KR20190006162A - 시프트된 멀티빔 요소를 사용한 각도 서브-픽셀 렌더링 멀티뷰 디스플레이 - Google Patents

시프트된 멀티빔 요소를 사용한 각도 서브-픽셀 렌더링 멀티뷰 디스플레이 Download PDF

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Abstract

멀티뷰 디스플레이는 백라이트, 및 복수의 멀티뷰 픽셀을 형성하기 위해 사용되는 스크린을 포함한다. 각각의 멀티뷰 픽셀은 광 밸브의 복수의 세트를 포함한다. 백라이트는 복수의 멀티빔 요소로 구성된 플레이트 광 가이드에 광학적으로 결합된 광원을 포함한다. 각각의 멀티빔 요소는 광 밸브 세트에 대응하고, 멀티뷰 픽셀의 중심을 향하여 광 밸브 세트의 중심에 대해 공간적으로 오프셋된다. 복수의 멀티빔 요소는 또한, 커플링-아웃된 광빔의 적어도 일부가 인터리빙하여 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향으로 및 전파하도록 상이한 각도 및 각도 오프셋으로 플레이트 광 가이드로부터 광을 커플링-아웃하게 구성된다.

Description

시프트된 멀티빔 요소를 사용한 각도 서브-픽셀 렌더링 멀티뷰 디스플레이
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2015년 9월 5일에 출원된 미국 가출원 62/214,970, 2016년 6월 8일에 출원된 국제(PCT) 출원 번호 PCT/US2016/36495, 2016년 6월 30일에 출원된 국제(PCT) 출원 번호 PCT/US2016/40584의 우선권으로 주장하고 이들의 전체 내용을 참조로서 포함한다.
전자 디스플레이는 다양한 디바이스 및 제품의 사용자에게 정보를 통신하기 위한 거의 유비쿼터스적인 매체이다. 가장 일반적으로 채용되는 전자 디스플레이는 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 디스플레이를 포함한다. 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 기능하게 할 수 있다. 이러한 결합된 광원의 예는 백라이트이다. 백라이트는 수동 디스플레이를 조명하기 위해 다른 수동 디스플레이 뒤에 놓여지는 광원(종종 패널 백라이트)으로서 작용을 할 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 1a는 예시적 멀티뷰 디스플레이에 의해 생성된 멀티뷰 이미지의 사시도를 도시한다.
도 1b는 멀티뷰 디스플레이의 한 점으로부터 나오는 광빔의 각도 성분의 그래픽 표현을 도시한다.
도 2a는 예시적 멀티뷰 디스플레이의 등각도를 도시한다.
도 2b는 I-I 선을 따라 도 2a에 도시된 멀티뷰 디스플레이의 단면도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 멀티뷰 디스플레이의 분해 등각도를 도시한다.
도 3은 멀티뷰 디스플레이의 플레이트 광 가이드에 결합된 광을 갖는 도 2b에 도시된 멀티뷰 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 4는 전반사의 예를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 투과 모드 및 반사 모드 멀티빔 요소의 예에 대한 단면도를 도시한다.
도 5c 및 도 5d는 복수의 회절 격자를 포함하는 투과 모드 및 반사 모드 멀티빔 요소의 예에 대한 단면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 마이크로 구조 멀티빔 요소의 예에 대한 단면도를 도시한다.
도 7은 광 밸브 세트 및 멀티뷰 디스플레이의 대응하는 공간적으로 오프셋된 멀티빔 회절 격자의 평면도를 도시한다.
도 8a는 4세트의 광 밸브 및 대응하는 공간적으로 오프셋된 멀티빔 회절 격자를 포함하는 예시적 멀티뷰 픽셀의 평면도를 도시한다.
도 8b는 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 도 8a에 도시된 멀티뷰 픽셀의 단면도를 도시한다.
도 9a는 3차원(3D) 대상의 예로서 문자 "R"을 도시한다.
도 9b는 도 9a에 도시된 3D 문자 "R"의 일련의 2차원(2D) 이미지를 도시한다.
도 10은 도 9b의 8개의 상이한 2D 이미지의 영역에 대응하는 예시적 픽셀 세트의 확대도를 도시한다.
도 11은 멀티뷰 디스플레이의 3개의 인접한 멀티뷰 픽셀의 단면도를 도시한다.
도 12는 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트의 광 밸브로부터 나오는 방향성 픽셀을 도시한다.
도 13은 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 방법의 흐름도이다.
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 예 및 실시예는 시프트된 멀티빔 요소를 사용하는 멀티뷰 디스플레이에서 각도 서브-픽셀 렌더링을 제공한다. 본원에서 설명된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이는 상이한 뷰 방향으로 멀티뷰 이미지의 복수의 상이한 뷰를 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템이다. 특히, '멀티뷰 이미지'라는 용어에서 사용되는 '멀티뷰'라는 용어는 서로 상이한 퍼스펙티브 뷰를 나타내는 혹은 많은 상이한 뷰들의 뷰들 간에 각도 디스패리티를 포함하는 복수의 또는 다수의 상이한 뷰를 지칭한다. 또한 '멀티뷰'라는 용어는 2 이상의 상이한 뷰를 포함한다(즉, 최소 3개의 뷰 및 일반적으로 3개 이상의 뷰). 이와 같이, '멀티뷰 디스플레이'는 장면 또는 이미지를 나타내기 위해 2개의 상이한 뷰만을 제공하거나 디스플레이하는 스테레오스코픽 디스플레이와는 구별된다. 그러나, 멀티뷰 이미지 및 멀티뷰 디스플레이는 2개 이상의 뷰를 포함하지만, 동시에 보기 위해 멀티뷰 뷰중 2개만을 선택함으로써(눈마다 하나의 뷰) 멀티뷰 이미지를 스테레오스코픽 이미지 쌍(예를 들면, 멀티뷰 디스플레이)으로서 볼 수 있는 것에 유의한다.
다양한 실시예에 따라, 멀티뷰 디스플레이는 복수의 멀티뷰 픽셀을 갖는 스크린을 포함한다. 각각의 멀티뷰 픽셀은 복수의 광 밸브 세트를 포함한다. 또한, 멀티뷰 디스플레이는 복수의 멀티빔 요소로 구성된 플레이트 광 가이드에 광학적으로 결합된 광원을 포함하는 백라이트를 포함한다. 각 멀티빔 요소는 한 세트의 광 밸브에 대응하며, 각각의 멀티빔 요소의 크기는 광 밸브 세트의 광 밸브의 크기에 필적한다. 멀티빔 요소 및 광 밸브를 설명하기 위해 사용되는 '크기'라는 용어는 길이, 폭, 또는 면적일 수 있다. 또한, 각각의 멀티빔 요소는 광 밸브의 대응하는 세트의 중심에 대해 공간적으로 오프셋되거나, 또는 등가적으로 공간 오프셋을 갖는다. 특히, 멀티빔 요소는 일반적으로 멀티뷰 픽셀의 중심을 향하여 공간적으로 오프셋될 수 있다. 일부 실시예에서, 멀티빔 요소의 형상은 멀티뷰 픽셀의 형상과 유사하다.
다양한 실시예에서, 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트는 대응하는 멀티빔 회절 요소로부터 백라이트로부터 커플링-아웃된 광을 변조한다. 멀티빔 요소의 공간 오프셋은 광 밸브 세트에서 출사하는 변조된 광빔에 각도 오프셋을 생성한다. 각도 오프셋의 결과로서, 각각의 멀티뷰 픽셀과 연관된 광 밸브 세트로부터 출사하는 변조된 광 빔들은 스크린으로부터의 뷰 거리에 멀티뷰 이미지를 생성하기 위해 인터리빙한다. 본원에 설명된 원리의 다양한 실시예에 따라, 인터리빙된 변조된 광빔을 갖는 멀티뷰 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이의 '네이티브' 해상도보다 높은 것으로 인식되는 해상도, 즉, 인터리빙된 광빔이 없는 멀티뷰 디스플레이의 해상도보다 더 높은 해상도를 갖는 멀티뷰 이미지를 제공할 수 있다. 특히, 네이티브 해상도보다 높게 인식되는 것은, 다양한 실시예에 따라, 멀티뷰 디스플레이에 의해 제공되는 인터리빙된 변조된 광 빔에 연관된 각도 서브-픽셀 렌더링의 결과일 수 있다.
도 1a는 예시적 멀티뷰 디스플레이(100)에 의해 생성된 멀티뷰 이미지의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(100)는 다수의 이미지를 동시에 디스플레이할 수 있다. 각 이미지는 서로 상이한 뷰 방향 또는 퍼스펙티브로부터 장면이나 대상의 상이한 뷰를 제공한다. 도 1a에서, 뷰 방향은 다양한 상이한 주 각도 방향으로 멀티뷰 디스플레이(100)로부터 연장하는 화살표로서 도시되었다. 서로 상이한 뷰는 화살표의 말미에 음영 다각형 패널로서 도시되었다. 예를 들어, 도 1a에서, 4개의 다각형 패널(102-105)은 상이한 대응하는 뷰 방향(106-109)으로부터의 멀티뷰 이미지의 4개의 상이한 뷰들을 나타낸다. 멀티뷰 디스플레이(100)가 대상의 멀티뷰 이미지를 디스플레이하기 위해 사용된다고 가정한다(예를 들어, 도 9a-도 9b와 관련하여 아래에 도시된 바와 같이, 3차원 문자 'R'). 관찰자가 방향(106)에서 멀티뷰 디스플레이(100)를 볼 때, 관찰자는 대상의 뷰(102)를 본다. 그러나, 관찰자가 뷰 방향(109)으로부터 멀티뷰 디스플레이(100)를 볼 때, 관찰자는 동일한 대상의 상이한 뷰(105)를 본다. 설명의 단순화를 위해, 상이한 뷰들이 멀티뷰 디스플레이(100) 위에 있는 것으로서 도 1a에 도시된 것에 유의한다. 실제로, 상이한 뷰는 실제로 멀티뷰 디스플레이(100)의 스크린 상에 동시에 디스플레이되어, 관찰자가 멀티뷰 디스플레이(100)의 관찰자의 뷰 방향을 간단히 변경함으로써 상이한 뷰 방향으로부터 대상 또는 장면을 볼 수 있게 함에 유의한다.
뷰 방향 또는 등가적으로 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응하는 방향을 갖는 광빔은 각도 성분(α, β)에 의해 주어진 주 각도 방향을 갖는다. 각도 성분(α)은 광빔의 '고도 성분' 또는 '앙각'이라고 지칭된다. 각도 성분(β)은 광빔의 '어지무스 성분' 또는 '어지무스 각'이라 지칭된다. 고도 각(α)은 수직면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이의 스크린 평면에 수직인)에서의 각도이고, 어지무스 각(β)은 수평면에서의 각이다(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이의 스크린의 평면에 평행한).
도 1b는 예를 들어, 도 1a에서 뷰 방향(108)과 같은 뷰 방향에 대응하는 특정 주 각도 방향으로 멀티뷰 디스플레이(100) 상의 한 점으로부터 방출 또는 나오는 광빔(110)의 각도 성분(α, β)을 그래픽적으로 도시한 것이다. 광빔(110)은 멀티뷰 디스플레이(100) 내의 특정 원점 "O"에 연관된 중앙 광선을 갖는다.
도 2a는 예시적 멀티뷰 디스플레이(200)의 등각도를 도시한다. 도 2b는 도 2a에서 I-I 선을 따른 멀티뷰 디스플레이(200)의 단면도를 도시한다. 도 2c는 멀티뷰 디스플레이(200)의 분해 등각도를 도시한다. 도 2a-도 2c에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(200)는 백라이트(202), 및 광 밸브 어레이를 포함하는 스크린(204)을 포함한다. 광 밸브 어레이의 광 밸브는 도시된 바와 같이, 정사각형으로 나타내었다. 예를 들어, 광 밸브는 정사각형(206)으로 나타내었다. 백라이트(202)는 플레이트 광 가이드(208), 및 플레이트 광 가이드(208)의 에지에 광학적으로 결합된 광원(210)을 포함한다. 광원(210)에 의해 발생된 광은 여러 실시예에 따라, 광원(210)에 인접한 플레이트 광 가이드(208)의 에지를 따라 플레이트 광 가이드(208)에 결합된다.
플레이트 광 가이드(208)는, 실질적으로 평면이고 평행한 제1 및 제2 표면(212, 214)을 각각 갖는 플레이트 또는 슬랩 광학 도파로일 수 있다. 플레이트 광 가이드(208)는 다수의 상이한 광학적으로 투명한 재료 중 임의의 하나를 포함할 수 있거나, 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리와 같은, 다양한 유형의 유리 중 하나 이상, 및 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 아크릴 유리 및 폴리카보네이트와 같은 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 중합체를 포함하는 임의의 다양한 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트 광 가이드(208)는 전반사(TIR)를 용이하게 하기 위해 플레이트 광 가이드(208)(도시되지 않음)의 표면의 적어도 일부 상에 클래딩층을 포함할 수 있다.
광원(210)은 하나 이상의 광학 이미터를 포함할 수 있다. 광학 이미터는 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 중합체 발광 다이오드, 플라즈마 기반 광학 이미터, 형광 램프, 백열 램프, 및 이외 임의의 다른 광원일 수 있다. 광원(210)에 의해 생성된 광은 특정 파장일 수 있거나(즉, 특정 색일 수 있음) 또는 한 범위의 파장(예를 들어, 백색광)을 초과하거나 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(210)은 각 광학 이미터 세트가 특정 파장 또는 다른 광학 이미터 세트에 의해 생성된 파장 범위 또는 파장 범위와 상이한 파장 범위의 광을 생성하는 광학 이미터 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(210)은 하나 이상의 각 광학 이미터 세트가 원색(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색) 중 하나를 생성하는 광학 이미터 세트를 포함할 수 있다.
도 2a-도 2c에 도시된 바와 같이, 광 밸브 어레이는 점선 정사각형에 의해 구획된 광 밸브 세트로 분할된다. 도 2a-도 2c의 예에서, 각 광 밸브 세트는 16개의 광 밸브의 4 x 4 서브-어레이를 포함한다. 예를 들어, 한 세트의 광 밸브(216)는 점선 정사각형으로 구획된 4 x 4 광 밸브 어레이를 포함한다. 각 광 밸브 세트는 플레이트 광 가이드(208)의 멀티빔 요소(218)에 대응한다. 도 2a-도 2c의 예에서, 멀티빔 요소(218)는 플레이트 광 가이드(208)의 제1 표면(212) 상에 정사각-음영 패치들로 나타내었다. 다양한 실시예에 따라, 각 멀티빔 요소(218)의 크기는 광 밸브(206)의 크기에 필적한다. 예를 들어, 멀티빔 요소(218)의 크기는 광 밸브(206)의 크기의 약 1/2 내지 약 2배 사이일 수 있고, 예를 들어 하기 식 (2)를 참조할 수 있다.
멀티뷰 디스플레이의 예 및 실시예가 도 2a-도 2c에 도시된 바와 같이 본원에서 4 x 4 광 밸브 서브-어레이(즉, 16개의 광 밸브의 서브-어레이)를 포함하는 광 밸브 세트를 참조하여 도시되고 설명되지만, 광 밸브 세트를 형성하기 위해 사용되는 광 밸브의 수는 광 밸브의 N x N 서브-어레이에 의해 이루어질 수 있으며, N은 2 이상의 정수임에 유의한다. 광 밸브 세트는 광 밸브의 직사각형 N x M 서브-어레이일 수도 있으며, 여기서 N은 2 이상의 정수이고 M은 0 이상의 정수이다.
광 밸브 세트는 멀티뷰 픽셀의 어레이의 멀티뷰 픽셀을 형성하도록 그룹화될 수 있다. '멀티뷰 픽셀'은 멀티뷰 디스플레이의 유사한 복수의 상이한 뷰 각각에서 '뷰' 픽셀을 나타내는 복수의 광 밸브 세트이다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰 각각에서 뷰 픽셀에 대응하거나 나타내는 복수의 광 밸브 세트를 가질 수 있다. 또한, 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트는 광 밸브 세트 각각이 상이한 뷰의 대응하는 것의 소정의 뷰 방향과 관련된다는 점에서 소위 '방향성 픽셀'이다. 또한, 다양한 예 및 실시예에 따라, 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트에 의해 표현된 상이한 뷰 픽셀은 상이한 뷰 각각에서 등가 또는 적어도 실질적으로 유사한 위치 또는 좌표를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2c에 도시된 스크린(204)의 24개의 광 밸브 세트는 6개의 멀티뷰 픽셀의 어레이를 형성하도록 그룹화될 수 있고, 각각의 멀티뷰 픽셀은 4 세트의 광 밸브의 2 x 2 어레이를 포함한다. 도 2c에서, 4 세트의 광 밸브의 2 x 2 어레이를 포함하는 예시적 멀티뷰 픽셀은 점선 정사각형(220)에 의해 아웃라인되었다. 어떤 실시예에서, 멀티뷰 픽셀의 어레이의 멀티뷰 픽셀은 9 세트 광 밸브의 3 x 3 어레이, 16 세트 광 밸브의 4 x 4 어레이, 및 25 세트 광 밸브의 5 x 5 어레이로부터 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 멀티뷰 픽셀의 어레이의 멀티뷰 픽셀은 광 밸브 세트의 직사각형 어레이로부터 형성될 수 있다. 일반적으로, 멀티뷰 픽셀의 어레이의 멀티뷰 픽셀은 K x L 세트 광 밸브의 K x L 어레이로부터 형성될 수 있으며, 여기서 K는 2 이상의 정수이고 L은 1 이상의 정수이다.
도 3은 광원(210)에 의해 제공된 광(302)이 플레이트 광 가이드(208)에 입력되거나 그에 결합되는 멀티뷰 디스플레이(200)의 단면도를 도시한다. 광(302)은 플레이트 광 가이드(208)의 제1 및 제2 표면(212, 214)에 대해 비-제로 전파 각도(예를 들어, 약 30-35도)로 플레이트 광 가이드(208)에 결합된다. 멀티뷰 디스플레이(200)는 하나 이상의 렌즈, 미러 또는 유사한 반사기(예를 들어, 경사진 콜리메이트 반사기)를 포함할 수 있으며, 광원(210)에 의해 생성된 광을 비-제로 전파 각도로 플레이트 광 가이드(208)에 결합시키기 위해 하나 이상의 프리즘(도시되지 않음)이 사용될 수 있다. 광(302)은 콜리메이트된 광으로서, 예를 들면, 콜리메이트 광빔(302)으로서, 플레이트 광 가이드(208)에 입력되거나 결합될 수 있다. 광(302)이 콜리메이트 광빔 내에서 콜리메이트되는 정도는 σ로 표기되는 콜리메이트 팩터에 의해 표현된다. 콜리메이트 팩터는 콜리메이트된 광빔 내의 광선의 각도 확산(spread)을 정의한다. 예를 들어, 콜리메이트 팩터(σ)는 콜리메이트된 광(302)의 콜리메이트된 빔 내 대다수의 광선이 특정한 각도 확산(예를 들어, 안내 광의 콜리메이트된 빔의 중심 또는 주 각도 방향에 대해 +/-σ 각도) 내에 있음을 명시할 수 있다. 콜리메이트된 광(302)의 광선은 각도 면에서 가우시안 분포를 가질 수 있고, 각도 확산은 콜리메이트된 광빔의 피크 세기의 절반에 의해 결정되는 각도일 수 있다.
플레이트 광 가이드(208)는 플레이트 광 가이드(208)의 제1 표면(212)과 제2 표면(214) 사이의 비제로 전파 각도에서 TIR에 따라 광(302)을 안내하게 구성된다. 도 4는, 플레이트 광 가이드(208) 내에서 전파하고 플레이트 광 가이드(208)의 표면(402)(예를 들어, 표면(402)은 제1 표면(212) 또는 제2 표면(214)일 수 있다)의 동일한 지점에 입사하는 광의 두 빔의 궤적을 도시한다. 도시된 바와 같이, 표면(402)은 플레이트 광 가이드(208)와 플레이트 광 가이드(208)보다 낮은 굴절률을 갖는 공기(또는 또 다른 재료) 사이의 경계이다. 점선(406)은 표면(402)에 대한 법선 방향을 나타내고, θc는 법선 방향(406)에 대한 임계각을 나타낸다. 입사각은 법선 방향(406)에 대해 측정된다. 임계각(θc)보다 큰 각도로 표면(402)에 입사하는 광은 TIR을 경험한다. 예를 들어, 방향 화살표(408)에 의해 표현된 광은 임계각(θc)보다 큰 각도로 표면(402)에 입사하기 때문에, 광은 방향 화살표(410)로 나타낸 바와 같이 내부에서 반사된다. 방향 화살표(412)로 나타낸 바와 같이, 임계 각도(θc)보다 작은 각도로 표면(402)에 입사하는 광은 방향 화살표(414)로 나타낸 바와 같이 표면(402)을 통해 전송된다.
일부 실시예에 따라, 멀티빔 요소(218)는 입사광을 회절시키도록 구성된 복수의 회절 격자를 포함할 수 있다. 특히, 멀티빔 요소(218)는 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열된 복수의 회절 피처를 포함할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 요소(218)는 1차원(ID) 어레이로 배열된 복수의 회절 피처(예를 들어, 재료 표면 내 복수의 홈 또는 리지)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 요소(218)는 회절 피처의 2차원(2D) 어레이일 수 있다. 멀티빔 요소(218)는 플레이트 광 가이드(208)의 재료 표면 상의 범프, 혹은 표면 내의 홀의 2D 어레이일 수 있다. 멀티빔 요소(218)는 여러 실시예에 따라, 습식 에칭, 이온 밀링, 포토리소그래피, 이방성 에칭 및 플라즈마 에칭을 포함하지만 이에 한정되지 않는 많은 상이한 미세제조 기술 중 임의의 것을 사용하여 형성되거나 제조될 수 있다.
광이 플레이트 광 가이드(208) 내부로부터 멀티빔 요소(218)에 입사할 때, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 요소(218)는 멀티빔 요소(218)를 통해 플레이트 광 가이드(208)로부터 광을 회절적으로 커플링-아웃함으로써 투과 회절을 제공한다. 멀티빔 요소(218)를 통해 회절된 광을 전송하도록 구성된 멀티빔 요소(218)는 본원에 정의에 의해 '전송 모드' 멀티빔 요소라 지칭된다. 한편, 입사광을 회절 및 반사하도록(반사 회절)을 구성된 멀티빔 요소(218)는 본원에 정의에 의해 '반사 모드' 멀티빔 요소라 지칭된다. 일반적으로, 멀티빔 요소는 또한 회절에 의해 또는 이를 사용하여 광의 각도(즉, 회절 각도)를 재지향하거나 변화시킨다. 특히, 회절은 멀티빔 요소(218)에 의해 커플링-아웃된 광이 멀티빔 요소(218)에 입사하는 광의 전파 방향(즉, 입사광)으로부터 다른 전파 방향으로 전파되도록 한다. 회절에 의한 광의 전파 방향의 변화를 '회절 재지향'이라고 한다. 결과적으로, 멀티빔 요소(218)는 멀티빔 요소(218)에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 피처를 포함하는 구조일 수 있고, 플레이트 광 가이드(208) 내에서 전파하는 광이 멀티빔 요소(218)에 입사한다면, 멀티빔 요소(218)는 플레이트 광 가이드(208)로부터 광을 회절적으로 커플링-아웃할 수도 있다. 멀티빔 요소에 의해 플레이트 광 가이드(208)로부터 회절적으로 산란되는 광의 형태는 회절 피처의 구조 및 구성에 의존한다.
일부 실시예에서, 멀티빔 요소(218)는 회절 격자 전체에 걸쳐 실질적으로 일정하거나 또는 변하지 않는 회절 피처 간격을 갖는 회절 격자를 포함할 수 있다. 도 5a는 플레이트 광 가이드(208)의 제1 표면(212)에 형성된 실질적으로 일정하거나 또는 변하지 않는 회절 피처 간격을 갖는 회절 격자로서 구성된 투과 모드 멀티빔 요소(502)의 단면도를 도시한다. 회절 피처 간격(d)은 멀티빔 요소(502)에 걸쳐 일정하거나 변하지 않는다. 멀티빔 요소(502)에 입사하는 광은 멀티빔 요소(502)를 통해 플레이트 광 가이드(208)로부터 회절적으로 투과되거나 또는 회절적으로 커플링-아웃되고, 멀티빔 요소(502)는 '투과 모드' 멀티빔 요소(502)라 지칭된다. 회절 피처 간격(d)는 서브-파장(즉, 광의 파장 미만)일 수 있다. 멀티빔 요소(502)와 상호작용하는 특정 파장(λ)의 광을 고찰한다. 광이 멀티빔 요소(502)로부터 출사할 때, 광은 회절 피처에 의해 상이한 방향으로 투과 및 산란되지만, 광의 파들은 상이한 위상을 갖고 멀티빔 요소(502)로부터 출사하기 때문에, 파들은 건설적으로 그리고 파괴적으로 간섭하여, 파가 건설적으로 간섭하는 광빔을 생성한다. 예를 들어, 인접한 회절 피처들로부터 나오는 파들 간에 경로 차이가 파장의 절반(즉, λ/2)일 때, 파들은 역 위상으로 출사하며, 파괴적 간섭을 통해 상쇄될 수 있다. 다른 한편으로, 인접한 회절 피처로부터 나오는 파들 간에 경로 차이가 파장(λ)과 같을 때, 파들은 건설적으로 간섭하여 최대 세기를 갖는 출사 광빔을 생성한다. 멀티빔 요소(502)로부터 최대 세기로 출사되는 광은 도 5a에서 방향 화살표(506)로 표현되고 제1 표면(212)에 대한 법선 방향(508)에 대해 멀티빔 요소(502)로부터 각 광빔이 출사하는 회절 각도는 회절 방정식에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00001
(1)
m은 회절 차수(즉, m = ..., -2,-1,0,1,2,...);
n은 플레이트 광 가이드(208)의 굴절률;
θi는 법선 방향(506)에 대한 광의 입사각; 및
θm은 플레이트 광 가이드(208)로부터 회절적으로 커플링-아웃된 제m 광빔의 법선 방향(506)에 대한 회절 각이다.
도 5b에 도시된 다른 예에서, 멀티빔 요소(508)는 플레이트 광 가이드(208)의 제2 표면(214)에 형성된 회절 격자일 수 있다. 멀티빔 요소(508)는 '반사 모드' 멀티빔 회절 요소(508)를 생성하기 위해 회절 격자의 회절 피처 및 홈을 채우는 은, 알루미늄 또는 또 다른 반사 재료와 같은 반사 코팅(510)을 포함한다. 회절 격자는, 제1 표면(212)을 향해 반사 코팅(510)에 의해 반사되고 회절적으로 커플링-아웃된 광(514)로서 나오는 회절된 광(512)을 생성한다. 제1 표면(212)을 따라 플레이트 광 가이드(208)로부터 나오는 광(514)은 플레이트 광 가이드(208)의 굴절률과 주위 공기 간에 차이로 인해 굴절된다. 회절 피처는 굴절을 감안하게 구성될 수 있다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 멀티빔 요소(218)는 플레이트 광 가이드(208)의 제1 및 제2 표면(212, 214) 사이에 위치된 회절 격자일 수 있다.
일부 실시예에 따라, 멀티빔 요소(218)는 처프된 회절 격자를 포함할 수 있다. 본원에 정의에 의해, 처프된 회절 격자의 회절 피처 간격은 처프된 회절 격자의 범위 또는 길이에 걸쳐 변한다. 일부 실시예에서, 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형으로 변하는 회절 피처 간격의 처프를 가질 수 있거나 또는 나타낼 수 있다. 이와 같이, 처프된 회절 격자는 본원의 정의에 의해, '선형으로 처프된' 회절 격자이다. 다른 실시예에서, 처프된 회절 격자는 회절 피처 간격의 비선형 처프를 나타낼 수 있다. 지수 처프, 대수 처프, 또는 또 다른 실질적으로 비균일하거나 랜덤하지만 여전히 단조로운 방식으로 변화하는 처프를 포함한, 그러나 이들로 제한되지 않는, 다양한 비선형 처프가 사용될 수 있다. 정현파 처프 또는 삼각형 또는 톱니 처프와 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는, 비-단조 처프가 채용될 수도 있다. 이들 유형의 처프 중 임의의 조합이 채용될 수 있다.
일부 실시예에서, 멀티빔 요소(218)는 가변 회절 특성을 갖는 복수의 회절 격자를 포함할 수 있다. 도 5c는 복수의 회절 격자(518-521)를 포함하는 예시적 멀티빔 요소(516)의 단면도를 도시한다. 도 5d는 복수의 회절 격자(526-532)를 포함하는 예시적 멀티빔 요소(524)의 평면도를 도시한다. 도 5c에 단면도는 멀티빔 요소(516)의 4개의 회절 격자(518-521)를 통한 단면도를 나타낼 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 멀티빔 요소(516)의 복수의 회절 격자(518-521)는 플레이트 광 가이드(208)의 제1 표면(212)은 제공되고 각 회절 격자는 상이한 피쳐 간격(d)을 갖는다. 또한, 도시된 바와 같이, 제1 회절 격자(518)는 멀티빔 요소(516) 내의 제2 회절 격자(519)로부터 독립적이며 이에 인접해 있다. 멀티빔 요소(516, 524)의 크기는 도 5c 및 도 5d 모두에서 s로 표기되고, 회절 멀티빔 요소(524)의 경계는 점선을 사용하여 도 5d에 도시된다.
일부 실시예에 따라, 멀티빔 요소 내의 회절 격자의 차등적 밀도는 멀티빔 요소(516, 524)의 각각의 상이한 회절 멀티빔 요소에 의해 회절적으로 커플링-아웃된 광의 상대적 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 회절 멀티빔 요소(516, 524)는 내부에 회절 격자의 상이한 밀도를 가질 수 있고, 상이한 밀도(즉, 회절 격자의 차등적 밀도)는 커플링-아웃된 광의 상대 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 복수의 회절 격자 내의 소수의 회절 격자를 갖는 회절 멀티빔 요소(516)는 상대적으로 더 많은 회절 격자를 갖는 또 다른 멀티빔 요소보다 낮은 세기(또는 빔 밀도)를 갖는 커플링-아웃된 광을 생성할 수 있다. 회절 격자의 차등 밀도는, 예를 들어, 회절 격자가 없거나 존재하지 않는 멀티빔 요소(524) 내의 도 5d에 도시된 위치(533, 534)와 같은 위치를 사용하여 제공될 수 있다. 또한, 멀티빔 요소(516, 524)는 도 5b를 참조하여 전술한 바와 같이, 복수의 회절 격자를 포함하는 반사 모드 멀티빔 요소를 형성하기 위해 홈을 채우고 회절 피처를 덮는 반사 재료를 갖는 플레이트 광 가이드(208)의 제2 표면(214)에 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 멀티빔 요소(218)는 마이크로-굴절 요소를 포함할 수 있다. 도 6a는 멀티빔 요소(602)가 마이크로-굴절 요소를 포함하는 플레이트 광 가이드(208)의 단면도를 도시한다. 다양한 실시예에 따라, 마이크로-굴절 멀티빔 요소(602)는 커플링-아웃된 광(604)과 같이 상이한 각도에 걸쳐 플레이트 광 가이드(208)로부터 광(302)의 일부를 굴절적으로 커플링-아웃하도록 구성된다. 마이크로-굴절 멀티빔 요소(602)는 반-구형 형상, 직사각형 형상 또는 프리즘형 형상(즉, 경사진 패싯을 갖는 형상)을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 다양한 형상 중 임의의 것을 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 마이크로-굴절 멀티빔 요소(602)는, 도시된 바와 같이, 플레이트 광 가이드(208)의 제1 표면으로부터 연장되거나 돌출될 수 있거나, 또는 제1 표면(212)(도시되지 않음) 내에 캐비티 또는 리세스일 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-굴절 멀티빔 요소(602)는 플레이트 광 가이드(208)의 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로-굴절 멀티빔 요소(602)는 제1 표면(212)에 인접하고, 일부 예에서는 이와 접촉하는 다른 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 멀티빔 요소(218)는 마이크로-반사 요소를 포함할 수 있다. 도 6b는 멀티빔 요소(608)가 제2 표면(214)을 따라 위치된 프리즘 형상의 마이크로-반사 요소를 포함하는 플레이트 광 가이드(208)의 단면도를 도시한다. 도 6c는 멀티빔 요소(610)가 제2 표면(214)을 따라 위치된 반구형 마이크로-굴절 요소를 포함하는 플레이트 광 가이드(208)의 단면도를 도시한다. 마이크로-반사 멀티빔 요소(608, 610)는 반사 재료 또는 이의 층을 채용하는 반사기(예를 들면, 반사 금속) 또는 반사경(TIR)을 기반으로하는 반사기를 포함할 수 있는데, 그러나 이들로 제한되지 않는다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 마이크로-반사 멀티빔 요소는 제1 및 제2 표면(212, 214) 사이의 플레이트 광 가이드(208) 내에 위치될 수 있다.
특히, 도 6b는 플레이트 광 가이드(208) 내에서 연장하는 반사 패싯들을 갖게 구성된 프리즘 형상 마이크로-반사 멀티빔 요소(608)를 도시한다. 프리즘 마이크로-반사 멀티빔 요소(608)의 패싯들은 플레이트 광 가이드(208)로부터 광(612)의 부분을 반사시키게 구성된다. 패싯은 플레이트 광 가이드(208)로부터 광 부분을 반사시키기 위해 광(302)의 전파 방향에 대해 경사지거나 기울어질 수 있다(즉, 틸트 각을 갖는다). 패싯은, 다양한 실시예에 따라, 플레이트 광 가이드(208) 내에 반사 재료(예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이)을 사용하여 형성되거나, 제2 표면(214)에서 프리즘 캐비티의 표면일 수 있다. 프리즘 캐비티가 채용될 때, 캐비티 표면에 굴절률 변화는 반사(예를 들어, TIR)를 제공할 수 있고, 또는 패싯을 형성하는 캐비티 표면은 예를 들어 반사를 제공하기 위해 반사성 재료로 코팅될 수 있다. 도 6c에서, 도시된 반-구형 마이크로-반사 요소(610)는 실질적으로 매끄러운 곡면을 갖는다. 반구형 마이크로-반사 멀티빔 요소(610)의 표면 곡률은, 광(302)이 곡면과 이루는 입사 지점에 따라 광(302)의 일부분을 반사시킨다. 도 6c의 반구형 마이크로-반사 멀티빔 요소(610)는 도 6c에 도시된 바와 같이 플레이트 광 가이드(208) 내에서 연장하는 반사 재료이거나, 또는 제2 표면(214)에 형성된 캐비티(예를 들어, 반원형 캐비티)일 수 있다. 도 6b 및 도 6c에서, 반사된 광(612, 614)의 주 각도 방향은 커플링-아웃된 광(616, 618)이 제1 표면(212)에서 공기(또는 유사한 주변 재료)로 출사함에 따라 굴절률의 변화로 인해 일반적으로 굴절된다.
도 2c를 참조하여 상술한 바와 같이, 멀티뷰 픽셀 어레이는 광 밸브 세트의 어레이로부터 형성될 수 있다. 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트 각각과 관련된 멀티빔 요소는 멀티뷰 픽셀의 중심을 향해 공간적으로 오프셋될 수 있다.
도 7은 멀티뷰 디스플레이(700)의 16개의 예시적 광 밸브 세트 및 대응하는 멀티빔 회절 격자의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(700) 내의 각 광 밸브 세트는 4 x 4 광 밸브 어레이를 포함하고 점선 정사각형에 의해 구획된다. 예를 들어, 한 세트의 광 밸브(702)는 4 x 4 광 밸브 어레이를 포함한다. 도 7에서, 16개의 예시적 광 밸브 세트는 4개의 멀티뷰 픽셀을 형성하도록 그룹화되며, 각각의 멀티뷰 픽셀은 4 세트의 광 밸브의 2 x 2 어레이를 포함한다. 예를 들어, 4 세트의 광 밸브(702-705)는 멀티뷰 픽셀(706)를 형성하도록 그룹화된다. 도 7은 4 세트의 광 밸브(702-705)로부터 형성된 멀티뷰 픽셀(706)의 확대도를 포함한다. 멀티뷰 픽셀(706)의 확대도는 대응하는 광 밸브 세트(702-705)와 관련된 4개의 멀티빔 요소(708-711)가 멀티뷰 픽셀(706)의 중심(712)을 향해 공간적으로 오프셋되어 있음을 나타낸다.
여러 실시예에 따라(예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은), 멀티빔 요소(예를 들면, 도시된 멀티빔 요소(708-711))의 크기는 광 밸브의 크기와 비교될 수 있다. '크기'라는 용어는 길이, 폭 또는 면적을 지칭할 수 있다. 멀티빔 요소의 크기는 멀티빔 요소의 한 변의 길이(s), 또는 멀티빔 요소의 면적(s x s)에 의해 주어질 수 있다(도 5-도6에서, 멀티빔 요소의 크기는 s로 표기되었다). 도 7에서, 광 밸브의 길이는 dx로 표기되고, 광 밸브의 크기는 광 밸브의 길이(dx) 또는 면적, 예컨대 dx x dx에 의해 주어질 수 있다. 본원에 정의에 의해, 멀티빔 요소의 크기는 광 밸브 요소 크기가 광 밸브의 크기(예를 들어, dx) 및 멀티뷰 픽셀에서 다수의 광 밸브 세트 둘 다의 함수인 점에서 크기가 광 밸브와 '비교될 수' 있다. 예를 들어, 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트의 p x p 어레이에 있어, 멀티빔 요소 크기는 광 밸브 크기(dx)를 p의 약 1/2(즉, p/2)로 나눔에 의해 주어질 수 있다. 이에 따라, 멀티뷰 픽셀에서 광 밸브 세트의 2 x 2 어레이에 있어(도 7 및 도 8a에 도시된 바와 같이), 멀티빔 요소의 크기는 광 밸브의 크기의 약 25% 내지 약 100%일 수 있다. 즉, 일부 실시예에 따라, 광 밸브의 크기(dx)에 대한 멀티빔 요소의 크기는 다음 조건을 만족시킬 수 있다 :
Figure pct00002
(2)
다른 예에서, 멀티빔 요소 크기는 광 밸브 크기의 약 30%, 또는 광 밸브 크기의 약 40%, 또는 광 밸브 크기의 약 50%보다 크고, 멀티빔 요소는 예를 들어 예시적 2 x 2 어레이에 대해, 광 밸브 크기의 약 100%, 또는 광 밸브 크기의 약 80%, 광 밸브 크기의 약 70%, 또는 광 밸브 크기의 약 60% 미만이다. 이와 같이, '필적할만한 크기'에 의해, 멀티빔 요소 크기는 광 밸브 세트의 2 x 2 어레이에 대해 2로 나눈 광 밸브 크기의 약 75% 내지 약 150%일 수 있다. 또 다른 예에서, 멀티빔 요소는 멀티빔 요소 크기가 멀티뷰 픽셀 내 광 밸브 세트의 p x p 어레이에 있는 p개의 광 밸브 세트의 절반으로 나눈 광 밸브 크기의 약 125% 내지 85% 사이에 있는 광 밸브와 크기에서 비교될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 멀티빔 요소의 필적할만한 크기 및 광 밸브 크기는 또는 일부 예에서, 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 사이의 어두운 존을 감소시키거나, 또는 일부 예에선 최소화하도록 선택 될 수 있고 이와 동시에 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간에 중첩을 감소시키거나, 또는 일부 예에선, 최소화하하게 선택될 수 있다.
도 7의 예에서, 각각의 멀티빔 회절 요소(708-711)는 x- 및 y-방향으로 멀티뷰 픽셀의 중심을 향해 거리(δ)만큼 공간적으로 오프셋되며, 여기서 거리(δ)는 광 밸브의 플러스 또는 마이너스 크기 또는 길이(dx)일 수 있다(예를 들어, -dx≤δ≤dx). 예를 들어, 공간 오프셋 거리(δ)는 도 7에 도시된 바와 같이, 2 x 2 광 밸브 세트 어레이에 대해 2로 나눈 플러스 또는 마이너스 약 dx(dx/2)일 수 있다. 멀티뷰 디스플레이(700)의 평면도는 또한 3개의 다른 멀티뷰 픽셀(716-718)의 4개의 광 밸브 세트에 대응하는 4개의 멀티빔 요소들이 3개의 멀티뷰 픽셀(716-718)의 중심을 향해 공간적으로 오프셋된다는 것을 나타낸다. 광 밸브 세트(702-706)와 같은 4 x 4 광 밸브 세트 각각은 16개의 상이한 뷰를 생성한다. 결과로서, 각각의 멀티뷰 픽셀(706, 716-718)은 대략 4 x dx의 인지되는 해상도로 64개의 뷰를 생성한다. 다른 실시예에서, 멀티뷰 픽셀의 중심을 향한 대응하는 광 밸브 세트의 중심으로부터 멀티빔 요소의 공간 오프셋의 거리는 x- 및 y-방향 중 단지 하나에 있을 수있다. 도 7은 멀티빔 요소(708-711) 및 광 밸브(예를 들어, 광 밸브(716-718))의 상대적인 크기의 스케일 도시를 제공하려는 것이 아니라, 여러 도시된 요소의 어떤 관계적 측면들을 제공하려는 것에 유의한다.
멀티뷰 픽셀의 대응하는 광 밸브 세트에 대한 멀티빔 요소의 공간 오프셋은 멀티빔 요소 자신들에 의해 제공되는 상이한 각도에 더하여 각도 오프셋(또는 틸트)으로 플레이트 광 가이드로부터 광을 회절적으로 커플링-아웃된 광을 제공하도록 구성된다. 도 8a는 점선 정사각형과 4개의 대응하는 멀티빔 요소(806-809)에 의해 식별되는 4 세트의 광 밸브(802-805)를 포함하는 예시적 멀티뷰 픽셀(800)의 평면도를 도시한다. 도 8b는 도 8a에 도시된 선 II-II를 따른 멀티뷰 픽셀(800)의 단면도를 도시한다. 도 8a에서, 멀티빔 요소(806-809)는 플레이트 광 가이드(208)로부터의 광을 상이한 각도들로 커플링-아웃하도록 구성된다. 또한, 예시된 멀티빔 요소(806-809)는 방향 화살표(812)에 의해 나타낸 바와 같이 멀티뷰 픽셀(800)의 중심(810)을 향해 공간적으로 오프셋된다. 도 8b에서, 플레이트 광 가이드(208)에서 전파하는 광(302)은 방향 화살표(816, 817)로 나타낸 바와 같이 멀티빔 요소(807, 808)에 입사한다. 멀티빔 요소(807, 808)는 도 5a-도 5d 및 도 6a-도 6c를 참조하여 위에 기술된 바와 같이 상이한 각도들로 광을 커플링-아웃하게 구성된다. 도 8은 멀티빔 요소(806-809) 및 광 밸브(예를 들어, 광 밸브(716-718))의 상대적인 크기의 스케일 도시를 제공하려는 것이 아니라, 여러 도시된 요소의 어떤 관계적 측면들을 제공하려는 것에 유의한다.
도 8b에서, 방향 화살표(818)는 멀티빔 요소(807)로부터 커플링-아웃된 광의 경로를 나타낸다. 방향 화살표(818)로 나타낸 경로를 갖는 커플링-아웃된 광은 광 밸브 세트(803)의 광 밸브를 통과한다. 또한 도 8b에서, 방향 화살표(819)는 멀티빔 요소(808)로부터 커플링-아웃된 광의 경로를 나타낸다. 방향 화살표(819)로 나타낸 경로를 갖는 커플링-아웃된 광은 도시된 바와 같이, 광 밸브 세트(804)의 광 밸브를 통과한다. 멀티빔 요소(또는 등가적으로 가상 광원)의 공간 오프셋은 각 광 밸브 세트의 중심에 위치된 스크린(204)에 대한 커플링-아웃된 광의 법선 방향에 대해 각도 오프셋(dθ)을 생성한다. 일반적으로, 각도 오프셋(dθ)은 특정 광 밸브 세트와 관련된 커플링-아웃된 광의 모든 광빔에 실질적으로 동등하게 적용된다. 예를 들어, 도 8b에서, 점선(820, 821)은 각각 광 밸브 세트(803, 804)의 중심에서 스크린(204)에 대한 법선 방향을 나타낸다. 점선(823)은 멀티빔 요소(807)의 중심에 대한 법선 방향을 나타낸다. 상이한 각도를 갖는 멀티빔 요소(807)에 의해 커플링-아웃된 광은 법선 방향(823)에 대하여 φ로 표현되고, 광 밸브 세트(823)의 법선 방향(823)에 대한 각도 오프셋(dθ)를 포함한다. 멀티빔 요소(807, 808)가 도 5a-도 5d를 참조하여 상술한 회절 격자로서 구성되는 어떤 실시예에서, 상이한 각도는 회절 각(즉, φ = θm)이다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 요소로부터 커플링-아웃된 광은 대응하는 광 밸브 세트의 광 밸브를 통과한다. 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트에서 출사하는 변조된 광빔은 스크린(204)을 벗어난 거리에서 인터리빙한다. 광 밸브 세트의 광 밸브는 도 1a를 참조하여 위에 기술되고 도 9-도 12를 참조하여 이하에서 설명되는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰를 생성하도록 변조될 수 있다.
도 9-도 12는 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트를 사용하여 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰를 투영하는 것을 도시한다. 도 9a는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰에 투영될 3차원(3D) 대상의 예로서 문자 "R"을 도시한다. 문자 R은 xy-평면에 놓이고 z-방향으로 돌출한다. 1-8로 표기된 방향 화살표는 xz-평면에 놓인 곡선(902)을 따라 3D 문자 R의 8개의 상이한 뷰 방향을 나타낸다. 도 9b는 1-8로 표기된 3D 문자 "R"의 일련의 8개의 상이한 2차원(2D) 이미지를 도시한다. 각각의 2D 이미지는 도 9a에 도시된 문자 R의 8개의 상이한 뷰 중 하나를 디스플레이한다. 도 9b의 이미지(1-8)은 관찰자의 눈(904)이 곡선(902)을 따라 상응하는 뷰 방향에서 3D 문자 R을 볼 때 관찰자가 문자 R을 보게 될 이산 뷰들을 나타낸다. 즉, 이미지(1-8)는 곡선(902)를 따라 2D 문자 R의 멀티뷰 이미지를 형성한다. 예를 들어, 도 9b의 2D 이미지(3)는 도 9a의 뷰 방향 3으로 문자 R의 뷰를 디스플레이한다. 일련의 이미지(1-8)는 연속적이거나 도 9a의 뷰 방향(1-8)에 대응하는 공간 연속으로 배열된다. 예를 들어, 도 9b에서 이미지 3으로부터 이미지 2 또는 4 중 하나로 관찰자의 주의 변화는 도 9a에서 뷰 방향 2 또는 4으로 뷰 방향 3의 변화와 동등하다.
도 9b에 도시된 2D 이미지들 각각은 픽셀 세트를 포함한다. 각각의 픽셀은 이미지에서 세기 및 대응하는 어드레스 또는 좌표 위치(예를 들어, 픽셀은(x, y, 픽셀 세기)와 동일하다)를 갖는다. 도 10은 도 9b의 이미지(1-8)의 영역(911-918)에 대응하는 8개의 예시적 픽셀 세트(1001-1008)의 확대도이다. 예를 들어, 도 10의 픽셀 세트(1001)는 도 9b의 이미지(1)의 영역(911) 내의 픽셀의 확대도이다. 도 10에서, 픽셀 세트(1001-1008)는 도 9b의 대응 이미지(1-8)에서 동일한 어드레스 또는 좌표 위치를 갖는다. 예를 들어, 픽셀 세트(1001)에서 la, 1b 및 1c로 표기된 인접한 픽셀의 트리플렛은 픽셀 세트(1005)에서 5a, 5b 및 5c로 표기된 인접한 픽셀의 트리플렛과 동일한 좌표(x, y)를 갖는다. 간략화를 위해, 도 10의 예에서, 픽셀의 세기는 도 9b의 영역(911-918)에서 문자 R의 에지에 대응하는 해시-마크된 픽셀을 갖는 바이너리(즉, 흑 및 백)이다. 다른 실시예에서, 픽셀은 적색, 녹색 및 청색과 같은 컬러 픽셀일 수 있고, 세기는 각 픽셀로부터 방출된 광의 양을 제어하도록 변조될 수 있다.
도 11은 위에 기술된 멀티뷰 디스플레이(200)의 3개의 인접한 멀티뷰 픽셀(1101-1103)의 단면도 및 멀티뷰 픽셀의 광 밸브에 2D 이미지의 픽셀 세기의 할당을 도시한다. 점선(1104, 1105)은 멀티뷰 픽셀(1101-1103) 간의 경계를 나타낸다. 점선(1106-1108)은 멀티뷰 픽셀(1101-1103)을 포함하는 광 밸브 세트 사이의 경계들을 나타낸다. 예를 들어, 멀티뷰 픽셀(1101)은 광 밸브 세트(1109) 및 광 밸브 세트(1110)를 포함한다. 도 11은 도 10에 도시된 인접한 픽셀의 트리플렛의 픽셀 세기를 멀티뷰 픽셀(1101-1103)의 광 밸브 세트의 광 밸브 열에 할당하는 것을 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이미지(1-8)에서 동일한 좌표를 갖는 인접한 픽셀의 트리플렛의 픽셀들은 동일한 멀티뷰 픽셀 이미지에 할당된다. 예를 들어, 도 11에서, 픽셀(1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a)은 도 10의 이미지(1-8)에서 동일한 좌표를 가지며 멀티뷰 픽셀(1101)에 할당된다. 픽셀(1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b, 8b)은 이미지(1-8)에서 동일한 좌표를 가지며, 멀티뷰 픽셀(1102)에 할당된다. 픽셀(1c, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c, 7c, 8c)은 이미지(1-8)에서 동일한 좌표를 가지며, 멀티뷰 픽셀(1103)에 할당된다. 연속적인 이미지에서 동일한 좌표를 갖는 픽셀의 세기는 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트의 광 밸브에 교번하는 순서로 할당된다. 방향 화살표(1112-1115)와 같은 방향 화살표는 멀티뷰 픽셀(1102)에 할당된 픽셀의 세기가 두 세트의 광 밸브(1109, 1110)의 광 밸브에 할당되는 교번 순서를 나타낸다. 예를 들어, 방향 화살표(1112)은 광 밸브의 세트(1109)의 제1 픽셀에 이미지(1)의 픽셀(lb)의 픽셀 세기의 할당을 나타낸다. 방향 화살표(1113)는 광 밸브의 세트(1110)의 제1 픽셀에 이미지(2)(이미지(1)에 인접한)의 픽셀(2b)의 픽셀 세기의 할당을 나타낸다. 방향 화살표(1114)는 광 밸브의 세트(1109) 내의 제2 픽셀에 이미지(1)의 픽셀(3b)의 픽셀 세기의 할당을 나타낸다. 방향 화살표(1115)는 광 밸브의 세트(1110) 내의 제2 픽셀에 이미지(2)의 픽셀(4b)의 픽셀 세기의 할당을 나타낸다. 이미지(1-8) 내의 픽셀의 세기는 픽셀의 세기와 실질적으로 일치하게 광 밸브의 세기를 변조함으로써 광 밸브 세트의 광 밸브에 할당될 수 있다. 예를 들어, 광 밸브 세트(1109, 1110)의 광 밸브(1116, 1117)는 각각 픽셀(1b, 6b)의 세기와 실질적으로 일치하도록 변조된다.
플레이트 광 가이드의 멀티빔 요소로부터 커플링-아웃된 광은 대응하는 광 밸브 세트로 전파한다. 광 밸브 세트의 변조된 광 밸브를 통해 투과된 광은 멀티뷰 디스플레이(200)의 스크린(204)으로부터 멀리 전파하는 변조된 광빔을 생성한다. 도 11을 참조하여 상술한 바와 같이 멀티뷰 픽셀의 광 밸브 세트에 의해 생성된 어떤 변조된 광빔은 스크린(204)으로부터 멀리 인터리빙하여 멀티뷰 이미지에서 이미지의 방향성 픽셀을 생성한다.
도 12는 도 11의 멀티뷰 픽셀(1102)의 광 밸브 세트(1109, 1110)의 광 밸브로부터 나오는 방향성 픽셀을 도시한다. 멀티빔 요소(1201, 1202)는 도 8a-도 8b를 참조하여 전술한 바와 같이 대응하는 광 밸브 세트(1109, 1110)로부터 광을 커플링-아웃한다. 실선 방향 화살표(1204)는 도 11을 참조하여 전술한 광 밸브 세트(1109)의 광 밸브로부터 변조 광빔으로서 출사하는 커플링-아웃된 광을 나타낸다. 점선 방향 화살표(1206)는 도 11을 참조하여 전술한 광 밸브 세트(1110)의 광 밸브로부터 변조 광빔으로서 출사하는 커플링-아웃된 광을 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 픽셀(2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b)에 대응하는 방향성 픽셀은 뷰 거리(1208) 내에서 인터리빙한다. 픽셀(1b, 8b)에 대응하는 변조된 광빔은 뷰 거리(1208) 내에서 광 밸브 세트(1109, 1110)로부터 출력된 다른 변조된 광빔과 인터리빙하지 않을 수 있다. 즉, 일련의 이미지(1-8) 내의 첫번째 및 마지막 이미지의 픽셀에 대응하는 변조 광빔은 뷰 거리(1208) 내에서 일련의 이미지(2-7) 내의 이미지들의 픽셀에 대응하는 변조된 광빔과 인터리빙하지 않을 수 있다. 광 밸브 세트(1109, 1110)로부터 출력된 변조 광빔들의 인터리빙은 뷰 거리(1208) 부근에서 이미지(1-8)의 순서를 매칭시키기 위해 픽셀들을 재순서화한다. 관찰자의 눈(1210)이 스크린(204)을 가로질러 x-방향으로 이동함에 따라, 변조된 광빔으로부터의 광은 일련의 이미지(1-8)와 동일한 순서로 관찰자의 눈에 들어간다. 다른 멀티뷰 픽셀이 동일한 방식으로 동작될 때, 관찰자의 눈이 뷰 거리(1208)로부터 스크린(204)을 가로질러 이동함에 따라 관찰자는 연속적인 순서로 이미지(1-8)를 보게 되고, 도 1a를 참조하여 상기한 바와 같은 멀티뷰 이미지 경험을 재생성한다.
도 13은 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 방법의 흐름도를 도시한다. 블록(1301)에서, 플레이트 광 가이드에 광학적으로 결합된 광원에 의해 발생된 광은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이 플레이트 광 가이드에 광학적으로 결합된다. 블록(1302)에서, 멀티뷰 이미지의 일련의 2차원(2D) 이미지의 픽셀 세기가 도 10 및 도 11을 참조하여 전술한 바와 같이, 멀티뷰 픽셀의 복수 세트의 광 밸브의 광 밸브에 할당된다. 블록(1303)에서, 플레이트 광 가이드에서 전파하는 광의 일부는 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이 플레이트 광 가이드의 복수의 멀티빔 요소로부터 커플링-아웃된다. 변조 광빔은 도 8 및 도 12를 참조하여 전술한 바와 같이 변조된 광빔을 인터리빙하기 위해 상이한 회절 각 및 각도 오프셋을 갖는다. 블록(1304)에서, 커플링-아웃된 광은 도 12를 참조하여 설명된 바와 같이 할당된 픽셀 세기에 따라 멀티뷰 픽셀의 광 밸브의 복수 세트의 광 밸브에서 변조된다. 인터리빙 및 변조된 광빔은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰에 대응하는 방향성 픽셀이다.
개시된 실시예의 앞에 설명은 당업자가 본 개시물을 제작 또는 사용할 수 있게 하도록 제공됨이 이해된다. 이들 실시예에 대한 다양한 변경이 당업자에게 용이하게 명백할 것이며, 본원에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 본원에 예시된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본원에 개시된 원리들 및 신규한 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위에 따른다.

Claims (20)

  1. 멀티뷰 디스플레이에 있어서,
    복수의 광 밸브 세트들을 갖는 멀티뷰 픽셀; 및
    안내된 광으로서 안내하도록 구성된 플레이트 광 가이드, 및 상이한 각도들을 갖는 커플링-아웃된 광으로서 상기 안내된 광의 일부를 커플링-아웃하도록 구성된 복수의 멀티빔 요소들을 포함하는 백라이트로서, 상기 복수의 멀티빔 요소들의 각 멀티빔 요소는 상기 멀티뷰 픽셀의 상이한 광 밸브 세트에 대응하고 각 멀티빔 요소는 상기 멀티뷰 픽셀의 중심을 향해 상기 광 밸브 세트의 중심에 대하여 공간 오프셋을 갖는, 상기 백라이트를 포함하고,
    상기 멀티빔 요소의 크기는 상기 멀티뷰 픽셀의 상기 광 밸브 세트 내의 광 밸브의 크기와 필적되고,
    상기 커플링-아웃된 광의 각도 오프셋은 각각의 멀티빔 픽셀의 상기 공간 오프셋에 의해 제공되고, 상기 광 밸브 세트는 상기 커플링-아웃된 광의 상기 각도 오프셋의 결과로서 상기 멀티뷰 디스플레이의 뷰 거리 내에서 멀티뷰 이미지의 방향성 뷰들을 생성하기 위해 인터리빙하는 변조된 광빔들을 제공하도록 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 멀티빔 요소들의 멀티빔 요소는 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 회절 격자를 포함하고, 상기 회절 격자는 상이한 회절 각들을 갖는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 안내된 광의 상기 일부를 회절적으로 커플링-아웃하도록 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회절 격자는 선형으로 처프된 회절 격자를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  4. 제2항에 있어서, 상기 회절 격자는 복수의 회절 격자들을 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 멀티빔 요소들 중 멀티빔 요소는 마이크로-반사 요소 및 마이크로-굴절 요소 중 하나 또는 모두를 포함하고, 상기 마이크로-반사 요소는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 안내된 광의 상기 일부를 반사적으로 커플링-아웃하게 구성되고, 상기 마이크로-굴절 요소는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 안내된 광의 상기 일부를 굴절적으로 커플링-아웃하게 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 멀티빔 요소의 상기 크기는 상기 광 밸브 세트들의 광 밸브의 크기의 25 퍼센트 내지 100 퍼센트 사이인, 멀티뷰 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 멀티빔 요소의 형상은 상기 멀티뷰 픽셀의 형상과 유사함, 멀티뷰 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서, 상기 멀티빔 요소는 상기 플레이트 광 가이드의 제1 표면 및 제2 표면 중 하나에 위치되고, 상기 멀티빔 요소는 상기 제1 표면을 통해 상기 안내된 광의 상기 일부를 커플링-아웃하도록 구성되는, 멀티뷰 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 광 가이드의 입력에 광학적으로 결합된 광원을 더 포함하며, 비-제로 전파 각도를 갖는 것과 소정의 콜리메이트 팩터에 따라 콜리메이트되는 것 중 하나 또는 둘 다를 갖는 상기 안내된 광을 제공하도록 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광 밸브 세트의 상기 중심에 대한 상기 공간 오프셋은 상기 광 밸브의 상기 크기의 부분과 동일한 거리를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  11. 멀티뷰 디스플레이에 있어서,
    복수의 멀티뷰 픽셀들을 갖는 스크린으로서, 각각의 멀티뷰 픽셀은 복수의 광 밸브 세트를 갖는, 상기 스크린; 및
    복수의 멀티빔 요소들을 갖는 백라이트로서, 각각의 백라이트 요소는 광 밸브 세트에 대응하고 상기 멀티뷰 픽셀의 중심을 향해 상기 대응하는 광 밸브 세트의 중심에 대하여 공간 오프셋을 가지며, 상기 멀티뷰 요소의 크기는 상기 멀티뷰 픽셀 내의 상기 광 밸브 세트의 광 밸브의 크기에 필적하는, 상기 백라이트를 포함하고,
    상기 복수의 멀티빔 요소들은 상이한 각도들을 갖는 커플링-아웃된 광으로서 상기 백라이트로부터 광을 커플링-아웃하도록 구성되며, 상기 멀티빔 요소들의 상기 공간 오프셋은 상기 광 밸브 세트들이 상기 멀티뷰 디스플레이의 뷰 거리 내에서 멀티뷰 이미지의 방향성 뷰들로서 인터리빙하는 변조된 광빔들을 제공하게 상기 커플링-아웃된 광의 각도 오프셋들을 제공하게 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 백라이트는,
    안내된 광으로서 광을 안내하도록 구성된 플레이트 광 가이드로서, 상기 복수의 멀티빔 요소들은 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 배치된 것인, 상기 플레이트 광 가이드; 및
    상기 플레이트 광 가이드의 에지에 결합되고, 상기 플레이트 라이트 가이드에 상기 안내된 광으로서 결합되는 광을 생성하는, 광원을 포함하고,
    상기 커플링-아웃된 광의 일부는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 멀티빔 요소들에 의해 상기 플레이트 광 가이드로부터 커플링-아웃된, 멀티뷰 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서, 상기 백라이트는 상기 플레이트 광 가이드의 입력에 광학적으로 결합된 광원을 더 포함하며, 상기 광원은 비-제로 전파 각도를 갖는 것과 소정의 콜리메이트 팩터에 따라 콜리메이트되는 것 중 하나 또는 둘 다를 갖는 상기 안내된 광을 제공하도록 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  14. 제11항에 있어서, 상기 복수의 멀티빔 요소들의 멀티빔 요소는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 안내된 광의 상기 일부를 회절적으로 커플링-아웃하도록 구성된 회절 격자를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  15. 제14항에 있어서, 상기 회절 격자는 복수의 회절 격자들을 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  16. 제11항에 있어서, 상기 복수의 멀티빔 요소들 중 멀티빔 요소는 마이크로-반사 요소 및 마이크로-굴절 요소 중 하나 또는 모두를 포함하고, 상기 마이크로-반사 요소는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 백라이트로부터 상기 광을 반사적으로 커플링-아웃하게 구성되고, 상기 마이크로-굴절 요소는 상기 커플링-아웃된 광으로서 상기 백라이트로부터 상기 광을 굴절적으로 커플링-아웃하게 구성된, 멀티뷰 디스플레이.
  17. 제11항에 있어서, 상기 광 밸브 세트의 상기 중심에 대한 상기 멀티빔 요소의 상기 공간 오프셋은 상기 광 밸브 세트들의 광 밸브의 상기 크기의 부분과 동일한 거리를 포함하는, 멀티뷰 디스플레이.
  18. 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 방법에 있어서,
    광원에 의해 생성된 광을 플레이트 광 가이드에 광학적으로 결합시키는 단계;
    멀티뷰 픽셀의 광 밸브의 복수의 광 밸브 세트들의 광 밸브들에 멀티뷰 이미지의 일련의 2차원(2D) 이미지들의 픽셀 세기들을 할당하는 단계;
    상기 플레이트 광 가이드의 복수의 멀티빔 요소들로부터 상기 광의 일부를 커플링-아웃하는 단계로서, 각각의 멀티빔 요소는 광 밸브 세트에 대응하고 상기 광 밸브 세트의 중심에 대하여 멀티뷰 픽셀의 중심을 향하여 공간 오프셋을 갖는, 단계; 및
    상기 할당된 픽셀 세기들에 따라 상기 멀티뷰 픽셀의 상기 복수의 광 밸브 세트들의 광 밸브들을 사용하여 상기 커플링-아웃된 광 부분을 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 광 밸브들로부터 나온 변조된 광 빔들은 광 밸브 세트들로부터 뷰 거리에 멀티뷰 이미지의 방향성 뷰들을 생성하기 위해 상기 멀티빔 요소들의 공간 오프셋들에 따라 인터리빙하며, 멀티빔 요소의 크기는 상기 복수의 광 밸브 세트의 광 밸브의 크기에 필적하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 멀티뷰 이미지의 상기 일련의 2D 이미지들의 픽셀 세기들을를 할당하는 단계는,
    상기 멀티뷰 픽셀과 동일한 픽셀 좌표를 갖는 상기 2D 이미지들의 픽셀들을 할당하는 단계; 및
    연속적인 2D 이미지들의 상기 동일한 픽셀 좌표들을 갖는 상기 픽셀들의 픽셀 세기들을 상기 멀티뷰 픽셀의 상기 복수의 광 밸브 세트들의 광 밸브들에 교번하는 순서로 할당하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 일련의 2D 이미지들의 각각의 2D 이미지는 하나 이상의 3차원(3D) 객체들 또는 3D 장면의 상이한 뷰인, 방법.
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