KR20230112699A - 전역 모드 혼합기를 갖는 백라이트, 멀티뷰 백라이트및 방법 - Google Patents
전역 모드 혼합기를 갖는 백라이트, 멀티뷰 백라이트및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 명세서에 개시된 예들은 도광체의 길이를 따라 광을 안내하도록 구성된 판 도광체를 포함한다. 도광체의 길이를 따라 안내되는 광은 적어도 2개의 지향성 모드들, 즉 제 1 지향성 모드 및 제 2 지향성 모드로 전파된다. 제 1 지향성 모드로 안내되는 광은 제 2 지향성 모드로 안내되는 광의 각각의 수평 및 수직 성분보다 더 큰 수평 성분 및 더 작은 수직 성분 중 하나 또는 둘 다를 갖는다. 또한, 전역 모드 혼합기도 포함된다. 전역 모드 혼합기는 도광체의 길이를 따라 연장되고, 제 1 지향성 모드로 안내되는 광의 일부를 제 2 지향성 모드로 변환하도록 구성된다. 산란 소자는 제 2 지향성 모드의 광을 도광체 외부로 우선적으로 산란시킨다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
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연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
광은 예를 들어 판 도광체와(plate light guide) 같은 도광체로서 구성된 도파로(waveguide)에서 전파될 수 있으며, 도파로를 따라 전파됨에 따라 광은 도파로로부터 추출되어 조명의 원천으로서 이용될 수 있다. 도광체로서 구성된 이러한 도파로는, 예를 들어 특정 유형의 전자 디스플레이에서의 이용을 위한 광원으로 이용될 수 있다.
전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의해 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동형 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광(emitted light)을 고려하면 일반적으로 수동형으로 분류되는 디스플레이들은 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 및 전기 영동(electrophoretic; EP) 디스플레이들이다. 수동형 디스플레이들은 본질적으로 낮은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성들을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족하여 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다.
수동형 디스플레이들은 외부 광원에 결합될 수 있다. 결합된 광원은 이러한 수동형 디스플레이가 광을 방출하고 실질적으로 능동형 디스플레이로서 기능하도록 할 수 있다. 이러한 결합된 광원의 예는 백라이트이다. 백라이트는 수동형 디스플레이를 조명하기 위해 수동형 디스플레이 뒤에 배치되는 광의 원천(종종 패널 백라이트)의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이에 결합될 수 있다. 백라이트는 LCD 또는 EP 디스플레이를 통과하는 광을 방출한다. 백라이트로부터 LCD 또는 EP 디스플레이에 커플링(coupling)되는 광의 양은 디스플레이의 밝기 및 효율을 좌우할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 지향성 모드를 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 2개의 예시적인 지향성 모드들의 수평 및 수직 성분들을 보여주는 플롯을 도시한다.
도 2a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 평면형 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 2b는 본 명세서에 정의된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 평면형 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 2c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 평면형 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 평면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 판 도파로 내에 배치된 전역 모드 혼합기 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자를 포함하는 평면형 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 판 도파로의 대향 측들 상에 배치된 전역 모드 혼합기 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자를 포함하는 평면형 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 판 도파로의 동일한 측에 배치된 전역 모드 혼합기 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자를 포함하는 평면형 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 논의된 원리들에 일치되는 일 예에 따라 복수의 산란 서브-소자들 및 산란 서브-소자들 사이의 개방 공간들에 배치된 전역 모드 혼합기를 갖는 산란 소자의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 논의된 원리들에 일치되는 일 예로서 한 쌍의 산란 소자들의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따라 전역 모드 혼합 소자들(222)을 포함하는 산란 소자(231)의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 개시된 원리들에 일치되는 평면형 백라이트의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 갖는다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 지향성 모드를 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 2개의 예시적인 지향성 모드들의 수평 및 수직 성분들을 보여주는 플롯을 도시한다.
도 2a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 평면형 백라이트의 단면도를 도시한다.
도 2b는 본 명세서에 정의된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 평면형 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 2c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 평면형 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 평면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 판 도파로 내에 배치된 전역 모드 혼합기 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자를 포함하는 평면형 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 판 도파로의 대향 측들 상에 배치된 전역 모드 혼합기 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자를 포함하는 평면형 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 4c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 판 도파로의 동일한 측에 배치된 전역 모드 혼합기 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자를 포함하는 평면형 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 논의된 원리들에 일치되는 일 예에 따라 복수의 산란 서브-소자들 및 산란 서브-소자들 사이의 개방 공간들에 배치된 전역 모드 혼합기를 갖는 산란 소자의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 논의된 원리들에 일치되는 일 예로서 한 쌍의 산란 소자들의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따라 전역 모드 혼합 소자들(222)을 포함하는 산란 소자(231)의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 개시된 원리들에 일치되는 평면형 백라이트의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 갖는다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 예들 및 실시 예들은 복수의 지향성 모드들에서 광을 안내하도록 구성된 판 도파로를 제공한다. 판 도광체는 판 도광체의 길이를 따라 배치된 전역 모드 혼합기를 포함한다. 전역 모드 혼합기는 제 1 지향성 모드로 안내되는 광의 일부를 제 2 지향성 모드로 안내되는 광으로 변환하도록 구성된다. 지향성 모드들은 수직 및 수평 성분들을 가질 수 있다. 전역 모드 혼합기는, 제 1 지향성 모드로 안내되는 광의 일부를 제 2 지향성 모드로 안내되는 광으로 변환함으로써, 도광체의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 도광체는, 예를 들어 수동형 디스플레이를 위해 더 밝거나 더 효율적인 백라이트를 생산하는 데 이용될 수 있다.
본 명세서에서, '도광체(light guide)'는 내부 전반사(total internal reflection)를 이용하여 그 내에서 광을 안내하는 구조물로서 정의된다. 특히, 도광체는 도광체의 동작 파장(operational wavelength)에서 실질적으로 투명한 코어(core)를 포함할 수 있다. 다양한 예들에서, '도광체(light guide)'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 경계에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사를 이용하는 유전체 광학 도파로(dielectric optical waveguide)를 지칭한다. 정의에 의하면, 내부 전반사를 위한 조건은 도광체의 굴절률이 도광체 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 커야 한다는 것이다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 그에 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 코팅일 수 있다. 도광체는 판(plate) 또는 슬래브(slab) 가이드 및 스트립(strip) 가이드 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 도광체들 중 임의의 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, '판 도광체(plate light guide)'에서와 같이 도광체에 적용되는 경우의 '판(plate)'이라는 용어는, 종종 '슬래브' 가이드로 지칭되는, 한 장씩의(piece-wise) 또는 구분적으로 평면인(differentially planar) 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 판 도광체는 도광체의 상단 표면 및 하단 표면(즉, 대향 표면들)에 의해 경계를 이루는 2개의 실질적으로 직교하는 방향들로 광을 안내하도록 구성된 도광체로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 상단 및 하단 표면들은 서로 떨어져 있고 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 판 도광체의 임의의 구별적으로 작은 구간 내에서, 상단 및 하단 표면들은 실질적으로 평행하거나 공면(co-planar) 상에 있다.
일부 실시 예들에서, 판 도광체는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한됨), 따라서 판 도광체는 평면형 도광체이다. 다른 실시 예들에서, 판 도광체는 1개 또는 2개의 직교하는 차원들로 만곡될(curved) 수 있다. 예를 들어, 판 도광체는 단일 차원으로 만곡되어 원통형 형상의 판 도광체를 형성할 수 있다. 그러나, 어떠한 곡률이든 광을 안내하기 위해 판 도광체 내에서 내부 전반사가 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "지향성 모드(directional mode)"는 광빔의 전파 방향 또는 보다 일반적으로 도광체 내에서 전파되거나 안내되는 광의 전파 방향을 지칭한다. 일반적으로, 도광체 내에서 지향성 모드로 전파되는 광은 종방향(longitudinal) 성분, 수평(transverse) 성분 및 수직(vertical) 성분을 포함하는 복수의 직교 성분들에 의해 표현될 수 있다. 예를 들어, 데카르트 좌표계를 이용하는 경우, 종방향 성분은 도광체 내에서 x-방향으로 전파하는 광의 성분일 수 있고, 수평 성분은 도광체 내에서 y-방향으로 전파하는 광의 성분일 수 있으며, 수직 성분은 도광체 내에서 z-방향으로 전파하는 광의 성분일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 특허 분야에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서에서, '산란 소자(scattering element)'는 하나 이상의 산란 소자를 의미하며, 따라서 '상기 산란 소자'는 '상기 산란 소자(들)'들을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 '상단', '하단', '상부', '하부', '상', '하', '전', '후', '제 1', '제 2', '좌' 또는 '우'에 대한 언급은 본 명세서에서 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서, 달리 명시적으로 특정되지 않는 한, 수치 값에 적용되는 경우의 '약'이라는 용어는 일반적으로 수치 값을 생성하기 위해 이용되는 장비의 허용 오차 범위 내를 의미하거나, ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '실질적으로'라는 용어는 대부분, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는 약 51% 내지 약 100% 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의의 목적으로 제시된다.
도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 따른 일 예로서 지향성 모드를 갖는 광빔의 각도 성분들의 그래픽 표현을 도시한다. 지향성 모드를 갖는 광은 전파 방향을 묘사하는 벡터로 표현된다.
또한, 정의에 의하면, 도광체 내에서 지향성 모드로 안내되는 광은 식(1)으로 주어진 관계로 제한된다.
(1)
여기서, n은 전파 방향으로 주어지는 방향 및 도광체의 재료의 굴절률과 동일한 크기를 갖는 지향성 모드를 나타내는 벡터이고, n x , n y 및 n z 는 직교 벡터 성분들, 벡터 투영들 또는 간략히 벡터 n의 성분들이다. 도 1a에서 벡터로 표현되는 지향성 모드를 갖는 광은 도시된 바와 같이 종방향 성분(n x ), 수평 성분(n y ) 및 수직 성분(n z )을 포함한다. 이와 같이, 벡터 성분(n x )은 지향성 모드의 일부 또는 대등하게는 x-방향으로 전파되는 안내된 광의 일부에 대응되고, 벡터 성분(n y )은 지향성 모드의 일부 또는 대등하게는 y-방향으로 전파되는 안내된 광의 일부에 대응되며, 벡터 성분(n z )은 지향성 모드의 일부 또는 대등하게는 z-방향으로 전파되는 안내된 광의 일부에 대응된다.
도광체에서 광이 전파됨에 따라 광은 여러 상이한 지향성 모드들로 전파될 수 있다. 예를 들어, 특정 지향성 모드의 광은 x-방향으로 판 도광체의 길이를 따라 전파될 수 있고, y 방향의 수평 성분 및 z 방향의 수직 성분을 포함할 수 있다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도광체 내의 지향성 모드들의 그래픽 표현을 도시한다. 특히, 도 1b는 y-z 평면에 플롯된 지향성 모드들을 나타내며, 3개의 상이한 지향성 모드들, 즉 제 1 지향성 모드(101), 제 2 지향성 모드(102) 및 제 3 지향성 모드(103)의 개념적인 예시를 제공한다. 제 1 지향성 모드(101)로 전파 또는 안내되는 광은 제 1 수평 성분(n y ) 및 제 1 수직 성분(n z )을 갖는 광을 포함할 수 있다. 제 2 지향성 모드(102)로 전파 또는 안내되는 광은 제 2 수평 성분(n y ) 및 제 2 수직 성분(n z )을 갖는 광을 포함할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 지향성 모드(101)의 제 1 수평 성분(n y )은 제 2 지향성 모드(102)의 제 2 수평 성분(n y )보다 크다. 반대로, 도시된 바와 같이, 제 1 지향성 모드(101)의 제 1 수직 성분(n z )은 제 2 지향성 모드(102)의 수직 성분(n z )보다 작다.
본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 원리들에 따른 전역 모드 혼합기의 실시 예들은 하나의 지향성 모드의 광 또는 하나의 지향성 모드로 전파되는 광을 다른 지향성 모드의 광 또는 다른 지향성 모드로 전파되는 광으로 변환하도록 구성된다. 따라서, 전역 혼합기는 제 3 지향성 모드(103)로 전파되는 광과 상호작용하여 제 3 지향성 모드(103)의 광 또는 제 3 지향성 모드(103)를 갖는 광을 제 4 지향성 모드(104)의 광 또는 제 4 지향성 모드(104)를 갖는 광으로 변환할 수 있다. 도 1b는 제 3 지향성 모드(103)를 제 4 지향성 모드(104)로 변환하는 것을 곡선 화살표를 이용하여 나타낸다. 일부 실시 예들에 따르면, 제 4 지향성 모드(104)는 제 3 지향성 모드(103)보다 더 좋거나 더 바람직한 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광이 제 4 지향성 모드(104)로 전파되는 경우, 본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 제 3 지향성 모드보다 도광체의 산란 구조물과 더 우선적인 상호작용을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 전역 모드 혼합기에 의해 제공되는 모드 변환은, 제 3 지향성 모드(103)로 전파되는 광에 대해 달성되었을 것보다, 제 4 지향성 모드(104)로 도광체 내에서 전파되는 광의 산란 구조물에 의한 향상된 산란 또는 산란 효율을 촉진할 수 있다.
평면형 백라이트(200)의 상이한 시점들에 대한 다양한 예시들이 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있다. 본 명세서에 개시된 개념들의 다양한 예들이 백라이트와 관련하여 설명되지만, 당업자들은 본 명세서에 개시된 전역 모드 혼합기 및 방법들이, 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 백라이트 및 특히 멀티뷰 백라이트에서의 이용에 국한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 평면형 백라이트(200)는 판 도광체의 길이를 따라 광을 안내하도록 구성된 판 도광체(210)를 포함할 수 있다. 전역 모드 혼합기(220)는 판 도파로의 길이를 따라 연장될 수 있다. 도 2b 및 도 2c에서, 전역 모드 혼합기는, 평면형 백라이트의 폭을 가로지르며 판 도광체(210)의 길이를 따라 배열된 일련의 라인들로 표시된다. 도 2a에서는 전역 모드 혼합기가 판 도광체(210)의 하부 표면에 배치되지만, 전역 모드 혼합기는 보다 상세히 후술될 바와 같이 판 도광체의 상부 표면에 배치되거나 판 도광체 내부에 배치될 수 있다. 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체(210)에서 안내되는 광(화살표로 표시됨)의 일부를 제 1 지향성 모드로 안내되는 광에서 제 2 지향성 모드로 안내되는 광으로 변환할 수 있다. 제 1 지향성 모드로 안내되는 광은 제 2 모드로 안내되는 광의 각각의 수평 및 수직 성분들보다 더 큰 수평 성분 및 더 작은 수직 성분 중 하나 또는 둘 다를 갖는다. 평면형 백라이트(200)는 판 도광체(210) 상에 또는 그 내부에 형성된 산란 소자들(231)을 포함하는 산란 구조물을 포함할 수도 있다. 산란 구조물의 산란 소자들(231)은, 도광체 내에서 전파하는 광을 화살표로 나타내어지는 바와 같이 방출광(202)으로서 도광체 외부로 산란시키거나 커플링 아웃시키도록 구성된다. 도 2a에서, 산란된 광은 화살표를 사용하여 방출광(202)으로서 또는 대등하게는 산란된 또는 커플링 아웃된(coupled-out) 광빔들로서 도시된다.
일부 실시 예들에서, 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 보다 상세히 예시되는 바와 같이, 평면형 백라이트(200)는 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 산란된(scattered-out) 또는 지향성 광빔들을 방출광(202)으로서(예를 들어, 라이트필드(light field)로서) 제공할 수 있는 멀티뷰 백라이트로서 구성된다. 특히, 다양한 실시 예들에 따르면, 제공되는 방출광(202)의 복수의 산란된 또는 지향성 광빔들은, 멀티뷰 디스플레이의 각각의 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들로 멀티뷰 백라이트로부터 멀어지게 지향되도록 산란될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 방출광(202)의 지향성 광빔들은 3차원(3D) 또는 멀티뷰 컨텐츠를 갖는 정보의 디스플레이를 용이하게 하기 위해 (예를 들어, 후술되는 바와 같은 광 밸브들을 이용하여) 변조될 수 있다. 도 3a에는 멀티뷰 픽셀들(206) 및 광 밸브들(208)의 어레이도 도시되어 있으며, 이들은 보다 상세히 후술된다.
도 2a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 평면형 백라이트(200)의 단면도를 도시한다. 도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 예로서 산란 구조물들 및 전역 모드 혼합기를 갖는 멀티뷰 디스플레이의 단면도를 도시한다. 도 3a 내지 도 3c의 멀티뷰 디스플레이는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 평면형 백라이트(200)의 일 예를 이용한다. 도 2a 및 도 3a에서, 달리 지시되지 않는 한 동일한 참조 번호는 동일한 구조물을 나타낸다.
도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 평면형 백라이트(200)는 판 도광체(210)를 포함한다. 판 도광체(210)는 판 도광체(210)의 길이를 따라 광을 안내된 광(204)으로서 안내하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 안내된 광(204)은 제 1 지향성 모드 및 제 2 지향성 모드를 포함하는 복수의 지향성 모드들로 도광체의 길이를 따라 전파된다. 판 도광체(210)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 제 2 굴절률보다 큰 제 1 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절률들의 차이는 판 도광체(210)의 하나 이상의 안내 모드 또는 지향성 모드에 따라 안내된 광(204)의 내부 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 판 도광체(210)는 연장된, 광학적으로 투명한 실질적으로 평면형 시트의, 유전체 재료를 포함하는 슬래브 또는 판 광학 도파로(즉, 판 도광체)일 수 있다. 실질적으로 평면형 시트의 유전체 재료는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광(204)(또는 안내된 광빔)을 안내하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 판 도광체(210)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 판 도광체(210)는 판 도광체(210)의 표면(예를 들어, 상단 표면 및 하단 표면 중 하나 또는 모두)의 적어도 일부 상에 클래딩 층(cladding layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 클래딩 층은 내부 전반사를 더 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에 따르면, 판 도광체(210)는 판 도광체(210)의 제 1 표면(210')(예를 들어, '전방' 표면 또는 전방 측)과 제 2 표면(210")(예를 들어, '후방' 표면 또는 후방 측) 사이에서, 0이 아닌 전파 각도로 내부 전반사에 따라 안내된 광(204)을 (예를 들어, 안내된 광빔으로서) 안내하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 광의 상이한 색상들을 포함하는 복수의 안내된 광빔들은 상이한 색상별, 0이 아닌 전파 각도들 각각으로 판 도광체(210)에 의해 안내될 수 있다. 판 도광체(210) 내에서 전파되는 광은 판 도광체(210) 내에서 상이한 방향들을 따라 전파될 수 있으며, 이러한 방향들은 판 도광체(210) 내에서 광의 전파의 지향성 모드를 정의하다는 것에 유의한다. 이러한 상이한 지향성 모드들 각각으로 전파되는 광은 앞서 설명된 바와 같이 판 도광체(210) 내에 종방향 성분(n x ), 수평 성분(n y ) 및 수직 성분(n z )을 갖는다는 것을 이해하여야 한다.
판 도광체(210) 내의 안내된 광(204)은 0이 아닌 전파 각도(예를 들어, 약 30 내지 35도)로 판 도광체(210) 내로 유입되거나 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 렌즈, 거울 또는 이와 유사한 반사체(예를 들어, 기울어진 시준 반사체), 회절 격자 및 프리즘(미도시)뿐만 아니라 이들의 다양한 조합과 같은 커플링 구조물이, 0이 아닌 전파 각도로 안내된 광(204)으로서 판 도광체(210)의 입력 단부로 광을 커플링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 다른 예들에서, 광은, 커플링 구조물의 이용 없이 또는 커플링 구조물의 실질적인 이용 없이, 판 도광체(210)의 입력 단부로 직접 유입될 수 있다(즉, 직접 또는 '버트(butt)' 커플링이 채용될 수 있음). 판 도광체(210) 내로 커플링되면, 안내된 광(204)은 일반적으로 입력 단부로부터 멀어지는 종방향으로 지향되는(예를 들어, 도 3a에서 x축을 따라 가리키는 굵은 화살표들(203)로 도시됨) 실질적인 성분들을 갖고 판 도광체(210)를 따라 전파되도록 구성된다. 그러나, 판 도광체(210) 내의 광은 복수의 상이한 지향성 모드들로 전파될 수 있으며, 각각의 지향성 모드는 종방향 또는 x-방향의 종방향 성분(n x ), 수평 또는 y-방향의 수평 성분(n y ) 및 수직 또는 z-방향의 수직 성분(n z )에 의해 정의된다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에 개시된 원리들의 특정 예시적인 구현들에 따르면, 판 도광체(210) 내로 커플링된 광은 시준된 광빔일 수 있다. 본 명세서에서, '시준된 광(collimated light)' 또는 '시준된 광빔(collimated light beam)'은 일반적으로 광빔(예를 들어, 안내된 광(204)) 내에서 광의 빔의 광선들(rays)이 서로 실질적으로 평행한 광의 빔으로서 정의된다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준된 광빔으로부터 분기하거나 산란되는 광의 광선들은 시준된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 평면형 백라이트(200)는 (예를 들어, 광원으로부터의) 광을 시준하기 위해 전술한 바와 같은 렌즈, 반사체 또는 거울과 같은 시준기(예를 들어, 기울어진 시준 반사체)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원은 시준기를 포함한다. 이러한 경우, 판 도광체(210)에 제공되는 시준된 광은 안내된 광(204)의 시준된 빔이다.
본 명세서에서, '시준 계수(collimation factor)'는 광이 시준되는 정도로서 정의된다. 특히, 본 명세서의 정의에 의하면, 시준 계수는 시준된 광의 빔 내의 광선들(light rays)의 각도 확산(angular spread)을 정의한다. 예를 들어, 시준 계수(σ)는 시준된 광의 빔 내의 대부분의 광선들이 특정한 각도 확산 내에(예를 들어, 시준된 광빔의 중심 또는 주 각도 방향에 대하여 +/-σ도) 있음을 명시할 수 있다. 일부 예들에 따르면, 시준된 광빔의 광선들은 각도 측면에서 가우시안(Gaussian) 분포를 가질 수 있고, 각도 확산은 시준된 광빔의 피크(peak) 세기의 절반만큼에 의해 결정되는 각도일 수 있다.
도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 평면형 백라이트(200)는 산란 구조물(230)을 더 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 산란 구조물(230)은 판 도광체(210)의 제 1 표면(210') 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 3a는 제 1 표면(210') 상의 산란 구조물(230)을 나타낸다. 다른 실시 예들에서, 산란 구조물(230)은 판 도광체(210)의 제 2 표면(210") 상에 배치될 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 산란 구조물(230)은 판 도광체(210) 내에서 제 1 표면(210')과 제 2 표면(210") 사이에 위치할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 산란 구조물(230)은 제 2 지향성 모드로 안내되는 광을 판 도광체(210)로부터 방출광(202)으로서 우선적으로 산란시키도록 구성된다.
산란 구조물(230)은 판 도광체(210)의 길이를 따라, 예를 들어 제 1 표면(210') 또는 제 2 표면(210")을 따라 또는 판 도광체(210) 내에 분포된 산란 소자들(231)의 어레이를 포함할 수 있다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 산란 구조물(230)을 구성하는 산란 소자들(231)은 복수의 산란 서브-소자들(미도시)을 포함할 수 있다.
산란 구조물(230)의 산란 소자들(231)은 소정의 거리만큼 서로 분리되어 있을 수 있고, 도광체 길이를 따라 별개의 소자들을 정의할 수 있다. 즉, 본 명세서의 정의에 의하면, 산란 구조물(230)의 산란 소자들(231)은 유한한(0이 아닌) 소자 간 거리(예를 들어, 유한한 중심 간 거리)에 따라 서로 이격된다. 또한, 일부 예시적인 구현들에 따르면, 복수의 산란 소자들 중 산란 소자들(231)은 일반적으로 서로 교차하거나, 중첩되거나, 또는 다른 방식으로 서로 접촉하지 않는다. 즉, 이러한 예들에 따르면, 복수의 산란 소자들 중 각각의 산란 소자(231)는 일반적으로 산란 소자들(231) 중 다른 것들과 구분되고 분리되어 있다. 다른 예에서, 산란 구조물은 판 도광체(210)의 길이를 따라 연속적으로 배치된 하나의 산란 소자를 채용할 수 있다(미도시). 광이 판 도광체(210) 내에서 전파됨에 따라, 안내된 광은 제 1 지향성 모드 및 제 2 지향성 모드 둘 다로 전파하는 광을 포함한다. 예를 들어, 제 1 지향성 모드의 안내된 광(204)은, 제 2 지향성 모드의 안내된 광의 각각의 수평 및 수직 성분들보다 더 큰 수평 성분 및 더 작은 수직 성분 중 하나 또는 둘 다를 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 산란 구조물(230)의 산란 소자들(231)은, 전술한 바와 같이 산란 소자들(231)이 제 2 지향성 모드의 광을 판 도광체(210)로부터 우선적으로 산란시키도록, 구성 및 배치될 수 있다.
도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 평면형 백라이트(200)는 전역 모드 혼합기(220)를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전역 모드 혼합기(220)는, 제 1 지향성 모드로 안내되거나 또는 제 1 지향성 모드를 갖는 안내된 광(204)의 일부를, 제 2 지향성 모드로 안내되거나 또는 제 2 지향성 모드를 갖는 안내된 광(204)으로 변환하도록 구성된다. 특히, 광이 판 도광체(210) 내에서 전파 방향으로 전파함에 따라, 안내된 광(204)은 전역 모드 혼합기(220)와 상호작용하고, 이는 안내된 광(204)을 제 1 지향성 모드로부터 제 2 지향성 모드의 광으로 변환한다. 일부 실시 예들에서, 전역 모드 혼합기(220)는, 광이 판 도광체(210)의 전체 길이를 따라 전파함에 따라 제 1 지향성 모드의 안내된 광(204)의 부분들이 제 2 지향성 모드로 변환되도록, 판 도광체(210)의 길이를 따라 배치될 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 제 1 지향성 모드를 갖는 광은 전역 모드 혼합기(220)에 의해, 안내된 광의 일부의 수평 성분을 감소시키는 것 및 안내된 광의 일부의 수직 성분을 증가시키는 것 중 하나 또는 둘 다에 의해, 제 2 지향성 모드를 갖는 광으로 변환될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 전역 모드 혼합기(220)는, 산란 구조물(230)이 배치된 판 도광체(210) 측의 반대 측인 판 도광체(210)의 표면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에서, 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체(210)의 제 2 표면(210") 상에 예시되고, 산란 구조물(230)은 도시된 바와 같이 제 1 표면(210') 상에 위치한다. 다른 실시 예들에서, 예를 들어 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 전역 모드 혼합기(220) 및 산란 구조물(230)은 판 도광체(210)의 동일한 표면 상에 배치될 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 보다 상세히 후술될 바와 같이, 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체(210)의 표면들 사이에서 판 도광체(210) 내에 배치되거나 위치될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체(210)의 길이를 따라 이격된 복수의 모드 혼합 소자들(221)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 산란 소자들(231)만큼 많은 모드 혼합 소자들(221)이 존재할 수 있다. 대안적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 산란 소자들(231)과는 상이한 개수의 모드 혼합 소자들(221)이 존재할 수 있다. 모드 혼합 소자들(221)이 별개의 소자들로서 도시되었지만, 전역 모드 혼합기(220)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 판 도광체(210)의 길이를 따라 연속적인 구조물로서 구현될 수 있음을 이해하여야 한다. 도시되지는 않았지만, 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체(210)의 제 1 표면(210') 및 제 2 표면(210") 둘 다에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전역 모드 혼합기(220)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 판 도광체(210)의 제 1 표면(210') 및 제 2 표면(210") 중 하나 또는 둘 다에 더하여 또는 그 대신에, 판 도광체(210)의 제 1 표면(210')과 제 2 표면(210") 사이에 배치될 수도 있다.
도 3a는 산란 구조물(230)의 산란 소자들(231)과 대향하여 배치된 전역 모드 혼합기(220)의 하나의 예시적인 구현을 나타내지만, 다른 구현에서 전역 모드 혼합기(220)는 예를 들어 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 산란 구조물(230)의 산란 소자들(231) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구현에서, 복수의 산란 소자들(231)은 판 도광체(210)의 일 표면 상에 어레이로 배치될 수 있고, 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체(210)의 길이를 따라 분포될 수 있다. 다른 구현에 따르면, 전역 모드 혼합기(220)는 산란 구조물(230)의 개별 산란 소자들(231)의 산란 서브-소자들(미도시) 내에 배치될 수 있다. 이러한 유형의 구현은 도 5와 관련하여 보다 상세하게 설명된다.
일부 실시 예들에서, 전역 모드 혼합기(220)는 회절 격자로서 구현되거나, 회절 격자를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자는 판 도광체의 폭에 걸쳐 그리고 판 도광체의 길이를 따라 연장될 수 있다. 전역 모드 혼합기(220)가 하나 이상의 회절 격자로서 구현되는 경우, 회절 격자의 회절성 특징부들은 판 도광체의 길이를 따라 안내된 광의 전파 방향에 평행하게 정렬될 수 있다. 회절 격자들의 배열은 복수의 회절 격자들이 도광체의 길이를 따라 주기적으로 배열되도록 할 수 있다.
다른 실시 예들에서, 전역 모드 혼합기(220)는 판 도광체의 길이를 따라 안내된 광의 전파 방향에 평행하게 정렬된 반사성 패싯(reflective facet)을 갖는 반사성 소자들로서 구현될 수 있다. 반사성 소자는, 예를 들어 마이크로 반사체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전역 모드 혼합기(220)는 마이크로 굴절체와 같은 굴절성 소자들로서 구현될 수 있다. 또 다른 구현들에서, 전역 모드 혼합기(220)는 굴절성 소자들, 반사성 소자들 및 회절성 소자들의 조합으로서 구현될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 복수의 산란 소자들 중 산란 소자들(231)은 1차원(1D) 어레이 또는 2차원(2D) 어레이 중 어느 하나로 배열될 수 있다. 예를 들어, 산란 소자들은 선형 1D 어레이로서 배열될 수 있다. 다른 예에서, 산란 소자들은 직사각형 2D 어레이로서 또는 원형 2D 어레이로서 배열될 수 있다. 이러한 멀티뷰 백라이트의 일 예가 도 3b 및 도 3c에 도시되어 있다. 또한, 어레이(즉, 1D 또는 2D 어레이)는 규칙적이거나 균일한 어레이일 수 있거나 또는 불규칙적인 어레이일 수 있다. 특히, 어레이가 규칙적이거나 균일한 어레이인 경우, 산란 소자들(231) 간의 소자 간 거리(예를 들어, 중심 간 거리 또는 간격)는 어레이에 걸쳐 실질적으로 균일하거나 일정할 수 있다. 패턴이 불규칙한 패턴인 경우, 산란 소자들 간의 소자 간 거리는 어레이에 걸쳐 또는 판 도광체(210)의 길이를 따라 변할 수 있다. 또는, 소자 간 거리는 판 도광체(210)에 걸쳐 그리고 판 도광체(210)의 길이를 따라 변할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 산란 구조물(230)의 산란 소자(231)는 멀티빔 소자를 포함할 수 있다. 멀티빔 소자들은 파장에서 안내된 광을 산란시키도록 구성될 수 있다. 특히, 본 명세서의 정의에 의하면, '멀티빔 소자(multibeam element)'는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조물 또는 소자이다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 도광체 내에서 안내된 광의 일부를 커플링 아웃(coupling out)시킴으로써 복수의 지향성 광빔들을 제공하기 위해 백라이트의 도광체(즉, 평면형 백라이트(200)의 판 도광체(210))에 광학적으로 결합될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 광빔들로서 방출되는 광을 생성할 수 있다(예를 들어, 광원을 포함할 수 있음). 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의해 생성된 복수의 지향성 광빔들 중 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 지향성 광빔들 중 소정의 지향성 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 하나의 광빔과는 상이한 미리 결정된 주 각도 방향을 갖는다. 또한, 복수의 지향성 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 지향성 광빔들은 실질적으로 원추형 공간 영역에 국한되거나 복수의 광빔들 내의 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 포함하는 미리 결정된 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 따라서, 지향성 광빔들의 미리 결정된 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 광빔들) 광 필드를 나타낼 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들 중 여러 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티빔 소자의 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적 등)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 특성에 의하여 결정된다. 본 명세서의 정의에 의하면, 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자는 '연장된 점 광원(extended point light source)', 즉 멀티빔 소자의 범위(extent)에 걸쳐(across) 분포된 복수의 점 광원들로 간주될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자들은 회절 격자들, 마이크로 반사성 소자들 또는 마이크로 굴절성 소자들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 예들에 따른 회절 격자의 예가 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있다.
본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하기 위해 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절성 특징부들)로서 정의된다. 일부 예들에서, 복수의 특징부들은 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(one-dimensional; 1D) 어레이로 배열된 복수의 특징부들(예를 들어, 재료 표면 내의 복수의 홈들(grooves) 또는 융기들(ridges))을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 회절 격자는 특징부들의 2차원(two-dimensional; 2D) 어레이일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 상의 돌출들(bumps) 또는 재료 표면 내의 구멍들(holes)의 2D 어레이일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본 명세서의 정의에 의하면, '회절 격자(diffraction grating)'는 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조물이다. 광이 도광체로부터 회절 격자 상에 입사하면, 제공된 회절 또는 회절적 산란(diffractive scattering)은 회절 격자가 회절에 의해 도광체로부터 광을 커플링 아웃(coupling out)시킬 수 있다는 점에서 '회절적 커플링(diffractive coupling)'을 야기할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절에 의해(즉, 회절각(diffractive angle)으로) 광의 각도를 재지향시키거나 변경시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 상이한 전파 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 회절에 의한 광의 전파 방향의 변경은 '회절적 재지향(diffractive redirection)'으로 언급된다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자 상에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절성 특징부들을 포함하는 구조물인 것으로 이해될 수 있으며, 도광체로부터 광이 입사되면 회절 격자는 또한 도광체로부터의 광을 회절적으로 커플링 아웃시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 특징부들은 '회절성 특징부들(diffractive features)'로 언급되고, 재료 표면(즉, 2개의 재료들 간의 경계)에, 재료 표면 내에 및 재료 표면 상에 중 하나 이상에 있을 수 있다. 예를 들어, 표면은 도광체의 표면일 수 있다. 회절성 특징부들은 표면의, 표면 내의 또는 표면 상의 홈들, 융기들, 구멍들 및 돌출들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 내에 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 융기들을 포함할 수 있다. 회절성 특징부들(예를 들어, 홈들, 융기들, 구멍들, 돌출들 등)은 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들어, 이진 회절 격자), 삼각형 프로파일 및 톱니 프로파일(예를 들어, 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 회절을 제공하는 다양한 단면 형상들 또는 프로파일들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 예들에 따르면, 회절 격자(예를 들어, 후술될 바와 같은 멀티빔 소자의 회절 격자)는 도광체(예를 들어, 판 도광체)로부터 광을 광빔으로서 회절적으로 산란 또는 커플 아웃시키기 위해 이용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 또는 이에 의해 제공되는 회절각(diffraction angle; θ m)은 식(2)으로 주어질 수 있다.
(2)
여기서, λ는 광의 파장, m은 회절 차수, n은 도광체의 굴절률, d는 회절 격자의 특징부들 간의 거리 또는 간격, θ i 는 회절 격자 상의 광의 입사각이다. 단순화를 위해, 식(1)은 회절 격자가 도광체의 표면에 인접하고 도광체 외부의 재료의 굴절률은 1인 것(즉, n out = 1)으로 가정한다. 일반적으로, 회절 차수(m)는 정수로 주어진다. 회절 격자에 의해 생성되는 광빔의 회절각(θ m )은 회절 차수가 양수인(예를 들어, m > 0) 식(1)으로 주어질 수 있다. 예를 들어, 회절 차수(m)가 1인 경우(즉, m = 1) 1차 회절이 제공된다.
도 4a 내지 도 4c는 판 도광체(210) 상의 또는 그 내의 다양한 위치들에 배치된 전역 모드 혼합기(220) 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자(232)를 포함하는 평면형 백라이트(200)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 방출광(202)의 산란된 지향성 광빔들은 판 도광체(210)의 제 1 표면(또는 전방 표면)(210')으로부터 멀어지게 지향되는 것으로 묘사된 복수의 발산하는 화살표들로서 도시되었다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자(232)의 크기는, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브(208)(또는 대등하게는, 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀의 서브-픽셀)의 크기와 유사할 수 있다. 논의를 용이하게 하기 위해, 멀티뷰 픽셀들(206)은 평면형 백라이트(200)와 함께 도 3a 내지 도 3c에 도시되었다. "크기"는 길이, 폭 또는 면적을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 방식으로 정의될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기와 유사하고, 회절 격자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 25% 내지 약 200% 사이일 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 50%보다 크거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 60%보다 크거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 70%보다 크거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 80%보다 크고, 광 밸브의 크기의 약 180% 보다 작거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 160%보다 작거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 140%보다 작거나, 또는 광 밸브의 크기의 약 120%보다 작은 범위에 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자와 광 밸브의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 암 영역들(dark zones)을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다. 또한, 광 밸브와 멀티빔 소자를 포함하는 멀티빔 소자의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들(또는 뷰 픽셀들) 또는 멀티뷰 디스플레이에 의해 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 뷰들(또는 뷰 픽셀들) 간의 중첩을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 또한 복수의 지향성 광빔들 중 방출광(202)의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들(208)의 어레이를 도시한다. 광 밸브 어레이는 예를 들어 멀티뷰 백라이트로서 구성된 평면형 백라이트(200)를 채용하는 멀티뷰 디스플레이의 일부일 수 있으며, 본 명세서에서의 논의를 용이하게 하기 위해 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있다. 도 3c에서, 단지 논의의 목적을 위해, 광 밸브들(208)의 어레이는 광 밸브 어레이 아래에 놓여 있는 전역 모드 혼합기의 모드 혼합 소자들(221) 및 산란 소자(231) 및 판 도광체(210)의 시각화를 허용하도록 부분적으로 절개되어 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상이한 주 각도 방향들을 갖는 방출광(202)의 지향성 광빔들 중 상이한 각각은 광 밸브 어레이의 광 밸브들(208) 중 상이한 각각을 통과하고 이에 의해 변조될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 어레이의 광 밸브(208)는 멀티뷰 픽셀(206)의 서브-픽셀에 대응되고, 한 세트의 광 밸브들(208)은 멀티뷰 디스플레이의 하나의 멀티뷰 픽셀(206)에 대응된다. 특히, 광 밸브 어레이의 광 밸브들(208)의 상이한 세트는 멀티빔 소자로서 구성된 산란 소자들(231) 중 대응하는 하나로부터 지향성 광빔들을 수신하고 변조하도록 구성되는데, 즉, 도시된 바와 같이, 각각의 산란 소자(231)에 대해 광 밸브들(208)의 하나의 고유한 세트가 존재할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 하나 이상의 액정 광 밸브들, 전기 영동 광 밸브들 및 전기 습윤 기반의 광 밸브들을 포함하되 이에 제한되지 않는 상이한 유형의 광 밸브들이 광 밸브 어레이의 광 밸브들(208)로서 채용될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 광 밸브 세트(208a)는 제 1 산란 소자(231a)로부터 방출광(202)의 지향성 광빔들을 수신하고 변조하도록 구성된다. 또한, 제 2 광 밸브 세트(208b)는 제 2 산란 소자(231b)로부터 방출광(202)의 지향성 광빔들을 수신하고 변조하도록 구성된다. 따라서, 이 예에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 광 밸브 어레이의 광 밸브 세트들(예를 들어, 제 1 및 제 2 광 밸브 세트들(208a, 208b)) 각각은, 상이한 산란 소자(231)(예를 들어, 소자들(231a, 231b)) 및 상이한 멀티뷰 픽셀(206)에 각각 대응되며, 광 밸브 세트들의 개별 광 밸브들(208)은 각각의 멀티뷰 픽셀들(206)의 서브-픽셀들에 대응된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 픽셀(206)의 서브-픽셀의 크기는 광 밸브 어레이의 광 밸브(208)의 크기에 대응될 수 있다는 것에 유의한다. 다른 예들에서, 광 밸브의 크기 또는 서브-픽셀의 크기는 광 밸브 어레이 내의 인접한 광 밸브들 사이의 거리(예를 들어, 중심 간 거리)로서 정의될 수 있다. 서브-픽셀의 크기는, 예를 들어 광 밸브(208)의 크기 또는 광 밸브들(208) 간의 중심 간 거리에 대응되는 크기로 정의될 수 있다.
일부 예시적인 구현들에서, 산란 소자들(231)과 대응하는 멀티뷰 픽셀들(206)(즉, 서브-픽셀들의 세트들 및 대응하는 광 밸브들(208)의 세트들) 사이의 관계는 일대일 대응 관계일 수 있다. 즉, 동일한 개수의 멀티뷰 픽셀들(206) 및 산란 소자들(231)이 존재할 수 있다. 도 3b는 상이한 세트의 광 밸브들(208)(및 대응하는 서브-픽셀들)을 포함하는 각각의 멀티뷰 픽셀(206)이 파선으로 둘러싸인 것으로 도시된 일대일 대응 관계를 예로서 나타낸다. 다른 실시 예들(미도시)에서, 멀티뷰 픽셀들(206)의 개수 및 산란 소자들(231)의 개수는 서로 상이할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 복수의 산란 소자들 중 한 쌍의 산란 소자들(231) 간의 소자 간 거리(예를 들어, 중심 간 거리)는, 예를 들어 광 밸브 세트들로 표현되는 대응하는 한 쌍의 멀티뷰 픽셀들(206) 간의 픽셀 간 거리(예를 들어, 중심 간 거리)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 산란 소자(231a)와 제 2 산란 소자(231b) 간의 중심 간 거리는, 제 1 광 밸브 세트(208a)와 제 2 광 밸브 세트(208b) 간의 중심 간 거리(D)와 실질적으로 동일하다. 다른 실시 예들(미도시)에서, 산란 소자들(231)의 쌍들 및 대응하는 광 밸브 세트들의 상대적인 중심 간 거리들은 상이할 수 있는데, 예를 들어 산란 소자들(231)은 멀티뷰 픽셀들(206)을 나타내는 광 밸브 세트들 간의 간격(즉, 중심 간 거리(D))보다 크거나 작은 소자 간 간격(즉, 중심 간 거리(d))을 가질 수 있다.
일부 실시 예들에서, 산란 소자(231)의 형상은 멀티뷰 픽셀(206)의 형상과 유사하거나 또는 대등하게는 멀티뷰 픽셀(206)에 대응되는 광 밸브들(208)의 세트(또는 '서브 어레이')의 형상과 유사할 수 있다. 예를 들어, 산란 소자(231)는 정사각 형상을 가질 수 있고, 멀티뷰 픽셀(206)(또는 대응되는 한 세트의 광 밸브들(208)의 배열)은 실질적으로 정사각형일 수 있다. 다른 예에서, 산란 소자(231)는 직사각 형상을 가질 수 있는데, 즉 폭 또는 가로 방향 치수보다 큰 길이 또는 세로 방향 치수를 가질 수 있다. 이 예에서, 산란 소자(231)에 대응되는 멀티뷰 픽셀(206)(또는 대등하게는 한 세트의 광 밸브들(208)의 배열)은 유사한 직사각형 형상을 가질 수 있다. 도 3b는 정사각 형상의 산란 소자들(231), 및 광 밸브들(208)의 정사각형 세트들을 포함하는 대응하는 정사각 형상의 멀티뷰 픽셀들(206)의 평면도를 도시한다. 또 다른 예들에서(미도시), 산란 소자들(231) 및 대응하는 멀티뷰 픽셀들(206)은, 삼각형, 육각형 및 원형을 포함하는 또는 적어도 이러한 형상들에 근사하는, 다양한 형상들을 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
또한(예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이), 일부 실시 예들에 따르면, 각각의 산란 소자(231)는 방출광(202)의 지향성 광빔들을 오직 하나의 멀티뷰 픽셀(206)에 제공하도록 구성된다. 특히, 도 3a에 도시된 바와 같이, 산란 소자들(231) 중 주어진 하나에 대해, 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 방출광(202)의 지향성 광빔들은, 실질적으로 하나의 대응하는 멀티뷰 픽셀(206) 및 이의 서브-픽셀들, 즉 산란 소자(231)에 대응되는 광 밸브들(208)의 하나의 세트에 국한된다. 따라서, 평면형 백라이트(200)의 각각의 산란 소자(231)는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들에 대응되는 한 세트의 상이한 주 각도 방향들을 갖는 방출광(202)의 한 세트의 대응하는 지향성 광빔들을 제공한다(즉, 방출광(202)의 지향성 광빔들의 세트는 상이한 뷰 방향들 각각에 대응되는 방향을 갖는 광빔을 포함함).
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 그리고 다양한 실시 예들에 따르면, 산란 구조물의 산란 소자는 멀티빔 소자(232)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(232)는 회절 격자(예를 들어, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같은)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 (예를 들어, 각각의) 멀티빔 소자(232)는 복수의 회절 격자들을 포함할 수 있다. 멀티빔 소자(232), 또는 보다 구체적으로 회절성 멀티빔 소자(232)의 복수의 회절 격자들은, 판 도광체(210)의 표면 상에, 표면에, 또는 표면에 인접하게, 또는 도광체의 표면들 사이에 위치될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 멀티빔 소자(232)는 판 도광체(210)의 제 1 표면(210')과 제 2 표면(210") 사이에 위치할 수 있다.
도 4a는 판 도광체(210) 내에 배치된 전역 모드 혼합기(220)의 모드 혼합 소자(221) 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자(232)를 포함하는 평면형 백라이트(200)의 일부의 단면도를 도시한다. 여기서, 판 도광체(210)는, 전역 모드 혼합기가 판 도광체의 제 1 표면(210')과 판 도광체의 제 2 표면(210") 사이에 배치되도록, 제작될 수 있다. 모드 혼합 소자(221)는 제 1 지향성 모드의 광을 제 2 지향성 모드의 광으로 변환하도록 구성되며, 여기서 제 2 지향성 모드는 산란 멀티빔 소자(232) 또는 산란 소자의 다른 멀티빔 소자(미도시)에 의해 판 도광체(210) 외부로 우선적으로 산란된다. 판 도광체(210) 외부로 산란되는 방출광(202)이 도 4a에서 지향성 화살표로 도시되었다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 전역 모드 혼합기(220)의 일부 및 멀티빔 소자(232)를 포함하는 평면형 백라이트(200)의 일부의 단면도를 도시한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자(232)는 판 도광체(210)의 제 1 표면(210')에 있다. 또한, 제한이 아닌 예로서, 도 4b에 도시된 멀티빔 소자(232)는 복수의 회절 격자들을 포함한다. 판 도광체(210)의 제 1 표면(210')에 위치하는 경우, 복수의 회절 격자들 중 회절 격자는, 예를 들어 안내된 광의 일부를 제 1 표면(210')을 통해 방출광(202) 또는 지향성 광빔들로서 회절적으로 커플링 아웃시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자일 수 있다. 멀티빔 소자들(232)은 제 2 지향성 모드(예를 들어, 전술한 바와 같은 제 2 지향성 모드(102))로 안내된 광을, 보다 상세히 후술되는 바와 같은 멀티뷰 이미지의 뷰들의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 지향성 광빔들로서 또는 지향성 광빔들을 포함하는 방출광(202)로서, 판 도광체(210)로부터 우선적으로 산란시키도록 구성될 수 있다. 도 4b에 도시된 전역 모드 혼합기(220)의 일부는 판 도광체(210)의 세그먼트 전체의 하부 표면을 따라 연장되는 것으로 도시되었다. 이러한 예에 따른 전역 모드 혼합기(220)는 실질적으로 판 도광체(210)의 하부 표면의 전체 길이를 따라 연장될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 4c는 멀티빔 소자(232)와 동일한 판 도광체(210) 측에 배치된 모드 혼합 소자들(221)을 포함하는 전역 모드 혼합기(220)의 일부 및 회절 격자로서 형성된 멀티빔 소자(232)를 포함하는 평면형 백라이트(200)의 일부의 단면도를 도시한다. 이 예에서, 전역 모드 혼합기(220)는, 예를 들어 멀티빔 소자들(322)과 같은 이격된 산란 소자들 사이의 공간들에 분포되도록 배치된 모드 혼합 소자들(221)을 포함한다. 산란 구조물 및 전역 모드 혼합기의 요소들의 다른 구성들 및 배치들이, 예를 들어 도 5에 도시되고 후술되는 예들과 관련하여, 다른 부분에서 논의된다.
제 2 표면(210")에 위치하는 경우, 멀티빔 소자(232)를 구성하는 회절 격자는 예를 들어 반사 모드 회절 격자일 수 있다. 반사 모드 회절 격자로서, 회절 격자는 안내된 광의 일부를 회절시키고, 회절된 안내된 광의 일부가 제 1 표면(210')을 통해 회절적으로 커플링 아웃된 광빔들로서 빠져나가도록, 회절된 안내된 광의 일부를 제 1 표면(210')을 향해 반사시키도록 구성된다. 다른 실시 예들(미도시)에서, 회절 격자는 판 도광체(210)의 표면들 사이에 위치될 수 있으며, 예를 들어 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 둘 다로서 위치될 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 실시 예들에서, 커플링 아웃된 광빔들의 주 각도 방향들은, 커플링 아웃된 광빔들이 도광체의 표면에서 판 도광체(210)를 빠져나가는 것에 기인한 굴절 효과를 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, 도 4c는 제한이 아닌 예로서, 커플링 아웃된 광빔들이 제 1 표면(210')을 가로지를 때 굴절률의 변화에 기인한 방출광(202)의 커플링 아웃된 광빔들의 굴절(즉, 휨)을 도시한다.
일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자의 회절성 특징부들은 서로 이격된 홈들 및 융기들 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 홈들 또는 융기들은 판 도광체(210)의 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 판 도광체(210)의 표면 내에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 홈들 또는 융기들은 도광체의 재료와는 상이한 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 판 도광체(210)의 표면 상의 다른 재료의 층 또는 필름일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 회절 격자는 회절성 특징부 간격이 회절 격자 전체에 걸쳐 실질적으로 일정하거나 변하지 않는 균일한 회절 격자일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자는 처프된 회절 격자이다. 정의에 의하면, '처프된(chirped)' 회절 격자는 처프된 회절 격자의 범위(extent) 또는 길이에 걸쳐 변화하는 회절성 특징부들의 회절 간격(즉, 격자 피치)을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 일부 실시 예들에서, 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형적으로 변화하는 회절성 특징부 간격의 처프를 갖거나 이를 나타낼 수 있다. 이와 같이, 정의에 의하면, 처프된 회절 격자는 '선형적으로 처프된(linearly chirped)' 회절 격자이다. 다른 실시 예들에서, 처프된 회절 격자는 회절성 특징부 간격의 비-선형 처프를 나타낼 수 있다. 지수적 처프, 로그적 처프 또는 기타의 실질적으로 비-균일하거나 무작위적이지만 단조로운 방식으로 변화하는 처프를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 비-선형 처프들이 이용될 수 있다. 정현파 처프 또는 삼각형 또는 톱니 처프와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 비-단조(non-monotonic) 처프들도 이용될 수 있다. 이러한 유형의 처프들 중 임의의 조합도 이용될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 회절 격자들은 안내된 광(304)의 일부를 복수의 커플링 아웃된 광빔들(302)로서 커플링 아웃시키기 위해 다수의 상이한 구성들로 배열될 수 있다. 특히, 멀티빔 소자(232)의 복수의 회절 격자들은 도 5와 관련하여 보다 상세히 예시되는 바와 같이 제 1 회절 격자 및 제 2 회절 격자를 포함할 수 있다.
제 1 회절 격자는 복수의 산란된 또는 커플링 아웃된 광빔들 중 제 1 광빔을 방출광(202)으로서 제공하도록 구성되고, 제 2 회절 격자는 복수의 산란된 또는 커플링 아웃된 광빔들 중 제 2 광빔을 방출광(202)으로서 제공하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 1 및 제 2 광빔들은 상이한 주 각도 방향들을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 복수의 회절 격자들은 제 3 회절 격자, 제 4 회절 격자 등을 포함할 수 있고, 각각의 회절 격자는 상이한 커플링 아웃된 광빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 회절 격자들의 중 회절 격자들 중 하나 이상은 커플링 아웃된 광빔들 중 하나 이상을 제공할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따라 전역 모드 혼합 소자들(222)을 포함하는 산란 소자(231)의 평면도를 도시한다. 산란 소자(231)는 예를 들어, 제 1 산란 서브-소자(233a) 및 제 2 산란 서브-소자(233b)를 포함하는 복수의 산란 서브-소자들(233)을 포함할 수 있다. 복수의 산란 서브-소자들 중 산란 서브-소자들(233)은 판 도광체(210)의 표면(예를 들어, 표면들(210', 210") 상에 형성되거나, 판 도광체(210) 내에 배치될 수 있다. 특정 예들에 따르면, 산란 소자(231)는 멀티빔 소자일 수 있고, 멀티빔 소자는 복수의 회절 격자들을 포함할 수 있다. 산란 서브-소자들(233, 예를 들어, 233a 및 233b)은 서로 독립적이고 상이한 격자 특성들을 나타낼 수 있다. 산란 소자(231)의 크기(s)가 도 5에 도시되었으며, 산란 소자(231)의 경계는 파선으로 도시되었다. 산란 소자(231)가 복수의 회절 격자들을 포함하는 멀티빔 소자인 경우, 회절 격자들 각각은 전술한 특성들 중 하나 이상을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 회절 격자들의 회절 격자들 중 하나 이상은 처핑(chirping)될 수 있고, 다른 회절 격자들은 처핑되지 않을 수 있다.
산란 소자(231)는 복수의 산란 서브-소자들(233)을 가질 수 있으며, 또한 산란 서브-소자들이 없는 공간들을 포함할 수 있다. 전역 모드 혼합 소자들(222)은, 전역 모드 혼합기가 평면형 백라이트의 산란 소자들(231) 내에 적어도 부분적으로 배치되도록, 산란 서브-소자들이 없는 이러한 공간들 내에 배치될 수 있다. 산란 서브-소자들(233) 중 일부 또는 전부는 만곡된 회절성 특징부들을 가질 수 있다. 당업자는, 예를 들어 표면의, 표면 내의 또는 표면 상의 홈들, 융기들, 구멍들 및 돌출들을 포함하는 산란 서브-소자들을 정의하는 데 다양한 구조들이 이용될 수 있음을 인식할 것이다.
일부 실시 예들에 따르면, 산란 소자 내의 산란 서브-소자들(233)의 차등적인 밀도는, 각각의 상이한 산란 소자들(231)에 의해 커플링 아웃되는 방출광(202)의 복수의 지향성 광빔들의 상대적 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 산란 소자들(231)은 그 내에 산란 서브-소자들(233)의 상이한 밀도들을 가질 수 있고, 상이한 밀도들(즉, 산란 서브-소자들의 차등적인 밀도)은 복수의 커플링 아웃된 광빔들(예를 들어, 202)의 상대적 세기를 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 복수의 산란 서브-소자들(233) 내에 더 적은 산란 서브-소자들(233)을 갖는 산란 소자(231)는, 상대적으로 더 많은 산란 서브-소자들(233)을 갖는 다른 산란 소자(231)보다 더 작은 세기(또는 빔 밀도)를 갖는 복수의 커플링 아웃된 광빔들을 생성할 수 있다. 산란 서브-소자들(233)의 차등적인 밀도는 회절성 멀티빔 소자 내의 도 5에 도시된 전역 모드 혼합 소자들(222)에 대응되는 위치들과 같은 위치들을 이용하여 제공될 수 있다. 산란 소자(231)의 모든 영역이 산란 서브-소자(233) 또는 전역 모드 혼합 소자(222)에 의해 점유되는 것으로 도시되었지만, 산란 소자 내의 일부 공간들은 어떠한 구조들도 포함하지 않을 수 있음을 이해하여야 한다.
산란 소자 내의 산란 서브-소자들(233)의 차등적인 밀도는 산란 소자(231) 내에 소정의 개방 공간들을 남긴다. 전역 모드 혼합기는, 산란 소자 내의 차등적으로 이격된 산란 서브-소자들(233) 내의 개방 공간들의 일부 또는 전부가 개방된 채로 남겨지도록, 차등 간격 기술에 의해 남겨진 개방 공간들 내에 배치될 수 있다. 도 5는 전역 모드 혼합기가 산란 소자(231)의 산란 서브-소자들(233) 사이의 공간들에 배치된 일 예를 나타낸다.
다시 도 3a를 참조하면, 평면형 백라이트(200)는 광원(250)을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광원(250)은 판 도광체(210) 내에서 안내될 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 광원(250)은 판 도광체(210)의 입사 표면 또는 단부(입력 단부)에 인접하게 위치할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 광원(250)은 발광 다이오드(LED), 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드) 또는 이들의 조합을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광의 원천(예를 들어, 광학 방출기)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(250)은 특정한 색상으로 나타나는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색(monochromatic) 광을 생성하도록 구성된 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 단색 광의 색상은 특정한 색 공간 또는 색 모델(예를 들어, 적-녹-청(red-green-blue; RGB) 색 모델)의 원색일 수 있다. 다른 예들에서, 광원(250)은 실질적으로 광대역 또는 다색(polychromatic) 광을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(250)은 백색 광을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광원(250)은 광의 상이한 색상들을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 방출기들을 포함할 수 있다. 상이한 광학 방출기들은 광의 상이한 색상들 각각에 대응되는 안내된 광의 상이한, 색상별, 0이 아닌 전파 각도들을 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 산란 특징부 간격 및 기타의 산란 특성들(예를 들어, 돌출들, 구멍들, 격자들 등과 같은 산란 특징부들의 주기성)뿐만 아니라 안내된 광의 전파 방향에 대한 이러한 특징부들의 배향은 광의 상이한 색상들에 대응될 수 있다. 즉, 산란 소자(231)는 예를 들어, 안내된 광의 상이한 색상들에 맞춰질(tailored) 수 있는 복수의 산란 소자들 중 다양한 산란 소자들을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 광원(250)은 시준기를 더 포함할 수 있다. 시준기는 광원(250)의 광학 방출기들 중 하나 이상으로부터 실질적으로 비-시준된 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 시준기는 실질적으로 비-시준된 광을 시준된 광으로 변환하도록 더 구성된다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 시준기는 0이 아닌 전파 각도를 가지며 미리 결정된 시준 계수에 따라 시준되는 시준된 광을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 색상들의 광학 방출기들이 채용되는 경우, 시준기는 상이한 색상별 0이 아닌 전파 각도들 및 상이한 색상별 시준 계수들 중 하나 또는 둘 다를 갖는 시준된 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 시준기는, 전술한 바와 같이 안내된 광(204)으로서 전파되도록, 시준된 광빔을 판 도광체(210)에 전달하도록 더 구성된다.
일부 실시 예들에서, 평면형 백라이트(200)는 안내된 광(204)의 전파 방향에 직교하는(또는 실질적으로 직교하는) 판 도광체(210)를 통과하는 방향으로 광에 대해 실질적으로 투명하도록 구성된다. 특히, 일부 실시 예들에서, 판 도광체(210) 및 산란 구조물(230)의 이격된 산란 소자들(231)(예를 들어, 회절성 멀티빔 소자들)은, 제 1 표면(210') 및 제 2 표면(210") 모두를 통해 광이 판 도광체(210)를 통과할 수 있게끔 한다. 투명성은, 적어도 부분적으로, 산란 소자들(231)의 비교적 작은 크기 및 산란 구조물(230)의 비교적 큰 소자 간 간격(예를 들어, 멀티뷰 픽셀들(206)과 일대일 대응) 둘 다로 인해, 용이해질 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 산란 구조물(230)의 산란 소자들(231)은 도광체의 표면들(210', 210")에 직교하게 전파하는 광에 대해 실질적으로 투명할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 일부 실시 예들에 따르면, 멀티뷰 디스플레이가 제공된다. 멀티뷰 디스플레이는 변조된 광빔들을 멀티뷰 디스플레이의 픽셀들로서 방출하도록 구성된다. 방출되는 변조된 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다(본 명세서에서 '상이하게 지향된 광빔들'이라고도 함). 또한, 방출되는 변조된 광빔들은 멀티뷰 디스플레이의 복수의 시야 방향들을 향해 우선적으로 지향될 수 있다. 비-제한적인 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는 대응하는 개수의 뷰 방향들을 갖는 4x8 또는 8x8 뷰들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 멀티뷰 디스플레이는 3D 또는 멀티뷰 이미지를 제공하거나 '디스플레이'하도록 구성된다. 다양한 예들에 따르면, 변조된 상이하게 지향된 광빔들 중 상이한 각각은 멀티뷰 이미지와 관련된 상이한 뷰들의 개별 픽셀들에 대응될 수 있다. 예를 들어, 상이한 뷰들은 멀티뷰 디스플레이에 의해 디스플레이되는 멀티뷰 이미지 내에 정보의 '안경 불필요(glasses free)'(예를 들어, 오토스테레오스코픽(autostereoscopic)) 표현을 제공할 수 있다.
도 6은 본 명세서에 개시된 원리들에 일치되는 평면형 백라이트의 동작 방법의 흐름도를 도시한다. 평면형 백라이트의 동작 방법은 일반적으로 도광체(610)의 길이를 따라 광을 안내된 광으로서 안내하는 단계를 포함할 수 있다. 안내된 광은 적어도 제 1 지향성 모드 및 제 2 지향성 모드를 포함할 수 있다. 광이 도광체의 길이를 따라 안내됨에 따라, 제 1 지향성 모드로 안내되는 광의 일부는, 판 도광체의 길이를 따라 연장되는 전역 모드 혼합기를 이용하여 제 2 지향성 모드(620)의 광으로 변환된다. 평면형 백라이트의 동작 방법은 방출광을 제공하기 위해 산란 구조물을 이용하여 도광체(630) 외부로 광을 우선적으로 산란시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 산란 구조물은 제 2 지향성 모드로 전파되는 광을 도광체 외부로 우선적으로 산란시키도록 구성된다. 제 1 지향성 모드로 안내되는 광은, 제 2 지향성 모드로 안내되는 광의 각각의 수평 및 수직 성분들보다 더 큰 수평 성분 및 더 작은 수직 성분 중 하나 또는 둘 다를 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전역 모드 혼합기는, 제 1 지향성 모드의 안내된 광의 일부를, 안내된 광의 일부의 수평 성분을 감소시키는 것 및 안내된 광의 일부의 수직 성분을 증가시키는 것 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 제 2 지향성 모드의 안내된 광으로 변환한다.
평면형 백라이트의 동작 방법에서 이용됨에 따라, 전역 모드 혼합기는 회절 격자로서 구현될 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 회절 격자는 예를 들어 판 도광체와 같은 도광체의 길이를 따라 그리고 도광체의 폭에 걸쳐 연장될 수 있다. 이러한 경우, 회절 격자의 회절성 특징부들은 판 도광체의 길이를 따라 안내된 광의 전파 방향에 평행하게 정렬된다. 회절성 특징부들 대신에 또는 이들과 조합하여, 전역 모드 혼합기는 판 도광체의 길이를 따라 안내된 광의 전파 방향에 평행하게 정렬된 반사성 패싯을 갖는 반사성 소자를 이용하여 모드 혼합을 수행할 수 있다. 본 방법은 도광체의 길이를 따라 이격된 산란 소자들의 어레이를 포함하는 산란 구조물의 이용을 더 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 제 1 지향성 모드로부터 제 2 지향성 모드로의 광의 변환은, 산란 소자의 이격된 산란 소자들 사이에 배치된 전역 모드 혼합기를 이용하여 수행될 수 있다.
예시적인 방법들의 다른 양상들은 멀티빔 소자들의 어레이를 포함하는 산란 구조물의 이용을 포함한다. 멀티빔 소자들 각각은 제 2 지향성 모드의 안내된 광을 멀티뷰 이미지의 뷰들의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 도광체로부터 산란시킬 수 있고, 평면형 백라이트의 동작 방법은 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 방출광의 지향성 광빔들을 변조하는 단계를 더 포함한다.
Claims (22)
- 평면형 백라이트로서,
판 도광체의 길이를 따라 광을 안내하도록 구성된 상기 판 도광체;
상기 판 도광체의 길이를 따라 연장되는 전역 모드 혼합기 - 상기 전역 모드 혼합기는 제 1 지향성 모드로 안내되는 광의 일부를 제 2 지향성 모드로 안내되는 광으로 변환하도록 구성됨 -; 및
상기 제 2 지향성 모드로 안내되는 광을 방출광으로서 상기 판 도광체로부터 우선적으로 산란시키도록 구성된 산란 구조물;
을 포함하되,
상기 제 1 지향성 모드로 안내되는 광은, 상기 제 2 지향성 모드로 안내되는 광의 각각의 수평 및 수직 성분들보다 더 큰 수평 성분 및 더 작은 수직 성분 중 하나 또는 둘 다를 갖는,
평면형 백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 제 1 지향성 모드의 안내되는 광의 일부를, 상기 안내되는 광의 일부의 수평 성분을 감소시키는 것 및 상기 안내되는 광의 일부의 수직 성분을 증가시키는 것 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 상기 제 2 지향성 모드의 안내되는 광으로 변환하도록 구성되는,
평면형 백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 판 도광체의 표면 상에 배치되는,
평면형 백라이트.
- 제 3 항에 있어서,
상기 산란 구조물은 상기 전역 모드 혼합기가 배치되는 표면에 대향되는 상기 판 도광체의 표면 상에 배치되는,
평면형 백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 판 도광체의 폭에 걸쳐 그리고 상기 판 도광체의 길이를 따라 연장되는 회절 격자를 포함하고,
상기 회절 격자의 회절성 특징부들은 상기 판 도광체의 길이를 따라 상기 안내되는 광의 전파 방향에 평행하게 정렬되는,
평면형 백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 판 도광체의 길이를 따라 상기 안내되는 광의 전파 방향에 평행하게 정렬된 반사성 패싯(reflective facet)을 갖는 반사성 소자를 포함하는,
평면형 백라이트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 산란 구조물은 상기 판 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 산란 소자들의 어레이를 포함하고,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 산란 소자 어레이의 이격된 산란 소자들 사이에 분포되는,
평면형 백라이트.
- 제 7 항에 있어서,
상기 산란 소자 어레이의 산란 소자는 복수의 산란 서브-소자들을 포함하고,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 복수의 산란 서브-소자들 중 산란 서브-소자들 사이에서 상기 산란 소자 내에 더 분포되는,
평면형 백라이트.
- 제 7 항에 있어서,
상기 산란 소자 어레이의 산란 소자들은 멀티빔 소자들을 포함하고,
각각의 멀티빔 소자는 상기 제 2 지향성 모드의 안내되는 광을, 멀티뷰 이미지의 뷰들의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서, 상기 도광체로부터 산란시키도록 구성되는,
평면형 백라이트.
- 제 9 항에 있어서,
각각의 멀티빔 소자는 회절 격자, 마이크로 반사성 소자 및 마이크로 굴절성 소자 중 하나 이상을 포함하는,
평면형 백라이트.
- 제 9 항의 평면형 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이로서,
상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 상기 방출광의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하고,
상기 멀티빔 소자들은 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기의 25% 내지 200% 사이의 크기를 갖는,
멀티뷰 디스플레이.
- 멀티뷰 백라이트로서,
광을 안내하도록 구성된 판 도광체;
상기 판 도광체의 길이를 따라 배치된 멀티빔 소자들의 어레이 - 각각의 멀티빔 소자는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들의 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 상기 도광체 외부로 산란시키도록 구성됨 -; 및
상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들 사이에 분포된 전역 모드 혼합기 - 상기 전역 모드 혼합기는 제 1 지향성 모드에 따라 안내되는 광을 제 2 지향성 모드에 따라 안내되는 광으로 변환하도록 구성됨 -;
를 포함하되,
각각의 멀티빔 소자는 상기 제 1 지향성 모드에 따라 안내되는 광에 비해 상기 제 2 지향성 모드에 따라 안내되는 광을 우선적으로 산란시키도록 구성되는,
멀티뷰 백라이트.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 지향성 모드에 따라 안내되는 광은,
상기 제 2 지향성 모드에 따라 안내되는 광의 수평 성분보다 더 큰 수평 성분; 및
상기 제 2 지향성 모드에 따라 안내되는 광의 수직 성분보다 더 작은 수직 성분;
중 하나 또는 둘 다를 갖는 광을 포함하고,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 제 1 지향성 모드에 따라 안내되는 광을, 광의 수평 성분을 감소시키는 것 및 광의 수직 성분을 증가시키는 것 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 상기 제 2 지향성 모드에 따라 안내되는 광으로 변환하도록 구성되는,
멀티뷰 백라이트.
- 제 12 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 판 도광체의 표면 상에 배치되고,
상기 멀티빔 소자 어레이는 상기 전역 모드 혼합기가 배치되는 표면에 인접하게 배치되는,
멀티뷰 백라이트.
- 제 12 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들 사이에서 상기 판 도광체의 폭에 걸쳐 그리고 상기 판 도광체의 길이를 따라 연장되는 회절 격자를 포함하고,
상기 회절 격자의 회절성 특징부들은 상기 판 도광체의 길이를 따라 상기 안내되는 광의 전파 방향에 평행하게 정렬되는,
멀티뷰 백라이트.
- 제 12 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 판 도광체의 길이를 따라 상기 안내되는 광의 전파 방향에 평행하게 정렬된 반사성 패싯을 갖는 굴절성 소자 및 반사성 소자 중 하나 또는 둘 다를 포함하고,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 멀티빔 소자 어레이의 멀티빔 소자들 사이에서 상기 판 도광체의 폭에 걸쳐 그리고 상기 판 도광체의 길이를 따라 연장되는,
멀티뷰 백라이트.
- 제 12 항의 멀티뷰 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이로서,
상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 상기 방출광의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성된 광 밸브들의 어레이를 더 포함하고,
상기 멀티빔 소자들은 상기 광 밸브 어레이의 광 밸브의 크기의 25% 내지 200% 사이의 크기를 갖는,
멀티뷰 디스플레이.
- 평면형 백라이트의 동작 방법으로서,
판 도광체의 길이를 따라 전파 방향으로 광을 안내하는 단계;
상기 판 도광체의 길이를 따라 연장되는 전역 모드 혼합기를 이용하여, 제 1 지향성 모드로 안내되는 광의 일부를 제 2 지향성 모드로 안내되는 광으로 변환하는 단계; 및
방출광을 제공하기 위해 산란 구조물을 이용하여 광을 상기 도광체 외부로 산란시키는 단계 - 상기 산란 구조물은 상기 제 2 지향성 모드로 안내되는 광을 우선적으로 산란시킴 -;
를 포함하되,
상기 제 1 지향성 모드로 안내되는 광은 상기 제 2 지향성 모드로 안내되는 광의 각각의 수평 및 수직 성분들보다 더 큰 수평 성분 및 더 작은 수직 성분 중 하나 또는 둘 다를 갖는,
평면형 백라이트의 동작 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 제 1 지향성 모드의 안내되는 광의 일부를, 상기 안내되는 광의 일부의 수평 성분을 감소시키는 것 및 상기 안내되는 광의 일부의 수직 성분을 증가시키는 것 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 상기 제 2 지향성 모드의 안내되는 광으로 변환하는,
평면형 백라이트의 동작 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 전역 모드 혼합기는,
상기 판 도광체의 폭에 걸쳐 그리고 상기 판 도광체의 길이를 따라 연장되는 회절 격자 - 상기 회절 격자의 회절성 특징부들은 상기 판 도광체의 길이를 따라 상기 안내되는 광의 전파 방향에 평행하게 정렬됨 -; 및
상기 판 도광체의 길이를 따라 상기 안내되는 광의 전파 방향에 평행하게 정렬된 반사성 패싯을 갖는 반사성 소자;
중 하나 또는 둘 다를 포함하는,
평면형 백라이트의 동작 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 산란 구조물은 상기 판 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 산란 소자들의 어레이를 포함하고,
상기 전역 모드 혼합기는 상기 산란 소자 어레이의 이격된 산란 소자들 사이에 분포되는,
평면형 백라이트의 동작 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 산란 구조물은 멀티빔 소자들의 어레이를 포함하고,
각각의 멀티빔 소자는 상기 제 2 지향성 모드의 안내되는 광을, 멀티뷰 이미지의 뷰들의 뷰 방향들에 대응되는 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 상기 도광체로부터 산란시키며,
상기 평면형 백라이트의 동작 방법은 상기 멀티뷰 이미지를 제공하기 위해 상기 방출광의 지향성 광빔들을 변조하는 단계를 더 포함하는,
평면형 백라이트의 동작 방법.
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