KR20200096994A - 서브파장 격자들을 이용하는 편광 재순환 백라이트, 방법 및 멀티뷰 디스플레이 - Google Patents

서브파장 격자들을 이용하는 편광 재순환 백라이트, 방법 및 멀티뷰 디스플레이 Download PDF

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Abstract

편광 재순환 백라이트 및 멀티뷰 디스플레이는 안내된 광의 제 1 편광 성분을 우선적으로 산란시키도록 구성된 편광-선택적 산란 특징부 및 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환시키도록 구성된 편광 변환 구조물을 이용한다. 편광 변환 구조물은 서브파장 격자를 포함한다.

Description

서브파장 격자들을 이용하는 편광 재순환 백라이트, 방법 및 멀티뷰 디스플레이
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이들은 매우 다양한 기기들 및 제품들의 사용자들에게 정보를 전달하기 위한 아주 보편적인 매체이다. 가장 일반적으로 이용되는 전자 디스플레이들은 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 전계 발광(electroluminescent; EL) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 및 능동 매트릭스(active matrix) OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기 영동(electrophoretic; EP) 디스플레이 및 전자 기계(electromechanical) 또는 전자 유체(electrofluidic) 광 변조를 이용하는 다양한 디스플레이들(예를 들어, 디지털 미세거울(micromirror) 기기, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이 등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의하여 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동형 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광을 고려하면 일반적으로 수동형으로 분류되는 디스플레이들은 LCD 및 EP 디스플레이들이다. 수동형 디스플레이들은 본질적으로 낮은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성들을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족한 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다.
방출광과 관련된 수동형 디스플레이들의 한계들을 극복하기 위하여, 많은 수동형 디스플레이들이 외부 광원과 결합된다. 결합된 광원은 이러한 다른 수동형 디스플레이들이 광을 방출하고 실질적으로 능동형 디스플레이들로서 기능하게끔 한다. 이러한 결합된 광원들의 예들은 백라이트들이다. 백라이트는 수동형 디스플레이를 조명하기 위하여 수동형 디스플레이 뒤에 배치되는 광의 원천(종종 패널 백라이트)으로서 기능할 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 의하여 변조되고, 이후 변조된 광은 LCD 또는 EP 디스플레이로부터 방출된다. 백라이트들은 종종 백색 광을 방출하도록 구성된다. 이후, 컬러 필터들이 백색 광을 디스플레이에서 이용되는 다양한 컬러들로 변환하는 데 이용된다. 예를 들어, 컬러 필터들은 LCD 또는 EP 디스플레이의 출력에 배치되거나(덜 일반적임), 또는 백라이트와 LCD 또는 EP 디스플레이의 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 다양한 컬러들은 원색들과 같은 상이한 컬러들을 이용하는 디스플레이의 필드-순차(field-sequential) 조명에 의하여 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절성 멀티빔 소자 및 편광 변환 구조물을 포함하는 편광 재순환 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절성 멀티빔 소자를 포함하는 편광 재순환 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 회절성 멀티빔 소자를 포함하는 편광 재순환 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절성 멀티빔 소자들 및 편광 변환 구조물의 서브파장 격자들을 포함하는 편광 재순환 백라이트의 표면의 일부의 평면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 서브파장 격자의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 대안적인 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들은 전자 디스플레이들에 적용 가능한 편광-선택적 산란(polarization-selective scattering) 및 편광 변환(polarization conversion)을 이용하는 백라이팅을 제공한다. 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다양한 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부를 이용하는 백라이트가 제공된다. 편광-선택적 산란 특징부는 광의 편광된 부분을 선택적으로 산란시킨다. 또한, 서브파장 격자(subwavelength grating)를 포함하는 편광 변환 구조물이 제공된다. 편광 변환 구조물은 안내된 광의 편광을 편광-선택적 산란 특징부에 의하여 선택적으로 산란되는 광의 편광된 부분에 대응되는 편광으로 변환한다. 일부 실시 예들에 따르면, 안내된 광의 편광을 선택적으로 산란되는 편광으로 변환함으로써, 편광 변환 구조물은 편광-선택적 산란체에 의한 선택적 산란에 이용 가능한 편광된 광의 양을 증가시킬 수 있고, 따라서 백라이트에 의하여 방출되는 광의 세기를 증가시킬 수 있다.
본 명세서에서, '2차원 디스플레이(two-dimensional display)' 또는 '2D 디스플레이'는 이미지가 보여지는 방향에 관계 없이 (즉, 2D 디스플레이의 정해진 시야각 또는 범위 내에서) 실질적으로 동일한 이미지의 뷰를 제공하도록 구성된 디스플레이로서 정의된다. 스마트 폰들 및 컴퓨터 모니터들에서 찾아볼 수 있는 LCD는 2D 디스플레이들의 예들이다. 대조적으로, 본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이'는 상이한 뷰 방향들로 또는 상이한 뷰 방향들로부터 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 특히, 상이한 뷰들은 멀티뷰 이미지의 객체 또는 장면(scene)의 상이한 시점 뷰들(perspective views)을 나타낼 수 있다. 일부 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는, 예를 들어 멀티뷰 이미지의 2개의 상이한 뷰들을 동시에 볼 때3차원 이미지를 보는 것과 같은 인식을 제공하는 경우, 3차원(three-dimensional; 3D) 디스플레이로도 언급될 수 있다.
본 명세서에서, '도광체(light guide)'는 내부 전반사(total internal reflection)를 이용하여 그 내에서 광을 안내하는 구조물로서 정의된다. 특히, 도광체는 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. '도광체'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 경계에서 광을 안내하기 위하여 내부 전반사를 이용하는 유전체 광학 도파로(dielectric optical waveguide)를 지칭한다. 정의에 의하면, 내부 전반사를 위한 조건은 도광체의 굴절률이 도광체 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 커야 한다는 것이다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위하여 전술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 그에 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 코팅일 수 있다. 도광체는 판(plate) 또는 슬래브(slab) 가이드 및 스트립(strip) 가이드 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 도광체들 중 임의의 것일 수 있다.
본 명세서에서, '편광-선택적 산란 특징부(polarization-selective scattering feature)'는 일반적으로 특정 편광을 갖는 입사광을 선택적으로 산란시키도록 구성된 특징부로서 정의된다. 일부 실시 예들에서, 입사광은 제 1 편광 성분 또는 간략히 '제 1 편광(first polarization)' 및 제 2 편광 성분 또는 간략히 '제 2 편광(second polarization)'을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광 성분은 TE(transverse electric) 편광 성분일 수 있고, 제 2 편광 성분은 TM(transverse magnetic) 편광 성분일 수 있다. 다른 예에서, 제 1 편광 성분이 TM 편광 성분일 수 있고, 제 2 편광 성분이 TE 편광 성분일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 편광-선택적 산란 특징부는 제 1 편광과 관련된(예를 들어, 제 1 편광을 갖는) 광을 우선적으로 산란시키도록 구성될 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 제 2 편광 성분과 관련된(예를 들어, 제 2 편광을 갖는) 광은 편광-선택적 산란 특징부에 의하여 산란되지 않거나 최소한으로 산란될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부는 도광체 내부로부터의 제 1 편광의 안내된 광을 선택적으로 산란시키기 위하여 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 편광-선택적 산란 특징부는 도광체의 표면 상에 위치한다.
본 명세서에서, '편광 변환 구조물(polarization conversion structure)'은 일반적으로 구조물 상에 입사되는 광의 편광 성분의 일부를 다른 편광 성분으로 변환하도록 구성된 구조물로서 정의된다. 예를 들어, 편광 변환 구조물은 구조물 상에 입사되는 광의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환할 수 있다. 따라서, 편광 변환 구조물은 TM 편광 성분을 포함하는 광을 수신하고, TM 편광 성분의 일부를 TE 편광 성분으로 변환한 다음, 생성된 TE 편광 성분을 포함하는 출력광으로서 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 편광 변환 구조물은 제 1 및 제 2 편광 성분 간의 위상 지연을 이용할 수 있다. 특히, 편광 변환 구조물은 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환하기에 충분한 제 1 및 제 2 편광 성분 간의 위상 지연을 도입할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 편광 변환 구조물은 후술될 바와 같은 회절 격자, 특히 서브파장 회절 격자를 포함한다.
본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의하여 생성된 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 지향성 광빔들 중 소정의 지향성 광빔은 복수의 지향성 광빔들 중 다른 지향성 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자의 크기는 멀티빔 소자와 관련된 디스플레이(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이)에서 이용되는 광 밸브의 크기와 유사할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 1/2 내지 약 2배 사이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 편광-선택적 산란을 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 지향성 광빔들은 실질적으로 원추형 공간 영역에 국한되거나 복수의 광빔들 내의 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 포함하는 정해진 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 따라서, 지향성 광빔들의 정해진 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 지향성 광빔들) 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들 중 여러 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티빔 소자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 및 면적 등 중 하나 이상)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성 및 다른 특성들에 의하여 결정된다. 예를 들어, 회절성 멀티빔 소자에서, 회절성 멀티빔 소자 내의 회절 격자의 배향, '격자 피치(grating pitch)' 또는 회절 특징부 간격은, 적어도 부분적으로, 여러 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 결정하는 특성들일 수 있다. 본 명세서의 정의에 의하면, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 '연장된 점 광원(extended point light source)', 즉 멀티빔 소자의 범위(extent)에 걸쳐(across) 분포된 복수의 점 광원들로 간주될 수 있다. 또한, 멀티빔 소자에 의하여 생성되는 지향성 광빔은, 도 1b와 관련하여 후술될 바와 같이 각도 성분들 {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 가질 수 있다.
본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'는 상이한 뷰 방향들로 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(10)의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(10)는 보여질 멀티뷰 이미지를 디스플레이하기 위한 스크린(12)을 포함한다. 멀티뷰 디스플레이(10)는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(14)을 스크린(12)에 대하여 상이한 뷰 방향들(16)로 제공한다. 뷰 방향들(16)은 스크린(12)으로부터 여러 상이한 주 각도 방향들로 연장되는 화살표들로서 도시되었고, 상이한 뷰들(14)은 화살표들(즉, 뷰 방향들(16)을 묘사함)의 말단에 음영 표시된 다각형 박스들로서 도시되었으며, 제한이 아닌 예로서 단지 4개의 뷰들(14) 및 4개의 뷰 방향들(16)이 도시되었다. 도 1a에는 상이한 뷰들(14)이 스크린 위에 있는 것으로 도시되었으나, 멀티뷰 이미지가 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 디스플레이되는 경우 뷰들(14)은 실제로 스크린(12) 상에 또는 스크린(12)의 부근에 나타날 수 있다는 것에 유의한다. 뷰들(14)을 스크린(12) 위에 묘사한 것은 단지 도시의 간략화를 위한 것이며, 특정 뷰(14)에 대응되는 각각의 뷰 방향들(16)로부터 멀티뷰 디스플레이(10)를 보는 것을 나타내기 위함이다.
본 명세서의 정의에 의하면, 뷰 방향 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 방향을 갖는 광빔은 일반적으로 각도 성분들(angular components) {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 각도 성분(θ)은 광빔의 '고도 성분(elevation component)' 또는 '고도각(elevation angle)'으로 언급된다. 각도 성분(φ)은 광빔의 '방위 성분(azimuth component)' 또는 '방위각(azimuth angle)'으로 언급된다. 정의에 의하면, 고도각(θ)은 수직 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 수직인)에서의 각도이고, 방위각(φ)은 수평 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 스크린의 평면에 평행인)에서의 각도이다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향(예를 들어, 도 1a의 뷰 방향(16))에 대응되는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔(20)의 각도 성분들 {θ, φ}의 그래픽 표현을 도시한다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 광빔(20)은 특정 지점으로부터 방출되거나 발산된다. 즉, 정의에 의하면, 광빔(20)은 멀티뷰 디스플레이 내의 특정 원점(point of origin)과 관련된 중심 광선(central ray)을 갖는다. 또한, 도 1b는 광빔(또는 뷰 방향)의 원점(O)을 도시한다.
Furt또한, 본 명세서에서, '멀티뷰 이미지(multiview image)' 및 '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'라는 용어들에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰(multiview)'라는 용어는 복수의 뷰들의 뷰들 간의 각도 차이(angular disparity)를 포함하거나 상이한 시점들(perspectives)을 나타내는 복수의 뷰들로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 본 명세서에서 '멀티뷰'라는 용어는 3개 이상의 상이한 뷰들(즉, 최소 3개의 뷰들로서 일반적으로 4개 이상의 뷰들)을 명백히 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '멀티뷰 디스플레이'는 장면 또는 이미지를 나타내기 위하여 단지 2개의 상이한 뷰들만을 포함하는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이와는 명백히 구분된다. 그러나, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 이미지들 및 멀티뷰 디스플레이들은 3개 이상의 뷰들을 포함하지만, 멀티뷰의 뷰들 중 단지 2개만을 동시에 보게끔(예를 들어, 하나의 눈 당 하나의 뷰) 선택함으로써 멀티뷰 이미지들이 (예를 들어, 멀티뷰 디스플레이 상에서) 스테레오스코픽 쌍의 이미지들(stereoscopic pair of images)로 보일 수 있다는 것에 유의한다.
본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사되는 광의 회절을 제공하도록 배열되거나 구성된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들)로서 정의된다. 일부 예들에서, 복수의 특징부들은 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(one-dimensional; 1D) 어레이로 배열된 복수의 특징부들(예를 들어, 재료 표면 내의 복수의 홈들(grooves) 또는 융기들(ridges))을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 회절 격자는 특징부들의 2차원(2D) 어레이일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 상의 돌출들(bumps) 또는 재료 표면 내의 구멍들(holes)의 2D 어레이일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본 명세서의 정의에 의하면, '회절 격자(diffraction grating)'는 회절 격자 상에 입사되는 광의 회절을 제공하는 구조물이다. 광이 도광체로부터 회절 격자 상에 입사되면, 제공된 회절 또는 회절적 산란(diffractive scattering)은 회절 격자가 회절에 의하여 도광체로부터 광을 커플 아웃(couple out)시킬 수 있다는 점에서 '회절적 커플링(diffractive coupling)'을 야기할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절에 의하여(즉, 회절각(diffractive angle)으로) 광의 각도를 재지향시키거나 변경시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 회절 격자 상에 입사되는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 상이한 전파 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 회절에 의한 광의 전파 방향의 변경은 '회절적 재지향(diffractive redirection)'으로 언급된다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자 상에 입사되는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 특징부들을 포함하는 구조물인 것으로 이해될 수 있으며, 도광체로부터 광이 입사되면 회절 격자는 또한 도광체로부터의 광을 회절적으로 커플 아웃시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 특징부들은 '회절 특징부들(diffractive features)'로 언급되고, 재료 표면(즉, 2개의 재료들 간의 경계)에, 재료 표면 내에 및 재료 표면 상에 중 하나 이상에 있을 수 있다. 예를 들어, 표면은 도광체의 표면일 수 있다. 회절 특징부들은 표면의, 표면 내의 또는 표면 상의 홈들, 융기들, 구멍들 및 돌출들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 내에 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 융기들을 포함할 수 있다. 회절 특징부들(예를 들어, 홈들, 융기들, 구멍들, 돌출들 등)은 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들어, 이진 회절 격자), 삼각형 프로파일 및 톱니 프로파일(예를 들어, 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 회절을 제공하는 다양한 단면 형상들 또는 프로파일들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 예들에 따르면, 회절 격자(예를 들어, 후술되는 바와 같은, 멀티빔 소자의 회절 격자)는 도광체(예를 들어, 판 도광체)로부터 광을 광빔으로서 회절적으로 산란 또는 커플 아웃시키기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 또는 이에 의하여 제공되는 회절각(diffraction angle; θm)은 식(1)으로 주어질 수 있다.
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(1)
여기서, λ는 광의 파장, m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 간의 거리 또는 간격, θi 는 회절 격자 상의 광의 입사각이다. 간략화를 위하여, 식(1)은 회절 격자가 도광체의 표면에 인접하고 도광체 외부의 재료의 굴절률은 1인 것(즉, nout = 1)으로 가정한다. 일반적으로, 회절 차수(m)는 정수로 주어진다. 회절 격자에 의하여 생성되는 광빔의 회절각(θm)은 회절 차수가 양수인(예를 들어, m > 0) 식(1)으로 주어질 수 있다. 예를 들어, 회절 차수(m)가 1인 경우(즉, m = 1) 1차 회절이 제공된다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자(30)의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 회절 격자(30)는 도광체(40)의 표면 상에 위치할 수 있다. 또한, 도 2는 입사각(θi)으로 회절 격자(30) 상에 입사되는 광빔(50)을 도시한다. 광빔(50)은 도광체(40) 내의 안내된 광빔이다. 또한, 도 2에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 회절 격자(30)에 의하여 회절적으로 생성되고 커플 아웃된 지향성 광빔(60)이 도시되었다. 지향성 광빔(60)은 식(1)으로 주어진 바와 같은 회절각(θm)(또는 본 명세서에서 '주 각도 방향(principal angular direction)')을 갖는다. 예를 들어, 회절각(θm)은 회절 격자(30)의 회절 차수 'm'에 대응할 수 있다.
본 명세서에서, '광원(light source)'은 광의 원천(예를 들어, 광을 생성하고 방출하도록 구성된 광학 방출기(optical emitter))으로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되거나 턴 온 되는 경우 광을 방출하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 본 명세서에서, 광원은 실질적으로 임의의 광의 원천이거나, LED, 레이저, OLED, 중합체 LED, 플라즈마-기반 광학 방출기, 형광 램프, 백열 램프 및 사실상 임의의 다른 광의 원천 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광학 방출기를 포함할 수 있다. 광원에 의하여 생성된 광은 컬러를 가질 수 있거나(즉, 광의 특정 파장을 포함할 수 있음), 또는 파장들의 범위일 수 있다(예를 들어, 백색광). 일부 실시 예들에서, 광원은 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 한 세트 또는 그룹의 광학 방출기들을 포함할 수 있으며, 광학 방출기들 중 적어도 하나는 같은 세트 또는 그룹의 적어도 하나의 다른 광학 방출기에 의하여 생성되는 광의 컬러 또는 파장과는 상이한 컬러를, 또는 대등하게는 파장을, 갖는 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상이한 컬러들은 원색들(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)을 포함할 수 있다.
정의에 의하면, '광각(broad-angle)' 방출광은 멀티뷰 디스플레이 또는 멀티뷰 이미지의 뷰의 원추각(cone angle)보다 더 큰 원추각을 갖는 광으로서 정의된다. 특히, 일부 실시 예들에서, 광각 방출광은 약 20도보다 더 큰(예를 들어, ± 20° 초과) 원추각을 가질 수 있다. 다른 실시 예들에서, 광각 방출광의 원추각은 약 30도보다 더 크거나(예를 들어, ± 30° 초과), 약 40도보다 더 크거나(예를 들어, ± 40° 초과), 약 50도보다 더 클 수 있다(예를 들어, ± 50° 초과). 예를 들어, 광각 방출광의 원추각은 약 60도일 수 있다(예를 들어, ± 60°).
일부 실시 예들에서, 광각 방출광의 원추각은 광각 시청에 적합한 LCD 컴퓨터 모니터, LCD 태블릿, LCD 텔레비전, 또는 유사한 디지털 디스플레이 기기의 시야각(예를 들어, 약 ± 40° 내지 65°)과 거의 동일한 것으로 정의될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 광각 방출광은 또한, 확산광(diffuse light), 실질적으로 확산광, 비-지향성 광(즉, 임의의 특정한 또는 정의된 지향성이 결여된), 또는 단일한 또는 실질적으로 균일한 방향을 갖는 광으로서 특징지어지거나 설명될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 특허 분야에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서에서, '서브파장 격자(subwavelength grating)'는 하나 이상의 서브파장 격자를 의미하며, 따라서 '상기 서브파장 격자'는 '상기 서브파장 격자(들)'을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 '상단', '하단', '상부', '하부', '상', '하', '전', '후', '제1', '제 2', '좌' 또는 '우'에 대한 언급은 본 명세서에서 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서, 달리 명시적으로 특정되지 않는 한, 수치 값에 적용되는 경우의 '약'이라는 용어는 일반적으로 수치 값을 생성하기 위하여 이용되는 장비의 허용 오차 범위 내를 의미하거나, ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '실질적으로'라는 용어는 대부분, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는 약 51% 내지 약 100% 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의의 목적으로 제시된다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 백라이트가 제공된다. 도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트(100)의 단면도를 도시한다. 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트(100)의 사시도를 도시한다. 도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 도시된 편광 재순환 백라이트(100)는 멀티뷰 디스플레이를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 전자 디스플레이에서 백라이팅을 위하여 이용될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 편광 재순환 백라이트(100)는 광을 방출광(102)으로서 제공하거나 방출하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 방출광(102)은 광각 방출광이거나 광각 방출광을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광각 방출광은 2D 디스플레이 응용들에서 조명원으로서 이용되기에 적합할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 방출광(102)은 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 지향성 방출광일 수 있다. 예를 들어, 복수의 지향성 광빔들은 멀티뷰 이미지의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 가질 수 있고, 방출광(102)은 멀티뷰 이미지를 디스플레이하도록 구성된 멀티뷰 디스플레이를 위한 조명원으로서 이용될 수 있다.
또한, 편광 재순환 백라이트(100)는 안내된 광(104)으로서 편광 재순환 백라이트(100) 내에서 안내된 광의 특정 편광 성분으로부터 또는 이를 이용하여 방출광(102)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출광(102)은 안내된 광(104)의 제 1 편광 성분으로부터 제공되거나 또는 그로부터 적어도 실질적으로 제공될 수 있다. 결과적으로, 방출광(102)을 제공한 결과로서 제 1 편광의 이용 가능한 양이 감소될 수 있다. 편광 재순환 백라이트(100)는 특정 편광 이외의 안내된 광(104)의 일부의 편광을 특정 편광 성분으로 변환하여 그 편광 성분을 보충하도록 더 구성된다. 예를 들어, 편광 재순환 백라이트(100)는 제 2 편광 성분을 제 1 편광 성분으로 변환하여 안내된 광(104)의 제 1 편광 성분을 보충할 수 있다. 이와 같이, 다양한 실시 예들에 따르면, 편광 재순환 백라이트(100)는 방출광(102)을 제공하는 데 이용된 특정 편광 성분의 추가적인 안내된 광을 제공하기 위하여, 안내된 광(104)의 편광 성분을 재순환시키도록 구성된다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 편광 재순환 백라이트(100)는 도광체(110)를 포함한다. 도광체(110)는 도광체(110)의 길이를 따라 광을 안내된 광(104)(즉, 안내된 광빔(104))으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 도광체(110)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 제 2 굴절률보다 큰 제 1 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절률들의 차이는 도광체(110)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 안내된 광(104)의 내부 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 연장된, 광학적으로 투명한 실질적으로 평면형 시트의, 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로(즉, 판 도광체)일 수 있다. 실질적으로 평면형 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광(104)을 안내하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 도광체(110)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도광체(110)는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 또는 모두)의 적어도 일부 상에 클래딩층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 클래딩층은 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위하여 이용될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 도광체(110)의 제 1 표면(110')(예를 들어, 전면 또는 상단면 또는 앞쪽 또는 위쪽)과 제 2 표면(110")(예를 들어, 후면 또는 하단면 또는 뒤쪽 또는 아래쪽) 사이에서, 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라 안내된 광(104)을 안내하도록 구성된다. 특히, 안내된 광(104)은 도광체(110)의 제 1 표면(110')과 제 2 표면(110") 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 반사되거나 '바운싱(bouncing)'됨으로써 전파된다. 일부 실시 예들에서, 광의 상이한 컬러들을 포함하는 복수의 안내된 광빔들(104)은 상이한 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들 각각으로 도광체(110)에 의하여 안내될 수 있다. 도시의 간략화를 위하여 도 3b에는 0이 아닌 전파 각도가 도시되지 않았음에 유의한다. 그러나, 도 3a에서 전파 방향(103)을 묘사하는 굵은 화살표는 도광체의 길이를 따르는 안내된 광(104)의 일반적인 전파 방향을 도시한다.
본 명세서에 정의된 바와 같이, '0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)'는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(110') 또는 제 2 표면(110"))에 대한 각도이다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 0이 아닌 전파 각도는 0보다 크고 도광체(110) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 예를 들어, 안내된 광(104)의 0이 아닌 전파 각도는 약 10도 내지 약 50도 사이, 일부 예들에서는 약 20도 내지 약 40도 사이, 또는 약 25도 내지 약 35도 사이일 수 있다. 예를 들어, 0이 아닌 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예들에서, 0이 아닌 전파 각도는 약 20도, 또는 약 25도, 또는 약 35도일 수 있다. 또한, 도광체(110) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작게 선택되는 한, 특정한 0이 아닌 전파 각도가 특정한 구현을 위하여 선택(예를 들어, 임의로)될 수 있다.
도광체(110) 내의 안내된 광(104)은 0이 아닌 전파 각도(예를 들어, 약 30도 내지 약 35도)로 도광체(110) 내부로 유입되거나 커플될 수 있다. 일부 예들에서, 렌즈, 거울 또는 이와 유사한 반사체(예를 들어, 경사진 시준 반사체), 회절 격자 및 프리즘(미도시) 뿐만 아니라 이의 다양한 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 커플링 구조물(coupling structure)이 안내된 광(104)으로서 0이 아닌 전파 각도로 도광체(110)의 입력 단부의 내부로 광을 커플링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 다른 예들에서, 커플링 구조물 없이 또는 실질적으로 커플링 구조물의 이용 없이, 광은 도광체(110)의 입력 단부의 내부로 직접 유입될 수 있다(즉, 직접 또는 '버트(butt)' 커플링이 이용될 수 있음). 도광체(110)의 내부로 커플되면, 안내된 광(104)은 일반적으로 입력 단부로부터 멀어질 수 있는 전파 방향(103)(예를 들어, 도 3a에서 x-축을 따라 가리키는 굵은 화살표들로서 도시됨)으로 도광체(110)를 따라 전파하도록 구성된다.
또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 광을 도광체(110) 내부로 커플링함으로써 생성된 안내된 광(104)은, 또는 대등하게는 안내된 광빔(104)은, 시준된 광빔일 수 있다. 본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로 광빔(예를 들어, 안내된 광빔(104))의 광선들이 광빔 내에서 실질적으로 서로 평행한 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 분기되거나 산란되는 광의 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 편광 재순환 백라이트(100)는 예를 들어 광원으로부터의 광을 시준하기 위하여, 전술한 바와 같은 렌즈, 반사체 또는 거울과 같은 시준기(예를 들어, 경사진 시준 반사체)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원은 시준기(미도시)를 포함한다. 도광체(110)에 제공되는 시준된 광은 시준된 안내된 광(104)이다. 다양한 실시 예들에서, 안내된 광(104)은 시준 계수(σ)에 따라 시준되거나 시준 계수(σ)를 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 안내된 광(104)을 재지향시키고 재사용하도록 구성될 수 있다. 특히, 도광체의 길이를 따라 안내되었던 안내된 광(104)은 전파 방향(103)과는 상이한 다른 전파 방향(103')으로 도광체의 길이를 따라 다시 재지향될 수 있다. 예를 들어, 도광체(110)는 광원에 인접한 입력 단부에 대향하는 도광체(110)의 단부에 반사체(미도시)를 포함할 수 있다. 반사체는 안내된 광(104)을 재지향된 안내된 광으로서 입력 단부를 향하여 다시 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광 재지향(예를 들어, 반사체를 이용하는) 대신에 또는 그에 부가하여 또 다른 광원이 다른 전파 방향(103')으로 안내된 광(104)을 제공할 수 있다. 다른 전파 방향(103')을 갖는 안내된 광(104)을 제공하기 위한 안내된 광(104)의 재지향 및 재사용과 또 다른 광원의 이용 중 하나 또는 모두는, 안내된 광(104)을, 예를 들어 후술되는 편광-선택적 산란 특징부 및 편광 변환 구조물 중 하나 또는 모두에게, 두 번 이상 이용 가능하게 함으로써 편광 재순환 백라이트(100)의 밝기를 증가(예를 들어, 방출광(102)의 세기를 증가)시킬 수 있다. 또한, 예를 들어, 안내된 광(104)은 도광체(110)의 양 단부들에서 안내된 광(104)을 반사시킴으로써 여러 번 재지향될 수 있다.
도 3a에서, 재순환된 안내된 광의 전파 방향(103')을 지시하는 굵은 화살표(예를 들어, 음의 x-방향으로 향하는)는 도광체(110) 내의 재순환된 안내된 광의 일반적인 전파 방향을 도시한다. 대안적으로(예를 들어, 안내된 광을 재순환하는 것과 반대로), 다른 전파 방향(103')으로 전파하는 안내된 광(104)은, 다른 전파 방향(103')으로 광을 도광체(110) 내부로 유입시킴으로써(예를 들어, 전파 방향(103)을 갖는 안내된 광(104)에 부가하여) 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 안내된 광(104)은 초기에 실질적으로 비-편광된(unpolarized) 또는 대등하게는 '랜덤하게 편광된(randomly polarized)' 광으로서 도광체(110) 내부로 커플될 수 있다. 안내된 광(104)은 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분을 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 1 및 제 2 편광 성분은 실질적으로 서로 직교할 수 있다. 일부 예들에서, 제 1 편광 성분은 TE(transverse electric) 편광 성분이고, 제 2 편광 성분은 TM(transverse magnetic) 편광 성분이다. 일부 예들에 따르면, 안내된 광(104)은 2개의 직교하는 편광 성분들(즉, 제 1 및 제 2 편광 성분)의 중첩으로 나타낼 수 있다.
일부 예들에서, 도광체(110) 내에서, 특히 도광체(110)의 입력 단부의 부근에서, 제 1 편광 성분에 대응되거나 이와 관련된 안내된 광(104)의 제 1 부분의 특성(예를 들어, 세기, 양, 레벨 등)은, 제 2 편광 성분에 대응되거나 이와 관련된 안내된 광(104)의 제 2 부분의 특성(예를 들어, 세기 등)과 거의 동일할 수 있다. 다시 말해, 도광체(110)의 입력 단부에서 실질적으로 비-편광된 또는 임의로 편광된 안내된 광(104)의 광은 제 1 및 제 2 편광(예를 들어, TE 및 TM 편광 성분) 성분 간에 거의 균등하게 분포될 수 있다. 다른 예들에서, 안내된 광(104)의 제 1 편광 성분 부분의 특성이 제 2 편광 성분 부분보다 더 크거나, 제 2 편광 성분의 특성이 제 1 편광 성분 부분보다 더 클 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 편광 재순환 백라이트(100)는 편광-선택적 산란 특징부(120)를 더 포함한다. 편광-선택적 산란 특징부(120)는 편광-선택적 산란 특징부(120) 상에 입사되는 안내된 광(104)의 편광 성분의 일부를 방출광(102)으로서 선택적으로 산란시키도록 구성된다. 즉, 편광-선택적 산란 특징부(120)는 특정 편광, 예를 들어 제 1 편광 성분을 갖는 안내된 광(104)의 일부를 도광체로부터 산란시키도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부(120)는 복수의 편광-선택적 산란체들을 포함한다. 특히, 편광-선택적 산란 특징부(120)의 개개의 편광-선택적 산란체들은 서로 이격된 개별 구조물들 또는 특징부들일 수 있으며, 각각의 개별 구조물은 안내된 광(104)의 상이한 일부를 편광-선택적 방식으로 산란시키거나 커플 아웃시키도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부(120)는, 편광-선택적 산란 특성들을 갖는 회절 격자, 반사 구조물 및 굴절 구조물뿐만 아니라 이의 다양한 조합들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 편광-선택적 산란을 제공하거나 생성하도록 구성된 다양한 상이한 구조물들 또는 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 편광 재순환 백라이트(100)의 편광-선택적 산란 특징부(120)는 멀티빔 소자(120')를 포함할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부(120)는 복수의 멀티빔 소자들(120')을 포함할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c는, 제한이 아닌 예로서, 복수의 멀티빔 소자들(120')을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부(120)를 도시한다. 복수의 멀티빔 소자들(120')을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부(120)를 갖는 도광체(110)를 구비하는 편광 재순환 백라이트(100)는 '멀티뷰(multiview)' 백라이트로서 언급될 수 있으며, 좀 더 상세히 후술된다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(120')은 도광체(110)의 길이를 따라 서로 이격될 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(120')은 유한한 공간만큼 서로 분리되어 있을 수 있으며, 도광체의 길이를 따라 개별적이고 구분되는 소자들을 나타낸다. 즉, 본 명세서의 정의에 의하면, 복수의 멀티빔 소자들(120')의 멀티빔 소자들(120')은 유한한(즉, 0이 아닌) 소자간 거리(예를 들어, 유한한 중심간 거리)에 따라 서로 이격되어 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들(120')은 일반적으로 서로 교차되거나, 중첩되거나 또는 다른 방식으로 접촉되지 않는다. 즉, 복수의 멀티빔 소자들의 각각의 멀티빔 소자(120')는 일반적으로 멀티빔 소자들(120')의 다른 것들로부터 구분되고 떨어져 있다.
다양한 실시 예들에서, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(120')은 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(110') 또는 제 2 표면(110"))에, 표면 상에 및 표면 내에 중 하나 이상에 다양한 구성들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(120')은 도광체의 표면에 걸쳐 열들(columns) 및 행들(rows)로 배열(예를 들어, 어레이로서)될 수 있다. 다른 예에서, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(120')은 그룹들로 배열될 수 있고, 그룹들은 행들 및 열들로 배열될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 편광-선택적 산란 특징부(120)의 복수의 멀티빔 소자들(120')은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 멀티빔 소자들(120')은 선형 1D 어레이로서 배열될 수 있다. 다른 예에서, 복수의 멀티빔 소자들(120')은 직사각형 2D 어레이 또는 원형 2D 어레이로서 배열될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 어레이(즉, 1D 또는 2D 어레이)는 규칙적이거나 균일한 어레이일 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(120') 간의 소자간 거리(예를 들어, 중심간 거리 또는 간격)는 어레이에 걸쳐(across) 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 다른 예들에서, 멀티빔 소자들(120') 간의 소자간 거리는 어레이에 걸쳐 변할 수 있거나, 도광체(110)의 길이를 따라 변할 수 있거나, 또는 두 경우 모두에 대하여 변할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 멀티빔 소자들(120')의 멀티빔 소자들(120')은 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)로서 커플 아웃시키도록 구성될 수 있다. 또한, 방출광(102)은 복수의 지향성 광빔들(102')을 포함한다(따라서 지향성 방출광으로서 지칭될 수 있음). 도 3a에서, 지향성 광빔들(102')이 도광체(110)의 제 1(또는 전방) 표면(110')으로부터 지향되는 것으로 묘사된 복수의 분기되는 화살표들로서 도시되었다. 다양한 실시 예들에 따르면, 지향성 광빔들(102')은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 지향성 광빔들(102')의 상이한 주 각도 방향들은 멀티뷰 픽셀들을 포함하는 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들(120')은 안내된 광(104)의 일부를 커플 아웃시키도록 구성된 많은 상이한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 구조물들은, 회절 격자들, 미세-반사 소자들, 미세-굴절 소자들, 또는 이의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(120')는 안내된 광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(102')로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 미세-반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(120')는 안내된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들(102')로서 반사적으로 커플 아웃시키도록 구성되고, 미세-굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자(120')는 안내된 광의 일부를 굴절에 의하여 또는 굴절을 이용하여 복수의 지향성 광빔들(102')로서 커플 아웃시키도록 구성된다(즉, 안내된 광의 일부를 굴절적으로 커플 아웃시킴).
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120')를 포함하는 편광 재순환 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(120')를 포함하는 편광 재순환 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 4a 및 도 4b는 회절 격자(122)를 포함하는 회절성 멀티빔 소자로서 편광 재순환 백라이트(100)의 멀티빔 소자(120')를 도시한다. 회절 격자(122)는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)의 복수의 지향성 광빔들(102')로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 회절 격자(122)는 안내된 광의 일부의 회절적 커플링 아웃을 제공하도록 구성된 회절 특징부 간격 또는 회절 특징부 피치 또는 격자 피치에 의하여 서로 이격된 복수의 회절 특징부들을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(120')의 회절 격자(122)는 도광체(110)의 표면에, 또는 표면에 인접하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 회절 격자(122)는 도광체(110)의 제 1 표면(110')에 위치하거나 제 1 표면(110')에 인접하여 위치할 수 있다. 도광체(110)의 제 1 표면(110')의 회절 격자(122)는 안내된 광의 일부를 제 1 표면(110')을 통하여 지향성 광빔들(102')로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 예를 들어 도 4b에 도시된 바와 같이, 회절 격자(114)는 도광체(110)의 제 2 표면(110")에 위치하거나 제 2 표면(110")에 인접하여 위치할 수 있다. 제 2 표면(110")에 위치하는 경우, 회절 격자(122)는 반사 모드 회절 격자일 수 있다. 반사 모드 회절 격자로서, 회절 격자(122)는 안내된 광의 일부를 회절시키고, 지향성 광빔들(102')로서 제 1 표면(110')을 통하여 빠져나갈 수 있도록 회절된 안내된 광의 일부를 제 1 표면(110')을 향하여 반사시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서(미도시), 회절 격자는, 예를 들어 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 모두로서, 도광체(110)의 표면들 사이에 위치할 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 실시 예들에서, 지향성 광빔들(102')의 주 각도 방향들은, 도광체의 표면에서 도광체(110)를 빠져나가는 지향성 광빔들(102')로 인한 굴절의 영향을 포함할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 도 3a 및 도 4b는, 제한이 아닌 예로서, 지향성 광빔들(102')이 제 1 표면(110')을 지나갈 때 굴절률의 변화로 인한 지향성 광빔들(102')의 굴절(즉, 휨(bending))을 도시한다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(122)의 회절 특징부들은 서로 이격된 홈들 및 융기들 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 홈들 또는 융기들은 도광체(110)의 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 도광체(110)의 표면 내에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 홈들 및 융기들은 도광체의 재료 이외의 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 도광체(110)의 표면 상에 다른 재료의 필름 또는 층으로 형성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(120')의 회절 격자(122)는 회절 특징부 간격이 회절 격자(122) 전체에서 실질적으로 일정하거나 변하지 않는 균일한 회절 격자일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자(122)는 처프된(chirped) 회절 격자일 수 있다. 정의에 의하면, '처프된' 회절 격자는 처프된 회절 격자의 범위(extent) 또는 길이에 걸쳐 변화하는 회절 특징부들의 회절 간격(즉, 격자 피치)을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 일부 실시 예들에서, 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형적으로 변화하는 회절 특징부 간격의 처프를 갖거나 나타낼 수 있다. 따라서, 정의에 의하면, 처프된 회절 격자는 '선형적으로 처프된' 회절 격자이다. 다른 실시 예들에서, 멀티빔 소자(120')의 처프된 회절 격자는 회절 특징부 간격의 비-선형 처프를 나타낼 수 있다. 지수적 처프, 로그적 처프 또는 실질적으로 비-균일 또는 랜덤하지만 단조로운 방식으로 변화하는 처프를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 비-선형 처프들이 이용될 수 있다. 정현파 처프 또는 삼각형 또는 톱니 처프와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 비-단조(non-monotonic) 처프들도 이용될 수 있다. 이러한 유형의 처프들 중 임의의 조합도 이용될 수 있다.
다시 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 편광 재순환 백라이트(100)는 편광 변환 구조물(130)을 더 포함한다. 편광 변환 구조물(130)은 편광 성분의 일부를 다른 편광 성분으로 변환하도록 구성된다. 구체적으로, 편광 변환 구조물(130)은 0이 아닌 전파 각도로 편광 변환 구조물(130) 상에 입사되는 안내된 광(104)의 일부를 반사적으로 재지향시키도록 구성된다. 그렇게 함으로써, 편광 변환 구조물(130)은 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환한다. 즉, 편광 변환 구조물(130)은 편광 변환 구조물(130) 상에 입사되는 광의 제 2 편광 성분의 일부를 반사광(reflected light)에서 제 1 편광 성분으로 변환한다. 예를 들어, 제 1 편광 성분이 TE 편광 성분이고 제 2 성분이 TM 편광 성분인 경우, 편광 변환 구조물(130)은 입사광의 TM 편광 성분의 일부를 반사광의 TE 편광 성분으로 변환할 수 있다. 따라서, 반사광에서 제 1 편광 성분(이 예에서, TE 성분)의 양이 증가된다.
도 3c는 본 발명의 실시 예들에 따른 편광 변환 구조물(130)을 포함하는 편광 재순환 백라이트(100)의 단면도를 도시한다. 편광 변환 구조물(130)은 0이 아닌 전파 각도로 편광 변환 구조물(130) 상에 입사되는 안내된 광(104)의 일부를 반사적으로 재지향시키고, 안내된 광(104)의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환하도록 구성된다. 이 예에서, 편광 변환 구조물(130)은 편광-선택적 산란 특징부(120)의 복수의 편광-선택적 산란체들 사이에서 도광체(110)의 제 2 표면(110") 상에 위치한다. 편광 변환 구조물(130) 상에 입사되는 안내된 광(104)이 도시되었다. 또한, 안내된 광(104)의 제 1 편광 성분(104')을 나타내는 제 1 벡터 및 제 1 편광 성분(104')에 직교하는 안내된 광(104)의 제 2 편광 성분(104")을 나타내는 제 2 벡터가 도시되었다. 특히, 제 1 편광 성분(104')은 편광 변환 구조물(130)의 제 1 표면에 평행하고 페이지 안쪽을 가리키는 벡터를 나타내기 위하여 중앙에 점이 있는 원으로 도시되었다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 편광 성분(104', 104")은 서로 직교할 뿐만 아니라 안내된 광(104)의 진행 방향에도 직교한다. 일부 실시 예들에서, 예를 들어, 제 1 편광 성분(104')은 안내된 광(104)의 TE 편광 성분에 대응될 수 있고, 제 2 편광 성분(104")은 안내된 광(104)의 TM 편광 성분에 대응될 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 안내된 광(104)은 0이 아닌 전파 각도로 편광 변환 구조물(130) 상에 입사된다. 안내된 광(104)은 편광 변환 구조물(130)에 의하여 실질적으로 입사각과 동일한 0이 아닌 전파 각도로 편광 변환 구조물로부터 멀어지도록 전파되는 반사 광빔(reflected light beam)으로서 반사되거나 반사적으로 재지향된다. 안내된 광(104)의 반사 동안, 편광 변환 구조물(130)은 형상-복굴절(form-birefringent) 재료로서 기능할 수 있다. 즉, 일부 예들에서, 편광 변환 구조물(130)은 입사되는 안내된 광(104)의 2개의 직교하는 편광 성분들 간의, 예를 들어 제 1 편광 성분(104')과 제 2 편광 성분(104") 간의, 또는 대등하게는 TE 편광 성분(104')과 TM 편광 성분(104") 간의, 위상 지연을 도입할 수 있다. 이와 같이, 일부 예들에 따르면, 편광 변환 구조물(130)은 입사되는 안내된 광(104) 내의 제 1 및 제 2 편광 성분(104', 104") 간의 약 1/2 파장 차이(wavelength differential) 또는 90도 위상 지연을 도입할 수 있다. 2개의 편광 성분들(104', 104") 간의 위상 지연은 입사광의 TM 편광 성분(104")의 일부를 반사광에서 TE 편광 성분(104')으로 변환시키는 결과를 야기한다. 결과적으로, 반사광의 TE 편광 성분 부분은 입사광에 비하여 증강된다. 이는 편광 변환 구조물(130)로부터 반사되는 광의 제 1 편광 성분(104')을 나타내는 더 긴 벡터로써 도 3c에 도시되었다. 유사하게, 반사광의 TM 편광 성분 부분은, 도 3c에서 반사광의 중앙에 점이 있는 더 작은 원으로 도시된 바와 같이, 입사광에 비하여 감소된다.
편광 변환 구조물(130)과 상호 작용을 한 이후에, 광빔(104)은 0이 아닌 전파 각도로 도광체(110)를 통해 계속 전파되며, 전술한 바와 같이 도광체(110)의 제 1 및 제 2 표면(110', 110")에 대하여 번갈아 반사된다. 그렇게 함으로써, 안내된 광(104)은 편광 변환 구조물(130)과 여러 번 상호 작용하도록 구성된다. 편광 변환 구조물(130)과의 각각의 상호 작용 동안, 제 2 편광 성분(104")(예를 들어, TM 편광 성분)의 일부는 제 1 편광 성분(104')(예를 들어, TE 편광 성분)으로 더 변환된다. 안내된 광(104)은 또한 도광체(110)를 통한 전파 동안 편광-선택적 산란 특징부(120)와 상호 작용한다. 편광-선택적 산란 특징부(120)와의 상호 작용들 동안, 제 1 편광 또는 TE 편광 성분의 일부는 방출광(102)으로서 도광체(110) 외부로 선택적으로 커플 아웃되거나 산란된다. 제 1 편광 성분의 일부의 편광-선택적 산란은 안내된 광(104)에서 제 1 편광 성분을 감소시키거나 고갈시킨다. 이러한 손실을 보상하기 위하여, 안내된 광(104)의 제 1 편광 성분의 고갈된 부분은 편광 변환 구조물(130)과의 반복적인 상호 작용들을 통해 보충된다. 결과적으로, 일부 실시 예들에 따르면, 더 많은 양의 제 1 편광 성분이 편광-선택적 산란 특징부(120)에게 이용 가능하게 되고, 이는 방출광(102)의 더 큰 세기 및 더 밝은 편광 재순환 백라이트(100)를 야기한다.
일부 실시 예들에서, 편광 변환 구조물(130)은 도광체의 표면에 실질적으로 직교하는 방향으로 구조물 상에 입사하는 광에 대하여 실질적으로 광학적으로 투명하며, 그러한 광에 대한 편광 변환 구조물(130)의 영향은 미미하다. 대신에, 편광 변환 구조물(130)은 0이 아닌 전파 각도로 전파하고 구조물 상에 소정의 각도로 입사하는 안내된 광과 상호 작용하도록 구성된다.
다양한 실시 예들에서, 편광 변환 구조물(130)은 서브파장 격자(132)를 포함한다. 서브파장 격자(132)는 0이 아닌 전파 각도로 서브파장 격자(132) 상에 입사하는 안내된 광의 일부를 반사적으로 재지향시키도록 구성된다. 그렇게 함으로써, 전술한 바와 같이, 서브파장 격자(132)는 안내된 광(104)의 제 2 편광 성분(104")의 일부를 제 1 편광 성분(104')으로 변환한다. 도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자들(120') 및 편광 변환 구조물(130)의 서브파장 격자들(132)을 포함하는 편광 재순환 백라이트(100)의 표면의 일부의 평면도를 도시한다. 도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 서브파장 격자(132)의 평면도를 도시한다.
일부 실시 예들에서, 서브파장 격자(132)는 복수의 실질적으로 평행한 회절 특징부들을 포함한다. 일부 예들에서, 회절 특징부들은 전술한 회절 격자들의 회절 특징부들과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 서브파장 격자(132)의 회절 특징부들은 서로 이격된 홈들 및 융기들 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 홈들 및 융기들은 도광체(110)의 표면 내에 형성될 수도 있고, 도광체의 재료 이외의 재료로 형성될 수도 있다. 그러나, 정의에 의하면, 서브파장 격자(132)에서, 회절 특징부들 간의 거리 또는 대등하게는 회절 특징부들의 격자 피치는 안내된 광(104)의 파장보다 작다. 일부 실시 예들에서, 격자 피치는 실질적으로 안내된 광(104)의 파장보다 작을 수 있다. 예를 들어, 서브파장 격자(132)의 격자 피치는 전술한 회절 격자(122)의 격자 피치의 1/2 미만일 수 있다. 서브파장 격자 피치는 서브파장 격자(132)의 편광 변환 속성에 기여하는 회절 속성들을 제공한다. 특히, 서브파장 격자 피치로 인하여, 서브파장 격자(132)는 형상-복굴절 재료로서 또는 회절 속성들이 안내된 광(104)의 입사 부분의 성분들의 배향(orientation)의 계수인 재료로서 작용한다. 즉, 서브파장 격자(132)의 편광 변환 특성은 입사되는 안내된 광(104)의 성분들의 배향에 의존한다. 전술한 바와 같이, 서브파장 격자(132) 상에 입사하는 안내된 광(104)은 서로에 대하여 직교하게 배향된 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분(일부 예들에서, 각각 TE 편광 및 TM 편광)을 포함할 수 있다. 따라서, 서브파장 격자(132)는 각각의 편광 성분을 그 배향에 따라 차등적으로 반사한다. 이와 같이, 서브파장 격자(132)의 형상-복굴절은 제 1 편광 성분에 비하여 제 2 편광 성분에서 대략 반파장(half-wavelength)의 위상 지연을 야기할 수 있다. 이러한 위상 지연은, 서브파장 격자(132) 상에 입사하는 광의 제 2 편광 성분의 일부를 서브파장 격자(132)에 의하여 반사되는 광에서 제 1 편광 성분으로 변환한다.
서브파장 격자(132)의 회절 특징부들의 격자 피치는 또한 서브파장 격자(132)의 회절 차수에 영향을 미친다. 특히, 격자 피치가 실질적으로 서브파장인 경우, 또는 대등하게는 회절 특징부들 간의 간격이 서브파장 격자(132) 상에 입사되는 광빔(104)의 파장보다 실질적으로 작은 경우, 서브파장 격자(132)에 의하여 단지 0 회절 차수가, 또는 이와 대등한 반사가, 제공된다. 따라서, 서브파장 격자(132) 상에 입사되는 안내된 광(104)은 입사되는 안내된 광(104)의 0이 아닌 전파 각도와 실질적으로 동일한 0이 아닌 전파 각도로 서브파장 격자(132)에 의하여 반사적으로 재지향된다(즉, 정반사(specular reflection)). 전술한 바와 같이, 입사광의 제 2 편광 성분이 서브파장 격자(132)에 의하여 반사광의 제 1 편광 성분으로 변환되기 때문에, 반사광은 입사된 안내된 광(104)보다 더 많은 양의 제 1 편광 성분(예를 들어, TE 편광)을 포함한다.
일부 예들에서, 서브파장 격자(132)의 회절 특징부들은 격자 주기, 격자 듀티 사이클(duty cycle), 격자 배향, 격자 피치 및 격자 깊이를 가질 수 있다. 격자 주기, 격자 듀티 사이클, 격자 배향, 격자 피치(전술한 바와 같은) 및 격자 깊이 중 하나 이상은, 제 2 편광 성분의 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제어하도록 구성된다. 즉, 이러한 특성들 중 하나 이상은 입사광의 제 2 편광 성분 중 얼마만큼의 양이 반사광의 제 1 편광 성분으로 변환되는지에 영향을 미치도록 설계될 수 있다. 일부 예들에서, 서브파장 격자(132) 상에 입사되는 광빔의 방향에 대한 회절 특징부들의 배향은 편광 변환량에 영향을 미칠 수 있다.
도 5b를 참조하면, 서브파장 격자(132)의 회절 특징부들은 서브파장 격자(132)의 표면 상에서 y-축에 대하여 소정의 각도로 배향되어 있다. 도시된 예에서, 표면은 도광체(110)의 제 2 표면(110")이다. 따라서, 서브파장 격자(132)는 도광체(110)의 표면 상에(또는 대등하게는, 서브파장 격자(132)의 평면 상에) 입사되는 안내된 광(104)의 방향의 투영에 대하여 소정의 각도(α)로 있다. 도광체(110)의 표면 상의 서브파장 격자(132)의 배향은 그 표면의 평면에서 서브파장 격자(132) 상의 안내된 광(104)의 입사각(α)을 제어하며, 이는 서브파장 격자(132)에 의하여 변환되는 안내된 광(104)의 편광의 양을 제어한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 편광 변환 구조물(130)은 도광체(110)의 표면 상에 위치할 수 있다. 다시 도 5a를 참조하면, 편광 변환 구조물(130)은 도광체(110)의 표면 상의 복수의 산란체들 중 인접한 산란체들(예를 들어, 멀티빔 소자들(120')) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자들(120')을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부(120)가 도광체의 제 1 표면(110') 상에 위치하는 실시 예에서(예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같은), 편광 변환 구조물(130)은 멀티빔 소자들(120') 사이의 제 1 (또는 상단) 표면(110') 상에 위치할 수 있다. 대안적으로, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자들(120')을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부(120)가 도광체(110)의 제 2 (또는 하단) 표면(110") 상에 위치하는 실시 예에서, 편광 변환 구조물(130)은 복수의 멀티빔 소자들(120')의 멀티빔 소자들(120') 사이의 제 2 표면(110") 상에 위치할 수 있다.
일부 실시 예들에서(미도시), 반사 아일랜드들(reflective islands)이 편광-선택적 산란 특징부(120)의 부분들에 인접하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 반사 아일랜드들은 반사 모드 회절 격자들을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부(120)의 멀티빔 소자들(120')에 인접하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 반사 아일랜드들은 입사되는 안내된 광(104)의 반사를 용이하게 하고, 편광-선택적 산란 특징부(120)에 의하여 생성되는 방출광(102)의 세기를 증가시키기 위하여 제공될 수 있다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 이러한 실시 예에서, 편광-선택적 산란 특징부(120) 및 편광 변환 구조물(130)은 도광체의 대향면들 상에 위치한다. 도시된 바와 같이, 편광-선택적 산란 특징부(120)는 도광체(110)의 제 1 표면(110') 상에 배치되어 투과 모드에서 동작하도록 구성된 멀티빔 소자들(120')을 포함한다. 편광 변환 구조물(130)은 도광체(110)의 대향면(즉, 제 2 표면(110")) 상에 위치한다. 다른 실시 예에서(미도시), 편광-선택적 산란 특징부(120)는 반사 모드에서 동작하도록 구성된 제 2 표면(110") 상에 위치된 멀티빔 소자들(120')을 포함할 수 있고, 편광 변환 구조물(130)은 제 1 표면(110') 상에 배치될 수 있다. 모든 실시 예들에서, 0이 아닌 전파 각도로 전파되는 안내된 광(104)은 도광체(110)의 표면들(110', 110")에 대하여 번갈아 반사되며, 도광체(110)의 표면들(110', 110") 중 하나 상의 편광 변환 구조물(130)에 의하여 반사적으로 재지향되고 변환된다.
편광-선택적 산란 특징부(120) 및 편광 변환 구조물(130)이 도광체(110)의 대향면들 상에 위치하는 실시 예들은, 각각 편광-선택적 산란 특징부(120) 및 편광 변환 구조물(130)에 대하여 이용 가능한 이용 가능 표면(available surface)을 효과적으로 2배로 증가시킬 수 있다. 또한, 이러한 실시 예들은 편광 변환 구조물(130) 및 편광-선택적 산란 특징부(120) 모두에 대하여 더욱 다양한 배열을 허용할 수 있다. 예를 들어, 편광 변환 구조물(130)이 편광-선택적 산란 특징부(120)의 멀티빔 소자들(120') 사이에 위치하는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 배열과 대조적으로, 편광-선택적 산란 특징부(120)와는 반대쪽 표면 상에 위치하는 편광 변환 구조물(130)은 실질적으로 전체 표면을 점유할 수 있고 더욱 효과적인 편광 변환을 제공할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 편광-선택적 산란 특징부(120)는 더 많은 공간에 제공될 수 있고, 따라서 더 큰 세기의 방출광(102)이 제공될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 편광 변환 구조물(130)은 도광체(110)의 길이를 따르는 위치의 함수인, 제 2 편광 성분의 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 안내된 광(104)이 도광체(110) 내에서 전파함에 따라, 안내된 광(104)의 편광은 도광체(110)를 따르는 안내된 광(104)의 위치에 따라 변할 수 있다. 즉, 도광체(110)의 특정 위치에서의 안내된 광(104)의 편광은 도광체(110)의 다른 위치에서의 안내된 광(104)의 편광과 상이할 수 있다. 안내된 광(104)의 편광의 이러한 변화들은 도광체(110)의 길이를 따르는 안내된 광의 위치에 예측 가능하게 의존하는 방식으로 발생할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 이러한 편광 변화를 극복하고 도광체(110)의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 편광을 갖는 방출광(102)을 생성하기 위하여, 편광 변환 구조물(130)은 도광체(110)의 길이를 따르는 위치의 함수인 제 2 편광 성분의 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안내된 광(104)이 더 많은 양의 제 1 편광 성분을 포함하는 도광체(110)의 영역들에서, 편광 변환 구조물(130)은 더 적은 양의 제 2 편광 성분을 제 1 편광 성분으로 변환하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 안내된 광(104)이 더 적은 양의 제 1 편광 성분을 포함하는 영역들에서, 편광 변환 구조물(130)은 더 많은 양의 제 2 성분을 제 1 편광 성분으로 변환하도록 구성될 수 있다. 따라서, 편광-선택적 산란 특징부(120)에 의하여 산란된 방출광(102)은 도광체(110)에 걸쳐 그 세기가 실질적으로 균일할 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 편광 변환 구조물(130)은 각각의 반사적 재지향 동안 약 10% 미만인 제 2 편광 성분의 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 편광 변환 구조물(130)은 안내된 광(104)이 반사광으로서 반사되는 경우 편광 변환 구조물(130) 상에 입사되는 안내된 광(104)의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환하도록 구성된다. 편광 변환량은 제 1 편광 성분으로 변환되는 제 2 편광 성분의 비율이다. 다양한 실시 예들에 따르면, 편광 변환량은 편광 변환 구조물(130)의 서브파장 격자(132)의 회절 특징부들의 특성들에 의하여 제어될 수 있다. 이러한 특성들은 격자 주기, 격자 듀티 사이클, 격자 배향, 격자 피치 및 격자 깊이를 포함한다. 따라서, 서브파장 격자(132)의 격자 주기, 격자 듀티 사이클, 격자 배향, 격자 피치 및 격자 깊이 중 하나 이상은 서브파장 격자(132) 상에 입사되는 안내된 광(104)의 제 2 편광 성분의 약 10%를 변환하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 편광 변환량은 약 4% 미만일 수 있다. 예를 들어, 편광 변환량은 약 2% 내지 약 4% 사이일 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 약 10% 이하의 편광 변환은 편광 재순환 백라이트(100)가 모드-선택가능(mode-selectable) 2D/3D 디스플레이에 이용되는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 편광 재순환 백라이트(100)는 2개의 인접한 백라이트들을 포함하는 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이에서 제 2 백라이트로서 이용될 수 있다. 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이에서, 하나의 백라이트는 확산광 또는 실질적으로 광각(예를 들어, '2D')의 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 제 2 백라이트(또는 본 명세서에 설명된 편광 재순환 백라이트(100))는 광을 지향성 방출광으로서 방출하도록 구성될 수 있다. 지향성 방출광은 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함할 수 있다. 따라서, 지향성 방출광은 멀티뷰 또는 3D 방출광으로 지칭될 수도 있다. 2D 이미지는 제 1 백라이트를 활성화함으로써 제 1 모드에서 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이에 의하여 제공될 수 있고, 멀티뷰 또는 '3D' 이미지는 제 2 모드 동안에 제 2 백라이트 또는 편광 재순환 백라이트(100)가 활성화되는 경우 제공될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이(200)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이는 편광 재순환 백라이트(100)에 인접한 제 1 백라이트(210)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제 1 백라이트(210)는 제 1 모드(모드 1) 동안 광각 방출광(202)을 제공하도록 구성되고, 편광 재순환 백라이트(100)는 제 2 모드(모드 2) 동안 지향성인 방출광(102)(즉, 지향성 방출광)을 제공하도록 구성된다. 또한, 도시된 바와 같이, 지향성인 방출광(102)은 복수의 멀티빔 소자들(120')을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부(120)에 의하여 제공된다. 다양한 실시 예들에서, 광각 방출광(202)은 편광 재순환 백라이트(100)를 향하는 방향으로 방출된다. 또한, 제 1 모드(모드 1) 동안, 광각 방출광(102)은 편광 재순환 백라이트(100)의 두께를, 예를 들어 편광 재순환 백라이트(100)의 도광체(110) 및 편광-선택적 산란 특징부(120)를, 통과할 수 있도록 구성된다.
도시된 모드-선택가능 2D/3D 디스플레이(200)는, 제 1 모드(모드 1)에서 2D 이미지를 제공하기 위하여 광각 방출광(202)을 변조하고 제 2 모드(모드 2) 동안 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 방출광(102)(또는 지향성 방출광)을 변조하도록 구성된, 광 밸브 어레이(208)를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광각 방출광(202)은 일반적으로 편광 재순환 백라이트(100)의 편광 변환 구조물(130)과 한 번만 상호 작용한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 편광 변환 구조물(130)의 편광 변환이 약 10% 이하인 경우, 광각 방출광(202)은 편광 변환을 거의 또는 전혀 거치지 않기 때문에, 광각 방출광(202)은 편광에 대한 실질적인 영향 없이 편광 재순환 백라이트(100)를 통과할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(300)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이(300)는 방출광을 제공하기 위하여 편광-선택적 산란을 이용한다. 특히, 멀티뷰 디스플레이는 제 1 편광 성분과 관련된 안내된 광의 일부를 선택적으로 산란시킨다. 또한, 멀티뷰 디스플레이(300)는 안내된 광을 복수의 지향성 광빔들(302)을 포함하는 방출광으로서 선택적으로 산란될 편광된 광으로 변환하기 위하여 편광 변환을 이용한다. 구체적으로, 멀티뷰 디스플레이(300)는 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부를 선택적으로 산란될 제 1 편광 성분으로 변환한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(300)는 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체(310)를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(310)는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광을 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 안내된 광은 도광체(310)에 의하여 또는 도광체(310) 내에서 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도광체(310)는 전술한 편광 재순환 백라이트(100)의 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 도광체(310)는 유전체 재료의 슬래브(slab)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 도광체(310)는 판 도광체일 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 안내된 광은 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광 성분은 TE(transverse electric) 편광 성분일 수 있고, 제 2 편광 성분은 TM(transverse magnetic) 성분일 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(300)는 멀티빔 소자들(320)의 어레이를 더 포함한다. 멀티빔 소자들(320)의 어레이의 멀티빔 소자(320)는 안내된 광의 제 1 편광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(302)로서 선택적으로 산란시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자(320)는 안내된 광의 TE 편광 성분을 지향성 광빔들로서 도광체 외부로 선택적으로 산란시키도록 구성된다. 또한, 지향성 광빔들(302)의 상이한 주 각도 방향들은, 예를 들어 멀티뷰 디스플레이(300)에 의하여 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 뷰 방향들에 대응된다.
일부 실시 예들에서, 도광체(310)의 멀티빔 소자들(320)의 어레이는 전술한 편광 재순환 백라이트(100)의 편광-선택적 산란 특징부(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(320)의 어레이의 멀티빔 소자(320)는 멀티빔 소자(120')와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자(320)는 회절 격자를 포함할 수 있다. 회절 격자는 전술한 편광 재순환 백라이트(100)의 회절 격자(122)와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 멀티빔 소자(320)는 도광체(310)의 표면에 또는 이에 인접하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자(320)는 도광체(310)의 제 1 표면에 위치할 수 있으며, 여기서 멀티빔 소자(320)는 투과 모드 회절 격자로서 제 1 편광을 갖는 안내된 광의 일부를 제 1 표면을 통하여 선택적으로 산란시키도록 구성된다. 다른 예에서, 멀티빔 소자(320)는 도광체(310)의 제 2 표면에 위치할 수 있으며, 여기서 멀티빔 소자(320)는 안내된 광의 일부를 선택적으로 산란시키고 산란된 안내된 광의 일부를 제 1 표면을 향하여 반사시키도록 구성된 반사 모드 멀티빔 소자이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(300)는 서브파장 격자들(330)의 어레이를 더 포함한다. 서브파장 격자들(330)의 어레이는 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환하도록 구성된다. 구체적으로, 서브파장 격자들(330)의 어레이는 0이 아닌 전파 각도로 격자 상에 입사되는 안내된 광의 일부를 반사적으로 재지향시키도록 구성된다. 그렇게 함으로써, 서브파장 격자들(330)의 어레이는 서브파장 격자들(330) 상에 입사되는 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부를 반사되는 안내된 광에서 제 1 편광 성분으로 변환한다. 예를 들어, 제 1 편광 성분이 TE 편광 성분이고 제 2 성분이 TM 편광 성분인 경우, 서브파장 격자들(330)의 어레이는 입사광의 TM 편광 성분의 일부를 반사광의 TE 편광 성분으로 변환할 수 있다. 따라서, 반사광에서 제 1 편광 성분(이 예에서, TE 성분)의 양이 증가된다. 일부 실시 예들에 따르면, 서브파장 격자들(330)의 어레이는 편광 재순환 백라이트(100)와 관련하여 전술한 편광 변환 구조물(130)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)는 전술한 서브파장 격자(132)와 실질적으로 유사할 수 있다.
예를 들어, 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)는 복수의 실질적으로 평행한 회절 특징부들을 포함할 수 있다. 특히, 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)의 회절 특징부들은, 도광체(310)의 표면 내에 형성되며 서로 이격된 홈들 또는 융기들 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 또한, 정의에 의하면, 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)에서, 회절 특징부들 간의 거리 또는 대등하게는 회절 특징부들의 격자 피치는 안내된 광의 파장 미만이다. 일부 실시 예들에서, 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)의 격자 피치는, 전술한 멀티빔 소자(120')의 회절 격자의 격자 피치의 절반 미만일 수 있다.
서브파장 격자 피치는 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)의 편광 변환 속성들에 기여하는 회절 속성들을 제공한다. 특히, 서브파장 격자 피치의 결과로서, 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330)는 형상-복굴절 재료로서 또는 회절 속성들이 입사광의 성분들의 배향의 계수인 재료로서 작용할 수 있다. 서브파장 격자(330)의 형상-복굴절은 제 1 편광 성분(또는 TE 편광)에 비하여 제 2 편광 성분(또는 TM 편광)에서 대략 반파장의 위상 지연을 야기하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 이러한 위상 지연은 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330) 상에 입사되는 광의 제 2 편광 성분의 일부를 서브파장 격자 어레이의 서브파장 격자(330) 상에서 반사되는 광의 제 1 편광 성분으로 변환한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(300)는 광 밸브들(308)의 어레이를 더 포함한다. 광 밸브들(308)의 어레이는 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 복수의 지향성 광빔들(302)의 지향성 광빔들(302)을 변조하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 상이한 유형들의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(308)로서 이용될 수 있다. 특히, 변조된 지향성 광빔들(302')을 제공하기 위하여, 도광체(310) 상의 멀티빔 소자들(320)의 어레이로부터의 지향성 광빔들(302)은 광 밸브 어레이의 개별 광 밸브들(308)을 통과하고 그에 의하여 변조될 수 있다. 또한, 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(302) 중 상이한 것들은 광 밸브 어레이 내의 광 밸브들(308) 중 상이한 것들을 통과하고 그에 의하여 변조되도록 구성된다. 도 8에서 변조된 지향성 광빔들(302')의 변조를 강조하기 위하여 점선 화살표들이 이용되었다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(320)은 도광체의 표면 상에 위치된다. 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(320)은 도광체(310)의 길이를 따라 서로 이격되어 있을 수 있다. 또한, 서브파장 격자들(330)의 어레이의 서브파장 격자들(330)은 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(320)의 사이에 위치할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자들(320)의 어레이 및 서브파장 격자들(330)의 어레이는 서로 대향하는 도광체(310)의 표면들 상에 위치한다(즉, 반대 표면들 또는 대향면들 상에 위치함). 예를 들어, 반사 모드 회절 격자가 멀티빔 소자(320)에 이용되는 전술한 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이는 도광체(310)의 제 2 표면에 위치할 수 있고, 서브파장 격자들(330)의 어레이는 제 2 표면에 대향하는 제 1 표면 상에 위치할 수 있다. 멀티빔 소자들의 어레이 및 서브파장 격자들의 어레이가 도광체의 대향면들 상에 위치하는 실시 예들은 이용 가능 표면을 효과적으로 2배로 증가시킬 수 있고 두 어레이들의 더욱 다양한 배열들을 허용할 수 있다.
서브파장 격자들(330)의 어레이는 각각의 반사적 재지향 동안 약 10% 미만인 제 2 편광 성분의 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성될 수 있다. 편광 변환량은 제 1 편광 성분으로 변환되는 제 2 편광 성분의 비율이다. 편광 변환량은 서브파장 격자들(330)의 어레이의 회절 특징부들의 특성들에 의하여 제어될 수 있다. 이러한 특성들은 격자 주기, 격자 듀티 사이클, 격자 배향, 격자 피치 및 격자 깊이를 포함한다. 따라서, 서브파장 격자(330)의 격자 주기, 격자 듀티 사이클, 격자 배향, 격자 피치 및 격자 깊이 중 하나 이상은 서브파장 격자(330) 상에 입사되는 광의 제 2 편광의 약 10%를 변환시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 편광 변환량은 약 4% 미만일 수 있으며, 예를 들어 약 2% 내지 약 4% 사이일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 서브파장 격자들(330)의 어레이는 도광체(310)의 표면에 실질적으로 직교하는 방향으로 서브파장 격자 어레이 상에 입사되는 광에 대하여 실질적으로 광학적으로 투명하다. 따라서, 그러한 입사광에 대한 서브파장 격자들(330)의 영향은 미미할 수 있다. 대신에, 다양한 실시 예들에 따르면, 서브파장 격자들의 어레이는, 0이 아닌 전파 각도로 전파되고 소정의 각도로 격자들 상에 입사되는 안내된 광과 상호 작용하도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 백라이트의 동작 방법이 개시된다. 도 9는 본 명세서의 원리들에 일치하는 일 실시 예에 따른 일 예로서 편광 재순환 백라이트의 동작 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 편광 재순환 백라이트의 동작 방법(400)은 광을 도광체의 길이를 따라 안내된 광으로서 안내(410)하는 단계를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 안내된 광은 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분을 포함한다. 또한, 안내된 광은 도광체 내에서 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 편광 재순환 백라이트(100)와 관련하여 전술한 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 안내된 광은 도광체 내에서 내부 전반사를 이용하여 도광체를 따라 안내되고 전파된다. 예를 들어, 제 1 편광 성분은 TE(transverse electric) 편광 성분일 수 있고, 제 2 편광 성분은 TM(transverse magnetic) 성분일 수 있다.
도 9에 도시된 편광 재순환 백라이트의 동작 방법(400)은 편광-선택적 산란 특징부를 이용하여 안내된 광의 제 1 편광 성분의 일부를 방출광으로서 선택적으로 산란(420)시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부는 전술한 편광 재순환 백라이트(100)의 편광-선택적 산란 특징부(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 산란(420)시키는 단계에서 이용되는 편광-선택적 산란 특징부는, 편광-선택적 산란을 제공하도록 구성된 회절 격자, 반사 구조물 및 굴절 구조물뿐만 아니라 이의 다양한 조합들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 편광-선택적 산란을 제공하거나 생성하도록 구성된 다양한 상이한 구조물들 또는 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
편광 재순환 백라이트의 동작 방법(400)은 서브파장 격자를 포함하는 편광 변환 구조물을 이용하여 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광으로 변환(430)시키는 단계를 더 포함한다. 특히, 0이 아닌 전파 각도로 편광 변환 구조물 상에 입사되는 안내된 광의 일부는 편광 변환 구조물에 의하여 반사적으로 재지향된다. 반사적 재지향 동안, 입사되는 안내된 광 내의 제 2 편광 성분의 일부가 반사광 내의 제 1 편광 성분으로 변환된다. 예를 들어, 제 1 편광 성분이 TE 편광 성분이고 제 2 편광 성분이 TM 편광 성분인 경우, 입사광 내의 TM 편광 성분의 일부는 편광 변환 구조물에 의하여 반사적으로 재지향되는 광 내의 TE 편광 성분으로 변환될 수 있다. 따라서, 예를 들어 편광-선택적 산란 특징부에 의한 선택적 산란(420)에 기인한 제 1 편광 성분의 손실을 보상하기 위하여, 반사광 내의 제 1 편광 성분(이 예에서, TE 성분)의 양이 증가되거나 보충될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 서브파장 격자는 전술한 편광 재순환 백라이트(100)의 서브파장 격자(132)와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 서브파장 격자의 회절 특징부들은, 도광체의 표면 내에 형성되며 서로 이격된 홈들 및 융기들 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 또한, 회절 특징부들 간의 거리 또는 대등하게는 회절 특징부들의 격자 피치는 안내된 광의 파장 미만이다. 서브파장 격자 피치는 서브파장 격자의 편광 변환 속성들에 기여하는 회절 속성들을 제공한다. 특히, 서브파장 격자 피치의 결과로서, 서브파장 격자는 형상-복굴절 재료로서 또는 회절 속성들이 입사광의 성분들의 배향의 계수인 재료로서 작용할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 서브파장 격자의 형상-복굴절은 제 1 편광 성분(또는 TE 편광)에 비하여 제 2 편광 성분(또는 TM 편광)에서 대략 반파장의 위상 지연을 야기할 수 있다. 따라서, 서브파장 격자 상에 입사되는 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부는 서브파장 격자에 의하여 반사되는 광의 제 1 편광 성분으로 변환된다.
일부 실시 예들에서, 편광-선택적 산란 특징부는 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 제 1 편광 성분의 일부를 선택적으로 산란(420)시키는 단계는, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자를 이용하여 그 일부를 방출광으로서 산란시키는 단계를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자는 전술한 편광 재순환 백라이트(100)의 멀티빔 소자(120')와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 멀티빔 소자는 편광 재순환 백라이트(100)의 회절 격자(122)와 실질적으로 유사한 회절 격자를 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 멀티빔 소자들을 포함하는 편광-선택적 산란 특징부에 의하여 제공되는 방출광은, 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 편광 변환 구조물은 도광체의 표면 상의 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들 사이에 위치한다. 특히, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들은 도광체의 제 1 표면 상에 위치할 수 있고, 서브파장 격자들은 제 1 표면 상의 개별적인 멀티빔 소자들 사이에 배치된다. 대안적으로, 멀티빔 소자들 및 서브파장 격자들은 하단 표면 상에 위치할 수 있고, 서브파장 격자들은 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들 사이에 배치된다. 또 다른 실시 예들에서, 멀티빔 소자들 및 서브파장 격자들 또는 대등하게는 편광 변환 구조물은 도광체의 대향면들 상에 위치할 수 있다.
이상에서는, 안내된 광을 방출광으로서 커플 아웃시키기 위한 편광-선택적 산란 특징부들 및 안내된 광의 제 2 편광 성분의 일부를 제 1 편광 성분으로 변환시키기 위한 편광 변환 구조물들을 이용하는, 편광 재순환 백라이트, 편광 재순환 백라이트의 동작 방법 및 멀티뷰 디스플레이의 예들 및 실시 예들이 설명되었다. 전술한 예들은 단지 본 명세서에 설명된 원리들을 나타내는 많은 구체적인 예들 중 일부를 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의하여 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (20)

  1. 편광 재순환 백라이트로서,
    도광체의 길이를 따라 광을 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분을 포함하는 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 상기 도광체;
    상기 안내된 광의 상기 제 1 편광 성분의 일부를 방출광으로서 선택적으로 산란시키도록 구성된 편광-선택적 산란 특징부; 및
    서브파장 격자를 포함하는 편광 변환 구조물을 포함하되,
    상기 서브파장 격자는 0이 아닌 전파 각도로 상기 서브파장 격자 상에 입사되는 상기 안내된 광의 일부를 반사적으로 재지향시키고 상기 안내된 광의 상기 제 2 편광 성분의 일부를 상기 제 1 편광 성분으로 변환시키도록 구성된
    편광 재순환 백라이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광-선택적 산란 특징부는 상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들을 포함하고,
    상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자는 상기 안내된 광을 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 산란시키도록 구성된
    편광 재순환 백라이트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 멀티빔 소자들은 상기 도광체의 표면 상에 위치하고,
    상기 편광 변환 구조물은 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들 사이에 위치하는
    편광 재순환 백라이트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 회절 격자를 포함하는
    편광 재순환 백라이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 재순환 백라이트는 상기 도광체의 표면에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 편광 변환 구조물 상에 입사되는 광에 대하여 광학적으로 투명한
    편광 재순환 백라이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브파장 격자는 격자 주기, 격자 듀티 사이클, 격자 배향, 격자 피치 및 격자 깊이를 갖는 복수의 실질적으로 평행한 회절 특징부들을 포함하고,
    상기 격자 주기, 상기 격자 듀티 사이클, 상기 격자 배향, 상기 격자 피치 및 상기 격자 깊이 중 하나 이상은 상기 제 2 편광 성분의 상기 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제어하도록 구성된
    편광 재순환 백라이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 변환 구조물은 상기 도광체의 상기 길이를 따르는 위치의 함수인 상기 제 2 편광 성분의 상기 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성된
    편광 재순환 백라이트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 변환 구조물은 반사적 재지향마다 약 10% 미만인 상기 제 2 편광 성분의 상기 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성된
    편광 재순환 백라이트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 편광 성분의 상기 제 1 편광 성분으로의 상기 편광 변환량은 약 2% 내지 약 4% 사이인
    편광 재순환 백라이트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광-선택적 산란 특징부 및 상기 편광 변환 구조물은 상기 도광체의 대향면들 상에 위치하는
    편광 재순환 백라이트.
  11. 제 1 항의 상기 편광 재순환 백라이트를 포함하는 전자 디스플레이로서,
    멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 상기 방출광을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하는
    전자 디스플레이.
  12. 멀티뷰 디스플레이로서,
    광을 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분을 포함하는 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체;
    멀티빔 소자들의 어레이로서, 상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자는 상기 안내된 광의 상기 제 1 편광 성분의 일부를 멀티뷰 이미지의 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 선택적으로 산란시키도록 구성된, 상기 멀티빔 소자들의 어레이;
    상기 안내된 광의 상기 제 2 편광 성분의 일부를 상기 제 1 편광 성분으로 변환시키도록 구성된 서브파장 격자들의 어레이; 및
    상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위하여 상기 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이
    를 포함하는 멀티뷰 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자는 회절 격자를 포함하는
    멀티뷰 디스플레이.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자들은 상기 도광체의 표면 상에 위치하고,
    상기 서브파장 격자들의 어레이의 서브파장 격자는 상기 멀티빔 소자들의 어레이의 멀티빔 소자들 사이에 위치하는
    멀티뷰 디스플레이.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 서브파장 격자들의 어레이는 상기 도광체의 표면에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 서브파장 격자 어레이 상에 입사되는 광에 대하여 광학적으로 투명한
    멀티뷰 디스플레이.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 서브파장 격자들의 어레이의 서브파장 격자는 약 10% 미만인 상기 제 2 편광 성분의 상기 제 1 편광 성분으로의 편광 변환량을 제공하도록 구성된
    멀티뷰 디스플레이.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자들의 어레이 및 상기 서브파장 격자들의 어레이는 서로 대향하는 상기 도광체의 표면들 상에 위치하는
    멀티뷰 디스플레이.
  18. 편광 재순환 백라이트의 동작 방법으로서,
    도광체의 길이를 따라 광을 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분을 포함하는 안내된 광으로서 안내하는 단계;
    편광-선택적 산란 특징부를 이용하여 상기 안내된 광의 상기 제 1 편광 성분의 일부를 방출광으로서 선택적으로 산란시키는 단계; 및
    서브파장 격자를 포함하는 편광 변환 구조물을 이용하여 상기 안내된 광의 상기 제 2 편광 성분의 일부를 상기 제 1 편광 성분으로 변환하는 단계
    를 포함하는 편광 재순환 백라이트의 동작 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 편광-선택적 산란 특징부는 상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들을 포함하고,
    상기 제 1 편광 성분의 상기 일부를 선택적으로 산란시키는 단계는 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자를 이용하여 상기 일부를 상기 방출광으로서 회절적으로 산란시키는 단계를 포함하며,
    상기 방출광은 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는
    편광 재순환 백라이트의 동작 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 편광 변환 구조물은 상기 도광체의 표면 상의 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들 사이에 위치하는
    편광 재순환 백라이트의 동작 방법.
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