KR20210145853A - 이분 방출 패턴을 갖는 광원, 멀티뷰 백라이트 및 방법 - Google Patents

이분 방출 패턴을 갖는 광원, 멀티뷰 백라이트 및 방법 Download PDF

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KR20210145853A
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Abstract

이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 제공하도록 구성된 광원은 광을 방출하도록 구성된 광학 방출기 및 방출 제어 층을 포함한다. 방출 제어 층은 광원의 출력 개구에서 수직 방향으로 서로 이격된 제 1 복수의 차광 소자들 및 출력 개구로부터 변위되어 있고 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙된 제 2 복수의 차광 소자들을 포함한다. 방출 제어 층은 수직 방향으로 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 제공하기 위해 차광 소자들 간의 간극들을 통해 방출광의 일부를 투과시키도록 구성된다. 멀티뷰 백라이트는 광원 및 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 이용하여 복수의 지향성 광빔들을 제공하기 위해 도광체 및 멀티빔 소자들의 어레이를 포함한다.

Description

이분 방출 패턴을 갖는 광원, 멀티뷰 백라이트 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 전체가 본 명세서에 참조로서 병합되는, 2019년 04월 30일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/841,222의 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 미세 거울(micromirror) 기기, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이 등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동형 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광(emitted light)을 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 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 광원의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 3a의 광원의 일부의 확대 단면도를 도시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층의 사시도를 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층의 투명 재료의 층 내의 홈의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층의 투명 재료의 층 내의 홈의 단면도를 도시한다.
도 6c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층의 투명 재료의 층 내의 홈의 단면도를 도시한다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트의 블록도를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 광원의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 갖는다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들은 멀티뷰(multiview) 디스플레이에 적용되는, 이분 방출 패턴(bifurcated emission pattern)을 갖는 광원 및 이 광원을 이용하는 멀티뷰 백라이트를 제공한다. 특히, 다양한 실시 예들에서, 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 실시 예들은 이분 방출 패턴을 갖는 출력광(output light)을 제공하는 광원을 제공한다. 또한, 광원은 복수의 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 제공하거나 방출하도록 구성된 멀티빔(multibeam) 소자들을 이용하는 멀티뷰 백라이트에서 이용될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 이분 방출 패턴을 갖는 광원을 이용하는 멀티뷰 백라이트에 의해 방출되는 지향성 광빔들은, 멀티뷰 이미지의 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 뷰(view) 방향들에 대응되거나 일치되는 방향들을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 이분 방출 패턴은 멀티뷰 백라이트의 조명 효율 및 전체 휘도 중 하나 또는 둘 다를 개선하는 멀티뷰 백라이트 내의 안내된 광(guided light)을 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 백라이트를 이용하는 멀티뷰 디스플레이는 소위 '안경 불필요(glasses-free)' 또는 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 디스플레이일 수 있다. 본 명세서에 설명된 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 백라이팅의 용도는, 이동식 전화기(예를 들어, 스마트 폰), 시계, 태블릿 컴퓨터, 이동식 컴퓨터(예를 들어, 랩톱 컴퓨터), 개인용 컴퓨터 및 컴퓨터 모니터, 차량 디스플레이 콘솔, 카메라 디스플레이, 및 다양한 기타의 이동식 및 실질적으로 비-이동식 디스플레이 응용들 및 기기들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 명세서에서, '2차원(2D) 디스플레이'는 이미지가 보여지는 방향에 관계 없이 (즉, 2D 디스플레이의 정해진 시야각 또는 시야 범위 내에서) 실질적으로 동일한 이미지의 뷰를 제공하도록 구성된 디스플레이로서 정의된다. 스마트 폰들 및 컴퓨터 모니터들에서 찾아볼 수 있는 액정 디스플레이(LCD)는 2D 디스플레이들의 예들이다. 대조적으로, 본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'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 장면의 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(3D) 디스플레이로도 언급될 수 있다.
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 대해 상이한 뷰 방향들(16)로 제공한다. 뷰 방향들(16)은 스크린(12)으로부터 여러 상이한 주 각도 방향들(principal angular directions)로 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 단순화를 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 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 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 방향 또는 간략히 '방향'을 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 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 위해 단지 2개의 상이한 뷰들만을 포함하는 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이와는 명백히 구분된다. 그러나, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티뷰 이미지들 및 멀티뷰 디스플레이들은 3개 이상의 뷰들을 포함할 수 있지만, 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 서브 픽셀들 또는 '뷰(view)' 픽셀들의 세트로서 정의된다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각의 뷰 픽셀에 대응되거나 그 뷰 픽셀을 나타내는 개별 뷰 픽셀들을 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 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 위치하는 개별 뷰 픽셀들을 가질 수 있고, 제 2 멀티뷰 픽셀은 상이한 뷰들 각각의 {x2, y2}에 위치하는 개별 뷰 픽셀들을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티뷰 픽셀의 뷰 픽셀들의 개수는 멀티뷰 디스플레이의 뷰들의 개수와 동일할 수 있다.
본 명세서에서, '도광체(light guide)'는 내부 전반사(total internal reflection; TIR)를 이용하여 그 내에서 광을 안내하는 구조물로서 정의된다. 특히, 도광체는 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. 다양한 예들에서, '도광체(light guide)'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 경계에서 광을 안내하기 위해 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 위해 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(piecewise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향면들)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 섹션 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 위해 판 도광체 내에서 내부 전반사가 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에 정의된 바와 같이, 안내된 광의 '0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)'는 도광체의 안내 표면에 대한 각도이다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 0이 아닌 전파 각도는 0보다 크고 도광체 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 또한, 도광체 내의 내부 전반사의 임계각보다 작게 선택되는 한, 특정한 0이 아닌 전파 각도가 특정한 구현을 위해 선택(예를 들어, 임의로)될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 광은 안내된 광의 0이 아닌 전파 각도로 도광체에 유입되거나 커플링(coupling)될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 광을 도광체 내부로 커플링함으로써 생성된 안내된 '광빔(light beam)' 또는 대등하게는 안내된 광은 시준된 광빔일 수 있다. 본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로 광빔의 광선들이 광빔 내에서 실질적으로 서로 평행한 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 발산되거나 산란되는 광의 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다.
본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들(diffractive features))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 의해 도광체로부터 광을 산란시킬 수 있다는 점에서 '회절적 산란(diffractive scattering)'을 야기할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 특징부들은 '회절 특징부들(diffractive features)'로 언급되고, 재료 표면(즉, 2개의 재료들 간의 경계)에, 표면 내에 및 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)로부터의 광을 광빔으로서 회절적으로 산란 또는 커플 아웃(couple out)시키기 위해 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, m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 간의 거리 또는 간격, θ i 는 회절 격자 상의 광의 입사각이다. 단순화를 위해, 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(50)을 도시한다. 입사 광빔(50)은 도광체(40) 내의 안내된 광의 빔(즉, 안내된 광빔)일 수 있다. 또한, 도 2에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 회절 격자(30)에 의해 회절적으로 생성되고 커플 아웃된 지향성 광빔(60)이 도시되었다. 지향성 광빔(60)은 식(1)으로 주어진 바와 같은 회절각(θ m )(또는 본 명세서에서 '주 각도 방향(principal angular direction)')을 갖는다. 회절각(θ m )은 회절 격자(30)의 회절 차수 'm'에 대응될 수 있으며, 예를 들어 회절 차수(m)는 1(즉, 1차 회절 차수)일 수 있다.
본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 일부 실시 예에서, 멀티빔 소자는 백라이트의 도광체에 광학적으로 결합되어 도광체 내에서 안내된 광의 일부를 커플 아웃(couple out) 또는 산란시킴으로써 복수의 광빔들을 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의해 생성된 복수의 광빔들 중 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 광빔들 중 소정의 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 따라서, 본 명세서의 정의에 의하면, 광빔은 '지향성 광빔(directional light beam)'으로 언급되고, 복수의 광빔들은 '복수의 지향성 광빔들'을 의미할 수 있다.
또한, 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, 광빔들의 정해진 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 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, 면적 등)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성에 의해 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, 도 1b와 관련하여 전술한 바와 같이, 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의해 생성되는 지향성 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. 예를 들어, 시준기는 시준 거울 또는 반사체, 시준 렌즈, 회절 격자, 테이퍼형(tapered) 도광체 및 이의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 다양한 실시 예들에 따르면, 시준기에 의해 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 광의 시준을 제공하는 형상 또는 유사한 시준 특성을 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 대해 +/- σ 도) 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 절반만큼으로 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 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. 다른 예에서, 복수의 광학 방출기들은 광원의 폭에 걸쳐 일렬로 또는 어레이로서 배열될 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, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 하나 이상의 멀티빔 소자를 의미하며, 따라서 '상기 멀티빔 소자'는 '상기 멀티빔 소자(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 위해 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 개시된 원리들에 따르면, 광원이 제공된다. 도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 광원(100)의 단면도를 도시한다. 도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 3a의 광원(100)의 일부의 확대 단면도를 도시한다. 특히, 도 3a 및 도 3b는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 보다 상세히 후술될 바와 같이 예를 들어 멀티뷰 백라이트에서 유용한 광원들(100)의 실시 예를 묘사한다.
다양한 실시 예들에 따르면, 광원(100)은 광학 방출기(110)를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 광학 방출기(110)는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 광학 방출기들 중 임의의 것일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 방출기(110)는 광원(100)의 폭에 걸쳐 또는 수평 방향(y-방향)으로 분포된 복수의 광학 방출기들을 포함할 수 있거나 광학 방출기들의 어레이(예를 들어, LED 어레이)를 포함할 수 있다. 광학 방출기(110)는 광을 방출광(112)으로서 방출하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 방출광(112)은 광학 방출기(110)에 의해 광원(100)의 출력 개구(102)를 향하는 일반적인 방향으로 지향될 수 있다. 여기서 광학 방출기(110)가 LED를 포함하는 경우, 광원(100)은 LED 패키지(package)로 지칭될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 광학 방출기(110)는 비교적 시준되지 않은 형태로 또는 비교적 넓은 빔 폭(예를 들어, 약 90도 초과)을 갖는 광의 빔으로서 방출광(112)을 제공할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 방출광(112)의 방출 패턴은 램버시안(Lambertian) 분포, 즉 도 3a에 도시된 바와 같은 단일 로브(lobe)를 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 광원(100)은 방출 제어 층(120)을 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도시된 바와 같은), 방출 제어 층(120)은 제 1 복수의 차광(light-blocking) 소자들(122) 및 제 2 복수의 차광 소자들(124)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 제 1 복수의 차광 소자들(122) 또는 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122)은 출력 개구(102)에서 수직 방향으로, 예를 들어 z-축을 따라 서로 이격되어 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 2 복수의 차광 소자들(124) 또는 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 출력 개구(102)로부터 변위되어(displaced) 있으며 제 1 복수의 차광 소자들(122)과 인터리빙되어(interleaved) 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에서 제 2 복수의 차광 소자들(124)은 x-축을 따라 광학 방출기(110)를 향해 변위되어 있는 것으로 도시되었다. 또한, 도시된 바와 같이, 제 2 복수의 차광 소자들 중 개별 차광 소자(124)는 제 1 복수의 차광 소자들 중 개별 차광 소자들(122) 사이에 인터리빙되어 있다. 이와 같이, 도 3a의 x-방향에서 고려하면, 개별 차광 소자들(124)은 개별 차광 소자들(122) 사이의 공간들과 정렬되어 있고, 즉 제 2 복수의 차광 소자들(124)은 도시된 바와 같이 x-방향으로부터 고려하면 z-방향을 따라 제 1 복수의 차광 소자들(122)과 인터리빙되어 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 방출 제어 층은 제 1 복수의 차광 소자들(122) 및 제 2 복수의 차광 소자들(124) 중 차광 소자들(122, 124) 간의 간극들(120a, 120b)을 통해 방출광(112)의 일부를 투과시키도록 구성된다. 방출광의 일부의 투과는 수직 방향으로, 예를 들어 도시된 바와 같이 z-방향으로 이분 방출 패턴을 갖는 광원(100)의 출력 개구(102)에서의 출력광(104)을 제공하도록 구성된다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 출력광의 이분 방출 패턴은 수직 방향(z-방향)에서 양의 각도를 갖는 제 1 로브(104a) 및 수직 방향(z-방향)에서 음의 각도를 갖는 제 2 로브(104b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력광(104)의 이분 방출 패턴의 제 1 로브(104a)는 제 1 간극들(120a)의 세트를 통해 투과되는 방출광(112)의 일부를 포함할 수 있고, 방출광(112)의 다른 일부가 투과되는 제 2 간극들(120b)의 세트는 제 2 로브(104b)의 출력광(104)을 제공할 수 있다. 또한, 이분 방출 패턴의 제 1 및 제 2 로브들(104a, 104b)의 양의 각도와 음의 각도는 출력 개구(102)의 표면 법선, 즉 도 3a에 도시된 바와 같은 x-축에 대해 x-z 평면에서 정의되는 각도들일 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 차광 소자들(122, 124)은 광의 투과를 차단하거나 적어도 실질적으로 차단하는 사실상 임의의 불투명 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차광 소자들(122, 124)은 흑색 페인트 또는 흑색 잉크를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 차광 소자들(122, 124)은 불투명한 투명 재료, 층 또는 스트립(strip)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 차광 소자들(122, 124)은 반사성 재료를 포함할 수 있다. 특히, 차광 소자들(122, 124)은 반사성 금속(예를 들어, 알루미늄, 금, 은, 구리, 니켈 등) 및 반사성 금속-중합체 조성물(composite)(예를 들어, 알루미늄-중합체 조성물) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 차광 소자들(122, 124)은 동일한 재료를 포함할 수 있다(예를 들어, 둘 다 반사성 금속이거나 반사성 금속-중합체 조성물일 수 있음). 다른 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122)의 재료들 및 재료 특성들은 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(124)의 재료들 및 재료 특성들과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 복수의 차광 소자들(122)은 반사성 재료를 포함할 수 있고, 제 2 복수의 차광 소자들(124)은 불투명하지만 실질적으로 반사성이 아닌 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 제 1 및 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122, 124)은 재료(예를 들어, 불투명 재료, 반사성 재료 등)의 스트립들(strips)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층(120)의 사시도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 복수의 차광 소자들(122)은, 예를 들어 출력 개구(102)의 평면에서, z-방향으로 서로 이격된 불투명 재료의 스트립들을 포함한다. 도 4에 도시된 제 2 복수의 차광 소자들(124)은 x-방향으로 제 1 복수의 차광 소자들의 평면으로부터 변위되어 있다. 또한, 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(124) 또한 제 1 복수의 차광 소자들(122)과 인터리빙되도록 z-방향으로 서로 이격된 불투명 재료의 스트립들을 포함한다. 또한 도 4에는, 제 1 복수의 차광 소자들(122) 및 제 2 복수의 차광 소자들(124) 중 차광 소자들(122,124) 간의 제 1 및 제 2 간극들(120a, 120b)이 도시되었다.
일부 실시 예들에 따르면, 방출 제어 층은 광학 방출기와 출력 개구 사이에 투명 재료의 시트 또는 층을 더 포함할 수 있으며, 투명 재료 층은 출력 개구에 인접한 투명 재료 층의 표면에서 수평 방향으로 배향된 복수의 홈들을 갖는다. 도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층(120)의 사시도를 도시한다. 특히, 도 5는 투명 재료(126)의 표면에서 수평 방향(y-방향)으로 배향된 홈들(128)을 갖는 투명 재료(126)의 층을 포함하는 방출 제어 층(120)을 도시한다. 이러한 실시 예들에 따르면, 제 1 복수의 차광 소자들(122) 중 차광 소자들(122)은, 예를 들어 도시된 바와 같이, 복수의 홈들 중 홈들(128) 사이의 투명 재료 층의 표면 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 이러한 실시 예들 중 일부에 따르면, 제 2 복수의 차광 소자들(124) 중 차광 소자들(124)은 복수의 홈들 중 홈들(128) 각각의 하단 상에 또는 하단에 배치된 차광 재료의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 차광 소자들(122, 124)을 제공하기 위해 반사성 재료(예를 들어, 반사성 금속 또는 반사성 금속-중합체 조성물)의 층은, 홈들(128)의 하단 상에 그리고 홈들(128) 사이의 투명 재료(126)의 층의 표면 상에 (예를 들어, 스퍼터(sputter) 증착, 증발 증착, 프린팅 등에 의해) 제공되거나 증착될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 투명 재료 층의 투명 재료(126)는 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), 및 이와 유사한 기타의 유전체 재료들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 사실상 임의의 광학적으로 투명한 또는 실질적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 홈들(128)은 다양한 형상들 및 구성들을 갖는 측벽들을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 홈들 중 홈(128)의 측벽은 투명 재료 층의 표면에 수직이거나 실질적으로 수직일 수 있다. 다른 예에서, 복수의 홈들 중 홈(128)의 측벽은 만곡된(curved) 형상을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 측벽의 경사는 양수 또는 음수일 수 있고, 홈(128)의 각각의 측벽은 서로 동일한 형상을 갖거나 상이한 형상을 가질 수 있다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층(120)의 투명 재료(126)의 층 내의 홈(128)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 6a는 수직 측벽들(128a)을 갖는 홈(128)을 도시한다. 또한 도 6a에는, 복수의 홈들 중 홈들(128) 사이의 투명 재료의 표면 상의 제 1 복수의 차광 소자들(122)의 차광 소자들(122), 및 홈들(128)의 하단 상의 또는 하단의 제 2 복수의 차광 소자들(124)의 차광 소자들(124)이 도시되었다. 예를 들어 도 6a에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 복수의 차광 소자들 각각의 차광 소자들(122, 124)의 폭은 수직 측벽들(128a)로 인해여 실질적으로 유사할 수 있다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층(120)의 투명 재료(126)의 층 내의 홈(128)의 단면도를 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 홈(128)은 만곡된 측벽들(128b)을 갖는다. 도 6b는 또한, 복수의 홈들 중 홈들(128) 사이의 투명 재료의 표면 상의 제 1 복수의 차광 소자들의 차광 소자들(122), 및 홈들(128)의 하단 상의 또는 하단의 제 2 복수의 차광 소자들의 차광 소자들(124)을 도시한다.
도 6c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 또 다른 실시 예에 따른 일 예로서 방출 제어 층(120)의 투명 재료(126)의 층 내의 홈(128)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 6c는 경사진 측벽들(128c)을 갖는 홈(128)을 도시한다. 제한이 아닌 예로서 도시된 바와 같이, 도 6c에 도시된 경사진 측벽들(128c)은 음의 경사를 갖는다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 음의 경사로 인해, 홈들(128) 하단의 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(124)은 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122)보다 더 넓다. 경사진 측벽들(128c)이 양의 경사를 갖는다면(미도시), 제 2 복수의 차광 소자들(124) 중 차광 소자들(124)은 일반적으로 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122)보다 더 좁을 것이라는 점에 유의한다.
일부 실시 예들에서(미도시), 예를 들어 제 1 복수의 차광 소자들(122) 및 제 2 복수의 차광 소자들(124) 중 하나 또는 둘 다의 차광 소자들(122, 124)이 반사성 재료를 포함하는 경우, 방출 제어 층(120)은 차광 소자들(122, 124)에 의해 반사되는 광을 재순환(recycle)하도록 구성될 수 있다. 특히, 차광 소자들(122, 124)은 방출광(112)의 일부를 출력 개구(102)로부터 멀리 그리고 광학 방출기(110)를 향해 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 반사된 일부는 광학 방출기(110)에 의해 재순환되어 방출 제어 층(120)을 향해 재지향될 수 있다. 예를 들어, 광학 방출기(110)는 반사된 일부를 출력 개구(102)를 향해 다시 재지향시키는 반사체 또는 반사성 산란 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사체는 광학 방출기(110)의 하우징(housing)의 일부일 수 있다. 다른 예에서, 방출 제어 층(120)은 선택적으로 반사시키고 반사된 일부를 광원(100)의 출력 개구(102)를 향해 다시 재지향시키도록 구성된, 예를 들어 방출 제어 층(120)의 입력 표면 상의, 반사체 또는 부분적 반사 층을 포함할 수 있다. 부분적 반사 층의 예는 반사성 편광자(polarizer) 및 소위 반투명(half-silvered) 거울을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다양한 실시 예들에 따르면, 반사된 일부를 재순환시키는 것은 광원의 개선된 휘도 또는 증가된 전력 효율을 초래할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 차광 소자들(122, 124)의 크기 또는 폭, 제 1 복수의 차광 소자들(122)과 제 2 복수의 차광 소자들(124) 간의 변위 또는 분리, 및 제 1 복수의 차광 소자들 및 제 2 복수의 차광 소자들의 차광 소자들(122, 124)의 개수 중 하나 이상이 이분 방출 패턴을 특성들을 제어하기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 변위 또는 분리를 선택하거나 변경함으로써, 이분 방출 패턴의 제 1 및 제 2 로브들(lobes 104a, 104b)의 각도가 조정될 수 있다. 다른 예에서, 차광 소자들(122, 124)의 폭에 의해 제 1 및 제 2 로브들(104a, 104b)의 확산 각도(spread angle)가 결정될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들 및 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122, 124)의 폭은 약 5 마이크로미터(5μ) 내지 약 50 마이크로미터(50μ) 사이일 수 있다. 예를 들어, 차광 소자들(122, 124) 각각의 폭은 약 25 마이크로미터(25μ)일 수 있다. 다른 예들에서, 차광 소자들(122, 124)의 폭은 약 10 마이크로미터(10μ) 내지 약 40 마이크로미터(40μ) 사이일 수 있거나 약 20 마이크로미터(20μ) 내지 약 30 마이크로미터(30μ) 사이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들(122)과 제 2 복수의 차광 소자들(124) 간의 변위 또는 분리는 약 5 마이크로미터(5μ) 내지 약 50 마이크로미터(50μ) 사이일 수 있다. 예를 들어, 제 1 복수의 차광 소자들(122)과 제 2 복수의 차광 소자들 간의 변위는 약 25 마이크로미터(25μ)일 수 있다. 다른 예들에서, 변위는 약 10 마이크로미터(10μ) 내지 약 40 마이크로미터(40μ) 사이일 수 있거나 약 20 마이크로미터(20μ) 내지 약 30 마이크로미터(30μ) 사이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들에는 약 3개 내지 약 50개 사이의 차광 소자들(122)이 있을 수 있거나 제 2 복수의 차광 소자들에는 약 2개 내지 약 49개 사이의 차광 소자들(124)이 있을 수 있다. 예를 들어, 제 1 복수의 차광 소자들에 약 8개의 차광 소자들(122) 및 제 2 복수의 차광 소자들에 약 7개의 차광 소자들(124)이 있을 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들 및 제 2 복수의 차광 소자들 각각의 차광 소자들(122, 124)은 동일한 폭을, 예를 들어 50 퍼센트(50%)의 듀티 사이클(duty cycle)을, 갖는다. 다른 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122)의 폭은 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(124)의 폭과 상이할 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 차광 소자의 폭의 듀티 사이클은 약 1 퍼센트(1%) 내지 약 75 퍼센트(75%) 사이의 범위일 수 있다. 듀티 사이클이 50 퍼센트(50%)가 아닌 경우 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(122)의 폭은 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들(124)의 폭보다 크거나 작을 수 있으며, 즉 일부 실시 예들에서 듀티 사이클은 양수이거나 음수일수 있다는 점에 유의한다. 또한, 전술한 폭의 치수는 약 400 마이크로미터(400μ)의 도광체 두께를 기준으로 하며, 다른 도광체, 예를 들어 후술되는 도광체(210)의 두께에 따라 조정될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 광원(100)은 멀티뷰 백라이트와 같은 백라이트에 광을 제공하는 데 이용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 특히, 본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 전술한 광원(100)과 실질적으로 유사한 광원을 포함하는 멀티뷰 백라이트가 제공된다.
도 7a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(200)의 단면도를 도시한다. 도 7b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(200)의 사시도를 도시한다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 멀티뷰 백라이트(200)는 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들(202)을 (예를 들어, 광 필드로서) 제공하도록 구성된다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 제공되는 지향성 광빔들(202)은 멀티뷰 디스플레이의 각각의 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들로 멀티뷰 백라이트(200)로부터 멀어지도록 지향된다. 일부 실시 예들에서, 지향성 광빔들(202)은 3D 컨텐츠를 갖는 정보의 디스플레이를 용이하게 하기 위해 (예를 들어, 후술되는 바와 같은 광 밸브들을 이용하여) 변조될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(200)는 도광체(210)를 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(210)는 판(plate) 도광체일 수 있다. 도광체(210)는 도광체(210)의 길이를 따라 광을 안내된 광(204)으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 도광체(210)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 제 2 굴절률보다 더 큰 제 1 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절률들의 차이는 도광체(210)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 안내된 광(204)의 내부 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 도광체(210)는 광학적으로 투명한 유전체 재료의 연장된, 실질적으로 평면형 시트를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로일 수 있다. 실질적으로 평면형 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광(204)을 안내하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 도광체(210)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(210)는 도광체(210)의 표면(예를 들어, 상단 표면 및 하단 표면 중 하나 또는 모두)의 적어도 일부 상에 클래딩 층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 클래딩 층은 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(210)는 도광체(210)의 제 1 안내 표면(210')(예를 들어, '전방' 표면 또는 앞쪽)과 제 2 안내 표면(210")(예를 들어, '후방' 표면 또는 뒤쪽) 사이에서 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라 안내된 광(204)을 안내하도록 구성된다. 일부 실시 예들에 따르면, 안내된 광(204)은 또한 시준 계수(σ)에 따라 안내될 수 있다. 본 명세서의 정의에 따라, '0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)'는 도광체(210)의 안내 표면(예를 들어, 제 1 안내 표면(210') 또는 제 2 안내 표면(210"))에 대한 각도이다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 0이 아닌 전파 각도는 0보다 크고 도광체(210) 내의 내부 전반사의 임계각보다 작다. 도 7a에서, 굵은 화살표는 도광체(210) 내의 안내된 광(204) 중 안내된 광(예를 들어, x-방향으로 지향되는)의 전파 방향(203)을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(200)는 안내된 광(204)으로서 도광체(210) 내에서 안내될 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 제공하도록 구성된 광원(220)을 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 광원(220)은 도광체(210)의 입력 에지(edge)에 광학적으로 결합되며, 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 입력 에지를 통해 도광체(210) 내부로 유입시키도록 구성된다. 유입되어 도광체(210)에 의해 안내되면, 출력광은 또한 이분 방출 패턴을 갖거나 포함하는 안내된 광(204)이 되거나 그 역할을 한다. 특히, 도시된 바와 같이, 이분 방출 패턴은 도광체(210)의 제 1 안내 표면(210')을 향하는 각도를 갖는 제 1 로브(204a) 및 도광체(210)의 제 2 안내 표면(210")을 향하는 각도를 갖는 제 2 로브(204b)를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 1 및 제 2 로브들(204a, 204b)의 각도들은 안내된 광(204)의 0이 아닌 전파 각도들에 대응될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 광원(220)은 전술한 광원(100)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 광원(220)은 광학 방출기(222) 및 방출 제어 층(224)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 광학 방출기(222)는 전술한 광원(100)의 광학 방출기(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시 예들에 따르면, 방출 제어 층(224)은 광원(100)과 관련하여 전술한 방출 제어 층(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 방출 제어 층(224)은 제 1 복수의 차광 소자들 및 제 2 복수의 차광 소자들을 포함하며, 제 2 복수의 차광 소자들은 제 1 복수의 차광 소자들로부터 떨어져 변위되어 있으며 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙되어 있다. 방출 제어 층(224)은 광학 방출기(222)에 의해 방출되는 광을 제 1 및 제 2 복수의 차광 소자들 각각의 차광 소자들 간의 간극들을 통해 투과시킴으로써 이분 방출 패턴을 갖는 출력광으로 변환한다.
다양한 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은), 멀티뷰 백라이트(200)는 도광체(210)의 길이를 따라 또는 일반적으로 도광체(210)에 걸쳐 서로 이격된 멀티빔 소자들(230)의 어레이를 더 포함한다. 특히, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(230)은 유한한 공간만큼 서로 분리되어 있으며, 도광체의 길이를 따라 개별적이고 구분되는 소자들을 나타낸다.
일부 실시 예들에 따르면, 어레이의 멀티빔 소자들(230)은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 멀티빔 소자들(230)은 선형 1D 어레이로서 배열될 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자들(230)의 어레이는 직사각형 2D 어레이 또는 심지어 원형 2D 어레이로서 배열될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 어레이(즉, 1D 또는 2D 어레이)는 규칙적인 또는 균일한 어레이일 수 있다. 특히, 멀티빔 소자들(230) 간의 소자간 거리(예를 들어, 중심간 거리 또는 간격)는 어레이에 걸쳐 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 다른 예들에서, 멀티빔 소자들(230) 간의 소자간 거리는 어레이에 걸쳐 변할 수 있거나, 도광체(210)의 길이를 따라 변할 수 있거나, 또는 이들 둘 다에 해당할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자(230)는 안내된 광(204)의 일부를 지향성 광빔들(202)로서 커플 아웃시키거나 산란시키도록 구성된다. 특히, 도 7a 및 도 7b는 지향성 광빔들(202)을 도광체(210)의 제 1(또는 전방) 안내 표면(210')으로부터 멀어지도록 지향되는 것으로 묘사된 복수의 발산하는 화살표들로서 도시한다. 일부 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같은), 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(230)은 도광체(210)의 제 1 안내 표면(210')에 위치할 수 있다. 다른 실시 예들에서(미도시), 멀티빔 소자들(230)은 도광체(210) 내부에 위치할 수 있다. 또 다른 실시 예들에서(미도시), 멀티빔 소자들(230)은 도광체(210)의 제 2 안내 표면(210")에 또는 제 2 안내 표면(210") 상에 위치할 수 있다. 또한, 멀티빔 소자(230)의 크기는 멀티뷰 백라이트(200)를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브의 크기와 유사할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 또한 제한이 아닌 예로서 (예를 들어, 멀티뷰 디스플레이의) 광 밸브들(206)의 어레이를 도시한다. 다양한 실시 예들에서, 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들, 및 전기 습윤 기반의 또는 이를 이용하는 광 밸브들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 상이한 유형의 광 밸브들 중 임의의 것이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(206)로서 이용될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자들(230)의 어레이의 각각의 멀티빔 소자(230)에 대해 하나의 고유한 광 밸브들(206)의 세트가 존재할 수 있다. 예를 들어, 광 밸브 어레이는 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 지향성 광빔들(202)을 변조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소정의 고유한 광 밸브들(206)의 세트는, 멀티뷰 이미지를 디스플레이하도록 구성되며 지향성 광빔들(202)을 제공하기 위해 멀티뷰 백라이트(200)를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 소정의 멀티뷰 픽셀(206')에 대응될 수 있다.
본 명세서에서, '크기'는 길이, 폭 또는 면적을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 방식들 중 임의의 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 광 밸브(예를 들어, 광 밸브(206))의 크기는 그 길이일 수 있고, 멀티빔 소자(230)의 유사한 크기는 또한 멀티빔 소자(230)의 길이일 수 있다. 다른 예에서, 크기는 면적을 지칭할 수 있고, 멀티빔 소자(230)의 면적은 광 밸브의 면적과 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(230)의 크기는 광 밸브의 크기와 유사하고, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 25퍼센트(25%) 내지 약 200 퍼센트(200%) 사이이다. 예를 들어, 멀티빔 소자의 크기를 's'로 나타내고 광 밸브의 크기를 'S'로 나타내면(예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이), 멀티빔 소자의 크기(s)는 식(1)으로 주어질 수 있다.
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(2)
다른 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 50 퍼센트(50%) 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 60 퍼센트(60%) 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 70 퍼센트(70%) 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 80 퍼센트(80%) 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 90 퍼센트(90%) 초과이며, 멀티빔 소자는 광 밸브의 크기의 약 180 퍼센트(180%) 미만, 또는 광 밸브의 크기의 약 160 퍼센트(160%) 미만, 또는 광 밸브의 크기의 약 140 퍼센트(140%) 미만, 또는 광 밸브의 크기의 약 120 퍼센트(120%) 미만이다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자(230)와 광 밸브의 유사한 크기들은, 멀티뷰 디스플레이의 또는 대등하게는 멀티뷰 이미지의 뷰들 간의 중첩을 감소시키면서(또는 일부 예들에서는 최소화시키면서), 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 암 영역들(dark zones)을 감소시키도록(또는 일부 예들에서는 최소화시키도록) 선택될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들(230)은 안내된 광(204)의 일부를 커플 아웃시키도록 구성된 다수의 상이한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 구조물들은, 회절 격자들, 미세 반사(micro-reflective) 소자들, 미세 굴절(micro-refractive) 소자들, 또는 이의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(230)는 안내된 광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(202)로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(230)는 안내된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들(202)로서 반사적으로 커플 아웃시키도록 구성되고, 미세 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자(230)는 안내된 광의 일부를 굴절에 의해 또는 굴절을 이용하여 복수의 지향성 광빔들(202)로서 커플 아웃(즉, 안내된 광의 일부를 굴절적으로 커플 아웃)시키도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 광원(220)의 광학 방출기는 전술한 광학 방출기(110)와 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 광원(220)의 광학 방출기는, 하나 이상의 발광 다이오드(LED) 또는 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광의 원천을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(220)은 특정한 컬러로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색(monochromatic) 광을 생성하도록 구성될 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(220)은 실질적으로 광대역 또는 다색(polychromatic) 광을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원으로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 광원(220)은, 예를 들어 광원(110)과 관련하여 전술한 바와 같이, 백색광을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(220)은 광의 상이한 컬러들을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들, 예를 들어 복수의 광원들(220)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상이한 광학 방출기들은 광의 상이한 컬러들 각각에 대응되는 안내된 광(204)의 상이한, 컬러별, 0이 아닌 전파 각도들을 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티뷰 백라이트(200)는, 이분 방출 패턴을 갖는 안내된 광(204)의 전파 방향(203)에 직교하게 도광체(210)를 관통하는 방향의 광에 대해 실질적으로 투명하도록 구성된다. 특히, 일부 실시 예들에서, 도광체(210) 및 멀티빔 소자 어레이의 이격된 멀티빔 소자들(230)은 광이 제 1 안내 표면(210') 및 제 2 안내 표면(210'') 둘 다를 통해 도광체(210)를 통과할 수 있게끔 한다. 투명성은, 적어도 부분적으로, 멀티빔 소자들(230)의 비교적 작은 크기 및 멀티빔 소자(230)의 비교적 큰 소자 간 간격(예를 들어, 멀티뷰 픽셀들(206)과의 일대일 대응) 둘 다로 인해 용이해질 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 특히 멀티빔 소자들(230)이 회절 격자들을 포함하는 경우, 멀티빔 소자들(230)은 또한 안내 표면들(210', 210")에 직교하게 전파하는 광에 대해 실질적으로 투명할 수 있다. 예를 들어, 투명성은 광각 방출광을 제공하기 위해 제 2 안내 표면(210'')에 인접한 광각 백라이트의 통합 및 이용을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광각 방출광은, 멀티뷰 백라이트(200) 및 광각 백라이트 둘 다를 포함하는 멀티뷰 디스플레이 상에 2차원(2D) 이미지들을 디스플레이하는 데 이용될 수 있다.
도 8은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(300)의 블록도를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(300)는 이분 방출 패턴 광원(310)을 포함한다. 이분 방출 패턴 광원(310)은 광을 방출하도록 구성된 광학 방출기를 포함한다. 이분 방출 패턴 광원(310)은 광학 방출기에 의해 방출되는 광을 이분 방출 패턴을 갖는 출력광(302)으로 변환하도록 구성된 방출 제어 층을 더 포함한다.
도 8에 도시된 멀티뷰 백라이트(300)는 도광체(320)를 더 포함한다. 도광체(320)는 출력광(302)을 수신하고 안내된 광으로서 안내하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 출력광(302)의 이분 방출 패턴은 도광체의 제 1 안내 표면을 향해 각도를 이룬(angled) 제 1 로브 및 도광체(320)의 제 2 안내 표면을 향해 각도를 이룬 제 2 로브를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 도광체(320)는 전술한 바와 같은 멀티뷰 백라이트(200)의 도광체(210)와 실질적으로 유사할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(300)는 멀티빔 소자들(330)의 어레이를 더 포함한다. 멀티빔 소자들(330)의 어레이는, 멀티뷰 백라이트(300)를 이용하는 멀티뷰 디스플레이 상에 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(304)로서, 안내된 광의 일부를 산란시키도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자(330)는 상이한 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들(304)을 개별적으로 제공하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 이분 방출 패턴 광원(310)은 전술한 광원(100)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 광학 방출기는 광원(100)과 실질적으로 유사할 수 있으며, 방출 제어 층은 전술한 광원(100)의 방출 제어 층(120)과 실질적으로 유사할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시 예들에서, 방출 제어 층은 이분 방출 패턴 광원의 출력 개구에서 수직 방향으로 서로 이격된 제 1 복수의 차광 소자들을 포함할 수 있다. 또한, 방출 제어 층은, 출력 개구로부터 변위되고 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙된 제 2 복수의 차광 소자들을 포함할 수 있다. 이러한 실시 예들 중 일부에서, 수직 방향은 도광체(320)의 제 1 및 제 2 안내 표면들 중 하나 또는 둘 다에 대해 수직이거나 일반적으로 수직이다. 다양한 실시 예들에 따르면, 방출 제어 층은, 이분 방출 패턴을 갖는 출력 개구에서의 출력광(302)을 제공하기 위해, 광학 방출기에 의해 방출되는 광의 일부를 제 1 복수의 차광 소자들 및 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들 간의 간극들을 통해 투과시키도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 방출 제어 층은 광학 방출기와 출력 개구 사이에 투명 재료의 층을 더 포함하며, 투명 재료 층은 출력 개구에 인접한 투명 재료 층의 표면 내에 수평 방향으로 배향된 복수의 홈들을 갖는다. 이러한 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은, 복수의 홈들 중 홈들 사이의 투명 재료 층의 표면 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 실시 예들에서, 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 복수의 홈들 중 홈들 각각의 하단에 또는 하단 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함할 수 있다. 전술한 방출 제어 층(120)의 투명 재료(126)와 마찬가지로, 다양한 실시 예들에 따르면, 방출 제어 층의 투명 재료 층은 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리 등), 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트 등), 및 이와 유사한 기타의 유전체 재료들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 사실상 임의의 광학적으로 투명한 또는 실질적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 방출 제어 층의 제 1 복수의 차광 소자들 및 제 2 복수의 차광 소자들 중 하나 또는 둘 다의 차광 소자는 반사성 재료를 포함할 수 있다. 반사성 재료는 방출광의 일부를 출력 개구로부터 멀리 그리고 광학 방출기를 향해 반사시키도록 구성된다. 반사성 재료는 반사성 금속 및 반사성 금속-중합체 조성물(예를 들어, 알루미늄-중합체 조성물) 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 투명 재료 층을 포함하는 전술한 실시 예들에서, 반사성 재료는 홈들 사이의 투명 재료의 표면 상에 증착된 층일 수 있거나, 홈들의 하단에 또는 하단 상에 증착된 층일 수 있거나, 이들 둘 다에 해당할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 반사된 일부는 광학 방출기에 의해 재순환되어 방출 제어 층을 향해 재지향될 수 있다. 예를 들어, 광학 방출기의 반사체 또는 반사성 부재(member)는 반사된 일부를 방출 제어 층을 향해 다시 반사시켜 재순환을 제공하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시 예들에 따르면, 재순환은 이분 방출 패턴 광원(310)의 전체 효율 및 휘도 중 하나 또는 둘 다를 개선시킬 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도광체(320)는 멀티뷰 백라이트(200)와 관련하여 전술한 도광체(210)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도광체(210)는 판 도광체일 수 있다. 또한, 도광체(320)는 도광체의 제 1 및 제 2 안내 표면들 사이에서 내부 전반사(TIR)에 따라 광을 안내하도록 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 또한, 도광체(320)는 0이 아닌 전파 각도(예를 들어, 이분 방출 패턴의 제 1 및 제 2 로브들 중 하나 또는 둘 다에 대응되는 각도들)로 광을 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 도광체(320)는 광을 정해진 시준 계수를 갖는 시준된 광으로서 안내하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(320)의 유전체 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리 등), 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자들(330)의 어레이는 멀티뷰 백라이트(200)와 관련하여 전술한 멀티빔 소자들(230)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들(330)은 도광체(320)의 길이를 따라 또는 일반적으로 도광체(320)에 걸쳐 서로 이격되어 있을 수 있다. 또한, 멀티빔 소자들(230)은, 도광체(320)에 광학적으로 연결되고 안내된 광의 일부를 산란시키도록 구성된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(330)의 크기는 멀티뷰 백라이트(300)를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브들의 어레이의 광 밸브의 크기의 25 퍼센트(25%) 내지 200 퍼센트(200%) 사이일 수 있다.
일부 실시 예들에서(예를 들어, 도시된 바와 같은), 멀티뷰 백라이트(300)는 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 멀티뷰 디스플레이에서 이용될 수 있다. 도 8은 또한 멀티뷰 디스플레이(400)를 도시한다. 멀티뷰 디스플레이(400)는 멀티뷰 백라이트(300)를 포함하며, 광 밸브들(410)의 어레이를 추가적으로 포함한다. 광 밸브들(410)의 어레이는 복수의 지향성 광빔들 중 지향성 광빔들(304)을 변조하도록 구성되며, 변조된 지향성 광빔들(402)은 멀티뷰 이미지를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광 밸브들(410)의 어레이로부터 연장되는 점선 화살표들은 변조된 지향성 광빔들(402)을 나타낸다.
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 광원의 동작 방법이 제공된다. 도 9는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 광원의 동작 방법(500)의 흐름도를 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 광원의 동작 방법(500)은 광학 방출기를 이용하여 광을 방출(510)하는 단계를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광은 광원의 출력 개구를 향해 방출광으로서 방출(510)된다. 일부 실시 예들에서, 광학 방출기는 광원(100)과 관련하여 전술한 광학 방출기(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광학 방출기는 발광 다이오드(LED) 또는 LED들의 어레이를 포함할 수 있다. 광을 방출(510)하는 단계는 전술한 방출광(112)과 실질적으로 유사한 광을 생성할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 방법(500)은, 이분 방출 패턴을 갖는 출력 개구에서의 출력광을 제공하기 위해, 방출 제어 층의 차광 소자들 간의 간극들을 통해 방출광의 일부를 투과(520)시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 방출 제어 층 및 이분 방출 패턴은 광원(100)과 관련하여 전술한 방출 제어 층(120) 및 이분 방출 패턴(예를 들어, 제 1 및 제 2 로브들(104a, 104b))과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 방출 제어 층은, 출력 개구에서 수직 방향으로 서로 이격된 제 1 복수의 차광 소자들, 및 출력 개구로부터 변위되어 있고 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙된 제 2 복수의 차광 소자들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 간극들은 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들과 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들 사이에 있다.
일부 실시 예들에서, 차광 소자들은 반사성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 광원의 동작 방법(500)은, 재순환되어 방출 제어 층을 향해 재지향될 수 있도록, 방출광의 다른 일부를 광학 방출기를 향해 다시 반사시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시 예들에서, 방출 제어 층은 광학 방출기와 출력 개구 사이의 투명 재료의 층을 더 포함하며, 투명 재료 층은 출력 개구에 인접한 투명 재료 층의 표면 내에 수평 방향으로 배향된 복수의 홈들을 갖는다. 이러한 실시 예들에서, 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 복수의 홈들 중 홈들 사이의 투명 재료 층의 표면 상에 배치된 차광 재료(예를 들어, 불투명 재료 또는 반사성 재료)의 층을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 이러한 실시 예들에서, 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 복수의 홈들 중 홈들 각각의 하단 상에 배치된 차광 재료(예를 들어, 불투명 재료 또는 반사성 재료)의 층을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서(미도시), 광원의 동작 방법(500)은 도광체를 이용하여 광원으로부터 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 이분 방출 패턴의 제 1 로브는 도광체의 제 1 안내 표면을 향해 각도를 이룰 수 있고(angled), 이분 방출 패턴의 제 2 로브는 도광체의 제 2 안내 표면을 향해 각도를 이룰 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 멀티뷰 백라이트(200)의 도광체(210)와 실질적으로 유사할 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에서(미도시), 광원의 동작 방법(500)은 수신된 광을 도광체 내에서 이분 방출 패턴을 따르는 안내된 광으로서 안내하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안내된 광은 0이 아닌 전파 각도로 안내될 수 있거나, 정해진 시준 계수를 가질 수 있거나, 이들 둘 다에 해당할 수 있다.
또한, 광원의 동작 방법(500)은 안내된 광의 일부를 멀티빔 소자들의 어레이를 이용하여 복수의 지향성 광빔들로서 도광체로부터 산란시키는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 어레이에 의해 산란되는 복수의 광빔들 중 지향성 광빔들은 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자들의 어레이는 전술한 멀티뷰 백라이트(200)의 멀티빔 소자들(230)의 어레이와 실질적으로 유사할 수 있다.
이상에서는, 이분 방출 패턴을 제공하도록 구성된 광원, 이 광원을 이용하는 멀티뷰 백라이트, 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 제공하는 광원의 동작 방법의 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 의해 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수 많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (21)

  1. 광원으로서,
    상기 광원의 출력 개구를 향해 방출광으로서 광을 방출하도록 구성된 광학 방출기; 및
    상기 출력 개구에서 수직 방향으로 서로 이격된 제 1 복수의 차광 소자들, 및 상기 출력 개구로부터 변위되어 있고 상기 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙된(interleaved) 제 2 복수의 차광 소자들을 포함하는 방출 제어 층을 포함하되,
    상기 방출 제어 층은, 상기 수직 방향으로 이분(bifurcated) 방출 패턴을 갖는 상기 광원의 개구에서의 출력 광을 제공하기 위해, 상기 제 1 복수의 차광 소자들 및 상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들 사이의 간극(gap)들을 통해 상기 방출광의 일부를 투과시키도록 구성되는,
    광원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 방출기는 발광 다이오드이고,
    상기 방출광의 방출 패턴은 램버시안(Lambertian) 분포를 갖는,
    광원.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 방출기는 상기 출력 개구를 향해 광을 반사시키도록 구성된 반사체를 포함하는,
    광원.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 차광 소자들 및 상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 하나 또는 둘 다의 차광 소자는 반사성 재료를 포함하는,
    광원.
  5. 제 1 항에 있어서,
    방출 제어 층은 상기 광학 방출기와 상기 출력 개구 사이의 투명 재료의 층을 더 포함하고,
    상기 투명 재료 층은 상기 출력 개구에 인접한 상기 투명 재료 층의 표면 내에 수평 방향으로 배향된 복수의 홈들을 가지며,
    상기 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 상기 복수의 홈들 중 홈들 사이의 투명 재료 층의 표면 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함하고,
    상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 상기 복수의 홈들 중 홈들 각각의 하단 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함하는,
    광원.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광 재료는 반사성 금속 및 반사성 금속-중합체 조성물 중 하나를 포함하는,
    광원.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들 중 홈의 측벽은 상기 투명 재료 층의 표면에 대해 수직인,
    광원.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들 중 홈의 측벽은 만곡된(curved) 형상을 포함하는,
    광원.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이분 방출 패턴은 상기 수직 방향에서 양의 각도를 갖는 제 1 로브(lobe) 및 상기 수직 방향에서 음의 각도를 갖는 제 2 로브를 포함하는,
    광원.
  10. 제 1 항의 광원을 포함하는 멀티뷰 백라이트로서,
    광을 안내하도록 구성된 도광체 - 상기 광원은 상기 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 상기 도광체 내의 안내된 광으로서 제공하기 위해 상기 도광체의 입력 에지(edge)에 광학적으로 결합됨 -; 및
    상기 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 멀티빔 소자들의 어레이 - 상기 멀티빔 소자 어레이의 각각의 멀티빔 소자는 상기 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성됨 -; 를 포함하되,
    상기 이분 방출 패턴은 상기 도광체의 제 1 안내 표면을 향하는 각도를 갖는 제 1 로브 및 상기 도광체의 제 2 안내 표면을 향하는 각도를 갖는 제 2 로브를 포함하고,
    상기 제 2 표면은 상기 수직 방향에서 상기 제 1 표면에 대향되는,
    멀티뷰 백라이트.
  11. 멀티뷰 백라이트로서,
    광학 방출기, 및 상기 광학 방출기에 의해 방출되는 광을 이분 방출 패턴을 갖는 출력광으로 변환하도록 구성된 방출 제어 층을 포함하는 이분 방출 패턴 광원;
    상기 출력광을 수신하여 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체 - 상기 출력광의 이분 방출 패턴은 상기 도광체의 제 1 표면을 향해 각도를 이루는(angled) 제 1 로브 및 상기 도광체의 제 2 안내 표면을 향해 각도를 이루는 제 2 로브를 포함함 -; 및
    상기 안내된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 산란시키도록 구성된 멀티빔 소자들의 어레이
    를 포함하는, 멀티뷰 백라이트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방출 제어 층은 상기 이분 방출 패턴 광원의 출력 개구에서 수직 방향으로 서로 이격된 제 1 복수의 차광 소자들, 및 상기 출력 개구로부터 변위되어 있고 상기 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙된 제 2 복수의 차광 소자들을 포함하고,
    상기 수직 방향은 상기 도광체의 상기 제 1 및 제 2 안내 표면들 중 하나 또는 둘 다에 대해 수직이며,
    상기 방출 제어 층은, 상기 이분 방출 패턴을 갖는 상기 출력 개구에서의 출력광을 제공하기 위해, 상기 광학 방출기에 의해 방출되는 광의 일부를 상기 제 1 복수의 차광 소자들 및 상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들 간의 간극들을 통해 투과시키도록 구성되는,
    멀티뷰 백라이트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    방출 제어 층은 상기 광학 방출기와 상기 출력 개구 사이의 투명 재료의 층을 더 포함하고,
    상기 투명 재료 층은 상기 출력 개구에 인접한 상기 투명 재료 층의 표면 내에 수평 방향으로 배향된 복수의 홈들을 가지며,
    상기 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 상기 복수의 홈들 중 홈들 사이의 투명 재료 층의 표면 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함하고,
    상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 상기 복수의 홈들 중 홈들 각각의 하단 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함하는,
    멀티뷰 백라이트.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 차광 소자들 및 상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 하나 또는 둘 다의 차광 소자는, 상기 방출광의 일부를 상기 출력 개구로부터 멀리 그리고 상기 광학 방출기를 향해 반사시키도록 구성된 반사성 재료를 포함하고,
    상기 반사된 일부는 상기 광학 방출기에 의해 재순환되어 상기 방출 제어 층을 향해 재지향되는,
    멀티뷰 백라이트.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자의 크기는 상기 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브들의 어레이의 광 밸브의 크기의 25% 내지 200% 사이인,
    멀티뷰 백라이트.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자는, 상기 도광체에 광학적으로 연결되 상기 안내된 광의 일부를 산란시키도록 구성된 회절 격자, 미세 반사 소자 및 미세 굴절 소자 중 하나 이상을 포함하는,
    멀티뷰 백라이트.
  17. 제 11 항의 멀티뷰 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이로서,
    상기 복수의 지향성 광빔들 중 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하고,
    상기 변조된 광빔들은 멀티뷰 이미지를 나타내는,
    멀티뷰 디스플레이.
  18. 광원의 동작 방법으로서,
    광학 방출기를 이용하여 광을 방출하는 단계 - 상기 방출광은 상기 광원의 출력 개구를 향해 지향됨 -; 및
    이분 방출 패턴을 갖는 상기 출력 개구에서의 출력광을 제공하기 위해, 방출 제어 층의 차광 소자들 간의 간극들을 통해 상기 방출광의 일부를 투과시키는 단계를 포함하되,
    상기 방출 제어 층은 상기 출력 개구에서 수직 방향으로 서로 이격된 제 1 복수의 차광 소자들, 및 상기 출력 개구로부터 변위되어 있고 상기 제 1 복수의 차광 소자들과 인터리빙된(interleaved) 제 2 복수의 차광 소자들을 포함하고,
    상기 간극들은 상기 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들과 상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들 사이에 있는,
    광원의 동작 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 차광 소자들은 반사성 재료를 포함하고,
    상기 광원의 동작 방법은, 재순환되어 상기 방출 제어 층을 향해 재지향될 수 있도록, 상기 방출광의 다른 일부를 상기 광학 방출기를 향해 다시 반사시키는 단계를 포함하는,
    광원의 동작 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    방출 제어 층은 상기 광학 방출기와 상기 출력 개구 사이의 투명 재료의 층을 더 포함하고,
    상기 투명 재료 층은 상기 출력 개구에 인접한 상기 투명 재료 층의 표면 내에 수평 방향으로 배향된 복수의 홈들을 가지며,
    상기 제 1 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 상기 복수의 홈들 중 홈들 사이의 투명 재료 층의 표면 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함하고,
    상기 제 2 복수의 차광 소자들 중 차광 소자들은 상기 복수의 홈들 중 홈들 각각의 하단 상에 배치된 차광 재료의 층을 포함하는,
    광원의 동작 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    도광체를 이용하여 상기 광원으로부터 상기 이분 방출 패턴을 갖는 출력광을 수신하는 단계 - 상기 이분 방출 패턴의 제 1 로브는 상기 도광체의 제 1 안내 표면을 향해 각도를 이루고, 상기 이분 방출 패턴의 제 2 로브는 상기 도광체의 제 2 안내 표면을 향해 각도를 이룸 -;
    상기 수신된 광을 상기 도광체 내에서 안내된 광으로서 안내하는 단계; 및
    상기 안내된 광의 일부를 멀티빔 소자를 이용하여 복수의 지향성 광빔들로서 상기 도광체로부터 산란시키는 단계 - 상기 복수의 광빔들 중 지향성 광빔들은 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 가짐 -;
    를 더 포함하는, 광원의 동작 방법.
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