KR20210088007A - 멀티뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이 및 방법 - Google Patents

멀티뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이 및 방법 Download PDF

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KR20210088007A
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데이비드 에이. 파탈
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레이아 인코포레이티드
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Abstract

다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이는 정적 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 이미지들의 뷰들에 대하여 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 제공하도록 구성된 회절 격자들을 이용한다. 다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이는 광원으로부터의 광을 안내하는 도광체를 포함한다. 광원은 종방향으로 오프셋될 수 있는 광학 방출기를 포함할 수 있다. 광원의 광학 방출기는 광학 방출기의 종방향 오프셋에 의해 결정되는 전파 각도를 갖는 시준된 안내된 광빔을 도광체 내에 제공한다. 또한, 회절 격자들의 상이한 세트들은 시준된 안내된 광빔의 상이한 일부들을 멀티뷰 이미지들을 나타내는 상이한 복수의 지향성 광빔들로서 상이한 뷰 영역들로 산란시키거나 회절시킨다. 이러한 뷰 영역들은 공백 영역에 의해 분리될 수 있는 상이하고 중첩되지 않는 각도 범위들을 가질 수 있다.

Description

멀티뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이는 매우 다양한 기기들 및 제품들의 사용자들에게 정보를 전달하기 위한 매우 보편적인 매체이다. 일반적으로, 전자 디스플레이는 능동형 디스플레이(즉, 광을 방출하는 디스플레이) 또는 수동형 디스플레이(즉, 다른 원천에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이)로 분류될 수 있다. 수동형 디스플레이는 본질적으로 낮은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족한 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다. 방출광과 관련된 수동형 디스플레이의 제한을 극복하기 위해, 많은 수동형 디스플레이들이 백라이트와 같은 외부 광원에 결합된다.
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 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 평면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 회절 격자의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 회절 격자의 평면도를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 투과 모드 회절 격자 커플러의 단면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 반사 모드 회절 격자 커플러의 단면도를 도시한다.
도 5c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 반사성 회절 격자 커플러의 사시도를 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 포물선형 반사체 커플러의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 포물선형 반사체 커플러의 사시도를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 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 멀티뷰 이미지들(multiview images) 또는 3차원(three-dimensional; 3D) 이미지들을 나타내는 지향성 광빔들(directional light beams)을 방출하는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(multiple view-zone multiview display)를 제공한다. 특히, 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 실시 예들은 광원으로부터의 광을 안내(guide)하는 도광체(light guide)를 갖는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이를 제공한다. 광원은 종방향(longitudinal direction)으로 오프셋(offset)된 광학 방출기(optical emitter)를 포함할 수 있다. 광원의 광학 방출기는 광학 방출기의 종방향 오프셋에 의해 결정되는 전파 각도(propagation angle)를 갖는 시준된(collimated) 안내된 광빔을 도광체 내에 제공한다. 또한, 회절 격자들의 상이한 세트들은 시준된 안내된 광빔의 상이한 부분들을 멀티뷰 이미지들을 나타내는 상이한 복수의 지향성 광빔들로서 상이한 뷰 영역들로 산란시키거나 회절시킨다. 이러한 뷰 영역들은, 공백(blank) 영역에 의해 분리될 수 있는 상이한, 중첩되지 않는 각도 범위들(angular ranges)을 가질 수 있다. 또한, 멀티뷰 이미지의 방향은 시준된 안내된 광빔의 컬러 및 전파 각도 둘 다의 함수이다. 멀티뷰 이미지들은 서로 상이할 수 있다는 점에 유의한다.
한 세트의 회절 격자들 내의 회절 격자들 각각의 격자 특성은 뷰 영역 내의 대응되는 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀의 세기(intensity) 및 뷰 방향에 대응되는 지향성 광빔의 세기 및 주 각도 방향을 결정한다. 격자 특성은 회절 격자에 의해 제공되는 지향성 광빔의 주 각도 방향을 결정하는 회절 격자의 격자 피치(pitch) 또는 특징부 간격(feature spacing), 회절 격자의 격자 배향(orientation) 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다. 또한, 격자 특성은 회절 격자에 의해 제공되는 지향성 광빔의 세기를 결정하는 격자 깊이, 격자 크기(예를 들어, 길이 또는 폭) 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다. 또한, 회절 격자들의 세트 내의 회절 격자들은 시준된 안내된 광빔의 일부가 복수의 지향성 광빔들로서 산란되는 도광체의 방출 표면과 동일한 표면 상에 위치될 수 있다. 대안적으로, 회절 격자들의 세트 내의 회절 격자들은 도광체의 방출 표면에 대향하는 도광체의 표면 상에 위치할 수 있다. 따라서, 도광체 및 회절 격자들의 세트들은 종방향에 직교하는 수직 방향으로 전파하는 광에 대해 투명하다. 또한, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는 도광체의 입력에 시준 광 커플러(collimating light coupler)를 포함할 수 있다. 시준 광 커플러는 광원의 광학 방출기로부터의 광을 시준된 안내된 광빔들로서 도광체의 입력에 광학적으로 커플링(coupling)시키며, 여기서 광학 방출기의 종방향 오프셋은 시준 광 커플러에 대한 종방향으로의 광학 방출기의 위치이다. 예를 들어, 시준 광 커플러는 반사 모드(reflection mode) 회절 격자 또는 투과 모드(transmission mode) 회절 격자와 같은 원통형(cylindrical) 격자 커플러를 포함할 수 있다.
세기들 및 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로 인하여, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는 멀티뷰 이미지들을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자들의 세트들은 상이한 방향들을 갖는 멀티뷰 이미지들을 제공할 수 있고, 따라서 멀티뷰 이미지들이 보여지는 뷰 영역들에 상이한 각도 범위들을 제공할 수 있다. 이러한 기능은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이가 상이한 시청자들에게 상이한 멀티뷰 이미지들을 동시에 제공하도록 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 광원은, 상이한 컬러들에 대해 시준된 안내된 광빔들에 의해 제공되는 멀티뷰 이미지들의 그룹이 각도 범위 내에 복합(composite) 멀티뷰 이미지를 생성하도록 선택된 종방향 오프셋들을 갖는, 상이한 컬러들을 갖는 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 복합 멀티뷰 이미지는 상이한 광학 방출기들의 상대적인 조명 세기들 및 상이한 컬러들의 조합을 나타내는 컬러를 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 용도는 이동식 전화기(예를 들어, 스마트 폰), 시계, 태블릿 컴퓨터, 이동식 컴퓨터(예를 들어, 랩톱 컴퓨터), 개인용 컴퓨터 및 컴퓨터 모니터, 차량용 디스플레이 콘솔, 헤드 업 디스플레이, 카메라 디스플레이 및 다양한 기타의 이동식뿐만 아니라 실질적으로 비-이동식의 디스플레이 응용들 및 기기들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는 차량의 윈드쉴드 또는 창문을 통하여 정적 헤드-업 멀티뷰 이미지들을 제공할 수 있다. 결과적으로, 전술한 바와 같이, 본 논의에서의 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는, 도광체 내의 복수의 시준된 안내된 광빔들 중 시준된 안내된 광빔의 전파 방향에 직교하는 방향으로 전파하는 광에 대해 투명하고 뷰 영역들의 각도 범위들에 멀티뷰 이미지들을 나타내는 지향성 광빔들을 조향(steer)하거나 제공하기 위하여 도광체의 표면 상에 배치된 회절 격자들의 세트들을 갖는, 도광체를 포함할 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 멀티뷰 이미지의 뷰들(14)의 뷰 픽셀들을 디스플레이하기 위한 스크린(12) 상의 회절 격자를 포함한다. 예를 들어, 스크린(12)은 전화기(예를 들어, 이동식 전화기, 스마트 폰 등), 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터의 컴퓨터 모니터, 카메라 디스플레이, 헤드 업 디스플레이, 차량용 디스플레이 또는 실질적으로 기타 다른 기기의 전자 디스플레이의 디스플레이 스크린일 수 있다. 멀티뷰 디스플레이(10)는 스크린(12)에 대해 상이한 뷰 또는 주 각도 방향들(16)로 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들(14)을 제공한다. 뷰 방향들(16)은 스크린(12)으로부터 여러 상이한 주 각도 방향들로 연장되는 화살표들로서 도시되었고, 상이한 뷰들(14)은 화살표(즉, 뷰 방향들(16)을 묘사함)의 말미에 다각형 박스들로서 도시되었으며, 제한이 아닌 예로서 4개의 뷰들(14) 및 4개의 뷰 방향들(16)이 도시되었다. 도 1a에는 상이한 뷰들(14)이 스크린(12) 위에 있는 것으로서 도시되어 있지만, 멀티뷰 이미지가 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 디스플레이되는 경우 뷰들(14)은 실제로 스크린(12) 상에 또는 그 근처에 나타난다는 점에 유의한다. 스크린(12) 위에 뷰들(14)을 묘사한 것은 단지 도시의 단순화를 위한 것이며, 특정 뷰(14)에 대응되는 뷰 방향들(16) 각각으로부터 멀티뷰 디스플레이(10)를 시청하는 것을 나타내려 한 것이다. 마찬가지로, 뷰들(14)은 y 축을 중심으로 호(arc)를 따라 묘사되지만, 이 또한 도시의 단순화를 위한 것이며 제한으로 의도되지 않는다.
본 명세서의 정의에 의하면, 뷰 방향 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응되는 방향을 갖는 광빔(light beam)은 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 디스플레이의 스크린의 평면에 수직인)에서의 각도이고, 방위각(φ)은 수평 평면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이의 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 뷰들 중 뷰들 간의 각도 시차(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.
멀티뷰 디스플레이에서, 복수의 회절 격자들 중 회절 격자들 각각은 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀을 구성할 수 있다. 특히, 회절 격자들 각각은 멀티뷰 디스플레이에 의해 제공되는 멀티뷰 이미지의 특정 뷰의 뷰 픽셀을 나타내는 광빔(세기 및 주 각도 방향을 가짐)을 제공할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 회절 격자들 각각은 멀티뷰 이미지의 뷰에 기여하는 광빔을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는 640 x 480개 또는 307,200개의 회절 격자들을 포함한다. 다른 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는 100 x 100개 또는 10,000개의 회절 격자들을 포함한다.
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' 가이드로서 지칭되는, 한 장씩의(piece-wise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향 표면들)에 의해 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, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사되는 광의 회절을 제공하기 위하여 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들(diffractive features))로서 정의된다. 일부 예들에서, 복수의 특징부들은 특징부들의 쌍들 사이에 하나 이상의 격자 간격을 갖는 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(ID) 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 의해 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 의해 광의 각도를 재지향시키거나 변경시킨다(즉, 회절각(diffractive angle)으로). 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.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 후술될 바와 같이, 본 명세서의 회절 격자는 특징부 간격 또는 피치, 배향 및 크기(예를 들어, 회절 격자의 폭 또는 길이) 중 하나 이상을 포함하는 격자 특성을 가질 수 있다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 추가적으로 후술될 바와 같이, 격자 특성은 시준된 안내된 광빔들의 전파 각도, 시준된 안내된 광빔들의 컬러 또는 이들 둘 다의 함수일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자의 격자 특성은 광원의 광학 방출기의 종방향 오프셋 및 회절 격자의 위치에 의존할 수 있다. 회절 격자의 격자 특성을 적절히 변화시킴으로써, 회절 격자에 의해 회절되는 광빔(종종 '지향성 광빔(directional light beam)'으로 언급됨)의 세기 및 주 각도 방향은 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀의 세기 및 뷰 방향에 대응된다.
본 명세서에 설명된 다양한 예들에 따르면, 회절 격자(예를 들어, 후술될 바와 같은 멀티뷰 디스플레이의 회절 격자)는 도광체(예를 들어, 판 도광체)로부터의 광을 광빔으로서 회절적으로 산란 또는 커플 아웃(couple out)시키기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 또는 이에 의해 제공되는 회절각(diffraction angle; θ m )은 식(1)으로 주어질 수 있다.
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(1)
여기서, λ는 광의 파장(그 색상에 대응됨), m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 간의 거리 또는 간격, θ i 는 회절 격자 상의 광의 입사각(즉, 전파 각도)이다. 단순화를 위하여, 식(1)은 회절 격자가 도광체의 표면에 인접하고 도광체 외부의 재료의 굴절률은 1인 것(즉, n out = 1)으로 가정한다. 일반적으로, 회절 차수(m)는 정수로 주어진다. 회절 격자에 의해 생성되는 광빔의 회절각(θ m )은 식(1)으로 주어질 수 있고, 여기서 회절 차수는 양수(예를 들어, m > 0)이다. 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(θ i )으로 회절 격자(30) 상에 입사되는 광빔(또는 광빔들의 집합)(50)을 도시한다. 광빔(50)은 도광체(40) 내의 시준된 안내된 광빔이다. 또한, 도 2에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 회절 격자(30)에 의해 회절적으로 생성되고 커플 아웃된, 커플 아웃된 광빔(또는 광빔들의 집합)(60)이 도시되었다. 커플 아웃된 광빔(60)은 식(1)으로 주어진 바와 같은 회절각(θ m )(또는 본 명세서에서 '주 각도 방향(principal angular direction)')을 갖는다. 예를 들어, 커플 아웃된 광빔(60)은 회절 격자(30)의 회절 차수 'm'에 대응될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 여러 광빔들의 주 각도 방향은 회절 격자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적 등), 배향, 특징부 간격 및 격자 깊이 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 격자 특성에 의해 결정된다. 또한, 본 명세서에 정의에 의하면, 그리고 도 1b와 관련하여 전술한 바와 같이, 회절 격자에 의해 생성된 광빔은 각도 성분들{θ, φ}로 주어지는 주 각도 방향을 갖는다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하여 추가적으로 후술될 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이는 도광체로부터의 광을 커플 아웃시키고, 특히 도광체 상의 특정 위치의 회절 격자를 이용하여 뷰 영역에서 주 각도 방향으로 지향성 광빔을 조향시키는 능력을 기반으로 할 수 있다. 회절 격자로부터의 단일(single) 지향성 광빔(세기 및 주 각도 방향을 가짐)은 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 이미지의 특정 뷰에서 뷰 픽셀을 나타낸다. 도광체 상의 회절 격자는 입사각에 대한 방출 각도가 격자 수식, 즉 식(1)에 의해 결정되는 사실상 각도 보존(angle preserving) 커플링 구조물이다. 따라서, 회절 격자에 입사되는 단일의 단색(monochromatic) 광빔은 회절 격자의 특정 회절 차수에 대해 단일 지향성 광빔을 생성하거나 출력할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도광체 내의 안내된 광은 종방향, 수직 방향 또는 이들 둘 다를 따라 적어도 부분적으로 시준된다. 예를 들어, 광원은 적어도 부분적으로 시준된 광을 제공할 수 있고, 도광체는 안내된 광을 적어도 부분적으로 시준할 수 있고/있거나 멀티뷰 디스플레이는 시준기를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 멀티뷰 디스플레이의 하나 이상의 구성 요소가 시준기의 기능을 수행한다.
본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로 광빔의 광선들이 광빔(예를 들어, 도광체 내의 시준된 안내된 광빔) 내에서 실질적으로 서로 평행한 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 분기되거나 산란되는 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 또한, 본 명세서에서 '시준기(collimator)'는 광을 시준하도록 구성된 실질적으로 임의의 광학 기기 또는 장치로서 정의된다. 예를 들어, 시준기는 시준 거울 또는 반사체, 시준 렌즈 및 이들의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 시준 반사체(collimating reflector)를 포함하는 시준기는 포물선형 곡선 또는 형상으로 특징지어지는 반사 표면을 가질 수 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여 추가적으로 후술될 바와 같이, 다른 예에서 시준 반사체는 형상화된 포물선형 반사체를 포함할 수 있다. '형상화된 포물선형(shaped parabolic)'이란 형상화된 포물선형 반사체의 만곡된(curved) 반사 표면이 정해진 반사 특성(예를 들어, 시준의 정도)을 달성하도록 결정되는 방식으로 '진정한(true)' 포물선형 곡선으로부터 벗어나는 것을 의미한다. 유사하게, 시준 렌즈는 구형으로 형상화된 표면을 포함할 수 있다(예를 들어, 양면 볼록 구형 렌즈).
일부 실시 예들에서, 시준기는 연속(continuous) 반사체 또는 연속 렌즈(즉, 실질적으로 매끄러운, 연속적인 표면을 갖는 반사체 또는 렌즈)일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 시준 반사체 또는 시준 렌즈는 광 시준을 제공하는 프레넬(Fresnel) 반사체 또는 프레넬 렌즈와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 불연속적인 표면을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 시준기에 의해 제공되는 시준의 양은 실시 예마다 정해진 정도 또는 양으로 달라질 수 있다. 또한, 시준기는 2개의 직교하는 방향들(예를 들어, 종방향 및 수직 방향) 중 하나 또는 둘 다로 시준을 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는 광 시준을 제공하는 2개의 직교하는 방향들 중 하나 또는 둘 다의 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 확산(angular spread)을 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 대해 +/- 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 의해 결정되는 각도일 수 있다.
본 명세서에서, '광원(light source)'은 광의 원천(예를 들어, 광을 생성하고 방출하도록 구성된 하나 이상의 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 의해 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 의해 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.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 특허 분야에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서에서, '회절 격자'는 하나 이상의 회절 격자를 의미하며, 따라서 '상기 회절 격자'는 '상기 회절 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, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서, 도 3a는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 단면도를 도시하고, 도 3b는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 평면도를 도시하며, 도 3c는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 사시도를 도시한다. 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)는 판(plate) 도광체와 같은 도광체(110)를 포함할 수 있다. 도광체(110)는 도광체(110)의 종방향(108)을 따라 광을 시준된 안내된 광빔들(112)로서 안내할 수 있다. 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 시준된 안내된 광빔들(112)의 내부 전반사를 용이하게 하도록 구성된다. 종방향(108)은 시준된 안내된 광빔(112)의 일반적이거나 순(net) 전파 방향을 정의할 수 있다는 점에 유의한다.
일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 연장된, 광학적으로 투명한 실질적으로 평면형 시트의, 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로일 수 있다. 실질적으로 평면형 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 이용하여 시준된 안내된 광빔들(112)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), 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, 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.
또한, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)는, 도광체(110)에 광학적으로 결합되고 종방향(108)에서의 종방향 위치(118)를 갖는 광원(114)(예를 들어, 광학 방출기)을 포함할 수 있다. 광원(114)은 광원(114)의 종방향 위치(118)에 의해 결정되는 0이 아닌 전파 각도(120)를 갖는 시준된 안내된 광빔(112)을 도광체(110) 내에 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 종방향 위치(118)는 0이다. 또한, 광원(114)은 도광체(110)의 입구 표면 또는 단부(입력 단부)에 인접하여 위치될 수 있고, 광원(114)은 시준된 광학 커플러(collimated optical coupler; 124)에 의해 도광체(110) 내부로 커플링되는 광(122)을 제공할 있으며, 시준된 안내된 광빔들(112)은 0이 아닌 전파 각도(120)(예를 들어, 약 30-35도)를 갖고 일반적으로 종방향(108)을 따라(예를 들어, 도 3a의 x-축을 따라) 입력 단부로부터 멀어지게 전파될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 광원(114)은, 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광의 원천(예를 들어, 광학 방출기(optical emitter))을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(114)은 특정한 컬러로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색광(monochromatic light)을 생성하도록 구성된다. 특히, 단색광의 컬러는 특정한 색 공간 또는 색 모델(예를 들어, RGB 색 모델)의 원색일 수 있다. 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 광원(114)에는 상이한 종방향 오프셋들 또는 위치들에서 상이한 컬러들을 갖는 광(122)을 생성할 수 있는 복수의 광학 방출기들이 있을 수 있고, 즉 상이한 종방향 오프셋들 또는 위치들의 광학 방출기들로부터의 광(122)의 컬러는 상이할 수 있다. 따라서, 광원(114)은 광의 상이한 컬러들을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 또한, 상이한 광학 방출기들은 광의 상이한 컬러들 각각에 대응되는 시준된 안내된 광(112)의 상이한 컬러별 0이 아닌 전파 각도들(120)을 갖는 광(122)을 제공하도록 구성될 수 있다.
시준된 광학 커플러(124)로서 이용될 수 있는 원통형 격자 커플러의 실시 예들이 도 5a 내지 도 6b를 참조하여 추가적으로 후술된다. 다른 실시 예들에서, 시준된 광학 커플러(124)는 렌즈(예를 들어, 원통형 렌즈), 거울 또는 유사한 반사체(예를 들어, 기울어진 시준 반사체) 및 프리즘(미도시) 중 하나를 포함할 수 있고, 이들은 예를 들어 광을 평균 0이 아닌 전파 각도(120)로 시준된 안내된 광빔들(112)로서 도광체(110)의 입력 단부로 커플링시키는 것을 용이하게 할 수 있다.
도광체(110)는 도광체(110)의 제 1 표면(136')(예를 들어, '전'면 또는 앞쪽)과 제 2 표면(136")(예를 들어, '후'면 또는 뒤쪽) 사이에서 평균 0이 아닌 전파 각도(120)로 내부 전반사에 따라 시준된 안내된 광빔들(112)을 안내하도록 구성된다. 특히, 시준된 안내된 광빔들(112)은 0이 아닌 전파 각도(120)로 도광체(110)의 제 1 표면(136')과 제 2 표면(136") 사이에서 0회 이상 반사되거나 '바운싱(bouncing)'됨으로써 전파한다.
본 명세서에 정의된 바와 같이, '0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)'(예를 들어, 전파 각도(120))는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(136') 또는 제 2 표면(136"))에 대한 각도이다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 0이 아닌 전파 각도는 0보다 크고 도광체(110) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 예를 들어, 시준된 안내된 광빔들(112)의 평균 0이 아닌 전파 각도(120)는 약 10도 내지 약 50도 사이, 또는 일부 예들에선 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.
도 3b에 도시된 바와 같이, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)는 제 1 세트의 회절 격자들의 회절 격자(128a), 제 2 세트의 회절 격자들의 회절 격자(128b) 및 제 3 세트의 회절 격자들의 회절 격자(128c)와 같은 제 1 표면(136') 상의 회절 격자들(128)의 세트들을 포함할 수 있다. 이러한 회절 격자들의 세트들은 도광체(110)의 표면(예를 들어, 표면(136')) 상에서 공간적으로 산재하거나 맞물릴(interdigitated) 수 있다. 예를 들어, 회절 격자들의 세트 내의 회절 격자들은 균일하게 이격될 수 있다. 설명된 실시 예들은 3개 세트의 회절 격자들(128)을 갖는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)를 예시하지만, 다른 실시 예들에서 더 적거나 더 많은 회절 격자들의 세트들이 존재할 수 있다. 일반적으로, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)는 회절 격자들(128)의 2개 이상의 세트들을 포함할 수 있다. 다시 도 3a를 참조하면, 회절 격자들(128)의 세트들은 멀티뷰 이미지들(132)(예를 들어, 멀티뷰 이미지들(132a, 132b, 132c))을 나타내는 지향성 광빔들(130)(예를 들어, 지향성 광빔들(130a, 130b, 130c))을 방출한다. 멀티뷰 이미지들(132) 각각은 중심 뷰 방향들(134)(예를 들어, 중심 뷰 방향들(134a, 134b, 134c)) 중 관련된 하나를 가지며, 멀티뷰 이미지들(132) 중 다른 뷰들은 중심 뷰 방향(134)에 대해 상대적이라는 점에 유의한다. 또한, 멀티뷰 이미지들(132)은 각도 범위들(146)을 갖는 대응되는 비-중첩(non-overlapping) 뷰 영역들(144)에서 배타적으로 보여질 수 있다. 따라서, 각도 범위들(146)은 상호 배타적일 수 있고, 멀티뷰 이미지는 대응되는 하나의 뷰 영역에서만 보여질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 인접한 뷰 영역들(144)은 멀티뷰 이미지들(132)이 보여지지 않는 공백 영역들(148)에 의해 분리된다. 뷰 영역들(144)의 멀티뷰 이미지들(132)은 서로 상이할 수 있다는 점에, 즉 상이한 멀티뷰 이미지들이 상이한 뷰 영역들(144)에서 보여질 수 있다는 점에 유의한다.
예를 들어, 제 1 세트의 회절 격자들에 의해 방출되는 지향성 광빔들(130a)은 측면(side; 126)으로부터 조명되는 투명 도광체(110)로부터 멀티뷰 이미지(132a)(뷰 영역(144a) 내의 뷰들(v1, v2, v3) 및 각도 범위(146a) 내의 중심 뷰 방향(134a)을 가짐)를 생성할 수 있으며, 이는 3D 컨텐츠를 갖는 정보의 디스플레이를 용이하게 한다. 제 1 세트의 회절 격자들 내의 회절 격자들 각각은 복수의 시준된 안내된 광빔들(112) 중 시준된 안내된 광빔의 일부로부터 멀티뷰 이미지(132a)의 뷰 픽셀의 세기 및 뷰 방향에 대응되는 세기 및 주 각도 방향을 갖는 지향성 광빔들(130)의 지향성 광빔을 제공한다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들은 일반적으로 서로 교차되거나, 중첩되거나 또는 다른 방식으로 접촉되지 않는다. 즉, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 각각의 회절 격자는 일반적으로 회절 격자들(128)의 세트들 내의 다른 회절 격자들로부터 구별되고 분리되어 있다.
지향성 광빔들(130)(예를 들어, 지향성 광빔들(130a))은 적어도 부분적으로 종방향(108)에 직교하는 방향으로, 즉 도광체(110) 내의 복수의 시준된 안내된 광빔들(112) 중 시준된 안내된 광빔의 평균적인 전파 방향으로, 전파할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 도광체(110) 및 회절 격자들(128)의 이격된 세트들은 제 1 표면(136') 및 제 2 표면(136'') 중 하나 또는 둘 다를 통해 광이 도광체(110)를 통과할 수 있도록 한다. 따라서, 도광체(110)는 복수의 시준된 안내된 광빔들(112) 중 시준된 안내된 광빔의 평균 전파 방향에 직교하는 방향으로 전파하는 광에 대해 투명하다. 투명성은, 적어도 부분적으로, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들의 실질적인 투명성에 의해 용이해질 수 있다. 단일 회절 격자(예를 들어, 회절 격자(128a))로부터의 지향성 광빔의 세기 및 주 각도 방향은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 뷰 영역(144a) 내의 멀티뷰 이미지(132a)의 뷰의 뷰 픽셀에 대응될 수 있다는 점에 유의한다.
전술한 바와 같이, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들 각각은 회절 격자에 의해 회절적으로 커플링된 시준된 안내된 광빔들(112)의 적어도 일부의 컬러 및 전파 각도에 의존하는 연관된 격자 특성을 갖는다. 다르게 말하면, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자의 연관된 격자 특성은 시준된 안내된 광빔들(112)의 적어도 일부의 컬러 및 전파 각도에 의존한다.
일반적으로, 격자 특성은 회절 격자의 특징부 간격 또는 피치, 격자 깊이, 배향 및 크기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 회절 격자들(128)의 세트들 각각의 회절 격자들의 다양한 격자 특성들은 이러한 회절 격자들이 대응되는 멀티뷰 이미지(132)의 동일한 매칭 뷰들에 기여하는 것을 보장할 수 있다. 이는 회절 격자들(128)의 세트들 상에 입사되는 광원(114)으로부터의 복수의 시준된 안내된 광빔들(112)의 상이한 전파 방향들을 보상하기 위해 상이한 격자 특성들을 갖는 공간 좌표들 (x1, y1), (x2, y2) 및 (x3, y3) 상의 회절 격자들(128a, 128b, 128c)로 도 3b에 도시되었다.
일부 실시 예들에서, 회절 격자 커플링 효율(diffraction-grating coupling efficiency)(예를 들어, 회절 격자 면적, 홈 깊이 또는 융기 높이 등)은 시준된 안내된 광빔들(112)의 세기의 감소를 보정하기 위해 측면(126)으로부터의 거리의 함수로서 증가한다. 따라서, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들에 의해 제공되고 대응되는 뷰 픽셀의 세기에 대응되는 지향성 광빔(130)의 세기는 회절 격자(128)의 회절적 커플링 효율에 의해 결정된다.
전술한 바와 같이, 시준된 안내된 광빔들(112) 또는 대등하게는 광을 도광체(110) 내부로 커플링함으로써 생성된 시준된 안내된 광빔들(112)은 시준된 광빔일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)는 예를 들어 광원으로부터의 광을 시준하기 위하여 전술한 바와 같은 렌즈, 반사체 또는 거울 등의 시준기(예를 들어, 기울어진 시준 반사체)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도광체(110)는 시준기를 포함할 수 있거나, 시준된 안내된 광빔들(112)을 적어도 부분적으로 시준할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(114)은 LED 상의 렌즈와 같은 시준기를 포함한다. 도광체(110)에 제공되는 시준된 광은, 예를 들어 도광체(110) 내부로 광을 효율적으로 커플링시키는 광원(114)과 도광체(110) 사이의 시준기(예를 들어, 외부 렌즈, 반사체, 포물선형 반사체, 회절 격자, 배럴(barrel) 시준기 등)에 의해, 시준된 안내된 광빔들(112)이다. 다양한 실시 예들에서, 전술한 바와 같이, 시준된 안내된 광빔들(112)은 시준 계수에 따라 시준되거나 시준 계수를 가질 수 있다.
시준기는 광원(114)으로부터 실질적으로 시준되지 않은 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 시준기는 또한 실질적으로 시준되지 않은 광을 시준된 광으로 변환하도록 구성된다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는, 0이 아닌 전파 각도(120)를 가지며 정해진 시준 계수에 따라 시준되는 시준된 광을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 컬러들의 복수의 광학 방출기들이 광원(114)에 이용되는 경우, 시준기는 상이한 컬러별 0이 아닌 전파 각도들 및 상이한 컬러별 시준 계수들 중 하나 또는 둘 다를 갖는 시준된 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 시준기는 또한 전술한 시준된 안내된 광빔들(112)로서 전파되도록 시준된 광빔을 도광체(110)에 전달하도록 구성된다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들은 도광체(110)의 광빔 방출 표면인 제 1 표면(136')에 위치하거나 이에 인접하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들은 안내된 광의 일부를 제 1 표면(136')을 통해 지향성 광빔들(130)로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자들일 수 있다. 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 회절 격자들(128)의 세트들 내의 회절 격자들은 도광체(110)의 광빔 방출 표면(즉, 제 1 표면(136'))에 대향하는 제 2 표면(136")에 위치하거나 이에 인접하여 위치할 수 있다. 특히, 회절 격자들(128)은 반사 모드 회절 격자들일 수 있다. 반사 모드 회절 격자들로서, 회절 격자들(128)은 안내된 광의 일부를 회절시키고 회절된 안내된 광의 일부를 제 1 표면(136')을 향해 반사시켜, 회절적으로 커플 아웃된 지향성 광빔들(130)로서 제 1 표면(136')을 통해 내보내도록 구성된다. 다른 실시 예들에서(미도시), 회절 격자들(128)은 도광체(110)의 표면들 사이에, 예를 들어 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 둘 다로서, 위치할 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 실시 예들에서, 커플 아웃된 지향성 광빔들(130)의 주 각도 방향들은 도광체의 표면에서 도광체(110)를 빠져나가는 커플 아웃된 지향성 광빔들(130)에 기인한 굴절의 영향을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 제한이 아닌 예로서, 회절 격자들(128)이 제 2 표면(136'')에 위치하거나 이에 인접하여 위치하는 경우, 커플 아웃된 지향성 광빔들(130)은 커플 아웃된 지향성 광빔들(130)이 제 1 표면(136')을 가로지를 때의 굴절률의 변화 때문에 굴절(즉, 구부러짐)될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 지향성 광빔들(130)은, 예를 들어 회절 격자들(128)을 이용한, 회절을 이용하여 방출된다. 도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 제 1 세트의 회절 격자들 내의 회절 격자(128a)의 평면도를 도시한다. 또한, 도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 회절 격자들(128)의 세트들의 평면도를 도시한다. 특히, 도 4a 및 도 4b는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 회절 격자(128)를 도시한다. 회절 격자(128)는 (단색광일 수 있는) 시준된 안내된 광빔들(112)의 일부를 복수의 지향성 광빔들(130) 내의 지향성 광빔으로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 또한, 회절 격자들은 전술한 바와 같이 상이한 뷰 영역들(144)에 대응되는 제 1 세트의 회절 격자들(150a), 제 2 세트의 회절 격자들(150b) 및 제 3 세트의 회절 격자들(150c)과 같은 세트들로 나뉠 수 있다.
회절 격자들(128) 각각은 안내된 광의 일부의 회절적 커플링 아웃을 제공하도록 구성된 회절 특징부 간격(때로는 '격자 간격(grating spacing)'으로 언급됨) 또는 회절 특징부 또는 격자 피치만큼 서로 이격된 복수의 회절 특징부들을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 회절 격자(128)의 회절 특징부들의 간격 또는 격자 피치는 서브 파장(sub-wavelength)(즉, 시준된 안내된 광빔들(112)의 파장 미만)일 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 도시의 단순화를 위하여 단일한 격자 간격(즉, 일정한 격자 피치)을 갖는 회절 격자들(128)을 도시한다는 점에 유의한다. 다양한 실시 예들에서, 후술될 바와 같이, 회절 격자(128)는 도 3a 내지 도 3c의 지향성 광빔들(130)을 제공하기 위하여 복수의 상이한 격자 간격들(예를 들어, 2개 이상의 격자 간격들) 또는 가변 격자 간격 또는 피치를 포함할 수 있다. 결과적으로, 도 4a 및 도 4b는 단일한 격자 피치가 회절 격자(128)의 실시 예인 것을 암시하지 않는다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자(128)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.
전술한 바와 같이 그리고 도 4a에 도시된 바와 같이, 회절 특징부들의 구성은 회절 격자(128a)의 격자 특성을 포함한다. 예를 들어, 회절 격자의 격자 깊이는 회절 격자(128a)에 의해 제공되는 지향성 광빔의 세기를 결정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전술되고 도 4b에 도시된 바와 같이, 격자 특성은 회절 격자(128a)의 격자 피치 및 회절 격자(128a)의 격자 배향(γ) 중 하나 또는 둘 다를 포함한다. 시준된 안내된 광빔들(112)의 입사각(즉, 전파 각도(120))과 함께, 이러한 격자 특성들은 회절 격자(128)에 의해 제공되는 지향성 광빔의 주 각도 방향을 결정한다.
일부 실시 예들에서(미도시), 지향성 광빔들(130)을 제공하도록 구성된 회절 격자(128)는 가변의 또는 처프된 회절 격자이거나 이를 포함한다. 정의에 의하면, '처프된(chirped)' 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, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)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.
다른 실시 예들에서, 지향성 광빔들(130)을 제공하도록 구성된 회절 격자(128)는 복수의 회절 격자들이거나 이들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 복수의 회절 격자들 중 개개의 회절 격자들은 서로 포개질 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자들은 서로 인접하여, 예를 들어 어레이로서, 배열된 별개의 회절 격자들일 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 회절 격자들(150)의 세트들 내의 회절 격자들(128)은 상이한 격자 특성들을 갖는다. 예를 들어, 회절 격자들(128)은 상이한 격자 배향들을 갖는다.
전술한 바와 같이, 선행하는 실시 예들의 회절 격자들(128)은 도광체(110)의 제 1 표면(136') 및/또는 제 2 표면(136'')에 위치할 수 있다. 또한, 회절 격자들(128)은 제 1 표면(136') 상에, 제 2 표면(136'') 상에, 또는 제 1 표면(136')과 제 2 표면(136'') 사이에 배치될 수 있다. 또한, 회절 격자는 제 1 표면(136') 및/또는 제 2 표면(136'')으로부터 돌출되는 '포지티브 특징부(positive feature)'이거나, 제 1 표면(136') 및/또는 제 2 표면(136'') 내부로 함몰되는 '네거티브 특징부(negative feature)'일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자의 특징부들은 재료에 직접 돋을새김(emboss)되고, 도광체의 표면 상에 스핀되는(spun) 수지층(resin layer)에 각인되며, 예를 들어 별도의 롤투롤(roll-to-roll) 각인 시트 등을 이용하여 도광체의 표면 상에 적층된다.
전술한 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 시준된 광학 커플러(124)는 원통형 격자 커플러이다. 도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예에 따른 투과 모드 회절 격자 커플러(138)의 단면도를 도시한다. 도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 예에 따른 반사 모드 회절 격자 커플러(140)의 단면도를 도시한다. 도 5c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 예에 따른 반사성 회절 격자 커플러(140)의 사시도를 도시한다. 도 5a 내지 도 5c에서, 격자 결합된(grating-coupled) 도광체(110)는 광(122)을 시준된 안내된 광(112)으로서 격자 결합된 도광체(110) 내부로 커플링하도록 구성된다. 예를 들어, 광(122)은 광원(114)(예를 들어, 실질적으로 시준되지 않은 광원)에 의해 제공될 수 있다. 다양한 예들에 따르면, 격자 결합된 도광체(110)는 상대적으로 높은 커플링 효율을 제공할 수 있다. 또한, 다양한 예들에 따르면, 격자 결합된 도광체(110)는 광(122)을 격자 결합된 도광체(110) 내에서 정해진 시준 계수를 갖는 시준된 안내된 광(112)(예를 들어, 안내된 광의 빔들)으로 변환할 수 있다.
특히, 일부 예들에 따르면, 약 20퍼센트(20%) 이상의 커플링 효율이 달성될 수 있다. 예를 들어, 투과 구성에서(후술됨), 격자 결합된 도광체(110)의 커플링 효율은 약 30퍼센트(30%) 이상이거나 심지어 약 35퍼센트(35%) 이상일 수 있다. 예를 들어, 최대 약 40퍼센트(40%)의 커플링 효율이 달성될 수 있다. 예를 들어, 반사 구성에서, 격자 결합된 도광체(110)의 커플링 효율은 약 50퍼센트(50%), 또는 약 60퍼센트(60%) 또는 심지어 약 70퍼센트(70%) 만큼 높을 수 있다.
다양한 예들에 따르면, 격자 결합된 도광체(110)에 의해 그리고 그 내부에 제공되는 정해진 시준 계수는 제어된 또는 정해진 전파 특성들을 갖는 시준된 안내된 광(112)의 빔들을 제공할 수 있다. 특히, 격자 결합된 도광체(110)는 '수직' 방향으로, 즉 격자 결합된 도광체(110)의 표면의 평면에 수직인 평면으로, 제어된 또는 정해진 시준 계수를 제공할 수 있다. 또한, 광(122)은 격자 결합된 도광체의 평면에 실질적으로 수직인 각도로 광원으로부터 수신된 후 격자 결합된 도광체(110) 내에서 평균 0이 아닌 전파 각도(120), 예를 들어 격자 결합된 도광체(110) 내의 내부 전반사의 임계각과 일치되거나 그 미만의 0이 아닌 전파 각도를 갖는 시준된 안내된 광(112)의 빔들로 변환될 수 있다.
일부 예들에 따르면 격자 커플러는 투과성 격자 커플러(138)(즉, 투과 모드 회절 격자 커플러)일 수 있고, 다른 예들에서 격자 커플러는 반사성 회절 격자 커플러(140)(즉, 반사 모드 회절 격자 커플러)일 수 있다. 특히, 도 5a에 도시된 바와 같이, 격자 커플러(138)는 광원(114)에 인접한 도광체(110)의 표면에 투과 모드 회절 격자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 격자 커플러(138)의 투과 모드 회절 격자는 도광체(110)의 하단(또는 제 2) 표면(136'') 상에 있을 수 있고, 광원(114)은 하단으로부터 격자 커플러(138)를 조명할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 격자 커플러(138)의 투과 모드 회절 격자는 투과 모드 회절 격자를 투과하거나 통과하는 광(122)을 회절적으로 재지향시키도록 구성된다. 종방향(108)을 따라 광원(114)의 상대적 위치를 시프트(shift)시키는 것은 회절각을 변경시키고, 따라서 도광체(110) 내에서의 전파 각도를 변경시킨다는 점에 유의한다.
대안적으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 격자 커플러(140)는 광원(114)에 인접한 표면에 대향하는 도광체(110)의 표면에 반사 모드 회절 격자를 갖는 반사성 회절 격자 커플러(140)일 수 있다. 예를 들어, 격자 커플러(140)의 반사 모드 회절 격자는 도광체(110)의 상단(또는 제 1) 표면(136') 상에 있을 수 있고, 광원(114)은 도광체(110)의 하단(또는 제 2) 표면(136'')의 일부를 통해 격자 커플러(140)를 조명할 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 반사 모드 회절 격자는 반사성 회절(즉, 반사 및 회절)을 이용하여 광(122)을 도광체(110) 내부로 회절적으로 재지향시키도록 구성된다.
다양한 예들에 따르면, 격자 커플러(138 또는 140)의 회절 격자는 도광체(110)의 표면(136' 또는 136'') 상에 또는 그 내에 형성되거나 다른 방식으로 제공되는 회절 격자의 홈들, 융기들 또는 유사한 회절 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 홈들 또는 융기들은 도광체(110)의 광원-인접 표면(136'')(예를 들어, 하단 또는 제 2 표면) 상에 또는 그 내에 형성되어 투과성 격자 커플러(138)의 투과 모드 회절 격자로서 기능할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 홈들 또는 융기들은 광원-인접 표면(136'')에 대향하는 도광체(110)의 표면(136') 상에 또는 그 내에 형성되거나 다른 방식으로 제공되어 반사성 회절 격자 커플러(140)의 반사 모드 회절 격자로서 기능할 수 있다.
일부 예들에 따르면, 격자 커플러(138 또는 140)는 도광체의 표면 상에 또는 그 내에 격자 재료(예를 들어, 격자 재료의 층)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서 격자 재료는 도광체(110)의 재료와 실질적으로 유사할 수 있고, 다른 예에서 격자 재료는 도광체의 재료와 상이할 수 있다(예를 들어, 상이한 굴절률을 가짐). 일부 예들에서, 도광체 표면의 회절 격자의 홈들은 격자 재료로 채워질 수 있다. 예를 들어, 투과성 격자 커플러(138) 또는 반사성 회절 격자 커플러(140)의 회절 격자의 홈들은 도광체(110)의 재료와는 상이한 유전체 재료(즉, 격자 재료)로 채워질 수 있다. 예를 들어 격자 커플러(138 또는 140)의 격자 재료는 실리콘 질화물을 포함할 수 있고, 일부 예들에 따르면 도광체(110)는 유리일 수 있다. 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO)을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다른 격자 재료들 또한 이용될 수 있다.
다른 예들에서, 투과성 격자 커플러(138) 또는 반사성 회절 격자 커플러(140)는 특정한 회절 격자로서 기능하도록 도광체(110)의 각각의 표면 상에 증착되거나 형성되거나 또는 다른 방식으로 제공되는 융기들, 돌출들 또는 유사한 회절 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 융기들 또는 유사한 회절 특징부들은 도광체(110)의 각각의 표면 상에 증착된 유전체 재료층(즉, 격자 재료) 내에 형성(예를 들어, 에칭, 몰딩 등에 의해)될 수 있다. 일부 예들에서, 반사성 회절 격자 커플러(140)의 격자 재료는 반사성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사성 회절 격자 커플러(140)는 반사 모드 회절 격자에 의한 반사를 용이하게 하기 위하여 금, 은, 알루미늄, 구리 및 주석과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 반사성 금속의 층이거나 그 층을 포함할 수 있다.
투과성 격자 커플러(138) 및 반사성 회절 격자 커플러(140)의 회절 격자들은 y 방향을 따라 균일(uniform)할 수 있다는 점에 유의한다. 이는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 예에 따른 반사 모드 회절 격자 커플러(140)의 사시도를 제공하는 도 5c에 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5c는 회절 격자 커플러의 이용을 도시하지만, 다른 실시 예들에서 다른 유형의 광 커플러들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예에 따른 포물선형 반사성 커플러(142)의 단면도를 도시한다. 도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 예에 따른 포물선형 반사성 커플러(142)의 사시도를 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 포물선형 반사성 커플러(142)는 y 방향을 따라 균일(uniform)할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이에 의해 제공되는 복수의 지향성 광빔들을 방출하도록 구성된다. 또한, 방출되는 지향성 광빔들은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이에 포함된 회절 격자의 세트들의 격자 특성들을 기반으로 상이한 뷰 영역들의 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 복수의 뷰들을 향하여 우선적으로 지향될 수 있다. 또한, 한 세트의 회절 격자들 내의 회절 격자들은, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 하나의 뷰 영역에서 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들에 대한 상이한 뷰 방향들에 대응되는 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는 2개 이상의 3D 멀티뷰 이미지들을 제공하거나 '디스플레이'하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 지향성 광빔들 중 상이한 각각은 상이한 뷰 영역들에서 멀티뷰 이미지들과 관련된 상이한 '뷰들'의 개별 뷰 픽셀들에 대응될 수 있다. 예를 들어, 상이한 뷰들은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이에 의해 디스플레이되는 멀티뷰 이미지들에 정보의 '안경 불필요(glasses free)'(예를 들어, 오토스테레오스코픽(autostereoscopic)) 표현을 제공할 수 있다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)는 각도 범위들(218)을 갖는 상호 배타적인 뷰 영역들(216) 내에 있는 상이한 뷰 방향들의 상이한 뷰들에 따라 멀티뷰 이미지들(232)을 디스플레이하도록 구성된다. 특히, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)에 의해 방출되는 복수의 지향성 광빔들(202)은 멀티뷰 이미지들(232)을 디스플레이하는 데 이용되며 상이한 뷰 영역들(216)의 상이한 뷰들의 픽셀들(즉, 뷰 픽셀들)에 대응될 수 있다. 지향성 광빔들(202)이 도광체(206)의 회절 격자들(204)(회절 격자들의 세트들을 포함할 수 있음)로부터 발산하는 화살표들로서 도시되었다. 회절 격자들(204)과 관련된 지향성 광빔들(202)은 준-정적(quasi-static)(즉, 변조되지 않은)이라는 점에 유의한다. 대신, 회절 격자들(204)과 관련된 지향성 광빔들(202)은 그들이 조명되는 경우 지향성 광빔들(202)을 제공하거나 그들이 조명되지 않는 경우 지향성 광빔들(202)을 제공하지 않는다. 일부 실시 예들에서, 인접한 뷰 영역들(216)은 멀티뷰 이미지들(232)이 시청자에게 보여지지 않는 공백 영역들(220)에 의해 분리된다.
도 9에 도시된 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)는 회절 격자들(204)을 포함한다. 회절 격자들(204)은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)의 멀티뷰 이미지들(232)의 복수의 상이한 뷰들을 뷰 영역들(216)에 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 한 세트의 회절 격자들 중 하나의 회절 격자는 복수의 지향성 광빔들(202) 중 하나의 지향성 광빔을 하나의 뷰 영역(예를 들어, 뷰 영역(216a))에 대응되는 각도 범위(예를 들어, 각도 범위(218a)) 내로 회절적으로 커플 아웃시키거나 방출하도록 구성된다. 복수의 지향성 광빔들(202)은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 영역들(216)에서 멀티뷰 이미지들(232)의 상이한 뷰들의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 주 각도 방향들을 가질 수 있다. 또한, 회절 격자들(204) 내의 회절 격자들의 격자 특성들은 회절 격자들에 입사되는 광빔들(즉, 시준된 광 커플러(collimated light coupler; 210)에 의해 제공되는 시준된 안내된 광빔들(208))의 전파 각도들 및 컬러를 기반으로 변화할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자들(204) 내의 회절 격자들은, 예를 들어 도 4a 및 도 4b에서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)와 관련하여 전술한 회절 격자들(128)과 실질적으로 유사할 수 있다.
회절 격자들(204)을 갖는 실시 예들에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)는 시준된 안내된 광빔들(208)을 안내하도록 구성된 도광체(206)를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시 예들에 따르면, 회절 격자들(204)은 도광체(206)로부터 시준된 안내된 광(208)의 일부를 복수의 지향성 광빔들(202)로서 커플 아웃시키도록 구성될 수 있다(즉, 시준된 안내된 광(208)은 전술한 입사 광빔들일 수 있음). 특히, 회절 격자들(204) 내의 회절 격자들은 도광체에 광학적으로 연결되어 시준된 안내된 광(208)의 일부를 커플 아웃시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자들(204) 내의 회절 격자들의 격자 특성들은 회절 격자들에 입사되는 시준된 안내된 광(208)의 전파 각도들, 시준된 안내된 광의 컬러 또는 이들 둘 다를 기반으로 변화할 수 있다. 이러한 방식에서, 한 세트의 회절 격자들 내의 상이한 회절 격자들로부터의 지향성 광빔들(202)은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)에 의해 제공되는 하나의 뷰 영역 내에서 멀티뷰 이미지의 동일한 뷰들에 대응될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)의 도광체(206)는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)와 관련하여 전술한 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다.
또한, 이러한 실시 예들 중 일부에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)는 시준된 광 커플러(210)를 더 포함할 수 있다. 시준된 광 커플러(210)는 광원(214)의 광학 방출기들로부터 광빔들(212)을 수신하도록 구성될 수 있고, 입사 광빔들을 시준하여 시준된 광빔들(208)을 도광체(206)에 제공할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 시준된 광 커플러(210)는 시준 계수에 따라 입사 광빔들(212)을 시준하여 도광체(206) 내에 시준된 안내된 광(208)의 정해진 각도 확산을 제공한다. 일부 실시 예들에 따르면, 시준된 광 커플러(210)는 전술한 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 광학 커플러(124)와 실질적으로 유사할 수 있다.
추가적으로, 이러한 실시 예들 중 일부에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(200)는 광원(214)을 더 포함할 수 있다. 광원(214)은 광빔들(212)을 도광체(206)에 제공하도록 구성될 수 있고, 이는 광원(214)의 광학 방출기의 종방향 오프셋을 기반으로 하는 시준된 안내된 광(208)의 0이 아닌 전파 각도들을 야기할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(214)에 의해 제공되는 광빔들(212)은 예를 들어 시준 계수에 따라 시준되어, 도광체(206) 내의 시준된 안내된 광(208)의 정해진 각도 확산을 제공한다. 일부 실시 예들에 따르면, 광원(214)은 전술한 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 광원(114)과 실질적으로 유사할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법이 제공된다. 도 10은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법(300)은 제 1 뷰 영역에서 보여질 수 있는 제 1 멀티뷰 이미지를 나타내기 위하여 도광체로부터 시준된 안내된 광빔의 일부를 제 1 세트의 회절 격자들을 이용하여 제 1 뷰 영역으로 지향되는 지향성 광빔들로서 회절적으로 산란(320)시키는 단계를 포함한다. 또한, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법(300)은 제 2 뷰 영역에서 보여질 수 있는 제 2 멀티뷰 이미지를 나타내기 위하여 도광체로부터 시준된 안내된 광빔의 다른 일부를 제 2 세트의 회절 격자들을 이용하여 제 2 뷰 영역으로 지향되는 지향성 광빔들로서 회절적으로 산란(330)시키는 단계를 포함하며, 제 1 및 제 2 뷰 영역들은 서로 상이한 각도 범위들을 갖는다. 또한, 제 1 멀티뷰 이미지 및 제 2 멀티뷰 이미지는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 차량 내의 승객 및 운전자는 제 1 및 제 2 뷰 영역들에서 상이한 멀티뷰 이미지들을 볼 수 있다. 추가적으로, 제 1 멀티뷰 이미지는 제 1 뷰 영역에서 배타적으로 보여질 수 있으며, 제 2 멀티뷰 이미지는 제 2 뷰 영역에서 배타적으로 보여질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 뷰 영역은 공백 영역에 의해 제 2 뷰 영역으로부터 분리된다. 이는 프라이버시(privacy)를 제공할 수 있으며 더 적은 개수의 픽셀들을 필요로 할 수 있어 공간-각도(spatio-angular) 해상도를 향상시킬 수 있다. 제 1 세트의 회절 격자들, 제 2 세트의 회절 격자들 및 뷰 영역들은 전술한 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 회절 격자들(150)의 세트들 및 뷰 영역들(144)과 실질적으로 유사할 수 있다는 점에 유의한다.
또한, 제 1 회절 격자 세트 및 제 2 회절 격자 세트의 회절 격자에 의해 회절적으로 산란된 지향성 광빔의 주 각도 방향은 회절 격자의 격자 피치 및 격자 배향에 의해 결정될 수 있고, 지향성 광빔의 세기는 회절 격자의 격자 깊이에 의해 결정될 수 있다. 또한, 제 1 회절 격자 세트 및 제 2 회절 격자 세트의 회절 격자에 의해 회절적으로 산란된 지향성 광빔의 주 각도 방향은 시준된 안내된 광빔의 컬러 및 전파 각도 둘 다의 함수일 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 안내된 광의 일부를 산란(320)시키는 단계 및 다른 일부를 산란(330)시키는 단계에서 이용된 회절 격자들은, 시준된 안내된 광의 일부를 하나 이상의 지향성 광빔들로서 회절적으로 커플 아웃시키기 위해 도광체에 광학적으로 결합된 회절 격자들을 포함할 수 있다. 제 1 세트의 회절 격자들 및 제 2 세트의 회절 격자들에 의해 생성되는 복수의 지향성 광빔들은 제 1 뷰 영역 및 제 2 뷰 영역에서 멀티뷰 이미지들의 상이한 뷰들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 가질 수 있다는 점에 유의한다. 회절 격자들 각각은 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀에 대응되는 단일한(single) 주 각도 방향으로 단일한 지향성 광빔을 생성한다. 다양한 실시 예들에서, 복수의 회절 격자들의 격자 특성들은 회절 격자들에 입사되는 시준된 안내된 광빔의 전파 각도들 및 컬러를 기반으로 변화할 수 있다. 이러한 방식에서, 한 세트의 회절 격자들 내의 상이한 회절 격자들로부터의 지향성 광빔들은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이에 의해 제공되는 멀티뷰 이미지의 뷰들에 대응될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법(300)은 도광체 내에 시준된 안내된 광빔을 제공(310)하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 시준된 안내된 빔을 제공(310)하는 단계는 도광체에 컬러를 갖는 광을 제공하기 위해 광원의 광학 방출기를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 광학 방출기는 종방향으로 오프셋될 수 있다. 제공된 광은 단색일 수 있다. 제공된 광은 도광체 내에서 0이 아닌 전파 각도를 갖는 시준된 안내된 광빔이 될 수 있다. 특히, 도광체 내의 생성된 시준된 안내된 광빔의 전파 각도들은 광원의 광학 방출기의 종방향 오프셋에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다. 제공된 광은 도광체 내에서 시준된 안내된 광빔의 정해진 각도 확산을 제공하기 위해 시준 계수에 따라 도광체 내에서 시준(예를 들어, 광 커플러에 의해)될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원은 전술한 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 광원(114)과 실질적으로 유사할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 시준된 안내된 빔을 제공(310)하는 단계는 시준 광 커플러를 이용하여 광을 시준된 안내된 광빔으로서 도광체 내부로 커플링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원의 광학 방출기로부터의 광은 시준된 안내된 광빔으로서 도광체 내부로 커플링될 수 있다. 또한, 시준된 안내된 광빔은 광학 방출기의 종방향 오프셋에 의해 결정되는 전파 각도를 가질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광 커플러는 광원으로부터의 입사 광을 시준한다. 또한, 광 커플러는 전술한 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이(100)의 광학 커플러(124)와 실질적으로 유사할 수 있다.
이상에서는, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이, 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법 및 회절 격자들을 갖는 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 예들 및 실시 예들이 설명되었다. 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이, 방법 및 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이는 지향성 광빔들을 제공하기 위해 회절 격자들을 이용한다. 복수의 지향성 광빔들은 상이한 뷰 영역들에서 멀티뷰 이미지들의 뷰들에 대응된다. 또한, 회절 격자들의 세트들은 복수의 지향성 광빔들의 복수의 주 각도 방향들을 제공하도록 구성된다. 주 각도 방향들은 다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 뷰 영역들에 대응되는 각도 범위들에서 멀티뷰 이미지들의 뷰들에 대응된다. 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 (20)

  1. 다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이로서,
    광을 안내하도록 구성된 도광체;
    상기 도광체 내에 시준된 안내된 광빔을 제공하도록 구성된 광원; 및
    상기 도광체에 걸쳐 분포된 복수의 회절 격자들을 포함하되,
    상기 복수의 회절 격자들 중 제 1 세트의 회절 격자들은 상기 시준된 안내된 광빔의 일부를 제 1 멀티뷰 이미지를 나타내는 지향성 광빔들로서 제 1 뷰 영역으로 산란시키도록 구성되고,
    상기 복수의 회절 격자들 중 제 2 세트의 회절 격자들은 상기 시준된 안내된 광빔의 다른 일부를 제 2 멀티뷰 이미지를 나타내는 지향성 광빔들로서 제 2 뷰 영역으로 산란시키도록 구성되는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자 세트들의 상기 복수의 회절 격자들 중의 회절 격자는, 상기 제 1 및 제 2 멀티뷰 이미지 중 대응되는 하나의 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀의 세기 및 뷰 방향에 대응되는 세기 및 주 각도 방향을 갖는 지향성 광빔을 제공하도록 구성되는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 격자 특성은 상기 세기 및 상기 주 각도 방향을 결정하도록 구성되고,
    상기 주 각도 방향을 결정하도록 구성된 격자 특성은 상기 회절 격자의 격자 피치 및 상기 회절 격자의 격자 배향 중 하나 또는 둘 다를 포함하는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 세기를 결정하도록 구성된 격자 특성은 상기 회절 격자의 격자 깊이를 포함하는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회절 격자 세트 및 상기 제 2 회절 격자 세트는, 상기 시준된 안내된 광빔의 일부가 상기 제 1 및 제 2 멀티뷰 이미지들을 나타내는 복수의 지향성 광빔들로서 산란되는 상기 도광체의 방출 표면에 대향하는 상기 도광체의 표면 상에 위치되는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광체의 입력에 시준 광 커플러를 더 포함하고,
    상기 시준 광 커플러는 상기 광원으로부터의 광을 상기 시준된 안내된 광빔으로서 상기 도광체의 입력에 광학적으로 커플링하도록 구성되는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시준 광 커플러는 원통형 격자 커플러를 포함하고,
    상기 광원은 상기 도광체의 안내 표면에 인접하여 위치되고,
    상기 광원은 상기 안내 표면을 통해 광을 방출하도록 구성되는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 뷰 영역은 제 1 각도 범위를 갖도록 구성되고,
    상기 제 2 뷰 영역은 제 2 각도 범위를 갖도록 구성되며,
    상기 제 1 뷰 영역 및 상기 제 2 뷰 영역은 상호 배타적인 각도 범위들인,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 뷰 영역 및 상기 제 2 뷰 영역은 제 1 멀티뷰 이미지 및 제 2 멀티뷰 이미지 모두가 보일 수 없는 공백 영역에 의해 서로 분리되는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 멀티뷰 이미지는 상기 제 2 멀티뷰 이미지와는 상이한,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광체 및 상기 회절 격자들의 세트들은 상기 안내된 광빔의 전파 방향에 대응되는 종방향에 직교하는 수직 방향으로 전파하는 광에 대해 투명한,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이.
  12. 다중 뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이로서,
    광원으로부터의 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체; 및
    상기 안내된 광의 일부를 상기 다중 뷰 영역들 내에서 보여질 수 있는 멀티뷰 이미지들을 나타내는 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성된 복수의 회절 격자들을 포함하되,
    각각의 멀티뷰 이미지는 상기 복수의 회절 격자들 중 상이한 세트의 회절 격자들의 지향성 광빔들에 대응되고,
    상기 다중 뷰 영역들 중 각각의 뷰 영역은 대응되는 멀티뷰 이미지가 보여질 수 있도록 구성된 상이한 각도 범위를 갖는,
    다중 뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    한 쌍의 상이한 뷰 영역들 각각에서 보여질 수 있는 상기 멀티뷰 이미지들은 서로 상이한,
    다중 뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다중 뷰 영역들 중 뷰 영역은 상기 멀티뷰 이미지들 중 어느 것도 보여질 수 없는 공백 영역에 의해 인접한 뷰 영역으로부터 분리되는,
    다중 뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 회절 격자들 중의 회절 격자는 상기 멀티뷰 이미지들 중 대응되는 하나의 멀티뷰 이미지의 뷰 픽셀의 세기 및 뷰 방향에 대응되는 세기 및 주 각도 방향을 갖는 상기 지향성 광빔들 중의 지향성 광빔을 제공하도록 구성되고,
    상기 회절 격자의 격자 피치 및 격자 배향은 상기 지향성 광빔의 주 각도 방향을 결정하도록 구성되며,
    상기 회절 격자의 격자 깊이는 상기 지향성 광빔의 세기를 결정하도록 구성되는,
    다중 뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 도광체의 입력에 시준 광 커플러를 더 포함하고,
    상기 시준 광 커플러는 광원으로부터의 광을 시준 계수를 따르며 상기 도광체 내에서 정해진 전파 각도를 갖는 시준된 안내된 광빔으로서 상기 도광체의 입력에 광학적으로 커플링시키도록 구성되는,
    다중 뷰 영역들을 갖는 정적 멀티뷰 디스플레이.
  17. 다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법으로서,
    시준된 안내된 광빔을 도광체 내에 제공하는 단계;
    제 1 뷰 영역에서 보여질 수 있는 제 1 멀티뷰 이미지를 나타내기 위하여 상기 안내된 광빔의 일부를 제 1 세트의 회절 격자들을 이용하여 상기 제 1 뷰 영역으로 지향되는 지향성 광빔들로서 회절적으로 산란시키는 단계; 및
    제 2 뷰 영역에서 보여질 수 있는 제 2 멀티뷰 이미지를 나타내기 위하여 상기 안내된 광빔의 다른 일부를 제 2 세트의 회절 격자들을 이용하여 상기 제 2 뷰 영역으로 지향되는 지향성 광빔들로서 회절적으로 산란시키는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 뷰 영역들은 서로 상이한 각도 범위들을 갖는,
    다중 뷰-영역 정적 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 멀티뷰 이미지 및 상기 제 2 멀티뷰 이미지는 서로 상이하고,
    상기 제 1 멀티뷰 이미지는 상기 제 1 뷰 영역에서 배타적으로 보여질 수 있으며,
    상기 제 2 멀티뷰 이미지는 상기 제 2 뷰 영역에서 배타적으로 보여질 수 있는,
    다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 뷰 영역은 공백 영역에 의해 상기 제 2 뷰 영역으로부터 분리되는,
    다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 회절 격자 세트 및 상기 제 2 회절 격자 세트의 회절 격자에 의해 회절적으로 산란된 지향성 광빔의 주 각도 방향은 상기 회절 격자의 격자 피치 및 격자 배향에 의해 결정되고,
    상기 지향성 광빔의 세기는 상기 회절 격자의 격자 깊이에 의해 결정되는,
    다중 뷰-영역 멀티뷰 디스플레이의 동작 방법.
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