. 또한, 특정 어지무스 방위 각(φf)은 주어진 지점으로부터 방출된 광빔(206)의 주 각도 방향(θ, φ)의 대응하는 어지무스 성분(φ)을 갖게 한다. 일부 예에서, 회절 피처(240a)(예를 들어, 홈, 리지, 등)의 곡선은 원의 섹션을 나타낼 수 있다. 원은 광 가이드 표면과 동일 평면일 수 있다. 다른 예에서, 곡선은 예를 들어 플레이트 광 가이드 표면과 동일 평면인 타원 또는 다른 곡선 형상의 섹션을 나타낼 수 있다.
다른 실시예에서, 멀티빔 회절 격자(240)는 '조각으로 곡선인' 회절 피처(240a)를 포함할 수 있다. 특히, 회절 피처(240a)는 멀티빔 회절 격자(240) 내의 회절 피처(240a)를 따라 상이한 지점에서 그 자체로 실질적으로 매끄럽거나 연속적인 곡선을 기술하지 않을 수 있지만, 회절 피처(240a)는 여전히 안내 광빔(204)의 입사 방향에 대해 상이한 각도의 방위로 놓일 수 있다. 예를 들어, 회절 피처(240a)는 복수의 실질적으로 직선인 세그먼트를 포함하는 홈일 수 있으며, 각각의 세그먼트는 인접한 세그먼트와는 상이한 방위를 갖는다. 함께, 세그먼트의 상이한 각도는 다양한 실시예에 따라 곡선(예를 들어, 원의 세그먼트)에 근사화할 수 있다. 또 다른 예에서, 회절 피처(240a)는 특정 곡선(예를 들어, 원 또는 타원)에 근사하지 않고 멀티빔 회절 격자(240) 내의 상이한 위치들에서의 안내된 광의 입사 방향에 대해 단지 상이한 방위를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 회절 피처(240a)를 형성하는 홈 또는 리지는 플레이트 광 가이드 표면에 에칭, 밀링 또는 몰딩될 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자(240)의 재료는 플레이트 광 가이드(220)의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(240)는 플레이트 광 가이드 (220)의 표면으로부터 돌출하는 리지를 포함하고, 리지는 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 도 6a(및 도 5b)에서, 멀티빔 회절 격자(240)는 플레이트 광 가이드(220)의 표면을 관통하는 홈을 포함하며, 홈은 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 멀티빔 회절 격자(240)는 광 안내 표면에 도포되거나 부착된 필름 또는 층을 포함할 수 있다. 멀티빔 회절 격자(240)에 의해 제공된 상이한 주각 방향의 복수의 광선(206)은 전자 디스플레이의 뷰 방향으로 광 필드를 형성하도록 구성된다. 특히, 이중-방향 콜리메이트를 채용하는 백라이트(200)는 전자 디스플레이의 픽셀에 대응하는 정보, 예컨대 3D 정보를 제공하도록 구성된다.
본원에 설명된 원리의 일부 실시예에 따라, 3차원(3D) 전자 디스플레이가 제공된다. 도 7은 본원에 설명된 원리의 실시예에 따라, 예에서 3차원(3D) 전자 디스플레이(300)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시예에 따라, 3D 전자 디스플레이(300)는 상이한 주 각도 방향 및 또한 일부 실시예에서 복수의 상이한 색을 또한 갖는 광빔을 포함하는 변조된 지향성 광을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 3D 전자 디스플레이(300)는 상이한 소정의 주 각도 방향(예를 들어, 광 필드로서)으로 3D 전자 디스플레이(300)로부터 밖으로 멀리 지향된 복수의 상이한 광빔(306)을 제공하거나 생성할 수 있다. 또한, 상이한 광선(306)은 상이한 색의 광을 갖는 광빔(306)을 포함할 수 있다. 이어, 복수의 광빔(306)은 색 정보를 포함하는(예를 들어, 광빔(306)이 색 광빔일 때) 정보의 디스플레이를 용이하게 하기 위해 변조 광빔(306')으로서 변조될 수 있다.
일부 실시예에서, 상이한 소정의 주 각도 방향을 갖는 변조된 광빔(306')은 3D 전자 디스플레이(300)의 복수의 픽셀을 형성한다. 일부 예에서, 3D 전자 디스플레이(300)는 변조된 광빔(306')이 3D 전자 디스플레이(300)의 상이한 '뷰'와 연관된 픽셀에 대응하는 소위 '무안경' 3D 컬러 전자 디스플레이(예를 들어, 멀티뷰, '홀로그래픽' 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이)일 수 있다. 변조된 광빔(306')은 도 7에서 점선 화살표(306')를 사용하여 도시되었고, 변조 전의 상이한 광빔(306)은 예로서, 실선 화살표(306)로서 도시되었다.
도 7에 도시된 3D 전자 디스플레이(300)는 이중-방향 광학 콜리메이터(310)(도 7에서 'Dual-Dir. Coll.'로 약칭됨)를 포함한다. 이중-방향 광학 콜리메이터(310)는 수직 콜리메이트 및 수평 콜리메이트 모두를 갖는 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 수직 콜리메이트 및 수평 콜리메이트는 이중-방향 광학 콜리메이터(310)의 수직 방향(예를 들어, z-방향) 또는 수직 평면(예를 들어, y-z 평면) 및 수평 방향(예를 들어, x-방향) 또는 수평 평면(x-y 평면)에 대한 것이다. 또한, 이중-방향 광학 콜리메이터(310)는 이중-방향 콜리메이터(310)의 수평면에 대해 비제로 전파 각도에서 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 이중-방향 광학 콜리메이터(310)는 실질적으로 전술한 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 유사하다. 특히, 이중-방향 콜리메이터(310)는 수직 콜리메이터 및 수평 콜리메이터를 포함한다. 수평 콜리메이터는 수직 콜리메이터의 출력에 인접하여 위치한다. 또한, 수직 콜리메이터는 수직 콜리메이터(110)와 실질적으로 유사할 수 있고, 수평 콜리메이터는 일부 실시예에 따라, 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 관련하여 설명된 수평 콜리메이터(120)와 실질적으로 유사할 수 있다.
예를 들어, 이중-방향 콜리메이터(310)의 수직 콜리메이터는 포물선 형상 및 경사각을 갖는 광학 반사기를 포함할 수 있다. 경사각은 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력에서 이중-방향 콜리메이트된 광의 비제로 전파 각도를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 이중-방향 콜리메이터(310)의 수평 콜리메이터는 포물선 형상을 갖는 광학 반사기를 포함할 수 있다. 수평 콜리메이터의 광학 반사기는 실질적으로 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력 애퍼처를 스팬하고, 예를 들어 출력 애퍼처에 걸쳐 실질적으로 균일한 분포로 이중-방향 콜리메이트 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 이중-방향 콜리메이터(310)는 예를 들어, 이중-방향 콜리메이터(100)의 수직 방향 콜리메이터(110) 및 수평 방향 콜리메이터(120)와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 서브-반사기 및 복수의 수직 콜리메이터를 포함하는 다양한 다른 구성으로 배열된 수직 및 수평 콜리메이터를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 3D 전자 디스플레이(300)는 플레이트 광 가이드(320)를 더 포함한다. 플레이트 광 가이드(320)는 비제로 전파 각도에서 안내 광빔으로서 이중-방향 콜리메이트된 광을 안내드하도록 구성된다. 특히, 안내된 광빔은 플레이트 광 가이드(320)의 표면(예를 들어, 상면 및 하면 중 하나 또는 모두)에 대해 비제로 전파 각도로 안내될 수 있다. 일부 실시예에서, 표면은 수평면에 평행할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 플레이트 광 가이드(320)는 백라이트(200)와 관련하여 전술한 플레이트 광 가이드(220)와 실질적으로 유사할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 3D 전자 디스플레이(300)는 플레이트 광 가이드(320)의 표면에 위치된 멀티빔 회절 격자(330) 어레이를 더 포함한다. 일부 실시예에 따라, 어레이의 멀티빔 회절 격자(330)는 백라이트(200)와 관련하여 전술한 멀티빔 회절 격자(240)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 어레이의 멀티빔 회절 격자(330)는 상이한 주 각도 방향을 가지며 광빔(306)을 나타내는 복수의 커플링-아웃된 광빔으로서 안내 광빔의 일부를 회절적으로 커플링-아웃하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시예에 따라, 멀티빔 회절 격자(330)에 의해 커플링-아웃된 광빔(306)의 상이한 주 각도 방향은 3D 전자 디스플레이(300)의 상이한 3D 뷰에 대응한다. 일부 실시예에서, 멀티빔 회절 격자(330)는 곡선 회절 피처를 갖는 처프된 회절 격자를 포함한다. 일부 실시예에서, 처프된 회절 격자의 처프는 선형 처프이다.
일부 실시예에서, 3D 전자 디스플레이(300)(예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은)는 광(306)을 이중-방향 광학 콜리메이터(310)의 입력에 제공하도록 구성된 광원(340)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 광원(340)은 전술한 백라이트(200)의 광원(230)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 광원(340)은 상이한 색의 광을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 발광 다이오드(LED)(설명의 단순화를 위해 '상이한 색의 LED'로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 색의 LED는 서로 오프셋(예를 들어, 측방으로 오프셋)될 수 있다. 상이한 색의 LED의 오프셋은 이중-방향 광학 콜리메이터(310)로부터 이중-방향 콜리메이트된 광의 상이한, 색에 특정한, 비제로 전파 각도를 제공하도록 구성된다. 또한, 상이한, 색에 특정한, 비제로 전파 각도는 광원(340)에 의해 제공되는 광의 상이한 색 각각에 대응할 수 있다.
일부 실시예(도시되지 않음)에서, 상이한 색의 광은 적색-녹색-청색(RGB) 색 모델의 적색, 녹색 및 청색을 포함할 수 있다. 또한, 플레이트 광 가이드(320)는 플레이트 광 가이드(320) 내에서 상이한 색-의존 전파 각도로 상이한 색을 광빔으로서 안내하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에 따라, 제1 안내 색 광빔(예를 들어, 적색 광빔)은 제1 색-의존 전파 각도로 안내될 수 있고, 제2 안내 색 광빔(예를 들어, 녹색 광빔)은 제2 색-의존 전파 각도로 안내될 수 있고, 제3 안내 색 광빔(예를 들어, 청색 광빔)은 제3 색-의존 전파 각도로 안내될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 3D 전자 디스플레이(300)는 광 밸브 어레이(350)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 광 밸브 어레이(350)는 3D 전자 디스플레이(300)의 상이한 3D 뷰에 대응하는 3D 픽셀을 형성하거나 그로서 작용하기 위해 복수의 광빔의 커플링-아웃된 광빔(306)을 변조된 광(306')으로서 변조하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 광 밸브 어레이(350)는 복수의 액정 광 밸브를 포함한다. 다른 실시예에서, 광 밸브 어레이(350)는 예를 들어, 일렉트로웨팅 광 밸브, 전기영동 광 밸브, 이들의 조합, 또는 액정 광 밸브와 다른 광 밸브 유형의 조합을 포함하는, 그러나 이들에 제한되지 않는, 또 다른 광 밸브를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 원리의 다른 실시예에 따라, 이중-방향 광 콜리메이트 방법이 제공된다. 도 8은 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 이중-방향 광 콜리메이트 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이중-방향 광 콜리메이트의 방법(400)은 수직으로 콜리메이트된 광을 제공하기 위해 수직 콜리메이터를 사용하여 수직 방향으로 광을 콜리메이트하는 단계(410)를 포함한다. 일부 실시예에서, 수직 콜리메이터는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 관련하여 전술한 수직 콜리메이터(110)와 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 광을 콜리메이트하는 데(410) 사용되는 수직 콜리메이터는 포물선 형상을 갖는 광학 반사기를 포함할 수 있다.
이중-방향 광 콜리메이트의 방법(400)은 수직으로 콜리메이트되고 수평으로 콜리메이트된 이중-방향 콜리메이트된 광을 생성하기 위해서 수직 콜리메이터의 출력에 인접하여 위치된 수평 콜리메이터를 사용하여 수평 방향으로 수직 콜리메이트된 광을 추가로 콜리메이트하는 단계(420)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 수평 콜리메이터는 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 관련하여 전술한 수평 콜리메이터(120)와 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 수직 콜리메이트된 광을 더욱 콜리메이트하는 데(420) 사용되는 수평 콜리메이터는 또 다른 방향 포물선 형상을 갖는 또 다른 광학 반사기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수평 콜리메이터 광학 반사기는 출력 애퍼처에 걸쳐 이중-방향 콜리메이트 광의 실질적으로 균일한 분포를 생성하기 위해 수평 콜리메이터의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬할 수 있다.
도 8에 도시된 이중-방향 광 콜리메이트 방법(400)은 이중-방향 콜리메이트된 광에서 비제로 전파 각도를 생성하는 단계(430)를 더 포함하는데, 비제로 전파 각도는 수직 방향에 대응하는 수직면에 있다(또는 등가적으로 수평면에 대한 각도이다). 비제로 전파 각도는 예를 들어 이중-방향 광학 콜리메이터(100)와 관련하여 전술한 비제로 전파 각도와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 실시예에서, 비제로 전파 각도는 수직 콜리메이터 및 수평 콜리메이터 중 하나 또는 둘 모두의 광학 반사기의 경사각에 의해 제공될 수 있다.
본원에 설명된 또 다른 실시예에 따라, 3차원(3D) 전자 디스플레이 동작 방법이 제공된다. 도 9는 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 3D 전자 디스플레이 동작 방법(500)의 흐름도를 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 3D 전자 디스플레이 동작 방법(500)은 비제로 전파 각도를 갖는 이중-방향 콜리메이트된 광(510)을 제공하는 단계(510)를 포함한다. 다양한 실시예에 따라, 이중-방향 콜리메이트된 광은 이중-방향 콜리메이터를 사용하여 제공될 수 있다(510). 이중-방향 콜리메이터는 전술한 이중-방향 콜리메이터(100)와 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 실시예에서, 이중-방향 콜리메이트된 광은 상술된 이중-방향 광 콜리메이트 방법(400)에 따라 제공될 수 있다(510). 예를 들어, 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하는 것(510)은 수직 콜리메이터의 출력에서 수평 콜리메이터가 뒤따르는 수직 콜리메이터를 사용할 수 있다.
3D 전자 디스플레이 동작 방법(500)은 플레이트 광 가이드에서 이중-방향 콜리메이트된 광을 안내하는 단계(520)를 더 포함한다. 특히, 이중-방향 콜리메이트된 광은 플레이트 광 가이드 내에서 비제로 전파 각도로 안내된다(520). 일부 실시예에 따라, 플레이트 광 가이드는 전술한 바와 같이 백라이트(200)의 플레이트 광 가이드(220)와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 9의 3D 전자 디스플레이 동작 방법(500)은 복수의 광빔을 생성하기 위해 멀티빔 회절 격자를 사용하여 안내된 이중-방향 콜리메이트된 광의 일부분을 회절적으로 커플링-아웃하는 단계(530)를 더 포함한다. 일부 실시예에 따라, 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드의 표면에 위치된다. 다양한 실시예에 따라, 안내된 이중-방향 콜리메이트된 광 부분을 회절 적으로 커플링 아웃하는 것(530)은 복수의 상이한 주각 방향으로 플레이트 광 가이드로부터 멀어지게 지향된 복수의 광빔을 제공하도록 구성된다. 특히, 복수의 상이한 주 각도 방향은 3D 전자 디스플레이의 상이한 3D 뷰의 방향에 대응한다. 일부 실시예에 따라, 멀티빔 회절 격자는 멀티빔 회절 격자(240)와 실질적으로 유사하고, 복수의 광빔의 회절적으로 커플링-아웃된(530) 광빔은 백라이트(200)에 관련하여 전술한 광빔(206) 또는 3D 전자 디스플레이(300)의 광빔(306)에 대응한다.
다양한 실시예에 따라, 도 9에 도시된 3D 전자 디스플레이 동작 방법(500)은 광 밸브 어레이를 사용하여 복수의 광빔의 광빔을 변조하는 단계(540)를 더 포함한다. 변조된(540) 광빔은 다양한 실시예에 따라 3D 뷰 방향에서 3D 전자 디스플레이의 3D 픽셀을 형성한다. 일부 실시예에서, 광 밸브 어레이는 3D 전자 디스플레이(300)와 관련하여 전술한 광 밸브 어레이(350)와 실질적으로 유사할 수 있다.
일부 실시예(도시되지 않음)에서, 3D 전자 디스플레이 동작 방법(500)은 이중-방향 콜리메이트될 광을 제공하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 광은 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하는데(510) 사용될 수 있는 이중-방향 콜리메이터와 같은 이중-방향 광학 콜리메이터에 제공된 비-콜리메이트된 광일 수 있다. 예를 들어, 광은 수직 콜리메이터의 입력에 광원을 사용하여 제공될 수 있다. 또한, 광원은 일부 실시예에서 백라이트(200)와 관련하여 전술한 광원(230)과 실질적으로 유사할 수 있다.
이와 같이, 이중-방향 광학 콜리메이터, 백라이트 및 이중-방향 광학 콜리메이터를 채용하는 3D 전자 디스플레이, 이중-방향 콜리메이트 방법 및 이중-방향 광학 콜리메이트를 채용하는 3D 전자 디스플레이 동작 방법의 예가 기술되었다. 전술한 예는 본원에 설명된 원리를 나타내는 많은 특정 예 중 일부를 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다. 명백하게, 당업자는 다음의 청구범위에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고 다수의 다른 배열을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (24)

  1. 이중-방향 광학 콜리메이터에 있어서,
    수직 방향으로 광을 콜리메이트하도록 구성된 수직 콜리메이터; 및
    상기 수직 방향에 실질적으로 직교하는 수평 방향으로 광을 콜리메이트 하도록 구성된 수평 콜리메이터로서, 상기 수평 콜리메이터는 상기 수직 콜리메이터로부터 수직 방향으로 콜리메이트된 광을 수평으로 콜리메이트하여 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력에서 상기 이중-방향 광학 콜리메이트된 광을 제공하도록 상기 수직 콜리메이터의 출력에 인접하여 위치된, 상기 수평 콜리메이터를 포함하고,
    상기 이중-방향 광학 콜리메이터는 상기 수평 방향에 대응하는 수평면에 대해 비제로 전파 각도로 상기 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하도록 구성된, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수직 콜리메이터는 포물선 형상 및 경사각을 갖는 광학 반사기를 포함하며, 상기 경사각은 상기 이중-방향의 콜리메이트된 광의 상기 비제로 전파 각도를 제공하도록 구성되는, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수평 콜리메이터는 포물선 형상을 갖는 광학 반사기를 포함하고, 상기 광학 반사기는 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하도록 구성되며, 상기 이중-방향 콜리메이트된 광은 상기 출력 애퍼처에 걸쳐 실질적으로 균일한 분포를 갖는, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수평 콜리메이터는 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하도록 조합되어 구성된 복수의 서브-반사기를 갖는 광학 반사기를 포함하고, 각각의 서브-반사기는 포물선-형상의 반사 표면을 포함하는, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학 반사기는 프레넬 반사기인, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  6. 제4항에 있어서, 상기 수평 콜리메이터 서브-반사기의 제1 서브-반사기는 상기 수평 콜리메이터의 제1 에지에 위치된 제1 수직 콜리메이터로부터 상기 수직 콜리메이트된 광을 수신하도록 구성되고, 상기 수평 콜리메이터 서브-반사기의 제2 서브-반사기는 상기 수평 콜리메이터의 제2 에지에 위치된 제2 수직 콜리메이터로부터 상기 수직 콜리메이트된 광을 수신하도록 구성되며, 상기 제2 에지는 상기 수평 방향에 대응하는 상기 수평면 내 상기 제1 에지에 대향한, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수직 콜리메이터는 상기 수평 콜리메이터의 재료와 일체이고 상기 재료를 포함하는, 이중-방향 광학 콜리메이터.
  8. 제1항의 상기 이중-방향 광학 콜리메이터를 포함하는 백라이트에 있어서, 상기 백라이트는,
    상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 상기 출력에 결합되고, 상기 비제로 전파 각도에서 상기 이중-방향 콜리메이트된 광을 수신하고 안내하도록 구성된, 플레이트 광 가이드를 더 포함하고,
    상기 플레이트 광 가이드는 상기 안내된, 이중-방향 콜리메이트된 광의 일부를 상기 플레이트 광 가이드의 표면으로부터 방출하도록 더 구성된, 백라이트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이중-방향 광학 콜리메이터에 광을 제공하도록 구성된 광원을 더 포함하며, 상기 광원은 상기 수직 콜리메이터에 인접하여 위치되고 상기 광을 상기 수직 콜리메이터의 입력에 제공하도록 구성되는, 백라이트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광원은 서로 다른 색의 광을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 소스들을 포함하고, 상기 상이한 광학 소스들은 서로 오프셋되고, 상기 상이한 광학 소스들의 상기 오프셋은 상기 상이한 각각의 색들의 광에 대응하는 상기 이중-방향 콜리메이트된 광의 상이한, 색에 특정한, 비제로 전파 각도들을 제공하도록 구성된, 백라이트.
  11. 제8항에 있어서, 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 멀티빔 회절 격자를 더 포함하고, 상기 멀티빔 회절 격자는 상기 플레이트 광 가이드 표면으로부터 방출된 복수의 광빔들로서 상기 플레이트 광 가이드로부터 상기 안내된, 이중-방향 콜리메이트된 광의 일부를 회절적으로 커플링-아웃하도록 구성되고, 복수의 상기 광빔의 광빔은 상기 복수의 광빔의 다른 광빔들의 주 각도 방향과 상이한 주각 방향을 갖는, 백라이트.
  12. 제11항의 상기 백라이트를 포함하는 3차원(3D) 전자 디스플레이에 있어서, 상기 3D 전자 디스플레이는 상기 복수의 광빔의 광빔을 변조하기 위한 광 밸브를 더 포함하고, 상기 광 밸브는 상기 멀티빔 회절 격자에 인접하고, 상기 광빔의 상기 주 각도 방향은 상기 3D 전자 디스플레이의 뷰 방향에 대응하고, 상기 변조된 광빔은 상기 3D 전자 디스플레이의 픽셀을 상기 뷰 방향으로 나타내는, 3D 전자 디스플레이.
  13. 3차원(3D) 전자 디스플레이에 있어서,
    수직 콜리메이터 및 상기 수직 콜리메이터의 출력에 인접하여 위치된 수평 콜리메이터를 포함하고, 수평 평면에 대해서 비제로 전파 각도로 수직 콜리메이트 및 수평 콜리메이트 모두를 갖는 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하도록 구성된, 이중-방향 광학 콜리메이터;
    상기 이중-방향 콜리메이트된 광을 상기 비제로 전파 각도로 안내된 광빔으로서 안내하도록 구성된 플레이트 광 가이드; 및
    상기 플레이트 광 가이드의 표면에 멀티빔 회절 격자 어레이로서, 상기 어레이의 멀티빔 회절 격자는 상기 3D 전자 디스플레이의 상이한 3D 뷰들의 방향들에 대응하는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 커플링-아웃된 광빔들로서 상기 안내된 광빔의 일부를 회절적으로 커플링-아웃하도록 구성된, 상기 어레이를 포함하는, 3D 전자 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수직 콜리메이터는 포물선 형상 및 경사각을 갖는 광학 반사기를 포함하고, 상기 경사각은 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력에서 상기 이중-방향 콜리메이트된 광의 상기 비제로 전파 각도를 결정하도록 구성되는, 3D 전자 디스플레이.
  15. 제13항에 있어서, 상기 수평 콜리메이터는 포물선 형상을 갖는 광학 반사기를 포함하고, 상기 수평 콜리메이터의 상기 광학 반사기는 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하고 출력 애퍼처에 걸쳐 실질적으로 균일한 분포를 갖는 상기 이중-방향 콜리메이트된 광을 제공하도록 구성된, 3D 전자 디스플레이.
  16. 제13항에 있어서, 상기 수평 콜리메이터는 제1 에지 및 상기 제1 에지에 대향하는 제2 에지를 가지며, 상기 수평 콜리메이터는 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하도록 조합되어 구성된 복수의 서브-반사기들를 포함하는 광학 반사기를 포함하고, 복수의 상기 서브-반사기의 제1 서브-반사기는 상기 수평 콜리메이터의 상기 제1 에지에서 제1 수직 콜리메이터로부터 수직 콜리메이트된 광을 수신하도록 구성되며, 상기 복수의 서브-반사기의 제2 서브-반사기는 상기 수평 광학 콜리메이터의 상기 제2 에지에서 제2 수직 콜리메이터로부터 수직 콜리메이트된 광을 수신하도록 구성된, 3D 전자 디스플레이.
  17. 제13항에 있어서, 상기 멀티빔 회절 격자 어레이는 곡선 회절 피처들을 갖는 처프된 회절 격자를 포함하는, 3D 전자 디스플레이.
  18. 제17항에 있어서, 상기 처프된 회절 격자는 선형 처프된 회절 격자인, 3D 전자 디스플레이.
  19. 제13항에 있어서, 상기 이중-방향 광학 콜리메이터의 입력에 광을 제공하도록 구성된 광원; 및
    상기 3D 전자 디스플레이의 상기 상이한 3D 뷰들에 대응하는 3D 픽셀들로서 상기 복수의 커플링-아웃된 광빔들을 선택적으로 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이를 더 포함하는, 3D 전자 디스플레이.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광 밸브 어레이는 복수의 액정 광 밸브들을 포함하는, 3D 전자 디스플레이.
  21. 제19항에 있어서, 상기 광원은 서로 다른 색들의 광을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 발광 다이오드들(LED)을 포함하고, 상기 상이한 LED들은 서로 오프셋되고, 상기 상이한 LED들의 상기 오프셋은 상기 이중-방향 콜리메이트된 광의 서로 다른, 색에 특정한, 비제로 전파 각도들을 제공하도록 구성되고, 서로 다른, 색에 특정한, 비제로 전파 각도는 광의 각각의 상이한 색들에 대응하는, 3D 전자 디스플레이.
  22. 이중-방향 광 콜리메이트 방법에 있어서,
    수직 콜리메이트된 광을 제공하기 위해 수직 콜리메이터를 사용하여 수직 방향으로 광을 콜리메이트하는 단계;
    수직 콜리메이트되고 수평 콜리메이트된 이중-방향 콜리메이트된 광을 생성하기 위해, 상기 수직 콜리메이터의 출력에 인접하여 위치된 수평 콜리메이터를 사용하여 상기 수직 콜리메이트된 광을 수평 방향으로 추가로 콜리메이트하는 단계; 및
    상기 이중-방향 콜리메이트된 광에서 비제로 전파 각도를 생성하는 단계로서, 상기 비제로 전파 각도는 상기 수직 방향에 대응하는 수직 평면 내에 있는, 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 수직 콜리메이터는 포물선 형상 및 경사각을 갖는 광학 반사기를 포함하며, 상기 경사각은 상기 이중-방향 콜리메이트된 광의 상기 비제로 전파 각도를 제공하고, 상기 수평 콜리메이터는 또 다른 포물선 형상을 갖는 또 다른 광학 반사기를 포함하고, 상기 수평 콜리메이터 광학 반사기는 상기 출력 애퍼처에 걸쳐 상기 이중-방향 콜리메이트된 광의 실질적으로 균일한 분포를 생성하기 위해 상기 수평 콜리메이터의 출력 애퍼처를 실질적으로 스팬하는, 방법.
  24. 제22항의 이중-방향 광 콜리메이트 방법을 포함하는 3차원(3D) 전자 디스플레이 동작 방법으로서, 상기 3D 전자 디스플레이 동작 방법은,
    상기 비제로 전파 각도에서 플레이트 광 가이드 내의 상기 이중-방향 콜리메이트된 광을 안내하는 단계;
    3D 전자 디스플레이의 상이한 3D 뷰들의 방향들에 대응하는 복수의 상이한 주 각도 방향들로 상기 플레이트 광 가이드로부터 멀어져 지향되는 복수의 광빔들을 생성하기 위해 상기 플레이트 광 가이드의 표면에서 멀티빔 회절 격자를 사용하여 상기 안내된 이중-방향 콜리메이트된 광의 일부를 회절적으로 커플링-아웃하는 단계; 및
    광 밸브 어레이를 사용하여 상기 복수의 광빔들의 광빔들을 변조하는 단계로서, 상기 변조된 광빔들은 상기 3D 전자 디스플레이의 3D 픽셀들을 상기 3D 뷰 방향들 형성하는, 단계를 더 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9829614B2 (en) 2015-02-02 2017-11-28 Synaptics Incorporated Optical sensor using collimator
WO2017039756A1 (en) 2015-09-05 2017-03-09 Leia Inc. Time-modulated backlight and multiview display using same
EP3386384A4 (en) * 2015-12-10 2019-07-24 Raytelligence AB RADAR DETECTOR FOR MONITORING BODY FUNCTIONS
FR3046850B1 (fr) * 2016-01-15 2018-01-26 Universite De Strasbourg Guide optique ameliore et systeme optique comportant un tel guide optique
WO2018022028A1 (en) 2016-07-26 2018-02-01 Leia Inc. Bar collimator, backlight system and method
US20180205924A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-19 Yi Le Display assembly and electronic display apparatus for the application thereof
JP6971324B2 (ja) 2017-03-31 2021-11-24 レイア、インコーポレイテッドLeia Inc. バックライト、マルチビューディスプレイ、およびテーパ付きコリメータを使用する方法
KR102479674B1 (ko) * 2018-03-01 2022-12-21 레이아 인코포레이티드 시준된 안내 광을 이용한 정적 멀티뷰 디스플레이 및 방법
WO2020081120A1 (en) 2018-10-15 2020-04-23 Leia Inc. Backlight, multiview display and method having a grating spreader
US11137534B2 (en) 2019-06-26 2021-10-05 Synaptics Incorporated Systems and methods for optical imaging based on diffraction gratings

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040031068A (ko) * 2001-09-10 2004-04-09 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 백라이팅 투과형 디스플레이
US20140268867A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Backlight having Dual Collimating Reflectors
WO2014142851A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Backlight having collimating reflector
US20150036068A1 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 Leia Inc. Multibeam diffraction grating-based backlighting

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4081667A (en) * 1976-07-28 1978-03-28 Optical Coating Laboratory, Inc. Lighting fixture having fresnel reflector with high reflection coating thereon
US4755826A (en) * 1983-01-10 1988-07-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Bicollimated offset Gregorian dual reflector antenna system
US4784700A (en) * 1987-05-26 1988-11-15 General Dynamics Corp./Space Systems Div. Point focus solar concentrator using reflector strips of various geometries to form primary and secondary reflectors
US5896237A (en) * 1994-07-22 1999-04-20 Mcdonnell Douglas Corporation Sensor assembly with dual reflectors to offset sensor
AU2002231246A1 (en) * 2000-12-21 2002-07-01 Led Products, Inc. Light conduit with radial light ejecting structure
US20040240034A1 (en) * 2001-11-30 2004-12-02 Scharf Bruce R. Diffraction compensation using a patterned reflector
JP2005011539A (ja) * 2003-06-16 2005-01-13 Nagano Kogaku Kenkyusho:Kk 面光源装置
WO2006033040A1 (en) * 2004-09-20 2006-03-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Led collimator element with a semiparabolic reflector
JP4436752B2 (ja) * 2004-12-22 2010-03-24 シャープ株式会社 光源装置および液晶表示装置
KR100754400B1 (ko) * 2006-04-21 2007-08-31 삼성전자주식회사 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치
KR20100019997A (ko) * 2007-05-11 2010-02-19 알피오 피티와이 리미티드 투과형 몸체
JP5153775B2 (ja) * 2007-07-17 2013-02-27 パナソニック株式会社 液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイ
US8297786B2 (en) * 2008-07-10 2012-10-30 Oree, Inc. Slim waveguide coupling apparatus and method
KR101286095B1 (ko) 2008-09-11 2013-07-15 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치용 일체형 멀티집광시트
AU2009293000A1 (en) * 2008-09-19 2010-03-25 The Regents Of The University Of California System and method for solar energy capture and related method of manufacturing
US20110032214A1 (en) * 2009-06-01 2011-02-10 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Front light based optical touch screen
US8851707B2 (en) 2010-06-15 2014-10-07 Dialight Corporation Highly collimating reflector lens optic and light emitting diodes
WO2012092465A1 (en) * 2010-12-31 2012-07-05 Luminit Llc Substrate-guided holographic diffuser
CN102588845B (zh) * 2012-03-07 2014-07-16 苏州大学 背光照明装置及液晶显示装置
US9188731B2 (en) 2012-05-18 2015-11-17 Reald Inc. Directional backlight
US8971680B2 (en) 2012-05-22 2015-03-03 Sharp Laboratories Of America, Inc. Waveguide with Controlled Light Collimation
US9442279B2 (en) * 2013-08-23 2016-09-13 Jeffrey Michael Citron Open architecture structure for trough shaped solar concentrators
US10048647B2 (en) * 2014-03-27 2018-08-14 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical waveguide including spatially-varying volume hologram
US11067736B2 (en) * 2014-06-26 2021-07-20 Reald Spark, Llc Directional privacy display
US10459152B2 (en) * 2015-04-13 2019-10-29 Reald Spark, Llc Wide angle imaging directional backlights
CN107850804B (zh) * 2015-05-27 2021-06-11 瑞尔D斯帕克有限责任公司 广角成像定向背光源

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040031068A (ko) * 2001-09-10 2004-04-09 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 백라이팅 투과형 디스플레이
US20140268867A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Backlight having Dual Collimating Reflectors
WO2014142851A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Backlight having collimating reflector
US20150036068A1 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 Leia Inc. Multibeam diffraction grating-based backlighting

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