KR20210060643A - 격자 확산체를 갖는 백라이트, 멀티뷰 디스플레이 및 방법 - Google Patents
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Abstract
백라이트 및 멀티뷰 디스플레이는 격자 확산체 및 각도 보존 산란 특징부를 갖는 도광체를 이용한다. 각도 보존 산란 특징부는 안내된 광의 일부를 방출광으로서 도광체로부터 산란시키도록 구성된다. 격자 확산체는 회절 격자를 포함하며, 광원에 의하여 제공되는 광을 안내된 광으로서 안내될 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환하도록 구성된다. 멀티뷰 디스플레이는 광 밸브들의 어레이 및 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기와 유사한 크기를 갖는 멀티빔 소자를 포함하는 각도 보존 산란 특징부를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 병합되는, 2018년 10월 15일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/745,965의 우선권 이익을 주장한다.
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 디스플레이로서 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.
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 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 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 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 원리에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 6c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 8b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 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.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 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 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 단면도를 도시한다.
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도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 6c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 8b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자를 포함하는 멀티뷰 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 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, 각도 보존 산란을 가지며 전자 디스플레이들 특히 멀티뷰 디스플레이(multiview display)들에 적용되는 격자 확산체(grating spreader)를 이용하는 백라이트를 제공한다. 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다양한 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부(angle-preserving scattering feature)를 포함하는 백라이트가 제공된다. 일부 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부는 복수의 상이한 주 각도 방향들을 갖는 광빔(light beam)들을 가질 수 있는 방출광(emitted light)을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 방출광의 광빔들의 상이한 주 각도 방향(principal angular direction)들은 멀티뷰 디스플레이의 여러 상이한 뷰(view)들의 방향들에 대응될 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 백라이트는, 광원으로부터의 광을 확산(spread out)시켜 공간-각도적으로(spatio-angularly) 균질한(homogenous) 광을 제공하거나 백라이트 내에서 실질적으로 공간-각도적으로 균질한 분포를 갖는 광을 제공하도록 구성된 격자 확산체를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 격자 확산체에 의하여 제공되는 공간-각도적(spatio-angular) 균질 광은, 예를 들어 줄무늬(striping)를 방지하면서 백라이트에 걸쳐 실질적으로 균일한(uniform) 조명을 용이하게 하거나 제공할 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 일치되는 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 일치되는 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.
또한, 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)로서 보일 수 있다는 것에 유의한다.
본 명세서에서, '멀티뷰 픽셀(multiview pixel)'은 멀티뷰 디스플레이의 유사한 복수의 상이한 뷰들 각각의 '뷰(view)' 픽셀들을 나타내는 한 세트의 뷰 픽셀들로서 정의된다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 뷰 픽셀에 대응되거나 그 뷰 픽셀을 나타내는 개별 뷰 픽셀을 가질 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 픽셀의 뷰 픽셀들은 뷰 픽셀들 각각이 상이한 뷰들 중 대응되는 하나의 뷰의 정해진 뷰 방향과 관련된다는 점에서 소위 '지향성 픽셀들(directional pixels)'이다. 또한, 다양한 예들 및 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 픽셀의 뷰 픽셀들로 표현되는 상이한 뷰 픽셀들은 상이한 뷰들 각각에서 동등한 또는 적어도 실질적으로 유사한 위치들 또는 좌표들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 {x1, y1}에 위치된 뷰 픽셀들에 대응되는 개별 뷰 픽셀들을 가질 수 있고, 제 2 멀티뷰 픽셀은 상이한 뷰들 각각의 {x2, y2}에 위치된 뷰 픽셀들에 대응되는 개별 뷰 픽셀들을 가질 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(light guide)'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.
또한, 본 명세서에서, '판 도광체(plate light guide)'에서와 같이 도광체에 적용되는 경우의 '판(plate)'이라는 용어는, 종종 '슬래브' 가이드로 지칭되는, 한 장씩의(piece-wise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향면들)에 의하여 경계를 이루는 2개의 실질적으로 직교하는 방향들로 광을 안내하도록 구성된 도광체로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 상단 및 하단 표면들은 서로 떨어져 있고 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 판 도광체의 임의의 구별적으로 작은 구간 내에서, 상단 및 하단 표면들은 실질적으로 평행하거나 공면(co-planar) 상에 있다.
일부 실시 예들에서, 판 도광체는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한됨), 따라서 판 도광체는 평면형 도광체이다. 다른 실시 예들에서, 판 도광체는 1개 또는 2개의 직교하는 차원들로 만곡될 수 있다. 예를 들어, 판 도광체는 단일 차원으로 만곡되어 원통형 형상의 판 도광체를 형성할 수 있다. 그러나, 어떠한 곡률이든 광을 안내하기 위하여 판 도광체 내에서 내부 전반사가 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에서, '각도 보존 산란 특징부(angle-preserving scattering feature)' 또는 대등하게는 '각도 보존 산란체(angle-preserving scatterer)'는 특징부 또는 산란체 상에 입사하는 광의 각도 확산(angular spread)을 산란된 광 내에서 실질적으로 보존하는 방식으로 광을 산란시키도록 구성된 임의의 특징부 또는 산란체이다. 특히, 정의에 의하면, 각도 보존 산란 특징부에 의하여 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산(σ)의 함수이다(즉, σs = f(σ)). 일부 실시 예들에서, 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산 또는 시준 계수(collimation factor; σ)의 선형 함수이다(예를 들어, σs = a·σ, 여기서 a 는 정수). 즉, 각도 보존 산란 특징부에 의하여 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산 또는 시준 계수(σ)에 실질적으로 비례할 수 있다. 예를 들어, 산란된 광의 각도 확산(σs)은 입사광의 각도 확산(σ)과 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, σs 
σ). 균일한 회절 격자(즉, 실질적으로 균일한 또는 일정한 회절 특징부 간격 또는 격자 피치를 갖는 회절 격자)는 각도 보존 산란 특징부의 일 예이다.
본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하기 위하여 배열된 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(two-dimensional; 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 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조물이다. 광이 도광체로부터 회절 격자 상에 입사하면, 제공된 회절 또는 회절적 산란(diffractive scattering)은 회절 격자가 회절에 의하여 도광체로부터 광을 커플 아웃(couple out) 또는 산란시킬 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 입사하는 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 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 특징부들을 포함하는 구조물인 것으로 이해될 수 있으며, 도광체로부터 광이 입사되면 회절 격자는 또한 도광체로부터의 광을 회절적으로 산란시킬 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, 후술될 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.
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 일치되는 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 입사하는 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 산란되는 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. 회절각(θm)은 회절 격자(30)의 회절 차수 'm'에 대응될 수 있다.
본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 도광체 내에서 안내된 광의 일부를 커플링 아웃(coupling out)시킴으로써 복수의 광빔들을 제공하기 위하여 백라이트의 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 광빔들로서 방출되는 광을 생성할 수 있다(예를 들어, 광원을 포함할 수 있음). 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의하여 생성된 복수의 광빔들의 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 광빔들 중 소정의 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 하나의 지향성 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 또한, 복수의 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 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, 광빔들의 정해진 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 광빔들) 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들 중 여러 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티빔 소자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적 등)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성에 의하여 결정된다. 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, 본 명세서의 정의에 의하면, 그리고 도 1b와 관련하여 전술한 바와 같이, 멀티빔 소자에 의하여 생성되는 광빔은 각도 성분들 {θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다.
본 명세서에서, '시준기(collimator)'는 광을 시준하도록 구성된 실질적으로 임의의 광학 기기 또는 장치로서 정의된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 시준기에 의하여 제공되는 시준의 양은 실시 예마다 정해진 정도 또는 양이 다를 수 있다. 또한, 시준기는 2개의 직교하는 방향들(예를 들어, 수직 방향 및 수평 방향) 중 하나 또는 둘 모두로 시준을 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는 2개의 직교하는 방향들 중 하나 또는 둘 모두에 시준을 제공하는 형상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '시준 계수(collimation factor)'는 광이 시준되는 정도로서 정의된다. 특히, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준 계수는 시준된 광의 빔 내의 광선들(light rays)의 각도 확산을 정의한다. 예를 들어, 시준 계수(σ)는 시준된 광의 빔 내의 대부분의 광선들이 특정한 각도 확산 내에(예를 들어, 시준된 광빔의 중심 또는 주 각도 방향에 대하여 +/- σ도) 있음을 명시할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 시준된 광빔의 광선들은 각도 측면에서 가우시안(Gaussian) 분포를 가질 수 있고, 각도 확산은 시준된 광빔의 피크(peak) 세기의 절반만큼에 의하여 결정되는 각도일 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.
본 명세서에서, '공간-각도적으로 균질한(spatio-angularly homogenous)' 광은 공간적(spatial)이고 각도적인(angular) 영역에 걸쳐 균일하게 또는 실질적으로 균일한 방식으로 분포되는 광으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 공간-각도적으로 균질한 광은 또한, 그 영역을 나타내는 정의된 스트립(strip) 또는 공간(space) 내에서 공통된 또는 실질적으로 공통된 전파 방향을 가지며 정의된 각도 확산을 갖는 복수의 광빔들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 도광체 내의 공간-각도적으로 균질한 광은, 도광체 내에서 광이 균일하게 분포되는 것을 보장할 수 있다. 예를 들어, 공간-각도적으로 균질한 광으로서 도광체에게 제공되는 별개의 광원으로부터 광은 정해진 폭으로 정의되는 도광체의 영역을 실질적으로 채울 수 있고, 정해진 폭은 도광체 내의 안내된 광의 전파 방향에 직교한다. 예를 들어, 도광체를 조명하기 위하여 복수의 별개의 광원들이 이용되는 경우, 정해진 폭은 복수의 별개의 광원들 중 별개의 광원들 사이의 간격에 대응될 수 있고, 일부 실시 예들에서는 그 간격과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 공간-각도적으로 균질한 광은 도광체 내에서 그리고 도광체를 따라 광의 줄무늬(striping)(예를 들어, 어두운 영역들 또는 띠(band)들이 개재(intervene)된 광의 밝은 띠들)를 완화시키거나 심지어 제거할 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, '각도 보존 산란 특징부(angle-preserving scattering feature)'는 하나 이상의 각도 보존 산란 특징부를 의미하며, 따라서 '상기 각도 보존 산란 특징부'는 '상기 각도 보존 산란 특징부(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 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트(100)의 단면도를 도시한다. 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트(100)의 사시도를 도시한다. 예를 들어, 도시된 백라이트(100)는, 멀티뷰 디스플레이를 포함하지만 이에 제한되지 않는 전자 디스플레이에서, 백라이팅에 이용될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 백라이트(100)는 산란된 또는 방출된 광(102)을 제공하도록 구성된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 방출광(102)은 백라이트(100)의 표면으로부터 멀어지도록 지향된다. 방출광(102)은 전자 디스플레이를 위한 조명원으로서 기능하거나 전자 디스플레이를 조명하기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 방출광(102)은 전자 디스플레이에 의한 정보(예를 들어, 이미지들)의 디스플레이를 용이하게 하기 위하여 변조될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 방출광(102)은, 3D 컨텐츠를 포함하거나 멀티뷰 이미지로서 표현되는 정보의 디스플레이를 용이하게 하기 위하여 변조될 수 있다(예를 들어, 후술되는 광 밸브들을 이용하여).
일부 실시 예들에서(예를 들어, 멀티뷰 백라이트와 관련하여 후술될 바와 같은), 방출광(102)은 복수의 지향성 광빔들을 포함할 수 있고, 지향성 광빔들 중 상이한 것들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 광빔들은 광 필드를 나타낼 수 있다. 또한, 지향성 광빔들은 정해진 각도 확산을 갖는다. 즉, 방출광(102)의 광빔들의 주 각도 방향들은 실질적으로 정해진 원호각(subtended angle)(γ) 내에 있도록 제한될 수 있다. 예를 들어, 정해진 원호각(γ)(또는 대등하게는 각도 확산(γ))은 복수의 지향성 광빔들 중 중심 광빔에 대하여 정의될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 제공되는 방출광(102)의 복수의 지향성 광빔들은, 멀티뷰 디스플레이(예를 들어, 3D 또는 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 데 이용될 수 있는 멀티뷰 디스플레이)의 각각의 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들로, 백라이트(100)로부터 멀어지도록 지향될 수 있다. 따라서, 백라이트(100)는, 후술될 바와 같은 멀티뷰 백라이트일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 백라이트(100)는 도광체(110)를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 판 도광체일 수 있다. 도광체(110)는 도광체(110)의 길이를 따라 광을 안내된 광(104)으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 도광체(110)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 광학 도파로의 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. 도 3a에서, 안내된 광(104)의 전파 방향(103)이 굵은 화살표들로 표시되었다.
일부 실시 예들에서, 도광체(110)의 유전체 광학 도파로는 연장된, 광학적으로 투명한 실질적으로 평면형 시트의, 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로일 수 있다. 다양한 예들에 따르면, 도광체(110)의 광학적으로 투명한 유전체 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등), 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate) 등), 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 상단 표면 및 하단 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.
일부 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 도광체(110)의 제 1 표면(110')(예를 들어, '전'면 또는 앞쪽)과 제 2 표면(110")(예를 들어, '후'면 또는 뒤쪽) 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 전파될 수 있다(굵은 화살표들로 표시된 전파 방향(103)에도 불구하고). 일부 실시 예들에서, 광의 상이한 컬러들을 포함하는 복수의 안내된 광빔들은 상이한 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들 각각으로 도광체(110)에 의하여 안내될 수 있다. 도시의 간략화를 위하여 도 3a 내지 도 3c에는 0이 아닌 전파 각도가 도시되지 않았다.
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. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 안내된 광(104) 또는 대등하게는 안내된 광 '빔' (104)은 시준된 광빔(예를 들어, 후술되는 격자 확산체에 의하여 제공되는)일 수 있다. 본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로, 광빔(예를 들어, 안내된 광(104))의 광선들이 광빔 내에서 정해진 또는 정의된 각도 확산에 실질적으로 국한되는 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 분기되거나 산란되는 광의 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 또한, 다양한 실시 예들에서, 안내된 광(104)은 시준 계수에 따라 시준되거나 시준 계수를 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 안내된 광(104)을 '재순환(recycle)'시키도록 구성될 수 있다. 특히, 도광체의 길이를 따라 안내되었던 안내된 광(104)은, 전파 방향(103)과는 상이한(예를 들어, 반대되는) 다른 전파 방향(103')으로 도광체의 길이를 따라 다시 재지향될 수 있다. 예를 들어, 도광체(110)는 광원에 인접한 입력 단부 또는 입구 에지(entrance edge)에 대향하는 도광체(110)의 단부에 반사체(미도시)를 포함할 수 있다. 반사체는 재순환된 안내된 광으로서 입구 에지를 다시 향하도록 안내된 광(104)을 반사하도록 구성될 수 있다. 도 3a에서, 재순환된 안내된 광(예를 들어, 음의 x-방향으로 지향되는)의 전파 방향(103')을 지시하는 굵은 화살표는 도광체(110) 내의 재순환된 안내된 광의 일반적인 전파 방향을 도시한다. 대안적으로(예를 들어, 안내된 광을 재순환시키는 것과 대조적으로), 다른 전파 방향(103')으로 전파되는 안내된 광(104)은 다른 전파 방향(103')을 갖는 광을 도광체(110) 내에 유입시킴으로써 제공될 수 있다(예를 들어, 전파 방향(103)을 갖는 안내된 광(104)에 부가하여). 안내된 광(104)을 재순환하는 것 또는 대안적으로 다른 전파 방향(103')으로 안내된 광(104)을 제공하는 것은, 안내된 광이 예를 들어 후술되는 각도 보존 산란체들에 의하여 백라이트(100)로부터 두 번 이상 산란될 수 있게 함으로써 백라이트(100)의 밝기(예를 들어, 방출광(102)의 지향성 광빔들의 세기)를 증가시킬 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 각도 보존 산란 특징부(112)를 갖는다. 각도 보존 산란 특징부(112)는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)으로서 도광체(110) 외부로 산란시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서(예를 들어, 도시된 바와 같이), 각도 보존 산란 특징부(112)는 복수의 각도 보존 산란체들을 포함한다. 특히, 각도 보존 산란 특징부(112)의 개별적인 각도 보존 산란체들은 서로 이격된 별개의 구조물들 또는 특징부들일 수 있고, 각각의 별개의 구조물은 안내된 광(104)의 상이한 일부를 각도 보존 방식으로 산란시키거나 커플 아웃하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부(112)는, 회절 격자, 반사 구조물, 굴절 구조물 및 이들의 다양한 조합들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 각도 보존 산란을 제공하거나 생성하도록 구성된 다양한 상이한 구조물들 또는 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 방출광(102)의 각도 확산 또는 대등하게는 방출광(102)의 지향성 광빔들의 각도 확산은, 각도 보존 산란 특징부(112)의 특성에 의하여 결정된다. 특히, 각도 보존 산란 특징부(112)는 안내된 광(104)의 일부를 정해진 원호각(γ)으로 특징지어지는 각도 확산을 갖는 방출광(102)으로서 도광체(110)로부터 산란시키도록 구성된다. 따라서, 방출광(102)은, 각도 보존 산란 특징부(112)에 의한 산란의 결과로서, 정해진 원호각(γ) 내에(또는 대등하게는 각도 확산 내에) 실질적으로 국한될 수 있다. 또한, 방출광(102)의 각도 확산은 안내된 광(104)의 시준 계수의 함수이며, 일부 실시 예들에서는 시준 계수에 비례한다. 예를 들어, 각도 확산의 정해진 원호각(γ)(또는 대등하게는 '각도 확산')은 식(2)으로 주어질 수 있다.
여기서, σ는 안내된 광(104)의 시준 계수이고, f(·)는 시준 계수(σ)의 선형 함수와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 함수를 나타낸다. 예를 들어, 함수 f(·)는 γ = a·σ로 주어질 수 있고, 여기서 a는 정수이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 백라이트(100)는 격자 확산체(120)를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도시된 바와 같이), 격자 확산체(120)는 도광체(110) 내에서 안내된 광(104)으로서 안내될 광을 제공하는 데 이용되는 광의 원천(예를 들어, 후술되는 광원(130))과 도광체(110)의 각도 보존 산란 특징부(112) 사이에 위치될 수 있다. 격자 확산체(120)는 광의 원천에 의하여 도광체(110)에 제공되는 광을 도광체 내의 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환하도록 구성된다. 즉, 격자 확산체(120)는 광의 원천으로부터의 제공된 광을 수신하고, 제공된 광을 공간-각도적으로 균질한 방식으로 도광체의 폭에 걸쳐 공간-각도적으로 균질한 광으로서 확산시키도록 구성된다. 공간-각도적으로 균질한 광은 이후 도광체(110) 내에서 안내된 광(104)으로서 안내될 광이 된다.
도 3b는 도광체(110)에 제공되는 광을 묘사하기 위하여 여러 방사상(radial) 방향들로 연장되는 화살표들로서 도광체(110) 내에서의 광의 원천으로부터의 광을 도시한다. 화살표들로 도시된 바와 같이, 광의 일부는 격자 확산체(120)를 단순히 통과할 수 있는 반면, 다른 일부는 격자 확산체(120)에 의하여 재지향(예를 들어, 회절적으로 재지향)될 수 있다. 격자 확산체(120)를 단순히 통과하는 광 및 격자 확산체(120)에 의하여 재지향되는 광의 일부의 조합은, 안내된 광(104)으로서 안내될 공간-각도적으로 균질한 광을 제공한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(110) 내의 공간-각도적으로 균질한 광은 백라이트(100)의 균일한 조명을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 격자 확산체(120)는 도광체(110) 내에서 안내된 공간-각도적으로 균질한 광의 각도 확산을 감소시키도록 더 구성된다. 특히, 시준 계수(σ)에 따라 광을 실질적으로 시준하기 위하여, 공간-각도적으로 균질한 광의 각도 확산은 격자 확산체(120)에 의하여 감소될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 시준 계수(σ)는 안내된 광(104)의 정해진 각도 확산을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 격자 확산체(120)의 출력에서 감소된 각도 확산을 갖는 공간-각도적으로 균질한 광은 도광체(110)의 실질적으로 균일한 조명을 더 용이하게 하거나 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 격자 확산체(120)는 도광체(110) 내의 안내된 광(104)의 전파 방향(예를 들어, 전파 방향(103))에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장되는 회절 특징부들을 갖는 회절 격자(122)를 포함한다. 예를 들어, 회절 격자(122)의 회절 특징부들은 도광체(110)의 표면의 융기들 및 홈들 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있고, 융기들 및 홈들은 도광체(110)의 입력 에지(input edge)(예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에서 광원(130)에 인접한)로부터 멀어지고 도광체(110)의 각도 보존 산란 특징부(112)를 향하는 방향으로 연장된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 광의 원천에 의하여 제공된 광은 회절 격자(122)와 상호작용하고 회절 격자(122)에 의하여 회절(즉, 회절적으로 재지향)되어, 제공된 광은 공간-균질한 광(예를 들어, 도 3b에 화살표들로 도시된 바와 같은)으로 변환될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 회절 격자(122)는 도광체(110)의 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어 회절 특징부들은 도광체의 표면 내에 형성될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자(122)는 도광체의 표면 상의 재료의 층을 포함할 수 있고, 회절 특징부들은 재료층 내에 형성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 격자 확산체(120)의 회절 격자(122)는 도광체(110)의 대향 표면들 상의, 대향 표면들 내의 또는 대향 표면들에 인접한 회절 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(122)의 회절 특징부들은 도광체(110)의 제 1 표면(110') 및 제 2 표면(110") 중 하나 또는 둘 다에 위치될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 격자 확산체(120)의 회절 격자(122)는 반사 모드(reflection mode) 회절 격자를 포함할 수 있다. 본 명세서의 정의에 의하면, 반사 모드 회절 격자로서, 회절 격자(122)는 광을 회절 시키고 광을 도광체(110) 내부로 다시 반사하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서(미도시), 반사 모드 회절 격자로서의 회절 격자(122)는 회절 특징부들을 갖는 격자층(grating layer) 및 반사층(reflective layer)을 포함하고, 격자층은 도광체(110)와 반사층 사이에 있다. 예를 들어, 격자층은 다양한 플리스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트 등)과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 유전체 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어, 반사층은 반사성 금속 또는 향상된 정반사 반사체(enhanced specular reflector; ESR) 필름을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 반사성 재료 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 다른 비-제한적인 실시 예들에서, 반사 모드 회절 격자로서의 회절 격자(122)는 금속 회절 격자(122)일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 백라이트(100)는 광원(130)을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광원(130)은 안내된 광(104)으로서 안내될 광을 도광체(110)에 제공하도록 구성되고, 제공된 광은 먼저 격자 확산체(120)를 통과하여, 제공된 광은 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환되고 이후 안내된 광(104)으로서 계속 진행된다. 특히, 광원(130)은 도광체(110)의 입력 에지에 인접하게 위치될 수 있고, 격자 확산체(120)는 광원(130)과 도광체(110)의 각도 보존 산란 특징부(112) 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시 예들에서(예를 들어, 도시된 바와 같이), 광원(130)은 도광체(110)의 입력 에지를 따라 서로 이격된 복수의 광학 방출기들(132)을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 광원(130)은 하나 이상의 발광 다이오드(LED) 또는 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광의 원천(예를 들어, 광학 방출기)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(130)은 특정한 컬러로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색광(monochromatic light)을 생성하도록 구성된 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 단색광의 컬러는 특정한 색 공간 또는 색 모델(예를 들어, 적-녹-청(red-green-blue; RGB) 색 모델)의 원색일 수 있다. 다른 예들에서, 광원(130)은 실질적으로 광대역 또는 다색광(polychromatic light)을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(130)은 백색광을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(130)은 광의 상이한 컬러들을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 상이한 광학 방출기들은 광의 상이한 컬러들 각각에 대응되는 안내된 광의 상이한, 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들을 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서(예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이), 격자 확산체(120)의 회절 격자(122)는 광원(130)의 복수의 광학 방출기들의 광학 방출기들 사이에 위치된 복수의 분리된 또는 개별적인 회절 격자들을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 격자 확산체(120)의 회절 격자(122)는 광원(130)과 각도 보존 산란 특징부(112) 사이에서 도광체(110)의 폭에 걸쳐 분포될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 실질적으로 균일한 방식으로 도광체(110)의 폭에 걸쳐 분포될 수 있다. 본 명세서에서, '폭 치수(width dimension)' 또는 간단히 '폭'은 도광체(110)의 폭에 대응되는 방향으로의 치수로서 정의된다. 그리고, 도광체의 '폭'은, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 안내된 광(104) 일반적인 전파 방향에 실질적으로 직교하는 평면에 있는 y-축을 따르는 또는 y-축에 대응되는 치수로서 정의된다. 도광체(110)의 폭은 또한 도광체(110)의 높이 또는 두께(예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 z-축을 따르거나 z-축에 대응되는 치수)에 실질적으로 수직이다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자(들)(122)의 회절 특징부들의 길이 또는 길이 프로파일(profile)은 안내된 광(104)의 전파 방향(103)에서 변할 수 있다. 특히, 길이 프로파일은 도광체(110)의 입력 에지를 따르는 거리의 함수로서 변할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자(들)(122)의 회절 특징부들 사이의 피치(pitch) 또는 간격은 폭 치수를 따르는 거리의 함수로서 변할 수 있다(예를 들어, 회절 격자(122)는 처프(chirp)될 수 있다). 일부 실시 예들에서, 회절 격자(들)(122)의 듀티 사이클(duty cycle) 및 회절 특징부들의 단면 프로파일을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 회절 격자(들)(122)의 다른 특성이 변할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(122)의 가변(varying) 특성들은 도광체(110) 내의 안내된 광(104)의 세기 분포 또는 확산 각도(spread angle)를 조정(tailor)하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 4 및 도 5는 모두, 각도 보존 산란 특징부(112)를 갖는 도광체(110), 도광체(110)의 입력 에지의 광원(130), 광원(130)과 각도 보존 산란 특징부(112) 사이의 격자 확산체(120)를 포함하는 백라이트(100)를 도시한다. 또한, 도 4는 연속(continuous) 회절 격자로서 도광체(110)의 폭에 걸쳐 분포된 격자 확산체(120)의 회절 격자(122)를 도시한다. 회절 격자(122)는, 제한이 아닌 예로서, 실질적으로 동일한 길이를 갖는 회절 특징부들을 포함한다. 도 4의 화살표들은 광원(130)에 의하여 제공된 광뿐만 아니라, 격자 확산체(120)에 의하여 제공된 광을 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환시키는 제공된 광의 회절적 재지향을 도시한다.
도 5는, 예를 들어 도 3b와 유사하게, 서로 이격되고 광원(130)의 광학 방출기들(132) 사이에 위치된 복수의 개별 회절 격자들(122)을 포함하는 회절 격자(122)를 도시한다. 또한, 도 5는 도광체(110)의 폭을 따르는 거리의 함수로서 변하는 길이 프로파일을 갖는 회절 격자(122)를 도시한다. 특히, 복수의 개별 회절 격자들(122)의 개별 회절 격자들(122)은 개별 회절 격자들(122)의 에지에서보다 개별 회절 격자들(122)의 중앙에서 더 긴 회절 특징부들을 갖는다. 예를 들어, 회절 격자(들)(122)의 가변 길이 프로파일은 격자 확산체(120)에 의한 제공된 광의 변환량을 제어하거나 또는 대등하게는 공간-각도적으로 균질한 광에 의하여 제공되는 조명 균일성의 정도를 제어하는 데 이용될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 일부 실시 예들에서, 도4에 도시된 연속 회절 격자의 길이 프로파일, 피치, 듀티 사이클 등과 같은 특성들 또한 폭 치수에 걸쳐 변할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 다시 참조하면, 일부 실시 예들에서, 백라이트(100)의 도광체(110)의 각도 보존 산란 특징부(112)는 멀티빔 소자를 포함할 수 있다. 특히, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 각도 보존 산란 특징부(112)는 복수의 멀티빔 소자들을 포함할 수 있다. 멀티빔 소자를 포함하는 각도 보존 산란 특징부(112)를 갖는 도광체(110)를 갖는 백라이트(100)는, 상세히 후술되는 바와 같은, '멀티빔(multibeam)' 백라이트로서 언급될 수 있다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(100')의 단면도를 도시한다. 도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(100')의 평면도를 도시한다. 도 6c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(100')의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(100')는 격자 확산체(120)(도 6b에는 미도시) 및 각도 보존 산란 특징부(112)를 갖는 도광체(110)를 포함한다. 또한, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 각도 보존 산란 특징부(112)는 복수의 멀티빔 소자들(112')을 포함한다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자들(112')은 도광체(110)의 길이를 따라 서로 이격될 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(112')은 유한한 공간만큼 서로 분리되어 있을 수 있으며, 도광체의 길이를 따라 개별적이고 구분되는 소자들을 나타낸다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들(112')은 일반적으로 서로 교차되거나, 중첩되거나 또는 다른 방식으로 접촉되지 않는다. 즉, 복수의 멀티빔 소자들의 각각의 멀티빔 소자(112')는 일반적으로 멀티빔 소자들(112')의 다른 것들로부터 구분되고 떨어져 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 각도 보존 산란 특징부(112)의 복수의 멀티빔 소자들(112')은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 멀티빔 소자들(112')은 선형 1D 어레이로서 배열될 수 있다. 다른 예에서, 복수의 멀티빔 소자들(112')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(112') 간의 소자간 거리(예를 들어, 중심간 거리 또는 간격)는 어레이에 걸쳐(across) 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 다른 예들에서, 멀티빔 소자들(112') 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 소자들의 멀티빔 소자(112')는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)으로서 산란시키도록 구성된다. 또한, 방출광(102)은 복수의 지향성 광빔들(102')을 포함한다. 도 6a 및 도 6c에서, 지향성 광빔들(102')이 도광체(110)의 제 1(또는 전방) 표면(110')으로부터 지향되게 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 대응된다.
또한, 멀티빔 소자(112')의 크기는 멀티뷰 픽셀(106)의 뷰 픽셀의 크기와 유사하거나 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브(예를 들어, 후술되는 광 밸브(108))의 크기와 유사할 수 있다. 본 명세서에서, '크기(size)'는 길이, 폭 또는 면적을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 방식들 중 임의의 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 광 밸브의 크기는 그 길이 일 수 있고, 멀티빔 소자(112')의 유사한 크기 또한 멀티빔 소자(112')의 길이일 수 있다. 다른 예에서, 크기는 면적을 지칭할 수 있고, 멀티빔 소자(112')의 면적은 광 밸브의 면적과 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(112')의 크기는 광 밸브의 크기와 유사하고, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 50% 내지 약 200% 사이일 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 60%보다 크거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 70%보다 크거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 80%보다 크거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 90%보다 크고, 멀티빔 소자(112')는 광 밸브의 크기의 약 180% 보다 작거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 160%보다 작거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 140%보다 작거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 120%보다 작다. 예를 들어, '유사한 크기(comparable size)'에 의하면, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 75% 내지 약 150% 사이일 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자(112')는 광 밸브의 크기와 유사할 수 있고, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 125% 내지 약 85% 사이이다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자(112')와 광 밸브의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 암 영역들(dark zones)을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다. 또한, 멀티빔 소자(112')와 광 밸브의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 중첩을 감소시키도록, 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c는 또한 논의를 용이하게 하기 위하여 멀티뷰 백라이트(100')와 함께 멀티뷰 픽셀들(106)을 도시한다. 도 6a 및 도 6b에서, 멀티빔 소자의 크기는 's'로 나타내었고, 뷰 픽셀의 크기 또는 광 밸브의 크기는 'S'로 나타내었다.
도 6a 내지 도 6c는 방출광(102) 내의 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들(102')을 변조하도록 구성된 광 밸브들(108)의 어레이를 더 도시한다. 예를 들어, 광 밸브 어레이는 멀티뷰 백라이트(100')를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 일부일 수 있고, 본 명세서에서의 논의를 용이하게 하기 위하여 멀티뷰 백라이트(100')와 함께 도 6a 내지 도 6c에 도시되었다. 도 6c에서, 광 밸브 어레이 아래에 놓여 있는 도광체(110) 및 멀티빔 소자(112')의 시각화를 위하여 광 밸브들(108)의 어레이가 부분적으로 절개되었다. 다양한 실시 예들에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 상이한 유형들의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(108)로서 이용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 지향성 광빔들(102') 중 상이한 것들은 광 밸브 어레이의 광 밸브들(108) 중 상이한 것들을 통과하고 그에 의하여 변조될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 어레이의 광 밸브(108)는 뷰 픽셀에 대응되고, 한 세트의 광 밸브들(108)은 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀(106)에 대응된다. 특히, 도시된 바와 같이, 광 밸브 어레이의 상이한 세트의 광 밸브들(108)은 멀티빔 소자들(112') 중 상이한 것으로부터 지향성 광빔들(102')을 수신하고 변조하도록 구성되며, 즉 각각의 멀티빔 소자(112')마다 하나의 고유한 세트의 광 밸브들(108)이 존재한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 제 1 광 밸브 세트(108a)는 제 1 멀티빔 소자(112'a)로부터 지향성 광빔들(102')을 수신하고 변조하도록 구성되고, 제 2 광 밸브 세트(108b)는 제 2 멀티빔 소자(112'b)로부터 지향성 광빔들(102')을 수신하고 변조하도록 구성된다. 따라서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 광 밸브 어레이 내의 각각의 광 밸브 세트들(예를 들어, 제 1 및 제 2 광 밸브 세트들(108a, 108b))은 각각 상이한 멀티뷰 픽셀(106)에 대응되고, 광 밸브 세트들의 개별 광 밸브들(230)은 각각의 멀티뷰 픽셀들(106)의 뷰 픽셀들에 대응된다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(112')의 형상은 멀티뷰 픽셀(106)의 형상과, 또는 대등하게는 멀티뷰 픽셀(106)에 대응되는 광 밸브들(108)의 세트(또는 '서브 어레이')의 형상과, 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자(112')는 정사각 형상을 가질 수 있고, 멀티뷰 픽셀(106)(또는 대응되는 한 세트의 광 밸브들(108)의 배열)은 실질적으로 정사각형일 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자(112')는 직사각 형상을, 즉 폭 또는 가로 방향 치수보다 큰 길이 또는 세로 방향 치수를, 가질 수 있다. 이 예에서, 멀티빔 소자(112')에 대응되는 멀티뷰 픽셀(106)(또는 대등하게는 한 세트의 광 밸브들(108)의 배열)은 유사한 직사각형 형상을 가질 수 있다. 도 6b는 정사각 형상의 멀티빔 소자들(112') 및 광 밸브들(108)의 정사각형 세트들을 포함하는 대응되는 정사각 형상의 멀티뷰 픽셀들(106)의 평면도를 도시한다. 또 다른 예들에서(미도시), 멀티빔 소자들(112') 및 대응되는 멀티뷰 픽셀들(106)은, 삼각형, 육각형 및 원형을 포함하는 또는 적어도 이러한 형상들에 근사하는, 다양한 형상들을 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들(112')은 안내된 광(104)의 일부를 산란시키도록 구성된 많은 상이한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 구조물들은 회절 격자들, 미세 반사 소자들, 미세 굴절 소자들 또는 이들의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(112')는 안내된 광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(102')로서 회절적으로 산란시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(112')는 안내된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들(102')로서 반사적으로 산란시키도록 구성되고, 또는 미세 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자(112')는 안내된 광의 일부를 굴절에 의하여 또는 굴절을 이용하여 복수의 지향성 광빔들(102')로서 산란시키도록 구성된다(즉, 안내된 광의 일부를 굴절적으로 산란시킴).
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(112')를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100')의 일부의 단면도를 도시한다. 도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(112')를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100')의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 7a 및 도 7b는 회절 격자(114)를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100')의 멀티빔 소자(112')를 도시한다. 회절 격자(114)는 안내된 광(104)의 일부를 방출광(102)의 복수의 지향성 광빔들(102')로서 회절적으로 산란시키도록 구성된다. 회절 격자(114)는 안내된 광의 일부의 회절적 커플링 아웃을 제공하도록 구성된 회절 특징부 간격 또는 회절 특징부 또는 격자 피치만큼 서로 이격된 복수의 회절 특징부들을 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 회절 격자(114)의 회절 특징부들의 간격 또는 격자 피치는, 서브 파장(즉, 안내된 광의 파장 미만)일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(112')의 회절 격자(114)는 도광체(110)의 표면에, 또는 도광체(110)의 표면에 인접하여, 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 회절 격자(114)는 도광체(110)의 제 1 표면(110')에 위치하거나 제 1 표면(110')에 인접하여 위치할 수 있다. 제 1 표면(110')의 회절 격자(114)는 안내된 광의 일부를 제 1 표면(110')을 통하여 지향성 광빔들(102')로서 회절적으로 산란시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자일 수 있다. 다른 예에서, 도 7b에 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(114)는 반사 모드 회절 격자일 수 있다. 반사 모드 회절 격자로서, 회절 격자(114)는 안내된 광의 일부를 회절시키고, 회절적으로 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')에 기인한 굴절의 영향을 포함할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 도 7b는, 제한이 아닌 예로서, 지향성 광빔들(102')이 제 1 표면(110')과 교차(cross)할 때 굴절률의 변화로 인한 지향성 광빔들(102')의 굴절(즉, 휨(bending))을 도시한다. 또한, 후술되는 도 8a 및 도 8b를 참조하라.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(114)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 또는 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(112')의 회절 격자(114)는 회절 특징부 간격이 회절 격자(114) 전체에서 실질적으로 일정하거나 변하지 않는 균일한 회절 격자이다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자(114)는 처프된(chirped) 회절 격자이다. 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(112')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.
도 8a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(112')를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100')의 일부의 단면도를 도시한다. 도 8b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(112')를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100')의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 8a 및 도 8b는 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(112')의 다양한 실시 예들을 도시한다. 멀티빔 소자(112')로서 이용되는 또는 멀티빔 소자(112') 내의 미세 반사 소자들은, 반사 재료(예를 들어, 반사성 금속) 또는 이의 층을 이용하는 반사체, 또는 내부 전반사(TIR)를 기반으로 하는 반사체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이), 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(112')는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 2 표면(110"))에 또는 이에 인접하여 위치할 수 있다. 다른 실시 예들에서(미도시), 미세 반사 소자는 제 1 표면과 제 2 표면(110', 110") 사이의 도광체(110) 내에 위치할 수 있다.
예를 들어, 도 8a는 도광체(110)의 제 2 표면(110")에 인접하여 위치하는 반사면들(reflective facets)을 갖는 미세 반사 소자(116)(예를 들어, '프리즘형(prismatic)' 미세 반사 소자)를 포함하는 멀티빔 소자(112')를 도시한다. 도시된 프리즘형 미세 반사 소자(116)의 반사면들은 도광체(110)로부터의 안내된 광(204)의 일부를 반사(즉, 반사적으로 산란)시키도록 구성된다. 예를 들어, 반사면들은 도광체(110)로부터의 안내된 광의 일부를 반사하기 위하여, 안내된 광(104)의 전파 방향에 대하여 경사지거나 기울어질 수 있다(즉, 경사각을 가질 수 있다). 다양한 실시 예들에 따르면, 반사면들은 도광체(110) 내에 반사성 재료를 이용하여 형성될 수도 있고(예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이), 제 2 표면(110") 내의 프리즘형 공동(cavity)의 표면들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 프리즘형 공동이 이용되는 경우, 공동 표면들에서의 굴절률 변화가 반사(예를 들어, TIR 반사)를 제공할 수 있거나, 반사면들을 형성하는 공동 표면들이 반사성 재료로 코팅되어 반사를 제공할 수 있다.
다른 예로서, 도 8b는, 반구형 미세 반사 소자(116)와 같은 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 매끄러운 만곡된 표면을 갖는 미세 반사 소자(116)를 포함하는 멀티빔 소자(112')를 도시한다. 예를 들어, 미세 반사 소자(116)의 특정 표면 곡선은, 안내된 광(104)이 접촉하는 만곡된 표면 상의 입사점에 따라, 안내된 광의 일부를 상이한 방향들로 반사시키도록 구성될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 도광체(110)로부터 반사적으로 산란된 안내된 광의 일부는 제 1 표면(110')을 빠져나가거나 제 1 표면(110')으로부터 방출될 수 있다. 도 8a의 프리즘형 미세 반사 소자(116)와 마찬가지로, 도 8b의 미세 반사 소자(116)는, 제한이 아닌 예로서 도 8b에 도시된 바와 같이, 도광체(110) 내의 반사 재료이거나 제 2 표면(110")에 형성된 공동(예를 들어, 반원형 공동)일 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 또한, 제한이 아닌 예로서, 2개의 전파 방향들(103, 103')(즉, 굵은 화살표들로서 도시됨)을 갖는 안내된 광(104)을 도시한다. 예를 들어, 2개의 전파 방향들(103, 103')을 사용하는 것은, 대칭적인 주 각도 방향들을 갖는 방출광(102)의 복수의 지향성 광빔들(102')을 제공하는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티빔 소자(112')를 포함하는 멀티뷰 백라이트(100')의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 9는 미세 굴절 소자(118)를 포함하는 멀티빔 소자(112')를 도시한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 미세 굴절 소자(118)는 안내된 광(104)의 일부를 도광체(110)로부터 굴절적으로 산란시키도록 구성된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 미세 굴절 소자(118)는 안내된 광의 일부를 방출광(102)의 지향성 광빔들(102')로서 도광체(110)로부터 산란시키기 위하여 굴절(예를 들어, 회절 또는 반사와 대조적으로)을 이용하도록 구성된다. 미세 굴절 소자(118)는 반구 형상, 직사각 형상 또는 프리즘 형상(즉, 경사면들을 갖는 형상)을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 형상들을 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 미세 굴절 소자(118)는, 도시된 바와 같이 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(110')) 외부로 연장되거나 돌출될 수 있고, 또는 표면 내의 공동(미도시)일 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 미세 굴절 소자(118)는 도광체(110)의 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 미세 굴절 소자(118)는 도광체의 표면에 인접하는, 일부 예들에서는 도광체의 표면에 접촉하는, 다른 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 백라이트(100)는 안내된 광(104)의 전파 방향(103, 103')에 직교하는 도광체(110)를 관통하는 방향에서 광에 대하여 실질적으로 투명하도록 구성된다. 예를 들어, 투명성에 기인하여 광은 제 2 표면(110'')으로부터 제 1 표면(110')까지 도광체(110)의 두께 또는 높이를 통과할 수 있고 그 반대의 경우도 가능하다. 투명성은 각도 보존 산란 특징부(112)를 구성하는 소자들(예를 들어, 멀티빔 소자들(112'))의 상대적으로 작은 크기 및 이러한 소자들의 상대적으로 큰 소자간 간격(예를 들어, 멀티뷰 픽셀들(106)과의 일대일 대응) 둘 다에, 적어도 부분적으로, 기인하여 용이해질 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 멀티뷰 디스플레이는 변조된 광빔들을 멀티뷰 디스플레이의 픽셀들로서 방출하도록 구성된다. 또한, 방출되는 변조된 광빔들은 멀티뷰 디스플레이의 복수의 뷰 방향들을 향하여 우선적으로 지향될 수 있다. 일부 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는 3D 또는 멀티뷰 이미지를 제공하거나 '디스플레이'하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 변조되고 상이하게 지향된 광빔들 중 상이한 각각은 멀티뷰 이미지와 관련된 상이한 '뷰들'의 개별 픽셀들에 대응될 수 있다. 예를 들어, 상이한 뷰들은 멀티뷰 디스플레이에 의하여 디스플레이되는 멀티뷰 이미지 내에 정보의 '안경 불필요(glasses free)'(예를 들어, 오토스테레오스코픽(autostereoscopic)) 표현을 제공할 수 있다. 멀티뷰 디스플레이의 용도는 이동식 전화기(예를 들어, 스마트폰), 시계, 태블릿 컴퓨터, 이동식 컴퓨터(예를 들어, 랩톱 컴퓨터), 개인용 컴퓨터 또는 컴퓨터 모니터, 차량 디스플레이 콘솔, 카메라 디스플레이, 및 기타 다양한 이동식 및 실질적으로 비-이동식 디스플레이 응용들 및 기기들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 10은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 디스플레이(200)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이(200)는 상이한 뷰 방향들의 상이한 뷰들에 따라 멀티뷰 이미지를 디스플레이하도록 구성된다. 특히, 멀티뷰 디스플레이(200)에 의하여 방출되는 변조된 광빔들(202)은 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 데 이용되고, 상이한 뷰들의 픽셀들(즉, 뷰 픽셀들)에 대응될 수 있다. 도 10에서 변조된 광빔들(202)이 광 밸브들(240)로부터 발산하는 화살표들로서 도시되었다. 방출되는 변조된 광빔들(202)의 화살표들에 점선들이 이용되어, 제한이 아닌 예로서, 그 변조가 강조된다.
도 10에 도시된 멀티뷰 디스플레이(200)는 도광체(210)를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(210)는 백라이트(100)와 관련하여 전술한 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도광체(210)는 내부 전반사에 따라 도광체(210)의 입력 에지로부터 전파방향으로 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(200)는 각도 보존 산란 특징부(220)를 더 포함한다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 각도 보존 산란 특징부(220)는 도광체(210)에 광학적으로 결합된 멀티빔 소자들의 어레이를 포함한다. 각도 보존 산란 특징부(220)의 멀티빔 소자 어레이는 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이(200)의 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 뷰 방향들에 대응되는 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(204)로서 도광체(210)로부터 산란시키도록 구성된다. 또한, 지향성 광빔들(204)은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다.
일부 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부(220)의 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자는 전술한 각도 보존 산란 특징부(112)의 멀티빔 소자(112')와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자는 전술한 바와 같은 그리고 예를 들어 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은 회절 격자(114)와 실질적으로 유사한 회절 격자를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자는 전술한 바와 같은 그리고 예를 들어 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 미세 반사 소자(116)와 실질적으로 유사한 미세 반사 소자를 포함할 수 다. 또 다른 예에서, 멀티빔 소자는 미세 굴절 소자를 포함할 수 있다. 미세 굴절 소자는 전술한 바와 같은 그리고 도 9에 도시된 바와 같은 미세 굴절 소자(118)와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 10에 도시된 멀티뷰 디스플레이(200)는 도광체(210) 내의 안내된 광의 전파 방향으로 연장되는 회절 특징부들을 갖는 회절 격자를 포함하는 격자 확산체(230)를 더 포함한다. 격자 확산체(230)는 광원으로부터의 광을, 지향성 광빔들로서 멀티빔 소자 어레이에 의하여 산란되기 이전에, 공간-각도적으로 균질한 안내된 광으로 변환하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 격자 확산체(230)는 백라이트(100)와 관련하여 전술한 격자 확산체(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 격자 확산체(230)의 회절 격자는 서로 이격된 복수의 개별 회절 격자들을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 격자 확산체(230)의 회절 격자는 도광체(210)의 입력 에지를 따라 분포될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 격자 확산체(230)의 회절 격자는 가변 길이 프로파일을 갖는 회절 특징부들을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(200)는 광 밸브들(240)의 어레이를 더 포함한다. 광 밸브들(240)의 어레이는 지향성 광빔들을 멀티뷰 디스플레이(200)의 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들로서 변조하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 광 밸브들(240)의 어레이는 전술한 백라이트(100)의 광 밸브들(108)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브 어레이의 광 밸브(240)의 크기의 약 1/2보다 크고, 광 밸브의 크기의 약 2배보다 작다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이(200)는 광원(250)을 더 포함할 수 있다. 광원(250)은 안내된 광으로서 안내될 광을 제공하도록 구성된다. 따라서, 광원(250)은 공간-각도적으로 균질한 안내된 광으로 변환될 광을 격자 확산체(230)에 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광이 0이 아닌 전파 각도로 격자 확산체(230)에 제공되거나, 0이 아닌 전파 각도를 갖는 광이 격자 확산체(230)에 제공될 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 광원(250)은 전술한 백라이트(100) 및 멀티뷰 백라이트(100')의 광원(130)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광원(250)은, 도광체(210)의 입력 에지에 광학적으로 결합되고 도광체(210)의 입력 에지를 따라 서로 이격된 복수의 발광 다이오드(LED)들 또는 보다 일반적으로 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 또한, 광원(250)이 복수의 광학 방출기들을 포함하고 격자 확산체(230)의 회절 격자가 복수의 개별 회절 격자들을 포함하는 경우, 복수의 개별 회절 격자들의 개별 회절 격자들은 광원(250)의 복수의 광학 방출기들의 광학 방출기들 사이에 위치될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 백라이트의 동작 방법이 제공된다. 도 11은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 백라이트의 동작(또는 멀티뷰 백라이트의 동작) 방법(300)은 도광체의 입력 에지의 광원을 이용하여 도광체에 광을 제공(310)하는 단계를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 광을 제공(310)하는 단계에 의하여 도광체에 제공되는 광은 제 1 확산 각도를 갖는다. 예를 들어, 광원은 입력 에지에 버트(butt) 결합된 광학 방출기를 포함할 수 있고, 광을 제공(310)하는 단계는 상대적으로 넓은 제 1 확산 각도를 갖는 광을 도광체에 유입시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도광체, 광원 및 제공된 광은 백라이트(100)와 관련하여 전술한 도광체(110), 광원(130) 및 광원(130)에 의하여 제공된 광 각각과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광을 제공(310)하는 단계에서 이용되는 광원은 도광체의 입력 에지를 따라 서로 이격된 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 백라이트의 동작 방법(300)은 제공된 광을 도광체의 입력 에지에 인접한 회절 격자를 포함하는 격자 확산체를 이용하여 도광체 내의 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환(320)하는 단계를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제공된 광을 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환(320)하는 단계는, 도광체의(그리고 확장하면 백라이트의) 균일한 또는 실질적으로 균일한 조명을 용이하게 하는 격자 확산체의 출력에서의 광을 야기한다. 일부 실시 예들에서, 광을 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환하는 단계는, 공간-각도적으로 균질한 광이 제공된 광의 제 1 확산 각도보다 작은 제 2 확산 각도를 가질 수 있도록, 그 각도 확산을 추가적으로 감소시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제공된 광을 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환(320)하는 단계에서 이용되는 격자 확산체는, 백라이트(100)와 관련하여 전술한 격자 확산체(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 격자 확산체의 회절 격자는 도광체 내의 안내된 광의 전파 방향에 대응되는 방향으로 연장되는 회절 특징부들을 포함한다.
광원이 서로 이격된 복수의 광학 방출기들을 포함하는 일부 실시 예들에서, 격자 확산체의 회절 격자는, 광원의 복수의 광학 방출기들의 광학 방출기들 사이에 위치되고 서로 이격된 복수의 개별 회절 격자들을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자는 도광체의 입력 에지에 인접한 도광체의 폭에 걸쳐 또는 그 폭에 실질적으로 걸쳐 분포될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 백라이트의 동작 방법(300)은 도광체의 각도 보존 산란 특징부를 이용하여 도광체로부터 안내된 광의 일부를 산란(330)시키는 단계를 더 포함한다. 특히, 산란된 안내된 광의 일부는 방출광으로서 백라이트에 의하여 방출된다. 일부 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부는 전술한 도광체(110)의 각도 보존 산란 특징부(112)와 실질적으로 유사할 수 있다.
특히, 일부 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부는 멀티빔 소자를 포함한다. 이러한 실시 예들에서, 방출광은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응된다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자의 크기는 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브의 크기와 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자는 뷰 픽셀의 크기의 1/2보다 크고, 광 밸브의 크기의 2배보다 작을 수 있다.
일부 실시 예들에서, 각도 보존 산란 특징부의 멀티빔 소자는 전술한 멀티뷰 백라이트(100')의 멀티빔 소자(112')와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자는 복수의 멀티빔 소자들 또는 멀티빔 소자들의 어레이의 구성원(member)일 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 백라이트의 동작 방법(300)은 복수의 광 밸브들을 이용하여 방출광을 변조(340)하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 방출광은 지향성 광빔들을 포함할 수 있고, 광 밸브들은 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀로서 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 복수의 광 밸브들은 도 6a 내지 도 6c 및 멀티뷰 백라이트(100')와 관련하여 전술한 광 밸브들(108)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 광 밸브들의 상이한 세트들은, 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 광 밸브 세트들(108a, 108b)이 상이한 멀티뷰 픽셀들(106)에 대응되는 것과 유사한 방식으로, 상이한 멀티뷰 픽셀들에 대응될 수 있다.
이상에서는, 도광체 내에 공간-각도적으로 균질한 광을 제공하도록 구성된 격자 확산체를 포함하는 백라이트, 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 것임을 이해하여야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의하여 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수 많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.
Claims (21)
- 백라이트로서,
도광체의 길이를 따라 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 상기 도광체 - 상기 도광체는 상기 안내된 광의 일부를 방출광으로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성된 각도 보존 산란 특징부를 가짐 -; 및
상기 도광체에 광을 제공하도록 구성된 광원과 상기 도광체의 상기 각도 보존 산란 특징부 사이의 격자 확산체 - 상기 격자 확산체는 상기 도광체 내의 상기 안내된 광의 전파 방향으로 연장되는 회절 특징부들을 갖는 회절 격자를 포함함 -; 를 포함하되,
상기 격자 확산체는 상기 백라이트의 균일한 조명을 용이하게 하기 위하여 상기 광원에 의하여 제공되는 광을 상기 도광체 내의 공간-각도적으로 균질한(spatio-angularly homogenous) 광으로 변환하도록 구성되는,
백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도광체의 입력 에지를 따라 서로 이격된 복수의 광학 방출기들을 갖는 상기 광원을 더 포함하고,
상기 격자 확산체의 회절 격자는 상기 광원의 상기 복수의 광학 방출기들의 광학 방출기들 사이에 위치된 복수의 개별 회절 격자들을 포함하는,
백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 격자 확산체의 회절 격자는 상기 광원과 상기 각도 보존 산란 특징부 사이에서 상기 도광체의 폭에 걸쳐 분포되는,
백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 회절 특징부들은 상기 도광체의 표면의 융기들 및 홈들 중 하나 또는 둘 다를 포함하고,
상기 융기들 및 홈들은 상기 광원에 인접한 상기 도광체의 입력 에지로부터 멀어지고 상기 도광체의 상기 각도 보존 산란 특징부를 향하는 방향으로 연장되는,
백라이트.
- 제 4 항에 있어서,
상기 격자 확산체의 상기 회절 격자의 상기 회절 특징부들은 상기 도광체의 대향 표면들에 위치되는,
백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 격자 확산체의 상기 회절 격자는 반사 모드 회절 격자를 포함하는,
백라이트.
- 제 6 항에 있어서,
상기 반사 모드 회절 격자로서의 회절 격자는 상기 회절 특징부들을 갖는 격자층 및 반사층을 포함하고,
상기 격자층은 상기 도광체와 상기 반사층 사이에 있는,
백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 안내된 광의 상기 전파 방향으로의 상기 회절 격자의 상기 회절 특징부들의 길이 프로파일은, 상기 광원에 인접한 상기 도광체의 입력 에지를 따르는 거리의 함수로서 변하는,
백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 각도 보존 산란 특징부는 상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들을 포함하고,
상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자는 상기 안내된 광의 상기 일부를 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성되며,
상기 멀티빔 소자의 크기는 상기 복수의 지향성 광빔들을 멀티뷰 이미지로서 변조하는 데 이용되는 상기 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브의 크기의 50% 내지 200% 사이인,
백라이트.
- 제 9 항에 있어서,
상기 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 상기 일부를 산란시키기 위하여 상기 도광체에 광학적으로 연결된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하는,
백라이트.
- 제 1 항의 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이로서,
상기 멀티뷰 디스플레이는 상기 방출광의 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하고,
상기 어레이의 한 세트의 광 밸브들은 상기 멀티뷰 디스플레이의 하나의 멀티뷰 픽셀에 대응되는,
멀티뷰 디스플레이.
- 멀티뷰 디스플레이로서,
광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체;
상기 안내된 광의 일부를 상기 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 뷰 방향들에 대응되는 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성된 멀티빔 소자들의 어레이를 포함하는 각도 보존 산란 특징부;
상기 안내된 광의 전파 방향으로 연장되는 회절 특징부들을 갖는 회절 격자를 포함하며, 상기 안내된 광이 상기 멀티빔 소자 어레이에 의하여 상기 지향성 광빔들로서 산란되기 이전에 광원으로부터의 광을 공간-각도적으로 균질한 상기 안내된 광으로 변환하도록 구성되는 격자 확산체; 및
상기 지향성 광빔들을 상기 멀티뷰 이미지의 상기 상이한 뷰들로서 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이
를 포함하는 멀티뷰 디스플레이.
- 제 12 항에 있어서,
상기 안내된 광으로서 안내될 광을 제공하도록 구성된 광원을 더 포함하고,
상기 광원은 상기 도광체의 입력 에지를 따라 서로 이격된 복수의 광학 방출기들을 포함하는,
멀티뷰 디스플레이.
- 제 13 항에 있어서,
상기 격자 확산체의 상기 회절 격자는 상기 광원의 상기 복수의 광학 방출기들의 광학 방출기들 사이에 위치된 복수의 개별 회절 격자들을 포함하는,
멀티뷰 디스플레이.
- 제 12 항에 있어서,
상기 안내된 광의 전파 방향으로의 상기 회절 격자의 상기 회절 특징부들의 길이 프로파일은, 상기 도광체의 입력 에지를 따르는 거리의 함수로서 변하는,
멀티뷰 디스플레이.
- 제 12 항에 있어서,
상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자의 크기는, 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기의 1/2보다 크고, 상기 광 밸브의 크기의 2배보다 작은,
멀티뷰 디스플레이.
- 제 12 항에 있어서,
상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자는, 상기 안내된 광의 상기 일부를 산란시키기 위하여 상기 도광체에 광학적으로 연결된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하는,
멀티뷰 디스플레이.
- 제 12 항에 있어서,
상기 격자 확산체는 시준 계수에 따라 상기 안내된 광을 시준하기 위하여 상기 광의 각도 확산(angular spread)을 감소시키도록 더 구성되는,
멀티뷰 디스플레이.
- 백라이트의 동작 방법으로서,
도광체의 입력 에지의 광원을 이용하여 광을 상기 도광체에 제공하는 단계;
격자 확산체를 이용하여 상기 제공된 광을 상기 도광체 내의 공간-각도적으로 균질한 광으로 변환하여 상기 도광체 내에 안내된 광을 제공하는 단계 - 상기 격자 확산체는, 상기 도광체의 상기 입력 에지에 인접하며 상기 도광체 내의 상기 안내된 광의 전파 방향에 대응되는 방향으로 연장되는 회절 특징부들을 갖는 회절 격자를 포함함 -; 및
상기 도광체의 각도 보존 산란 특징부를 이용하여 상기 안내된 광의 일부를 방출광으로서 상기 도광체로부터 산란시키는 단계
를 포함하는 백라이트의 동작 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 광원은 상기 도광체의 상기 입력 에지를 따라 서로 이격된 복수의 광학 방출기들을 포함하고,
상기 격자 확산체의 회절 격자는, 상기 광원의 상기 복수의 광학 방출기들의 광학 방출기들 사이에 위치되고 서로 이격된 복수의 개별 회절 격자들을 포함하는,
백라이트의 동작 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 각도 보존 산란 특징부는 멀티빔 소자를 포함하고,
상기 방출광은 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는,
백라이트의 동작 방법.
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