KR20220025921A - 조명 디바이스 - Google Patents

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KR20220025921A
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게랄드 푸테러
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스(SLM)를 조명하기 위한 조명 디바이스에 관한 것이다. 조명 디바이스는 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스(SLM)를 조명하기 위한 적어도 하나의 광원(LS)을 갖는 적어도 하나의 광원 디바이스; 광원(LS)으로부터 발광한 광이 전파하는 광 안내 소자(LG); 및 광 안내 소자(LG)의 상부 또는 내부에 배열되는 적어도 하나의 광 분리 소자(VG)를 포함한다. 적어도 하나의 광 분리 소자(VG)는 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 방향으로 광 안내 소자(LG) 내에서 전파하는 광의 웨이브 필드를 분리시키기 위해 제공된다. 광 안내 소자(LG)는 적어도 하나의 광 분리 소자(VG)의 굴절률보다 크게 낮거나 적어도 같은 굴절률을 갖는다. 광 분리 소자에 입사하는 웨이브 필드의 입사 각도는 광 분리 소자(VG)로부터 분리되는 평면파의 각도 스펙트럼이 조명 디바이스의 필요한 사용에 의존하는 미리 정해진 값을 갖도록 하는 굴절률 사이의 차에 의해 결정된다.

Description

조명 디바이스{ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은, 바람직하게는 2-차원 및/또는 3-차원 이미지를 디스플레이하기 위해 사용되는 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위한 적어도 하나의 광원을 갖는 적어도 하나의 광원 디바이스와, 광 도전 코어를 포함하는 바람직하게는 실질적으로 평면인 광 안내 소자 - 적어도 하나의 광원 디바이스는 광 안내 소자의 일 측면 상에 배치되고, 적어도 하나의 광원 디바이스의 적어도 하나의 광원으로부터 방출된 광은 광 안내 소자를 통해 면으로 전파함 - 와, 광 안내 소자의 상부 또는 내부에 배치되는 적어도 하나의 광 분리 소자 - 적어도 하나의 광 분리 소자는 광 안내 소자에서 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스 방향으로 전파하는 광의 웨이브 필드(wave field)의 분리를 위해 구비됨 - 를 포함하는 조명 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 또한 공간 광 변조기 디바이스의 입사 평면에서 존재하는 광의 강도 분포를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.
상세하게도, 본 발명은, 2-차원(2D) 및/또는 3-차원(3D) 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이에 바람직하게도 적용되는 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는데 사용되는 조명 디바이스에 관한 것이다. 2-차원 이미지 및 3-차원 이미지는 또한 2-차원 또는 3-차원 콘텐츠 또는 영화를 포함함을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 얇은 조명 디바이스는 예컨대 스테레오스코픽 디스플레이 디바이스, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(ASD) 또는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스, 상세하게는 이동 홀로그래픽 3-차원 디스플레이 디바이스 또는 대형 홀로그래픽 또는 오토-스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 사용할 수 있다.
조명 디바이스는 (각각 투과된 광 및 반사된 광 조명 디바이스로도 지칭되는) 백라이트 또는 프런트라이트로서 구비될 수 있으며, 일반적으로는 바람직하게는 직시형(direct-view) 디스플레이 디바이스인 광-투과성 또는 반사성 제어 가능한 공간 광 변조기 디바이스(SLM)를 조명하는 역할을 한다. 광은 간섭성 또는 인간섭성일 수 있다. 인간섭성 광으로 동작하는 디스플레이 디바이스는 바람직하게는 오토스테레오스코픽 3-차원 표시용 2-차원 디스플레이로서 사용된다. 간섭성 광은 예컨대 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 필요하다.
본 발명의 적용 분야는 바람직하게는 오토스테레오스코픽 및/또는 홀로그래픽 이미지의 3-차원 표시용 직시형 디스플레이 디바이스를 포함한다.
2-차원 이미지 또는 영화/비디오의 표시용인 상업적으로 구매 가능한 평평한 TV 디스플레이에서, 고해상도로 전체 표면의 밝고 균일한 조명을 실현해야 한다. 디스플레이 패널로 역할을 하는 공간 광 변조기 디바이스는 큰 각도 범위로 광을 방사하는데 필요하다. 그러한 디스플레이 디바이스의 많은 물리적 형태는 종래 기술에서 알려져 있다.
이들 형태 대부분은 평면 광학 광 안내 소자/도파관을 갖는다. 평면 광학 광 안내 소자는 일반적으로 적어도 하나의 광 도전 코어와 피복(cladding) 층을 포함한다. 투입된 광은 전반사(TIR)의 조건 하에서 광 빔 또는 웨이브 필드의 형태로 평면 광학 광 안내 소자를 통해 전파하며, 공간 광 변조기 디바이스를 조명하도록 출력된다. 대안적으로, 광은, 상이한 모드(m)의 소멸 웨이브 필드로서 피복 층을 통해 반사되어 출력되지 않고 도전된다.
최적으로 설계된 조명 디바이스를 실현할 수 있기 위해 백라이트 또는 프런트라이트 및 바람직하게도 평면 광학 광 안내 소자를 갖는 디스플레이 디바이스에서 많은 문제를 고려해야 한다. 첫째, 이것은, 광을 투입하고 출력하기 위한 메커니즘을 포함하는, 바람직하게는 평면 광학 광 안내 소자 자체의 물리적인 형태에 관한 것이다. 둘째, 이것은, 광을 공급하는 광원을 포함하는 광원 디바이스의 물리적인 형태에 관한 것이다.
평평한 TV 디스플레이와 대조적으로, 3-차원 정보 표시용 오토스테레오스코픽 또는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서의 조명 디바이스는 많은 또는 추가의 또는 상이한 요건을 만족해야 한다. 표시될 정보는 디스플레이 디바이스의 공간 광 변조기 디바이스 내에 기록된다. 광원에 의해 방사된 광은, 공간 광 변조기 디바이스 내에 기록되는 정보로 변조되며, 공간 광 변조기 디바이스는 종종 동시에 스크린 또는 디스플레이 패널로 역할한다. 그러므로, 광 빔의 공간 광 변조기 디바이스 상으로의 평행 입사를 엄격하게 보장해야 하며, 공간 광 변조기 디바이스의 높은 리프레시 레이트를 달성해야 한다.
필요한 높은 리프레시 레이트 외에, 광학 광 안내 소자에 의한 광의 콜리메이트된 방출이 매우 요구된다. 광 변조기 디바이스 내에 기록된 정보의 3-차원 표시의 높은 품질을 달성하기 위해, 출력되는 파면의 규정된 콜리메이션이 공간 광 변조기 디바이스의 전체 표면의 균일한 조명 외에 필요하다. 이것은, 생성될 재구성 형태의 홀로그래픽 표시에 있어서 특히 중요하다. 예컨대 3-차원 장면의 오브젝트 포인트로 구성되는 오브젝트일 수 있는 홀로그래픽 정보는 공간 광 변조기 디바이스의 픽셀에서 진폭 및 위상 값의 형태로 인코딩된다. 각각의 인코딩된 오브젝트 포인트는, 공간 광 변조기 디바이스에 의해 방출되는 파면에 기여한다.
조명 디바이스에 의해 방출된 파면의 각도 범위를 "평면파의 각도 스펙트럼(ASPW: Angular Spectrum of Plane Waves)라고 칭한다. 실제로, 평면 파면이 간섭성 재구성의 방향에서 1/60°deg를 초과하는 방출각에서의 상호 편차를 포함하는 평면파의 각도 스펙트럼은 결국 흐려져 재구성된 오브젝트 포인트를 초래함을 알게 되었다. 이러한 흐림(blur)은 최적의 조건 하에서 사람 눈으로 감지할 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 평면파의 각도 스펙트럼의 방출각은 그러므로 간섭성 방향에서 적어도 1/70°deg와 1/40°deg 사이의 범위에 있다. 인간섭성 방향에서, 방출각은 적어도 사람 눈의 눈동자를 조명하기에 충분히 넓어야 한다.
결국, 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 콜리메이트된 파면은, 생성될 재구성에 대한 네거티브 조명-유도 효과를 극복하기 위해, 서로에 대해 사전에 규정된 방출각을 가져야 한다. 오토스테레오스코픽 3-차원 표시에서, 광 빔의 콜리메이션은 디스플레이 디바이스의 이미지 품질을 개선한다. 평면파의 각도 스펙트럼은 여기서, 하나의 눈동자에 조명되는 경우에 다른 사람 눈의 눈동자에 조명되지 않도록 선택되어야 한다.
간섭성 광의 콜리메이트된 방출은 예컨대, 바람직하게는 평면인 광학 광 안내 소자 상에 또는 그러한 소자에 배치되는 볼륨 격자를 사용하여 달성할 수 있다. 이들 격자는 투명한 층의 스택을 나타내며, X 및 Y 방향에서의 굴절률의 변조된 분포로서 기재할 수 있다. 3-차원 볼륨 격자는 둘 이상의 간섭성 또는 적어도 부분적인 간섭성 파의 간섭에 의해 생성된다. 볼륨 격자의 구조는 재료의 파장 및 기록을 위해 사용하는 광의 간섭 파면 사이의 국부적 각도와 같은 파라미터에 의해 결정한다. 볼륨 격자는 일반적으로, 에너지의 한정된 부분이 명시한 각도 범위에서 출력될 수 있도록 만들어진다. 브래그의 회절 조건이 재구성 동안 이들 격자에 적용된다.
실제로 출력되는 광에 대한 적응은 볼륨 격자의 파라미터를 그에 따라 선택함으로써 달성할 수 있다.
또한, 대략 1/60°deg인 사람 눈의 분해능 제한치(resolving power limit)를 볼륨 격자를 제조할 때 고려해야 한다. 이 제한치를 고려한다면, 예컨대 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서의 조명 디바이스는, 잘 콜리메이트된 광으로 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위해 1/20°deg와 1//60°deg 사이의 범위에 있는 평면파의 각도 스펙트럼을 실현해야 한다.
더 나아가, 문제는 가능한 얇은 평평한 조명 디바이스를 실현하는 것이다. 이것이 의미하는 점은, 조명 디바이스가 바람직하게는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 적합한 두께를 가져야 한다는 점이다. 앞서 간단히 언급한 바와 같이, 최적의 조건 하에서 사람 눈의 각도 분해능은 1/60°deg이다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 조명 디바이스는 그러므로 예컨대 1/20°deg미만에서부터 최소 1/60°deg까지와 같은 제한된 평면파의 각도 스펙트럼을 가져야 한다. 즉, 이것은 잘 콜리메이트된 광이어야 한다. 그러므로, 기본적인 경계 조건은, 본 발명에 따른 평평한 조명 디바이스가, 홀로그래픽 인코딩 방향에서 존재하는 1/60°deg의 평면파의 각도 스펙트럼(ASPW)만을 제공해야 한다는 점이다. 상세하게, 홀로그래픽 인코딩에 있어서, 1-차원(1D) 인코딩은 간섭성 방향을 따라 1/60°deg을 필요로 하며, 인간섭성 방향을 따라서 예컨대 1°deg를 필요로 한다. 이러한 구성에 따라, 2-차원 인코딩은 수평 및 수직 방향에서 1/60°deg를 필요로 한다. 이러한 웨이브 필드는 이때 2-차원 및/또는 3-차원 이미지의 적어도 하나의 관측자까지 전파한다. 게다가, 현재, 합리적으로 얇은 현재의 조명 디바이스는 +/-30°deg의 평면파의 각도 스펙트럼을 실현하며, 이 값은 실용적이기에는 너무 멀다.
이러한 문제를 해결하고자 하는 잘 알려진 상이한 접근법이 있다. 하나의 종래 기술의 해법은 웨지형 조명 디바이스이다. 이 조명 디바이스는 웨지-형상 광 안내 소자, 즉 동일 평면이 아니며 - 여기서 광은 다중 반사에 의해 전파됨 - 디스플레이의 균일 조명에 사용된다는 것을 포함한다. 더 나아가, 웨지는, 광 도파관을 통한 그 전파 동안 프러스트레이티드 전반사(FTIR: Frustrated Total Internal Reflection)로 인해 광이 떠나가도록 하는 치수를 갖는다.
조명 디바이스에서 광 안내 소자의 회절 웨지형 실시예는 합리적인 평평한 조명 디바이스를 제공할 수 있다. 웨지-형상 광 안내 소자를 포함하는 그러한 조명 디바이스가 갖는 문제는, 이들 디바이스가 1차 콜리메이트된 웨이브 필드를 사용하며, 이러한 필드는 예컨대 반사 방지 코팅을 포함하는 광 안내 소자로서 기판의 평면에 입사한다는 것이다. 예컨대 대략 이십 배(20x) 빔 스트레칭을 제공하는 87.134°deg와 같은 더 큰 입사각을 실현하는 것은 매우 어렵고, 웨지형 접근법에 대한 제한치가 될 수 있다. 다시 말해, 큰 입사각은 큰 빔 스트레칭 팩터를 가능케 하기 위해 선택되어야 한다. 조명 디바이스의 광 출사 평면에 수직인 평면에 대한 84.26°deg 입사각 내지 0°deg 출사각을 의미하며, 회절 평면의 수직과 입사빔 사이에 존재하는 예컨대 84.26°deg의 각도는 1/cos(84.26°deg)=10의 빔 스트레칭 팩터를 생성한다. 다른 한편으로, 86.18°deg의 입사각은 십오 배(15x)를 이때 생성하며, 87.13°deg의 입사각은 이십 배(20x)의 스트레칭 팩터를 생성한다.
그러므로, 웨지 형태로 설계된 광 안내 소자를 갖는 평평한 디스플레이는, 빠른 대형의 스위칭 디스플레이 디바이스의 조명 디바이스에 관한 큰 수요를 만족시키기에는 그 방출 특징으로 인해 적합하지 않다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 가능한 얇으며 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위해 조명 디바이스로부터 분리된 균일한 강도 분포를 실현할 수 있는 큰 크기의 평평한 조명 디바이스를 제공하는 것이다. 상세하게는, 광 안내 소자를 통해 전파하는 광은, 조명 디바이스의 미리 한정된 사용에 따라 공간 광 변조기를 균일하게 조명하기 위해, 광 안내 소자로부터 분리한 이후 평면파의 규정된 각도 스펙트럼을 가져야 한다.
본 발명의 추가 목적은, 적은 수의 광학 소자만을 갖는 평평한 조명 디바이스를 설계하는 것이며, 여기서 그 구조는, 조명 디바이스를 적은 비용으로 개발할 수 있도록, 간단해야 하며 비용-효율적이어야 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조명 디바이스에서, 상세하게는 본 발명에 따른 조명 디바이스에서 비용-효율적이며 적용 가능한 조명 디바이스에 사용된 광 분리 소자(들)를 제공하는 것이다. 추가 양상은, 조명 디바이스의 규모를 확대하기 위해 필수적인 재정적인 투자이기 때문에, 예컨대 평면파-평면파 또는 평면파-구면파(필드 렌즈임) 회절을 실현하는 큰 - 원피스형 - 광 분리 소자, 바람직하게는 볼륨 격자는 큰 광학 구성요소가 제조되는 것을 필요로 한다. 그러나, 단계 및 반복 공정은 훨씬 작은 광학 구성요소만을 필요로 한다.
더 나아가, 본 발명의 목적은, 조명 디바이스 내의 가변적인 강도 분포가 간단한 방식으로 측정할 수 있게 하는 방법을 개발하는 것이다.
조명 디바이스의 분리 평면에 충돌하는 웨이브 필드의 최적화는, 추후에 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 균일한 강도 분포를 실현하기 위해 필수적이다. 이 강도 분포의 눈금 매김과, 특정한 홀로그래픽 인코딩 방법에 사용되는 서브-홀로그램의 적응된 인코딩은 실용적이다. 그러나, 이것은 예컨대 복소수 값의 공간 광 변조기 디바이스의 동적 범위를 희생시킬 것이다. 그 이유는 합리적인 균일한 강도 분포가 조명 디바이스에 의해 이미 제공되어야 하기 때문이다.
이런 이유로, 본 발명에 따라, 목적은 청구항 1에 청구된 조명 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 조명 디바이스는, 바람직하게는 2-차원 및/또는 3-차원 이미지를 디스플레이하는데 사용되는 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위해 제공된다. 조명 디바이스는, 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스를 조명하기 위한 적어도 하나의 광원을 갖는 적어도 하나의 광원 디바이스를 포함한다. 적어도 하나의 광 도전 코어 - 적어도 하나의 광원 디바이스가 광 안내 소자의 일 측 상에 배치되고 적어도 하나의 광원 디바이스의 적어도 하나의 광원으로부터 방사된 광은 광 안내 소자를 통해 면으로 전파함 - 를 포함하는 바람직하게 실질적으로 평면의 광 안내 소자가 제공된다. 광 안내 소자의 상부 또는 내부에는, 적어도 하나의 광 분리 소자가 배치된다. 적어도 하나의 광 분리 소자가, 적어도 하나의 공간 광 변조기 디바이스의 방향으로 광 안내 소자에서 전파하는 광의 웨이브 필드의 분리를 위해 제공된다. 광 안내 소자는, 적어도 하나의 광 분리 소자의 굴절률보다 상당히 낮은 굴절률을 가지며, 여기서 적어도 하나의 광 분리 소자에 입사하는 웨이브 필드의 입사각은 그러한 굴절률 사이의 차이에 의해 결정되어, 적어도 하나의 광 분리 소자로부터 분리된 평면파의 각도 스펙트럼은 조명 디바이스의 필요한 사용에 의존하는 미리 한정된 값을 갖는다.
여기서 중요한 것은, 웨이브 필드의 전파의 매체인 광 안내 소자의 광-도전 코어를 포함한 투명한 기판이 적어도 하나의 광 분리 소자나 광 분리 평면 중 하나보다 낮은 굴절률을 가진다는 점이다.
여기서 기재한 발명으로 제안하는 것은 광 분리 소자 상에 입사하는 그레이징(grazing) 입사각을 사용하는 것이다. 그레이징 입사가 의미하는 점은, 광 입사가 광 안내 소자의 긴 측벽이나 광 안내 소자/조명 디바이스로부터 분리되는 광의 출사 평면에 관한 평행 광 입사에 매우 가까우며, 종방향 가변 분리 효율이라는 점이다. 이점은, 조건(ns<nLDE 또는 적어도 ns≤nLDE)을 충족하는 광 안내 소자의 합리적으로 두꺼운 기판과 결합되며, 여기서 n은 굴절률이며, S는 기판이며, LDE는 광 분리 소자이다. 광 안내 소자는 바람직하게는 필요한 경우 흡수성 후면으로 덮을 수 있다.
광 분리 소자, 바람직하게는 볼륨 격자의 높은 및 일정한 회절 효율이 바람직한 실시예이다. 따라서, 회절 효율은 1에 매우 가까우며, 이것은 예컨대 0.99를 의미한다. 이 경우에, 분리 효율은 또한 1에 가깝다. 그러나, 분리 존을 국부적으로 접촉하는 웨이브 필드는, 광 안내 소자의 림(rim)에 배치되는 콜리메이션 디바이스 내에 구비되는 웨이브 필드 형성 수단을 사용하여 맞춰진다. 따라서, 조명 디바이스의 출사 평면 내에 존재하는 강도 분포는 균일하다. 더 명백하게, 분리 존에 도달한 광은 FTIR 상황으로부터 분리된다. 이것이 그레이징 입사 접근법의 주된 원리이며, 이점은 다시 반사되고 다시 산란된 광의 영향을 감소시킨다.
광 분리 볼륨 격자의 회절 효율 또는 국부적 분리 효율 또는 심지어 조명 디바이스의 출사 평면에서 사용되는 추가 흡수성 필터의 약간 종방향 변동이 작은 값의 이질성에 대해 정정하기 위해 사용될 수 있다.
광의 그레이징 입사를 사용하는 백라이트 조명 디바이스(BLD) 또는 프런트라이트 조명 디바이스(FLD)는 홀로그래픽 또는 스테레오스코픽 또는 오토-스테레오스코픽 디스플레이 내에서 사용될 여러 특정 조건을 충족해야 한다. 본 발명의 기재는 대부분 홀로그래픽 디스플레이에 적용되는 조명 디바이스에 관한 것이다. 당연히, 본 명세서에서 기재한 조명 디바이스는 스테레오스코픽 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이와 같은 다른 유형의 디스플레이에도 적용할 수 있다.
사용될 수 있는 파라미터 범위는 응용/사용에 의해 주어진다. 하나의 응용은, 예컨대 1-차원 또는 2-차원 홀로그래픽 인코딩을 사용하여 3-차원 장면을 생성하는데 사용되는 합리적으로 충분한 간섭성 광으로 데이터 패널을 조명하는 것이다.
홀로그래픽 인코딩된 방향의 평면파의 각도 스펙트럼은, 고선명(HD) 시청을 바라는 경우에, 1/60°deg의 범위에 있어야 한다. 비-홀로그래픽 인코딩된 방향의 평면파의 각도 스펙트럼은 사람 눈의 입사 동공을 채우기에 충분해야 하며, 따라서 예컨대 0.5°deg 내지 3°deg의 범위에 있다. 평면파의 각도 스펙트럼의 Z 의존 적응을 구현할 수 있다.
여기서 사용되는 주된 원리는 합리적인 간섭성 웨이브 필드의 지그재그 전파(광 안내 소자 내의 광의 다중 반사)를 회피하거나 억압하는 것이다. 치수가 전파 거리에 수직인 평면 내에서 적어도 두 개의 모드를 의미하는 모드 개수(m≥1)를 허용한다면, 지그재그 전파는 광 안내 소자 내에 존재할 것이다. 평면파의 각도 스펙트럼이 필요한 범위 내에 있는 한, m>1이 허용될 수 있다.
간섭성 웨이브 필드의 지그재그 전파를 회피할 하나의 기회는, 단일 모드만의 전파를 허용하는 광학 설계를 제공하는 것이다. 평면파의 더 넓은 각도 스펙트럼은, 광 안내 소자의 기판에 거의 평행한 평면 내에서 전파할 수 있다. 따라서, 인간섭성 방향에 필요한 평면파의 더 넓은 각도 스펙트럼을 제공할 수 있다. 여기서 기재한 것은, 광 안내 소자로서 역할을 하는 투명한 플레이트 내에서 맞춰진 웨이브 필드의 전파가, 예컨대 n=1.48의 굴절률을 갖는 유전체 재료 내에서의 자유공간 전파라는 점이다.
여러 가지 방법이 다중-모드 광 안내 소자의 정상파 조건의 충족을 회피하는데 사용될 수 있다. 한 절차는 사용된 광원 디바이스의 코히어런스 길이(zC)보다 큰 광 안내 소자의 두께(tLG)를 사용하는 것이다. zC의 범위에 있는 두께(tLG)를 선택하는 것이 가능할 수 도 있다. 이점은, 모드가 충분히 전개될 z를 따른 최소 전파 거리를 필요로 한다는 사실 때문이다. 이점이 또한 의미하는 점은, 예컨대 광 안내 소자의 입사 평면에서 회절 광학장치를 사용한 모드 형성이 오직 작은 전파 거리에만 유효하다는 점이다. 더 큰 전파 거리를 따라 존재하는 모드 패턴을 제어하기 위해, 모드 형성은 광 안내 소자 자체 내에서 그리고 전파 거리(z)를 따라서 구현되어야 한다. 이점은 대부분 아마도, 예컨대 비용 효율 해법은 아닌 다층 접근을 기반으로 할 수 있는 복잡한 구현이다.
본 발명에 따른 실용적인 접근은 광 안내 소자로서 합리적으로 두꺼운 기판을 사용하고 및/또는 흡수성 층을 추가하는 것이다. 이점은 지그재그 모드의 출현을 억압할 것이다.
단일-모드 광 안내 소자와 유사하게, 일정한 강도 분포가 사용되는 공간 광 변조기 디바이스의 방향으로 방출되어야 한다. 이점이 의미하는 점은, 예컨대 바람직하게는 표면 릴리프 또는 볼륨 격자를 사용하여 행해지는 분리가 이것을 제공하는 방식으로 최적화되어야 한다는 점이다. 다시 말해, 존재하는 에너지×분리 효율은 일정해야 한다.
한 기회는, 광 분리 소자의 회절 효율의 선택적 분포를 보이는 볼륨 격자를 사용하는 것이다. 분리 효율은 전파 거리가 증가함에 따라 증가한다. 너무 높으며 그에 따라 제조하기에 너무 복잡할 수 있는 기능성 그레디언트를 회피하기 위해, 이 기능은 오직 부분적으로 사용될 수 있다.
극히 작은 값으로 광 분리 소자의 각도 선택도를 좁히지 않기 위해, 90°deg의 입사각은 회피해야 한다. 예외는, 합리적으로 낮은 일시적 코히어런스를 갖는 광원 디바이스를 사용하는 조명 디바이스(BLD 또는 FLD) 셋업이다.
본 발명에 따른 해법은 이제, 광 분리 소자 중 하나보다 상당히 낮은 굴절률을 갖는 광 안내 소자로서 기판을 사용하는 것이다. 더 큰 차이는 결국 광 분리 소자를 통한 더 작은 광학 경로를 야기한다. 실용적인 실시예는, 광 안내 소자와 예컨대 1㎛이하의 두께를 가질 수 있는 광 분리 소자 사이의 매칭 층 내에서 굴절률의 지수적 분포를 사용한다. nS=1.47의 기판의 굴절률과 nPP=1.5의 광 분리 소자(여기서는 예컨대 광 중합체(PP))의 굴절률은 광 안내 소자로서 기판 내에서 광의 90°deg에 가까운 전파를 실현하며 광 분리 소자 내에서 실제값인 78.5°deg를 실현할 기회를 제공한다. 광 분리 소자로부터의 광의 출사각은 예컨대 0°deg이거나 광을 공간 광 변조기 디바이스 상으로의 불명확한 영역에 보내는데 사용되는 필드 렌즈를 형성하기 위해 국부적 의존도를 갖는다. 0°deg 이외의 광의 다른 출사각도 실용적이다.
코겔닉(Kogelnik)의 결합파 이론(CWT: Coupled Wave Theory)으로 인해, 굴절률(n1(x,y))의 국부적 변조는 국부적 가변 회절각으로 회절을 실현하기 위해 변해야 하며, 이러한 회절은 사용된 광 안내 소자로서 바람직하게는 역할하는 볼륨 격자의 전체 평면 내에서 일정한 회절 효율을 갖는다. 필드 렌즈가 구비된다면, 마스터 격자의 노광 또는 복제 공정 동안 존재하는 추가 인간섭성 웨이브 필드나 노광에 사용되는 간섭성 웨이브 필드의 맞춰진 강도 분포가, 국부적으로 적응된 n1(x,y)≠일정을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이로 인해, ηVG=0.99의 일정한 회절 효율이 가능하다. 예컨대, 인간섭성 정정 프로파일이 프로젝터를 사용하여 간섭성 간섭 패턴에 추가될 수 있으며, 그러한 프로젝터는 정정 프로파일을 노광될 광 중합체에 이미징한다. 그에 따라, 규정되고 또한 일정한 회절 효율을 여러 회절 기하학적 모양에 대해 제공할 수 있으며, 그러한 모양은 θ(x,y)≠일정인 회절각의 국부적 의존도를 갖는다. 다시 말해, 그레이징 입사 평면파를 수렴 구면파로 변환하는 볼륨 격자 필드 렌즈는, 볼륨 격자의 전체 평면 내에서 일정하며 거의 1에 가까운 회절 효율로 실현할 수 있다.
광 분리 소자의 굴절률이 입사 공간을 규정하는 광 안내 소자 중 하나보다 크다면, 회절각은 입사각과 출사각 사이에 존재하는 각도보다 상당히 작다. 본 발명에 따라 그레이징 입사 실시예 내에서 사용되고 예컨대 용융 실리카로 제조되는 광 안내 소자가, 예컨대 베이어 머티리얼 사이언스(Bayer Material Science)로부터구매한 BayFol HX일 수 있는 광 분리 소자로서의 광 중합체와 결합된다면, 예컨대 77°deg의 회절각이 존재할 수 있다.
장점은, 광 안내 소자로서 낮은 굴절률의 전파 기판 내의 평면파의 각도 스펙트럼이 예컨대 1/60°deg보다 5배 더 클 수 있다는 점이다. 이점이 의미하는 점은, 광 분리 평면에 입사한 웨이브 필드의 평면파의 각도 스펙트럼이 여기서 사용되는 회절의 기하학적 모양으로 인해 쥐어 짜진다는 점이다.
그에 따라, 광학 분리 소자 내로의 광의 입사각은, 광 분리 소자로부터 분리되는 평면파의 각도 스펙트럼이 조명 디바이스의 필요한 응용/사용에 대응하여 변경되도록, 광 분리 소자와 광 안내 소자의 굴절률의 차이에 의해 결정할 수 있다. 더 나아가, 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 균일하게 분리된 강도 분포를 만들 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 사용자 공간 내에서 전파하는 평면파의 각도 스펙트럼이 조명 디바이스의 응용/사용에 의존하여 필요한 조건을 갖는다는 점이다. 이점은, 조명 디바이스가 오토스테레오스코픽 디스플레이의 디스플레이 패널이나 홀로그래픽(직시형) 디스플레이의 디스플레이 패널을 조명하는데 사용되는지에 의존한다.
본 발명에 따른 해법의 추가 장점은, 광 분리 소자의 광 분리 평면과 충돌하는 광이 1에 가까운 높은 회절 효율로 분리된다는 점이다. 따라서, 광 분리 소자에 의해 도입할 수 있는 산란 광은 분리되어 추가적으로 가능한 기존의 산란 소자로 전파하지 않는다.
광 분리 소자로서, 바람직하게는 볼륨 격자를 사용할 수 있다. 광 분리 볼륨 격자는, 예컨대 η=0.99이며 그에 따라 1에 가까운 일정한 회절 효율(DE), η(X)=일정으로 사용될 수 있다. 이러한 유형의 볼륨 격자 레이아웃은 정렬 문제를 감소시킨다. 구조화한 회절 효율을 갖는 볼륨 격자가 강도 변동을 보상하기 위해 사용될 수 있으며, 그러한 변동은, 광 전파에서 볼 때 볼륨 격자의 전방에 존재할 수 있다. 이러한 유형의 측방향으로 구조화된 볼륨 격자는 50㎛미만의 불확실성으로 측방향으로 정렬되어야 한다. 일정한 회절 효율은 정렬을 더욱 수월하게 한다.
본 발명의 구조와, 광 안내 소자 및 광 분리 소자의 결합과, 광원 디바이스로 인해, 매우 평평한 조명 디바이스를 달성한다.
본 발명의 더 바람직한 실시예 및 개선은 종속항에 규정한다.
본 발명의 제1 바람직한 실시예에서, 조명 디바이스는, 홀로그래픽 응용에 있어서, 적어도 하나의 광 분리 소자로부터 분리하는 평면파의 각도 스펙트럼이 적어도 하나의 측방향에서 1/60°deg보다 크지 않도록 설계될 수 있으며, 여기서 평면파의 각도 스펙트럼은 홀로그래픽 인코딩 방향에서 1/60°deg보다 크지 않으며 인코딩 방향에 수직인 방향에서 대략 0.5°deg 내지 3°deg, 바람직하게는 1°deg의 값을 갖는다. 사람 눈은 최대 60픽셀/degree을 분해할 수 있으며, 이 값을 고선명(HD)이라고 칭한다. 이점이 의미하는 점은, 3-차원 분포된 오브젝트 포인트의 클라우드를 생성하는 공간 광 변조기 디바이스에서 인코딩된 서브홀로그램을 바람직하게는 포함하는 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 평면파의 각도 스펙트럼의 제한치가 단지 1/60°deg이어야 한다는 점이다. 평면파의 더 넓은 각도 스펙트럼이 사용된다면, 사람 눈은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 전방 또는 그 뒤에서 얼룩진 오브젝트 포인트를 인식할 것이다.
사용자 공간 내에서 전파하는 평면파의 각도 스펙트럼은, 홀로그래픽 1-차원 또는 2-차원 인코딩된 3-차원 디스플레이의 간섭성 방향을 따라 1/60°deg로 제한되어야 한다. 2-차원 인코딩의 경우, 조명 디바이스는 두 방향, 수직 및 수평 내에서 1/60°deg를 제공해야 한다. 1-차원 홀로그래픽 인코딩의 경우, 조명 디바이스는 홀로그래픽 인코딩 방향 내에서 1/60°deg를 제공해야 하며, 예컨대 스위트 스폿(sweet spot) 방향 내에서 1°deg를 제공해야 한다.
광 안내 소자로서 역할하는 투명한 기판 내에서, 훨씬 높은 각도 범위를 사용할 수 있다. 이것은 예컨대, 77°deg(입사각)/0°deg(출사각)에서 효과가 있는 볼륨 격자와 같은 광 분리 소자의 분리 평면에서 회절 동안 평면파의 각도 스펙트럼의 변화로 인해 예컨대 4×1/60°deg일 수 있다.
평면파의 각도 스펙트럼은 비-대칭적으로 분포할 수 있다. 이점은 광원 디바이스의 방출된 광을 콜리메이트하는 것을 의미하며, 그러한 광원 디바이스는 단지 원형 형상 및 예컨대 (2-차원 인코딩의 경우) 광 섬유의 출사 평면 또는 (1-차원 인코딩의 경우) 단지 스트라이프형 형상을 갖지는 않는다.
유리하게도, 적어도 하나의 광 분리 소자는 광 안내 소자에서 광의 전파 방향에 평행하게 배치될 수 있으며, 여기서 광 안내 소자 내의 광은 광 분리 소자에 수직인 표면에 대해 90°deg에 가까운 각도로 전파한다. 조명 디바이스의 상이한 실시예에서 사용할 수 있는 기본 원리는 제한된 각도 및/또는 스펙트럼 선택도를 사용하여 규정되고 원하는 각도 및/또는 스펙트럼 범위만을 컷 아웃시키는 것이다. 광 분리 소자로서의 볼륨 격자는 요건에 맞춰지는 능력을 제공한다.
합리적으로 두꺼운 볼륨 격자는 ±0.25°deg의 평면파의 각도 스펙트럼의 각도 범위만을 출력하거나 다시 보내는데 사용될 수 있으며, 그러한 범위는 오토스테레오스코픽 디스플레이 내에서 사용할 수 있다. ±0.25°deg의 각도 선택도를 제공하는 별개의 볼륨 격자 두께(dHOE)는 별도의 재구성 기하학적 모양에 의존하며, 예컨대 15㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
두꺼운 볼륨 격자가 예컨대 ±1/120°deg의 평면파의 각도 스펙트럼만을 출력하거나 다시 보내는데 사용될 수 있으며, 그러한 각도 스펙트럼은 홀로그래픽 디스플레이 내에서 사용할 수 있다. ±1/120°deg의 각도 선택도를 제공하는 볼륨 격자 두께(dHOE)는 별도의 재구성 기하학적 모양에 의존하며, 예컨대 450㎛ 내지 1.5mm의 범위 내에 있을 수 있다. dHOE에 대해 주어진 이들 값은 실용적이다. 그러나, 심지어 얇은 볼륨 격자도 매우 큰 각도일 때 매우 작은 각도 또는 스펙트럼 선택도를 제공할 수 있으며, 이점은, 90°deg에 가까운 각도가 동시에 재구성각(θR)인 입사각으로서 사용된다는 것을 의미한다.
또한, 볼륨 격자를 조명한 웨이브 필드 또는 웨이브 필드 세그먼트의 평면파의 각도 스펙트럼은 또한 사용된 광 안내 구성요소 또는 광의 전달 함수에 의해 넓어질 수 있다. 이점이 또한 의미하는 점은, 콜리메이션 디바이스에 의해 초기에 제공된 평면파의 각도 스펙트럼의 변경이 예컨대 평면 평행 플레이트일 수 있는 광 안내 소자 또는 광의 불완전으로 인할 수 있다는 점이다.
볼륨 격자의 굴절률(n1)의 Z 아포다이즈드(apodized) 변조(편향되는 광의 초기 전파의 방향에서의 특히 아포다이제이션(apodization)임)는, 예컨대 출원인의 국제출원(PCT/EP2012/060684)에 개시한 방법 - 그 전체 내용이 본 명세서에서 인용됨 - 에 의해 생성될 수 있는 바와 같이, 각도 및/또는 스펙트럼 선택도의 측면 로브를 억압하기 위해 사용할 수 있다. 이것은, 예컨대 웨지 지그재그-전파, 평면 평행 플레이트 지그재그-전파, 84.26°deg 공기 웨지, 84.26°deg 대형 웨지, 파 안내 및 광의 그레이징 입사를 기반으로 한 조명 디바이스(BLD 또는 FLD)에서 사용할 수 있다. 따라서 선택도는 요건에 맞춰질 수 있다.
광 안내 소자 내에서 전파하는 콜리메이트된 웨이브 필드의 강도 분포는 일반적으로 z(광 전파 방향)를 따라서 확산되며, 피크 강도는 감소한다. 다시 말해, 국부적으로 존재하는 강도 프로파일은 전파 거리를 따라 변화한다. 시뮬레이트한 데이터를 사용할 수 있어서, 각 단일 반사 평면의 아포다이즈드 반사도를 최적화할 수 있다(도 33 참조). 따라서 분리 볼륨 격자에 반사되는 강도를 일정한 값으로 유지할 수 있다. 더 나아가, 등가의 강도 분포(I(x,y)Mi)는, 분리 볼륨 격자에 보내지는 모든 파 세그먼트에 대해 실현할 수 있다. 인접한 반사 또는 회절 소자의 상대 거리보다 상당히 작은 코히어런스 길이를 사용하는 것이 바람직하다(도 33 및 도 30 참조). 인접한 반사 평면(Mi 및 Mi+1)(Mi: 반투명 거울 평면의 기능성을 제공하는 평면; 볼륨 격자 반대편의 광 안내 소자 측 상에 배치할 수 있음)의 아포다이제이션 프로파일은 교차부에서 볼 수 있는 강도 단계 프로파일을 회피하는 방식으로 선택할 수 있다.
피복 층을 유리하게는 광 안내 소자와 적어도 하나의 광 분리 소자 사이에 제공할 수 있다. 그에 따라 조명 디바이스의 추가 변경을 제공할 수 있다. 하나의 변경은, 광 안내 소자로서의 기판과 광 분리 소자 사이에 배치되어 z를 따른 광 전파를 따라 감소하는 흡수도(a(z))를 실현하는 층을 사용하는 것이다. 이러한 실시예는 광의 손실을 초래할 것이지만, 산란 효과를 보이는 광 분리 소자 내에서 전파하는 광으로 인할 수 있는 산란된 광의 양을 유리하게 감소시킬 수 있다. 이러한 접근법은 "광이 광 분리 소자만을 한 번 통과해야 하며, 분리되어야 하며 다시는 광 안내 소자로 복귀하지 않아야 한다는 것"이다. 흡수성 층으로서 피복 층의 a(z) 함수는, 1에 가까운 일정한 회절 효율(η)을 갖는 광 분리 소자로서의 볼륨 격자를 사용할 수 있는 방식으로 선택할 수 있다. 산란된 광의 양과 광 손실의 균형을 맞추도록 η(z)와 a(z)의 결합을 사용할 수 도 있다. 다시 말해, 광을 실제로 안내하기 보다는 그 대신에 굴절률만을 규정하는 광 안내 소자 상부에서 a(z)≠일정 및 η(z)≠일정일 수 있다.
이점 외에, z를 따라서 감소하는 반사도(r(z))를 사용할 수 있다. 이러한 종류의 조명 디바이스에서 이러한 접근법을 사용하는 문제점은, 반사된 광의 재활용이 복잡할 수 있으며, 그에 따라 추가적인 기술적 노력을 필요로 할 수 있다는 점이다.
피복 층은, 사용된 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 광의 강도 분포를 최적화하는데 사용한다.
피복 층은 반사 방지 코팅, 바람직하게는 유전 코팅으로서 형성할 수 있어서, 광 안내 소자의 적어도 하나의 광 분리 소자에 대한 굴절률의 그레디언트형 전이를 제공할 수 있다. 이것은 주된 기판, 즉 광 안내 소자와 광 분리 소자 사이의 전이 존에 관한 것이다. 피복 층은, 예컨대 유전 층 스택으로 구성되는 반사 방지 코팅일 수 있다.
세그먼트화된 유형의 실시예 내에서 사용하는 유전 층 또는 평면은, 규정된 반사도를 보이는 빔 분할기로서 사용할 수 있다. 평면은, 대략 90°deg의 광의 다시 보냄을 제공하기 위해 45°deg 기하학적 모양으로 배치하여야 한다. 45°deg 거울 평면을 갖는 배치를 광 분리 소자로서 분리 볼륨 격자 없이도 사용할 수 있다. 그러나, 이것은 비용-효율적이지 않으며 그에 따라 바람직하지 않다. 반사 평면 세트의 반사도의 그레디언트를 사용할 수 있어서, 조명되어야 하는 공간 광 변조기 디바이스의 방향으로 출력되는 광의 합리적으로 균일한 강도를 제공할 수 있다.
사용자가 주목할 수 있는 강도 변동을 회피하기 위해, 아포다이제이션 프로파일을 유전체 층의 부분적인 반사 평면에 제공할 수 있다. 빔 발산에 상관없이, 상이한 반사 평면의 반사 분포를 사용할 수 있어서, 균일한 출사 강도 분포를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 피복 층은, 광 안내 소자의 낮은 굴절률로부터 볼륨 격자로서의 광 분리 소자의 더 높은 굴절률로의 매끄럽고 계속적인 변화를 실현한 등급이 매겨진 굴절률 층일 수 있다. 굴절률 프로파일은 반사를 최소화하기 위해 최적화되어야 한다.
본 발명의 추가 실시예에서, 피복 층의 반대편 측 상의 광 안내 소자 상에 배치되는 흡수재 층을 제공할 수 있다. 광 안내 소자의 후면 또는 바닥은 흡수재 층 또는 흡수성 재료로 코팅할 수 있어서, 광 안내 소자로서 얇은 기판을 사용하더라도, 모드 억압 및 지그재그-모드의 출현을 각각 보장할 수 있다.
더 나아가, 콜리메이션 디바이스는, 적어도 하나의 광원 디바이스의 적어도 하나의 광원으로부터 방사되는 광을 콜리메이트하기 위해 제공될 수 있으며, 콜리메이션 디바이스는, 바람직하게는 1/60°deg보다 크지 않은 평면파의 필요한 각도 스펙트럼을 갖는, 합리적으로 콜리메이트되고 맞춰진 웨이브 필드를 이용할 수 있는 방식으로 설계되어야 한다. 합리적으로 콜리메이트된 웨이브 필드는 평면파의 맞춰진 각도 스펙트럼으로 구성된다. 모든 부분적으로 인간섭성한 파의 광 전파의 평균 중간 방향은 광 안내 소자의 광 입사 평면에 수직인 평면에 대해 90°deg에 가까우며, 이점은 예컨대 88.5°deg 또는 심지어 90°deg를 의미한다. 평면파의 각도 스펙트럼의 일부분인 각 단일 파는 발산하며, 이것은 강도 분포의 확산을 초래한다. 이러한 발산은 콜리메이션 디바이스의 애퍼쳐/개구에 의해 영향을 받을 수 있다. 콜리메이션 디바이스는 예컨대 슬릿형 애퍼쳐를 가질 수 있으며, 디스플레이의 바닥 에지에 조명 디바이스를 장착할 수 있다. 그에 따라 광은 위로 전파한다.
전술한 바와 같이, 단일 인간섭성 파의 발산을 규정하는 하나의 파라미터는 콜리메이션 디바이스의 외부 경계이며, 이것은, 예컨대 웨이브 필드의 초기 빔 직경을 제한하는 애퍼쳐로서의 슬릿의 크기를 의미한다. 그러므로, 콜리메이션 디바이스는 최적화 공정을 겪을 수 있다.
광에 대한 콜리메이션 디바이스의 출사 평면인 슬릿, 즉 예컨대 원통형 렌즈 또는 렌즈 어레이는 예컨대 단계형 0 내지 1 애퍼쳐 조리개 기능 대신에 진폭 아포다이제이션 프로파일을 포함할 수 있다. 콜리메이트된 광 빔의 이 아포다이제이션에 의해, 분리된 강도 분포의 균일성을 최적화할 수 있다.
바람직하게는 콜리메이션 디바이스 뒤에 존재할 수 있는 위상 아포다이제이션 프로파일(φ(x,y))은 또한 최적화 공정을 겪을 수 있다. 이러한 추가 위상 함수는, 앞서 논의한 진폭 아포다이제이션 프로파일(a(x,y))과 결합할 수 있다.
이것이 의미하는 점은, 콜리메이션의 평면파의 각도 스펙트럼이, 광 분리 소자로부터 사용자로의 분리 이후 추후에 전파하는 평면파의 각도 스펙트럼에 대해 1:1이 아니라는 점이다.
분리된 강도 분포의 더 양호한 최적화는, 콜리메이트되어야 하는 적어도 하나의 광원 디바이스의 광원(들)의 복소수 값의 강도 분포의 변경에 의해 달성할 수 있다. 광원 평면의 크기가, 예컨대 렌즈 어레이일 수 있는 콜리메이션 디바이스 뒤에서 전파하는 평면파의 각도 스펙트럼의 최대 연장을 규정한다. 따라서 적어도 하나의 광원의 형상은 최적화 공정을 겪는다.
단일 포인트 또는 포인트 광원은 결국 단일 평면파 세그먼트를 초래하며, 이러한 세그먼트는 콜리메이션 디바이스 뒤에서 전파한다. 이것은 특히 2-차원 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이에 사용할 수 있지만, 조명 디바이스의 출사 평면에서 보일 수 있는 강도 이질성을 초래할 수 있다.
약간 연장하는 광원은 맞춰진 웨이브 필드에 대해 더 많은 능력을 제공한다. 연장된 광원의 평면은 예컨대 1차 레이저 다이오드로 생성할 수 있는 간섭성 광으로 조명할 수 있다. 동적 위상 변동은 예컨대 회전식 또는 측면 방향으로 이동하는 산란 플레이트와 같은 동적 산란 플레이트를 사용하여 생성한다. 따라서 콜리메이트된 웨이브 필드의 상호 코히어런스(｜μ12｜)의 절대값은, 광 분리 소자의 범위 내에서 간섭을 회피하기 위해 콜리메이트된 포인트 광원과 비교한다면, 감소한다.
고정된 진폭 분포는 콜리메이트되는 광원의 평면 내에서 실현된다. 이것은 예컨대 빔 성형 또는 바람직하게는 공간 구조화된 진폭 마스크를 사용하여 행해질 수 있으며, 그러한 마스크는 B&W(Black&White) 필름 세그먼트처럼 보일 수 있거나 심지어 그러한 형태일 수 있다. 광원 평면의 이러한 진폭 분포(aLS(x,y))는 조명 디바이스의 출사 평면의 강도 분포의 최적화를 위해 변경되어야 한다. 게다가, 광원 평면의 고정된 위상 분포(φLS(x,y))를 추가할 수 있다. 따라서, 광원 디바이스는 동적 산란 플레이트와, 정적인 복소수 값의 진폭 분포(aLS(x,y)×e^(
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×φLS(x,y))를 포함한다.
다시 말해, 광원 디바이스의 광원은 광 분리 소자의 분리 평면의 균일한 조명을 실현하도록 설계할 수 있다. 여기서, 광원의 평면 뒤에 진폭 필터(aLS(x,y)(=진폭 마스크)를 배치할 수 있으며, 연장된 광원을 사용할 수 있다. 1차 광원은 또한 이미징 수단을 사용하여 이 평면 상에 이미징될 수 있다. 이점은 광원의 진폭 분포를 제공하기 위해 빔 성형 수단을 사용할 기회를 제공하며, 결국 광 분리 소자로부터 출사하는 최종 출사 강도 분포의 최적화된 균일성을 초래한다.
예컨대, 원형 광원은 예컨대 이미징 수단으로서 원통형 또는 비점수차 렌즈를 사용하여 스트라이프형 광원으로 개조할 수 있다. 1차 광원은 이미 앞서 언급한 바와 같이 레이저 다이오드일 수 있다. 콜리메이트되어야 하며 최적화 공정을 겪는 광원의 평면에는 동적 산란 플레이트가 장착될 수 있다. 광원으로서의 레이저의 사용은 예컨대 5mm 내지 10mm의 특정한 코히어런스 길이를 제공하는데 있어서 중요하다. 동적 산란 플레이트는, 응용에 대응하는 평면파의 맞춰진 각도 스펙트럼을 형성하는 평면파의 인간섭성 중첩을 제공하기 위해 유리하다. 이점은 매우 중요하다. 예컨대, 산란 플레이트로서 형성된 작은 "프로스티드(frosted)" 플라스틱 플레이트나 동적 산란 액정 재료가, 콜리메이트될 광원 평면 내의 합리적으로 빠른 동적 위상 변동을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
게다가, 또한 콜리메이션 디바이스의 출사 평면의 경우에서처럼, 광원의 평면은, 광 안내 소자로서의 투명 기판에 이후에 입사하는 웨이브 필드의 상호 코히어런스｜μ12｜의 복소수 값의 절대값을 맞추는데 사용되는 추가 위상 분포(φLS(x,y))를 또한 사용할 수 있다. 이것은 일반적으로 합리적으로 계속되는 위상 기능 마스크 또는 심지어 표면 릴리프 유형 격자 또는 컴퓨터로 생성한 홀로그램(CGH: Computer-Generated Hologram)일 수 있다.
광원의 평면을 변경하는데 사용할 수 있는 이러한 위상 분포는, 광원의 평면 내에서 또한 사용되는 진폭 분포와 결합할 수 있다. 따라서 감쇄한 위상 시프트 마스크를 광원의 평면 내에서 사용할 수 있어서, 코히어런스의 복소수 값을 맞출 수 있으며, 조명 디바이스의 출사 평면의 강도 분포를 균일화할 수 있다. 감쇄한 위상 시프트 마스크 또는 감쇄한 위상 시프트 마스크형 소자의 어레이는 복소수 값 필터 기능을 제공할 수 있으며, 이러한 기능은 최적화의 공정을 겪는다.
유리하게도, 적어도 하나의 광원 디바이스는 원색(적색, 녹색 및 청색)를 위한 광원을 포함할 수 있으며, 이러한 컬러는 광원 디바이스의 출사 평면의 강도 분포에 관해 별도로 최적화되며, 단일 광원의 최적화된 광 경로는 광 안내 소자에 입사하기 전에 결합된다. 컬러 광원의 개별 컬러(적색, 녹색, 청색(RGB))를 결합하기 위한 빔 결합기로서 X-큐브 배치를 사용함으로써, 상이한 원색, 즉 RGB에 대해 앞서 언급한 최적화를 별도의 방식으로 실행하는 것도 가능하다.
적색 광은 예컨대 λ=633nm의 파장을 가지며, 그에 따라 예컨대 λ=457nm의 파장을 갖는 청색 광보다 큰 발산을 갖는다. 앞서 이미 간략하게 다룬 바와 같이, RGB 광원은 별도로 최적화할 수 있으며, 개별적인 광원으로부터의 최적화한 광 경로는 예컨대 컬러 결합 X-큐브 또는 볼륨 격자 기반 배치를 사용하여 결합될 수 있다.
그러나 바람직한 실시예는 컬러 필름형 진폭 분포 프로파일(aLS(x,y))을 사용할 수 있으며, 이것이 의미하는 점은 청색 광에 대해 진폭 분포(aLS_B(x,y))를, 녹색 광에 대해 진폭 분포(aLS_G(x,y))를 그리고 적색 광에 대해 진폭 분포(aLS_R(x,y))를 별도로 최적화한다는 점이다. 필터의 이들 세 개의 맞춰진 진폭 분포는 미세 입자 적-녹-청 유형 마이크로피세(microfiche) 재료에 노광될 수 있다. 그러므로, 합리적으로 우수한 결과를, 컬러 필터만을 사용하여 얻을 수 있다. 그러므로, 빔 결합기로서의 X-큐브 배치를 여기서 제공할 필요는 없다.
앞서 논의한 바와 같이, 평면파의 각도 스펙트럼은, 광 안내 소자의 입사평면에 수직인 표면에 대해 90°deg에 가깝게(이것은 88.5°deg 또는 심지어 90°deg를 의미함) 전파하는 방식으로 콜리메이션 디바이스 및 적어도 하나의 광원 디바이스의 광원의 최적화에 의해 맞춰진다. 전파 동안 존재하는 발산은 광 안내 소자의 전체 평면을 조명하는데 사용된다. 다시 말해, 광 안내 소자에서 전파하는 광의 빔 직경은 한 방향에서 mm 범위의 값을 가지며, 이 방향에 수직인 방향에서 직경의 값은 더 커질 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 광은, 적어도 한 방향에서 콜리메이트된 방식으로 광 안내 소자를 통해, 특히 광 도전 코어를 통해 전파할 수 있다. 그러나, 광은 또한 지그재그 경로 상에서 전파할 수 있다.
본 발명에 따른 조명 디바이스의 다른 바람직한 실시예에서, 광 안내 소자의 광 도전 코어는 홀로그래픽 볼륨 격자의 형태로 또는 광 안내 소자가 광 분리 소자 내부에서, 바람직하게는, 출력되어야 하며 웨이브 필드의 부분 사이에 존재하는 복수의 광학 경로 차를 구현해야 하는 웨이브 필드를 바람직하게는 개조하기 위한 복수의 광 분리 세그먼트 소자를 포함하는 볼륨 격자를 포함할 수 있는 형태로 만들어져야 한다. 광 도전 코어는 홀로그래픽 볼륨 격자의 형태로 만들어진다면, 이 코어에는 광에 대해 도전 및 출력 결합 기능을 동시에 갖는 층 또는 기판이 제공된다. 기록된 격자 기하학적 모양의 임의의 변경을 그에 따라 보여주지 않으며, 수축을 포함하지 않는 재료가 있다. 추가 접근법은, 광 안내 기판의 볼륨이 복수의 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트를 포함할 수 있으며, 그러한 세그먼트는 출력되어야하는 웨이브 필드의 개조뿐만 아니라 그 외에 광 필드의 부분 사이에 존재하는 복수의 광학 경로 차를 제공해야 하는데 사용된다. 복수의 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트는 광 안내 소자의 기판에 노출될 수 있다.
본 발명에 따른 조명 디바이스는 디스플레이, 바람직하게는 홀로그래픽 디스플레이, 더욱 바람직하게는 홀로그래픽 직시형 디스플레이에 사용할 수 있다. 디스플레이는, 적어도 하나의 종속항에 따라 앞서 기재한 실시예 중 적어도 하나의 본 발명의 특성을 갖는 및/또는 공간 광 변조기 디바이스와 결합될 수 있는 조명 디바이스를 포함할 수 있으며, 그러한 공간 광 변조기 디바이스는 광 전파 방향에서 볼 때 조명 디바이스의 하류에 배치한다. 본 발명은 반사성 및 광-투과성 모두인 직시형 디스플레이에서 사용할 수 있다고 할 수 있다. 광-투과성 디스플레이는 그에 따라 바람직하게는, 광 전파 방향에서 조명 디바이스의 하류에 배치되는 광-투과형 공간 광 변조기 디바이스를 갖는 조명 디바이스를 포함한다. 반사성 디스플레이에서, 반사성 공간 광 변조기 디바이스가 광 전파 방향에서 조명 디바이스의 상류에 배치된다.
본 발명의 목적은 또한 공간 광 변조기 디바이스의 입사 평면에 존재하며 청구항 34에 따른 조명 디바이스에 의해 제공되는 광의 국부적 및/또는 시간적 강도 분포 변경을 측정하고 보상하는 방법에 의해 달성된다.
이 방법을 통해, 공간 광 변조기 디바이스의 입사 평면 내에 존재하는 광의 강도 분포의 측정을 기반으로 한 동적 정정이 제공된다.
본 발명은, 이제 실시예를 이용하고 수반하는 개략적 도면과 연계하여 더 상세하게 기재할 것이다. 교훈의 일반적으로 바람직한 구성 및 전개는 또한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적 실시예의 설명과 연계하여 설명할 것이다. 도면에서, 도면들은 달리 명시되지 않는다면 측면도이며, 도면은 각 경우에 개략적인 예시이다.
도 1은, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스용 평평한 조명 유닛의 제1 실시예를 도시한 도면.
도 2는, 오프-축 필드 렌즈를 제공하는 도 1의 조명 디바이스를 도시한 도면.
도 3은, 두 개의 별도로 광학적 어드레싱된 오프-축 필드 렌즈를 제공하는 도 1의 조명 디바이스를 도시한 도면.
도 4는, 본 발명에 따른 평평한 조명 디바이스의 제2 실시예를 도시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 층으로 구성된 조명 디바이스를 도시한 도면.
도 6은 평평한 볼륨 격자를 기반으로 한 2-차원 백라이트 조명 디바이스를 도시한 도면.
도 7은 평평한 볼륨 격자를 기반으로 한 백라이트 조명 디바이스의 일반 레이아웃을 도시한 도면.
도 8은, 슬릿 뒤의 광의 강도 분포를 도표로 도시한 도면으로서, 파장은 λ=532nm, 재료의 굴절률은 n=1.461 그리고 전파 거리는 125mm인, 도면.
도 9는, 도 8에 도시한 광 전파의 중심선의 강도 분포의 그래프를 도시한 도면.
도 10은, 증가한 평면파의 각도 스펙트럼(ASPW)을 주로 특징으로 하는 최적화한 광원을 위한 슬릿 뒤의 시뮬레이트한 파 전파를 도표로 도시한 도면.
도 11은, 도 10에 도시한 광 전파의 중심선의 강도 분포의 그래프를 도시한 도면.
도 12는, 추가 실시예로 슬릿 뒤의 유전체 매체 내의 시뮬레이트한 파 전파를 도표로 도시한 도면으로서 전파 거리는 1.2m보다 큰, 도면.
도 13은, 도 12에 도시한 강도 분포의 중심 부분의 강도 분포의 그래프를 도시한 도면.
도 14는, 최적화되어 연장한 광원용 슬릿 뒤의 시뮬레이트한 파 전파를 도표로 도시한 도면.
도 15는, 도 14에 도시한 강도 분포의 중심 부분을 따른 강도 분포의 그래프를 도시한 도면.
도 16은, 광의 국부적인 일부분을 파라볼릭 미러 어레이의 일부분일 수 있는 할당된 콜리메이션 미러 상에 다시 보내는 투과형 볼륨 격자 세그먼트 소자와 광 안내 소자 내부에서 격자 입사 콜리메이트된 광을 사용하는 조명 디바이스의 일부분을 도시하는 도면.
도 17a 및 도 17b는, 한 방향을 따라 및 두 방향을 따라 웨이브 필드의 왜곡된 확대를 실현하는 웨지 기반의 조명 디바이스를 모두 도시한 도면.
도 18은, 백라이트 조명 디바이스 내부의 스펙트럼 및 각도 멀티플렉스의 결합을 도시한 도면.
도 19는, 지향성 방출 디스플레이의 배출 평면 내부의 국부적인 수평 출사 각을 도시한 도면.
도 20은, 지향성 디스플레이의 출사 평면 내부의 수평 출사 각을 도표로 도시한 도면.
도 21은, 회절 효율의 예를 도표로 도시한 도면.
도 22는, 파 길이 및 라인 폭에 따른 코히어런스 길이를 도표로 도시한 도면.
도 23은, 재구성 각의 설계한 각에 대한 오프셋과 굴절률의 변형(n1)에 다른 회절 효율을 도표로 도시한 도면.
도 24는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 또는 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이의 조명 디바이스 내에 사용할 수 있는, 두 개의 부분적으로 빔 경로가 중첩되는 회절 광 분리 세그먼트 소자를 도시한 도면.
도 25는, 평면 평행 플레이트로부터 광을 분리하는 두 개의 부분적으로 빔 경로가 중첩되는 회절 세그먼트 소자를 도시한 도면으로서, η=0.9의 회절 효율이 두 볼륨 격자 세그먼트에 대해 가정되었으며, 중첩된 면적이 출사 평면에 존재할 수 있는 강도를 증가시킬 수 있는, 도면.
도 26은, 광 굴절 재료를 포함하는 광 안내 소자로서 역할하는 평면 평행 기판에 평행으로 지향하는 볼륨 격자 분리 세그먼트를 도시한 도면.
도 27, 광 굴절 재료를 포함하는 평면 평행 기판에 평행하게 지향하는, 네스팅된 종방향 및 측방향 분리된 볼륨 격자 RGB 분리 세그먼트를 도시한 도면.
도 28은, 광학 파워의 손실을 감소시키기 위해 사용할 수 있는 RGB 세그먼트화된 분리를 도시한 도면.
도 29는, 예컨대, 점, 선 세그먼트 또는 선들의 형상을 갖는 가상의 광원 중 하나에 등가인 국부적 웨이브 필드 세그먼트를 제공하는 분리 반사형 볼륨 격자 세그먼트를 도시한 도면.
도 30은, 예컨대, 점, 선 세그먼트 또는 선들의 형상을 갖는 가상의 광원 중 하나에 등가인 국부적 웨이브 필드 세그먼트를 제공하는 분리 투과형 볼륨 격자 세그먼트를 도시한 도면.
도 31은, 투과형 볼륨 격자를 사용하는 세그먼트화된 웨지형 조명 디바이스의 일반적인 레이아웃을 도시한 도면.
도 32는, 반사형 볼륨 격자를 사용하는 세그먼트화된 웨지형 조명 디바이스의 일반 레이아웃을 도시한 도면.
도 33은, 비-세그먼트화된 광 분리 소자의 세그먼트화된 조명을 도시한 도면.
도 34는, 도 33에 예시한 실시예의 단일 부분을 도시한 도면.
유사한 참조 번호는 개별 도면 및 수반하는 상세한 설명에서 유사한 구성요소를 나타낸다.
그레이징 입사 조명 디바이스는, 홀로그래픽 디스플레이 내에서나 심지어는 오토스테레오스코픽 디스플레이 내에서 사용될 여러 특정 변경을 포함할 수 있다. 조명 디바이스는 간섭성 광에 대해 그리고 감소한 공간 및/또는 시간 코히어런스를 단지 보이는 광에 대해 사용될 수 있다. 진폭 및 위상 아포다이제이션은, 조명 디바이스의 입사 평면 뒤에서 전파하는 강도 프로파일을 최적화하는데 사용할 수 있다. 컬러 필터는 상이한 컬러에 대해 이러한 프로파일을 별도로 최적화할 기회를 제공한다. 명세서는 개별 실시예에 의존한다.
조명 디바이스의 광학 셋업은 그레이징 입사로 인한 특수한 요건을 충족해야 한다. 한 조건은, 굴절률 두 배 단계로 인할 수 있는 광 안내 소자를 회피하는 것이다. 이들 굴절률 두 배 단계, 딥(dip) 또는 피크는 회피해야 한다. 광 안내 소자와 광 분리 소자 사이의 전이 존 내에서 국부적 최소 또는 국부적 최대를 갖지 않는 단일 굴절률 단계, 즉 그레디언트는 그렇게 중요하지 않다. 더 우수한 해법은 분리 존 내에서 파 안내 현상을 회피하는 것이다.
파면 형성, 균일화 및 다중화 기능을 가능케 하는 방식으로 변경될 수 있는 조명의 많은 파라미터가 있다. 스펙트럼 및/또는 각도 다중화가 사용될 수 있어서 예컨대 여러 가지 1-차원 또는 2-차원 필드 렌즈를 실현할 수 있다.
이제는 조명 디바이스의 일반적인 광학적 셋업에 대해, 도 1은 디스플레이 디바이스, 바람직하게는 홀로그래픽 디스플레이 디바이스용 평평한 조명 디바이스의 제1 실시예를 예시한다. 조명 디바이스는 광원 디바이스(LS), 콜리메이션 디바이스(CD) 및 평면 광 안내 소자(LG)를 포함한다. 광 안내 소자는, 광-도전 코어(LCC), 피복 층(CL) 및 흡수재 층(AL)을 갖는 기판을 포함한다. 공간 광 변조기(SLM)를 향하는 피복 층(CL)의 측은, 볼륨 격자 또는 다른 유형의 격자일 수 있는 광 분리 소자(VG)를 갖는다. 광 안내 소자의 후면 또는 바닥은 흡수재 층(AL)으로 코팅되어, 광 안내 소자로서의 얇은 기판이 사용되더라도 모드 억압을 보장한다. 다시 말해, 흡수재 층(AL)은, 다차 지그재그가 m>1의 파 안내 구조에서 존재하므로 이들을 회피한다. 피복 층(CL)은 함수(f(z)=n×d)를 가지며, 이 함수는 z를 따라서 증가하며, n은 피복 층의 굴절률이고, d는 피복 층의 두께이다. 그에 따라, 회절 효율(eta=일정)을 갖는 광 분리 소자(VG), 여기서는 볼륨 격자가 사용된다. 대안적으로 또는 f(z)=n×d의 변이와 결합하여, eta는 eta=eta(z)로 변화할 수 있다. 이 경우에, 회절 효율(eta)은 일정하기보다는 예컨대 z를 따라 증가한다. Z=0은 광원에 가깝거나, 여기서 도 1에서는 입사 평면에 가깝다.
광원 디바이스(LS)는 광 안내 소자(LG)의 일 측, 이 도면에서는 왼편 상에 배치된다. 광원 디바이스(LS)는 적어도 하나의 광원, 바람직하게는 원색 RGB 당 하나의 광원을 포함할 수 있다. 광원 디바이스(LS) 이후 광 전파 방향에서 볼 때, 콜리메이션 디바이스(CL)는 광원 디바이스(LS)에 의해 방출되는 광을 콜리메이트하기 위해 배치된다. 콜리메이션 디바이스(CD)는 광의 콜리메이션을 위해 적어도 하나의 렌즈나 렌즈 어레이를 포함한다. 광의 E 필드는 바람직하게는 광 도전 코어의 평면에 놓이며 그러므로 TE(Transverse Electric) 편광된다. 공 전파 방향은 화살표로 표시한다.
본 발명에 따른 평평한 조명 디바이스는 다음과 같이 동작한다: 도 1을 참조하면, 광 안내 소자(LG)를 통해 전파하는 광은 광 안내 소자의 광-도전 코어, 피복의 인터페이스 및 출력 결합 격자를 통해 평행하게 진행한다. 광의 일부는 광 안내 소자를 떠나, 피복 층(CL)을 통과하여 광 분리 소자(VG)에 입사하며, 여기서 광의 남은 부분은 계속해서 광 안내 소자를 통해 전파한다. 각도를 두고 면으로 출사하는 광은 광 분리 소자(VG)에 의해 분리되어, 콜리메이트된 웨이브 필드(WF)로서 공간 광 변조기 디바이스(SLM) 상에 낙하한다. 이것은 점선 화살표로 표시한다. 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 반사 픽셀에 의한 변조 이후, 광은 공간 광 변조기 디바이스 및 조명 디바이스의 λ/4 층을 통해 다시 통과한다. λ/4 층의 제2 통과 후, 광의 초기 편광 TE는 90°deg만큼 회전한다. 이제 광은 TM(Transverse Magnetic) 편광을 가지며, 정보의 표시를 위해 값을 갖는 픽셀로 변조된다.
공간 광 변조기 디바이스로의 방향에서 광 분리 소자로부터 분리된 평면파의 필요한 각도 스펙트럼을 얻기 위한 조명 디바이스의 변경을 위해, 웨이브 필드의 발산이 사용된다. 일 예시적인 실시예는, 출사 또는 분리 평면에 평행하며 그에 따라 도 1에 도시한 바와 같이 표면 수직 벡터에 대해 90°deg의 상대각을 갖는 광 안내 소자(LG)로서의 기판을 따른 광 전파를 사용하는 것이다. 에너지의 전송은 90°를 따라 진행하며 그에 따라 기판의 출사 표면에 평행하게 진행한다. 전파하는 평면파의 각도 스펙트럼의 단일 파(W)는 곡률을 갖는다. 다시 말해, 여기서는 실제 평면파 세그먼트가 아니다. 본 발명의 아이디어는 여기서 웨이브 필드의 림에서만 광의 약간 만곡된 부분을 분리하는 것이다. 회절 법칙으로 인해, 이것은 국부적인 에너지 감소이다. 웨이브 필드의 다른 부분의 에너지는 이 외부 존에 전송되어 국부적인 고갈을 보상할 것이다. 따라서, 전체 웨이브 필드(WF)의 상당한 부분 - 예컨대 90% - 은 이러한 방식으로 출력된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 콜리메이트된 웨이브 필드는 분리 평면에 가볍게 접촉하고 있다. 파의 적은 부분만이, 예컨대 광 투과성 또는 반사성 배치로 조명되어야 하는 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 방향으로 분리됨으로써 고갈된다.
광 안내 소자(LG)는, 예컨대 nLG=1.47의 굴절률을 갖는 낮은 굴절률 유형 유전 재료로 만들어진다. 이것은 합리적으로 콜리메이트된 웨이브 필드의 그레이징 입사 전파에 사용된다. 낮은 굴절률의 광 안내 소자(LG)는 볼륨 격자 층(VG)에 인터페이스 경계 평면을 가지며, 이러한 층은 예컨대 n0_VG=1.5의 더 높은 굴절률을 갖는다.
90°deg 그레이징 입사각은 여기서 이 예에서는 60°deg로 줄어들며, 이것은 0°deg 출사각으로 회절될 수 있다. 반사 방지 코팅 형태, 바람직하게는 유전체 코딩 형태의 피복 층(CL)이 광 안내 소자(LG)와 볼륨 격자(VG) 평면 사이에 사용되어 반사 손실을 감소시킨다. 여기서 기재한 이러한 기하학적 모양은 편광 빔 분할기 기하학적 모양이며, 이것이 의미하는 점은 TM(Transverse Magnetic) 편광된 광이 1에 가까운 높은 회절 효율로 회절될 수 있다는 점과, TE(Transverse Electric) 편광된 광은 편광된 빔 분할기 볼륨 격자 층(VG)을 통과할 수 있다는 점이다. TE 편광된 광은 제2 볼륨 격자 층과 충돌할 수 있으며, 이러한 층은 예컨대 60°deg에서의 TE를 다방향 조명 디바이스의 제2 출사각으로 최적화한다.
평평한 조명 디바이스 내에 편광 빔 분할기 기하학적 모양을 사용하는 변경이 제한될 수 있더라도, 이것은 추가 다중화 옵션이며, 이러한 옵션은 백라이트 조명 디바이스 내에서 구현될 수 있으며, 추가 설계 자유도를 더해줄 수 있다. 편광 빔 분할기 및 다른 다중화 옵션을 결합할 수 있다.
추가 옵션은 광 안내 층 내에서 지그재그 모드로 광의 전파를 허용하는 것이다. 더 높은 모드 번호를 갖는 지그재그 모드는 더 낮은 모드 번호를 갖는 모드보다 더 작은 각도로 전파한다. 피복 층 내로의 광파의 침투는, 모드 번호가 증가한다면, 증가한다. 다시 말해, 더 높은 모드 번호는 피복 층의 증가한 두께를 허용하며, 이러한 두께는 이러한 피복 층을 제조하고자 하는 기술적 노력을 감소시킬 수 있다. 전파 거리가 증가한다면 n×d 함수의 감소한 값을 보이는 피복을 사용할 수 있다. 여기서 변경은, 합리적으로 두꺼운 피복 층 상부에 광 분리 소자로서의 볼륨 격자를 사용하여 홀로그래픽 디스플레이의 경우 예컨대 1/60°deg이어야 하는 평면파의 합리적으로 작은 각도 스펙트럼을 분리하는 것이다. 이것이 의미하는 점은, 볼륨 격자가 하나의 모드 또는 수 개의 모드만을 고갈시킬 것이라는 점이다. 가장 높은 모드 번호를 갖는 모드의 고갈은 하나의 바람직한 옵션일 것이다.
볼륨 격자는 가장 높은 모드를 분리하여 적어도 부분적으로 이 모드를 고갈시킬 수 있다. 하나의 모드의 광이 고갈된다면, 다른 모드의 에너지는, 맥스웰 방정식의 충족으로 인해 가져야 하는 강도로 전파하지 않는 모드로 전송된다. 따라서, 다-모드 광 안내 소자 내에서 전파하는 모든 모드를 고갈시킬 수 있다.
볼륨 격자의 파라미터는, 직각을 갖는 단일 모드를 분리하는 방식으로 선택될 수 있다. 볼륨 격자의 증가한 두께는 볼륨 격자의 각도 선택도를 좁히는데 사용될 수 있다. 따라서, 웨이브 필드의 분리는 볼륨 격자의 올바른 파라미터를 사용하여 맞춰질 수 있다. 그 외에, n(zHOE) 아퍼다이즈드 볼륨 격자가 볼륨 격자의 각도 및/또는 스펙트럼 선택도의 측면 로브를 제거하는데 사용될 수 있다.
흡수성 a(zPD) 함수 또는 반사성 r(zPD) 함수는 또한, 사용되는 공간 광 변조기 디바이스를 조명하는 광의 강도 분포를 최적화하는데 사용될 수 있는 추가 코팅으로서 구현될 수 있다. 이들 층은 예컨대 광 안내 소자로서의 기판과 광 분리 소자로서의 분리 볼륨 격자 사이에 놓일 수 있다.
도 2에서, 도 1의 조명 디바이스를 도시하며, 이 디바이스를 통해 오프-축 필드 렌즈는, 광 안내 소자로부터 출력된 광에 초점 기능이 제공되는 방식으로 만들어진다. 그리하여, 출력된 웨이브 필드는 원하는 방향으로 예컨대 공간 광 변조기 디바이스 상에서 명확한 영역으로 보내지거나 집속될 수 있다.
도 1 및 도 2에 따른 그레이징 입사 조명 디바이스는 도 3에 예시하며, 도 3은 그러나 두 개의 별도의 광학적으로 어드레싱된 오프-축 필드 렌즈 기능을 제공한다. 조명 디바이스의 이 실시예에 있어서, 두 개의 광원 디바이스(LS1 및 LS2)와 두 개의 콜리메이션 디바이스(CL1 및 CL2)를 제공함을 볼 수 있다. 더 나아가, 광 분리 소자로서 다중 볼륨 격자(MP-VG)가 제공된다. 다중 볼륨 격자(MP-VG)는 회절 효율(eta)의 등급화된 프로파일을 가질 수 있으며, 효율은 증가한 전파 거리에서 증가한다. 이것은 VG 모두와 그에 따라 반대 방향으로 구현되어 제공되어야 함을 주목해야 한다. 도시된 바와 같이, 웨이브 필드(WF1)는 필드 렌즈(1)를 증명하며 웨이브 필드(WF2)는 필드 렌즈(2)를 증명한다. 이것이 의미하는 점은, 웨이브 필드(WF1)가 제1 방향으로 보내지며, 웨이브 필드(WF2)가 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 보내진다는 점이다. 이것은 예컨대 광을 재구성 장면을 관측하는 관측자의 각각의 눈에 보내지 위해 동시에 또는 순차적으로 이뤄질 수 있다.
그레이싱 입사 조명 디바이스는, 이 디바이스가 층으로 된 광 안내 평면과 상이한 분리 기하학적 모양을 사용하는 방식으로 설계될 수 있으며, 그러한 모양은 광의 국부적 출사각의 상이한 강도 분포를 의미한다. 이것이 의미하는 점은, 그레이징 입사 및 볼륨 격자 분리를 사용하는 여러 층이 도 4에 도시한 바와 같이 상이한 출사 방향 또는 상이한 필드 렌즈를 생성하기 위해 서로에게 스택될 수 있음을 의미한다. 이 실시예에서, 단지 두 개의 층은 도 1에 따른 일반적인 조명 디바이스로서 각각 설계되며, 즉 각 층은 광 안내 소자(LG1 및 LG2), 볼륨 격자 형태의 광 분리 소자(VG1 및 VG2) 및 광 안내 소자와 볼륨 격자 사이의 피복 층(CL1 및 CL2)을 포함한다. 그러나 바닥 층만은 도 4에 도시된 바와 같이 흡수재 층을 포함한다. 웨이브 필드(WF1) 및 웨이브 필드(WF2)로서 예시한 상이한 필드 렌즈는 광원(LS1 및 LS2)을 ON 및 OFF 스위칭함으로써 어드레싱될 수 있으며, 광원은 상이한 층 평면에 배치된다. 상이한 광 안내 평면에 관련된 상이한 층 평면에 배치된 상이한 볼륨 격자(VG1 및 VG2)의 재구성 기하학적 모양은 OFF-브래그 조건을 충족한다. 따라서, 크로스토크는 효과적으로 억압할 수 있다.
조명 디바이스 내에서 도 4에 도시한 바와 같은 각도 다중화의 구현은 여러 장점을 갖는다. 매우 빠른 응답 시간이 그들 중 하나이다. 따라서, 조명 디바이스(백라이트 또는 프런트라이트)는 적색, 녹색 및 청색인 각 원색에 대해 예컨대 두 개, 네 개 또는 여덟 개의 출사 웨이브 필드를 제공할 수 있다. 예컨대, 2, 4 또는 8일 수 있는 주된 각도 다중화 방향은 사용한 컬러 사이에서 약간의 차이를 가질 수 있다. 이것은 예컨대 추적 범위를 최대화하거나 수차를 최소화하기 위해 행해질 수 있다.
각도 분포는 반드시 필드 렌즈 또는 경사진 필드 렌즈에 등가이어야 하지는 않는다. 분포는 국부적 각도 부하를 최소화하기 위해 이들 렌즈와 상이할 수 있으며, 그러한 부하는, 예컨대 능동형 편광 액정 격자(PLCG: Polarisation Liquid Crystal Grating)일 수 있는 미세 추적 디바이스에 의해 제공되어야 하며, 그러한 편광 액정 격자는 평면 회전 시 주기적 액정을 사용하며 따라서 톱니 위상 격자와 상이하다.
도 5a 및 도 5b에서, 조명 디바이스의 스택된 배치가 도시되며, 여기서 조명 디바이스는 층으로 된 오프-브래그 조명 디바이스이며, 이러한 디바이스는 예컨대 오토스테레오스코픽 디스플레이 또는 홀로그래픽 디스플레이에 각도 다중화를 제공한다. 도 5a는 기능성의 분리된 층을 갖는 조명 디바이스를 도시하며, 도 5b에서, 조명 디바이스는 물리적으로 분리된 평면/층을 포함한다. 합리적으로 콜리메이트된 저 발산 웨이브 필드의 z 연장의 실제 값은 1mm 내지 3mm이다. 이것은 1m보다 큰 전파 거리에 사용될 수 있다. 다시 말해, 55인치(1인치=2.54센티미터) 디스플레이의 백라이트 조명 디바이스 내에서 예컨대 사용될 수 있는 도 4 내지 도 5b에 도시한 단일 기능성 층은 2mm 두께일 수 있다. 이 층은 1mm 두께의 볼륨 격자 평면을 포함할 수 있으며, 콜리메이트된 웨이브 필드의 z-폭은 1.5mm일 수 있다. 4mm 두께 백라이트 조명 디바이스는 2개의 기능성 층을 포함할 수 있으며, 그러한 층은 방출된 광의 두 개의 각도 분포를 제공한다. 1㎛의 전극 피치를 갖는 편광 액정 격자(PLCG)와 결합하여, 60°deg의 전체 추적 범위가 예컨대 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 예컨대 네 명의 사용자에게 서비스하기 위해 제공될 수 있다.
스펙트럼 간격을 갖는 원색(RiGjBk)의 사용은 방출된 광의 여러 각도 분포의 생성을 위해 하나의 층을 사용할 기회를 제공한다. 예컨대 5nm 내지 10nm의 스펙트럼 간격은 오토스테레오스코픽 디스플레이의 서브 원색의 세트에 충분할 수 있다. 따라서, 예컨대 λB1=460nm, λB2=470nm, λG1=530nm, λG2=540nm, λR1=630nm 및 λR2=640nm이, 각도 다중화의 스펙트럼 어드레싱이나 스펙트럼 다중화를 사용하여 백라이트 조명 디바이스의 두 배 각도 다중화를 구현하기 위해 사용될 수 있다.
합리적으로 콜리메이트된 광원의 어레이가 기능성 층을 조명하기 위해 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 이들 광학 채널은 스캐닝 조명 디바이스를 제공하기 위해 개별적으로 제어될 수 있다. 예컨대 볼륨 격자(들)를 사용하는 비정형 빔 팽창이 스캐닝 조명을 제공하는 방식으로 변경될 수 있다. 이들 스캐닝 실시예는, 도 5a, 도 5b에 도시한 평면에 수직인 방향을 따라 쉽게 적응될 수 있다. 그러나, 예컨대 도 5a 및 도 5b에 도시한 배열의 왼편에서부터 오른편으로 가는 조명의 스캐닝을 제공하기 위해 추가로 z 기능을 구현할 수 도 있다. 공간 광 변조기 구동 방식에 따라, 예컨대 세 개 내지 네 개의 스캐닝 세그먼트이면 충분할 수 있다.
다음의 양상은, 볼륨 격자 기반 분리의 층으로 된 실시예, 특히 이것의 기계적인 레이아웃에 관한 것이다.
호스트 시스템과 광 굴절 화학 서브시스템을 사용하는 광 안내 소자로서의 플레이트를 사용할 수 있다. 노광은 간섭 패턴을 굴절률의 주기적 변조(n1)로 전사한다. 충분히 중합된 재료는 접착성은 아니다. 그러나, 본딩 파트너를 갖고 있지 않는 분자 사슬은 접착 표면을 초래할 것이다.
접착 표면은 다른 공정 단계에 문제가 될 수 있다. 일 양상은 먼지이며, 이것은 표면 상에 붙을 수 있다.
그런 이유로 매끄럽지만 끈적거리지 않는 표면을 제공하는 샌드위치가 사용된다. 예컨대 PMMA｜PMMA+PRCS｜PMMA(폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)+광 굴절 화학 서브시스템(PRCS))인 구조를 갖는 샌드위치가 이후에 노광될 광 안내 소자로서 평면 평행 플레이트로서 사용될 수 있다. 표면은 충분히 중합된 PMMS이며, 제조 공정 내에서 사용하기 쉽다.
예컨대 단지 100㎛의 매우 작은 침투 깊이를 갖는 매우 짧은 파장을 사용함으로써 광 안내 소자의 외부 존을 중합할 수 도 있다. 따라서, 접착성이 있고 끈적거리는 표면이 회피되고, 플레이트는 여전히 내부가 감광성이다.
더 나아가, 두 개의 얇은 시트나 플레이트와 이들 사이의 공간을 사용할 수 있다. 공간은, 합리적으로 낮은 산란 효과를 보이는 합리적으로 투명한 광굴절 재료로 채워질 수 있다. 이러한 재료는, 두 개의 외부 시트 사이의 공간 내로 채워진 후 중합되는 매트릭스 호스트 재료를 가질 수 있다.
추가적인 예컨대 열적 또는 두 개의 구성요소 중합 기반 화학 서브시스템을 포함할 수 있는 합리적인 비스코스 경화성 접착제를 사용할 수 도 있다.
플라스틱으로부터 형성한 사용된 기판 상에 전사될 수 있는 광굴절 재료를 사용하는 것이 또한 실용적일 수 있다. 이것은, 전사 필름 위에 상이한 두께로 제공되는 SU8 포토레지스터용 표준이다.
광 안내 소자의 외부 시트는, 더 우수한 광 안내를 제공하기 위해 최종 고정된 광 굴절 재료보다 더 낮은 굴절률(n)을 갖는다. 여기서, 유전 재료 내에서 자유 공간 전파가 있으며, 이것이 의미하는 점은 파 안내 구조가, 실용적인 의미에서 바람직한 실시예는 아니라는 점이다.
광 분리 소자로서 볼륨 격자와 결합하여 광 안내 소자의 층으로 된 실시예는 광학 설계의 자유도를 증가시키는 방식으로 변경될 수 있다.
다음의 실시예는 결합된 굴절 및 회절 각도 다중화를 갖는 조명 디바이스에 관한 것이다. PQ-PMMA(페나트렌뷔논-폴리메틸메타크릴레이트)의 합리적으로 얇은 층을 굴절성 예컨대 두- 또는 세-방향 조명 디바이스 위에 놓는다. 굴절 층은 회절 층의 출사 표면에 가까이 있을 수 있다. 예컨대 2차 광원을 콜리메이트하기 위해 사용하는 2-차원 또는 1-차원 렌즈 어레이를 지니는 기판 소자와 광 안내 소자로서의 투명한 기판의 적어도 일부분인 볼륨 격자 분리 층의 결합은 중량의 상당한 감소를 초래할 수 있다.
굴절 각도 다중화 및 슬림 폼 팩터를 제공하는 조명 디바이스는 동시에 제한된 수의 출사각을 갖는다. 특히 생성될 수 있는 출사각의 개수는 사용된 광원의 스펙트럼 대역폭과 광학적 레이아웃에 의존한다. 이것이 의미하는 점은 LED(발광 다이오드) 및 OLED(유기 발광 다이오드)가, 감소한 스펙트럼 라인 폭을 필요로 하는 볼륨 격자 기반 설계 내에서 예컨대 사용될 수 있는 레이저 다이오드와는 다른 배치 내에서 사용된다.
합리적으로 높은 수의 각도 다중화 출사를 제공할 수 있는 볼륨 격자를 사용하는 조명 디바이스는 굴절 서브 시스템을 쓸모 없게 한다. 이 경우에, 굴절 서브 시스템은 2-차원 LED 기반 조명 디바이스로서 사용될 수 있다. 조명 디바이스는 많은 수의 사용자/관측자에 대해 2-차원 시청을 단지 가능케 한다. 이 경우에, 굴절부는 단지 표준 조명 디바이스일 수 있으며, 이러한 디바이스는 에지-조명 LED 조명 및 예컨대 산란 소자 또는 예컨대 마이크로프리즘을 사용하여 분리한다.
여러 실시예가 실용적이다. 몇 가지 일반 예를 다음에서 기재한다:
1) 하나의 기회는, 콜리메이션 디바이스의 콜리메이션 렌즈를 지니는 평면 뒤에 굴절 타입, 예컨대 볼륨 격자 층을 놓는 것이다. 3-차원 굴절 조명 디바이스 타입에 의해 콜리메이트되는 광은 볼륨 격자 소자에 의해 회절되지 않을 것이며, 그러한 격자 소자는 이들 웨이브 필드에 대해 오프-브래그 조건을 제공하는 방식으로 설계된다.
2) 다른 실시예는, 렌즈에 의해 콜리메이트되는 2차 광원과 콜리메이션 디바이스의 콜리메이션 렌즈 평면 사이에 굴절 타입, 예컨대 볼륨 격자 기반 기능성 층을 놓는 것이다. 이러한 배치를 사용하기 위해, 볼륨 격자는 파면의 성형 외에 광을 다시 보내는 기능을 제공하여 합리적인 예컨대 오프-축 콜리메이션을 제공한다. 콜리메이션 디바이스로서 렌즈 어레이의 굴절 기능을 이 실시예 내에서 고려해야 한다. 리버스 계산 및 컴퓨터로 생성한 홀로그램 노광은 필요한 기능을 구현하는데 사용될 수 있다. 직접 구현은 현장 노광을 사용하는 것이다.
전체적인 설계는 예컨대 굴절 각도 다중화로서 +10°deg 및 -10°deg와 굴절 각도 다중화로서 +30°deg 및 -30°deg를 제공하기 위해 최적화될 수 있다. 크로스토크는 굴절부에 대해, 회절부에 대해, 그리고 전체 조명 디바이스의 조합된 각도 다중화에 대해 제한되어야 한다.
예컨대, 양방향 굴절 조명 디바이스는 거리(z)에 놓이는 애퍼쳐 조리개의 평면을 사용하며, 그러한 조리개는, 콜리메이션 디바이스의 동일한 렌즈에 의해 콜리메이트되는 두 광원에 대해 대칭적인 강도 분포를 보인다. 편광 코딩 기반의 크로스토크 감소는 그러나 더욱 효율적일 수 있다. 이것은 또한 아포다이제이션 프로파일을 구현하는데 사용될 수 있다. 그러한 아포다이제이션 프로파일은 진폭 분포 및/또는 지연 프로파일로서 구현될 수 있으며, 그러한 것들은 편광 필터 평면을 사용하여 이후에 분석된다.
3) Z-스택된 회절 각도 다중화 평면을 또한 사용할 수 있다. 따라서, 굴절 렌즈 어레이는 예컨대 볼륨 격자 기반의 각도 다중화 필드 렌즈 평면의 사용에 의해 대체한다. 크로스토크를 회피하기 위해 만족해야 하는, 이를 위한 경계 조건은 각도 및/또는 공간 응답 기능의 분리이다. 이를 설명할 수 있는 일 예는 두 개의 카운터 전파 기하학적 모양의 다중화이다. 이점이 의미하는 점은, 발산 필드 렌즈를 형성할 수 있는 광을 차단하기 위해 흡수재 층이 광 안내 소자의 후면에 놓인다면, 왼편으로부터 예측된 90°deg 필드 렌즈와 오른편으로부터 조명한 -90°deg 필드 렌즈만이 사용될 수 있음을 의미한다. 이 충돌은 약간은 상이한 또는 일반적으로 말해서 합리적으로 상이한 파장을 사용하여 해결할 수 있다. 이것이 의미하는 점은 532nm 및 522nm의 파장을 갖는 광은 원색인 녹색의 서브 파장으로서 사용될 수 있다. 볼륨 격자는 합리적으로 선택적인 스펙트럼 및/또는 각도 응답 기능을 여기서 가져야 한다. 상이한 서브 파장의 사용으로 인해, 동일 측으로부터 각도 다중화 필드 렌즈 모두를 조명할 수 있다.
상이한 해법은 여러 볼륨 격자 기반의 필드 렌즈 평면을 서로 위에 스택하는 것이다. 어드레싱되지 않아야 하는 볼륨 격자가 합리적인 오프-브래그로 위치한다면, 필드 렌즈(FL_ij)의 상이한 각도 다중화는 크로스토크의 부재를 보장할 것이다. 다시 말해, 접촉이 있거나 없이 예컨대 네 개의 볼륨 격자 필드 렌즈 평면을 서로 위에 스택하고 모든 볼륨 격자에 대해 상호 오프-브래그 조건을 실현하는 것이 가능하다. 90°deg 필드 렌즈 기하학적 모양은 예컨대 1/1000°deg인 각도 어드레싱 범위를 회피하기 위해 예컨대 1mm이하의 감소한 코히어런스 길이를 필요로 한다. 이들 범위는 예컨대 고객 3-차원 디스플레이인 특정한 응용에 대해 실용적이지 않다.
오프-브래그 조건의 합리적인 만족은 각도, 공간 및 편광 선택도를 포함한다. 이것은 또한 순전히 굴절 실시예에 적용될 수 있다.
4) 앞서 논의한 실시예는 경사질 수 있고, 네스팅되어 경사질 수 있으며 또한 z-네스팅되어 경사 - 이것은 상이한 z 평면에서 경사짐을 의미함 - 질 수 있다. 이것은 조명 디바이스의 네스팅된 기능을 제공한다. 기능성 바이너리 접촉 및 기능성 중첩을 사용할 수 있다.
조명 디바이스, 특히 광 안내 소자의 층으로 된 실시예는 광학 설계의 자유도를 증가시키는 방식으로 변경될 수 있다.
가변적인 슬랜트는, 광 안내 소자로부터 결합되는 미리 성형된 필드 렌즈 기능을 구현하기 위해 바람직하다. 코히어런스 길이는 필요한 평면파의 각도 스펙트럼을 제공하기 위해 적응되어야 한다. 이것은, 광을 회절시키는 볼륨 격자의 유효두께가 광 안내 소자를 따라 전파하는 웨이브렛(wavelet)의 코히어런스 길이에 의존한다.
추가 굴절 공간 샘플 프리즘 매트릭스는 광 안내 및 광 분리 구조의 출사 평면에서, 특히 광 분리 소자의 출사 평면에서 추가될 수 있어서, 여러 방향 또는 여러 필드 렌즈 기능을 동시에 제공할 수 있다. 능동 제어 기능은 샘플링된 방향의 스위치 ON 및 스위치 OFF 특성을 제공하기 위해 구현될 수 있다. 이것은, 데이터 패널(공간 광 변조기 디바이스)의 개별 픽셀이나 영역에 관련된 피라미드형태의 프리즘이나 절두체(frustum)로 구현될 수 있다. 따라서, 픽셀은, 입사 또는 출사 표면을 충돌하기에 가까운 예컨대 단일 프리즘 또는 여러 프리즘을 갖는다. 예컨대 피치 또는 프리즘 팩터의 통계적 변동으로서 무아레 효과 감소 접근법을 사용할 수 도 있다.
다음의 양상은 각도 다중화에 관한 것이다. 모든 조명 분리 실시예는 굴절 또는 심지어 회절 각도 다중화 실시예로 결합될 수 있다. 그에 따라, 프리즘은 추가 각도를 제공하기 위해 또한 사용될 수 있다. 이것은 RGB(적색, 녹색, 청색) 픽셀 매칭되거나 픽셀 매칭되지 않고도 행해질 수 있다.
다시 말해, 3-방향 조명 디바이스는 예컨대 두 배 각도 다중화 및 편광 액정 격자와 결합되어 사용될 수 있으며, 그러한 격자는 최대 ±5°deg만의 청색광 회절각을 갖는다.
각도 다중화는, 어드레싱될 수 있거나 없는 굴절 및 회절 광학 소자에 의해 도입될 수 있음을 주목해야 한다. 이것은 많은 대안적인 변형을 구현할 기회를 제공한다. 예시적인 구현은 예컨대 다음과 같을 수 있다:
양방향 콜리메이트된 조명 디바이스｜두 배 프리즘 각도 다중화｜편광 액정 격자
편광 액정 격자-미세-추적 A:
각도 다중화 영구 프리즘은 데이터 픽셀을 매칭시키지 않는다
하나의 데이터 픽셀은 2개의 고정된 각도 다중화 방향에 서비스한다
수직으로 스택된 각도 다중화
컬러 서브-픽셀 v=2×h
후 수직 1차원 산란 기능
및
편광 액정 격자-미세-추적 B:
각도 다중화 영구 프리즘은 RGB 데이터 픽셀을 매칭시키지 않는다
픽셀 카운트 두 배
데이터 패널을 어드레싱함으로써 ON 및 OFF 스위칭되는 각도 다중화 방향
후 수직 1차원 산란 기능
이들 변경은 상이한 방향으로부터 광의 지그재그 전파와 결합될 수 있다(특히 복수의 내부 반사 면에서 지그재그)
다음은 홀로그래픽 디스플레이용 조명 디바이스를 기재한다. 일반적으로, 지그재그 및 지그재그 없는 구현은 옵션이다.
간섭성 크로스토크 및 위상 불규칙을 회피하기 위해 상이한 평면에서 웨이블렛 형태의 볼륨 격자 세그먼트 소자를 광 안내 소자로 구현할 수 있다. 볼륨 격자 세그먼트의 측방향 범위는 예컨대 작을 수 있거나 심지어 1mm의 범위 내에 있을 수 있다. 회절 기하학적 모양은 예컨대 90°deg/0°deg일 수 있으며, 필드 렌즈 기능을 구현하기 위해 디스플레이의 중심 거리에 따라 변할 수 있다. 사용된 광원 디바이스의 코히어런스 길이는, 회절 소자를 사용하여 거칠고 및/또는 미세하게 추적되는 각도 범위에 의존한다. 예컨대 0.5mm 내지 1mm의 코히어런스 길이는 별도의 실시예에 대해 충분해야 한다. 광 안내 소자의 둘 이상의 평면은 중첩하지 않는 볼륨 격자 세그먼트 소자를 포함한다. 하나의 평면 내에서 비어 있는 부분은 또 다른 평면에서 볼륨 격자 세그먼트 소자를 지닐 수 있으며, 그러한 또 다른 평면은 처음 평면 위에 놓일 수 있다. 광 안내 소자의 두 개의 인접한 평면은 예컨대 코히어런스 길이보다 약간 두꺼운 추가 평면에 의해 분리될 수 있다. z_c=1mm의 코히어런스 길이는 사용된 재료 내에서 1/n이다. 레이저 다이오드가 진공 내에서 z_c=1mm의 코히어런스 길이를 갖는다면, 예컨대 PMMA 내에서 존재하는 코히어런스 길이는 1/1.5=0.67mm이다. 따라서, 층으로서 1mm PMMA를 갖는 분리는, 상이한 z 평면 내에 놓이는 볼륨 격자 세그먼트 소자 사이에 간섭성 크로스토크를 회피하기에 충분하다. 상이한 z 평면 내에 z 제한된 볼륨 격자 세그먼트 소자를 구현하기 위해, n1(z) 아퍼다이즈드 볼륨 격자 노광을 사용할 수 있다. 예컨대 PQ 도핑된 PMMA(PQ-PMMA)로서 광 굴절 재료의 예컨대 여러 평면 평행 플레이트를 사용할 수 도 있다. 교차 결합된 광은 광 안내 샌드위치 플레이트로서 형성된 광 안내 소자 내에서 전파할 것이며 사용자 공간으로 출력되지 않을 것이다. 볼륨 격자 세그먼트 소자의 상이한 평면을 사용하는 이러한 실시예는 예컨대 출력 기하학적 모양 또는 출력 기하학적 모양에 대한 격자 입사에 대한 광의 지그재그 전파 내에서 사용될 수 있다. 이 실시예는 또한 통계적 각도 다중화를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 이것은, 광의 여러 출사 방향을 동시에 생성함으로써 이뤄진다. 볼륨 격자는 예컨대 하나의 빔 또는 웨이브 필드로 조명될 때 세 개의 출사 빔 또는 웨이브 필드를 생성하는 방식으로 다중화될 수 있다. 대안적으로, 표준 각도 스펙트럼 또는 편광 다중화는 다 방향 조명을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
다음에 기재한 실시예는 오토스테레오스코픽 디스플레이의 조명 디바이스에 관한 것이다. 편광 스위칭 층은 예컨대 TE 모드로부터 TM 모드로 광을 전환하는데 사용된다. 회절된 또는 회절되지 않은 광은 편광 빔 분할기를 기초로 하여 볼륨 격자를 통과한다. 따라서, +45°deg/-45°deg 또는 +30°deg/-30°deg 볼륨 격자 배치가 두 개의 광 방향을 제공하는데 사용될 수 있다. 기존의 볼륨 격자는 편광 빔 분할기 시리즈에서 사용될 수 있다. 예컨대 볼륨 격자 재료 내에서 분산된 액정인 복굴절 재료를 포함하는 볼륨 격자는 회절 편광 빔 분할기 기하학적 모양을 실현하기 위해 온-브래그 회절 하에서 사용될 수 있다. 이들 기하학적 모양은, 90°deg, 60°deg, 48.2°deg 등인 기존의 편광 빔 분할 기반 볼륨 격자 시리즈와는 상이하다.
여러 기능성 층은 더 많은 수의 방향을 제공하기 위해 스택될 수 있다. 인공적인 복굴절 사바르트(Savart) 플레이트는, 조명 디바이스의 출사 평면에 놓인 프리즘 어레이와 결합되어 사용될 수 있다. 스트라이프 조명이 추가 프리즘 구조를 갖는 사바르트 플레이트에 입사한다. 편광을 변화시킴으로써, 측방향 시프트를 도입할 수 있다. 표면 릴리프 구조의 상이한 위치를 조명한다. 이것이 의미하는 점은 상이한 프리즘 각도 및 그에 따라 상이한 광 방향이, 예컨대 TE 모드로부터 TM 모드로와 같이 편광을 변화시킴으로써 어드레싱될 수 있음을 의미한다.
다음의 실시예는 콜리메이션을 위한 렌즈 어레이 및 2차 광원 포인트에 관한 것이다. 1-차원 또는 2-차원 렌즈 어레이는 콜리메이트되어야 하는 2차 광원의 여러 세트를 사용하여 조명된다. 이것은 상이한 광 안내 섬유 어레이의 분리 포인트 세트일 수 있다. 상이한 재구성 기하학적 모양 및 상이한 1차 및/또는 서브세트 파장에 대해 설계될 수 있는 작은 볼륨 격자 복셀(voxel)을 사용할 수 도 있다. 이들 볼륨 격자 복셀은 유전 플레이트의 상이한 측방향 및 종방향 위치에 놓인다. 강도 관리는, 국부적 볼륨 격자의 굴절률(n1)의 변조를 변화시킴으로써, 행해질 수 있다. 볼륨 격자 복셀 라인 또는 2D 어레이의 상이한 서브세트의 다중화 및 그에 따른 어드레싱은, 하나의 평면 또는 심지어 수 개의 평면, 예컨대 또한 수직 평면에 있을 수 있는 상이한 조명각을 선택함으로써 도입될 수 있다. 다시 말해, 렌즈 어레이에 의해 콜리메이트될 수 있으며 조명각 세트를 실현할 기회를 제공할 2차 광원 포인트 어레이의 서브세트를 제공할 여러 가지 기회가 있다. 볼륨 격자 복셀로부터 콜리메이션 디바이스의 콜리메이션 렌즈로 전파하는 웨이브 필드는 콜리메이트된 광의 강도의 합리적으로 우수한 균일성을 제공하는 방식으로 적응될 수 있다. 광의 콜리메이션을 최적화하기 위해 위상 분포를 적응시킬 수 도 있다. 필드 렌즈 기능을 구현할 수 있다.
1-차원 2차 광원 스트라이프의 콜리메이션은, 광원 라인을 따라 배치되는 볼륨 격자 복셀에 의해 제어될 수 있다. 따라서 균일한 강도를 콜리메이트되어야 하는 광원 라인을 따라 제공할 수 있다.
굴절 또는 심지어 회절 구조를 사용하여 콜리메이트되는 2차 광원 포인트를 사용하는 실시예는 포일 샌드위치로 옮길 수 있다. (예컨대 3M사에 의한) 프리즘 및 렌즈 층에 의해 실현되는 평면파의 각도 스펙트럼을 회피하기 위해, 렌즈는 광원 포인트 접근과 결합하여 사용할 수 있다. 간단한 실시예는, 필름 두께에 등가인 초점거리를 실현하는 방식으로 선택되는 렌즈형 표면 릴리프를 갖는 포일이다. 따라서, 광 안내 플레이트의 후면은, 2차 광원 어레이로서 동작하는 점 또는 라인 어레이로 구조될 수 있고/코팅될 수 있다. 여러 변경을 사용할 수 있다.
광원 포인트는 작은 산란 점이며, 이러한 점은 광원 플레이트의 형태로 프러스트레이티드 전반사 광 안내 소자에 접촉할 수 있다. 프러스트레이티드 전반사 UV-광 안내 플레이트에 접촉하는 Q-점 재료의 작은 구를 사용할 수 도 있다. 볼륨 측정 및/또는 표면 릴리프 구조가 광을 출력하거나 형광 2차 광원 포인트로서 동작하는데 사용될 수 있다. 게다가, 크로스토크 조리개 층 구조를 렌즈와 광원 점 층 사이에 놓을 수 있다. 이들 인터 렌즈 크로스토크 억압 구조는 바이너리 또는 연속 아퍼다이즈드일 수 있다. 따라서 균일한 콜리메이션을 제공할 수 있다.
다음의 양상은 볼륨 격자 복셀을 갖는 평면 분리에 관한 것이다. 높은 볼륨 격자 복셀 밀도가 사용된다면, 콜리메이션 디바이스로서의 콜리메이션 렌즈는 필요하지 않다. 이것은 평면 부리로서 지칭할 수 있다. 필드 렌즈는 출사각을 국부적으로 변화시킴으로써 구현할 수 있다. 볼륨 격자 복셀 실시예는 격자 입사 조명 디바이스에서 구현할 수 있다. 응시 방식형 깊이 구별을 사용하여 산란된 광의 양을 감소시킬 수 있다. 제안된 절차는, 조명 빔에 의해 충돌되는 볼륨 격자 복셀의 수를 최소화하는 방식으로 조명 디바이스의 설계를 최적화한다. 측방향 볼륨 격자 복셀 크기는, 볼륨 격자 복셀의 측방향 애퍼쳐의 크기로 인해 더 큰 회절 각도를 회피하기 위해 너무 작지 않아야 한다. 사용된 기하학적 모양은 90°deg/0°deg 또는 예컨대 뒤집힌 다중화 모양일 수 있다. 개선된 해법은, 예컨대 84.26°deg에서 조명을 사용하는 웨지 접근법과 상이한 깊이 평면 내에 볼륨 격자 세그먼트 소자를 사용하는 응시 방식 접근법을 결합하는 것이다. 이것은 본 발명에 따른 격자 입사 조명 디바이스에서, 평평한 웨지에서 또는 지그재그 조명 디바이스에서 행해질 수 있다. 볼륨 격자 복셀의 입사각은 약간 변화할 수 있거나 입사 빔의 방향 또는 둘 모두가 변화할 수 있다.
볼륨 격자 복셀 및 볼륨 격자 세그먼트 소자는 일반적으로 조명 디바이스의 각도, 스펙트럼 또는 에너지 분포 또는 그 조합을 최적화하기 위해 측방향으로 및/또는 종방향으로 아퍼다이즈드될 수 있다.
다음에 기재한 양상은 능동형 크로스토크 차단 평면에 관한 것이다. 능동 구조화된 애퍼쳐 조리개로서 하나 또는 심지어 여러 개의 공간 광 변조기(SLM)를 사용하는 것은 최소한 노력을 제공하는 해법은 아니다. 이 경우 융통성은 높지만, 비용도 크다. 세 개의 LSij 1D 또는 2D 매트릭스형 광원 어레이의 세트가 예컨대 세 개의 방향 조명 디바이스를 제공하는 네스팅된 배치에 사용된다면, 세 개의 제어 가능한 아퍼다이즈드 애퍼쳐 조리개 층이 사용된 렌즈 어레이의 인터 콜리메이션 렌즈 크로스토크를 억압하는데 사용된다. 여러 실시예를 사용할 수 있다.
광 정렬은, 액정형 실시예에 필요한 액정 배향 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 편광 필터나 분석기를 조명 디바이스의 출사 평면에 놓는다. 따라서, 공간 광 변조기 디바이스로서 데이터 패널에 전파된 광의 편광은 정해진다. 데이터 패널은 사용될 수 있는 편광 필터를 이미 포함할 수 있다.
다음의 실시예는 제로 모드 광 전파를 사용하는 평평한 조명 디바이스에 관한 것이다. 도 6에서, 평평한 볼륨 격자를 기반으로 한 2 방향 백라이트 조명 디바이스가 도시된다. 두 개의 기능 평면은 두 개의 콜리메이션 디바이스(CD1 및 CD2)에 의해 조명되며, 이 디바이스는 순차적으로 ON 또는 OFF 스위칭될 수 있다. 광원(LS1 및 LS2)은 백라이트 조명 디바이스의 왼편에 놓인다. 굴절 렌즈 어레이는 2차 광원 세트를 콜리메이션하는데 사용될 수 있다. 다시 말해, 도면 내에서 광원 포인트 라인인 광원 어레이는 작은 렌즈의 라인형 어레이를 사용하여 콜리메이트된다. 두 개의 콜리메이트된 1D 광원 어레이가 도시한 조명 디바이스의 왼편에 배치된다.
이후에 기재할 오프 축 파라볼릭 미러 어레이 조명의 사용은 더욱더 콤팩트한 실시예를 제공한다.
더 많은 필드 렌즈가, 도 6에 도시한 스택된 평면 중 더 많은 평면을 사용하여 구현될 수 있다.
상이한 실시예는 매우 유사하게 보일 수 있다. 따라서, 도 6은, 90°deg/0°deg에 가까운 재구성 및 낮은 코히어런스 조명을 사용하는 오토스테레오스코픽 디스플레이-MD-백라이트 조명 디바이스 레이아웃의 일반적인 레이아웃을 기재하는데 사용될 수 있다. 낮은 코히어런스의 경우에, 광은 약한 볼륨 격자 내에서 전파하며, 이것이 의미하는 점은 평면 평행 플레이트 내에서 굴절률(n1)의 매우 약한 변조를 포함한다는 것이다. n1의 필요한 변조는 예컨대 0.0004/mm일 수 있으며, 이것은 1m의 경로 길이에 대해 4×10-7을 의미한다. 이것은 예컨대 바이어 머티어리얼 사이언스로부터의 HX 103과 같은 현재의 광 중합체에 의해 제공되는 n1의 변조와 비교하여 100000의 팩터이다. 이것은 또한 이제 표준 볼륨 격자 응용에 사용될 수 없는 완전히 상이한 재료를 사용할 수 있음을 의미한다. 그러나, 전파 파 패키지의 길이는 방출 공정에 의해 규정된다. 따라서, 심지어 텅스텐 램프나 LED는, 20mm 내지 200mm의 범위의 종방향 연장을 갖는 파 패키지를 생성할 수 있다. 동시에, 두 광원형의 코히어런스 길이는 각각 3㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 다시 말해, 전자 또는 전자-홀 쌍의 여기된 상태의 수명(τ*)에 의해 규정된 파 패키지의 길이는 파 패키지의 코히어런스 길이보다 수 크기 차수 더 크다. 따라서, LED에 의해 방출된 광은 디스플레이 치수를 갖는 두꺼운 볼륨 격자를 조명하는데 사용될 수 없다. 예컨대 20mm 두께의 볼륨 격자의 각도 및/또는 스펙트럼 선택도는 너무 작아서 실용적이지 않다.
도 6은 또한, 합리적인 간섭성 조명 및 그레이싱 입사 실시예를 사용하는 홀로그래픽 MD-백라이트 조명 디바이스의 일반적인 레이아웃을 기재하는데 사용할 수 있다. 그레이싱 입사 실시예는, 카운터 전파 모드에서 사용된다면, 오프-브래그 상황을 제공한다. 이것이 의미하는 점은, 단일 기능 층이 도 3에서처럼 두 개의 필드 렌즈를 제공하는데 사용될 수 있다는 점이다. 이 경우, 필드 렌즈는 단일 볼륨 격자 층 내에서 다중화될 수 있다. 이점은, 볼륨 격자 층이, 예컨대 -75°deg 및 +75°deg에서 전파하는 평면파의 각도 스펙트럼을 볼 것이라는 점때문이다. 양 측으로부터 모두 조명되는 두 개의 층은 네 개의 상이한 필드 렌즈를 제공할 수 있다.
도 7은, 평평한 볼륨 격자를 기반으로 한 백라이트 조명 디바이스의 일반적인 레이아웃을 예시한다. 광원 디바이스(LS)는 콜리메이션 디바이스(CL)의 콜리메이션 렌즈에 의해 콜리메이트된다. 광원은 라인 광원으로서 형성될 수 있으며, 원통형 렌즈로서 형성된 콜리메이션 렌즈와 결합되어 사용될 수 있다. 도 7에서 도시된 바와 같이 여기서 1-차원인 광원 어레이는 렌즈 라인형 콜리메이션 렌즈 어레이인 콜리메이션 렌즈 어레이와 결합되어 사용된다. 낮은 코히어런스 길이의 광이 사용된다면, 광은 약한 볼륨 격자(VG)를 따라서 그 내부에서 전파한다. 광은 경로를 따라 연속해서 출력된다.
평평한 볼륨을 기반으로 한 백라이트 조명 디바이스의 태블릿 관련 변경을 다음에서 기재한다. 일반적으로 알려진 태블릿은, 예컨대 16:9이며 따라서 대형 TV 디스플레이 중 하나에 등가인 영상비를 가질 수 있다. 대형 오토스테레오스코픽 TV 디스플레이는 예컨대 편광 액정 격자 추적 및 2 내지 3개의 1-차원 필드 렌즈를 사용할 수 있으며, 이러한 렌즈는 MD-백라이트 조명 디바이스에 의해 제공된다.
태블릿은 예컨대 양방향 백라이트 조명 디바이스에 의해 제공되는 두 개의 1-차원 필드 렌즈와 편광 액정 격자 추적을 사용할 수 있다. 풍경 배향에만 사용되는 대형 TV 디스플레이와 대조적으로, 태블릿은 풍경 및 초상화 배향에 사용될 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 제2 1-차원 필드 렌즈나 두 개의 추가 1-차원 필드 렌즈가 초상화 배향에서 오토스테레오스코픽 디스플레이 동작을 제공하기 위해 필요하다는 점이다. 이것 외에, 제2 편광 액정 격자가 사용자/관측자의 두 눈의 미세한 추적을 제공하기 위해 필요하다.
제1 태블릿 관련 실시예는 복잡도, 비용 및 두께를 감소시키기 위해서 풍경에서만 오토스테레오스코픽 디스플레이를 제공한다. 개선된 실시예는 초상화 동작의 추가 오토스테레오스코픽 디스플레이를 제공한다. 제2 교차 편광 액정 격자가 구현된다면, 눈의 박스를 변경할 수 있으며, 이것이 의미하는 점은 "풍경 전용의 오토스테레오스코픽 디스플레이" 디바이스 내에서 사용하는 스트라이프 눈의 박스의 감소한 수직 연장을 사용한다는 것이다. 이것이 의미하는 점은, 도 6에 도시한 스트라이프 눈의 박스가 수직 방향을 따라 감소할 수 있다는 점이다. 현재의 태블릿에서 구현할 수 있는 센서는 조명 디바이스의 회전을 검출하는데 사용할 수 있다. 눈 추적(카메라) 시스템은, 디바이스를 회전시키지 않고도 존재할 수 있는 사용자의 상대 회전을 검출하는데 사용될 수 있다. 이것이 의미하는 점은 필요한 오토스테레오스코픽 디스플레이 배향을 제공한다는 것이다.
이웃한 층 사이에 광학적 격리를 필요로 하는 조명 디바이스의 스택 레이아웃이 사용될 수 있다는 점으로 인해, 높은 굴절률 조성이 광 안내 소자에 사용될 수 있다. 높은 굴절률은 경계 층에 관련됨을 의미한다. 이것이 의미하는 점은, 경계층이 n=1.5의 굴절률을 갖는다면, 예컨대 광 유도 코어가 n=1.7의 굴절률을 가진다는 것 또는 경계 층이 n=1.45의 굴절률을 갖는다면 광 유도 코어가 n=1.5의 굴절률을 갖는다는 것이다.
또한, 광 분리 소자로서의 볼륨 격자의 현장의 노광을 사용할 수 있다. 평면파-평면파인 재구성 기하학적 모양을 파장에서 노광시킬 수 있으며, 파장은 상이하며, 조명 디바이스 내에서 이후에 사용된다. 이것이 의미하는 점은, 예컨대 광-열 굴절 유리를 노광하는데 이미 사용된 UV(자외선) 광원을 사용하는 것도 가능할 수 있다는 점이다.
두꺼운 볼륨 격자 필드 렌즈가 노광되어야 한다면, 조명 디바이스 내에서 이후에 사용되는 동일한 파장을 갖는 노광용 합리적인 간섭성 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
필드 렌즈를 노광시키기 위해, 합리적으로 콜리메이트된 웨이브 필드는 노광 빔으로서 사용될 수 있으며, 그러한 노광 빔은 예컨대 도 7을 참조하면 오른편으로부터 볼륨 격자 층에 입사한다. 핀홀, 슬릿 또는 특수하게 형성된 작은 애퍼쳐가 레이저 빔으로 조명될 수 있어서, 발산 웨이브 필드가 생성되며, 그러한 필드는 광 안내 소자에 면하는 측인 전방 표면으로부터 볼륨 격자 층에 입사한다. 이러한 발산 웨이브 필드는 제2 노광 빔으로서 사용된다. 오브젝트의 재구성은 합리적으로 콜리메이트된 광으로 볼륨 격자 층을 조명함으로써 행해지며, 그러한 광은 예컨대 도 7을 참조하면 오른편인 반대편 개소로부터 볼륨 격자 층에 입사한다. 전파 방향의 정확한 뒤집힘은 신호 빔의 카운터 전파를 초래하며, 이것이 의미하는 점은 집속된 렌즈 기능이 생성된다는 점이다.
더 나아가, 마스터 격자가 또한 사용될 수 있다. 90°deg 평면파 내지 0°deg 평면파 구성에 대해, 제품 내에 이후에 사용되는 것보다 짧은 파장을 사용하여 필요한 간섭 패턴을 생성하는 마스터를 사용하는 것이 바람직하다. 비주얼 제품은 UV 광에 노광되는 마스터 격자를 사용할 수 있다.
예컨대 마스터를 사용하며 맞춰진 간섭성 광으로 조명된 n1=n1(z) 실시예는 또한 약한 볼륨 격자 조명 디바이스에 사용될 수 있다. mm 범위의 적극적으로 보여지는 볼륨 격자 두께는 실용적이지 않다. 약한 볼륨 격자 내의 직접 전파는 실용적이지 않다.
합리적인, 예컨대 눈의 박스의 수평 연장을 제공하는 1-차원 필드 렌즈는 또한 조명 디바이스의 실시예를 사용하여 노광될 수 있다. 이 조명 디바이스는, 볼륨 격자 층을 따라 전파하는 콜리메이트된 노광 파와 간섭하는 발산 웨이브 필드를 생성하기 위해 레이저에 의해 조명되며 그 후 반사되는 광원 평면으로서 반사성 산란 스트라이프를 사용한다. 여기서 매우 많은 수의 간섭파의 중첩이 있을 것이다. 산란 스트라이프의 각 포인트는 포인트 광원으로서 동작하며, 이러한 광원은 발산 구면파를 생성한다. 여러 노광이 서로 가까이에서 이루어질 수 있으며, 스트라이프 산란 세그먼트는 노광 사이에서 약간 시프트될 수 있다. 또한, 한 번 단 하나의 포인트 광원을 사용하는 것과 상이한 포인트 광원으로 여러 노광을 실행하는 것이 가능하다. 이것이 의미하는 점은, 포인트 광원이 공간 내에 상이한 좌표를 가질 수 있으며 노광에 사용될 상이한 시간을 가질 수 있음을 의미한다. 컴퓨터로 생성한 홀로그램(CGH)의 사용은, 볼륨 격자의 노광으로 구현할 수 있는 빔 성형의 높은 융통성을 제공할 수 있다.
다음의 설명은, 광의 지그재그 전파를 사용하지 않는 평평한 조명 디바이스를 기재한다. 합리적으로 낮은 코히어런스를 사용하는 경우에, 조명 디바이스, 상세하게는 백라이트 조명 디바이스는 볼륨 격자(들)의 상이한 구현을 사용한다. 한 접근법은 볼륨 격자 층을 통해 상대적으로 긴 전파 거리를 사용하는 것이다. z_c가, 사용되는 광학 시스템에 충분한 방식으로 선택된다. z_c<1mm를 사용하는 것이 좁은 각도 선택도를 회피함을 생각할 수 있었다. 그러나 이것은 그러한 경우는 아니며, 이는 전자 또는 전자-홀 쌍의 여기된 상태의 수명(τ*)에 의해 규정된 파 패키지의 길이가 예컨대 200mm를 의미하는 파 패키지의 코히어런스 길이보다 수 크기 차수 크기 때문이다. 이것은 볼륨 격자의 각도 및/또는 스펙트럼 선택도에 관해서 실용적이지 않다. 또한, 기재한 것은 조명 디바이스 분리 평면 내에서 스티치된(stitched) 볼륨 격자 세그먼트를 사용할 기회였다. 이것은 예컨대 합리적인 정밀도로 회절 효율(eta(z))을 실현하는데 사용될 수 있다.
추가 양상은 단일 볼륨 격자 필름만을 사용하기보다는 합리적으로 두꺼운 층 또는 심지어 광 안내 소자로서의 기판을 사용하는 것이며, 그러한 층 또는 기판은 이 두꺼운 층이나 광 안내 소자로서의 기판에 노광되는 광 분리 세그먼트 소자로서 내부 볼륨 격자 세그먼트를 포함한다. 제안한 변경은, 광 안내 소자로서 사용되는 기판보다 더 작은 크기를 갖는 볼륨 격자 세그먼트를 사용하는 것이다. 이것은 예컨대 홀로그래픽 디스크로서 데이터 저장 응용을 위해 만들어진 예컨대 2mm 두께의 폴리프로필렌(PP) 재료의 사용과 유사해 보일 수 있다. 볼륨 격자 세그먼트는, 사용된 기판의 두께보다 훨씬 작은 측방향 연장을 갖는다. 측방향 x-y-연장은 광 안내 소자로서 기판의 두께보다 또한 더 클 수 있다. 그러나, 여기서 본 발명의 아이디어는, 필요한 광 필드의 형상을 제공하는 방식으로 설계되는 볼륨 격자 세그먼트를 구현하도록 전체 볼륨을 사용하며 또한 광 안내 소자의 전체 z 범위를 사용하는 것이다. 예컨대 라이스 콘(rice corn)형 구조와 같은 저장 볼륨 격자에서 사용하는 경우에서처럼, 3-차원 볼륨 측정 형상, 국부적 주기, 국부적 굴절률 변조 및 국부적 경사를 최적화할 수 있다. 이것은 3-차원 볼륨 내에서 가변적인 볼륨 격자 세그먼트를 사용하여 합리적으로 낮은 코히어런스를 보이는 광학 웨이브 필드를 안내하고 재형성하는 것에 등가이다. 이것은 또한 지그재그 또는 웨지 조명 디바이스에 사용될 수 있다.
임의의 웨이브 필드를 정정하고 재형성하기 위해 광학 시스템은 깊이를 필요하다. 단일 층(도 1에 도시한 바와 같은)은 제한된 성능만을 갖는다. 사용된 증가된 볼륨은 광학 시스템의 성능을 증가시킴을 의미한다. 조명 디바이스의 단일 층 셋업의 제1 변경은 도 4에 도시한 바와 같이 둘 또는 여러 공간적으로 분리된 층을 사용한다. 추가 변경은 광 안내 소자의 전체 볼륨을 사용한다.
조명의 스펙트럼 라인 폭과 평면파의 각도 스펙트럼은 사용된 볼륨 격자 설계에 적응되어야 하며, 그 역의 관계도 성립한다.
간섭성 중첩을 감소시키는 일 실시예는 이동하는 산란 플레이트 또는 이동하는 산란 평면을 사용하는 것이다. 다른 실시예는 광학 경로 차(OPD)를 도입하는 것이다. 이것은 복수의 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트 소자를 노광시킴으로써 행해진다. 다시 말해, 광 안내 소자의 볼륨은 복수의 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트 소자를 포함할 수 있으며, 그러한 세그먼트 소자는 출력되어야 하는 웨이브 필드의 재형성을 구현할 뿐만 아니라 그 외에 광 필드의 부분 사이에 존재하는 복수의 광학 경로 차를 구현하는데 사용된다.
추가 양상은, 조명 디바이스의 굴절 층의 경계에서 굴절률의 단계를 회피하는 것이다. 이들 단계로 인한 프레넬 손실(Fresnel losses)은, 광을 분리하기 위해 사용되는 볼륨 격자와 광 안내 소자 사이에 놓일 수 있는 피복 층으로서의 단일 그레디언트 층을 사용하여 또는 굴절 층의 추가 세트를 사용하여 감소할 수 있다. 그레디언트 층은 회절 공정을 사용하여 생성할 수 있다. 하나의 기회는, 먼저 만들어지고 제2 회절 공정에서 흐려지는 단계 프로파일을 사용하는 것이다. 다른 기회는, 볼륨 격자를 생성할 수 있는 광 안내 소자로서의 기판을 사용하는 것이다. 이를 행할 수 있는 한 가지 재료는 페난트렌뷔논(PQ)으로 도핑된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)이다. 이 재료는 광 안내 소자의 기판으로서 그리고 동시에 볼륨 격자 볼륨으로서 사용될 수 있다. 굴절률 단계는, 홀로그래픽 노광에 의해 도입되는 변조만큼 높다.
다른 실시예에서처럼, 변조는, 최적의 분리를 가능케 하는 방식으로 선택할 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 국부적 회절 효율이 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트 소자에 대해 증가한다는 점이며, 이러한 소자는 광원 디바이스로부터 더 먼 거리에 놓인다.
볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트 소자 실시예는 또한 필드 렌즈 기능 또는 기타 기능의 다중화를 실현하는데 사용할 수 있다. 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트 소자의 스티칭이 가능하다. 이것은 위상 관계를 유지하지 않거나 유지하면서 행할 수 있다. 낮은 코히어런스를 갖는 광원은 볼륨 측정 볼륨 격자 세그먼트 소자의 위상 지속을 필요로 하지 않는다.
한 가지 가능한 노광 공정은, 노광 동안 사용되는 기준 빔으로서 단일 웨이브 필드 또는 심지어 단일 평면파를 사용하며 제2 빔을 분할하거나 스티치하는 것이다.
게다가, 조명의 다중화 및 그에 따라 예컨대 광의 여러 출사각의 다중화 외에, 여러 1-차원 필드 렌즈 및 2-차원 필드 렌즈의 다중화를 통합할 수 있다.
앞서 이미 기재한 바와 같이, 본 발명에 따른 그레이징 입사 조명 디바이스는, 감소한 공간적 및 시간적 코히어런스를 단지 보이는 광에 대해 및 간섭성 광에 대해 사용될 수 있다.
도 8은, 1mm의 폭을 갖는 광원의 슬릿 뒤에서의 시뮬레이트된 간섭성 파 전파를 도시한다. 이것은 단지, 낮은 굴절률 유전 재료 내에서의 웨이브 필드의 자유 공간 전파이다. 전파 거리는 125mm이며, 따라서 측면 조명된 홀로그래픽 태블릿형 디스플레이에 충분하다. 사용된 파장은 633nm이다. 슬릿 애퍼쳐는, 일정한 강도 분포를 갖는 평면파로 조명된다.
전파 방향(z)을 따라 존재하는 강도 분포가 변조됨을 알 수 있다. 또한, 1mm 폭 슬릿 뒤에서 전파하는 웨이브 필드는 상당한 시기 변동을 보인다. 이로 인해 그러나 균일한 분리는 어렵게 된다. 도 8의 시뮬레이션에 사용되는 단일 평면파의 진폭 분포가 x_max=1mm인 exp(-x^2/x_max^2)인 것으로 가정함을 주목해야 한다. 이것이 의미하는 점은 2mm인 단일 가우시안 모드의 절반 최대치(FWHM) 범위에서 최대 폭이 1mm 슬릿 애퍼쳐보다 훨씬 크다는 점이다.
강도 분포의 최대치는 1이며, 도 8의 강도 프로파일을 예시하는데 사용된 단계는 0.2이다. 이것이 의미하는 점은 인접한 라인 사이의 상대 거리가 0.2이며, 최대값이 1이라는 점이다. 예컨대 0.1 대신에 0.2의 단계 레벨이 사용되어 너무 많은 윤곽선으로 도 8에 과부하를 걸지 않았음을 주목해야 한다. 상대 강도의 정확한 값을 여기서 도시하여 값을 비교할만하게 한다.
도 9에서, 도 8에 도시한 강도 분포의 중심부를 따라 강도 분포의 그래프가 예시된다. 최대 ±20%의 큰 강도 변동이 z-축을 따라 존재하며, z-축은 광 전파의 방향을 규정하며, 여기서 이들 강도 변동은 균일한 출사 강도 분포를 허용하지 않는다.
결론으로, 포인트형 또는 슬릿형 광원을 바로 콜리메이션하는 것은 실용적이지 않다. 그러므로, 광원의 최적화 공정을 행해야 한다.
다음의 도 10 및 도 11은 광원의 최적화된 강도 분포를 도시한다. 도 10에서, 광원의 슬릿 뒤에서의 시뮬레이트된 파 전파는 1mm의 폭을 갖고 예시되어 있다. 일백 개의 웨이브 필드가 인간섭성하게 중첩된다. 전파 거리는 125mm이다. 사용된 파장은 633nm이다. 도 10의 시뮬레이션에 사용된 일백 개의 평면파 각각의 진폭 분포는 x_max=0.5mm인 exp(-x^2/x_max^2)인 것으로 가정한다. 이것이 의미하는 점은 여기서 1mm인 FWHM 범위가 1mm 슬릿 애퍼쳐를 통과한다는 점이다. 1mm 폭 입사 슬릿의 평면 내에 존재하는 일백 개의 콜리메이트된 파는 1/60°deg의 평면파의 각도 스펙트럼의 각도 범위에 걸쳐서 있다. 파는 인간섭성하게 중첩된다.
강도 분포의 최대치는 1이며, 강도 프로파일을 예시하는데 사용되는 단계는 0.2이다. 이것이 의미하는 점은, 인접한 라인 사이의 상대차는 0.2이며, 최대 값은 1이라는 것이다. 예컨대 0.1 대신 0.2의 단계 레벨이 도 8과 필적하기 위해 사용되었음을 주목해야 한다.
도 11은, 도 10에 도시한 강도 분포의 중심부를 따라서의 강도 분포의 그래프를 도시한다. 중심 라인 내에 존재하는 강도 변동은 ±2%미만이다. 따라서, 단지 작은 변동이 존재함을 볼 수 있다. 도 9와 비교하면, 이것은 10의 팩터의 변동 감소이다. 변동의 감소는, 조명 디바이스의 출사 평면 내에 존재하는 균일한 출사 강도 분포에 대한 요건이다.
그것의 결론은, 1/60°deg의 평면파의 각도 스펙트럼이 강도 분포를 상당히 개선하는데 사용될 수 있다는 것이다.
다시 말해, 필요한 광원의 강도 및 위상 분포를 맞추기 위해, 여러 변경을 사용할 수 있다. 웨이브 필드를 맞추기 위한 제1 방식은 더 많은 수의 웨이브 필드의 인간섭성 중첩을 적용하는 것이다. 결과적인 필드는 별도의 디스플레이의 요건을 충족해야 한다. 이것이 의미하는 점은, 오토스테레오스코픽 디스플레이의 경우에, 합리적인 폭의 각도 및 스펙트럼 범위를 사용할 수 있다는 것이다. 평면파의 각도 스펙트럼은 한 방향, 예컨대 수평 방향에서 Δα=1°deg을 실현하고, 심지어 다른 방향, 예컨대 수직 방향에서 더 많은 각도를 실현하는 방식으로 선택할 수 있다. 스펙트럼 라인 폭은 Δλ=10nm이다. 홀로그래픽 디스플레이의 경우에, 이들 값(Δα 및 Δλ)은 일반적으로 훨씬 작다.
다음에서, 그레이징 입사에 기반한 조명 디바이스의 추가 변경을 기재한다. 이미 언급한 바와 같이, 그레이징 입사에 기반한 조명 디바이스(BLD 또는 FLD)는 홀로그래픽 내에서 또는 심지어 오토-스테레오스코픽 디스플레이 내에서 사용되는 여러 특정한 변경을 포함할 수 있다.
진폭 및 위상 아포다이제이션은 광 안내 소자의 입사 평면 뒤에서 전파하는 강도 프로파일을 최적화하는데 사용될 수 있다. 컬러 필터는 상이한 컬러에 대해 이러한 프로파일을 별도로 최적화할 기회를 제공한다. 명세서는 조명 디바이스의 분리된 실시예에 의존한다.
도 12는 광원의 1mm 슬릿 뒤에서의 시뮬레이트된 파 전파를 도시한다. 일백 개의 웨이브 필드는 인간섭성하게 중첩된다. 전파 거리는 1215mm이며, 이것은 55" 16:9 디스플레이의 수평 폭과 등가이다. 사용된 파장은 633nm이며 채택한 광 안내 소자로서의 기판의 두께는 5mm이다. 이 도면에서, 조명 디바이스 내에서의 파 전파의 시뮬레이트된 결과를 예시한다. 이미 언급한 바와 같이, 광 전파의 거리는 1215mm이다. 도면에서 경사진 검은색 라인은 분리 볼륨 격자에 사용될 수 있는 평면을 도시한다. 볼륨 격자는, 광 안내 소자로서 기판 내에서 존재하는 강도 분포를 보상하는데 사용될 수 있다. 이것은 회절 효율(η(z))을 변경함으로써 행해질 수 있다. 게다가 및/또는 이와 결합되어, 회절 효율(η(θin))이 또한 사용될 수 있다. 합리적인 두께의 볼륨 격자가 예컨대 1/60°deg만을 출력하는데 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 이것은, 광의 콜리메이션이 충분하지 않은 경우에 사용될 수 있다. 볼륨 격자는 투과 또는 반사 모드에서 사용될 수 있다. 강도 분포의 최대치는 1이며, 강도 프로파일을 조명하는데 사용되는 단계는 여기서 0.1이다. 인접한 라인 사이의 상대차는 이제 0.1이며, 최대값은 1이다. 상대 강도 분포의 정확한 값은 이 값들이 도 8 내지 도 11에 이미 설명한 바와 같이 필적하게 하기 위해 도시한다.
도 13에서, 강도 분포의 중심부를 따른 강도 분포의 그래프를 예시한다. 다시 말해, 도 13은, z0=0부터 zmax=1215mm까지 전파하는 웨이브 필드의 중심부를 도시한다. 볼 수 있는 바와 같이, 변조의 최고 공간 주파수는 1mm의 폭을 갖는 애퍼쳐 조리개에 가까이에서 존재한다.
다음의 설명은, 상관-해제된 공간 위상 분포를 갖는 연장된 광원을 사용한 실시예에 관한 것이다. 필요한 웨이브 필드를 구현하는 제1 절차는 2차의, 확대된 광원, 즉 광원 디바이스에서 이격되어 배치된 광원을 사용하는 것이다. 광원은, 1차 광원을 산란 플레이트 상에 이미징함으로써 실현된다. 2차 광원의 위상 분포는 플레이트와 같은 동적 산란 평면 또는 동적 산란 소자의 사용에 의해 랜덤화된다. 시간적 코히어런스가 합리적으로 낮다면, 정적 산란 평면 또는 정적 산란 소자가 또한 사용될 수 있다. 규정된 거리를 갖는 볼륨 계측 산란 소자 또는 여러 종방향의 분리된 산란 평면을 사용할 수 도 있다. 충분한 상관-해제가 합리적으로 큰 종방향 연장인 경우에 얻을 수 있으며, 이러한 연장은 범위 내에 있거나 코히어런스 길이(zc)보다 훨씬 더 커야 한다. 도 14는 2mm 슬릿 뒤에서의 시뮬레이트된 파 전파를 도시한다. 강도 분포의 최대치는 1이며, 강도 프로파일을 예시하는데 사용된 단계는 여기서 0.1이다. 이것이 의미하는 점은, 인접한 라인 사이의 굴절차는 0.1이며, 최대값이 1이라는 점이다. 도 12와 비교하면, z를 따라서 더 우수한 강도 분포를 제공하는 더 넓은 애퍼쳐가 만들어진다.
도 15는 강도 분포의 중심부를 따른 강도 분포의 그래프를 도시하며, 이러한 강도는 도 14에 도시되어 있다. 2mm 폭을 갖는 애퍼쳐 조리개 뒤에서 상당한 강도 분포는 존재하지않음을 알 수 있다. 평면파의 각도 스펙트럼은 인간섭성 중첩된 파의 1/60°deg를 걸치기 위해 준비되었다. 평면파의 각도 스펙트럼의 분포는 일백 개의 평면파의 가도 랜덤 중첩이도록 선택되었다.
광 안내 소자로서 투명한 기판에 입사한 이 합리적으로 콜리메이트된 웨이브 필드의 맞춤은 여러 파라미터를 사용할 수 있다.
도 12 및 도 14에 도시한 결과 사이의 차이는, 콜리메이션 디바이스 뒤에 놓인 바이너리 슬릿(또는 애퍼쳐 개구)의 폭이다. 콜리메이션 디바이스 뒤에 배치된 애퍼쳐 개구는 바이너리일 수 있지만, 또한 아포다이제이션 프로파일을 포함할 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 예컨대 카이저-베셀형 아포다이제이션 프로파일의 가우스형이 사용될 수 있다는 것이다. 최적화를 위해 규정되어야 하는 장점-함수는 전파 웨이브 필드 또는 또한 30%일 수 있는 적어도 그 상당한 부분의 균일한 분리이다. 따라서, 카이저-베셀형 아포다이제이션 프로파일(a(x,y))은 시작값만으로서 사용될 수 있다. 투과의 지속 윈도우(a(x,y))를 실현하기 위해, 미세 입자 또는 홀로그래픽형 검은색 및 흰색 필름 재료를 사용할 수 있다. 대안적으로, 흡수성 재료의 프로파일형 코팅을, 진폭 필터(a(x,y))를 실현하기 위해 구현할 수 있다. 또한, 처음 몇 개에서 렌즈처럼 보일 수 있는 투명한 표면 구조를 흡수성 접착 재료 상에 프레싱할 수 있다. 낮은 굴절률차를 갖는 재료가 경우에 따라 바람직할 수 있으며, 그러한 재료는 추가 위상 변형을 회피해야 한다. 추가 위상 변형을 또한 고려해야 하며 보상해야 한다. 표면 프로파일은 람베르트-비어(Lambert-Beer)의 법칙과 함께 아포다이제이션 함수(a(x,y))를 제공하는 방식으로 선택되며, 이러한 함수는 공 안내 소자로서 투명한 기판을 따른 전체 전파를 따라 최상의 균일성을 제공한다. 따라서, 콜리메이션 디바이스 뒤에서 배치된 아포다이제이션 필터는 최적화 공정을 겪을 수 있다.
콜리메이션 디바이스 뒤에 존재하는 위상 프로파일(φ(x,y))은 또한 최적화 공정을 겪을 수 있다. 이 추가 위상 함수는 앞서 논의한 진폭 아포다이제이션 프로파일(a(x,y))과 결합될 수 있다.
다음의 부분은 종방향 상관-해제 소자를 사용한 광원에 관한 것이다. 이동하는 산란 평면이 웨이브 필드의 공간 코히어런스를 감소시키는데 사용된다. 이것 외에, 종방향 상관-해제가 또한 사용될 수 있다. 응용을 기대하고 있는 코히어런스 길이(zc)를 갖는 광원이 사용된다면, 그러한 해제가 행해진다. 다시 말해, 작은 라인 폭을 갖지만, 개별적인, 비-상관된 방출을 실현하는 예컨대 수백 개의 등가의 광원의 인간섭성 중첩에 의해 실현될 수 있는 광원을 이용할 수 있다. 이들 경우에, 종방향 상관-해제 소자를 사용할 수 있다. 하나의 기본 원리는 상이한 경로 길이를 갖는 상이한 광 경로를 따라 전파하는 복수의 빔으로 단일 광원의 광을 분리하는 것이다. 상이한 경로 길이를 도입한 후, 광은 재결합된다. 경로 길이의 차이는 코히어런스 길이(zc)의 범위에 있어야 하거나 심지어 더 길어야 한다.
앞서 기재한 이에 대한 추가 실시예는, 앞서 기재한 대로 단지 상관-해제되지 않은 규정된 스펙트럼 밀도(s(v))를 구현하는 것이다. 이것은 일부 특수한 응용에서만 의미가 있다. 넓어진 스펙트럼 범위가 오토스테레오스코픽 디스플레이에 사용될 수 있다. 그러나, 너무 넓은 s(v)는 홀로그래픽 디스플레이에 대해 실용적이지 않다.
일반적으로, 1차 광원의 스펙트럼 라인 폭은, 오토스테레오스코픽 디스플레이 또는 홀로그래픽 1-차원 또는 2-차원 인코딩된 디스플레이의 조명 디바이스인 응용에 대해 최적의 조건을 제공하는 방식으로 선택되거나 심지어 설계될 수 있다.
본 발명의 다음의 부분은 광 안내 소자에 입사하기 전 평면파의 각도 스펙트럼의 개선된 맞춤에 관한 것이다. 2차 광원은 사용된 웨이브 필드의 모든 파라미터에서 맞춰질 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 산판 평면 또는 산란 플레이트의 사용 및 a(x,y)(진폭 아포다이제이션)을 갖는 아퍼다이즈드 필터의 사용이 요건에 맞춰진 웨이브 필터의 제1 파라미터를 제공한다는 점이다. 따라서, 일반적으로 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 충분한 조명을 얻는다.
본 발명에 따라, 조명 디바이스의 추가 변경은 더 복잡한 실시예를 사용하여 얻을 수 있다. 상호 코히어런스(μ12)는, 예컨대 가우스-함수, 코사인 함수의 일부 또는 카이저-베셀 윈도우일 수 있는 진폭 아포다이제이션을 단지 사용하는 것보다 더 개선된 방식으로 변경된다. 다시 말해, 여기서 목적은 조명 디바이스의 출사 평면에서 강도 분포를 균일화하는 것이다(도 12를 참조하세요). 따라서, 여기서 목적은 더 높은 회절 차수만의 중첩과는 상이하다. 의도는, 예컨대 합리적으로 낮은 굴절률형 플라스틱으로 만들어질 수 있는 유전체 슬랩(slab)에의 광의 입사와 등가인 콜리메이션 디바이스 뒤를 의미하는 슬릿의 더 높은 회절 차수를 억압하는 것이다. 그러나, 이것 외에, 강도 분포는 z 축을 따라 최적화되어야 한다. z를 따른 간단한 균일화는 단지 하나의 가능한 실시예이다.
광 안내 소자로서 기판을 따라 전파하는 웨이브 필드를 맞추는 일 실시예는 베셀 빔을 사용하는 것이다. 다시 말해, 예컨대 디스플레이의 왼편측에 있을 수 있는 투명한 광 안내 플레이트의 입사 평면에서 사용될 수 있는 하나의 위상 분포는 액시콘(axicon) 또는 적어도 1-차원 액시콘이다. 콘 각은 180°deg에 가까울 수 있다.
고정된 위상 분포가, 광원 디바이스의 동적 산란 평면 또는 산란 플레이트 뒤에서 놓인 복소수 필터 외에 사용될 수 있으며, 여기서 산란 평면은 2차 광원을 형성한다.
2차 광원의 평면 내에서 상이한 복소수 분포를 가질 수 있으며, 1/60°deg 범위 내에서 모두 함께 있는 웨이브 필드 세트를 구현하는 것은 어려울 수 있다. 이를 행하는 하나의 기회는 빔 결합기를 사용하는 것이다. 일 구현은 다중화된 볼륨 격자를 사용하여 상이한 파라미터를 가지며 그에 따라 상이한 특징을 갖는 2차 광원을 결합하는 것이다.
사용된 프로파일은 대칭일 필요는 없음을 주목해야 한다. 예컨대, 진폭 아포다이제이션은 또한 웨지와 대칭 함수의 결합으로서 만들어질 수 있다.
다음의 양상은 광의 각도 다중화 옵션에 관한 것이다. 공의 전파의 상이한 배향을 사용할 수 있다. 따라서, 필요한 평면파의 각도 스펙트럼에 따라, 최적의 배향을 사용할 수 있다. 공간 광 변조기 디바이스의 방향으로 방출된 방향의 다중화는 제한된다. 이것은, 여기서 기재한 실시예에 사용된 작은 각도 범위 때문이다. 이것이 의미하는 점은, 예컨대 여러 개의 1-차원 또는 2-차원 필드 렌즈를 어드레싱하기 위해 막대한 수의 상이한 전파각을 사용할 수 없다는 점이다. 그러나 하나의 기회는 광 안내 소자로서 기판의 상이한 측을 사용하여 광에서 결합하는 것이다. 이것이 의미하는 점은 광이 도 1 내지 도 5b에서 일반적으로 기재한 바와 같이 광 안내 소자의 왼편으로부터 입사하거나 오른편으로부터 입사하는 것이 하나의 옵션일 수 있다는 점이다. 다른 옵션은 위 또는 아래로 전파하여 예컨대 여러 개의 필드 렌즈를 다중화하는 것이다.
본 발명의 다음의 양상은 광의 스펙트럼 다중화 옵션에 관한 것이다. 여러 1-차원 필드 렌즈를 다중화하는 한 가지 옵션은 상이한 1차 광원의 세트를 사용하는 것이다. 따라서, 여러 광원은 각 원색에 사용할 수 있다. 스펙트럼 분리는 예컨대 10nm일 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이의 조명 디바이스는 오토스테레오스코픽 디스플레이의 조명 디바이스의 경우에서보다 더 작은 스펙트럼 단계를 사용할 수 있다. 이것이 의미하는 점은 홀로그래픽 디스플레이의 녹색이 예컨대 522nm, 532nm 및 542nm 파장의 파장 세트일 수 있다는 점이다. 장면 컬러의 인코딩은 어떤 서브-컬러가 특정 필드 렌즈를 턴 온시키는데 사용될 것인지를 고려할 수 있다.
다음의 부분은, 조명 디바이스에서 사용하는 진폭 정정 층의 현장의 노광에 관한 것이다. 자체-노광 절차가, 조명 디바이스의 강도 변동을 보상하기 위해 사용된다. 이것이, 조명 디바이스의 출사 평면에 놓이며 더 높은 강도에 노광되는 위치에서 더 높은 흡수도를 보일 진폭 정정 층, 예컨대 진폭 미세 입자 필름의 현장의 노광이다. 따라서, 예컨대 룩업테이블(LUT)을 사용하여 데이터 패널 자체에 의해 보상되어야 하는 값은 감소되며, 공간 광 변조기 디바이스의 비트 깊이는 조명 디바이스의 이질성의 보상을 위해 손실되지 않는다.
다음의 실시예는 다중-방향 조명 디바이스에 관한 것이다. 이 실시예는 예컨대 양방향 조명 디바이스의 실시예와 결합될 수 있다. 추가 애퍼쳐 조리개나 패턴화된 지연기를 사용하여 인접한 콜리메이션 세그먼트 사이의 크로스토크인 인터-콜리메이션-렌즈 크로스토크를 억압할 수 있다. 여러 출사 방향을 순차적으로 또는 동시에 어드레싱할 수 있는 다중-방향 조명 디바이스를 상이한 방식으로 구현할 수 있다. 도 16에 도시한 셋업을 사용할 수 있으며, 약간 상이하며 그에 따라 측방향 오프셋 위치에 놓이는 반사형 또는 투과형 볼륨 격자 세그먼트 소자와 카운터 전파 파를 추가할 수 있다. 도 16은, 광 안내 평면 병렬 플레이트로서 형성된 광 안내 소자(LG) 내에서 그레이징 입사 콜리메이트된 광을 사용하는 조명 디바이스의 세그먼트를 도시한다. 광 안내 소자(LG)는 볼륨 격자 분리 세그먼트 소자로서 형성된 광 분리 세그먼트 소자를 포함한다. 또한, 광 안내 소자는 높은 굴절률의 광 도전 코어를 갖는다. 이 광 도전 코어는 더 낮은 굴절률을 갖는 기판에 내장된다. 45°deg 경사진 투과형 볼륨 격자 세그먼트 소자(TVGE)가 도시되며, 이것은 광의 일부분을 광 콜리메이션 소자의 방향으로 분리한다. 분리 볼륨 격자 세그먼트 소자는 낮은 굴절률을 갖는 광 안내 커버 층 내부에 위치한다. 유전체 스택 층이 구비될 수 있다. 파라볼릭 미러 세그먼트 소자(M)가 콜리메이션을 위해 사용된다. 가상 광원(LS)이 공간 광 변조기 디바이스 어레이(SLM) 앞에 배치된다. 일반적으로, 가상 광원과 콜리메이션 광학 소자(M) 사이의 전체 z 범위가 볼륨 격자 세그먼트 소자(TVGE)를 놓는데 사용될 수 있다. 이것이 또한 의미하는 점은 광원 포인트로서 합리적으로 작은 볼륨 격자 세그먼트 소자(TVGE)를 사용할 수 있다는 점이다. 이것은 결국, 도 16에 도시한 것보다 두꺼운 배치를 야기한다. 작은 볼륨 격자 세그먼트 소자는 예컨대 홀로그래픽 점 세그먼트를 사용하는 데이터 저장 실시예에서 사용되며, 이러한 세그먼트는 예컨대 단지 2㎛×2㎛×5㎛(x×y×z)의 연장을 가질 수 있다.
도 16의 오른편측에서부터 왼편측으로의 정확한 카운터 전파는, 잘못된 회절 방향에 있으며 억압되어야 하는 실제 광원 포인트를 실현하는 재구성된 파의 카운터 전파를 생성할 것이다. 이를 회피하기 위해, 이러한 각도 및/또는 스펙트럼 선택도는 오프-브래그 조건을 구현하는데 사용될 수 있다.
그레이징 입사 전파가 예컨대 지그재그 전파보다 더 실용적일 수 있다는 점으로 인해, 콜리메이트된 빔은 평면 내 회전 배치로 사용될 수 있다. 이것은 180°deg 카운터 전파를 사용하기 보다는 예컨대 90°deg 경사 내지 2°deg 경사를 사용하는 것을 의미한다. 별도의 값은 별도의 볼륨 격자 기하학적 모양, 사용된 웨이브 필드의 별도의 스펙트럼 및/또는 각도 범위에 의존하며, 볼륨 격자 세그먼트 소자의 레이아웃에 의존한다. 이것은 각도 어드레싱이라 칭한다.
다음의 부분은 스펙트럼 어드레싱에 관한 것이다. 세그먼트화된 웨이브 필드의 제2 또는 제3 세트를 제공하는 제2 또는 제3 볼륨 격자 세트를 어드레싱하기 위해, 예컨대 5nm 만큼 스펙트럼 분리된 제2 또는 제3의 원색 세트로 스위칭할 수 도 있다. 따라서, 예컨대 왼편측으로부터 광 안내 소자로서 평면 평행 플레이트에 입사하는 합리적으로 콜리메이트된 웨이브 필드의 동일한 방향을 사용할 수 도 있다.
또한, 다음의 부분은 편광 어드레싱에 관한 것이다. 볼륨 격자 편광 빔 분할기 재구성 기하학적 모양, 예컨대 90°deg 또는 60°deg에서의 볼륨 격자는, 광 안내 소자의 평면에 평행하게 전파하는 콜리메이트된 광의 상이한 편광 상태를 사용하여 지향성 조명 디바이스의 어드레싱을 구현하기 위해 여기서 사용될 수 도 있다. 추가 편광 스위치는, 공간 광 변조기 디바이스가 필요로 할 수 있는 일정한 출사 편광 상태를 제공하기 위해 필요하다.
앞서 논의한 상이한 어드레싱 방법은 합리적인 선택도를 제공하기 위해 결합될 수 있다.
조명 디바이스의 층으로 된 배치는, 조명 디바이스의 다중-방향 실시예를 가능케 하기 위해 사용될 수 있는 오프-브래그 전파를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 다중-방향 조명 디바이스는 예컨대, 도 16에 도시한 것과 유사한 셋업을 사용할 수 있다. 다시 말해, 도시한 볼륨 격자 세그먼트 소자는 상이한 z 평면에 놓일 수 있으며, 세그먼트화된 웨이브 필드를 제공하기 위해 측방향으로 시프트될 수 있으며, 이러한 필드는 콜리메이션 디바이스 내에서 사용된다. 따라서, 여러 합리적으로 콜리메이트된 세그먼트화된 출사 웨이브 필드가, 오토스테레오스코픽 디스플레이 또는 1-차원 또는 2-차원 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이를 조명하기 위해 사용될 수 있다. 후 SLM 미세 관측자 추적이, 평면 액정 회전 위상 격자(PLCG: Plane Liquid Crystal rotating phase Grating)에서 선택되는 능동형 편광을 사용하여 도입할 수 있다.
다음의 부분은 양자점(quantum-dot) 평면에 관한 것이다. 양자점 평면은 또한 조명 디바이스에서 구현할 수 있다. 따라서, 상이한 방향의 어드레싱은 활성 양자점에 의해 구현될 수 있으며, 이러한 양자점은 약간 상이한 z 평면에서 측방향으로 분리되어 놓이거나 광 안내 소자의 인접한 광 안내 구조 내에서만 놓인다. 광 안내 구조는 별도로 어드레싱될 수 있다. 이것은 적외선 광(IR)에 관련되며, 상이한 평면에서 상이한 형광 컬러를 어드레싱하는 것에 관련된다. FTIR 조건 하에서 광 안내 소자로서의 평면 평행 플레이트를 따라 단파장을 전파할 수 도 있으며, 이 평면 평행 플레이트 내에서나 얇은 추가 층 내에서 시각적 컬러를 생성할 수 도 있다. 염료 농도의 국부적 분포는 균일한 시각적 조명을 제공하기 위해 최적화될 수 있다. 광 분리 소자로서의 볼륨 격자 또는 볼륨 격자 세그먼트 소자는 광을 상이한 방향으로부터 예컨대 상이한 방향으로 또는 적어도 대략 동일한 방향으로 출력하는데 사용될 수 있다. 국부적 각도 분포는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 내에서 필요할 수 있는 필드 렌즈 기능을 구현하기 위해 최적화될 수 있다. 국부적 2차 광원 포인트, 라인 세그먼트 또는 라인들에서 양자점 재료를 위치시킬 수 도 있다. FTIR 조건으로 인해, 제한된 각도 범위 또는 콘이, 콜리메이션 렌즈 어레이의 일부분일 수 있는 콜리메이션 디바이스로서의 콜리메이션 렌즈의 방향으로 방출된다.
본 발명에 따른 조명 디바이스의 다음의 기재한 실시예는 편광 선택도에 관한 것이다. 사용된 볼륨 격자의 편광 선택도는 a) 여러 재구성 웨이브 필드에 대한 오프-브래그 조건을 구현하고, b) 전체 시스템의 최적의 상태인 편광 상태를 선택하여 전체 조명 디바이스의 성능을 최적화하거나, c) 전체 디바이스 내에서 사용되는 구성요소의 수를 최소화하기 위해 사용될 수 있다. TM 편광된 광의 격자 강도는 VTM=VTEcos(θ)이며, 여기서 θ는 볼륨 격자에 의해 도입되는 회절각이다. 따라서, 온-브래그 회절 효율은 ηTM=sin2(vTM)=sin2(vTEcos(θ))로 주어진다. 따라서, 편광 빔 분할기 등가의 오프-브래그 각도는 이 관계식에 의해 규정된다. 결과적인 편광 빔 분할기의 기하학적 모양은, 여러 필드 렌즈(FLij)를 제공하는 방식으로 다중화될 수 있는 예컨대 필드 렌즈와 같은 각도 다중화 기능으로서 예컨대 다중화를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 여러 필드 렌즈는 입사각, 조명 광의 파장을 변화시키거나 - 이것이 의미하는 점은 그 파장 등에서 수 nm만큼만 상이한 예컨대 g1, g2 및 g3와 같은 단일 원색의 여러 서브-파장을 사용한다는 것이다 - 편광 상태를 변화시켜서 어드레싱될 수 있다. 더 낮은 격자 강도(v)에 속한 편광 빔 분할기 기하학적 모양만이 실용적이다. 격자 강도(v)의 최저값으로 실현할 수 있는 편광 빔 분할기의 기하학적 모양은 90°의 회절각을 갖는 기하학적 모양이다. 이것은 예컨대 -45°deg/45°deg 또는 -80°deg/10°deg일 수 있다. 만약 정확한 격자 강도를 선택한다면, TE 편광된 광의 회절 효율은 1이며, TM 편광된 광의 회절 효율은 0이다.
다음의 부분은 예로서 재구성된 편광 선택 기하학적 모양의 사용을 기재한다.
웨지를 기초로 한 조명 디바이스는 1/cos(84.26°deg)=10배의 빔 스트레칭을 제공하기 위해 84.26°deg의 무정형 각도를 사용한다. 10배의 무정형 스트레칭을 사용하는 두 개의 실시예를 도 17a 및 도 17b에 도시한다. 이들 실시예는 상이한 타입의 볼륨 격자의 편광 의존도를 기재하기 위해 사용될 수 있다.
10배의 무정형 빔 스트레칭 팩터는 84.26°deg의 입사각을 필요로 하며, 이러한 입사각은 도 17a 및 도 17b에
도시한 세 개의 스트레치 모두에 사용된다. 공기로부터 볼륨 격자의 유전체 평면까지 84.26°deg에서 입사각을 사용하는 두 개의 빔을 먼저 굴절시킨다. 이 실시예는 도 7a에 예시한 반사형 볼륨 격자에 대해서 그리고 도 7b에 도시한 대형 디스플레이 크기 볼륨 격자에 대해 사용된다. 예컨대 광중합체일 수 있는 사용된 볼륨 격자 재료의 nVG=1.5의 굴절률에 대해, 41.55°deg의 입사각이 격자 볼륨 내에 존재할 것이다. 도 7a에서, 수평선을 따라 놓이는 오프 축 파라볼릭 미러(M)의 세트를 사용하여 콜리메이션이 행해진다. 유사한 광학적 배치가 DE 10 2012 100 201 A1에 개시되며, 이것의 전체 내용은 본 명세서에서 인용된다. 도 7b에서, 웨지에 기초로 한 조명 디바이스가 예시되며, 이것은 유리에서 -84.26°deg/0°deg의 제1 회절을 사용하며 공기에서 -84.26°deg/0°deg의 제2 회절을 사용하여 20배의 애퍼쳐 스트레치를 제공한다. 유사한 광학적 배치를 WO 2012/004016A1에 개시하며, 이것의 전체 내용은 본 명세서에서 인용된다.
다시 한번, 공기 중에서 전파하며 인터페이스 경계 평면의 공기/볼륨 격자와 84.26°deg에서 충돌하는 두 개의 빔은 볼륨 격자와 41.55°deg에서만 충돌한다. 따라서, TM 편광된 광에 적용되는 격자 강도(v)는 TE 편광된 광에 대해서보다 0.748 더 낮다. 볼륨 격자가 온-브래그 회절 효율의 제1 최대치((DE온-브래그)η(θ)온-브래그)를 사용한다면, TE 편광된 광과 TM 편광된 광의 회절 효율 사이의 차이는 10%미만이다. η(θ)온-브래그의 제2 최대치는 높은 편광 선택도를 보이며, 볼륨 격자에 기초로 한 편광 빔 분할기에 가깝다. 여기서 주된 요지는, 공기에서 84.26°deg/0°deg의 기하학적 모양이 높은 회절 효율(DE>0.9)로 동시에 TE 및 TM 편광된 광에 대해 사용될 수 있다는 점이다. TE 또는 TM 편광된 광에 대해 회절 효율(DE=1)을 제공하는 격자 강도 사이의 차이는 작다. 이것이 의미하는 점은 여기서 TE와 TM 사이에 작은 차이만 있다는 점이다. 이것은 볼륨 격자 자체에 적용된다. 그러나 반사 방지 코팅에 대해서는 자동으로 적용되지 않으며, 그러한 코팅은 볼륨 격자에 대한 공기의 또는 광 안내 소자로서의 기판에 대한 공기의 인터페이스 경계 평면에서 놓일 수 있다. 반사 방지 코팅은 일반적으로 TE 및 TM 편광된 광의 투과 사이에 상당한 차이를 보인다. 수직 표면에 역평행을 의미하는 수직 입사는 결국 동일한 투과를 야기하지만, 입사각이 증가함에 따라 차이는 증가할 것이다. 여기서 중요한 점은, 볼륨 격자가 양 편광에 사용될 수 있다는 점이다. 그러나, 반사 방지 코팅은 사용될 수 없다. 이러한 상황은, 광 안내 소자로서의 기판 내에서 전파하며 84.26°deg에서 볼륨 격자와 충돌하는 빔에 대해서는 완전히 변화한다. 이러한 실시예를 도 17b의 하부에 도시한다. 작은 콜리메이트된 웨이브 필드가 대형 재료 웨지를 따라 전파하며 84.26°deg만큼 볼륨 격자에 의해 회절된다. 따라서, TM 편광된 광에 적용되는 격자 강도(v)는 TE 편광된 광에 적용되는 것의 0.1배이며, 이것이 의미하는 점은 vTM=0.1vTE이다. 따라서, TE 및 TM 편광된 광 사이에는 회절 효율이 크게 차이가 난다. 이점은, θ=90°deg의 회절각을 사용한 편광 빔 분할기 기하학적 모양에 가깝기 때문이다. 이것이 의미하는 점은, 도 17b에 도시한 실시예의 제1 무정형 스트레치를 생성하는데 사용된 작은 볼륨 격자 세그먼트(VG)는 TM 편광된 광을 회절시키는데만 사용될 수 있음을 의미한다. 여기서 주로 고려되는 점은, TE 편광된 광으로 이 볼륨 격자 평면을 조명하는 것이 필수적이며, 이것이 의미하는 점은 전계의 벡터가 제1 작은 볼륨 격자 세그먼트의 격자 평면에 평행하게 스윙한다는 점이다.
여기서 두 번째로 고려되는 점은, TE 편광된 광으로 제2 볼륨 격자 평면을 조명하는 것이 필수적이지 않다는 점이다. 두 평면에 대해 TE 편광된 광을 사용하는 것은, 반사 방지 코팅이 TE 편광된 광에 대해 더 작 작동하는 경우에만 필수이다. 제2의 더 큰 볼륨 격자의 격자 평면을 따라 스윙하는 전계를 의미하는 TE 편광된 광을 제공하기 위해, 반파 플레이트가 제1 작은 볼륨 격자 세그먼트 뒤에 구현되어야 한다.
앞서 기재한 예는, 분리된 편광 관리가 볼륨 격자(들)를 사용하는 조명 디바이스의 분리된 실시예에 의존함을 나타내야 하는 예일 뿐이다. 상기 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 편광 선택도는 여러 방식으로 구현할 수 있다.
여기서 논의하는 실시예는 다음의 부분이 기재하는 바와 같이 다중-방향 조명 디바이스를 제공하도록 더 변경될 수 있다.
모든 실시예가, 예컨대 상이한 방향으로부터 광원 안내 소자로서의 기판을 조명하는 것으로서 그리고 다중화된 볼륨 격자를 사용하는 것으로서 각도 다중화를 사용할 수 있는 것은 아니다. 이들 실시예에 대해, 스펙트럼 다중화는 도 18에 도시한 바와 같이 약간 상이하지만 잘 규정된 파장을 갖는 상이한 광원을 예컨대 온 및 오프로 스위칭함으로써 사용될 수 있다. 파장은 비용 효율적인 브래그 공진기를 갖는 레이저 다이오드(LD)를 사용하여 규정될 수 있다. 따라서 예컨대 5nm의 스펙트럼 단계를 실현할 수 있다. 합리적으로 높은 볼륨 격자의 격자 강도(v)에 대해 이것이면 충분하다. 다시 말해, 조명 디바이스에 대하 순전히 각도 다중화 접근법을 사용하는 것은 필수적이지 않다. 도 18의 예시로부터 알 수 있는 바와 같이, 광원의 어떤 레이저 다이오드가 스위칭 온되는 지에 따라, 조명 디바이스로부터 분리된 광은 예컨대 공간 광 변조기 디바이스에서 인코딩된 컴퓨터로 생성한 홀로그램(CGH)을 통과하며, 광 전파 방향에서 볼 때 CGH의 하류에 배치된 편광기(P)는 규정된 방향으로 향하며 따라서 사용자/관측자의 각각의 눈을 향한다.
조명 디바이스로부터 방출된 각도 방향의 다중화는 상이한 파장 또는 상이한 입사각 또는 둘 모두를 사용하여 구현할 수 있다. 따라서, 해법은 요건에 맞춰질 수 있다.
다음의 부분은 홀로그래픽 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이의 출사각의 일반적일 국부적 강도 분포에 관한 것이다. 도 19는 지향성 방사 디스플레이의 출사 평면 내에서 국부적으로 수평인 출사각(θ°deg)을 도시한다. 가정한 디스플레이의 수평 폭은 1220mm이다. 사용자/관측자의 z-거리는 z=2.5m로 고정된다. 사용자의 측방향 위치는 ±1450mm의 범위에 걸쳐져 있다. 중심 영역은 ±30°deg의 각도 범위를 제공해야 한다. 디스플레이의 외부 위치에 제공되어야 하는 각도 범위의 절대값은 유사하다. 외부 측방향 위치의 중간 각도 위치는 경사져 있다.
도 20은, 1220mm의 수평 연장을 갖는 지향성 디스플레이의 출사 평면에서 제공되어야 하는 수평 출사각(θ°deg)을 도시한다. 국부적인 각도는, z-거리(z=2.5m)에 놓이는 사용자의 두 개의 측방향 위치(x1 및 x2)에 대해 도시된다. 하나의 측방향 위치는 x1=-670mm이며, 다른 측방향 위치는 x2=670mm이다. 도 20으로부터, 두 사용자 위치에 대해 제공되어야 하는 국부적 각도 오프셋의 절대값이 대략 30°deg임을 알 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 상이한 분리 기하학적 모양을 포함하는 평면 평행 플레이트가 서로 위에 스택될 수 있다는 것이다. 신호 각도(θS)인 국부적 출사각이 대략 30°deg로 변할 수 있으며, 재구성각인 입사각(θR)은 동일할 수 있으며, 따라서 예컨대 90°deg일 수 있다. 조명 동안 크로스토크를 회피하기 위해, 분리된 전파 평면 또는 세그먼트를 사용한다. 등가각(θR)의 공간적으로 및/또는 스펙트럼 분리가 상이한 파면 형성 상태의 크로스토크를 회피하는데 사용될 수 있다.
-θR에서 광 안내 소자로서 볼륨 격자를 지니는 평면 평행 플레이트에 입사한 카운터 전파 파는 후방으로 회절할 것이며, 흡수 평면 또는 흡수재 층을 사용하여 차단될 수 있다.
출사각은, 도 19에서 0°deg인 수직 표면에 대해 90°deg 상이할 수 있다. 도 20에서 볼 수 있는 바와 같이, 출사 표면에 수직인 출사각을 회피하는 방식으로 기하학적 모양이 선택될 수 있다. 이들 기하학적 모양은, 반사형 공간 공 복조기 디바이스 전방에 놓인 볼륨 격자(들)를 사용하는 프런트라이트 조명 디바이스에 대해 사용될 수 있다. 공간 광 변조기 디바이스(SLM)는 반대편 카운터 전파 각에서 입사각을 반사한다. 재구성 기하학적 모양은, 사용된 볼륨 격자의 각도 선택도를 사용하여 "SLM으로"와 "SLM으로부터"의 빔 경로를 분리하는 방식으로 선택될 수 있다. 이것이 의미하는 점은 SLM 평면은 5°deg 오프 축에서 조명될 수 있다는 것이다. 이것이 또한 의미하는 점은 0°deg 온 축에서 조명될 수 있으며 SLM 픽셀은 예컨대 10°deg의 오프 축 오프셋을 도입할 수 있다는 것이다. 이것은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기반의 SLM 어레이로 행해질 수 있다.
다음의 부분은 분리 효율의 분포에 관한 것이다. 도 21은, 출사 평면과 높은 전체 효율 내에서 균일한 강도 분포를 제공하기 위해 전파 거리(z)를 따라서 증가하는 회절 효율(η(z))을 도시한다. 최대 100mm의 전파 거리(z)를 도시한다. z=0mm 내지 100mm의 이러한 표시는, 전파 거리의 최대치이며 55인치 16:9 디스플레이의 수직 및 수평 연장에 각각 등가인 예컨대 700mm 또는 1220mm인 zmax의 0% 내지 100%의 z를 사용하여 등가의 표시로 변환될 수 있다. 사용된 볼륨 격자 재료의 큰 동적 범위가 조명 디바이스(BLD 또는 FLD)로부터의 모든 광을 추출하기 위해 필요하다. 그러나 필요한 동적 범위는 초기 광의 20%의 손실을 허용함으로써 감소할 수 있다.
다음의 부분은 스펙트럼 분포에 관한 것이다. 도 22는 파장(λ)과 라인 폭(Δλ)에 따라 코히어런스 길이(zc)를 도시한다. 웨이블렛의 길이는 유효 격자 두께(dHOE)를 규정한다. 볼륨 격자의 유효 두께는 회절 효율(η)의 각도 및 스펙트럼 선택도를 규정한다. 다시 말해, 예컨대 100mm의 너무 큰 값은 광학 레이아웃에 대해 실용적이지 않다. 그러나, 예컨대 5㎛ 내지 100㎛의 값은 θR=90°deg와 유사하거나 이와 가까운 광학 레이아웃에 대해 실용적이다.
다음의 부분은 큰 유효 격자 두께의 각도 선택도에 관한 것이다. 도 26은 설계 재구성각(θR) 및 굴절률(n1)의 변조에 대한 오프셋에 따라 회절 효율(η)을 도시한다. 설계 회절각은 여기서 88.091°deg이다. 볼륨 격자의 가정된 두께는 dHOE=5mm이다. 설계 기하학적 모양은 30의 스트레칭 팩터를 제공한다. 따라서, 볼륨 격자 내의 유효 전파 길이는 최대 5mm×30=150mm이다. 코겔닉(Kogelnik)의 결합된 파 이론(CWT)이 시뮬레이션을 위해 사용되었으며, 이러한 시뮬레이션은 단색파를 가정하며 따라서 zc>>dHOE이다. 사용된 웨이블렛의 길이는 예컨대 ≥1/60°deg인 실용적인 각도 선택도를 가능케 하기에 충분히 작아야 한다. 심지어 홀로그래픽 디스플레이의 경우에, 예컨대 1mm의 코히어런스 길이면 충분할 수 있다. 따라서, 각도 선택도의 실용 값을 실현할 수 있다.
다음의 부분은 각도 분산에 관한 것이다. 다른 양상은, 조명 디바이스에서 사용한 회절 또는 심지어 굴절 구성요소의 각도 분산이다. 격자 방정식(sin(θS)=mλ/(ηΛx)+sin(θR))이, 허용 가능한 각도 분산을 실현하기 위해 사용되는 스펙트럼 범위를 계산하는데 사용될 수 있다. λ=532nm의 파장, m=1, n=1.5, θR=90°deg, Λx=354.67nm는 θS=0°deg를 제공한다. ΔθS=±0.5°deg의 오프셋이 Δλ=±4.64nm의 스펙트럼 오프셋에 대해 얻어진다. 0.5°deg의 각도 오프셋을 오토스테레오스코픽 디스플레이 실시예에 대해 허용될 수 있다. 다시 말해, 오토스테레오스코픽 디스플레이 내에서 사용된 광원의 스펙트럼 범위는 예컨대 대략 Δλ=±5nm로 제한될 수 있다. 사용된 스펙트럼 범위는 적색, 녹색 및 청색의 원색 사이에 상이할 수 있다. 이것은 모든 파장에 대해 등가의 각도 분산을 실현하기 위해 구현될 수 있다. 이것은 또한, 광 안내 소자로서의 평면 평행 플레이트 내에서 다중화될 수 있는 컬러 관련 볼륨 격자(들)에 대해 등가의 각도 선택도를 실현하기 위해 구현될 수 있다. 트리플 노치 필터가 필요한 스펙트럼 분포를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
다음의 부분은 조명 디바이스와 결합되어 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 선택에 관한 것이다. 여러 유형의 공간 광 변조기 디바이스(SLM) 또는 여러 모드의 액정 기반 SLM은, 상이한 각도에서 조명된다면 합리적인 콘트래스트 비를 제공할 수 있다. 다른 SLM은 또한, 예컨대 5°deg와 20°deg에서 조명된다면 적절히 동작하지 않는다. 이들 유형의 SLM은 작은 각도 범위에 대해서만 동작한다. 또 다른 SLM 유형은, 국부적인 조명각을 고려한다면 합리적인 콘트래스트를 제공한다. 이것이 의미하는 점은, 예컨대 픽셀 신호의 약간의 변화를 도입할 수 있으며, 이러한 변화는 국부적 조명각에 의존한다는 점이다. 위상 값, 광학 경로 길이 또는 광학 경로차(OPD)는 국부적 조명각에 따라 약간 변화할 수 있다. 이로 인해, 사용된 SLM의 적응된 리프레시 레이트를 초래할 수 있다. 이것이 의미하는 점은 SLM의 리프레시 레이트는 증가할 수 있다는 점이다.
다음의 부분은 재료 속성을 다룬다. 본 명세서에서 기재한 층으로 된 볼륨 격자 실시예는, 예컨대 기판 배치 위의 볼륨 격자 포일과는 다를 수 있는 볼륨 격자 재료를 사용하는 볼륨 격자 재료 또는 실시예를 사용하여 실현될 수 있다.
볼륨 격자 재료를 포함하는 여러 평면 평행 플레이트를, 다중-방향 조명 디바이스의 스택된 오프-브래그 볼륨 격자 재구성을 실현하기 위해 사용된다.
예컨대 20㎛의 두께를 가지며, 예컨대 150㎛ 두께의 합리적인 굴절률 매칭 캐리어 포일 위에 놓인 볼륨 격자 재료와 대조적으로, 볼륨 격자 재료는 예컨대 1200mm×700mm×2mm일 수 있는 볼륨 측정 세그먼트에 사용될 수 있다. 다시 말해, 볼륨 격자 재료가 차지하며 분리 또는 웨이브 필드 재형성에 사용되는 볼륨은 100의 팩터만큼 증가한다.
예컨대 HRF 필름(듀폰)나 Bayfol HX 필름(베이어 머티리얼 사이언스)와 같은 표준 재료는 여기서 기재한 실시예에 최상의 선택일 수는 없다. 이것은 비용 때문이며, 이 비용은, 20㎛대신 2mm 두께로 특수용으로 최적화된 포일 유형 볼륨 격자 재료를 사용한다면, 너무 크다.
다음의 부분은 재료 속성과 결합하여 굴절률(n1)의 변조에 관한 것이다. 볼륨 격자 포일 기반의 재료는 보통 굴절률(n1)의 합리적으로 높은 변조를 제공하는 방식으로 최적화된다. 재료는, 사용된 재구성의 기하학적 모양과 볼륨 격자 필름의 두께에 대해 1에 가까운 회절 효율을 가능케 하기 위해 충분한 굴절률 변조를 생성해야 한다. 이것이 의미하는 점은, 규정된 재구성의 기하학적 모양에 필요한 변조는 예컨대 n1=0.02일 수 있다는 것이다. 이 값은 예컨대 1에 가까운 회절 효율로 -45°deg에서 0°deg까지 파 세그먼트를 회절시키는데 필요하다. 실현되어야 하는 굴절률의 변조의 분리 값은 회절각, 입사각, 파장, 초기 굴절률, 편광, 볼륨 격자 층의 두께 및 물론 실현되어야 하는 회절 효율에 의존한다. 더 상세한 내용은 코겔닉의 CWT를 참조해야 한다.
볼륨 격자 분리를 사용하는 스택된 층 오프-브래그 조명 또는 그레이징 입사 조명은 일반적으로 훨씬 더 낮은 변조를 필요로 할 것이며, 이것이 의미하는 것은 예컨대 n1=0.002, n1=0.0002 또는 이것보다 훨씬 더 작은 값이다. 이들 값은, 볼륨 격자 재료를 포함할 수 있는 광 안내 소자 내에서 전파 거리에 따라 약간 증가할 수 있다. 굴절률(n1)의 변조의 매우 작은 값을 사용할 수 있다. 이것은, 넓은 범위의 볼륨 격자 재료를 사용할 기회를 제공한다. 예컨대 디크로맷 젤라틴(DCG: DiChromat Gelatine)의 큰 수축률 재료는 매우 두꺼운 층에 특히 바람직하지 않다. 굴절률(n1)은 합리적으로 높을 수 있으며, 이것이 의미하는 점은 일반적으로 매우 낮다는 것이며, 수축률은, 필요한 각도 기하학적 모양 및 각도 공차를 제공하기 위해 합리적으로 낮아야 한다.
다음의 부분은 인접한 층의 굴절률 매칭에 관한 것이다. 굴절률의 매칭은 볼륨 격자 실시예에 대해 중요한 양상이다. 합리적으로 충분한 굴절률 매칭은, 이미지 콘트래스트의 감소를 초래할 수 있는 반사를 회피하기 위해 구현되어야 한다. 특수한 실시예는 굴절률 단계와 규정된 반사도를 사용하여, 유전체 층이나 평면 평행 플레이트의 접착된 샌드위치 내에서 광을 안내한다. 그러므로, 굴절률 매칭은 일반적으로 중요하다.
굴절률 매칭을 제공하기 위한 하나의 실시예는 볼륨 격자 층을, 백라이트 조명(BLD)에 이미 사용된 광 안내 소자로서의 기판 재료 내에 내장하는 것이다. 여러 디스플레이 등급이, n_532mm=1.51을 갖는 예컨대 코닝 이글 XG와 같은 1.5에 가까운 굴절률(n)을 갖는다. 이것이 의미하는 점은, 디스플레이가 n
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1.5의 굴절률을 갖는 재료에 기반할 수 있다는 것이다. 이것이 의미하는 점은, 예컨대 PC(폴리카보네이트) 기반 재료 결합보다는 PMMA 기반 재료 결합을 사용하는 것이 바람직하다는 것이다. 이것은, n_PMMA_532nm=1.495와 n_PC_532nm=1.592라는 점 때문이다.
다음의 부분에서 일반적으로 유용한 재료를 기재한다. 넓은 범위의 재료를 두꺼운 볼륨 격자 플레이트 내에서 사용할 수 있다. 여기서 의도는 여러 실용적인 기본 재료 혼합물 및 실시예를 기재하는 것이다.
예컨대 광 굴절 유리와 같이 유리 기반 광 굴절 재료는, 굴절률(n1)을 증가시키기 위해 UV 또는 가시광 노광 이후 열적으로 처리할 수 있다. 예컨대 300℃ 내지 500℃의 더 높은 온도는 사용된 혼합물의 확산을 증가시킬 것이다. 예컨대 코닝 및 스콧과 같은 회사들은, 광 굴절 재료로서 사용될 수 있는 유리를 제공한다. 이들 유리를 기반으로 하는 재료는, 파장 다중화 및 파장 다중화 해제 원격 통신 디바이스에 사용되는 광섬유 및 격자로 브래그 격자를 기록하기 위해 사용된다. 유리를 기반으로 하는 브래그 격자는 파장 의존 및 그에 따라 파장 안정화 공진기 미러로서 동작하기 위해 또한 사용된다. B270 유리의 밀도는 2.55g/cm3이다. 플레이트는 1200mm×700mm×2mm=1680cm3를 가질 수 있으며 그에 따라 유리로 만들어진다면 4.3kg의 중량을 갖는다. PMMA의 밀도는 (1.17-1.2)g/cm3이다. 예컨대 1200mm×700mm×2mm=1680cm3를 갖는 광 안내 소자로서의 평면 평행 플레이트는 1.99kg의 중량을 가질 것이다. 중량은, 대형 디스플레이에 중요한 양상이다. 따라서, 플라스틱 기반의 기판이 광 안내 소자로서 바람직하다.
● 중합체 기반의 광 굴절 재료:
광 중합체는 여러 화학적 구성요소를 포함한다. 상이한 구성요소는 상이한 요건을 충족한다. 여러 화학물질이 상이한 역할을 한다. 화학적 배치 내의 각 부분은, 특정한 군 중 하나인 특정한 화학물질에 의해 채워질 수 있다. 이것이 의미하는 점은, 막대한 수의 상이한 모노머가 존재하며, 이들은 중합화될 수 있다는 것이다. 이것이 또한 의미하는 점은 막대한 수의 상이한 염료가 있으며, 이러한 염료는 충분한 횡단면을 가지며 따라서 3-차원 간섭 패턴 내에서 존재하는 광자 에너지를 흡수하기 위해 사용될 수 있다는 것이다. 호스트 매트릭스는, 중합화로 인한 수축률을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 호스트 매트릭스의 재료는 간섭 패턴에 의해 중합화되는 재료와 상이할 수 있다. 간섭 패턴으로 인한 중합화는, 또한 열적 및/또는 화학적 처리를 필요로 할 수 있는 직접 중합화 또는 반응 체인의 결과일 수 있다.
염료 또는 더 정확하게는 발색단(chromophoric group)은 감광성 구성요소로서 동작한다. 염료는 광학 에너지를 수집한다. 공간 분포는 간섭 패턴에 의해 규정된다. 상이한 발색단은, 예컨대 에틸렌의 경우 λ=193nm에서 C=C 또는 2-메틸-2-니트로프로판의 경우 λ=300nm 및 λ=600nm에서 N=O와 같은 상이한 파장에서의 최대 흡수도를 갖는다.
여기서 중합화하는 여러 방식이 있다. 진행할 하나의 방식은 다음으로 기재되는 직접 광 유도 중합화이다:
M + ηv => M*
M* + M => M-M
M-M + ηv =>(M-M)*
M* + M-M => M-M-M
(M-M)* + M => M-M-M 등등
대부분의 모노머(M)는, 400nm보다 상당히 아래에 있는 파장에서 최대 흡수도를 갖는다. 대신 가시광 또는 UV 레이저를 사용하는 것은 더욱 안정적일 수 있으며 더욱 비용 효과적일 수 있다. 다른 양상은, 증가한 파장에서 증가하는 흡수도이다. 이것은 간섭 패턴의 z 아포다이제이션을 생성할 것이다(즉, 조명 광의 전파 방향 또는 볼륨 격자가 조명되는 재료의 표면에 수직인 방향으로의 아포다이제이션). z 아포다이제이션을 회피하기 위해, 합리적으로 낮은 흡수도가 광 굴절 재료에 필요하며, 이러한 재료는 예컨대 최대 수 mm의 두께를 갖는다.
광 유도 중합화를 위한 다른 방식은 다음과 같이 기재되는 센시타이저(S)를 사용하는 것이다:
M + S + ηv => M* + S
M-M + S + ηv => (M-M)* + S 또는
M + S + ηv => M* + S'
M-M + S + ηv => (M-M)* + S' 등등
센시타이저(S)는 전하 전달을 위해 사용되며 화학적으로 불변인 채로 남아 있을 수 있다. 따라서 센시타이저는 반응 이후 동일한 구조를 가질 수 있다 센시타이저는 또한 S'로의 반응 동안 변경될 수 있다. 따라서 센시타이저는 전하 전달 동안 고갈될 수 있다. 센시타이저의 사용은 간섭 패턴의 노광에 가시 레이저를 사용할 기회를 제공한다. PQ(페난트렌뷔논) 분자 및 추가로 모노머나 올리고메릭 구성요소를 지니는 중합체 호스트 매트릭스가 사용될 수 있으며, 그러한 구성요소는 광 유도 중합화될 수 있다. PQ 분자는 도핑제로서 동작한다.
광 유도 중합화의 양자 효율이 너무 낮다면, 추가 후 노광 열적 활성화를 사용할 수 있다. 이것은 중합 교차 링킹 및 또한 얻은 굴절률(n1)을 증가시킨다.
이동 응용에 어드레싱되어야 하는, 다음에 기재한 특수한 양상은 존재할 수 있는 디스플레이 디바이스의 굽힘이다. 굽힘은 강도의 변화를 초래할 것이며, 이러한 변화는 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 평면에 전달된다. SLM 또는 심지어 다른 평면은 조명의 강도 분포를 검출하는 센서 소자를 포함할 수 있다. 예컨대 30HZ에서 동작하는 센서 소자로서 수백 개의 포인트면 충분할 수 있다. 이러한 유형의 센서 그리드는 이미 종래 기술에서 알려져 있다. 그러나, 센서 소자는 사용자 공장으로부터 유래한 광을 검출한다. 이것은 조명 디바이스에 보이기 위해 뒤집힐 수 있거나, 조명 디바이스의 주파수를 검출하는 필터 동작을 적용함으로써 단지 사용될 수 있다. 변화력으로 인한 동적 변화는 검출될 수 있으며, SLM에 제공되는 오프셋 값을 사용하여 보상될 수 있다.
이제 본 발명의 추가 양상으로, 여기서의 문제점은, 예컨대 이동 홀로그래픽 3-차원 디스플레이 디바이스 또는 심지어 더 대형의 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스와 같은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있는 얇은 조명 디바이스를 제공하는 것이다. 조명 디바이스의 매우 얇은 실시예의 문제점은 그러나 작은 공차 값일 수 있으며, 이러한 값은 아마도 필요하다. 다시 말해, 조명 디바이스의 일부 매우 얇은 셋업은 기계적 파라미터의 변화에 매우 민감할 수 있다.
그러므로, 조명 디바이스의 실시예 내부나 디스플레이 자체 내의 기계적 응력의 결과를 측정하는데 사용될 수 있는 방법이 기재된다.
광 검출기 어레이가, 조명 디바이스에 의해 출력되는 광의 강도 분포의 국부적 시간적 강도 변동을 검출하기 위해 제공된다. 배경은, (이동) 홀로그래픽 디스플레이 디바이스 응용 내에서 예컨대 사용되는 평평한 간섭성 조명 디바이스가 기계적인 응력을 겪을 수 있으며, 그러한 응력은 사용된 볼륨 격자 또는 다른 각도 및/또는 스펙트럼 민감성 광학 소자의 국부적 회절 효율의 변화를 초래한다는 점이다.
광 검출기 어레이는 이 기재된 실시예에서 검출기 그리드이며, 여기서 자연적으로 다른 유형의 광 검출기 어레이도 예컨대 반-투명 또는 매우 투명한 광 검출기로서 사용될 수 있다. 그리드의 검출기는 사용자/관측자에게 전파되는 웨이브 필드에 도입되는 외란(disturbance)을 최소화하는 방식으로 만들어진다. 이를 행하기 위한 하나의 옵션은 검출기 그리드를 공간 광 변조기 디바이스(SLM) 자체의 흡수성 영역에 놓는 것이다.
전방에서 또는 여기서 가정하기로는 후방에서 사용될 수 있는 검출기 그리드를 제공하는 추가 옵션은, 규정된 "포인트에서의 결합"을 갖는 광 안내 그리드 또는 광 안내 라인을 사용하는 것이다. "포인트에서의 결합"은 예컨대 45°deg 섬유 단부나 섬유 위의 작은 크기의 회절 소자를 사용하여 형성된다. 포인트에서의 결합의 어레이는 검출 포인트의 그리드로서 동작하기 위해 SLM 전방에 배치된다.
공간 광 변조기 어레이 내부에 배치한 광 검출기 어레이는 종래 기술에서 이미 기재되었다. 이들 제안의 목적은 대부분 터치 스크린 실시예에 대한 광학적 대안을 구현하는 것이며, 이것이 의미하는 점은 예컨대 광 검출기의 그리드를 사용하여 손가락과 같은 오브젝트의 위치를 검출하는 것이다.
주된 목적은 그러나 시간 및 공간 분해된 방식으로 공간 광 변조기 디바이스(SLM)에 존재하는 강도 분포를 검출하는 것이다. 기계적 응력을 검출하는 추가 검출기 소자가 사용될 수 있다. 스트립 PZT 검출기는 예컨대 신장도를 검출하는데 사용된다. 광섬유는 또한 이를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 여러 방법은 예컨대 광 안내 기판의 굽힘을 검출하는데 제공될 수 있다. 이와 대조적으로, 광 검출기 어레이는 직접 방식으로 해당 파라미터를 검출하는데 사용될 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서 제공된 조명 디바이스로부터 유래한 광의 가변 강도 분포(I(x,y,t))가 측정되며, 보상된 투명도 값을 SLM에 기록함으로써 보상된다. 홀로그래픽 인코딩 디바이스는 인코딩을 위해 측정값을 고려한다. 따라서, 예컨대 1-차원(1D) 또는 2-차원(2D) 인코딩에 의해 얻은 3-차원(3D) 장면은 강도 변동을 겪지 않을 것이다.
광 검출기 어레이를 역방향 및 순방향으로 사용할 수 있다. 이것은, 조명 디바이스가 시간 순차적 방식으로 동작하는 경우에, 이루어질 수 있다. 따라서, 디스플레이 디바이스에 가깝게 배치될 수 있고 사용자/관측자 또는 예컨대 손가락과 같은 오브젝트의 모션을 검출하기 위해 사용하는 광 검출기 어레이는 또한 조명 디바이스의 출사 평면 상의 가변 강도 분포(I(x,y,t))를 검출하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 광 검출기 어레이는 펄스화된 조명 디바이스만큼 빨라야 한다.
또한, 변화하는 강도 분포의 더 많은 간접 측정을 제공하는 것도 가능하다. 하나의 기회는 공간 광 변조기 디바이스(SLM)의 방향으로 분리되지 않는 광을 사용하는 것이다. 예컨대, 평행 평면판과 같은 광 안내 소자나 웨지(wedge)도 일 측으로부터 조명된다. 분리되지 않는 광은 조명 디바이스의 타 측에서 측정된다. 그 값들은 광원의 전체 밝기를 변경함으로써 보상될 수 있는 것보다는 글로벌 드리프트(global drifts)를 검출하는 데 사용된다. 그리드로 형성되는 광 검출기 어레이가 조명 디바이스의 일 측에 배치되고, 그러한 조명 디바이스의 일 측은 콜리메이션 디바이스의 출사면 및 광 안내 소자의 입사면이다. 광 검출기 그리드 간격은 충분해야 한다.
매우 가늘고 바람직하게는 본 발명에 따르는 그레이징 입사 실시예를 사용하는 조명 디바이스는 일반적으로, 광 분리 소자의 면 특히, 볼륨 격자면에 존재하는 국부 입사각의 변화에 매우 민감하다. 회절되어야 하는 웨이브 필드의 미세하게 변화된 입사각이 회적 효율 η(x,y)의 변화를 야기한다. 이 변량은 국부적으로 측정될 수 있다. 글로벌 값이 또한 수득될 수 있다. 글로벌 오프셋은 사용되는 광원을 변조시킴으로써 보상될 수 있다.
이하에는 추가의 각도 측정이 기재된다. 또한, 조명하는 웨이브 필드의 각도 측정을 위한 그리드를 제공하는 것도 가능하다. 일례를 제공하기 위해, 복수의 마이크로 렌즈가 4 사분면 광 검출기 어레이의 정면에 배치된다. 그러므로, 국부 측정 포인트가 동시에 입사 광의 각도 및 광의 강도 분포를 검출하기 위해 사용된다. 이 검출은 DVD 플레이어 내에서의 신호 검출과 유사하다. 이들 소자 - 검출기 + 마이크로 렌즈 - 는 예를 들면, 조명 디바이스의 일 측에 배치되고, 그러한 조명 디바이스의 일측은 예를 들면, 콜리메이션 디바이스가 붙어 있는 입사면의 반대 측이다.
볼륨 격자는 조명 디바이스 내에서의 각도 측정치를 제공하는 데 사용될 수도 있다. 광 검출기 및 이미지 검출기 어레이가 볼륨 격자(들) 및 볼륨 격자(들)의 각도 선택도(angular selectivity)를 사용하는 배열 내에서 사용될 수도 있다. 더 굵은 볼륨 격자는 더 가는 볼륨 격자보다 더 높은 각도 및 공간 선택도를 나타낸다. 볼륨 격자의 파라미터는 특정의 요건에 맞춰질 수 있다. 각도 오프셋이 국부적으로 회절된 광의 변화된 강도를 야기한다.
광 검출기 그리드의 제공은 변화하는 강도 분포 I(x,y,t)의 측정이 상당히 낮은 복잡도를 갖고 실행될 수 있다는 사실 때문에 바람직하다.
아래의 섹션은 세그먼트화된 광 분리 소자, 바람직하게는 세그먼트화된 볼륨 격자를 사용하는 본 발명에 따르는 조명 디바이스를 기재한다. 이것은 유리하게도 비용이 절감될 수 있기 때문에, 대형 광 분리 소자의 사용에 관련된다.
비용에 의해 대규모 연속 볼륨 격자 대신에 볼륨 격자(VG) 세그먼트 소자를 사용하려는 경향이 만들어진다. 예컨대, 볼륨 격자 조명 디바이스, 특히 단일 노광을 사용함으로써 백라이트 조명 디바이스(BLD), 볼륨 격자 필드 렌즈, 볼륨 격자 결합 필드 렌즈 또는 멀티플렉싱된 필드 렌즈일 수 있는 예컨대, 55인치 디스플레이 사이즈 볼륨 격자 소자를 노광시킬 수 있는 생산 설비는 매우 고가일 수 있다. 단계 및 반복 노광 도구가 이것의 일부분에만 비용을 지출할 수 있다.
세그먼트화된 볼륨 격자 소자는 또한 예컨대, 기울기, 격자 주기의 반복 국부 최적화, 굴절률 n1의 변조를 사용함으로써 최적화될 수도 있다. 이것은 예컨대, 노광 또는 생성 동안 수축 효과를 보상하기 위해 행해질 수 있으며, 국부적으로 상이할 수 있다. 대규모 볼륨 격자는 이 방법이 더욱 복잡하고 더욱 고가이더라도, 보정을 행하기 위해 CGH(CGH = 컴퓨터 생성 홀로그램)를 사용할 수 있다.
볼륨 격자 세그먼트화는 간섭성 조명과 함께 사용될 때 화질 저하라는 컨플릭트(conflict)를 초래할 수 있다. 광을 재전송하기 위해 세그먼트화된 광학 기능을 사용하는 및 컨플릭트를 야기할 수 있는 일반적인 실시예가 도 24에 도시되어 있다.
도 24에 개략적으로 예시된 바와 같이, 적당한 콜리메이트된 광이 평행판 형상 및 좌측으로부터 두께 d를 갖는 광 안내 소자로서의 역할을 하는 광 안내 기판에 입사한다. (이하, 표현 "적당한 콜리메이트된 광"은, 광이 각각의 애플리케이션에 적합한 평면 파의 소정의 각도 스펙트럼으로 콜리메이트되는 것으로 이해될 것이다). 광의 작은 부분은 광 안내 소자(또한 광 가이드로 표기됨)에서 공간 광 변조기 디바이스(SLM)(도 24에 도시되지는 않지만 도 24의 상부에 위치함)의 방향으로 회절된다. 회절된 빔 또는 웨이브 필드 세그먼트의 모두가 도시되는 것은 아니다. 컨플릭트를 야기할 수 있는 빔이 도시된다. 빔의 일부만이 간략한 설명을 제공하기 위해 도 24에 도시된다. 실제 상황은 웨이브 필드 세그먼트가 존재하고 인접한 분리된 웨이브 필드 세그먼트의 부분적인 오버랩이 존재할 수 있다는 것이다.
도 24에서 볼 수 있는 바와 같이, 초기 빔의 일부분은 제1 회절 세그먼트 "1"에서 회절되고, 제1 회절 세그먼트는 예컨대, 투과형 볼륨 격자 세그먼트일 수 있다. 이 빔은 b-1로 나타낼 수 있다. 빔 b-1은 제2 분리 소자 "2"의 일부에 충돌한다. 메인 부분은 회절되지 않고 제2 소자를 통과할 수 있다. b-1-0으로 나타낼 수 있는 이 부분은 조명 디바이스를 빠져나가 SLM에 전파한다. b-1의 일부는 제2 분리 소자에 의해 회절될 수 있고, 초기 광의 방향에 평향하게 전파하여 좌측으로부터 조명 디바이스에 입사된다. 2회 회절되는 이 부분은 b-1-1로 나타낼 수 있다. 부분 b-1-1은 빔 b-0-0에 평행하게 전파한다. 초기 상부 빔의 일부는 제2 분리 소자 2에서 회절된다. 이 부분은 b-0-1로 나타낸다. 도 24에 도시되어 있는 실시예의 결과는 빔 b-1-0 및 b-0-1이 동일한 출사 방향을 따라서 전파한다는 것이다. 그리고, 빔 b-1-1 및 빔 b-0-0이 예컨대, 조명 디바이스 기판의 면판에 평행한 동일한 방향을 따라서 전파한다는 것이다.
문제는 이제 오토스테레오스코픽(ASD) 또는 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이의 화질의 감소가 방지될 수 있는 지이다.
일 양태는 조명 디바이스의 출사 면을 따라서 존재할 수 있는 강도 분포이다. 2개의 이웃하는 볼륨 격자 세그먼트에 의해 생성되는 강도 분포가 도 25에 도시된다. 2개의 회절 세그먼트는 빔 경로의 오버랩을 부분적으로 나타낸다. 그러므로, 예컨대, 평행 평면판에서 분리되는 광의 강도 분포는 균질할 수 없다. 그 강도는 오버랩 영역을 따라 증가한다.
여러 개의 변형이 오버랩 영역에 존재할 수 있는 가능한 강도 피크를 감소시키기 위해 제공될 수 있다.
1) 한가지 방법은 심리스 배열(seamless arrangement)을 제공하는 것이다. 그에 따라, 분리 세그먼트의 측면 불확실성은 예컨대, Δx≤20㎛ 내지 Δx≤50㎛이어야 한다. 이산 값은 이산 디스플레이에 따른다. 마스터(master)가 만들어져 볼륨 격자 세그먼트를 생성할 수 있으므로, 볼륨 격자 세그먼트를 제조하는 카피 프로세스 동안 높은 정확도 노광 시프트의 횟수가 감소될 수 있다. 마스터는 예컨대, 세그먼트의 50%를 노광시키는 데 사용될 수 있으며, 그러면 제1 세트와의 사이에서 중첩되는(nested) 제2 세트를 노광시키기 위해 한 번만 시프트될 수 있다.
2) 제2의 방법은 분리 세그먼트의 개구 아포다이제이션(aperture apodization)을 사용하는 것이다. 볼륨 격자 세그먼트는 세그먼트의 개구를 따라서 변화하는 회절 효율(DE)을 가질 수 있다. 오버랩된 영역의 DE 프로파일은 선형일 수 있다. 볼륨 격자 세그먼트의 sin^2 프로파일이 또한 옵션이다. 일반적인 모든 분포가 사용될 수 있어, 적당한 균질한 강도 분포를 인에이블시킨다. sin^2+cos^2=1이라는 사실로 인해, 이들 2개의 함수의 합을 생각할 수 있다. DE는 또한 예컨대, 1.2m의 길이를 따라서 균질한 강도 분포를 인에이블시키기 위해 빔 경로를 따라서 증가할 것이며, 이는 예컨대, 800 볼륨 격자 세그먼트와 등가일 수 있다. 이것은 인접한 볼륨 격자 세그먼트의 DE가 매우 작은 평균 값의 차이지만 동일한 함수의 아포다이제이션 프로파일을 가질 수 있다는 것을 의미한다.
아포다이제이션 프로파일에 대한 언급:
경계 조건은 오버랩 영역의 합이 1에 가깝거나 인접한 오버랩 영역 중 하나에 일반적으로 가깝다는 것이다. 이것은 단일 볼륨 격자 분리 세그먼트의 아포다이제이션 프로파일이 대칭이 되지 않아야만 하는 이유이다. 교호하는 방식으로 인접한 세그먼트 사이의 변화하는 프로파일이 또한 사용될 수 있지만, 이들 프로파일은 덜 바람직하다.
2B) 볼륨 격자 세그먼트의 적응된 및 최적의 아포다이제이션 프로파일을 사용하는 상기 방법의 변형이 충족되어야만 하는 경계 조건을 사용함으로써 수득될 수 있다. 그리고, 이것은 디스플레이 폭을 따르는 I_exit=상수이다. 이것은 또한 평행 평면판을 따라서 전파하는 적당한 콜리메이트된 웨이브 필드의 강도 분포를 변경하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 이것은 국부 강도와 국부 DE의 곱이 국부 출사 강도 I_exit를 제공한다는 사실에 기인한다. 오버랩 영역의 존재는 출사면에 더 먼 또는 가장 먼 거리를 갖는 평면에서의 강도의 감소를 야기한다. 이것은 빔 b-1(도 24 참조)의 상대 강도가 전파 거리를 따라서 감소되는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 빔들 또는 웨이브 필드 세그먼트 b-1-0 및 b-0-1 사이의 크로스토크(cross talk)가 전파 거리를 따라서 감소될 수 있다. 이것이 고려되어야 한다. 이것은 또한, 볼륨 격자 세그먼트의 아포다이제이션 프로파일이 - 진폭뿐만 아니라 함수 분포도 - 전파 거리를 따라서 미세하게 변경될 수 있다는 것을 의미한다.
웨이브 필드의 발산은 이 영역에서 에너지를 전송할 수 있고 그에 따라 에너지를 더 먼 전파 거리에서도 오버랩 영역에 제공할 수 있다. 이것은 실제적인 시뮬레이션 및 측정치가 이산 광학 레이아웃의 최적화를 위해 사용될 수 있는 데이터를 생성하기 위해 사용될 수 있는 것을 의미한다.
3) 제3의 방법은 강도 분포를 측정하여 비용 효율적인 인쇄 프로세스에 의해 실현될 수 있는 진폭 보정면을 추가하는 것일 수 있다. 보정되어야 하는 강도 분포가 제조되는 상이한 조명 디바이스에 대해 대략 동일하면, 모든 조명 디바이스에 대해 동일한 패턴이 사용될 수 있다.
4) 제4의 방법은 조명 디바이스의 출사면의 강도 분포를 측정하여 SLM에 대해 이들 교정 데이터를 사용하는 것일 수 있다. 강도 분포는 조명 디바이스까지의 거리가 증가되면 약간 흐릿해질(smeared) 수 있다. LUT(룩업 테이블)의 사용은 SLM의 동적인 범위를 감소시킬 수 있다. 그렇지만, 보정되어야 하는 적당하게 작은 값에 대해서는 실용적이다.
교정은 더 높은 강도 피크를 갖고 조명되는 국부 SLM 픽셀의 투과를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 사용되는 SLM 픽셀의 동적인 범위에 비용을 지출한다.
다른 기회는 국부 강도 피크를 흡수하는 아포다이제이션 층을 사용하는 것이다. 이것은 개별 조명 디바이스 패널의 출사면에 존재하는 강도 분포에 의해 노광되는 예컨대, 흑색 및 백색 필름 재료일 수 있다. 이것은 또한, RGB(적색, 녹색, 청색) 필름 층 방법을 사용함으로써 3개의 색상에 대해 행해질 수도 있다. 이것은 추가의 산란되는 광을 추가할 수 있기 때문에, 덜 바람직한 해결 방법이다.
5) 제5의 방법은 슬라이트 포커스(slight focus)를 사용하는 것이다. 슬라이트 포커스는 볼륨 격자 세그먼트에 의해 회절되는 빔 또는 파면(wave front) 세그먼트가 평행하지 않은 것을 의미한다. 그러므로, 평면에서 빔 웨이스트(beam waist)를 배치하는 것이 가능해지며, 이는 크로스토크를 야기한다. 이것의 하나의 변형은 SLM의 평면인 출사면의 스트라이프형(striped) RGB 조명을 제공하는 것이다. 따라서, RGB 할당이 제공될 수 있다. 여러 개의 볼륨 격자 세그먼트가 적색, 녹색 및 청색 조명 세그먼트의 세트 또는 복수의 여러 색상의 세그먼트도 생성할 수 있다. 바꿔 말하면, 멀티플렉싱된 볼륨 격자 세그먼트는 정해진 z 평면에서 배치되고 정해진 측면 거리를 갖는 동일한 측면 확장범위(extension)를 가질 숭 lT는 상이한 색상을 갖는 3개의 스트라이프를 생성할 수 있다. 멀티플렉싱된 볼륨 격자 세그먼트는 또한 예컨대, 10개의 적색, 10개의 녹색 및 10개의 청색 조명 세그먼트를 생성할 수도 있다.
6) 인접한 세그먼트의 위상 불일치 및 국부 진폭 불균질성, 국부 각도 불일치를 보상하는 보상 평면 또는 보상 소자가 상당한 기술적인 노력을 필요로 할 수 있고, 이것은 비용 효율적인 해결 방법이 아닐 수 있다는 것을 의미한다.
7) 예컨대, 편광 LC 격자(PLCG)일 수 있는 능동 제어된 액정(LC) 격자가 PLCG의 전극 라인에 평행한 에지를 가질 수 있는 분리 세그먼트에 가까이 접촉하여 배치될 수 있다. 그러므로, PLCG는 예컨대, 각도 및 위상 불일치를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
볼륨 격자 세그먼트가 매우 작은 예컨대, 100 ㎛인 경우에는, 인접하는 볼륨 격자 분리 세그먼트의 오버랩 영역이 사용자에 의해 인식될 수 없다. 간섭성 길이 zc는 간섭성 세그먼트간 크로스토크를 방지하기 위해 적당히 작아야 한다. 매우 작은 볼륨 격자 세그먼트를 사용하는 것은 ASD용으로만 사용될 수 있다.
볼륨 격자 세그먼트화의 제2 양태는 조명 디바이스의 출사면을 따라서 존재할 수 있는 각도 분포이다. ASD 및 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이의 요건은 상이하다. ASD는 예컨대, 인접한 분리 세그먼트 사이에서 Δθout≤0.5°를 받아들일 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이는 예컨대, Δθout≤1/60° 내지 1/20°만을 받아들일 수 있다.
인접한 분리 세그먼트의 각도 불일치를 보정하기 위한 방법은 웨지 세그먼트를 포함하는 표면 양각 구조(surface refief structure)를 사용하는 것이다. 이것은 옵션일 수 있지만 그것이 가장 비용 효율적인 것은 아니다. 작은 웨지 함수가 또한 홀로그래픽 디스플레이에 사용되는 서브 홀로그램으로 인코딩될 수 있다. 사용될 수 있는 각도 범위는 0차 및 1차 회절 차수 사이의 하나이다. 서브 홀로그램이 동시에 +1/10°에서 및 -1/10°에서 조명되면, 이 보정은 작용하지 않고 흐릿해진 오브젝트 포인트가 관측자 눈의 망막에 재구성될 것이다.
볼륨 격자 세그먼트화의 제3 양태는 조명 디바이스의 출사면을 따라서 존재할 수 있는 위상 분포이다. 이것은 적당한 낮은 간섭성에 대해서는 문제가 되지 않는다. 분리 웨이브 필드 세그먼트의 간섭성 오버랩은 고정되어 있지만 정해지진 않은 위상 오프셋을 가질 수 있다. 그러므로, 암 또는 명 오버랩 영역이 가시적으로 될 수 있다. 체커 보드(checker board) 같은 위상 보정 프로파일이 사용될 수 있다. 그렇지만, 이것은 비용 효율적이진 않다. 바람직한 방법은 위상 스텝 문제를 처리하기 위해 간섭성 오버랩을 방지하는 것이다. 조명 디바이스의 온도 변화는 인접한 분리 세그먼트 사이에 상대적인 위상 변화를 야기할 수 있다. 그러므로, 위상 보정 소자는 그러한 경우에 작동할 수 없다.
기울어지지 않은 볼륨 격자 세그먼트:
볼륨 격자 분리 세그먼트는 여러 개의 깊이 평면 내에 배치될 수 있다. 갭이 분리 볼륨 격자 세그먼트 사이에 사용될 수 있고, 이는 간섭성 길이 zc 보다 더 클 수 있다. 그러므로, 완전히 일치하지 않는 세그먼트간 위상 스텝의 문제가 방지될 수 있다. 이 실시예는 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이 및 ASD용으로도 사용될 수 있다.
웨이브 필드 세그먼트는 볼륨 격자 또는 볼륨 격자 세그먼트를 따라 전파한다. 볼륨 격자 세그먼트는 예컨대, 1㎜까지의 수 ㎛의 범위 내에 있는 두께 d볼륨 격자를 가질 수 있다. 볼륨 격자 내에서의 웨이브 필드의 전파 길이는 각도 및 또는 스펙트럼 선택도를 정의한다. 도 27에서 볼 수 있는 바와 같이, 기울어진 볼륨 격자 세그먼트 내에서의 전파 길이는 예컨대, d볼륨 격자/cos(θ기울기)이다. 도 24에 도시되어 있는 배열용으로 사용되는 기울기 각도는 θ기울기=45°이다. 더 큰 기울기 각도 θ기울기는 볼륨 격자 내에서의 전파 길이를 증가시킨다. 간섭성 길이가 예컨대, 250㎛보다 현저하게 더 큰 경우, 기울어진 볼륨 격자 세그먼트가 사용될 수 있다. 예컨대, ≤250㎛인 측면 확장 범위를 갖는 기울어지지 않은 볼륨 격자 세그먼트를 사용하는 것도 가능하다. 이들 세그먼트화된 분리 볼륨 격자는 조명 디바이스의 광 가이드의 기판의 상이한 z 평면(깊이 평면)에 배치될 수 있다.
도 26은 광 굴절 재료를 포함하고 그에 따라 광 안내 및 회절 분리를 조합한 평형 평면 기판에 평행하게 배향되는 볼륨 격자 분리 세그먼트의 배열을 도시한다. 여러 세트의 볼륨 격자 세그먼트가 상이한 깊이 평면에 배치된다. 치수 및 그에 따라 빔 경로 차가 인접하는 분리된 웨이브 필드 세그먼트의 간섭성 겹침을 방지하기 위한 방식으로 선택될 수 있다. 도 26에 도시되어 있는 볼륨 격자 세그먼트는 하나의 평행 평면 기판 내에 배치될 수 있다.
여러 개의 기판 판이 사용되어 서로 스택될 수 있다. 이들 기판 판은 여러 개의 광학 함수, 특정 필드에서는 렌즈 함수에 등가일 수 있는 상이한 출사 기하학적 구조를 가질 수 있다. 상이한 깊이 평면에서 편향되거나 회절되는 광의 오프 브래그(Off-Bragg) 방법이 상이한 볼륨 격자 세그먼트 세트 사이의 크로스토크를 방지하기 위해 사용될 수 있다.
도 27은 중첩된 세로 및 측면의 분리된 볼륨 격자 RGB(RGB = 적색, 녹색, 청색) 선택성 분리 세그먼트의 배열을 도시한다. 세그먼트들은 기울어지지 않고 광 가이드로서 작용하는 평행 평판 기판에 평행하게 배향된다. 볼륨 격자 세그먼트는 또한 동일한 볼륨 측정의 세그먼트로 노광될 수도 있다. 도 27에 도시되어 있는 배열은 필요로 하는 최대 굴절률 n1을 감소시키기 위해 공간 분리를 사용한다. 도 27에 도시된 배열은 좌측으로부터 조명되는 경우에, 적색, 녹색 및 청색 필드 렌즈 함수를 생성하도록 사용될 수 있다. 이들 구조의 평행 평면판 중 4개가 별개로 스위치 온 또는 오프될 수 있고 어떠한 크로스토크도 나타내지 않는 4개의 RGB 필드 렌즈 함수를 제공하기 위해 서로의 상부에 스택될 수 있다.
노광:
노광 광의 시간 간섭성 및 상호 간섭성의 정도의 맞춤화(tailoring)가 굴절률 n1의 변조의 깊이 의존 아포다이제이션을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이것은 예컨대, 본 출원인의 국제 특허 출원 PCT/EP2012/060684호에 개시되어 있으므로, 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 병합되어 있다.
복소 코히런스 Γ의 맞춤화에 덧붙여서, 국부적으로 겹쳐지는 웨이브 필드의 강도 프로파일이 또한 맞춤화될 수 있다. 그러므로, 볼륨 격자 세그먼트의 평면 내에 존재하고 n1의 측면 아포다이제이션이라고 칭해질 수 있는 n1의 아포다이제이션을 제공하는 것이 가능하다.
Γ의 맞춤화 및 간섭하는 웨이브 필드 세그먼트의 강도 분포의 변경이 매립된 그리고 또한 기울어진 볼륨 격자 세그먼트의 노광을 위해 사용될 수 있다. 이것은 광 굴절 재료를 포함하는 평행 평면판으로 필요한 볼륨 격자 세그먼트를 노광시키는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
따라서, 기울기, z 깊이, n1의 측면 아포다이제이션 및 n1의 세로 아포다이제이션이 예컨대, 국제 특허 출원 PCT/EP2012/060684호에 개시되어 있는 바와 같이 실현될 수 있다.
기판이 사용되고 적당히 낮은 n1이 국부적으로 수행되어야 하는 적당히 낮은 DE를 제공하기 위해 필요하다는 사실로 인해, 기판의 낮은 수축이 실현될 수 있다. 이것은 또한, 볼륨 격자 세그먼트가 노광된 것으로서 큰 시프트 또는 변형의 영향을 받지 않는 것을 의미한다. 그러므로, 10㎛보다 더 작은 세그먼트의 위치의 정확도를 실현하는 것이 가능해질 것이다. 헤테로다인 간섭계가 볼륨 격자 세그먼트의 위치의 불확실성을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
RGB 스트라이프형 조명:
RGB 스트라이프형 또는 일반적으로 패터닝된 조명을 실현하기 위해 사용될 수 있는 일 실시예는 도 27에 도시되어 있는 상부 층을 사용하는 예컨대, 조정하는 것이다. 이것은 ASD용으로 그리고 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이용으로 사용될 수 있다. 이 RGB 세그먼트화된 분리는 도 28에 예시된다.
스트라이프형 배열이 ASD용 및 1D 인코딩된 홀로그래픽 3D 디스플레이용으로 사용될 수 있다. RGB 분리 세그먼트의 거리가 예컨대, 거리 d = 15 × 볼륨 격자 세그먼트 사이즈일 수 있는 세그먼트의 사이즈에 비해 적당히 작은 경우에는, 컬러 필터가 필요 없을 수 있다. 개구에서의 회절로 인해, 더 긴 거리가 인접한 픽셀에 크로스토크를 야기할 수 있고, 이는 다른 컬러와 일치될 것이다. 따라서, 추가의 컬러 필터(CF)가 사용될 수 있다. 그렇지만, 세그먼트화된 조명은, CF가 조명 디바이스와 너무 클 수 있는 SLM 사이의 거리를 보상하기 위해 및 그에 덧붙여서 사용될 수 있다는 사실에 무관하게 광 전력의 손실을 감소시킬 것이다.
다층:
다층 볼륨 격자 실시예용으로 사용될 수 있는 오프 브래그 각도 멀티플렉스 방법이 또한 기울어질 수 있거나 기울어지지 않을 수 있는 볼륨 격자 세그먼트를 분리하기 위해 사용될 수도 있다.
세그먼트화된 또는 세그먼트화되지 않은 조명이 능동적으로 제어되도록 하기 위해 설계될 수 있다. 이것은 재구성 기하학적 구조가 스위치 온 또는 오프될 수 있는 것을 의미한다. 스펙트럼 MP(MP=멀티플렉싱, SMP=스펙트럼 멀티플렉싱) 및 각도 MP(AMP)가 또한 조명 디바이스의 상이한 출사 웨이브 필드의 생성을 위해 사용될 수도 있다. 스위치 가능한 격자 또는 격자 세그먼트의 사용이 일부 애플리케이션에 대한 해결 방법 또는 예컨대, 재구성 기하학적 구조의 스펙트럼 MP 또는 각도 MP인 실시예에 대한 해결책일 수 있다.
그 구현은 구조화된 볼륨 격자 매트릭스 재료 내에 매립되는 LC 분자를 사용함으로써 달성될 수 있다. 구조화된 볼륨 격자 매트릭스 재료는 볼륨 격자 재료가 예컨대, 2개의 빔 간섭을 사용함으로써 구성되도록 하기 위해 사용되는 것을 의미한다. 중합되지 않는 LC 분자의 배향은 각도 제한되는 LC 회전을 허용하는 기회를 제공한다. 전기장이 인가되는 경우에는, LC 분자가 몇 도만큼 회전될 수 있다. 그러므로, 굴절률 n1의 변조가 변화되고, 이는 원하는 값으로 굴절 효율을 변화시키는 것을 의미한다. 이것은 예컨대, DE 10 2012 101 183호에 설명되어 있으며, 그 전체 내용은 참조로 본 명세서에 병합되어 있다.
평면 조명 디바이스 실시예 내에 제어 가능한 회절 소자를 사용하는 방법은 SLM의 국부 조광(dimming) 또는 고속 구동을 실현하는 데 필요할 수 있는 스캐닝 조명을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
LC를 사용하는 대체예는 비선형 광학 폴리머(NLOP)를 사용하는 것이다. 굴절률은 전기장을 인가함으로써 또는 재료를 예컨대, UV 광에 노광시킴으로써 변화될 수 있다. 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 사용되는 원색용으로 사용되는 것과 동일하지 않은 파장을 갖는 기록 빔이 스펙트럼 필터를 사용함으로써 쉽게 차단될 수 있다.
광 어드레스 가능하고 재기록 가능한 NLOP를 사용하는 볼륨 격자를 포함하는 층이 사용될 수 있다. 정해진 재구성 기하학적 구조를 포함할 수 있는 이 층은 예컨대, UV 광을 광 안내 층에 결합시킴으로써 스위치 온 또는 오프될 수 있다.
관련 문헌에서(예컨대, WO 2010/149583호, DE 10 2012 100 201.0호, DE 10 2012 100 205.3호, DE 10 2012 100 206.1호 DE 10 2012 100 209.6호, DE 102012100211.8호에서, 각각의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 병합되어 있음) 이미 설명되어 있는 바와 같이, 상이한 방식이 예컨대, 분리하기 위해 사용될 수 있는 세그먼트화된 볼륨 격자 소자 또는 단일 함수의 볼륨 격자 층을 포함하는 평면 볼륨 격자 조명 디바이스로 광에서 결합하기 위해 사용될 수 있다.
두꺼운 층은 조명 디바이스의 연마된 측으로부터 층에 입사하는 적당한 콜리메이트된 광을 사용함으로써 조명될 수 있다. 이것은 예컨대, 0.5㎜ 내지 5㎜의 두께를 갖는 광 안내 층용으로 사용될 수 있다.
매우 얇은 층은 층 구조의 최상부에 배치될 수 있는 격자 또는 프리즘 결합을 사용함으로써 조명될 수 있다. 이것을 구현하기 위해, 예컨대, (5㎜ 내지 10㎜) 곱하기 디스플레이 높이의 추가의 스트라이프형 세그먼트가 디스플레이의 둘레에 필요할 수 있다. 표면 양각 격자 또는 볼륨 격자 세그먼트일 수 있는 회절 격자 커플러가 예컨대, Δλ≤5㎚를 위한 수단과 함께 적당한 작은 스펙트럼 라인용으로 사용될 수 있다. 또한, 제어된 결합을 인에이블시키기 위해, 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 병합되어 있는 예컨대, WO 2010/149587 A2호에 개시된 바와 같은 스위치 가능한 격자를 사용하는 것도 가능하다. 일 실시예는 여러 층 및 여러 제어 가능한 결합 소자를 통과시키는 단일 콜리메이트된 웨이브 필드를 사용하는 것이다. 여러 개의 "볼륨 격자 세그먼트 내 결합" 중 하나만을 스위치하는 것이 가능하다. 그러므로, 광은 회절되지 않고 3개의 층을 통과할 것이고 스위치 온되는 4번째 층에 의해 회절될 것이다. 그러므로, 상이한 재구성 기하학적 구조를 포함할 수 있는 상이한 층이 시간 순서로 어드레스될 수 있다. 어드레싱은 전기적으로 또는 광학적으로 행해질 수 있다. 이 종류의 조명 광의 라우팅이 상이한 실시예에 사용될 수 있고 3D ASD 또는 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이에 제한되지는 않는다.
가시 광에서 계층화된 광 안내 조명 디바이스로 결합하기 위한 하나의 기회는 예컨대, 투명한 높은 n 플라스틱 코어 층 내에 매립되는 및 측면으로부터 또는 최상부 또는 최하부로부터도 조명될 수 있는 형광 물질 또는 Q-점(양자점: Quantum dot)를 사용하는 것이다. 예컨대, UV(자외) 광을 사용함으로써 생성되는 적색, 녹색 및 청색 광이 층 내에 및 FTIR (FTIR = frustrated total internal reflection) 조건에서 이미 생성되어 있다. 에지는 가시 광 생성의 효율을 증가시키기 위해 반사 재료로 코팅될 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이에 사용될 수 있는 적당한 또는 적어도 부분적인 간섭성 광의 세그먼트화된 분리는 인접한 세그먼트 사이에서 충족되어야 하는 오프 브래그 조건을 사용하는 이점을 취할 수 있다. 이것은 예컨대, 각도 및/또는 스펙트럼 선택도를 사용함으로써 달성될 수 있다.
인접한 세그먼트를 시간 순서로 스위치 온 및 오프하는 것은 또한 인접한 분리 세그먼트의 크로스토크를 방지하기 위해 사용될 수도 있다. 이것은 예컨대, 동시에 스위치 온되는 경우 크로스토크를 나타낼 수 있는 2개의 그룹의 세그먼트를 스위치 온 및 오프함으로써 달성될 수 있다.
웨지 지그재그(zigzag), 평행 평면판 지그재그, 84.26° 에어 웨지(air wedge), 84.26° 벌크(bulk) 웨지, 도파 및 그레이징 입사(grazing incidence) 사이에 천이 영역(transition zone)이 존재할 수 있으며, 이들은 예컨대, (예컨대, WO 2012/004016호, WO 2010/149583호, DE 10 2012 100 201.0호, DE 10 2012 100 205.3호, DE 10 2012 100 206.1호 DE 10 2012 100 209.6호, DE 102012100211.8호에, 각각의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 병합되어 있음) 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 참조로 본 명세서에 병합되어 있다. 이것은 별개의 실시예에 대해 설명된 바 있는 양태, 변형 및 주요 가이드라인이 시스템을 사용하는 매우 다양한 볼륨 격자에 적용될 수 있음을 의미한다.
필요한 것 컷 아웃(cut out):
조명 디바이스의 상이한 실시예에서 사용될 수 있는 기본 원리는 정해진 및 원하는 각도 및 또는 공간 범위만을 컷 아웃하기 위해 제한된 각도 및 또는 공간 선택도를 사용하는 것이다. 볼륨 격자는 요건에 맞추어질 능력을 제공한다.
적당한 굵은 볼륨 격자가 ASD에서 사용될 수 있는 ±0.25°의 ASPW의 각도 범위 외에만 결합(couple out)하거나 재전송하도록 사용될 수 있다. ±0.25°의 각도 선택도를 제공하는 이산 볼륨 격자 두께 dHOE는 재구성의 별개의 기하학적 구조에 의존하고 예컨대, 15㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
굵은 볼륨 격자는 홀로그래픽 디스플레이에서 사용될 수 있는 ± 1/120°의 ASPW만을 벗어나 결합하거나 재전송하도록 사용될 수 있다. ± 1/120°의 각도 선택도를 제공하는 이산 볼륨 격자 두께 dHOE는 재구성의 별개의 기하학적 구조에 의존하고 예컨대, 450㎛ 내지 1.5㎜의 범위 내에 있을 수 있다. dHOE를 위해 부여되는 이들 값은 실용적이다. 그렇지만, 90°에 가까운 각도를 의미하는 매우 큰 각도가 재구성 각도 θR인 입사 각도로 사용될 때, 가는 볼륨 격자가 매우 작은 각도 또는 스펙트럼 선택도를 제공할 수도 있다.
볼륨 격자를 조명한 웨이브 필드 또는 웨이브 필드 세그먼트의 ASPW는 또한, 사용되는 광의 전달 함수 또는 도파 광학 부품에 의해 증폭될 수도 있다. 이것은 또한, 초기에 콜리메이션 디바이스에 의해 제공되는 ASPW의 변형이 예컨대, 평행 평면판일 수 있는 도파 부품 또는 광의 불완전함에 의한 것일 수 있다.
필요한 것만의 컷 아웃이 불완전함에 기인하는 증폭의 처리에 도움을 준다. 예컨대, 20%일 수 있는 광 전력 또는 광 강도의 손실은 무시될 수 있다.
Z 아포다이즈된 볼륨 격자:
예컨대, 본 출원인의 국제 특허 출원 PCT/EP2012/060684호에 개시되어 있는, 그 전체 내용이 참고로 본 명세서에 병합되어 있는, 방법에 의해 생성될 수 있는 것과 같은, 볼륨 격자의 굴절률 n1의 (특히 편향될 광의 최초 전파의 방향으로의 아포다이제이션인) Z 아포다이즈된 변조가 각도 및 또는 스펙트럼 선택도의 사이드 로브의 억압(suppress side lobes)을 위해 사용될 수 있다. 이것은 웨지 지그재그, 평행 평면판 지그재그, 84.26° 에어 웨지, 84.26° 벌크 웨지, 도파 및 그레이징 입사 조명 디바이스에 사용될 수 있다.
결론:
"필요한 것만의 컷 아웃"을 고려하는 것은 사용되는 실시의 형태에 무관하게 볼륨 격자의 중요 특징이다. 그리고, n1의 z 아포다이제이션이 사이드 로브의 억압을 제공한다. 그러므로, 서택도가 요건에 맞춰질 수 있다.
편광 선택도:
볼륨 격자의 편광 선택도는 예컨대, A) 여러 재구성한 웨이브 필드에 대한 오프 브래그 조건을 실시하기 위해, B) 완전한 시스템 중 최적의 시스템인 편광 상태를 선택함으로써 전체 디바이스의 성능을 최적화시키기 위해, 또는 C) 완전한 디바이스에서 사용되는 부품의 수를 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
이것은 또한, SLM으로부터 되돌아와서 사용자 공간에 전파하는 변조된 광과 반사형 SLM으로 진행하는 빔 경로 사이의 적당한 분리를 실현해야 하는 전면 광(front light) 조명 디바이스용으로 사용될 수도 있다.
회절 효율의 각도 및 편광 선택도의 조합이 여기에 사용될 수 있다. TM 편광 광의 격자 강도는 vTM = vTEcos(θ)이고, 여기에서 θ는 볼륨 격자에 의해 도입되는 회절 각도이다. 그러므로, 온 브래그 회절 효율은 ηTM = sin2(νTM) = sin2(νTEcos(θ))로 주어진다. 그러므로, 편광 빔 스플리터 등가 오프 브래드 각도가 이 관계에 의해 정해진다. 결과적으로 생성된 편광 빔 스플리터(PBS) 기하학적 구조는 여러 개의 FLij를 제공하기 위한 방식으로 멀티플렉싱될 수 있는 예컨대, 필드 렌즈(FL)로서의 함수의 AMP, 예컨대 각도 멀티플렉싱으로서 MP를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 여러 개의 FLij는, 그 파장이 수 ㎚만 상이한 예컨대, g1, g2, g3과 같은 단일 원색의 여러 서브 파장을 사용하는 것 등을 의미할 수도 있는, 조명광의 파장, 입사 각도를 변화시킴으로써, 또는 편광 상태를 변화시킴으로써 어드레스될 수 있다.
더 낮은 격자 강도 ν에 속하는 기하학적 구조만이 실용적일 수 있다. 격자 강도 ν의 최저값으로 실현될 수 있는 PBS 기하학적 구조는 90° 회절 각도를 갖는 기하학적 구조이다. 이것은 예컨대, -45°/45° 또는 -80°/10°일 수 있다. 정확한 격자 강도가 선택되면, TE 편광 광의 회절 효율, DE는 1이고 TM 편광 광의 DE는 0이다. 격자 강도 ν의 두 번째 최저값으로 실현될 수 있는 PBS 기하학적 구조는 60° 회절 각도를 갖는 기하학적 구조이다. 이 PBS 기하학적 구조에서만 TM 편광 광이 회절된다. PBS를 기반으로 하는 2p3의 최저 격자 강도는 48.2°및 90°에서 다시 실현될 수 있다.
예:
웨지 조명 디바이스는 1/cos(84.26°)=10×빔 스트레칭을 제공하기 위해 84.26°의 아나모픽(anamorphic) 각도를 사용할 수 있다. 10× 아나모픽 스트레치를 사용하는 2개의 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 이들 실시예는 상이한 유형의 볼륨 격자의 편광 의존성을 설명하기 위해 사용될 수 있다.
10×의 아나모픽 빔 스트레칭 비율은 84.26°의 입사 각도를 필요로 하며, 이는 도 17a, 17b에 도시된 3개의 스트레치 모두에 사용된다. 대기로부터 볼륨 격자의 유전체 평면으로 84.26°의 입사를 사용하는 2개의 빔이 먼저 굴절된다. 이 방법은 도 26의 좌측에 도시되어 있는 반사형 볼륨 격자에 대해 그리고 도 17b에 도시되어 있는 대형 디스플레이 사이즈 볼륨 격자에 대해 사용된다. 예컨대, 광 중합체일 수 있는 사용되는 볼륨 격자 재료의 n볼륨 격자 = 1.5의 굴절률에 대해, 41.55°의 입사 각도가 격자 볼륨에 존재한다.
다시 한번, 대기 중을 전파하는 및 84.26°에서 인터페이스 경계 평면 대기/볼륨 격자에 충돌하는 2개의 빔이 41.55°에서만 볼륨 격자에 충돌한다. 그러므로, TM 편광 광에 대해 적용하는 격자 강도 ν는 TE 편광 광에 대해서보다 0.748 낮다. 볼륨 격자가 제1의 최대값의 온 브래그 회절 효율(DE온 브래그)η(θ)온 브래그를 사용하면, TE 편광 광과 TM 편광 광의 DE 사이의 차는 10% 미만이다.
제2 최대값의 η(θ)온 브래그는 높은 편광 선택도를 나타내며 볼륨 격자-PBS에 가깝다. 그렇지만, 이것은 여기에서 포인트가 아니다. 여기에서 중요 포인트는 대기에서 기하학적 구조 84.26°/0°가 동시에 높은 회절 효율 DE > 0.9를 갖는 TE 편광 광 및 TM 편광 광용으로 사용될 수 있다는 것이다. TE 편광 광 및 TM 편광 광용으로 DE = 1을 제공하는 격자 강도 사이의 차는 작다. 이것은 여기에서 TE와 TM 사이에 작은 차만 존재하는 것을 의미한다. 이것은 볼륨 격자 자체에만 적용한다. 그렇지만 대기에서 볼륨 격자로의 또는 대기에서 기판으로의 인터페이스 경계면에 배치될 수 있는 AR(반사 방지) 코팅에 자동으로 적용하지는 않는다. 반사 방지 코팅은 일반적으로 TE 편광 광 및 TM 편광 광의 투과 사이에 상당한 차이를 나타낸다. 표면 법선(surface normal)에 역팽행인 것을 의미하는 수직 입사가 동일한 투과를 초래하지만 차이는 증가된 입사 각도로 증가된다. 다시 한번, 여기에서 포인트는 볼륨 격자가 양 편광에 대해 사용될 수 있지만 AR 코팅은 사용할 수 없다는 것이다.
이 상황은 기판 내에서 전파하고 84.26°에서 볼륨 격자에 충돌하는 빔에 대해서는 완전히 변화한다. 이 실시예는 도 17b의 하부에 도시되어 있다. 작은 콜리메이트된 웨이브 필드가 벌크 재료 웨지를 따라서 전파하고 볼륨 격자에 의해 84.26°만큼 회절된다. 그러므로, TM 편광 광에 적용하는 격자 강도 ν는 TE 편광 광에 적용하는 격자 강도의 0.1배이며, 이는 νTM = 0.1 νTE를 의미한다. 그러므로, TE 및 TM 편광 광 사이의 회절 효율의 큰 차이가 존재한다. 이것은 θ=90°의 회절 각도를 사용한 PBS 기하학적 구조에 가까이 있다는 사실에 기인한다. 이것은 도 17b에 도시되어 있는 실시예 B)의 제1 아나모픽 스트레치를 생성하는 데 사용되는 작은 볼륨 격자 세그먼트만이 TM 편광 광을 회절시키는 데 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 여기에서 포인트는 이 볼륨 격자 평면을 TE 편광 광으로 조명하는 것이 필수라는 것이며, 이는 전기장 스윙의 벡터가 제1의 작은 볼륨 격자 세그먼트의 격자 평면에 팽행한 것을 의미한다. 여기에서 두 번째 포인트는 제2 볼륨 격자 평면을 TE 편광 광으로 조명하는 것이 필수가 아니라는 것이다. 양 평면에 대해 TE를 사용하는 것은 AR 코팅이 TE 편광 광에 대해 더 양호하게 작용하는 경우에만 필수이다. TE 편광 광을 제공하는 것은 제2의 더 큰 볼륨 격자의 격자 평면인 1/2 파장 판을 따라 스윙하는 전기장이 제1의 작은 볼륨 격자 세그먼트 뒤에 제공되어야 하는 것을 의미한다.
이것은 이산 편광 관리가 볼륨 격자를 사용하는 조명 디바이스의 별개의 실시예에 의존하는 것을 언급하는 일례였다. 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 편광 선택도는 여러 가지 방식으로 제공될 수 있다.
평면 조명 디바이스에 PBS 기하학적 구조를 사용하는 변형이 제한될 수 있지만, 조명 디바이스에 제공될 수 있고 설계의 추가의 자유도를 추가할 수 있는 추가의 MP 옵션이다. PBS 및 다른 MP 옵션이 조합될 수 있다.
이 문서에 기재되어 있는 계층화된 볼륨 격자 실시예는 기판 배열의 최상부의 예컨대, 볼륨 격자 호일과 상이할 수 있는 볼륨 격자 재료를 이용하는 실시예 도는 볼륨 격자 재료를 사용함으로써 실현될 수 있다.
볼륨 격자 재료를 포함하는 여러 개의 평행 평면판이 다방향성 조명 디바이스의 스택된 오프 브래그 볼륨 격자 재구성을 실현하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 20㎛의 두께를 갖고 예컨대, 150㎛ 두께의 적당한 인덱스 일치 캐리어 호일의 최상부에 배치되는 볼륨 격자 재료와 반대로, 예컨대, 볼륨 격자 재료는 1200㎜×700㎜×2㎜일 수 있는 볼륨 세그먼트에 사용될 수 있다. 바꿔 말하면, 볼륨 격자 재료에 의해 점유되고 분리 또는 웨이브 필드 정형(reshaping)을 위해 사용되는 볼륨이 예컨대, 100배로 증가된다. HRF 필름(듀퐁) 또는 베이폴(Bayfol) HX 필름(바이엘 머티리얼 사이언스)과 같은 표준 재료는 여기에 기재된 실시예에 대해서는 최상의 선택일 수 없다. 이것은 20㎛ 대신에 2㎜ 두께로 특수 용도 최적화된 호일형 볼륨 격자 재료를 사용하면 비용이 너무 높아질 수 있는 것에 기인한다.
굴절률 n1의 변조:
볼륨 격자 호일 기반 재료가 일반적으로 굴절률 n1의 적당한 높은 변조를 제공하기 위한 방식으로 최적화된다. 그 재료는 DE(회절 효율)가 사용되는 재구성의 기하학적 구조 및 볼륨 격자 필름의 두께에 대한 것과 가깝게 인에이블시키기 위해 충분한 인덱스 변조를 생성해야 한다. 이것은 정해진 재구성의 기하학적 구조에 필요한 변조가 예컨대, n1=0.02일 수 있음을 의미한다. 이 값은 웨이브 세그먼트를 -45°에서 0°까지 회절시키는 데 필요할 수 있고 여기에서 DE는 1에 가깝다. 실현되어야 하는 굴절률의 변조의 이산 값은 볼륨 격자 층의 회절 각도, 입사 각도, 파장, 초기 굴절률, 편광, 두께에 의존하고, 물론 실현되어야 하는 회절 효율 DE에도 의존한다. 더욱 상세한 설명은 코겔닉(Kogelnik)의 CWT를 참조하라.
볼륨 격자 분리를 사용하는 스택된 층의 오프 브래그 조명 또는 그레이징 입사 조명은 일반적으로 더 낮은 변조를 필요로 하며, 이는 예컨대, n1=0.002, n1=0.0002 또는 이들보다 매우 더 작은 값을 의미한다. 이들 값은 볼륨 격자 재료를 포함할 수 있는 광 또는 웨이브 안내 매체 내에서의 전파 거리에 의존하여 약간 증가될 수 있다. 굴절률 n1의 변조의 매우 작은 값이 사용될 수 있다. 이것은 광범위한 볼륨 격자 재료를 사용할 기회를 제공한다. 예컨대, DCG(dichromat gelatine: 중크롬 젤라틴)와 같은 높은 수축성 재료가 매우 두꺼운 층에 대해 특히 바람직하지는 않다.
굴절률 n1은 일반적으로 매우 낮은 것을 의미하는 적당히 높을 수 있고, 수축은 필요한 각도 허용량 및 각도 기하학적 구조를 제공하기 위해 적당히 낮아야 한다.
인접 층에 대한 인덱스 일치:
굴절률의 일치는 볼륨 격자 실시예에 대한 중요한 양태일 수 있다. 적당히 충분한 인덱스 일치가 이미지 콘트라스트의 감소를 초래할 수 있는 반사를 방지하기 위해 제공되어야 한다. 특정 실시예가 평행 평면판 또는 유전성 층의 접착된 샌드위치 내에서 광을 안내하기 위해 인덱스 스텝 및 정해진 반사율을 사용할 수 있다. 따라서, 인덱스 일치는 일반적으로 중요하다. 인덱스 일치를 제공하기 위한 일 실시예는 볼륨 격자 층을 백라이트 조명 디바이스용으로 이미 사용될 수 있는 기판 재료로 매립하기 위한 것이다. 여러 디스플레이 등급이 n_532㎜=1.51을 갖는 예컨대, 코닝 이글(Corning eagle) XG와 같이 1.5에 가까운 n을 갖는다. 이것은 디스플레이가 n≒1.5의 굴절률을 갖는 재료를 기반으로 할 수 있음을 의미한다. 이것은 PC 기반 재료 조합보다는 예컨대, PMMA 기반 재료 조합을 사용하는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 이것은 n_PMMA_532㎚=1.495 및 n_PC_532㎚=1.592라는 사실에 기인한다.
재료:
광범위한 재료가 굵은 볼륨 격자 판에서 사용될 수 있다. 여기에서 의도는 여러 가지 실욜적인 기본 재료 화합물 및 실시예를 설명하기 위함이다. 예컨대, 광 굴절 유리와 같은 유리 기반 광굴절 재료가 n1을 증가시키기 위해 UV 또는 가시 노광 후에 예컨대, 열 처리될 수 있다. 예컨대, 300℃ 내지 500℃의 더 높은 온독 사용되는 화합물의 확산을 증가시킨다. 예컨대, 코닝 및 쇼트(Schott)와 같은 회사가 광 굴절 재료로서 사용될 수 있는 유리를 제공한다. 이들 유리 기반 재료는 예컨대, 파장 멀티플렉싱(WMP) 및 파장 디멀티플렉싱(WDMP) 원거리 통신 디바이스용으로 사용되는 광섬유 및 격자로 브래그 격자를 기록하는 데 사용된다. 유리 기반 브래그 격자는 또한 파장 의존성 및 그에 따라 파장 안정화 공진기 미러로서 작용하기 위해 사용된다.
B270 유리의 밀도는 2.55g/㎤이다. 판은 1200㎜×700㎜×2㎜=1680㎤를 가질 수 있고, 따라서 유리로 만들어진 경우 4.3kg의 무게를 갖는다. PMMA의 밀도는 (1.l7-1.2)g/㎤이다. 예컨대, 1200㎜×700㎜×2㎜=1680㎤를 갖는 평행 평면판은 1.99kg의 무게를 갖는다. 그 무게는 대형 디스플레이를 위해 중요한 양태이다. 그러므로, 플라스틱 기반 기판이 바람직할 수 있다.
중합체 기반 광굴절 재료:
광중합체는 여러 개의 화학 성분을 포함한다. 상이한 성분이 상이한 요건을 충족시킨다. 여러 가지 화학물질이 상이한 기능으로 작용한다. 화학 배열 내의 각 부분은 특정 그룹 중 하나인 특정 화학물질로 채워질 수 있다. 이것은 중합될 수 있는 다대한 수의 상이한 모노머가 존재하는 것을 의미한다. 이것은 또한, 충분한 단면을 갖고 그에 따라 3D 간섭 패턴 내에 존재하는 광자 에너지를 흡수하기 위해 사용될 수 있는 다대한 수의 상이한 염료(dyes)가 존재하는 것을 의미한다.
호스트 매트릭스가 중합에 기인하는 수축을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 호스트 매트릭스의 재료는 간섭 패턴에 의해 중합되는 재료와 상이할 수 있다. 간섭 패턴에 기인하는 중합은 직접 중합 또는 또한 추가의 열 및/또는 화학 처리를 필요로 할 수 있는 반응 체인의 결과일 수 있다.
염료 또는 더욱 정확하게는 발색단(chromophoric group)이 감광성 성분으로서 작용한다. 염료는 광학 에너지를 수집한다. 공간 분포가 간섭 패턴에 의해 정해진다. 상이한 발색단은 예컨대, 에틸렌에서는 λ=193㎚에서 C=C 또는 2-메틸-2-니트로프로판에서는 λ=300㎚ 및 λ=600㎚에서 N=O와 같이, 상이한 파장에서 최대의 흡수를 갖는다.
여기에서는 중합하기 위한 여러 가지 방법이 존재한다. 중합을 의한 한 가지 방법은 아래와 같이 기재될 수 있는 직접 광 유도 중합이다:
Figure pat00003
등.
대부분의 모노머(M)는 400㎚ 아래에서 중요한 파장에서 최대 흡수를 갖는다. 가시 또는 UV 레이저를 사용하는 것은 더욱 편리하고 더욱 비용 효율적일 수 있다. 다른 양태는 감소된 파장에서 증가하는 흡수이다. 이것은 간섭 패턴의 z 아포다이제이션(즉, 조명 광의 전파 방향의 또는 볼륨 격자가 조명되는 재료의 표면에 수직인 아포다이제이션)을 생성한다. z 아포다이제이션을 방지하기 위해, 적당히 낮은 흡수가 광 굴절 재료에 대해 필요하며, 이는 예컨대, 수 ㎜까지의 두께를 갖는다.
광 유도 중합을 위한 다른 방법은 아래와 같이 기재될 수 있는 감광제(S: sensitizer)를 사용하는 것이다:
Figure pat00004
또는
Figure pat00005
Figure pat00006
등.
감광제 S는 전하 전송을 위해 사용되고 화학적으로 불변인 채로 남아 있을 수 있다. 그러므로, S는 반응 후에 동일한 구조를 가질 수 있다. 감광제 S는 또한 S'의 반응 동안 변형될 수도 있다. 그러므로, S는 전하 전송 동안 배기될 수 있다. 감광제의 사용은 간섭 패턴의 노광을 위한 가시 레이저를 사용할 기회를 제공한다.
중합체 호스트 매트릭스가 사용될 수 있어 PQ 분자 및 광 유도 중합될 수 있는 모노머 또는 올리고머 성분을 운반한다. PQ 분자는 도핑제로서 작용한다. 광 유도 중합의 양자 효율이 너무 낮을 수 있는 경우, 추가의 노광 후 열 활성화가 사용될 수 있다. 이것은 중합 크로스토크를 증가시킬 수 있고 또한 수득된 n1을 증가시킬 수도 있다.
볼륨 격자 사용으로 인한 설계 자유도:
광 분리 소자로서의 볼륨 격자의 사용은 광학 설계의 증가된 자유도를 제공한다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 및/또는 본 명세서에서 인용된 문헌에 기재된 바와 같은 각도 멀티플렉싱된 조명 디바이스는 여러 개의 출사 각도를 제공하기 위한 기회를 제공한다.
볼륨 격자 세그먼트의 사용이 기재된다. 볼륨 격자 세그먼트는 포인트, 라인 세그먼트 또는 라인인 작은 광원 LS의 것과 등가일 수 있는 출사 웨이브 필드를 제공할 수 있다. 콜리메이팅 굴절, 회절, 반사 도는 투과형 콜리메이션 렌즈 어레이가 적합한 및 최적화된 웨이브 필드, 세그먼트화된 웨이브 필드 또는 웨이브 필드 세그먼트를 하나의 또는 여러 방향으로 결합시키기 위해 볼륨 격자 세그먼트를 사용하는 광 안내 구조의 조합으로 사용될 수 있다. 볼륨 격자 분리 세그먼트는 물리적인 오버랩이 있거나 없이 나란히 배열될 수 있거나, 이들은 상이한 z 평면에 배열될 수도 있다. 이들은 볼륨 격자 세그먼트의 lEh는 전파하는 웨이브 필드의 오버랩이 존재하는 경우 오프 브래그 조건에서 사용될 수 있다. 이것은 볼륨 격자의 스펙트럼 및/또는 각도 선택도를 사용함으로써 제공될 수 있다. 볼륨 격자 세그먼트는 평면에서 배향될 수 있거나, 일반적으로 광 안내 판, 광 안내 스트라이프 또는 광 안내 구조 내에서 전파하는 광의 방향에 대해 기울어질 수 있다.
기울어진 배향은 팬 아웃에 관련된다.
볼륨 격자 세그먼트는 분리된 광 안내 세그먼트에 배열될 수 있다. 상이한 세그먼트 세트에 결합되는 광이 상이한 볼륨 격자 세그먼트 세트로부터 분리된다. 이것은 도 29 및 도 30에 도시되어 있는 일반 실시예가 볼륨 격자 세그먼트 VGS 및
추가의 굴절형 또는 회절형 콜리메이션 광학기기 CO를 포함하는 평행 평면판의 일부일 수 있다. 콜리메이션 광학기기는 수차(aberration)를 최소화하기 위해 구면 또는 비구면 형상일 수 있는 굴절 렌즈를 사용함으로써 실현될 수 있다. 콜리메이션 광학기기는 DOE 또는 HOE 구조(DOE= 회절 광학 소자; HOE= 홀로그래픽 광학 소자)를 사용함으로써 실현될 수 있다. 콜리메이션 광학기기는 또한 반사에 사용될 수도 있다.
도 29 및 도 30에 예시되어 있는 반사 및 투과형 볼륨 격자 세그먼트는 상이한 각도 및 스펙트럼 선택도를 나타낸다. 반사성 볼륨 격자 및 투과성 볼륨 격자 사이의 별개의 선택은 특히 회절되어야 하는 스펙트럼 및/또는 각도 범위에 의존한다.
위에서 나타낸 바와 같은 볼륨 격자 세그먼트가 광 굴절 재료를 포함하는 평행 평면 기판에 노광될 수 있다. 이것은 비용 효율적인 스텝 및 반복 프로세스(S&R-P= 스텝 및 반복 프로세스)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 이산 볼륨 격자 세그먼트를 형성하는 이산 간섭 패턴은 지역적으로 한정되어야 한다. 작은 세그먼트 또는 세그먼트의 세트의 S&R-P가 이것을 제공할 수 있다.
조명 디바이스의 세그먼트가 도 16에 도시되어 있으며, 이는 광 안내 평행 평면판 내에서 그레이징 입사 콜리메이트된 광을 사용한다. 그 판은 분리하는 볼륨 격자 세그먼트를 포함한다. 45° 기울어진 투과형 볼륨 격자 세그먼트가 도시되어 있으며 이는 광의 단편을 광 콜리메이팅 소자의 방향으로 분리시킨다. 여기에서, 포물면 미러 세그먼트가 콜리메이션을 위해 사용된다. 가상 LS 포인트가 SLM 어레이의 정면에 배치된다. 일반적으로, 가상 LS와 콜리메이팅 광학 소자 사이의 전체 z 범위가 볼륨 격자 세그먼트의 배치를 위해 사용될 수 있다. 이것은 또한 LS 포인트로서 적당한 작은 볼륨 격자 세그먼트를 사용하는 것이 가능함을 의미한다. 이것은 도 16에 도시된 것보다 더 두꺼운 배열을 초래한다. 작은 볼륨 격자 세그먼트는 예컨대, 2㎛×2㎛×5㎛(x×y×z)의 증폭만을 가질 수 있는 홀로그래픽 점 세그먼트를 사용하는 예컨대, 데이터 저장 실시예에서 사용된다.
다른 실시예에서와 같이, 볼륨 격자 세그먼트의 DE는 슬래브 광 가이드를 따라서 전파하는 적당한 콜리메이트된 광의 빔 경로를 따라서 증가될 수 있다. 이것은 ASD에서 및 홀로그래픽 조명 디바이스에서도 사용될 수 있다. 볼륨 격자 세그먼트는 물리적인 오버랩을 갖지 않으므로, S&R-P 및 동시에 홀로그래픽 디스플레이 내에서 사용될 기회를 인에이블시킨다. 인접한 콜리메이트된 웨이브 필드 세그먼트 사이의 비간섭성을 인에이블시키는 간섭 길이 zC 및 렌즈 피치 ΛCL 사이의 관계를 사용하는 것이 바람직하다. 그러므로, 상대적인 위상 스텝이 고려될 필요가 없으며 이는 예컨대, 디스플레이 온도의 변화에 의해 도입될 수 있다. 이것은 zC < ΛCL를 사용하는 것을 의미한다.
광 또는 웨이브 안내 구조 내에서 볼륨 격자 재료 능력을 사용하는 것이 유리하다.
다방향성 조명:
이것은 또한 예컨대, 양방향성 조명 디바이스의 방법과 조합될 수 있다. 추가의 구경 조리개 또는 패터닝된 지연기(retarder)가 인접한 콜리메이팅 세그먼트 사이의 크로스토크인 콜리메이팅 렌즈간 크로스토크를 억압하기 위해 추가로 사용될 수 있다. 여러 개의 출사 방향 시간 순서로 또는 동시에 어드레스할 수 있는 다방향성 조명 유닛이 상이한 방식으로 실시될 수 있다.
도 16에 도시되는 설정을 사용하는 것과, 약간 상이하고 그에 따라 측면 오프셋 위치에 배치되는 반사형 또는 투과형 볼륨 격자 세그먼트 및 웨이브를 전파시키는 카운터를 추가하는 것이 가능하다. 우측에서 좌측으로의 정확한 카운터 전파가 회절의 잘못된 방향에 있고 억압되어야 하는 실제 광원 포인트를 실현하는 재구성된 웨이브의 카운터 전파를 생성한다. 이를 방지하기 위해, 각도 및/또는 스펙트럼 선택도가 오프 브래그 조건을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
각도 어드레싱:
그레이징 입사가 예컨대, 지그재그 전파보다 더욱 실용적일 수 있다는 사실로 인해, 콜리메이트된 빔이 면내(in-plane) 회전 배열에 사용될 수 있다. 이것은 180° 카운터 전파를 사용하지 않지만 예컨대, 90° 기울기 또는 2° 기울기는 사용하는 것을 의미한다. 이산 값들은 이산 볼륨 격자 기하학적 구조, 사용되는 웨이브 필드의 이산 공간 및/또는 각도 범위에 의존하고, 볼륨 격자 세그먼트의 레이아웃에 의존한다.
스펙트럼 어드레싱:
이것은 제2 또는 제3 세트의 세그먼트화된 웨이브 필드를 제공하는 제2 또는 제3 볼륨 격자 세트를 어드레스하기 위해, 예컨대, 5㎚만큼 스펙트럼 분리되는 제2 또는 제3 세트의 원색으로 스위치하는 것도 가능함을 의미한다. 그러므로, 예컨대, 좌측으로부터 평행 평면판에 입사하는 적당한 콜리메이트된 웨이브 필드의 동일한 방향을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
편광 어드레싱:
기판 평면에 평행하게 전파하는 콜리메이트된 광의 상이한 편광 상태를 사용함으로써 방향성 조명 디바이스의 어드레싱을 실시하기 위해 여기에서 볼륨 격자-PBS 재구성 기하학적 구조 예컨대, 90° 또는 60° 회절에서의 볼륨 격자가 또한 사용될 수 있다. 추가의 편광 스위치가 SLM에 의해 필요로 할 수 있는 일정한 출사 편광 상태를 제공하기 위해 필수일 수 있다.
상이한 어드레싱 방법이 적당한 선택도를 제공하기 위해 조합될 수 있다.
계층화된 배열이 예컨대, 도 29, 도 30 및 도 16에 도시되는 것과 유사한 설정을 사용할 수 있는 다방향성 실시예를 인에이블하기 위해 사용될 수 있는 오프 브래그 전파를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 바꿔 말하면, 도시되는 볼륨 격자 세그먼트는 상이한 z 평면에 배치될 수 있고, 콜리메이션 어레이 내에 사용되는 광학 소자에 의해 콜리메이트되는 세그먼트화된 웨이브 필드를 제공하기 위해 측방향으로 시프트될 수 있다. 그러므로, 여러 개의 적당한 콜리메이트된 세그먼트화된 출사 웨이브 필드가 ASD 또는 1D 또는 2D 인코딩된 홀로그래픽 디스플레이를 조명하기 위해 제공될 수 있다. 포스트(post) SLM 미세 관측자 트래킹(fine observer tracking)이 예컨대, 능동형 편광 선택성 평면내 LC 회전 위상 격자(PLCG)를 사용함으로써 도입될 수 있다.
도 16에 도시된 원리를 사용하는 조명 디바이스 및 다층의 볼륨 격자 설계는 도 16에 도시된 것보다 더 두꺼울 수 있다. 볼륨 격자 세그먼트의 더 큰 기울기가 <10㎜를 의미하는 두께를 작은 값으로 유지하기 위해 사용될 수 잇다.
적당한 두께의 볼륨 격자 세그먼트가 각도 및 또는 스펙트럼 제한 범위만을 갖는 광 필드를 취출한다. 이것은 결합된 필드가 평행 평면판 내에서 전파하는 것보다 ASPW(ASPW = 평면파의 각도 스펙트럼)의 의미에서 "더 클린"할 수 있는 것을 의미한다. 몇 퍼센트의 손실은 무시될 수 있다.
교정 및 보정:
zC>ΛCL을 사용하는 것이 또한 가능할 수도 있다. 온도 안정화가 인접한 웨이브 필드 세그먼트 사이의 안정적인 위상 관계 또는 위상 오프셋을 인에이블시킬 수 있다. 예컨대, 세그먼트화된 위상 보정 소자가 예컨대, 체커 보드 위상 스텝 판으로서 실시될 수 있다. 능동 위상 오프셋 보정이 또한 국부 제어 가능 위상 시프팅 소자를 추가함으로써 도입될 수 있다. 콜리메이션 어레이의 출사면을 이미지 검출기 상에 정확히 이미지화함으로써 모니터링이 행해질 수 있다. 제어 루프가 필요한 국부 보정 위상을 도입하기 위해 사용될 수 있다.
zC<ΛCL인 경우에도, 인접한 출사 방향의 적덩한 각도 일치를 제공하기 위해 각도 교정이 유리할 수 있다. 측정된 값이 국부 각도 보정 데이터를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 할당된 능동형 편광 LC 격자(PLCG)가 보정을 위해 사용될 수 있으며, 이는 PLCG의 전극 라인에 수직이다. 이것은 조명 유닛과 PLCG 사이의 적당한 작은 거리에 대해서만 작용한다. 매우 작은 보정 각도를 도입하는 정적인 예컨대, 체커 보드 같은 보정 각도 프리즘 배열을 생성하는 것이 또한 가능하다. 특별히 인접한 콜리메이션 세그먼트의 출사 각도가 서로 비교되면, 작은 수축 광 굴절 재료를 사용하는 최적화된 생산 프로세스는 20°보다 상당히 작은 각도 에러를 제공할 수 있어야 한다.
Q-점 평면:
Q-점(양자점) 평면이 또한 실시될 수 있다. 그러므로, 상이한 방향의 어드레싱은 측방향으로 분리되어 예컨대, 약간 상이한 z 평면에 위치되거나, 별개로 어드레스될 수 있는 인접한 광 안내 구조 내에 정확히 배치되는 능동 Q-점에 의해 실시될 수 있다. 이것은 IR(IR=적외선)에 관한 것이고 상이한 평면의 상이한 형광 색을 어드레스하기 위한 것이다. FTIR(frustrated total internal reflection) 조건 하에 평행 평면판을 따라서 단파장을 전파하고, 이 판 내에 또는 추가의 얇은 층 내에 가시 색상을 생성하는 것이 또한 가능해진다. 염료 농도의 국부 분포는 균질한 가시 조명을 제공하기 위해 최적화될 수 있다. 볼륨 격자들(볼륨 격자) 또는 볼륨 격자 세그먼트들이 상이한 방향으로부터의 광을 예컨대, 상이한 방향으로 또는 적어도 대략 동일한 방향으로 결합하도록 사용될 수 있다. 국부 각도 분포는 예컨대, ASD 내에서 필요하게 될 수도 있는 예컨대, 필드 렌즈 함수를 실시하기 위해 최적화될 수 있다. Q-점 재료를 국부 2차 LS 포인트, 라인 세그먼트 또는 라인에 배치하는 것도 가능하다. FTIR 조건으로 인해, 제한된 각도 범위 또는 원뿔이 콜리메이팅 렌즈 어레이의 일부일 수 있는 콜리메이팅 렌즈의 방향으로 출사된다.
만드는 방법:
하나의 기회는 사출 성형을 사용하는 것이다. 예컨대, PMMA 알갱이가 최종 평행 평면판의 또는 다른 광학 소자의 예컨대, 30% 내지 90%일 수 있는 호스트 재료를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상이한 모노머, 올리고머 화학물질을 기반으로 하는 첨가제가 사용될 수 있다. 그렇지만, 예컨대, 호스트 매트릭스 재료에 첨가되는 "광 굴절 첨가제"로서 소량의 PQ 및 MMA를 사용하는 것도 가능하다. 호스트 재료의 알갱이 재료가 이미 중합된다. "광 굴절 첨가제"는 사출 성형의 프로세스에서 호스트 재료와 혼합될 수 있다. PQ(CAS: 84-11-7) 사출 성형의 프로세스에 사용되는 예컨대, 240℃의 온도에서 사용될 수 있다. "광 굴절 첨가제"는 예컨대, 주조되거나 형태로 사출되거나 평형 평면 기판에 바로 형성되는, 2개의 성분 에폭시 기반 호스트 재료와 예컨대, 초음파 혼합될 수 있다.
예컨대, MMA는 PMMA로 중합을 개시하는 화학물질과 혼합될 수 있다. 이것은 전체 혼합물의 무게의 예컨대, 0.2% 내지 1%의 양으로 사용되는 에컨대, 아조-비스-이소부틸로니트릴(AIBN = azo-bis-isobutyronitrile)일 수 있다. AIBN을 사용하는 중합은 혼합물을 예컨대, ca. 80℃로 또는 더 높은 온도로도 가열함으로써 활성화될 수 있다.
페난트렌퀴논(PQ = Phenanthrenequinone)이 메틸메타크릴레이트 MMA를 도프하기 위해 사용될 수 있다. 혼합된 재료는 예컨대, 무게로 PQ의 예컨대, 0.1% 내지 2%를 포함할 수 있다.
AIBN은 PMMA로의 MMA의 완전한 중합을 초래하는 양으로 사용되지 않아야 한다. 이것은 소량의 모노머 도는 올리고머 분자가 PQ 감광제를 사용함으로써 중합되도록 하기 위해 여전히 존재해야 한다는 사실에 기인한다. 이것은 MMA를 사용하는 광굴절 화학 서브시스템의 경우에 AIBN을 이용하여 PMMA로의 MMA의 벌크 라디칼 중합이 완전해지지 않는 것을 의미한다. 그러므로, AIBN의 양이 제한되어야 한다.
그러나, 이것은 광 굴절 화학 서브시스템(PRCS = photo refractive chemical subsystem)이 평행 평면판의 호스트 매트릭스를 중합한 서브시스템과 무관한 서브시스템으로 변화되는 경우 변화한다.
UV 또는 가시 경화 중합체 시스템이 또한 호스트 재료로 실시되는 PRCS로서 사용될 수도 있다. 그러므로, 예컨대, 놀랜드사(Norland Inc.)에 의해 공급되는 예컨대, 광학 접착제가 PRCS로서 또는 호스트 재료로서도 사용될 수 있다.
기계적인 레이아웃:
호스트 시스템 및 PRCS를 사용하는 판이 사용될 수 있다. 체인의 종단이 공간적으로 패터닝된 인덱스 변조 n1로 전사될 필요가 있다는 사실에 기인하여, 접착 표면이 다른 프로세스 스텝에 대해 문제일 수 있다. 그것은 매끄럽고 점착성이 없는 표면을 제공하는 샌드위치가 사용되는 이유이다. 그 구조가 예컨대, PMMA｜PMMA + PRCS｜PMMA인 샌드위치가 이후에 노광되는 평행 평면판으로서 사용될 수 있다.
예컨대, 100㎛의 매우 작은 투과 깊이만을 갖는 매우 짧은 파장을 사용함으로써 외부 영역을 중합하는 것이 또한 가능할 수 있다. 그러므로, 접착성 및 점착성이 있는 표면이 방지되고 판이 여전히 내부 감광성이다.
2개의 얇은 시트 또는 판 및 이들 사이의 공간을 사용하는 것이 가능하다. 공간은 적당한 낮은 산란 효과를 나타내는 적당한 투명 광굴절 재료로 채워질 수 있다. 이 재료는 2개의 외부 시트 사이의 공간에 채워진 후에 중합되는 매트릭스 호스트 재료를 가질 수 있다.
추가의 예컨대, 열적인 또는 2 성분 중합 기반 화학 서브시스템을 또한 함유할 수 있는 적당한 비스코스(VIS) 경화성 접착제를 사용하는 것도 또한 가능하다.
예컨대, 사용되는 플라스틱 기판 상에 전사될 수 있는 광 굴절 재료를 사용하는 것이 또한 실용적일 수 있다. 이것은 전사 필름의 최상부 상에 상이한 두께로 제공되는 SU8 광 레지스트에 대한 예컨대, 표준이다.
외부 시트는 더 나은 광 안내를 제공하기 위해 최종 고정된 광 굴절 재료보다 더 낮은 굴절률 n을 가질 수 있다.
굴절 및 회절 각도 MP를 조합한 조명 디바이스:
PQ-PMMA의 적당한 박층이 굴절성 예컨대, 이방향성 또는 삼방향성 조명 디바이스의 최상부에 배치될 수 있다. 굴절 층이 회절 층의 출사면에 가까울 수 있다. 예컨대, 2차 광원을 콜리메이트하는 데 사용되는 예컨대, 2D 또는 1D 렌즈 어레이를 담지하는 기판을 갖는 투명 기판의 적어도 일부인 볼륨 격자 분리 층의 조합이 무게의 상당한 감소를 가능하게 한다.
굴절 AMP 및 동시에 얇은 형태 인자(slim form factor)를 제공할 수 있는 조명 디바이스는 예컨대, 제한된 수의 출사 각도를 가질 수 있다. 생성될 수 있는 출사 각도의 수는 특히 사용되는 LS의 스펙트럼 대역 폭 및 광학 레이아웃에 의존한다. 이것은 LED 및 OLED 광원이 감소된 스펙트럼 라인 폭을 필요로 하는 예컨대, 볼륨 격자 기반 설계에서 사용될 수 있는 LD와 다른 배열에서 사용될 수 있는 것을 의미한다. (LED = light emitting diode; OLED = organic light emitting diode)
적당한 높은 수의 AMP 출사를 제공할 수 있는 볼륨 격자 조명 디바이스는 굴절 서브 시스템을 더 이상 쓸모없게 만든다. 이 경우에, 굴절 서브 시스템은 예컨대, 다수의 사용자에 대해 2D 시청을 인에이블시키는 예컨대, 2D LED BLU로서 사용될 수 있다. 이 경우에는, 굴절부는 에지형 LED 조명 및 예컨대, 산란 소자 또는 예컨대, 분리를 위한 마이크로 프리즘을 사용하는 바로 표준 조명 디바이스일 수 있다.
여러 개의 실시예가 실용적일 수 있다. 몇몇 일반 예들이 여기에 기재된다.
1) 하나의 기회는 콜리메이팅 렌즈를 담지할 수 있는 평면 뒤에 굴절형 에컨대 볼륨 격자 층을 배치하는 것이다. 예컨대, 3차원 굴절형 조명 디바이스에 의해 콜리메이트되는 광은 이들 웨이브 필드에 대한 오프 브래그 조건을 제공하기 위한 방법으로 설계되는 볼륨 격자 소자에 의해 회절되지 않는다.
2) 다른 실시예는 렌즈들에 의해 콜리메이트되는 2차 LS와 콜리메이팅 렌즈 사이에 회절 예컨대, 볼륨 격자 기반 기능 층을 배치하는 것이다. 이 배열을 사용하기 위해, 볼륨 격자는 적당한 예컨대, 축외(off-axis) 콜리메이션을 제공하기 위해 파면을 정형하는 것에 덧붙여 광을 재전송하는 기능을 제공할 수 있다. 렌즈 어레이의 굴절 기능은 이 실시예에서 고려되어야 한다. 역계산 및 CGH 노광이 필요한 기능을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 직접 실시는 인 시튜(in 냐셔 노광을 사용하는 것이다.
예를 들어, 굴절 AMP로서 +10° 및 -10° 및 회절 AMP로서 +30° 및 -30°를 제공하기 위해 전체 설계가 최적화될 수 있다.
크로스토크는 전체 조명 디바이스의 조합된 AMP에 대해, 굴절부에 대해, 및 회절부에 대해 제한되어야 한다.
예컨대, 양방향성 굴절 조명 디바이스는 동일한 렌즈에 의해 콜리메이트되는 LS 양자에 대한 대칭적인 강도 분포를 나타내는 거리 z에 배치되는 구경 조리개의 평면을 사용할 수 있다. 그러나 편광 부호화 기반 크로스토크 감소가 더욱 효율적일 수 있다. 이것은 또한 아포다이제이션 프로파일을 실시하기 위해 사용될 수도 있다. 그러한 아포다이제이션 프로파일은 이후에 PF 평면을 사용함으로써 분석되는 억압 프로파일로서 및/또는 진폭 분포로서 실시될 수 있다.
3) Z-스택된 회절 AMP 평면이 또한 사용될 수 있다. 그러므로, 굴절 렌즈 어레이는 예컨대, 볼륨 격자 기반 AMP 필드 렌즈 평면의 사용에 의해 치환될 수 있다. 크로스토크를 방지하기 위해 충족되어야 하는 경계 조건은 각도 및/또는 스펙트럼 응답 기능의 분리이다. 이것을 설명할 수 있는 일례는 2개의 카운터 전파 기하학적 구조의 MP이다. 이것은 좌측으로부터 조명되는 예컨대, 90° 필드 렌즈 FL1 및 우측으로부터 조명되는 -90° 필드 렌즈 FL2가 발산 필드 렌즈를 형성할 수 있는 광을 차단하기 위해 흡수기가 후면에 배치되는 경우에만 사용될 수 있는 것을 의미한다(FL = field lens). 이 컨플릭트는 예컨대, 약간 상이한, 또는 일반적으로 말하는 적당한 상이한 파장을 사용함으로써 해결될 수 있다. 이것은 예컨대, 532㎚ 및 522㎚의 파장을 갖는 광이 원색 녹색의 서브 파장으로서 사용될 수 있는 것을 의미한다. 볼륨 격자는 적당한 선택적인 스펙트럼 및/또는 각도 응답 기능을 가져야 한다.
상이한 서브 파장을 사용하는 것은 동일 측면으로부터 양 AMP FL을 조명하는 것이 가능하게 만든다.
상이한 해결법은 여러 개의 볼륨 격자 기반 FL 평면을 서로 스택하는 것이다. 필드 렌즈 FL_ij의 상이한 AMP는 어드레스되지 않는 볼륨 격자가 적당한 오프 브래그에 위치하는 경우 크로스토크의 부재를 보증한다. 바꿔 말하면, 접촉하거나 접촉하지 않는 것을 의미하는 예컨대, 4개의 볼륨 격자 FL 평면을 서로 스택하는 것과 모든 볼륨 격자에 대한 상호 오프 브래그 조건을 실현하는 것이 가능해진다. 90° FL 기하학적 구조는 예컨대, 1/1000°인 각도 어드레싱 범위를 피하기 위해 예컨대, ≤1㎜의 감소된 간섭 길이를 필요로 할 수 있으며, 그에 따라 에컨대, 소비자 3D 디스플레이인 특정 애플리케이션에 실용적일 수 없다.
오프 브래그 조건의 적당한 충족은 각도, 스펙트럼 및 편광 선택도를 포함할 수 있다. 이것은 또한 순수한 굴절 방법에 적용될 수 있다.
4) 논의된 실시예는 타일화(tiled), 중첩 타일화 및 또한 z-중첩-타일화될 수 있고, 이는 조명 유닛의 중첩 기능성을 제공하는 상이한 z 평면에 타일화되는 것을 의미한다. 기능 이진 접촉 및 기능 오버랩이 사용될 수 있다.
변화하는 경사가 광 가이드로부터 결합되는 미리 정형된 필드 렌즈 기능을 실시하기 위해 우선된다. 간섭 길이는 필요한 ASPW를 제공하기 위해 적응되어야 한다. 이것은 광을 회절시킬 수 있는 볼륨 격자의 효율적인 두께가 광 가이드를 따라서 전파하는 웨이블릿(wavelet)의 간섭 길이에 의존한다.
이미 기재되고 설명된 바와 같이, 추가의 굴절 공간 샘플링된 프리즘 매트릭스가 동시에 여러 방향 또는 여러 개의 필드 렌즈 기능을 제공하기 위해 광 안내 및 광 분리 구조의 출사 평면에 부가될 수 있다. 능동 제어 기능은 샘플링된 방향의 스위치 온 및 스위치 오프 특징을 제공하기 위해 실시될 수 있다.
이것은 데이터 패널의 영역 도는 개별 픽셀에 관련되는 피라미드의 줄두체 또는 프리즈이 제공될 수 있다. 그러므로, 픽셀은 그 출사 또는 입사면에 가까운 예컨대, 단일 프리즘 또는 여러 개의 프리즘을 가질 수 있다. 예컨대, 피치 또는 소인수의 통계적인 변화로서 모이레 효과 감소 방법을 사용하는 것이 또한 가능하다.
각도 MP:
모든 조명 디바이스 분리 방법이 굴절 도는 회절 각도 멀티플렉스 실시예와 조합될 수 있다. 그러므로, 프리즘이 추가의 각도를 제공하기 위해 추가로 사용될 수 있다. 이것은 RGB 픽셀이 불일치되거나 픽셀 일치 없이 달성될 수 있다. 바꿔 말하면, 삼방향성 조명 디바이스가 ±5°까지만의 청색 광 회절 각도를 갖는 PLCG 및 2×AMP와 조합하여 사용될 수 있다.
AMP는 어드레스 가능하거나 하지 않을 수 있는굴절 및 회절 광학 소자에 의해 도입될 수 있다. 이것은 많은 대체 변종을 실시할 기회를 제공한다.
예시적인 실시예는 예컨대:
양방향성 콜리메이트된 조명 디바이스 ｜2× 프리즘 각도 MP｜PLCG일 수 있다
PLCG-미세 트래킹 A:
AMP 영구 프리즘이 데이터 픽셀에 일치하지 않는다
하나의 데이터 픽셀이 2 고정 AMP 방향을 서비스한다
AMP 수직 스택
색상 서브 픽셀 v = 2 × h
포스트 수직 1D 산란 기능
및
PLCG-미세 트래킹 B:
AMP 영구 프리즘이 데이터 픽셀에 일치한다
픽셀 카운트 2×
AMP 방향이 데이터 패널을 어드레스함으로써 스위치 온 및 오프된다
포스트 수직 1D 산란 기능
이들 변형은 상이한 방향으로부터 지그재그오ㅘ 조합될 수 있다(특히 다수의 내부 반사의 의미에서의 지그재그).
홀로그래픽 디스플레이용의 조명 디바이스:
일반적으로, 지그재그 및 비지그재그 실시가 옵션이다.
간섭 크로스토크 및 위상 불규칙성을 피하기 위해 상이한 평면에서 웨이블릿 같은 볼륨 격자 세그먼트를 실시하는 것이 가능하다. 볼륨 격자 세그먼트의 측방향 확장은 예컨대, 1㎜ 미만 또는 1㎜의 범위 내일 수도 있다. 회절 기하학적 구조는 예컨대, 90°/0°일 수 있고, 필드 렌즈(FL) 기능을 실시하기 위해 디스플레이의 중앙의 거리에 따라 변화될 수 있다.
사용되는 광원 LS의 간섭 길이는 회절 요소를 사용함으로써 조악 및/또는 미세하게 트래킹되는 각도 범위에 의존한다. 예컨대, 0.5㎜ 내지 1㎜의 간섭 길이가 별개의 실시예에 대해 충분할 수 있다.
둘 또는 그 이상의 평면이 오버랩할 수 없는 볼륨 격자 세그먼트를 포함할 수 있다. 하나의 평면 내에서 비어 있는 부분이 제1 평면 위에 배치될 수 있는 다른 평면에 볼륨 격자 세그먼트를 담지할 수 있다.
2개의 인접한 평면이 간섭 길이보다 예컨대, 약간 더 두꺼운 추가의 평면에 의해 분리될 수 있다. 그러므로, 분리를 위해 사용될 층의 두께는 예컨대, 1㎜일 수 있다. z_c=1㎜의 간섭 길이는 사용되는 재료에서 1/n이다.
레이저 다이오드(LD= laser diode)가 진공에서 z_c=1㎜의 간섭 길이를 가지면, 예컨대, PMMA에 존재하는 간섭 길이는 1/1.5=0.67㎜이다. 그러므로, 1㎜ PMMA와의 분리는 상이한 z 평면에 배치되는 볼륨 격자 세그먼트 사이의 간섭 크로스토크를 피하기에 충분하다.
상이한 z 평면에 z 제한된 볼륨 격자 세그먼트를 제공하기 위해, n1(z) 아포다이즈된 볼륨 격자 노광이 사용될 수 있다. 예컨대, PQ 도핑된 PMMA(PQ-PMMA)로서 광 굴절 재료의 여러 개의 예컨대, 평행 평면판을 사용하는 것도 또한 가능하다. 크로스 결합 광이 광 안내 샌드위치 판 내에서 전파하고 사용자 공간에 결합되지 않는다.
볼륨 격자 세그먼트의 상이한 평면을 사용하는 이 실시예는 예컨대, 결합으로의 지그재그에 또는 결합 기하학적 구조로의 그레이징 입사에 사용될 수 있다.
이것은 또한, 정적인 각도 MP(AMP)를 실시하기 위해 사용될 수도 있다. 이것은 동시에 여러 개의 출사 방향을 생성함으로써 달성될 수 있다. 볼륨 격자는 하나의 빔 또는 웨이브 필드로 조명될 때 예컨대, 3개의 출사 빔 또는 웨이브 필드를 생성하기 위한 방법으로 에컨대, 멀티플렉싱될 수 있다.
이와 달리, 표준 각도 스펙트럼 또는 편광 MP가 다방향성 조명을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
ASD-조명 디바이스:
다방향성 조명 디바이스로의 PBS 방법의 실시
편광 스위칭 층이 예컨대, TE를 TM 모드에 전환하기 위해 사용될 수 있다. 광은 회절되거나 회절되지 않는 PBS-볼륨 격자를 통과할 수 있다. 그러므로, 예컨대, +45°/45° 또는 +30°/-30° 볼륨 격자 배열이 2개의 방향을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 고전적인 볼륨 격자가 PBS 시리즈에 사용될 수 있다. 볼륨 격자 재료 내에서 예컨대, LC 확산되는 복굴절 재료를 포함하는 볼륨 격자가 90°, 60°, 48.2° 등인 고전적인 PBS-볼륨 격자 시리즈와 상이한 회절 PBS 기하학적 구조를 실현하기 위해 온 브래그 회절 하에 사용될 수 있다.
여러 개의 기능 층이 더 많은 수의 방향을 제공하도록 스택될 수 있다. 인공 복굴절 사바르 판(artificial birefringent Savart plate)이 출사 평면에 배치되는 프리즘 어레이와 조합하여 사용될 수 잇다. 스트라이프형 조명이 추가의 프리즘 구조체를 담지하는 사바르 판에 입사할 수 있다. 편광을 변화시킴으로써 측방향 시프트가 도입될 수 있다. 표면 양각 구조의 상이한 위치가 조명된다. 이것은 상이한 프리즘 각도 및 그에 따른 상이한 방향이 편광을 예컨대, TE 모드에서 TM 모드로 변경함으로써 어드레스될 수 있음을 의미한다.
2차 광원 포인트 및 렌즈 어레이 콜리메이션:
1D 또는 2D 렌즈 어레이가 콜리메이트되어야 하는 여러 세트의 2차 광원을 사용함으로써 조명될 수 있다. 이것은 상이한 광 안내 섬유 어레이의 분리 포인트의 세트일 수 있다.
상이한 재구성 기하학적 구조 및 상이한 주요 및 또는 서브 세트 파장용으로 설계될 수 있는 작은 볼륨 격자 복셀(voxel)을 사용하는 것이 또한 가능하다. 이들 볼륨 격자 복셀은 상이한 측면 및 세로 위치에 배치될 수 있다. 강도 배열은 굴절률 n1의 변조를 변경함으로써 달성될 수 있다. 볼륨 격자 복셀 라인 또는 2D 어레이의 상이한 서브세트의 멀티플렉싱 및 그에 따른 어드레싱이 하나의 평면 또는 여러 개의 예컨대, 또한 수직한 평면에 있을 수도 있는 상이한 조명 각도를 선택함으로써 도입될 수 있다. 원색의 스펙트럼 서브세트가 또한 어드레스될 수 있다. 바꿔 말하면, 조명 각도의 세트를 실현하기 위한 기회를 제공하고, 렌즈 어레이에 의해 콜리메이트되는 2차 광원 포인트 어레이의 서브세트를 제공하기 위한 여러 기회가 존재한다. 볼륨 격자 복셀로부터 콜리메이팅 렌즈로 전파하는 웨이브 필드는 콜리메이트된 광의 강도의 적당한 양호한 균질성을 제공하기 위한 방법으로 적응될 수 있다. 콜리메이션을 최적화하기 위해 위상 분포를 적응시키는 것도 또한 가능하다. 필드 렌즈 기능이 실시될 수 있다.
1D 2차 광원 스트라이프의 콜리메이션이 광원 라인을 따라서 배열되는 볼륨 격자 복셀에 의해 제어될 수 있다. 그러므로, 균질한 강도가 콜리메이트되어야 하는 광원 라인을 따라 제공될 수 있다.
굴절 또는 회절 구조를 사용함으로써 콜리메이트되는 2차 광원 포인트를 사용하기 위한 방법이 호일 샌드위치에 전사될 수 있다. 프리즘 + 렌즈 층 방법에 의해(예컨대, 3M에 의해) 실현되는 ASPW를 방지하기 위해, 렌즈 + 광원 포인트 방법이 사용될 수 있다. 간단한 실시예는 필름 두께와 등가인 촛점 길이를 실현하기 위한 방식으로 선택되는 렌즈형 표면 양각을 담지하는 호일이다. 그러므로, 후면이 2차 광원 어레이로서 작용하는 점 또는 라인 어레이로 코팅/구조화될 수 있다. 여러 가지 변형예가 사용될 수 있다.
광원 포인트는 FTIR 광 안내 판에 접촉될 수 있는 작은 산란 점일 수 있다. FTIR UV 안내 판인 Q-점 재료의 작은 구형을 사용하는 것도 또한 가능하다. 체적 및/또는 표면 양각 구조가 광을 결합시키기 위해 또는 형광성 2차 광원 포인트로서 작용하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 크로스토크 정지 층 구조가 레즈와 LS 점 층 사이에 배치될 수 있다. 이들 렌즈간 크로스토크 억압 구조는 이진 또는 연속적으로 아포다이즈될 수 있다. 그러므로, 균질한 콜리메이션이 제공될 수 있다.
볼륨 격자 복셀과의 평면 분리:
높은 볼륨 격자 복셀 밀도가 사용되면 콜리메이팅 렌즈가 필요하지 않을 수도 있다. 이것은 평면 분리라고 칭해질 수 있다. 필드 렌즈는 출사 각도를 국부적으로 실시될 수 있다.
볼륨 격자 복셀(볼륨 격자V) 방법이 예컨대, 그레이징 입사 방법에서 실시될 수 있다. 산란되는 광의 양을 감소시키기 위해 응시법 같은 깊이 판별(stare way like depth discrimination)을 사용하는 것이 가능하다. 제안된 절차는 조명 빔에 의해 충돌되는 볼륨 격자V의 수를 최소화하기 위한 방식으로 설계를 최적화하기 위한 것이다. 측면 볼륨 격자V 사이즈는 더 큰 회절 각도를 방지하기 위해 너무 작지 않아야 하며, 이것은 볼륨 격자V의 측면 개구의 사이즈 때문이다.
사용되는 기하학적 구조는 90°/0° 또는 예컨대, 플립 멀티플렉스(MP) 기하학적 구조일 수 있다. 향상된 해결법은 입사 빔 방법의 웨지와 응시법 방법을 조합하는 것이다. 이것은 그레이징 입사 조명 디바이스에서, 평면 웨지에서 또는 지그재그 조명 디바이스에서 달성될 수 있다. 볼륨 격자V의 입사 각도가 약간 변경될 수 있거나 입사 빔의 방향 또는 이들 양자가 변경될 수 있다.
볼륨 격자V 및 볼륨 격자 세그먼트는 일반적으로 조명 디바이스의 각도, 스펙트럼 또는 에너지 분포 또는 이들의 조합을 최적화하기 위해 측면으로 및/또는 세로로 아포다이즈될 수 있다.
능동형 크로스토크 차단 평면:
능동 구조화된 구경 조리개로서 하나 또는 여러 개의 공간 광 변조기(SLM)을 사용하는 것은 최소한의 노력을 제공하는 해결법이 아니다. 이 경우에는 복잡도가 높고 비용은 너무 높다. 예컨대, 한 세트의 3개의 LSij 1D 또는 2D 매트릭스형 광원 어레이가 예컨대, 3차원 조명 디바이스를 제공하는 중첩된 배열에 사용되면, 3개의 제어 가능한 아포다이즈된 구경 조리개 층이 사용되는 렌즈 어레이의 콜리메이션 렌즈간 크로스토크를 억압하도록 사용될 수 있다. 여러 가지 실시예가 사용될 수 있다.
광 정렬이 LC형 실시예에 필요한 LC 배향 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 잇다. 편광 필터(PF) 또는 검광자가 출사 평면에 배치된다. 그러므로, 데이터 패널에 전파되는 광의 편광이 고정된다. 데이터 패널은 사용될 수 있는 PF를 이미 포함할 수 있다.
문제는 예컨대, 모바일 홀로그래픽 3D 디스플레이 또는 더 큰 홀로그래픽 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이로서 홀로그래픽 디스플레이에 사용될 수 있는 얇은 조명 유닛을 제공하는 것이다. 매우 얇은 실시예의 문제는 필요할 수 있는 작은 허용오차 값일 수 있다. 바꿔 말하면, 일부 매우 얇은 설정은 예컨대, 기계적 파라미터의 변화에 매우 민감할 수 있다.
예컨대, 조명 유닛의 실시예 내 또는 디스플레이 자체 내의 기계적 응력의 결과를 측정하기 위해 사용될 수 있는 방법이 설명된다.
SLM/조명 디바이스 1:
광 검출기 어레이가 조명 디바이스에 의해 제공되는 강도 분포의 국부 시간 강도 변화량을 검출하기 위해 실시될 수 있다. 배경은 예컨대, 모바일 홀로그래픽 디스플레이 애플리케이션 내에 사용되는 평면 간섭성 조명 유닛이 예컨대, 볼륨 격자 또는 다른 각도 및/또는 스펙트럼의 국부 회절 효율의 변화를 야기할 수 있는 기계적인 응력으로부터 악영향을 받을 수 있다는 것이다. 그리드의 검출기는 사용자에게 전파하는 웨이브 필드에 도입되는 섭동(disturbance)을 최소화하기 위한 방식으로 제작될 수 있다. 이것을 행하기 위한 하나의 옵션은 SLM 자체의 흡수 영역 상에 검출기 그리드를 배치하는 것이다. 반투명 또는 고투명 광 검출기가 또한 사용될 수도 있다.
순방향으로 또는 여기에서 역방향으로 억압되는 것으로 사용될 수 있는 검출기 그리드를 제공하기 위한 추가의 옵션은 정해진 "내부 결합 인" 포인트를 갖는 광 안내 그리드 또는 광 안내 라인을 사용하는 것이다. 내부 결합 포인트는 예컨대, 섬유의 최상부에 소형 사이즈 회절 소자 또는 45° 섬유 종단을 사용함으로써 형성될 수 있다.
SLM 어레이 내부에 배치되는 광 검출기 어레이는 앞서 이미 기재되어 있다. 이들 고안의 목적은 터치 스크린 실시예에 대한 광학 대체예를 실시하기 위함이었고, 이는 광 검출기의 그리드를 사용함으로써 대상물의 위치를 예컨대, 손가락으로서 검출하는 것을 의미한다.
여기에서 목적은 시간 및 공간적 해결 방식으로 SLM에 존재하는 강도 분포를 검출하는 것이다. 또한, 기계적 응력을 검출하는 검출기 소자가 실시될 수 있다. 스트라이프형 PZT 검출기가 예컨대, 신장률을 검출하기 위해 사용된다. 광섬유가 또한 이를 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 여러 가지 방법이 예컨대, 광 안내 기판의 만곡을 검출하기 위해 실시될 수 있다. 이와 반대로, 광 검출기 어레이는 직접적인 방식으로 당해의 파라미터를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 변화하는 강도 분포 I(x,y,t)는 보상된 투명도 값을 SLM에 기록함으로써 측정 및 보상될 수 있다. 홀로그래픽 인코딩 디바이스가 측정된 값을 참작할 수 있다. 그러므로, 예컨대, 1D 또는 2D 인코딩에 의해 수득되는 3D 장면은 강도 변형에 악영향을 받지 않게 될 것이다.
광 검출기 어레이(PD 어레이 = photo detector array)를 역방향 및 순방향으로 사용하는 것도 가능할 수 있다. 이것은 예컨대, 조명 디바이스가 시간 순 방식으로 작업하는 경우 행해질 수 있다. 그러므로, 디스플레이에 가까이 배치될 수 있는 예컨대, 손가락으로서 대상물의 또는 사용자의 동작을 검출하기 위해 사용될 수 있는 검출기 어레이가 또한 조명 디바이스의 출사 평면에서 I(x,y,t)를 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 이 경우에, PD 어레이가 예컨대, 가능한 빨리 펄스화된(pulsed) 조명 디바이스가 되어야 한다.
더 많은 간접 측정을 실시하는 것도 가능하다. 하나의 기회는 SLM의 방향으로 분리되지 않는 광을 사용하는 것이다. 예컨대, 평행 평면판 또는 웨지로서의 광 안내 소자가 일 측으로부터 조명될 수 있다. 외부 결합(couple out)되지 않는 광이 조명 디바이스의 타 측에서 측정될 수 있다. 그러므로, PD 어레이는 조명 디바이스의 일 측에 배치될 수 있다. PD 그리드 간격은 충분해야 한다.
매우 얇은 조명 디바이스 및 예컨대, 그레이징 입사 실시예를 사용하는 조명 디바이스가 볼륨 격자 평면에 존재하는 국부 입사 각도의 변화에 매우 민감할 수 있다. 회절되어야 하는 웨이브 필드의 약간 변화된 각도가 회절 효율 η(x,y)의 변화를 야기할 수 있다. 글로벌 값이 또한 수득될 수 있다. 글로벌 오프셋은 사용되는 광원 LSi를 변조시킴으로써 보상될 수 있다.
추가의 각도 측정:
각도 측정의 그리드를 실시하는 것도 또한 가능하다. 일례를 제공하기 위해, 복수의 마이크로 렌즈가 4개의 사분면 PD의 정면에 배치될 수 있다. 그러므로, 국부 측정 포인트가 동시에 입사 광의 각도 및 강도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이들 소자는 예컨대, 조명 디바이스의 일 측에 배치될 수 있다. 볼륨 격자가 또한 조명 디바이스 내에서 각도 측정을 실시하기 위해 사용될 수도 있다. PD 및 이미지 검출기 어레이가 볼륨 격자의 각도 선택도 및 볼륨 격자를 사용하는 배열 내에서 사용될 수 있다. 더 굵은 볼륨 격자는 더 가늘은 볼륨 격자보다 더 높은 각도 및 스펙트럼 선택도를 나타낸다. 볼륨 격자의 파라미터는 특정 요건에 맞춰질 수 있다.
PD 그리드의 실시가 I(x,y,t)의 측정이 적당한 낮은 복잡도로 실행될 수 있다는 사실로 인해 바람직할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 비지그재그 또는 그레이징 입사 조명 설정이 감소된 공간적 및 또는 시간적 간섭성만을 나타내는 광에 및 간섭성 광에 사용될 수 있다.
여기에서 논의된 실시예는 다방향성 조명을 제공하기 위해 더욱 변형될 수 있다.
모든 실시예가 예컨대, 멀티플렉스된 볼륨 격자를 사용하고 상이한 방향으로부터 기판을 조명하는 것으로서 각도 멀티플렉스를 사용할 수 있는 것은 아니다. 이들 실시예에 있어서, 스펙트럼 멀티플렉스가 예컨대, 약간 상이하지만 잘 정해진 파장을 갖는 상이한 광원을 스위치 온 또는 오프함으로써 사용될 수 있다. 파장이 예컨대, 비용 효율적인 브래그 공진기를 갖는 LD를 사용함으로써 정해질 수 있다. 그러므로, 예컨대, 5㎚의 스펙트럼 스텝이 실현될 수 있다. 이것은 적당히 높은 볼륨 격자의 격자 강도 ν에 충분하다. 바꿔 말하면, 조명 디바이스에 순수한 각도 멀티플렉싱 방법을 사용하는 것이 필수는 아니다.
조명 디바이스로부터 방출되는 각도 방향의 멀티플렉스가 상이한 파장, 상이한 입사 각도 또는 이들의 양자를 사용함으로써 실시될 수 있다. 그러므로, 해결법이 요건에 맞춰질 수 있다.
문제는 홀로그래픽 디스플레이용의 평면 조명 디바이스를 실현하는 것이다. 최적의 조건 하에서 눈의 각도 분해능은 1/60°이다. 홀로그래픽 디스플레이의 조명 디바이스는 따라서 예컨대, <1/20°로부터 최소로 1/60°의 제한된 평면파 스펙트럼을 가져야 한다, 즉 이는 잘 콜리메이트된 광이어야 한다.
기판의 표면 경계에서의 다중 반사 및 이들 반사에 의해 수반되는 에러 허용오차를 피하는 해결법은 기판의 표면 평면에 평행하거나 거의 평행하게 (비지그재그로) 전파하는 기판의 내부의 웨이브를 사용하는 것이다. 이것이 또한 조명 디바이스의 필요한 깊이를 감소시킨다.
도 19는 방향성 방출 디스플레이의 출사 평면 내에서 국부적인 수평 출사 각도 θ°를 나타낸다. 취해진 디스플레이의 수평 폭은 1220㎜이다. 사용자의 z-거리는 z=20m에 고정된다. 사용자의 측면 위치는 ±1450㎜의 범위를 스팬한다. 중앙 영역은 ±30°의 각도 범위를 제공해야 한다. 디스플레이의 외부 위치에 제공되어야 하는 각도 범위의 절대값은 유사하다. 외부 측면 위치의 평균 각도 위치는 기울어진다.
도 20은 1220㎜의 수평 확장을 갖는 방향성 디스플레이의 출사 평면에 제공되어야 하는 수평 출사 각도 θ°를 나타낸다. 2개의 측면 사용자 위치 ×1 및 ×2에 대한 국부 각도가 도시되어 있다. 사용자는 z=2.5m의 거리에 위치하는 것으로 가정한다. 하나의 측면 위치는 ×1=-670㎜이고 다른 하나의 측면 위치는 ×2=670㎜이다. 도 28은 도시되어 있는 이들 2개의 단면 벡터를 이미 포함한다.
양 사용자 위치에 대해 제공되어야 하는 국부 각도 오프셋의 절대값이 대략 30°인 것은 도 20에서 볼 수 있다. 이것은 상이한 분리 기하학적 구조를 포함하는 평행 평면판이 서로 스택될 수 있는 것을 의미한다. 단일 각도 θS인 국부 출사 각도는 약 30° 변할 수 있고, 재구성 각도인 입사 각도 θR는 동일할 수 있으므로 예컨대, 90°일 수 있다. 조명하는 동안의 크로스토크를 방지하기 위해, 분리된 전파 평면 또는 세그먼트가 사용된다. 등가의 θR의 공간적 및/또는 시간적 분리가 상이한 파면 형성 상태의 크로스토크를 방지하기 위해 사용될 수 있다.
출사 각도는 도 19에서 0°인 표면 법선에 대해 90°와 상이할 수 있다. 도 20에서 볼 수 있는 바와 같이, 출사면에 수직인 출사 각도를 피하기 위한 방식으로 기하학적 구조가 선택될 수 있다. 이들 기하학적 구조는 반대의 카운터 전파 각도에서 입사 빔을 반사하는 반서형 SLM의 정면에 배치되는 볼륨 격자 정면 광 조명 디바이스에 사용될 수 있다. 다시 한번, 재구성 기하학적 구조가 사용된 볼륨 격자의 각도 선택도를 사용함으로써 "SLM으로" 및 "SLM으로부터" 빔 경로를 분리시키는 방식으로 선택될 수 있다. 이것은 예컨대, SLM 평면이 축외 5°에 조명될 수 있는 것을 의미한다. 이것은 또한 SLM이 축상 0°에 조명될 수 있고 SLM 픽셀이 예컨대, 10°의 축외 오프셋을 도입할 수 있는 것을 의미한다. 이것은 예컨대, MEMS 기반 SLM 어레이로 행해질 수 있다.
분리 효율의 분포:
도 21은 출사 평면 내에 균질한 강도 분포 및 높은 전체 효율을 제공하기 위해 전파 거리 z를 따라서 증가하는 회절 효율 η(z)를 나타낸다. 100㎜까지의 전파 거리 z가 도시되어 있다. z=0㎜ 내지 100㎜의 이 표현은, 55 인치 16:9 디스플레이의 수직 및 수평 확장 각각에 등가인 예컨대, 700㎜ 또는 1220㎜이고 최대의 전파 거리인 zmax 의 z=0% 내지 100%를 사용하는 등가의 표현으로 변환될 수 있다.
예컨대, 사용된 볼륨 격자 재료의 높은 동적 범위가 조명 디바이스에서 모든 광을 추출하기 위해 필요하다. 그렇지만, 필요한 동적 범위는 예컨대, 초기 광의 20%의 손실을 받아들임으로써 감소될 수 있다.
스펙트럼 분포:
도 22는 파장 λ 및 라인 폭 Δλ에 의존하는 간섭 길이 zc를 나타낸다. 웨이블릿의 길이는 유효 격자 두께 dHOE를 정의한다. 볼륨 격자의 유효 두께는 회절 효율 η의 각도 및 스펙트럼 선택도를 정의한다. 바꿔 말하면, 예컨대, 100㎜의 zc의 매우 높은 값은 유사한 광학 레이아웃에 대해서는 실용적일 수 없다. 그렇지만, 예컨대, 5㎛ 내지 100㎛의 zc의 값은 θR=90°에 유사하거나 가까운 광학 레이아웃에 대해 실용적일 수 있다.
큰 유효 격자 두게의 각도 선택도:
도 23은 설계 재구성 각도 θR에 대한 오프셋 및 굴절률 n1의 변조에 의존하는 회절 효율 η을 나타낸다. 설계 회절 각도는 88.091°이다. 취해진 볼륨 격자 두게는 dHOE = 5㎜이다. 설계 기하학적 구조는 30의 스트레칭 인자를 제공한다. 그러므로, 볼륨 격자 내의 유효 전파 길이는 5㎜×30=150㎜까지이다. 단색성 웨이브 및 그에 따라 zc >> dHOE를 취하는 시뮬레이션에 코겔닉의 CWT를 사용하였다.
사용된 웨이블릿의 길이는 예컨대, ≥1/60°인 실용적인 각도 선택도를 인에이블시키기에 충분히 작아야 한다. 홀로그래픽 디스플레이의 경우에도, 예컨대, 1㎜의 간섭 길이가 충분할 수 있다. 그러므로, 각도 선택도의 실제 값이 실현될 수 있다.
각도 분산:
다른 양태는 사용되는 회절 또는 굴절 성분의 각도 분산이다. 격자 식 sin(θS)=mλ/(nΛx)+sin(θR)이 허용 가능한 각도 분산을 실현하기 위해 사용될 수 있는 스펙트럼 각도를 계산하기 위해 사용될 수 있다. λ=532㎚의 파장, m=1, n=1.5, θR=90°, Λx=354.67이 θS=0°를 제공한다. ΔθS=±0.5°의 오프셋이 Δλ=±4.64㎚의 스펙트럼 오프셋에 대해 수득된다. 0.5°의 각도 오프셋이 ASD 실시예에 대해 허용 가능할 수 있다. 바꿔 말하면, ASD에 사용되는 광원의 스펙트럼 범위는 예컨대, Δλ=±5㎚로 대략 제한될 수 있다. 사용된 스펙트럼 범위는 적색, 녹색 및 청색의 원색 사이에서 상이할 수 있다. 이것은 예컨대, 모든 파장에 대해 등가의 각도 분산을 실현하기 위해 실시될 수 있다. 이것은 또한 평행 평면판 내에서 멀티플렉싱될 수 있는 색상 관련 볼륨 격자에 대해 등가의 각도 선택도를 실현하기 위해 실시될 수도 있다. 삼중 노치(triple notch) 필터가 필요한 스펙트럼 분포를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
SLM의 선택:
LC 기반 SLM의 여러 모드 또는 여러 SLM 유형이 상이한 각도로 조명되는 경우 적당한 콘트라스트 비를 제공할 수 있다. 다른 SLM은 예컨대, 5° 및 20°에서 조명되는 경우 적절하게 작용할 수 없다. 이들 유형은 작은 각도 범위에 대해서만 작용할 수 있다. 다른 SLM 유형은 국부 조명 각도가 고려되는 경우 적당한 콘트라스트를 제공할 수 있다. 이것은 국부 조명 각도에 의존하는 예컨대, 픽셀 신호의 미세한 변화가 도입될 수 있다. 위상 값, 광 경로 길이 또는 광 경로 차(OPD)가 국부 조명 각도에 의존하여 미세하게 변화될 수 있다. 이것이 사용되는 SLM의 적응된 재생율(refresh rate)을 야기할 수 있다. 이것은 SLM의 재생률이 증가될 수 있는 것을 의미한다.
조명 유닛 AMP:
조명 디바이스에서의 각도 멀티플렉싱(AMP)의 실시는 여러 가지 장점을 갖는다. 매우 고속의 응답 속도가 이들 장점 중 하나이다. 그러므로, 조명 장치는 예컨대, 적색, 녹색 및 청색인 각 원색에 대해 예컨대, 2개, 4개 또는 8개의 출사 웨이브 필드를 제공할 수 있다.
예컨대, 2, 4 또는 8일 수 있는 메인 AMP 방향은 사용되는 색상 사이에서 미세한 차이를 가질 수 있다. 이것은 예컨대, 트래킹 범위를 최대화하기 위해 수차를 최소화하기 위해 행해질 수 있다. 각도 분포는 필드 렌즈 또는 기울어진 필드 렌즈에 반드시 등가이어야 할 필요는 없다. 각도 분포는 주기적인 LC 평면내 회전을 사용하고 그에 따라 톱니 위상 격자와 상이한 예컨대, 능동형 편광 LC 격자(PLCG)일 수 있는 미세 트래킹 유닛에 의해 제공되어야 하는 국부 각도 부하를 최소화하기 위해 이들과 상이할 수 있다.
스펙트럼 간격을 갖는 원색 RiGjBk:
스펙트럼 간격을 갖는 원색 RiGjBk의 사용은 방출된 광의 여러 개의 각도 분포의 생성을 위한 하나의 층을 사용할 기회를 제공한다. 예컨대, 5㎚ 내지 10㎚의 스펙트럼 간격이 ASD의 서브 원색의 세트에 대해 충분할 수 있다. 그러므로, 예컨대, λB1=460㎚, λB2=470㎚, λG1=530㎚, λG2=540㎚, λR1=630㎚ 및 λR2=640㎚가 AMP의 스펙트럼 어드레싱 또는 스펙트럼 MP를 사용함으로써 조명 디바이스의 2겹(2-fold) AMP를 실시하기 위해 사용될 수 있다.
스캐닝 BLU:
적당한 콜리메이트된 광원의 어레이가 기능 층을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 이들 광학 채널은 스캐닝 조명 디바이스를 제공하기 위해 개별 제어될 수 있다. 또한, 예컨대, 볼륨 격자를 사용하는 아나모픽 빔 확장이 스캐닝 조명을 제공하는 방식으로 변형될 수 있다. 이들 스캐닝 방법은 평면에 수직인 방향을 따라서 쉽게 적응될 수 있다. 그렇지만, 조명의 스캐닝을 제공하기 위해 추가의 z 기능성을 실시하는 것도 또한 가능하다. SLM 구동 방식에 의존하여, 예컨대, 3개 내지 4개의 스캐닝 세그먼트가 충분할 수 있다.
제로 모드 광 전파를 갖는 평면 조명 디바이스:
문제는 홀로그래픽 디스플레이에 대해 예컨대, 모바일 홀로그래픽 3D 디스플레이(hPad) 또는 더 큰 홀로그래픽 또는 오토스테레오그래픽 디스플레이로서 사용될 수 있는 얇은 조명 디바이스를 제공하는 것이다.
추가의 실시예가 아래에 제공된다. 도 6은 평면 볼륨 격자 기판 2방향성 조명 디바이스의 제공을 나타낸다. 2개의 기능 평면이 시간 순으로 스위치 온 또는 오프될 수 있는 2개의 콜리메이션 디바이스를 사용함으로써 조명된다. 조명 디바이스 1 및 2는 조명 디바이스의 좌측에 배치된다. 굴절 렌즈 어레이가 2차 광원의 세트를 콜리메이트하도록 사용될 수 있다.
이미 설명한 축외 포물면 미러 OAPM 어레이 조명의 사용은 더욱 컴팩트한 일 실시예를 제공한다.
더 많은 필드 렌즈가 도 6에 도시되어 있는 더 많은 스택된 평면을 사용함으로써 실시될 수 있다.
상이한 실시예들이 상당히 유사하게 보일 수 있다. 그러므로, 도 6은 90°/0°에 가까운 낮은 간섭성 조명 및 재구성을 사용할 수 있는 ASD-MD-조명 디바이스 레이아웃의 일반적인 레이아웃을 도시하기 위해 사용될 수 있다. 낮은 간섭성의 경우에, 광은 굴절률 n1의 매우 약한 변조를 함유하는 평행 평면판 내를 의미하는 약한 볼륨 격자 내에서 전파할 수 있다. 필요한 변조 n1은 예컨대, 0.0004/㎜이며, 이는 1m의 경로 길이에 대해 4×10-7을 의미한다. 이것은 예컨대, 바이엘 머티리얼 사이언스로부터의 HX 103과 같은 광중합체인 시간에 의해 제공되는 변조 n1의 100000의 인수이다. 이것은 또한 표준 볼륨 격자 애플리케이션에 사용될 수 없는 완전한 상이한 재료를 사용할 수 있는 것을 의미한다.
도 6은 또한 적당한 간섭성 조명 및 그레이징 입사 방법을 사용할 수 있는 홀로그래픽 MD 조명 디바이스의 일반적인 레이아웃을 도시하기 위해 사용될 수도 있다. 그레이징 입사 방법은 카운터 전파 모드에서 사용되는 경우 오프 브래그 상황을 제공한다. 이것은 단일 기능 층이 2개의 필드 렌즈를 제공하는 데 사용될 수 있는 것을 의미한다. 이 경우에, 필드 렌즈는 단일 볼륨 격자 층에서 멀티플렉싱될 수 있다. 이것은 볼륨 격자 층이 예컨대, -75° 및 +75°에서 전파하는 ASPW를 나타내는 사실에 기인한다. 2개의 측면으로부터 양자가 조명되는 2개의 층이 4개의 상이한 필드 렌즈를 제공할 수 있다.
평면 격자 기반 조명 디바이스의 태블릿(tablet) 관련 변형이 아래에 기재된다:
태블릿은 예컨대, 16:9인 애스펙트 비를 가질 수 있고, 따라서 대형 TV 디스플레이 중 하나와 등가이다. 대형 ASD TV 디스플레이는 MD 조명 디바이스에 의해 제공되는 예컨대, P-LCG 트래킹 및 2 내지 3개의 1D 필드 렌즈를 사용할 수 있다.
태블릿은 양방향성 조명 디바이스에 의해 제공되는 예컨대, P-LCG 트래킹 및 2개의 1D 필드 렌즈를 사용할 수 있다. 랜드스케이프(landscape) 배향만으로 사용되는 대형 TV 디스플레이에 대비하여, 태블릿은 랜드스케이프 및 포트레이트(protrait) 배향으로 사용될 수 있다. 이것은 제2 1D 필드 렌즈 및 2개의 추가의 1D 필드 렌즈가 포트레이트 배향에서 ASD 동작을 제공하기 위해 필요하게 되는 것을 의미한다. 이에 덧붙여, 제2 P-LCG가 2개의 아이 박스(eye box)의 미세 트래킹을 제공하기 위해 필요하다.
첫 번째 태블릿 관련 실시예는 복잡성, 비용 및 두께를 감소시키기 위해 랜드스케이프에만 ASD를 제공할 수 있다. 개량 실시예는 포트레이트 동작에 추가의 ASD를 제공할 수 있다. 제2의 교차된 P-LCG가 실시되면, 아이 박스가 변형될 수 있고, 이는 "랜드스케이프에서만 SAD" 디바이스에 사용될 수 있는 스트라이프형 아이 박스의 감소된 수직 확대를 사용하는 것을 의미한다. 이것은 도 6에 도시되어 있는 스트라이프형 아이 박스가 수직 방향을 따라서 감소될 수 있는 것을 의미한다. 이미 태블릿인 제 시간에 실시될 수 있는 센서가 디바이스의 회전을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 아이 트래킹 카메라 시스템이 사용자의 상대 회전을 검출하기 위해 사용될 수 있고, 이는 디바이스를 회전시키지 않고 제공될 수 있다. 이것은 필요한 ASD 배향을 제공하는 것을 의미한다.
인접 층들 사이에 광학적 분리를 필요로 하는 스택 방법이 사용될 수 있다는 사실에 기인하여, 높은 인덱스 조성물이 광 안내 층에 사용될 수 있다. 높은 인덱스는 경계 층에 관련되는 것을 의미한다. 이것은 예컨대, 경계 층이 n=1.5를 가지면 코어가 n=1.7을 가질 수 있는 것 또는 경계 층이 n=1.45를 가지면 코어는 n=1.5를가질 수 있는 것을 의미한다.
볼륨 격자의 인시튜 노광이 사용될 수 있다. 평면파-평면파(plane wave to plane wave)인 재구성 기하학적 구조는 디바이스에서 이후에 사용되는 것과 상이한 파장에서 노광될 수 있다. 이것은 예컨대, 광 열굴절 유리를 노광시키기 위해 이미 사용되고 있는 UV 광원을 사용하는 것도 또한 가능해질 수 있다는 것을 의미한다.
두꺼운 볼륨 격자 필드 렌즈가 노광되어야 하면, 디바이스에서 이후에 사용되는 동일한 파장을 갖는 노광을 위한 적당한 간섭성 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
일부 애플리케이션은 또한 e 스텝 및 플래시 프로세스에 등가일 수 있는 스티치된 노광으로 작업할 수도 있다. 필드 렌즈를 노광하기 위해, 적당한 콜리메이트된 웨이브 필드가 예컨대, 우측으로부터 볼륨 격자 판에 입사하는 노광 빔으로서 사용될 수 있다. 핀홀, 슬릿 또는 특별히 형성된 작은 개구가 레이저 빔으로 조명될 수 있고, 그에 따라 정면으로부터 볼륨 격자 판에 입사하는 발산 웨이브 필드를 생성할 수 있다. 이 발산 웨이브 필드는 제2 노광 빔으로 사용된다. 재구성이 예컨대, 우측인 반대 사이트로부터 볼륨 격자 판에 입사하는 적당한 콜리메이트된 광으로 볼륨 격자 판을 조명함으로써 행해진다. 전파 방향의 정확한 플립은 포커싱 렌즈 기능이 발생되는 것을 의미하는 단일 빔의 카운터 전파를 야기한다.
마스터 격자가 또한 사용될 수 있다. 90° 평면파 - 0° 평면파 구성에 있어서, 제품에 이후에 사용되는 것보다 더 짧은 파장을 사용함으로써 필요한 간섭 패턴을 생성하는 마스터를 사용하는 것이 바람직하다. VIS 제품이 UV 광에 노광되는 마스터 격자를 사용할 수 있다.
적당한 예컨대, 아이 박스의 수평 확대를 제공하는 1D 필드 렌즈가 또한 볼륨 격자 판을 따라 전파하는 콜리메이트된 노광 웨이브와 간섭하는 발산 웨이브 필드를 생성하기 위해 반사되는 것이 아닌 레이저에 의해 조명되는 광원 평면으로 반사 산란 스트라이프를 사용하는 방법을 사용함으로써 노광될 수도 있다. 여기에서 매우 많은 간섭하는 웨이브의 겹쳐짐이 존재한다. 산란하는 스트라이프의 각 포인트는 발산 구면파를 생성하는 포인트 소스로서 작용한다. 여러 가지 노광이 서로에 가깝게 행해질 수 있고, 스트라이프형 산란 세그먼트가 노광 사이에서 미세하게 시프트될 수 있다. 한 번에 하나의 광원만을 사용하는 것 및 상이한 포인트 소스로 여러 가지 노광을 실행하는 것도 또한 가능하며, 이는 포인트 소스가 상이한 공간 좌표 및 노광에 사용될 상이한 횟수를 가질 수 있음을 의미한다.
CHG의 사용은 볼륨 격자의 노광 시에 실시될 수 있는 빔 정형의 높은 유연성을 제공할 수 있다.
세그먼트화된 웨지형 실시예가 평면 조명 디바이스를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 31은 2개의 투과형 볼륨 격자 웨지 타일을 사용하는 일반적인 레이아웃을 도시한다. 도 32는 2개의 반사형 볼륨 격자 웨지 타일을 사용하는 일반적인 레이아웃을 도시한다. 이들 타일은 독립 타일이고, 이는 이들 타일이 서로 의존하지 않는 것을 의미한다.
세그먼트화된 웨지형 조명 디바이스의 일반적인 레이아웃이 도 33에 예시되어 있다. 콜리메이트된 광 CL이 좌측으로부터 광 안내 판 LG에 입사한다. 광은 광의 작은 부분만을 반사시키는 미세하게 기울어진 제1 미러 M1에 충돌한다. 미러는 반사도의 아포다이즈된 분포 r(x_M1, y_M1)을 담지할 수 있다. 값 x_M1 및 y_M1은 M1의 미러 평면의 국부 좌표이다. 광 안내 판의 굴절률은 굴절 격자를 포함하는 층의 굴절률보다 상당히 더 낮다.
이들 2개의 층 사이에 반사방지 코팅 AR이 배치된다. 사용되는 인덱스 프로파일은 최소값 nmin = NLG 및 nmax = N볼륨 격자의 최대값을 갖는 n(z)의 지수 분포를 나타낼 수 있다. 다층 스텝 프로파일이 또한 사용될 수 있다.
도 33은 큰 입사 각도에서 작업하는 예컨대, 멀티플렉싱된 볼륨 격자 판일 수 있는 세그먼트화되지 않은 분리 소자의 세그먼트화된 조명을 도시한다(CL : 적당한 콜리메이트된 광, LG: 광 안내 소자, nLG: 광 안내 광학 소자의 유효 굴절률, Mi: 반투명 미러 평면의 기능을 제공하는 평면, AR: 등급별(graded) 인덱스 층일 수도 있는 반사 방지 층). 광 안내 구조의 굴절율 nLG은 볼륨 격자인 분리 볼륨 격자의 굴절률보다 더 낮다.
콜리메이트되는 광이 좌측으로부터 조명 디바이스에 입사한다. 콜리메이트된 빔의 강도의 세그먼트화된 감소를 제공하는 세그먼트가 빔 경로를 따라서 배열된다.
도 34는 도 33에 도시되어 있는 실시예의 단일 타일을 도시한다. 미러형 평면 Mi 및 Mi+1의 아포다이즈된 반사율은 각각 상호 오버랩의 천이 영역의 균질한 강도 분포를 실현하기 위한 방식으로 최적화되어야 한다.
하나의 방법은 또한 제한된 것을 의미하는 정해진 스펙트럼 범위에만 "부분적인 온 브래그 상황"을 제공하는 격자를 사용하는 것이다. 여러 세트의 이들 유형의 볼륨 격자 스트라이프가 서로에 중첩될 수 있다. 도 27에 도시되어 있는 레이아웃이 이 방법을 사용할 수 있다. 그러므로, 예컨대, 각 원색에 대해 4 원소 서브세트를 사용하는 것이 가능할 수 있으며, 이는 예컨대, 녹색_1#4에 대해 33㎛, 녹색_2#4까지 100㎛ 거리, 녹색_3#4까지 100㎛ 거리, 녹색_4#4까지 100㎛ 거리, 녹색_1#4까지 100㎛ 거리 등을 의미한다. 스펙트럼 필터의 세트가 사용되는 LED의 스펙트럼 대역폭에 맞추도록 사용된다. 동일한 광원에 대해 온 브래그되는 2개의 볼륨 격자 세그먼트가 400㎛만큼 분리된다. 예컨대, 노치 필터 또는 유전성 스택과 같은 배열이 동시에 조명을 위해 사용될 수 있는 상이한 스펙트럼 세그먼트를 컷 아웃(cut out)하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 또한 예컨대, 수 ㎚의 폭만을 갖는 작은 스펙트럼 세그먼트가 손실될 수 있는 것을 의미한다.
스트라이프형 스펙트럼 감응 분리 세그먼트는 고전적인 컬러 필터 스트라이프를 제거하기에 충분한 공간 해상도를 가질 수 있다. 고전적인 컬러 필터 스트라이프의 존재하거나 없거나, 조명의 스펙트럼 서브세트는 사용자의 눈에 나타나는 컬러 공간의 할당된 컬러 보정을 필요로 한다. R_i#4, G-j#4 및 B_k#4는 i=j=k에 대해 하나의 컬러 공간을 스팬한다. 상이한 컬러 세트 여기에서는 예컨대, 4가 동일한 컬러 공간을 나타내기 위한 방식으로 병합되어야 한다. 바꿔 말하면, 인접한 녹색 SLm 픽셀이 백색 장면 포인트를 생성하기 위해 상이한 휘도를 가져야 하거나 또는 적어도 (할당된 적색 및 청색 픽셀의 스펙트럼 위치에 의존하여) 가질 수 있다.
하나의 방법은 또한 제한된 것을 의미하는 정해진 각도 범위에 대해서만 "부분적인 온 브래그 상황"을 제공하는 격자이다. 이 방법의 광범위한 변형이 실시될 수 있다. 콜리메이트된 광은 예컨대, 40°, 45° 및 50°에서 전파할 수 있다. 콜리메이트된 광은 예컨대, 200㎜를 따라서 미세하게 발산하며, 이것은 또한 예컨대, ±1°의 평면파의 각도 스펙트럼을 추가할 수 있음을 의미한다. 그에 덧붙여서 표면 파상도가 예컨대, ±1°일 수 있는 추가의 ASPW를 추가할 것이다. 그것은 각도 분리의 스텝 폭이 적당히 커야 하는 이유이며, 이는 예컨대, Δθ=5°를 의미한다. 광을 외부 결합하기 위해 및 예컨대, 필드 렌즈를 형성하기 위해 사용되는 분리 볼륨 격자 세그먼트는 교호하는 허용 각도를 나타낼 수 있다. 그러므로, 예컨대, 3개의 상이한 전파 각도 중 하나에 대해 제공되는 볼륨 격자 세그먼트 사이의 거리는 3의 배수만큼 증가된다.
하나의 방법은 정해진 편광 단계에 대해서만 "부분적인 온 브래그 상황"을 제공하는 격자를 사용하는 것이다. 그러므로, 예컨대, 편광되지 않은 LED 광은 교호하는 볼륨 격자 기반 편광 빔 스플리터, PBS 기하학적 구조와 조합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 여러 유형의 SLM 및 편광형 LC 격자에 대한 경우에서와 같이, 조명 유닛 뒤의 정해진 편광 상태가 필요한 경우, 교호하는 지연기 세그먼트 또는 교호하는 편광 필터 세그먼트가 정해진 출사 편광을 제공하기 위해 조명 장치의 출사 평면에 배치될 수 있다. 또한, 예컨대, TE 및 TM용으로 설계되는 예컨대, 인접한 볼륨 격자 세그먼트 사이에서 편광을 회전하는 것이 가능해질 수도 있다. 그렇지만, 이것은 ASD 질량 제품에 대해 고가일 수 있는 복굴절 물질 및 추가의 노력을 필요로 한다. 이것은 비용 효율적인 실시예들만 높은 순번으로 생산될 기회를 가질 수 있음을 의미한다.
국부 회전이 또한 TE를 따라 90° 내지 0° 분리 격자를 이동하는 예컨대, TM 편광 광에 대해서 사용될 수도 있다. 편광의 회전을 제공하는 물질이 볼륨 격자 세그먼트로부터 분리되는 작은 평면에 배열될 수 있거나, 이들이 분리 격자 내에 매립될 수도 있다.
편광 상태는 적당한 짧은 볼륨 격자 세그먼트만을 제공하기 위해 예컨대, TM 편광 광으로 뒤로 회전되어야 한다. 바꿔 말하면, 볼륨 격자 세그먼트로 채워지는 2개의 회전 세그먼트 사이의 거리는 예컨대, 오직 100㎛이다. 이들 2개의 편광 세그먼트 사이에 위치하는 공간은 볼륨 격자 세그먼트를 담지한다. 이 볼륨 격자 세그먼트는 여러 개의 멀티플렉싱된 볼륨 격자를 함유할 수 있다. MP는 예컨대, 재구성의 상이한 기하학적 구조에 또는 상이한 색체에 관련될 수 있는 동일한 볼륨 내에서 또는 여러 개의 인접한 세그먼트 내에서도 달성될 수 있다. 이것은 또한 RGB 볼륨 격자 스트라이프인 예컨대, 3개의 볼륨 격자 스트라이프가 2개의 인접한 편광 회전 평면 사이에 위치하는 것을 의미한다. 이 배열은 SLM 평면에 사용되는 컬러 필터 패턴에 정렬될 수 있다.
편광의 국부 회전이 예컨대, 3㎛의 폭을 갖는 짧은 세그먼트 내에 도입될 수 있거나 그 회전이 예컨대, 100㎛의 폭을 가질 수 있는 더 긴 세그먼트를 따라서 도입될 수 있다.
편광되지 않은 광원이 출사 표면에 세그먼트화된 지연 판을 갖는 사바르 판이라고도 하는 예컨대, 복굴절 판을 사용함으로써 편광된 광원으로 변환될 수 있다. 국부 세그먼트화된 지연은 지연의 색수차를 최소화하기 위해 45°와 -45°의 편광의 회전에 등가인 예컨대, ±λ/4로 선택될 수 있다.
이와 달리, 상이한 출사 위치를 갖는 2개의 빔으로 초기 빔을 분할하기 위해 여러 개의 편광 빔 스플리터, PBS 배열이 실시될 수 있다. 출사 위치는 상이한 지연 소자를 담지한다. 2D 반사 설정이 또한 편광을 회전시키기 위해 그에 따라 최후에 존재하는 2개의 등가의 출사 편광을 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 볼륨 격자 기반 PBS 기하학적 구조는 또한 동시에 고 효율성 및 정해진 편광 상태를 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 기본 원리는 세그먼트화된 지연 소자를 담지하는 PBS이다. 수직으로 편광되는 예컨대, 상이한 LED 세트를 여기에서는 가져야 할 수 있다. 이것은 상이한 편광 상태를 갖는 광이 상이한 전자로부터 방출되는 것을 의미하고, 이는 광이 서로에 의존하고 비간섭성인 상이한 전파하는 웨이브 패키지에 속하는 것을 의미한다. 회전은 λ/2 지연 평면으로 작용하는 얇은 평면을 따라 도입될 수 있다. 지연 평면은 예컨대, 100㎛의 연장을 갖는 인접한 RGB 픽셀 사이에 배열될 수 있다. RGB 영역은 예컨대, 33㎛의 연장을 각각 갖는 RGB 볼륨 격자 스트라이프를 함유할 수 있다. 재구성의 기하학적 구조는 알려진 볼륨 격자 PBS 기하학적 구조에 가깝게 선택될 수 있다.
광원으로부터 방출되는 광은 0.2㎜의 상대 거리에서 예컨대, 33㎛의 폭을 갖는 온 브래그 볼륨 격자 세그먼트에 충돌한다. 이 거리는 20㎜보다 매우 작지만 충분할 수 있다. 이 실시예는 여러 개의 스펙트럼 서브세트를 사용함으로써 확장될 수 있다. 예컨대, 3개의 스펙트럼 서브세트가 사용되는 경우, 온 브래그 볼륨 격자 세그먼트까지의 거리가 0.6㎜로 증가된다.
전파하는 웨이브 세그먼트 zw의 길이는 또한 유전성 또는 반투명성 미러 평면이 볼륨 격자 대신에 사용되는 경우 참작되어야 한다.
광 출력의 상당한 손실을 방지하기 위해, 사용되는 LED의 광은 단일 편광 상태만을 제공하기 위한 방식으로 맞춰져야 한다.
모바일 애플리케이션에 대해 어드레스되어야 하는 특정 양태는 제공될 수 있는 디스플레이의 만곡이다. 만곡이 SLM 평면에 투과되는 강도의 변화를 야기한다.
SLM 또는 다른 평면이 조명의 강도 분포를 검출하는 센서 소자를 담지할 수 있다. 백여 포인트가 충분할 수 있고, 이는 예컨대, 30Hz에서 작용한다. 이들 유형의 센서 그리드는 이미 알려진 최신식 IP이지만, 센서는 사용자 공간으로부터 오는 광을 검출한다. 이것은 조명 유닛을 고려하기 위해 플립될 수 있거나 조명 유닛의 주파수를 검출하는 필터 동작을 적용함으로써 사용될 수 있다. 변화하는 힘으로 인한 것인 동적인 변화가 SLM에 제공되는 오프셋 값을 사용함으로써 보상된 것이 검출될 수 있다.
회절 웨지형 실시예는 적당한 평면 조명 디바이스를 제공할 수 있다. 큰 빔 스트레칭 비율을 인에이블시키기 위해 큰 입사 각도가 선택된다. 84.26° 입사 각도 내지 0° 출사 각도를 의미하고, 회절 평면의 법선과 입사 빔 사이에 존재하는 84.26°의 각도가 1/cos(84.26°)=1의 빔 스트레칭 비율을 생성한다. 86.18°의 각도는 15×를 생성하고 87.13°의 각도는 20× 스트레칭 비율을 생성한다. 그레이징 입사 조명은 웨지형 조명의 한계로서 및 상대물로서 볼 수 있다. 회절 각도는 볼륨 격자 층의 굴절률이 입사 공간을 정하는 매체의 굴절률보다 더 큰 경우 입사 각도와 출사 각도 사이에 존재하는 각도보다 상당히 더 작다. 그레이징 입사 실시예에서 사용되고 용융 실리카로 만들어진 광 안내 층이 예컨대, BayFol HX일 수 있는 광중합체와 결합되는 경우, 예컨대, 77°의 회절 각도가 존재할 수 있다.
유전성 평면이 정해진 반사율을 나타내는 빔 스플리터로서 사용될 수 있다. 그 평면은 약 90°의 광의 재전송을 제공하기 위해 45° 기하학적 구조에 배열되어야 한다. 반사 평면의 세트의 반사율의 그레디언트(gradient)는 조명되어야 하는 SLM의 방향으로 외에 결합되는 광의 적당한 균질한 강도를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
사용자에 의해 주목받을 수 있는 강도 변화를 방지하기 위해, 아포다이제이션 프로파일이 부분적으로 반사 평면으로 실시될 수 있다. 빔 발산에 무관하게, 상이한 미러 평면의 반사 분포가 균질한 출사 강도 분포를 수득하기 위해 사용될 수 있다.
미러 평면의 상부 에지와 볼륨 격자 평면 사이의 거리는 인접한 세그먼트 사이의 가시적인 강도 스텝을 감소시키기 위해 10㎛ 대신에 예컨대, 100㎛ 내지 200㎛일 수 있다. 더 작은 각도 산란이 또한 인접한 세그먼트 사이에 존재할 수 있는 라인의 가시성을 감소시키도록 사용될 수도 있다.
이 세그먼트화된 웨지형 조명 디바이스의 실시예는 또한 예컨대, 2 또는 3개의 상이한 RGB 세트를 사용하는 것을 의미하는 스펙트럼 서브세트와 조합될 수도 있다. 그러므로 필드 렌즈 MP가 볼륨 격자 평면 내에서 실시될 수 있다. 부분적으로 반사하는 미러 평면의 스펙트럼 및/또는 각도 선택도는 임의적이다. 2개의 편광 서브세트가 또한 필드 렌즈 MP를 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 스펙트럼, 각도 또는 편광 서브세트의 분리가 예컨대, 볼륨 격자 내에, 미러 평면 내에, 또는 양 형태의 소자 내에 도입될 수 있다. 여러 개의 미러 서브세트가 예컨대, 필드 렌즈 MP를 실시하기 위해 사용될 수도 있다. 좌측 및 우측 조명이 2개의 상이한 미러 세트에 어드레스하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 세트는 예컨대, 2.87° 입사 및 5.74°의 반사 각도에 최적화될 수 있다. 제2 세트는 예컨대, -3.59° 입사 및 -7.18°의 반사 각도에 최적화될 수 있다. 볼륨 격자 평면은 84.26°에서 평면에 입사하는 빔을 받아들이는 제1 RGB 볼륨 격자 및 82.82°에서 볼륨 격자 평면에 입사하는 빔을 받아들이는 제2 RGB 볼륨 격자를 담지한다. 이 예시적인 설정에 있어서, 하나의 스트레칭 비율이 10이고 나머지 하나는 8이라는 사실에 기인하여, 사용되는 미러 평면의 수가 상이하다.
유전성 미러 평면은 상당한 작은 스펙트럼, 각도 또는 편광 선택도를 나타내는 방식으로 설계될 수 있다. 이것은 고전적인 2D 조명 유닛이 세그먼트화된 웨지형 조명 디바이스의 후면에 배치되는 경우 사용될 수 있다. 고전적인 2D 조명 디바이스(BLD)는 또한 웨지형 볼륨 격자 BLD의 뒤에 위치될 수도 있다. 현재의 BLD는 정해진 입력 편광을 요구하는 SLM 평면에 전송되는 편광된 광을 제공하기 위해 편광 재활용을 사용한다.
볼륨 격자의 선택도는 실제로는 또한 브래그 평면인 유전성 미러의 선택도 보다 더 쉽게 좁혀질 수 있다. 바꿔 말하면, 좁은 선택도를 갖는 볼륨 격자는 동일한 좁은 선택도를 갖는 유전성 미러보다 더 저렴하다.
1D 인코딩을 사용하는 홀로그래픽 디스플레이를 위해, 세그먼트화가 바람직하며, 이는 광의 비간섭 방향을 따라서 배향된다.
조명 세그먼트의 사이즈 및 위치는 에지의 최소 가시성을 제공하기 위한 방식으로 선택되어야 한다. 그러므로, 천이 영역이 SLM의 블랙 마스크 기하학적 구조와 일치해야 한다. 바꿔 말하면, SLM의 전극 구조가 인접한 조명 세그먼트 사이에 존재할 수 있는 천이 영역을 커버하도록 사용될 수 있다. 교정 및 LUT가 균질성의 미세 동조를 위해 사용될 수 있다.
1D 세그먼트화된 방법이 대부분의 애플리케이션에 대해 충분해질지라도, 2차원 세그먼트화된 방법이 또한 사용될 수도 있다. 이 방법은 예컨대, 2개의 수직 방향으로 2개의 10× 스트레치를 제공하는 2개의 웨지 BLD와 등가인 세그먼트를 사용할 수 있다.
도 33에 도시되어 있는 미러는 금속 코팅을 사용하여 형성될 수 있다. 유전체 층은 흡수 손실이 덜하게 인에이블시킨다. 이것은 예컨대, 10개 보다 많은 반사 평면이 사용되는 경우 특히 고려되어야 한다.
미러 평면의 반사도는 균질한 출사 강도 분포를 제공하기 위해 광 경로를 따라서 증가한다. 실제의 실시예는 1/N로부터, 1/(N-1), 1/(N-2), …, 1까지 진행하는 증가하는 반사율의 세트를 사용할 수 있다. N개의 미러 중 첫 번째는 1/N인 최저 반사율을 갖는다. N개의 미러 중 마지막은 1에 가까운 최고 반사율을 갖는다. 이것은 반사율 평면에 존재하는 빔 프로파일을 사용함으로써 개량되는 근사치이다. 빔 프로파일은 전파 거리를 따라서 변화한다. 이것은 예컨대, 1/N, 1/(N-1), 1/(N-2), …, 1까지인 반사율의 값의 세트가 미러 평면의 적분값을 기술하는 것을 의미한다. 아포다이즈된 반사율의 이산 프로파일은 미러 평면 Mi의 위치에 의존한다.
분리 볼륨 격자는 예컨대, η=0.99인 일정한 회절 효율 DE η(x)=상수와 함께 사용될 수 있다. 이 유형의 볼륨 격자 레이아웃은 정렬 문제를 감소시킨다. 구조화된 DE를 담지하는 볼륨 격자는 볼륨 격자의 정면에 존재할 수 있는 강도 변동을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 이 유형의 측면 구조화된 볼륨 격자는 50㎛ 미만의 불확실성을 갖고 측면으로 정렬되어야 한다. 일정한 DE는 정렬을 더욱 수월하게 생각하게 만든다.
도 14는 용융 실리카 내에서 전파하는 콜리메이트된 웨이브 필드의 시뮬레이트된 강도 분포를 도시한다. 1/60°의 ASPW는 비간섭적으로 겹쳐진다. 알 수 있는 바와 같이, 강도 분포는 z를 따라서 확산하고 피크 강도가 감소된다. 바꿔 말하면, 국부적으로 존재하는 강도 프로파일은 전파 거리를 따라서 변화한다. 시뮬레이트된 데이터가 각각의 단일 미러 평면의 아포다이즈된 반사율을 최적화시키기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 상수 값에서 분리 볼륨 격자로 반사되는 강도를 유지하는 것이 가능해진다. 더욱이, 등가의 강도 분포 I(x,y)Mi가 분리 볼륨 격자로 지향되는 모든 웨이브 세그먼트에 대해 실현될 수 있다. 인접한 미러의 상대 거리보다 상당히 작은 간섭 거리를 사용하는 것이 바람직하다. 인접한 미러 평면 Mi 및 Mi+1의 아포다이제이션 프로파일은 교차점에서 가시적일 수 있는 강도 스텝 프로파일을 방지하는 방식으로 선택될 수 있다. 이것은 도 37에 도시되어 있다.
천이 영역 내에서 겹쳐지는 강도들이 분리 볼륨 격자의 출사 평면 내에서 실현되는 강도의 평균값과 등가인 합을 실현해야 한다. 바꿔 말하면, Mi의 상부 영역에 존재하는 r(x,y)Mi의 국부 값은 Mi+1의 하부 영역에 존재하는 r(x,y)Mi+1의 국부 값에 의존한다. 적당한 낮은 간섭성은 인접한 웨지형 세그먼트의 오버랩 영역에 존재할 수 있는 위상 의존 강도 변조를 방지한다. 55인치 홀로그래픽 TV에 있어서, zc ≤ 10㎜의 간섭성이 실현 가능할 수 있다. 아포다이즈된 금속성 또는 유전성 프로파일을 제공할 수 있는 기술이 이미 10년 이래로 확립된다.
아포다이즈된 프로파일은 또한 인덱스 i를 갖는 개별 세그먼트에 적응되는 반사형 또는 투과형 볼륨 격자를 사용함으로써 제공될 수도 있다. 이것은 세그먼트화 평면에서의 볼륨 격자의 사용이 금속성 또는 유전성 미러 평면의 사용과 등가인 것을 의미한다.
상술한 본 발명에 따르는 조명 디바이스의 세그먼트화된 레이아웃은 아래에서 명확해진다:
세그먼트화는 저가의 설비를 이용한 단계별 노광을 인에이블시킨다. 세그먼트화는 도 29, 도 30 및 도 16에 도시되어 있는 굴절, 반사 또는 회절 렌즈 어레이와 조합하여 또는 직접 분리를 위해 사용될 수 있다.
1) 메인 양태 - 세그먼트별 분리 -
90°에서 전파하는 콜리메이트된 평면 파의 스펙트럼이 사용된다. 디스플레이 림에서 행해지는 콜리메이션이 조명 디바이스의 일 측으로부터 타 측으로의 웨이브 필드의 전파 동안 존재하는 적당한 낮은 발산을 제공한다.
콜리메이트된 웨이브 필드의 최소 발산이 작은 형태 인자를 인에이블시키기 위해 바람직하다.
예:
단일 가우스 모드가 사용되면, 빔 웨이스트가 조명 판의 중앙에 위치될 수 있다. 이것은 콜리메이션 유닛이 일 방향을 따라서 광을 미세하게 포커스하는 것을 의미한다.
예컨대, PMMA 또는 PC 판 내에서 전파하는 콜리메이트된 광은 C-SLM 또는 P+A-SLM으로 칭해질 수 있는 복소값 유형 SLM을 조명하기 위해 세그먼트 방식 외로 결합된다. P+A-SLM은 기능적 및 그에 따라 인식 가능한 갭을 방지하기 위한 방식으로 조명되어야 한다. SLM이 색상 할당된 스트라이프 또는 칼럼을 사용하면, 광의 분리 및 재전송은 스트라이프 방식으로 행해질 수 있다. 분리 스트라이프는 임의의 컬러 필터에 관련된다. 컬러 필터는 여기에서는 필수적인 것은 아니다. 패터닝된 RGB 분리는 SLM의 공간 할당된 RGB 동작을 관리할 수 있다.
세그먼트형 실시예는 적당한 낮은 자본 지출(CAPEX)로 확립될 수 있는 단계 및 반복 프로세스를 사용함으로써 실현될 수 있다. 그것은 단계 및 반복 또는 스캐닝 프로세스가 대규모 제조를 위한 잠재력이다.
2) 제2 양태 - 균질한 분리 -
제2 양태는 투명 기판으로부터 광을 분리하는 세그먼트가 조명 디바이스의 디스플레이 사이즈 출사 평면 내에서 균질한 강도 분포를 실현해야 하는 것이다. 강도 변화는 이들 국부 변화를 보상하기 위해 SLM에 의해 필요하게 되는 비트-깊이의 소모를 최소화하기 위해 10% 미만이어야 한다.
이 양태는 "글로벌 적응 회절 효율" 양태, "전파 중 발산" 양태 및 "국부 오버랩 양태"로 칭해질 수 있는 3개의 서브 양태로 세분할될 수 있다.
서브 양태: "글로벌 적응 회절 효율"
글로벌 적응 회절 효율 양태는 광이 광 경로를 따라서 전파할 때 볼륨 격자 세그먼트의 회절 효율 η를 연속적으로 증가시키는 것을 의미한다.
함수 η(z)가 도 10에 도시되어 있다. 콜리메이션 디바이스의 출사 평면에 가깝게 최저 회절 효율 η(z=0)을 필요로 하는 최고 강도 I(z=0)이 존재한다. 여기에서 분리 강도는 I분리(z=0) = I(z=0)×η(z=0)이다. 이 값은 국부 위치에 의존해야 한다. 그러므로, 투명 기판 내에 존재하는 광의 단계별 소모가 단계별로 증가하는 회절 효과를 필수적인 것으로 만든다.
서브 양태: "전파 중 발산"
콜리메이트된 웨이브의 직경을 제한하는 것은 발산을 증가시키는 것을 의미한다. 더 작은 직경은 더 큰 발산과 등가이다. 또한, 동일한 직경에서 더 큰 파장이 또한 더 큰 발산과 등가이다. 이것은 재전송되어 외부 결합되어야 하는 국부 빔 프로파일이 광 경로를 따라서 변화하는 것을 의미한다. 마지막으로, 발산이 고려되어야 하고 국부 분리가 이 문제를 어드레스하기 위해 맞춰져야 한다.
서브 양태: "국부 오버랩 양태"
세그먼트가 가시적인 갭을 방지하기 위해 위치되어야 한다. 그렇지만, 모두 개별적이지만 일정한 회절 효율을 갖는 세그먼트를 함께 스티칭하는 대신에, 에지-에지 배열로서, 세그먼트의 미세한 오버랩이 사용될 수 있다.
단일 세그먼트의 회절 효율이 이제 미세하게 아포다이즈된다. 2개의 인접한 분리 세그먼트의 회절 효율의 합은 적당한 상수 값에 가깝다.
그러므로, 콜리메이트된 광의 작은 각도 드리프트 또는 기판의 만곡이 인접하는 세그먼트 사이에 존재할 수 있는 급격한 강도 변화의 가시성을 방지하기 위한 방식으로 보상된다.
3) 제3 양태 - ASPW -
제3 양태는 홀로그래픽 3D 디스플레이를 위해 필수인 평면 파(ASPW)의 좁아진 각도 스펙트럼이다.
1/60° 유형 ASPW에 관한 2개의 옵션이 실시될 수 있다.
1) 하나의 옵션은 콜리메이션 디바이스가 필요로 하는 ASPW를 갖는 적당한 콜리메이트된 및 맞춰진 웨이브 필드를 제공하는 것이다. 이것이 바람직한 실시예이다. 이 경우에, 볼륨 격자 세그먼트의 두께는 예컨대, 10㎛일 수 있다.
2) 제2의 옵션은 조명 디바이스 내에 존재하는 초기 ASPW가 너무 클 수 있다는 것이다. 이 경우에, 분리 볼륨 격자(볼륨 격자) 세그먼트가 필요로 하는 ASPW만을 컷 아웃하기 위해 적당히 두껍게 만들어져야 한다. 이 경우에, dHOE인 볼륨 격자 세그먼트의 두께는 예컨대, ≥200㎛이어야 한다.
이것은 달성될 수 있지만 광학 에너지의 손실을 초래한다. 이는 손실이 예컨대, 단지 50%과 같은 적당한 작은 한에는 실현 가능할 수 있다.
추가의 양태:
간섭성 길이: 일 양태는 인접한 세그먼트로부터 분리되는 광 사이의 간섭성 크로스토크를 방지하는 간섭성 성질의 실시이다. 이웃하는 볼륨 격자 세그먼트 k이에 존재하는 광 경로 차(OPD)는 비간섭성 오버랩만을 제공하기에 충분히 커야 한다. 이것은 볼륨 격자 세그먼트 사이의 거리가 충분히 커야 하는 것을 의미한다. 그리고, 이것은 예컨대, 45° 경사진 볼륨 격자 분리 세그먼트를 사용하는 배열의 전체 두께를 정의한다. 실제의 OPD는 수 ㎜ 내지 1㎝이다.
SLM 전방 광 조명 디바이스로부터 후방으로 0° 및 SLM에 대해 0°의 분리
편광:
편광 선택성 회절이 SLM 전방 광 조명 디바이스로부터 후방으로 0° 및 SLM에 대해 0°를 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 예컨대, 90° PBS 기하학적 구조를 사용함으로써 실현될 수 있다.
각도: 볼륨 격자 기반 회절의 각도 선택도는 전방 측으로부터 SLM을 조명하고 변조된 복소값 웨이브 필드로서 SLM으로부터 후방으로 오는 광을 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 예컨대, SLM 배열로부터 후방으로 -5° 및 SLM에 대해 5°를 사용함으로써 실현될 수 있다. 분리 각도는 충분하게 되는 10°이다.
마지막으로, 상술한 실시예들, 그레이징 입사 실시예들 및 세그먼트화된 광 분리 소자(세그먼트화된 볼륨 격자)에 속한 실시예는 단순히 청구되는 내용을 예시하기 위한 것으로 이해해야 하며, 청구되는 내용은 이들 실시예로 제한되는 것이 아님이 언급되어야 한다.

Claims (16)

  1. 조명 디바이스에 의해 제공되고, 공간 광 변조기 디바이스의 입사 평면에 존재하는 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법에 있어서,
    - 검출기 디바이스 - 상기 검출기 디바이스는 상기 공간 광 변조기 디바이스의 또는 상기 조명 디바이스의 일부이거나, 또는 상기 공간 광 변조기 디바이스 또는 상기 조명 디바이스 가까이에 배열됨 - 에 의해, 변화하는 강도 분포를 측정 - 이 측정에 의해 상기 변화하는 강도 분포를 보상하기 위한 값이 생성됨 - 하는 단계;
    - 상기 공간 광 변조기 디바이스의 국부 투과를 수정함으로써 상기 변화하는 강도 분포를 보상하는 단계; 및
    - 상기 보상된 투명도 값을 상기 공간 광 변조기 디바이스에 기록하는 단계를 포함하는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 강도 분포 변화량은 상기 조명 디바이스로부터 상기 공간 광 변조기 디바이스의 방향으로 분리되지 않는 광을 사용하여 간접적으로 측정되는 것인, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강도 분포뿐 아니라 상기 입사 광의 각도 분포가 측정되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 4사분면 광 검출기(photo detector) 디바이스를 사용하고 상기 검출기 디바이스의 전방에 복수의 마이크로 렌즈를 배열함으로써, 상기 강도 분포와 동시에, 상기 입사 광의 상기 각도 분포가 측정되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 관측자의 모션 및 상기 조명 디바이스의 출사 평면 상의 강도 분포가 상기 검출기 디바이스에 의해 측정되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조명 디바이스 내에서 사용되는 각도 및/또는 스펙트럼 민감성 광학 소자 또는 적어도 하나의 볼륨 격자의 국부적 회절 효율의 변화를 검출하기 위해, 상기 조명 디바이스 상의 기계적 응력이 검출기 소자에 의해 검출되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정 및 보상하는 방법.
  7. 제1항에 따르는 방법을 사용하여, 조명 디바이스에 의해 제공되고, 공간 광 변조기 디바이스의 입사 평면에 존재하는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공간 광 변조기 디바이스의 흡수 영역 상에 또는 상기 조명 디바이스의 출사 평면 상에 배열되는 검출기 그리드를 포함하는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 검출기 그리드는 반투과성(semi-transparent) 또는 고투과성 광 검출기(photo detector)를 포함하는 것인, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 검출기 그리드는 정해진 "내부 결합(couple in)" 포인트를 갖는 광 안내 그리드 또는 광 안내 라인을 포함하는 것인, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, "내부 결합" 포인트는 45도 섬유 단부를 사용하거나 또는 섬유 상부의 회절 소자를 사용하여 형성되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 "내부 결합" 포인트는 내부 결합 포인트의 어레이를 제공하고, 상기 내부 결합 포인트의 어레이는 상기 공간 광 변조기 디바이스의 전방에 배치되고 검출 포인트의 그리드로서 동작하는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  13. 제7항에 있어서, 입사 광의 각도 분포 및/또는 강도 분포의 측정을 위해 상기 검출기 디바이스가 4사분면 검출기 디바이스로서 설계되고, 복수의 마이크로 렌즈가 상기 검출기 디바이스의 전방에 배치되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  14. 제7항에 있어서, 상기 입사 광의 각도 분포의 측정을 위해 볼륨 격자가 상기 조명 디바이스 내에 제공되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  15. 제7항에 있어서, 상기 공간 광 변조기 디바이스에 존재하는 강도 분포를 검출하기 위해, 기계적 응력을 검출하는 검출기 소자가 제공되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, PZT 검출기가 신장도(elongation)를 검출하기 위해 사용되는, 광의 국부 및/또는 시간적인 강도 분포 변화량을 측정하는 검출기 디바이스.
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