KR102262227B1 - 지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 방법 - Google Patents

지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 방법 Download PDF

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Abstract

지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 지향성 백라이트 동작 방법은 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖는 회절 격자에 의해 집합적으로 산란된 방출광을 제공하기 위해 회절 격자를 채용한다. 지향성 백라이트는 복수의 안내된 광빔을 안내하도록 구성된 광 가이드 및 상이한 방사상 방향을 갖는 복수의 안내된 광빔을 제공하도록 구성된 광원을 포함한다. 지향성 백라이트는 광 가이드 표면에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖는 방출광으로서 복수의 안내된 광빔의 안내된 광빔의 일부를 산란시키도록 구성된 회절 격자 어레이를 더 포함한다. 백라이트 디스플레이는 디스플레이된 이미지를 제공하기 위해 방출광을 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이를 더 포함한다.

Description

지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 방법
관련출원에 대한 상호참조
이 출원은 전체 내용을 본원에 참조로 포함하는 2017년 3월 25일에 출원된 미국 가특허 출원번호 62/476,781에 대한 우선권을 주장한다.
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
디스플레이 및 특히 '전자' 디스플레이는 다양한 디바이스 및 제품의 사용자에게 정보를 통신하기 위한 거의 유비쿼터스적인 매체이다. 예를 들어, 전자 디스플레이는 모바일 전화(예를 들어, 스마트 폰), 시계, 태블릿 컴퓨터, 모바일 컴퓨터(예를 들어, 랩톱 컴퓨터), 개인용 컴퓨터 및 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이 콘솔, 카메라 디스플레이, 및 실질적으로 비-모바일 뿐만 아니라 다양한 다른 모바일 디스플레이 응용 및 디바이스를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 디바이스 및 응용에서 발견될 수 있다. 전자 디스플레이는 일반적으로 통신되고 있는 이미지 또는 유사한 정보를 나타내거나 디스플레이하기 위해 픽셀 세기의 차동 패턴을 채용한다. 차동 픽셀 세기 패턴은 수동 전자 디스플레이의 경우에서와 같이 디스플레이에 입사되는 광을 반사함으로써 제공될 수 있다. 대안적으로, 전자 디스플레이는 차동 픽셀 세기 패턴을 제공하기 위해 광을 제공하거나 방출할 수 있다. 광을 방출하는 전자 디스플레이를 종종 능동 디스플레이라고 한다.
본 발명은 지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지향성 백라이트는 광빔들을 안내하도록 구성된 광 가이드;
상기 광 가이드 내에서 서로 다른 방사상 방향들을 갖는 복수의 안내된 광빔들을 제공하도록 구성된 광원; 및
상기 광 가이드의 표면 상에서 서로 이격된 회절 격자 어레이로서, 상기 회절 격자 어레이의 회절 격자는 세기, 주 각도 방향, 및 각도 스프레드를 갖는 방출광으로서 복수의 상기 안내된 광빔들의 안내된 광빔의 일부를 산란하도록 구성된, 상기 회절 격자 어레이를 포함하고,
상기 회절 격자 어레이의 회절 격자들에 의해 집합적으로 산란된 방출광은 상기 광 가이드 표면에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖도록 구성된다.
본 발명은 지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 방법을 제공하는 효과가 있다.
본원에 설명된 원리에 따른 예 및 실시예의 다양한 특징들은 동일한 도면 부호가 동일한 구조적 요소를 나타내는 첨부된 도면에 도시된 예와 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 멀티뷰 디스플레이의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응하는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔의 각도 성분의 그래픽 표현을 도시한다.
도 2a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 2b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 경사진 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 3a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 3b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트의 일부의 단면도를 도시한다.
도 3c는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트의 일부의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 또 다른 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트의 일부의 평면도를 도시한다.
도 5는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 한쌍의 회절 격자의 평면도를 도시한다.
도 6은 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 7a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 의사 반사 완화를 포함하는 지향성 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 7b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 또 다른 실시예에 따라, 예에서 의사 반사 완화를 포함하는 지향성 백라이트의 평면도를 도시한다.
도 8은 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 백라이트 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 9는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트 동작의 방법의 흐름도를 도시한다.
어떤 예 및 실시예는 위에 언급된 도면에 도시된 특징에 추가되거나 대신에 포함되는 다른 특징들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 특징은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본원에 설명된 원리에 따른 예 및 실시예는 이미지를 디스플레이하기 위해 지향성 백라이팅을 사용하는 백라이트 디스플레이 뿐만 아니라 지향성 백라이팅을 제공한다. 특히, 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예는 지향성 백라이트의 범위에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖는 광을 방출하도록 구성된 지향성 백라이트를 제공한다. 또한, 일부 실시예에 따라, 제공된 지향성 백라이트는 비콜리메이트된 또는 실질적으로 비콜리메이트된 조명을 채용할 수 있다. 다양한 실시예에서, 지향성 백라이트는 회절 산란에 의해 방출광을 제공하기 위해 회절 산란을 채용한다. 회절 격자의 특징은 방출광의 주 각도 방향 뿐만 아니라 세기 및 각도 스프레드를 결정하도록 구성된다. 회절 격자 특징은 회절 격자에 의해 집합적으로 산란된 방출광의 균일한 세기 및 각도 스프레드를 제공하기 위해 회절 격자의 위치의 함수로서 변화된다. 방출광의 균일한 세기 및 각도 스프레드는 예를 들어 광범위한 뷰포인트에 대해 균일한 밝기를 갖는 백라이트 디스플레이를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 지향성 백라이트를 채용하는 백라이트 디스플레이는 2차원(2D) 디스플레이일 수 있고 디스플레이된 이미지는 2D 이미지이다. 다른 실시예에서, 백라이트 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이일 수 있고 디스플레이된 이미지는 멀티뷰 이미지이다. 백라이트 디스플레이가 멀티뷰 디스플레이일 때, 방출광은 멀티뷰 이미지의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응하는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔을 포함할 수 있다.
여기서, '2차원 디스플레이' 또는 '2D 디스플레이'는 이미지가 보여지는(즉, 기정의된 뷰 각도 또는 2D 디스플레이의 범위 내에서) 방향에 관계없이 실질적으로 동일한 이미지의 뷰를 제공하도록 구성된 디스플레이로서 정의된다. 스마트 폰 및 컴퓨터 모니터에서 볼 수 있는 종래의 액정 디스플레이(LCD)가 2D 디스플레이의 예이다. 본원에서 대조적으로, '멀티뷰 디스플레이'는 상이한 뷰 방향에서 또는 이로부터 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 특히, 상이한 뷰는 멀티뷰 이미지의 장면 또는 객체의 상이한 사시적 뷰를 나타낼 수 있다. 본원에 기술된 지향성 백라이트 및 백라이트 디스플레이의 사용은 모바일 전화(예를 들어, 스마트 폰), 시계, 태블릿 컴퓨터, 모바일 컴퓨터(예를 들어, 랩톱 컴퓨터), 개인용 컴퓨터 및 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이 콘솔, 카메라 디스플레이, 및 실질적으로 비-모바일 뿐만 아니라 다양한 다른 모바일 디스플레이 응용 및 디바이스를 포함하는데, 그러나 이에 제한되지 않는다.
도 1a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 멀티뷰 디스플레이(10)의 사시도를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 디스플레이(10)는 보여질 멀티뷰 이미지를 디스플레이하기 위한 스크린(12)을 포함한다. 스크린(12)은, 예를 들어, 전화(예를 들어, 모바일 전화, 스마트 폰, 등), 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터의 컴퓨터 모니터, 카메라 디스플레이, 또는 실질적으로 임의의 다른 디바이스의 전자 디스플레이의 디스플레이 스크린일 수 있다.
멀티뷰 디스플레이(10)는 스크린(12)에 대해 상이한 뷰 방향(16)으로 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰(14)를 제공한다. 뷰 방향(16)은 다양한 상이한 주 각도 방향으로 스크린(12)으로부터 연장하는 화살표로서 도시되었는데; 상이한 뷰(14)는 화살표의 말미에 음영 다각형 박스로서 도시되었고(즉, 뷰 방향(16)을 묘사하는); 모두가 제한이 아닌 예로서, 4개의 뷰(14)와 4개의 뷰 방향(16)만이 도시되었다. 상이한 뷰(14)가 스크린 위에 있는 것으로서 도 1a에 도시되어 있지만, 멀티뷰 이미지가 멀티뷰 디스플레이(10) 상에 디스플레이될 때 뷰(14)는 실제로 스크린(12) 상에 또는 그 근처에 나타나는 것에 유의한다. 스크린(12) 상에 뷰(14)를 도시한 것은 단지 설명의 단순화를 위한 것이며, 특정 뷰(14)에 대응하는 뷰 방향(16) 각각으로부터 멀티뷰 디스플레이(10)를 보는 것을 나타내려 한 것이다. 2D 디스플레이는 2D 디스플레이가 일반적으로 멀티뷰 디스플레이(10)에 의해 제공되는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰(14)와는 반대로 디스플레이되는 이미지의 단일 뷰(예를 들어, 뷰(14)와 유사한 하나의 뷰)를 제공하도록 구성되는 것을 제외하고, 멀티뷰 디스플레이(10)와 실질적으로 유사할 수 있다.
뷰 방향 또는 등가적으로 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향에 대응하는 방향을 갖는 광빔은 일반적으로 본원의 정의에 의해 각도 성분 {θ, φ}에 의해 주어진 주 각도 방향을 갖는다. 각도 성분(θ)은 본원에서 광빔의 '고도 성분' 또는 '앙각'이라고 지칭된다. 각도 성분(φ)은 광빔의 '어지무스 성분' 또는 '어지무스 각'이라 지칭된다. 정의에 의해, 앙각(θ)은 수직면(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이의 스크린 평면에 수직한)에서의 각도이고, 어지무스 각(φ)은 수평면에서의 각이다(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이의 스크린의 평면에 평행한).
도 1b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 멀티뷰 디스플레이의 뷰 방향(예를 들어, 도 1a에서 뷰 방향(18))에 대응하는 특정 주 각도 방향을 갖는 광빔(20)의 각도 성분 {θ, φ}의 그래픽 표현이다. 또한, 광빔(20)은 본원에서 정의에 의해 특정 점으로부터 방출되거나 나온다. 즉, 정의에 의해, 광빔(20)은 멀티뷰 디스플레이 내의 특정 원점과 연관된 중심 광선을 갖는다. 도 1b는 또한 광빔(또는 뷰 방향)의 원점(O)을 도시한다.
또한, 본원에서, '멀티뷰 이미지' 및 '멀티뷰 디스플레이'라는 용어에서 사용되는 '멀티뷰'라는 용어는 상이한 퍼스펙티브를 나타내는 또는 복수의 뷰의 뷰들 사이의 각도 디스패리티를 포함하는 복수의 뷰로서 정의된다. 또한, 본원에 정의에 의해, 본원에서 '멀티뷰'라는 용어는 명시적으로 2개 이상의 상이한 뷰(즉, 최소 3개의 뷰 및 일반적으로 3개 이상의 뷰)를 포함한다. 따라서, 본원에서 채용되는 '멀티뷰 디스플레이'는 장면 또는 이미지를 나타내기 위해 2개의 상이한 뷰만을 포함하는 스테레오스코픽 디스플레이와는 명백하게 구별된다. 그러나, 멀티뷰 이미지 및 멀티뷰 디스플레이는 2개 이상의 뷰를 포함하지만, 본원에 정의에 의해, 멀티뷰 이미지는 동시에 보기 위해 멀티뷰 뷰중 2개만을 선택함으로써(즉, 눈마다 하나의 뷰) 스테레오스코픽 이미지 쌍으로서 보여질 수 있는 것에(즉, 멀티뷰 디스플레이 상에) 유의한다.
'멀티뷰 픽셀'은 멀티뷰 디스플레이의 복수의 상이한 뷰들의 각 뷰 내 '뷰'를 나타내는 픽셀 세트로서 본원에서 정의된다. 특히, 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들 각각에서 뷰 픽셀에 대응하거나 이를 나타내는 개개의 픽셀을 가질 수 있다. 또한, 멀티뷰 픽셀의 픽셀은 본원에 정의에 의해, 각 픽셀이 상이한 뷰 중 대응하는 것의 소정의 뷰 방향과 관련된 점에서 소위 '지향성 픽셀'이다. 또한, 다양한 예 및 실시예에 따라, 멀티뷰 픽셀의 픽셀로 나타내어지는 상이한 뷰 픽셀은 상이한 뷰들 각각에서 등가의 또는 적어도 실질적으로 유사한 위치 또는 좌표를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 멀티뷰 픽셀은 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰 각각에서 {x1, y1}에 위치된 뷰 픽셀에 대응하는 개별 뷰 픽셀을 가질 수 있는 반면, 제2 멀티뷰 픽셀은 상이한 뷰 각각에서 {x2, y2}에 위치된 뷰 픽셀에 대응하는 개별 뷰 픽셀을 가질 수 있다, 등등.
일부 실시예에서, 멀티뷰 픽셀의 뷰 픽셀 수는 멀티뷰 디스플레이의 뷰의 수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 멀티뷰 픽셀은 8개의 상이한 뷰를 갖는 멀티뷰 디스플레이와 연관하여 8개의 뷰 픽셀을 제공할 수 있다. 대안적으로, 멀티뷰 픽셀은 64개의 상이한 뷰를 갖는 멀티뷰 디스플레이와 관련된 64개의 뷰 픽셀을 제공할 수 있다. 또 다른 예에서, 멀티뷰 디스플레이는 8 x 4 뷰 어레이(즉, 32 뷰)를 제공할 수 있고, 멀티뷰 픽셀은 32 뷰 픽셀(즉, 각각의 뷰에 대해 하나)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에 따라, 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀 수는 멀티뷰 디스플레이의 선택된 뷰로 구성되는 픽셀 수와 실질적으로 동일할 수 있다.
본원에서, '광 가이드'는 전반사를 이용하여 구조 내에서 광을 안내하는 구조로서 정의된다. 특히, 광 가이드는 광 가이드의 동작 파장에 실질적으로 투명한 코어를 포함할 수 있다. 여러 예에서, 용어 '광 가이드'는 일반적으로 광 가이드의 유전체 재료와 이 광 가이드를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 계면에서 광을 안내하기 위해 전반사를 채용하는 유전체 광학 웨이브가이드를 지칭한다. 정의에 의해, 전반사에 대한 조건은 광 가이드의 굴절률이 광 가이드 재료의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 크다는 것이다. 일부 실시예에서, 광 가이드는 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 추가적으로 또는 대신에 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 예를 들어 반사 코팅일 수 있다. 광 가이드는 플레이트 또는 슬랩 가이드 및 스트립 가이드 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 몇몇의 광 가이드 중 임의의 것일 수 있다.
또한 본원에서, '플레이트 광 가이드'에서와 같이 광 가이드에 적용될 때 '플레이트'라는 용어는 종종 '슬랩' 가이드라고 불리는 조각식 또는 차등적인 평면층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 광 가이드의 상면 및 하면(즉, 서로 대향하는 표면들)에 의해 경계된 2개의 실질적으로 직교하는 방향으로 광을 안내하도록 구성된 광 가이드로서 정의된다. 또한, 본원의 정의에 의해, 상면 및 하면은 모두 서로 분리되어 있고, 적어도 차등 감각으로 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 플레이트 광 가이드의 임의의 차등적으로 작은 섹션 내에서, 상면 및 하면은 실질적으로 평행 또는 공면이다.
일부 실시예에서, 플레이트 광 가이드는 실질적으로 편평할 수 있고(즉, 평면에 국한된다), 따라서 플레이트 광 가이드는 평면 광 가이드이다. 다른 실시예에서, 플레이트 광 가이드는 1차원 또는 직교하는 2차원에서 만곡될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드는 단일 차원에서 만곡되어 원통 형상 플레이트 광 가이드를 형성할 수 있다. 그러나, 임의의 곡률은 전반사가 광을 안내하기 위해 플레이트 광 가이드 내에 유지되는 것을 보장하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
본원에서, '회절 격자'는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 피처(즉, 회절 피처)로서 일반적으로 정의된다. 일부 예에서, 복수의 피처는 피처 쌍들 사이에 하나 이상의 격자 간격을 갖는 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(ID) 어레이로 배열된 복수의 피처(예를 들어, 재료 표면 내 복수의 홈 또는 리지)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 피처의 2차원(2D) 어레이일 수 있다. 회절 격자는 예를 들어, 재료 표면 상의 범프 또는 표면 내 홀의 2D 어레이일 수 있다. 다양한 실시예 및 예에 따라, 회절 격자는 회절 격자에 의해 회절될 광의 파장보다 작은 인접한 회절 피처 사이의 격자 간격 또는 거리를 갖는 서브-파장 격자일 수 있다.
이와 같이, 본원에 정의에 의해, '회절 격자'는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 광이 광 가이드로부터 회절 격자에 입사한다면, 제공된 회절 또는 회절 산란은 회절 격자가 회절에 의해 광 가이드로부터 광을 커플링-아웃할 수 있는 점에서 '회절 결합'을 초래할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절(즉, 회절 각)에 의해 광의 각도를 재지향시키거나 변화시킨다. 특히, 회절 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광은 일반적으로 회절 격자에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 다른 전파 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전파 방향의 변화를 본원에서 '회절 재지향'이라 한다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 피처를 포함하는 구조인 것으로 이해될 수 있으며, 광이 광 가이드로부터 입사한다면, 회절 격자는 또한 광 가이드로부터의 광을 회절적으로 커플링-아웃할 수 있다.
또한, 본원의 정의에 의해, 회절 격자의 피처는 '회절 피처'라 지칭되며, 재표 표면(즉, 2개의 재료 사이의 경계)에, 내, 위에 중 하나 이상일 수 있다. 표면은 예를 들면, 광 가이드의 표면일 수 있다. 회절 피처는 표면에, 내 및 위에 홈, 리지, 홀 및 범프 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면에 복수의 실질적으로 평행한 홈을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 리지를 포함할 수 있다. 회절 피처(예를 들면, 홈, 리지, 홀, 범프, 등)는 정현파 프로파일, 직사각형 프로파일(예를 들면 바이너리 회절 격자), 삼각형 프로파일, 및 톱니 프로파일(예를 들면 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 회절을 제공하는 임의의 다양한 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다.
아래에 더 설명되는 바와 같이, 본원에서 회절 격자는 피처 간격 또는 피치, 방위 및 크기(예를 들어, 회절 격자의 폭 또는 길이) 중 하나 이상을 포함하는 격자 특징을 가질 수 있다. 또한, 격자 특징은 회절 격자에 광빔의 입사각, 광원으로부터 회절 격자의 거리 또는 둘 모두의 함수가 되게 선택되거나 고를 수 있다. 특히, 일부 실시예에 따라, 회절 격자의 격자 특징은 광원의 상대적 위치 및 회절 격자의 위치에 의존하도록 선택될 수 있다.
본원에 설명된 다양한 예에 따라, 회절 격자(예를 들어, 후술하는 바와 같이, 멀티뷰 픽셀의 회절 격자)는 광빔으로서 광 가이드(예를 들어, 플레이트 광 가이드)로부터 광을 회절적으로 산란시키거나 커플링-아웃하기 위해 채용될 수 있다. 특히, 국부적으로 주기적인 회절 격자의 혹은 이에 의해 제공되는 회절 각(θm)은 식(l)에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112019089359110-pct00001
(1)
λ는 광의 파장, m은 회절 차수, n은 광 가이드의 굴절률, d는 회절 격자의 피처들 사이의 거리 또는 간격, θi는 회절 격자에 광의 입사각이다. 간략화를 위해, 식(1)은 회절 격자가 광 가이드의 표면에 인접하고 광 가이드 밖의 재료의 굴절률이 1(즉, nout=1)인 것으로 가정한다. 일반적으로, 회절 차수 m은 정수로 주어진다. 회절 격자에 의해 생성된 광빔의 회절 각(θm)은 회절 차수가 양(예를 들어, m>0)인 식(1)에 의해 주어질 수 있다. 예를 들어, 회절 차수 m이 1(즉, m=1)일 때 1차 회절이 제공된다.
도 2a는 본원에 설명된 원리에 일관된 실시예에 따라, 예에서 회절 격자(30)의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 회절 격자(30)는 광 가이드(40)의 표면 상에 위치될 수 있다. 또한, 도 2a는 입사각(θi)로 회절 격자(30)에 입사하는 광빔(50)을 도시한다. 입사 광빔(50)은 광 가이드(40) 내에서 안내된 광빔(즉, 안내된 광빔)일 수 있다. 또한 도 2a에는 입사 광빔(50)의 회절의 결과로서 회절 격자(30)에 의해 회절적으로 생성 및 커플링-아웃된 지향성 광빔(60)이 도시되었다. 지향성 광빔(60)은 식(1)에 의해 주어진 바와 같이 회절 각(θm)(또는 본원에서 '주 각도 방향')을 갖는다. 회절 각(θm)은 예를 들어 회절 격자(30)의 회절 차수 'm', 예를 들어 회절 차수 m=1(즉, 제1 회절 차수)에 대응할 수 있다.
본원에서 정의에 의해, '경사진' 회절 격자는 회절 격자의 표면의 표면 법선에 대해 경사 각을 갖는 회절 피처를 갖는 회절 격자이다. 다양한 실시예에 따라, 경사진 회절 격자는 입사광의 회절에 의해 일방성 산란을 제공할 수 있다.
도 2b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 경사진 회절 격자(80)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 경사진 회절 격자(80)는 도 2a에 도시된 회절 격자(30)와 유사하게, 광 가이드(40)의 표면에 위치된 바이너리 회절 격자이다. 그러나, 도 2b에 도시된 경사진 회절 격자(80)는 도시된 바와 같이 격자 높이, 깊이 또는 두께(t)와 함께 표면 법선(점선으로 도시 됨)에 대하여 경사 각(γ)을 갖는 회절 피처(82)를 포함한다. 경사진 회절 격자(80)에 의한 입사 광빔(50)의 일방성 회절 산란을 나타내는 입사 광빔(50) 및 지향성 광빔(60)이 또한 도시되었다. 경사진 회절 격자(80)에 의한 2차 방향으로의 광의 회절 산란은, 다양한 예에 따라, 일방성 회절 산란에 의해 억제되는 것에 유의한다. 도 2b에서, '가위표' 점선 화살표(90)는 경사진 회절 격자(80)에 의해 2차 방향으로의 억제된 회절 산란을 나타낸다.
다양한 실시예에 따라, 회절 피처(82)의 경사 각(γ)은 2차 방향으로의 회절 산란이 억제되는 정도를 포함하는 경사진 회절 격자(80)의 일방성 회절 특징을 제어하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 경사 각(γ)은 약 20°내지 약 60°또는 약 30°내지 약 50° 또는 약 40°내지 약 55°사이에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 경사진 회절 격자(80)에 의해 제공된 일방성 방향과 비교할 때, 약 30°- 50°범위의 경사 각(γ)은 2차 방향으로의 회절 산란의 약 40배(40x)보다 나은 억제를 제공할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 회절 피처(82)의 두께(t)는 약 100 나노미터(100nm) 내지 약 400 나노미터(400nm) 사이일 수 있다. 예를 들어, 두께(t)는 약 300nm 내지 약 500 나노미터(500nm) 범위의 격자 주기성(p)에 대해 약 150 나노미터(150nm) 내지 약 300 나노미터(300nm) 사이일 수 있다.
본원에서 정의에 의해, '멀티빔 요소'는 복수의 광빔을 포함하는 광을 생성하는 백라이트 또는 디스플레이의 구조 또는 요소이다. '확산' 멀티빔 요소는, 정의에 의해, 회절 커플링에 의해 또는 회절 커플링을 사용하여 복수의 광빔을 생성하는 멀티빔 요소이다. 특히, 일부 실시예에서, 회절 멀티빔 요소는 광 가이드에 안내된 광의 일부를 회절적으로 커플링 아웃함으로써 복수의 광빔을 제공하기 위해 백라이트의 광 가이드에 광학적으로 결합될 수 있다. 또한, 본원에서 정의에 의해, 회절 멀티빔 요소는 멀티빔 요소의 경계 또는 범위 내에 복수의 회절 격자를 포함한다. 멀티빔 요소에 의해 생성된 복수의 광빔(또는 '복수 광빔')의 광빔은, 본원에서 정의에 의해, 서로 다른 주 각도 방향을 갖는다. 특히, 정의에 의해, 복수 광빔의 한 광빔은 복수 광빔의 또 다른 한 광빔과는 다른 소정의 주 각도 방향을 갖는다. 다양한 실시예에 따라, 회절 멀티빔 요소의 회절 격자에서 회절 피처의 간격 또는 격자 피치는 서브-파장(즉, 안내된 광의 파장 미만)일 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 복수 광빔은 광 필드를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수 광빔은 공간의 실질적으로 원뿔형 영역으로 국한될 수 있거나 복수 광빔의 광빔들의 상이한 주 각도 방향을 포함하는 소정의 각도 스프레드를 가질 수 있다. 따라서, 조합하여 광빔(즉, 복수 광빔)의 소정의 각도 스프레드는 광 필드를 나타낼 수 있다.
본원에서, '콜리메이트된 광' 또는 '콜리메이트된 광빔'은 일반적으로 광빔의 광선이 광빔 내 실질적으로 서로 평행한 광빔(예를 들어, 광 가이드에서의 안내된 광)으로 정의된다. 또한, 콜리메이트된 광빔으로부터 발산되거나 산란된 광선은, 본원에서 정의에 의해, 콜리메이트된 광빔의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 또한, 본원에서 '콜리메이터'는 광을 콜리메이트하도록 구성된 실질적으로 임의의 광학 디바이스 또는 장치로서 정의된다.
본원에서, '콜리메이트 팩터'는 광이 콜리메이트되는 정도로서 정의된다. 특히, 콜리메이트 팩터는, 본원에 정의에 의해, 콜리메이트된 광빔 내에서 광선의 각도 스프레드를 정의한다. 예를 들어, 콜리메이트 팩터(σ)는 콜리메이트된 광빔의 대부분의 광선이 특정한 각도 스프레드(예를 들어, 콜리메이트된 광빔의 중심 또는 주 각도 방향에 대해 +/- σ) 내에 있음을 명시할 수 있다. 콜리메이트된 광빔의 광선은 각도 면에서 가우시안 분포를 가질 수 있고, 각도 스프레드는 일부 예에 따라, 콜리메이트된 광빔의 피크 세기의 1/2로 결정되는 각도일 수 있다.
본원에서, '광원'은 광 소스(예를 들어, 광을 생성 및 방출하도록 구성된 광학 이미터)로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화 또는 턴 온될 때 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)와 같은 광학 이미터를 포함할 수 있다. 특히, 본원에서 광원은 실질적으로 임의의 광원일 수 있거나, 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 폴리머 발광 다이오드, 플라즈마 기반의 광학 이미터, 형광 램프, 백열 램프, 사실상 임의의 다른 광원 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광학 이미터를 포함할 수 있다. 광원에 의해 생성된 광은 색을 가질 수 있고(즉, 특정 파장의 광을 포함할 수 있다) 혹은 일 범위의 파장(예를 들면, 백색광)일 수 있다. 일부 실시예에서, 광원은 복수의 광학 이미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 적어도 하나의 광학 이미터가 적어도 하나의 다른 광학 이미터 세트 또는 그룹에 의해 생성된 광의 색 또는 파장과는 다른 색 또는 등가적으로 파장을 갖는 광을 생성하는 광학 이미터 세트 또는 그룹을 포함할 수 있다. 상이한 색은 예를 들어 원색(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)를 포함할 수 있다.
본원에서, '일방성 회절 산란' 및 '일방성 방향'에서와 같이 '일방성'이라는 용어는 제2 측에 대응하는 또 다른 방향과는 반대로 제1 측에 대응하는 '한쪽으로' 또는 '우선적으로 일방향으로'를 의미하는 것으로서 정의된다. 특히, '일방성 회절 산란'은 제1 측에 대향하는 제2 측이 아닌 제1 측으로부터 광을 제공하거나 방출하는 회절 산란으로서 정의된다. 예를 들어, 회절 격자에 의한 일방성 회절 산란은 대응하는 제2(예를 들어, 음의) 반-공간으로가 아니라 제1(예를 들어, 양의) 반-공간으로 광을 방출할 수 있다. 제1 반-공간은 회절 격자 또는 회절 격자가 위치된 광 가이드 위일 수 있고 제2 반-공간은 회절 격자 아래일 수 있다. 이에 따라, 일방성 회절 산란은, 예를 들어, 회절 격자 위인 영역 내로 또는 방향 쪽으로 광을 방출할 수 있고, 회절 격자 아래인 또 다른 영역 내로 또는 또 다른 방향 쪽으로는 광을 거의 또는 전혀 방출하지 않을 수 있다. 경사진 회절 격자는 본원에 기술된 다양한 실시예에 따라, 일방성 회절 산란을 제공할 수 있다.
본원에서, '각도-보존 산란 피처' 또는 등가적으로 '각도-보존 스캐터러'는 피처 또는 스캐터러에 입사하는 광의 각도 스프레드를 산란된 광에서 실질적으로 보존하는 방식으로 광을 산란하도록 구성된 임의의 피처 또는 스캐터러이다. 특히, 정의에 의해, 각도-보존 산란 피처에 의해 산란된 광의 각도 스프레드(σS)는 입사광의 각도 스프레드(σ)의 함수이다(즉, σS = f(σ)). 일부 실시예에서, 산란광의 각도 스프레드(σS)은 입사광의 각도 스프레드 또는 콜리메이트 팩터(σ)의 선형 함수이다(예를 들어, σS= ασ이고 α는 정수). 즉, 각도-보존 산란 피처에 의해 산란된 광의 각도 스프레드(σS)는 입사광의 각도 스프레드 또는 콜리메이트 팩터(σ)에 실질적으로 비례할 수 있다. 예를 들어, 산란광의 각도 스프레드(σS)은 입사광 각도 스프레드(σ)와 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, σS
Figure 112019089359110-pct00002
σ). 회절 격자는 각도-보존 산란 피처의 예이다. 대조적으로, 일반적인 디퓨저(예를 들어, 램버시안 산란을 갖는 또는 이에 근사한) 뿐만 아니라 램버시안 스캐터러 또는 램버시안 반사기는 본원에서 정의에 의해 각도-보존 스캐터러가 아니다.
또한, 본원에서 사용된 바와 같이, 관사 'a'는 특허 분야에서 통상적 의미, 즉 '하나 이상'을 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어, '회절 격자'는 하나 이상의 회절 격자를 의미하며, 따라서 '회절 격자'는 본원에서 '회절 격자(들)'를 의미한다. 또한, 본원에서 '상부', '하부', '상측', '하측', '위', '아래', '앞', '뒤', '제1', '제2', '좌측' 또는 '우측'이라는 언급은 본원에서 제한하려는 것이 아니다. 본원에서, 값에 적용될 때 '약'이라는 용어는 일반적으로 달리 명시적으로 특정되지 않는한, 값을 생성하기 위해 사용된 장비의 허용오차 범위 내를 의미하거나, 플러스 또는 마이너스 10%, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 또는 플러스 또는 마이너스 1%를 의미할 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 용어 '실질적으로'는 대부분, 또는 거의 전부 또는 전부 또는 약 51% 내지 약 100%의 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본원의 예는 단지 예시적인 것으로 의도되며, 논의 목적을 위해 제시된 것이지 제한하기 위한 것은 아니다.
본원에 설명된 원리의 일부 실시예에 따라, 지향성 백라이트가 제공된다. 지향성 백라이트는 광을 방출하도록 구성되며, 예를 들어 백라이트 디스플레이를 조명하기 위해 사용될 수 있다. 도 3a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 도 3b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 3b는 도 3a의 지향성 백라이트(100)의 일부를 관통한 단면도를 도시할 수 있고 단면은 x-z 평면에 있다. 도 3c는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트(100)의 사시도를 도시한다. 다양한 실시예에 따라, 도시된 지향성 백라이트(100)는 이미지를 디스플레이하도록 구성된 전자 디스플레이(또는 간단히 '디스플레이')를 위한 백라이트로서 채용될 수 있다. 이들 실시예 중 일부에서, 전자 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이일 수 있고 디스플레이된 이미지는 멀티뷰 이미지일 수 있다.
도 3a-도 3c에 도시된 지향성 백라이트(100)는 방출광(102)을 제공하도록 구성된다. 또한, 지향성 백라이트(100)에 의해 제공되는 방출광(102)은, 다양한 실시예에 따라, 균일하거나 적어도 실질적으로 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖도록 구성된다. 특히, 방출광(102)의 세기 및 각도 스프레드는 지향성 백라이트(100)에 걸친 위치에 상관없이 실질적으로 일정할 수 있다. 방출광(102)의 균일한 세기 및 각도 스프레드는 예를 들어, 지향성 백라이트(100)를 채용하는 디스플레이의 각도 뷰 범위에 걸쳐 균일한 밝기를 제공할 수 있다. 또한, 적어도 일부 실시예에서, 각도 뷰 범위는 지향성 백라이트(100)의 방출 표면 또는 평면에 평행한 일 방향 또는 2개의 직교하는 방향으로 약 60°보다 작을 수 있고, 일부 실시예에선 훨씬 더 작을 수 있다.
도시된 바와 같이, 지향성 백라이트(100)는 광 가이드(110)를 포함한다. 광 가이드는 예를 들어 플레이트 광 가이드(도시된 바와 같은)일 수 있다. 광 가이드(110)는 광 가이드(110)의 길이를 따라 광을 안내된 광으로서 또는 보다 특정하게는 복수의 안내된 광빔(112)으로서 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 광 가이드(110)는 광학 웨이브가이드로서 구성된 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 유전체 광학 웨이브가이드를 둘러싸는 매질의 제2 굴절률보다 큰 제1 굴절률을 가질 수 있다. 굴절률에 차이는, 예를 들어, 광 가이드(110)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 복수 안내된 광빔의 안내된 광빔(112)의 전반사를 용이하게 하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 광 가이드(110)는 광학적으로 투명한 유전체 재료의 연장된 실질적으로 평면의 시트를 포함하는 슬랩 또는 플레이트 광학 웨이브가이드일 수 있다. 실질적으로 평면의 유전체 재료 시트는 안내된 광빔(112)을 전반사를 사용하여 안내하도록 구성된다. 다양한 예에 따라, 광 가이드(110)의 광학적으로 투명한 재료는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 폴리머(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트, 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료 중 임의의 것을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광 가이드(110)는 광 가이드(110)의 표면의 적어도 일부(예를 들어, 상부 표면 및 하부 표면 중 하나 또는 둘 모두) 상에 클래딩층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 클래딩층은, 일부 예에 따라, 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.
여러 실시예에 따라, 광 가이드(110)는 광 가이드(110)의 제1 표면(110')(예를 들어, '전방' 표면)과 제2 표면(110")(예를 들어, '후방' 표면) 사이에서 비제로 전파 각도로 전반사에 따라 안내 광빔(112)을 안내하도록 구성된다. 특히, 안내되는 광빔(112)은 비제로 전파 각도로 광 가이드(110)의 제1 표면(110')과 제2 표면(110") 사이에서 반사 또는 '바운싱'에 의해 전파할 수 있다. 비-제로 전파 각도는 설명의 간략화를 위해 도 3b에는 명확히 도시되지 않은 것에 유의한다. 그러나, 도 3b는 광 가이드 길이를 따른 안내된 광빔(112)의 일반적인 전파 방향(103)을 도시하는 도면의 면 안으로 가리키는 화살표를 도시한다.
본원에 정의된 바와 같이, '비제로 전파 각도'는 광 가이드(110)의 표면(예를 들면, 제1 표면(110') 또는 제2 표면(110"))에 대한 각도이다. 또한, 비제로 전파 각도는, 다양한 실시예에 따라, 0보다 크고 광 가이드(110) 내의 전반사의 임계각보다 작다. 예를 들어, 안내된 광빔(112)의 비제로 전파 각도는 약 10도 내지 약 50도 또는 일부 예에선 약 20도 내지 약 40도, 또는 약 25도 내지 약 35도 사이일 수 있다. 예를 들어, 비제로 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예에서, 비제로 전파 각도는 약 20도 또는 약 25도 또는 약 35도일 수 있다. 또한, 특정 비제로 전파 각도가 광 가이드(110) 내에 전반사의 임계각보다 작도록 선택되는 한, 특정 비제로 전파 각도는 특정 구현을 위해(예를 들어, 임의로) 선택될 수 있다.
도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 지향성 백라이트(100)는 광원(120)을 더 포함한다. 광원(120)은 광 가이드(110)의 입력 위치(116)에 위치된다. 예를 들어, 광원(120)은 도시된 바와 같이, 광 가이드(110)의 가장자리 또는 측(114)에 인접하여 위치될 수 있다. 광원(120)은 복수의 안내된 광빔(112)으로서 광 가이드(110) 내에서 광을 제공하도록 구성된다. 또한, 광원(120)은 안내된 복수 광빔의 개개의 안내된 광빔(112)이 서로 상이한 방사상 방향(118)을 갖도록 광을 제공한다.
특히, 광원(120)에 의해 방출된 광은 광 가이드(110)에 입사하고 이어 광 가이드(110)의 길이에 걸쳐 또는 이를 따라 입력 위치(116)로부터 멀어지는 방사상 패턴으로 복수의 안내된 광빔(112)으로서 전파되도록 구성된다. 또한, 안내된 복수 광빔의 개개의 안내된 광빔(112)은 입력 위치(116)로부터 멀어지는 전파의 방사상 패턴에 의해 서로 상이한 방사상 방향(118)을 갖는다. 즉, 안내된 광빔(112)은 도시된 바와 같이, 상이한 방사상 방향들(118)로 공통 원점(즉, 입력 위치(116)에 광원(120))으로부터 멀리 전파한다. 예를 들어, 광원(120)은 측(114)에 버트(butt)-결합될 수 있다. 버트-결합된 광원(120)은 예를 들어, 개개의 안내된 광빔(112)의 상이한 방사상 방향을 제공하기 위해 팬-형상 패턴으로 광의 도입을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 광원(120)은 안내된 광빔(112)이 상이한 방사상 방향(118)을 따라(즉, 복수의 안내된 광빔(112)으로서) 전파하게 입력 위치(116)에 '점' 광원이거나 적어도 이에 근사할 수 있다.
일부 실시예에서, 광원(120)의 입력 위치(116)는 측(114)의 중심 또는 중간 부근(예를 들어, 거의 또는 대략적으로)에 광 가이드(110)의 측(114) 상에 있다. 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 광원(120)은 광 가이드(110)의 측(114)(즉, '입력측')에 대략 중심(예를 들어, 중간에) 인 입력 위치(116)에 있다. 대안적으로(도시되지 않음), 입력 위치(116)는 광 가이드(110)의 측(114)의 중간으로부터 멀리 있을 수 있다. 예를 들어, 입력 위치(116)는 광 가이드(110)의 코너에 있을 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(110)는 직사각형 형상(예를 들어, 도시된 바와 같이)을 가질 수 있고, 광원(120)의 입력 위치(116)는 직사각형 형상의 광 가이드(110)의 코너(예를 들어, 입력측(114)의 코너)에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 광원(120)은 광 가이드(110)의 측에 공동 내에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 공동은 상이한 방사상 방향(118)으로 복수의 안내된 광빔(112)을 확산시키거나 아니면 제공하도록 구성된 형상을 가질 수 있다. 도 4a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트(100)의 일부의 평면도를 도시한다. 도 4b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 또 다른 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트(100)의 일부의 평면도를 도시한다. 특히, 도 4a-도 4b는 광원(120)을 포함하는 광 가이드(110)의 측(114)에 지향성 백라이트(100)의 일부를 도시한다. 또한, 광원(120)은 도시된 바와 같이, 광 가이드측(114)에 공동(122) 내에 위치된다. 도 4a는 상이한 반경 방향(118)으로 복수의 안내된 광빔(112)을 확산시키도록 구성된 반원형 형상을 갖는 공동(122)을 도시한다. 도 4b는 패싯(faceted) 또는 구분적 선형 공동 형상을 갖는 공동(122)을 도시한다. 또한, 도 4a 및 도 4b에서, 광원(120)은 공동(122)의 표면을 따라 분포된 복수의 광학 이미터(124)를 포함한다. 도 4a-도 4b는 또한 상이한 방사상 방향(118)으로 공동(122) 및 광원(120)으로부터 멀리 방사하는 화살표로서 안내된 광빔(112)을 도시한다.
다양한 실시예에서, 광원(120)은 하나 이상의 발광 다이오드(LED) 또는 레이저(예를 들어, 레이저 다이오드)를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 광원(예를 들어, 광학 이미터(124))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(120)은 특정 색으로 표시되는 협대역 스펙트럼을 갖는 실질적으로 단색의 광을 생성하도록 구성된 광학 이미터(124)를 포함할 수 있다. 특히, 단색광의 색은 특정 색 공간 또는 색 모델(예를 들어, RGB 색 모델)의 원색일 수 있다. 다른 예에서, 광원(120)은 실질적으로 광대역 또는 다색 광을 제공하도록 구성된 실질적으로 광대역 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(120)은 백색광을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(120)은 상이한 색의 광을 제공하도록 구성된 복수의 상이한 광학 이미터(124)를 포함할 수 있다. 상이한 광학 이미터(124)는 광의 상이한 색 각각에 대응하는 안내된 광의 상이한, 색에 특정한, 비-제로 전파 각도를 갖는 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 광원(120)으로부터 광을 광 가이드(110)로 결합함으로써 생성된 안내된 복수 광빔의 안내된 광빔(112)은 비콜리메이트거나 적어도 실질적으로 비콜리메이트될 수 있다. 다른 실시예에서, 안내된 광빔(112)은 예를 들어 수직 방향으로 콜리메이트될 수 있다(즉, 안내된 광빔(112)은 콜리메이트된 광빔일 수 있다). 이와 같이, 일부 실시예에서, 지향성 백라이트(100)는 광원(120)과 광 가이드(110) 사이에 콜리메이터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 광원(120)은 안내된 광빔(112)의 전파 방향에 수직인 평면(예를 들면, '수직' 평면)에서 콜리메이트를 제공하도록 구성된 콜리메이터를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 콜리메이트는 광 가이드(110)의 표면(예를 들면, 제1 또는 제2 표면(110', 110")에 수직인 평면에서 비교적 좁은 각도 스프레드를 갖는 콜리메이트된 안내된 광빔(112)을 제공할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 콜리메이터는 렌즈, 반사기 또는 미러(예를 들어, 기울어진 콜리메이트 반사기), 또는 예를 들어 광원(120)으로부터의 광을 콜리메이트하도록 구성된 회절 격자를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 다양한 콜리메이터 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 콜리메이터는 비제로 전파 각도를 갖는 것 및 소정의 콜리메이트 팩터에 따라 콜리메이트되는 것 중 하나 또는 둘 다의 콜리메이트된 광을 제공할 수 있다. 또한, 상이한 색의 광학 이미터가 채용될 때, 콜리메이터는 상이한, 색에 특정한, 비-제로 전파 각도 및 상이한, 색에 특정한 콜리메이트 팩터를 갖는 것 중 하나 또는 둘 다를 갖는 콜리메이트된 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 콜리메이터는 일부 실시예에서, 안내된 광빔(112)으로서 전파하도록 콜리메이트된 광을 광 가이드(110)에 전달하게 더욱 구성된다.
도 3a-도 3c를 다시 참조하면, 지향성 백라이트(100)는 광 가이드(110)의 표면 상에 서로 이격된 회절 격자 어레이(130)를 더 포함한다. 도 3b 및 도 3c에서, 회절 격자 어레이는 제한이 아닌 예로서 제1 표면(110') 상에 도시되었다. 다양한 실시예에 따라, 회절 격자 어레이(130)는 방출광(102)으로서 광을 방출하거나 산란시키도록 구성된다. 특히, 회절 격자 어레이의 회절 격자(130)는 세기, 주 각도 방향, 및 각도 스프레드를 갖는 방출광(102)으로서 복수의 안내된 광빔의 안내된 광빔(112)의 일부를 산란시키도록 구성된다. 도 3b 및 도 3c에서, 주 각도 방향은 화살표를 사용하여 도시되고, 각도 스프레드는 도 3b에서 화살표의 양쪽에 한쌍의 점선으로 도시된다. 도 3c에서, 각도 스프레드는 각도 스프레드의 원뿔 각도를 도시하기 위해 원뿔을 사용하여 도시된다. 또한, 도 3c에서, 선택 회절 회절 격자(130), 대응하는 안내된 광빔(112), 및 산란된 방출광(102)만이 제한이 아닌 예시의 용이성을 위해 도시되었다.
다양한 실시예에 따라, 회절 격자 어레이의 개개의 회절 격자(130)는 일반적으로 서로 교차하거나, 겹치거나 또는 접촉하지 않는다. 즉, 회절 격자 어레이의 각각의 회절 격자(130)는 서로 이격되어 있으며, 따라서, 다양한 실시예에 따라, 각각의 회절 격자(130)는 일반적으로 구별되고 회절 격자(130)의 다른 것들로부터 분리된다.
다양한 실시예에서, 회절 격자 어레이의 각각의 회절 격자(130)는 관련된 격자 특징을 갖는다. 회절 격자(130)의 격자 특징은 회절 격자(130)에 의해 산란된 방출광(102)의 세기, 주 각도 방향 및 각도 스프레드를 결정하도록 구성된다. 또한, 회절 격자(130)의 격자 특징은 일반적으로, 광 가이드(110)의 표면 상의 회절 격자(130)의 위치 및 광 가이드(110)의 측(114) 상의 광원(120)의 위치 둘 다의 함수이다. 특히, 각각의 회절 격자(130)의 격자 특징은 광원(120)으로부터 회절 격자(130)에 입사하는 안내된 광빔(112)의 방사상 방향(118)에 의존하거나, 이에 의해 정의되거나, 이의 함수이다. 또한, 격자 특징은 다양한 실시예에서, 회절 격자(130)와 광원(120)의 입력 위치(116) 사이의 거리에 의해 결정되거나 정의된다. 예를 들어, 격자 특징은 도 3a에 도시된 바와 같이, 회절 격자(130a)와 입력 위치(116) 사이의 거리(D)와 회절 격자(130a)에 입사하는 안내된 광빔(112)의 방사상 방향(118a)와의 함수일 수 있다. 달리 말하면, 복수의 회절 격자(130)에 회절 격자(130)의 격자 특징은 광원의 입력 위치(116)에 그리고 광원(120)의 입력 위치(116)에 대한 광 가이드(110)의 표면 상의 회절 격자(130)의 특정 위치에 의존한다.
도 3a는 상이한 공간 좌표(x1, y1) 및 (x2, y2)를 갖는 2개의 상이한 회절 격자(130a, 130b)를 도시하는데, 이는 회절 격자(130)에 입사되는 광원(120)으로부터의 복수의 안내된 광빔(112)의 상이한 방사상 방향(118a, 118b)을 보상 또는 감안하기 위해 상이한 격자 특징을 더욱 갖는다. 유사하게, 2개의 상이한 회절 격자(130a, 130b)의 상이한 격자 특징은 상이한 공간 좌표 (x1, y1) 및 (x2, y2)에 의해 결정되는 광원 입력 위치(116)로부터 각각의 회절 격자(130a, 130b)의 상이한 거리를 감안한다.
일부 실시예에서, 격자 특징은 격자 깊이를 포함한다. 격자 깊이는 회절 격자(130)에 의해 산란된 방출광(102)의 세기를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 격자 특징은 회절 격자(130)에 의해 산란된 방출광(102)의 주 각도 방향을 결정하게 구성된 회절 격자의 격자 피치 및 격자 방위 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 여기서, 격자 피치는 회절 격자(130)의 회절 피처의 간격과 동등하고, 격자 방위는 회절 격자(130)에 입사하는 안내된 광빔(112)의 방사상 방향(118)에 대한 회절 피처의 배위 각도이다. 일부 실시예에서, 격자 특징은 회절 격자(130)에 의해 산란된 방출광(102)의 각도 스프레드를 결정하도록 구성된 회절 격자(130)의 곡률 및 격자 처프 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 일부 실시예에서, 격자 특징은 회절 격자(130)의 격자 깊이, 격자 피치, 격자 방위, 격자 처프 및 곡률 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다.
도 5는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 한쌍의 회절 격자(130)의 평면도를 도시한다. 예를 들어, 도 5의 한쌍의 회절 격자(130)는 도 3a에 도시된 회절 격자(130a, 130b)와 동등할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 한쌍의 회절 격자(130)는 광 가이드(110)의 표면에 위치될 수 있고 다른 격자 특징을 가질 수 있다. 상이한 격자 특징과 관련하여, 회절 격자 쌍의 각각의 회절 격자(130)는 도시된 바와 같이 각각의 회절 피처(132)의 곡률 및 격자 처프를 갖는다. 또한, 회절 격자(130)는 도시된 바와 같이 입사 안내 광빔(112)의 상이한 반경 방향(118)에 대응하는 상이한 격자 방위를 갖는다. 전술한 바와 같이, 상이한 격자 특징은 다양한 실시예에 따라, 광 가이드(110)의 표면상의 회절 격자 쌍의 각각의 회절 격자(130)의 위치 및 안내된 광빔(112)을 제공하는 광원(120)(도 5에 도시되지 않음)의 위치 모두의 함수이다.
일부 실시예에 따라, 회절 격자(130)에서 회절 피처(132)의 간격 또는 격자 피치는 서브-파장(즉, 안내된 광빔(112)의 파장 미만)일 수 있다. 일부 실시예에서, 회절 격자(130)는 복수의 상이한 격자 또는 서브-격자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 회절 격자(130)의 회절 피처(132)는 서로 이격된 홈 및 리지 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 홈 또는 리지는 광 가이드(110)의 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어 홈 또는 리지는 광 가이드(110)의 표면 내에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 홈 또는 리지는 광 가리드 재료 이외의 재료, 예를 들어, 광 가이드(110)의 표면상의 또 다른 재료의 필름 또는 층으로부터 형성될 수 있다.
정의에 의해, '치프된' 회절 격자는 처프된 회절 격자의 범위 또는 길이에 걸쳐 변하는 회절 피처(132)(즉, 격자 피치)의 회절 간격을 나타내거나 갖는 회절 격자(130)이다. 일부 실시예에서, 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형으로 변하는 회절 피처 간격의 처프를 갖거나 나타낼 수 있다. 이와 같이, 처프된 회절 격자는 정의에 의해, '선형 처프된' 회절 격자이다. 다른 실시예에서, 처프된 회절 격자는 회절 피처 간격의 비선형 처프를 나타낼 수 있다. 지수적 처프, 로그 처프, 또는 또 다른, 실질적으로 불균일하거나 임의이지만 여전히 단조로운 방식으로 변하는 처프를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 비선형 처프가 사용될 수 있다. 정현파 처프 또는 삼각형 또는 톱니 처프와 같은 비-단조 처프도 채용될 수 있다. 이들 유형의 처프의 임의의 조합이 또한 채용될 수도 있다.
도 6은 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 도 6에서, 광 가이드(110)의 측(114)에 광원(120)의 입력 위치(116)로부터의 거리(D)인 각도 공간에서의 조명 볼륨(134)이 도시되어있다. 복수의 안내된 광빔(112)의 전파의 방사상 방향이 y-축으로부터 멀어지고 x-축을 향하여 각도가 변함에 따라 조명 볼륨은 더 넓은 각도 크기를 갖는 것에 유의한다. 예를 들어, 조명 볼륨(134b)은 도시된 바와 같이 조명 볼륨(134a)보다 넓다.
도 3b를 다시 참조하면, 회절 격자 어레이(130)는 도시된 바와 같이 광 가이드(110)의 광빔 방출 표면인 광 가이드(110)의 제1 표면(110')에 또는 이에 인접하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(130)는 방출광(102)으로서 제1 표면(110')을 통해 안내 광 부분을 회절적으로 산란시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자일 수 있다. 대안적으로(도시되지 않음), 회절 격자의 어레이(130)는 광 가이드(110)의 광빔 방출 표면(즉, 제1 표면(110'))에 대향한 제2 표면(110")에 또는 이에 인접하여 위치될 수 있다. 특히, 회절 격자(130)는 반사 모드 회절 격자일 수 있다. 반사 모드 회절 격자로서, 회절 격자(130)는 안내된 광 부분을 회절시키고 회절된 안내된 광 부분을 제1 표면(110')을 향해 반사하여 회절적으로 산란되거나 방출된 광(102)으로서 제1 표면(110')을 통해 빠져나가도록 구성된다. 다른 실시예(미도시)에서, 회절 격자(130)는 예를 들어 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 둘 모두로서 광 가이드(110)의 표면 사이에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 회절 격자 어레이의 회절 격자(130)는 일방성을 갖는 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성된다. 일방성 방향으로의 일방성 회절 산란은 제2 표면(110")과 반대로 제1 표면(110')으로부터 또는 이를 통해 방출광(102)을 우선적으로 그리고 일부 실시예에서는 독점적으로 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 일방성 회절 산란을 제공하게 구성된 회절 격자(130)는 경사진 회절 격자를 포함한다. 다른 실시예에서, 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성된 회절 격자(130)는 회절 격자(130) 및 반사성 재료층(도시되지 않음)을 포함하는 반사 모드 회절 격자일 수 있다. 반사성 재료층은 예를 들어, 반사기 또는 미러로서 작용하는 반사성 재료층으로부터 일방성 회절 산란이 제공되는 반대편의 회절 격자(130)의 측 상에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 특히 의사 반사 소스가 의도하지 않은 방향의 광빔의 방출를 야기하여 이에 따라 지향성 백라이트(100)를 채용하는 디스플레이에 의도하지 않은 이미지가 생성되게 할 때, 지향성 백라이트(100) 내의 안내된 광빔(112)의 이들 의사 반사의 다양한 소스를 완화시키도록, 일부 사례에선 심지어 실질적으로 제거하는 것이 제공될 수 있다. 다양한 잠재적 의사 반사 소스의 예는 안내된 광빔(112)의 2차 반사를 생성할 수 있는 광 가이드(110)의 측벽을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 지향성 백라이트(100) 내의 다양한 의사 반사 소스들로부터의 반사는 의사 반사의 흡수 및 제어된 재지향을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 방법 중 임의의 것에 의해 완화될 수 있다.
도 7a는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 의사 반사 완화를 포함하는 지향성 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 도 7b는 본원에 설명된 원리와 일관되는 또 다른 실시예에 따라, 예에서 의사 반사 완화를 포함하는 지향성 백라이트(100)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 7a 및 도 7b는 광 가이드(110), 광원(120) 및 회절 격자 어레이(130)를 포함하는 지향성 백라이트(100)를 도시한다. 또한, 복수의 안내된 광빔(112)이 복수의 안내된 광빔(112) 중 적어도 하나가 광 가이드(110)의 측벽(114a, 114b)에 입사되는 것과 함께 도시되었다. 측벽(114a, 114b)에 의한 안내된 광빔(112)의 잠재적 의사 반사는 반사된 안내된 광빔(112')을 나타내는 점선 화살표로 도시되었다.
도 7a에서, 지향성 백라이트(100)는 광 가이드(110)의 측벽(114a, 114b)에 흡수층(119)을 더 포함한다. 흡수층(119)은 안내된 광빔(112)으로부터 입사광을 흡수하도록 구성된다. 흡수층은 예를 들어 측벽(114a, 114b)에 도포된 흑색 페인트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 실질적으로 임의의 광학 흡수제를 포함할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 흡수층(119)은 측벽(114b)에 도포되는 반면, 측벽(114a)엔 제한이 아닌 예로서 흡수층(119)이 없다. 흡수층(119)은 입사 안내 광빔(112)을 인터셉트하여 흡수하여 측벽(114b)으로부터의 잠재적 의사 반사의 생성을 효과적으로 방지하거나 완화시킨다. 한편, 측벽(114a)에 입사하는 안내된 광빔(112)은 제한이 아닌 예로서 도시된 바와 같이, 반사된 안내된 광빔(112')의 생성을 초래한다.
도 7b는 제어된 반사각을 사용한 의사 반사 완화를 도시한다. 특히, 도 7b에 도시된 지향성 백라이트(110)의 광 가이드(110)는 경사진 측벽(114a, 114b)을 포함한다. 경사진 측벽은 반사된 안내된 광빔(112')을 회절 격자(130)로부터 실질적으로 멀어지게 우선적으로 지향하도록 구성된 경사진 각도를 갖는다. 이와 같이, 반사된 안내된 광빔(112')은 방출광의 의도하지 않은 빔으로서 광 가이드(110) 밖으로 회절적으로 커플링 아웃되지 않는다. 측벽(114a, 114b)의 경사 각은 도시된 바와 같이 x-y 평면에 있을 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 측벽(114a, 114b)의 경사 각은 또 다른 평면, 예를 들어 반사된 안내된 광빔(112')을 광 가이드(110)의 상부 또는 하부 표면 밖으로 지향하게 x-z 평면에 있을 수 있다. 도 7b는 제한이 아닌 예로서 자신의 일부만을 따라 경사를 포함하는 측벽(114a, 114b)을 도시한 것에 유의한다.
일부 실시예에서, 지향성 백라이트(100)는 투명하거나 실질적으로 투명할 수 있다. 특히, 일부 실시예에서, 광 가이드(110) 및 이격된 회절 격자 어레이(130)는 제1 표면(110') 및 제2 표면(110") 모두에 직교하는 방향으로 광이 광 가이드(110)를 통과되게 할 수 있다. 따라서, 광 가이드(110) 및 보다 일반적으로 지향성 백라이트(100)는 복수의 안내된 광빔의 안내된 광빔(112)의 일반적인 전파 방향(103)과 직교하는 방향으로 전파되는 광에 대해 투명할 수 있다. 또한, 투명성은 회절 격자(130)의 실질적으로 투명성에 의해 적어도 부분적으로 용이해질 수 있다.
본원에 설명된 원리의 일부 실시예에 따라, 백라이트 디스플레이가 제공된다. 백라이트 디스플레이는 백라이트 디스플레이에 의해 제공된 광을 방출하도록 구성된다. 또한, 방출광은 이미지를 제공하거나 디스플레이하기 위해 백라이트 디스플레이에 의해 변조될 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이된 이미지는 멀티뷰 이미지일 수 있고 백라이트 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이일 수 있다. 일부 예에서, 멀티뷰 디스플레이는 3D 이미지를 제공하거나 '디스플레이'하도록 구성된다.
도 8은 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 백라이트 디스플레이(200)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시예에 따라, 백라이트 디스플레이(200)는 디스플레이된 이미지를 디스플레이하거나 제공하도록 구성된다. 특히, 백라이트 디스플레이(200)에 의해 제공되고 변조된 방출광(202)은 이미지를 디스플레이하기 위해 사용된다. 방출광(202)은 도 8에서 백라이트 디스플레이(200)로부터 나오는 화살표로서 도시되었다.
도 8에 도시된 백라이트 디스플레이(200)는 광 가이드(210)를 포함한다. 일부 실시예에서, 광 가이드는 전술한 지향성 백라이트(100)의 광 가이드(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 광 가이드(210)는 일부 실시예에서 플레이트 광 가이드일 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 백라이트 디스플레이(200)는 광 가이드(210)의 측 상에 위치된 광원(220)을 포함한다. 광원(220)은 광 가이드(210) 내에서 서로 상이한 방사상 방향을 갖는 복수의 안내된 광빔(204)을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 광원(220)은 지향성 백라이트(100)와 관련하여 위에서 설명된 광원(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 광원(220)은 예를 들어, 광 가이드측의 중간 또는 중심 부근에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(220)은 광 가이드(210) 측 내 공동에 위치될 수 있다. 공동은 복수의 안내된 광빔(204)을 상이한 방사상 방향으로 확산시키도록 구성된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 공동은 반원 형상 또는 패싯 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 공동은 전술한 공동(122)과 실질적으로 유사할 수 있다.
도 8에 도시된 백라이트 디스플레이(200)는 광 가이드(210)의 표면 상에 회절 격자 어레이(230)를 더 포함한다. 회절 격자 어레이의 개별 회절 격자(230)는 방출광(202)으로서 복수의 안내된 광빔의 광을 산란시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 회절 격자의 어레이(230)는 전술한 지향성 백라이트(100)의 회절 격자의 어레이(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 회절 격자 어레이의 개별 회절 격자(230)의 격자 특징은 방출광(202)의 세기 및 각도 스프레드를 결정하도록 구성된다. 또한, 격자 특징은 여러 실시예에 따라, 광 가이드 표면 상의 개별 회절 격자(230)의 위치 및 광 가이드(210)의 측 상에 광원 위치 둘 모두의 함수이다. 일부 실시예에서, 격자 특징은 또한 방출광(202)의 주 각도 방향을 결정할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 개별 회절 격들(230)에 의해 집합적으로 산란된 방출광(202)은 광 밸브 어레이에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖도록 구성된다.
일부 실시예에서, 격자 특징은 개별 회절 격자(230)의 곡률 및 격자 처프 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 곡률 및 격자 처프 중 하나 또는 둘 다인 격자 특징은 예를 들어 개별 회절 격자(230)에 의해 산란된 방출광(202)의 각도 스프레드를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 회절 격자 어레이(230)는 일방성 방향을 갖는 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성될 수 있다. 이들 실시예에서, 회절 격자 어레이의 개별 회절 격자(230)는 반사 모드 회절 격자(예를 들어, 반사성 재료층을 갖는) 및 경사진 회절 격자 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 백라이트 디스플레이(200)는 광 밸브 어레이(240)를 더 포함한다. 광 밸브 어레이(240)는 디스플레이된 이미지를 제공하기 위해 방출광(202)을 변조하도록 구성된다. 점선은 도 8에서 광 밸브 어레이(240)를 통과한 후 방출광(202)의 변조를 강조하기 위해 사용된다. 다양한 실시예에서, 상이한 유형의 광 밸브는 액정 광 밸브, 전기영동 광 밸브, 및 일렉트로웨팅 기반 광 밸브 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는 광 밸브 어레이의 광 밸브(240)로서 채용될 수 있다.
일부 실시예에 따라, 회절 격자 어레이의 개별 회절 격자(230)는 서로 다른 주 각도 방향을 갖는 복수의 지향성 광빔을 포함하는 방출광(202)으로서 복수의 안내된 광빔의 광을 산란 시키도록 각각 구성된다. 이들 실시예 중 일부에서, 상이한 주 각도 방향은 멀티뷰 이미지의 각각의 상이한 뷰 방향에 대응할 수 있다. 이와 같이, 백라이트 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이이고 디스플레이된 이미지는 멀티뷰 이미지이다. 또한, 개별 회절 격자(230)는 멀티빔 요소일 수 있고, 광 밸브 세트(240)는 멀티뷰 디스플레이의 멀티뷰 픽셀에 대응할 수 있다. 멀티빔 요소로서, 개별 회절 격자(230)는 광 밸브(240)의 크기의 약 절반 내지 2배 또는 광 밸브(240) 사이의 중심간 간격과 동등한 크기를 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 개별 회절 격자(230)는 멀티뷰 픽셀의 형상과 유사한 형상을 가질 수 있다.
본원에 설명된 원리의 다른 실시예에 따라, 지향성 백라이트 동작 방법이 제공된다. 도 9는 본원에 설명된 원리와 일관되는 실시예에 따라, 예에서 지향성 백라이트 동작의 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 다양한 실시예에 따라, 지향성 백라이트 동작의 방법(300)은 백라이트 디스플레이를 조명하여 이에 따라 이미지를 디스플레이하기 위해 광을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 지향성 백라이트 동작의 방법(300)은 공통 원점 및 서로 다른 방사상 방향을 갖는 복수의 안내된 광빔으로서 광 가이드를 따라 광을 안내하는 단계(310)를 포함한다. 특히, 복수의 안내된 광빔의 안내된 광빔은 정의에 의해 복수의 안내된 광빔의 또 다른 안내된 광빔과는 상이한 방사상 전파 방향을 갖는다. 또한, 복수의 안내된 광빔의 각각의 안내된 광빔은 정의에 의해 공통 원점을 갖는다. 일부 실시예에서, 원점은 가상 원점(예를 들어, 안내된 광빔의 실제 원점을 넘어서는 지점)일 수 있다. 예를 들어, 원점은 광 가이드의 외부에 있을 수 있으며 따라서 가상 원점일 수 있다. 일부 실시예에 따라, 지향성 백라이트(100)를 참조하여 전술한 바와 같이, 광을 안내하는 광 가이드(310) 및 이 내에서 안내되는 안내된 광빔은 각각 광 가이드(110) 및 안내된 광빔(112)과 실질적으로 유사할 수 있다.
도 9에 도시된 지향성 백라이트 동작의 방법(300)은 회절 격자 어레이의 회절 격자를 이용하여 복수의 안내된 광빔(320)의 광을 방출광으로서 산란시키는 단계(320)를 더 포함한다. 회절 격자로부터 방출광은, 다양한 실시예에 따라, 복수의 안내된 광빔의 공통 원점에 대한 회절 격자의 위치의 함수인 세기 및 각도 스프레드를 갖는다. 또한, 다양한 실시예에 따라, 회절 격자 어레이에 의해 집합적으로 산란된 방출광은 광 가이드의 표면에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖는다. 일부 실시예에서, 광을 산란시키는데(320) 사용되는 회절 격자 어레이는 전술한 지향성 백라이트(100)의 회절 격자 어레이(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 산란(320)에 의해 생성된 방출광은 전술한 바와 같이 방출광(102)과 실질적으로 유사할 수 있다.
특히, 다양한 실시예에 따라, 회절 격자 어레이에 의해 산란된(320) 방출광은 세기, 주 각도 방향, 및 각도 스프레드를 갖는다. 세기, 주 각도 방향, 및 각도 스프레드 각각은 회절 격자 어레이의 회절 격자의 격자 특징에 의해 제어되거나 결정된다. 또한, 격자 특징은 광 가이드의 표면 상의 회절 격자의 위치와 복수의 안내된
광빔의 공통 원점(예를 들어, 광 가이드의 측 상의 광원의 위치) 둘 다의 함수이다. 특히, 회절 격자 어레이의 격자 특징은 회절 격자에 입사하는 안내된 광빔의 방사상 방향, 회절 격자로부터 안내된 광빔을 제공하는 광원까지의 거리, 또는 둘 다에 기초하여 변할 수 있거나, 또는 동등하게 이들의 함수일 수 있다.
일부 실시예에서, 광을 산란시키는 것(320)은 일방성 방향으로 일방성 회절 산란을 포함한다. 특히, 회절 격자 어레이의 회절 격자는 경사진 격자 및 회절 격자 및 반사성 재료층을 포함하는 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 지향성 백라이트 동작의 방법(300)은 광원을 사용하여 복수의 안내된 광빔으로서 안내될 광을 제공하는 단계(330)를 더 포함한다. 특히, 광은 광원을 사용하여 복수의 상이한 방사상 전파 방향을 갖는 안내된 광빔으로서 광 가이드에 제공된다. 다양한 실시예에 따라, 광을 제공하는데(330) 사용되는 광원은 광 가이드의 측에 위치되고, 광원 위치는 복수의 안내된 광빔의 공통 원점이다. 일부 실시예에서, 광원은 전술한 지향성 백라이트(100)의 광원(들)(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광원은 광 가이드의 가장자리에 또는 측에 버트-결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 광원은 공통 원점을 나타내는 점원에 근사할 수 있다. 또 다른 예에서, 광원은 광 가이드의 측 상의 공동 내에 위치될 수 있으며, 공동은 복수의 안내된 광빔을 상이한 방사상 방향으로 확산시키도록 구성된 형상을 갖는다.
일부 실시예에서, 제공된(330) 광은 실질적으로 비콜리메이트된다. 다른 실시예에서, 제공된(330) 광은 콜리메이트될 수 있다(예를 들어, 광원은 콜리메이터를 포함할 수 있다). 다양한 실시예에서, 제공된(330) 광은 광 가이드의 표면들 사이의 광 가이드 내에서 비제로 전파 각도로 상이한 방사상 방향을 갖고 안내될 수 있다. 광 가이드 내에서 콜리메이트될 때, 제공된(330) 광은 콜리메이트 팩터에 따라 콜리메이트되어 광 가이드 내에서 안내된 광의 소정의 각도 스프레드를 확립할 수 있다. 특히, 콜리메이트 및 이에 따라 콜리메이트 팩터에 의해 제공된 소정의 각도 스프레드는 수직 방향일 수 있다.
일부 실시예(미도시)에서, 지향성 백라이트 동작의 방법(300)은 회절 격자 어레이에 의해 집합적으로 산란된(320) 방출광을 변조하는 단계를 더 포함한다. 디스플레이된 이미지를 제공하기 위해 광 밸브 어레이에 의해 또는 이 사용하여 변조가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 밸브 어레이는 전술한 백라이트 디스플레이(200)의 광 밸브 어레이(240)와 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 디스플레이된 이미지는 멀티뷰 이미지일 수 있다.
따라서, 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖는 방출광을 제공하도록 구성된 회절 격자를 갖는 지향성 백라이트, 백라이트 디스플레이 및 지향성 백라이트 동작 방법의 예 및 실시예가 설명되었다. 위에 설명된 예는 본원에 설명된 원리를 나타내는 많은 구체적 예 중 일부를 예시하는 것임을 이해해야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고 수많은 다른 배열을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (21)

  1. 지향성 백라이트에 있어서,
    광빔들을 안내하도록 구성된 광 가이드;
    상기 광 가이드 내에서 서로 상이한 방사상 방향들을 갖는 복수의 안내된 광빔들을 제공하도록 구성된 광원; 및
    상기 광 가이드의 표면 상에서 서로 이격된 회절 격자 어레이로서, 상기 회절 격자 어레이의 회절 격자는 세기, 주 각도 방향, 및 각도 스프레드를 갖는 방출광으로서 상기 복수의 안내된 광빔들의 안내된 광빔의 일부를 산란하도록 구성된, 상기 회절 격자 어레이를 포함하고,
    상기 회절 격자 어레이의 회절 격자들에 의해 집합적으로 산란된 방출광은 상기 광 가이드의 표면에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖도록 구성되며,
    상기 회절 격자 어레이의 상기 회절 격자의 격자 피치 및 격자 방위 중 하나 또는 둘 모두는 상기 회절 격자에 의해 산란된 상기 방출광의 지향성 광빔의 상기 주 각도 방향을 결정하도록 구성되며,
    상기 격자 피치 및 상기 격자 방위는 상기 회절 격자에 대응되는 안내된 광빔의 방사상 방향을 따르는 상기 회절 격자의 위치의 함수인,
    지향성 백라이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 광 가이드의 측 상에 상기 측 상의 중간 지점에 위치된, 지향성 백라이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 광 가이드의 측 내의 공동 내에 위치되고, 상기 공동은 상기 복수의 안내된 광빔들을 상기 상이한 방사상 방향들로 확산시키도록 구성된 형상을 갖는, 지향성 백라이트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자의 격자 특징은 상기 회절 격자에 의해 산란된 상기 방출광의 상기 세기 및 상기 각도 스프레드를 결정하도록 구성되며, 상기 회절 격자의 상기 격자 특징은 상기 광 가이드의 상기 표면 상의 상기 회절 격자의 위치 및 상기 광 가이드의 측 상의 상기 광원의 위치 둘 다의 함수인, 지향성 백라이트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 격자 특징은 상기 회절 격자에 의해 산란된 상기 방출광의 상기 세기를 결정하도록 구성된 격자 깊이를 포함하는, 지향성 백라이트.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서, 상기 격자 특징은 상기 회절 격자의 곡률 및 격자 처프 중 하나 또는 둘 모두를 포함하고, 상기 격자 특징은 상기 회절 격자에 의해 산란된 상기 방출광의 상기 각도 스프레드를 결정하도록 구성된, 지향성 백라이트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 일방성 방향을 갖는 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성된, 지향성 백라이트.
  9. 제8항에 있어서, 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성된 상기 회절 격자는 경사진 회절 격자를 포함하는, 지향성 백라이트.
  10. 제8항에 있어서, 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성된 상기 회절 격자는 회절 격자 및 반사성 재료층을 포함하는 반사 모드 회절 격자인, 지향성 백라이트.
  11. 제1항의 지향성 백라이트를 포함하는 백라이트 디스플레이에 있어서, 상기 백라이트 디스플레이는 디스플레이된 이미지를 제공하기 위해 상기 방출광을 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이를 더 포함하는, 백라이트 디스플레이.
  12. 백라이트 디스플레이에 있어서,
    광 가이드;
    상기 광 가이드의 측 상에 위치되고, 상기 광 가이드 내에서 서로 상이한 방사상 방향들을 갖는 복수의 안내된 광빔들을 제공하도록 구성된, 광원;
    상기 광 가이드의 표면 상의 회절 격자 어레이로서, 상기 회절 격자 어레이의 개개의 회절 격자들은 방출광으로서 상기 복수의 안내된 광빔들의 광을 산란시키도록 구성된, 상기 회절 격자 어레이; 및
    디스플레이된 이미지를 제공하기 위해 상기 방출광을 변조하도록 구성된 광 밸브 어레이를 포함하고,
    상기 개개의 회절 격자들에 의해 집합적으로 산란된 방출광은 상기 광 밸브 어레이에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 갖도록 구성되며,
    상기 회절 격자 어레이의 상기 개개의 회절 격자들의 격자 피치 및 격자 방위 중 하나 또는 둘 모두는 상기 개개의 회절 격자들에 의해 산란된 상기 방출광의 지향성 광빔들의 주 각도 방향을 결정하도록 구성되며,
    상기 격자 피치 및 상기 격자 방위는 상기 개개의 회절 격자들에 대응되는 안내된 광빔들의 방사상 방향을 따르는 상기 개개의 회절 격자들의 위치의 함수인,
    백라이트 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광원은 상기 광 가이드의 상기 측 내의 공동 내에 위치하며, 상기 공동은 상기 복수의 안내된 광빔들을 상기 상이한 방사상 방향들로 확산시키도록 구성된 형상을 갖는, 백라이트 디스플레이.
  14. 제12항에 있어서, 상기 회절 격자 어레이의 개개의 회절 격자의 격자 특징은 상기 방출광의 세기 및 각도 스프레드를 결정하도록 구성되고, 상기 격자 특징은 상기 광 가이드의 표면 상의 상기 개개의 회절 격자의 위치 및 상기 광 가이드의 상기 측 상의 상기 광원의 위치 둘 다의 함수인, 백라이트 디스플레이.
  15. 제14항에 있어서, 상기 격자 특징은 상기 개개의 회절 격자의 곡률 및 격자 처프 중 하나 또는 둘 모두를 포함하고, 상기 격자 특징은 상기 개개의 회절 격자에 의해 산란된 상기 방출광의 상기 각도 스프레드를 결정하도록 구성된, 백라이트 디스플레이.
  16. 제12항에 있어서, 상기 회절 격자의 어레이는 일방성 방향을 갖는 일방성 회절 산란을 제공하도록 구성되고, 상기 회절 격자 어레이의 상기 개개의 회절 격자들은 반사 모드 회절 격자 및 경사진 회절 격자 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 백라이트 디스플레이.
  17. 제12항에 있어서, 상기 회절 격자 어레이의 상기 개개의 회절 격자들은 멀티뷰 이미지의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응하는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광으로서 상기 복수의 안내된 광빔들의 광을 산란시키도록 각각 구성되고, 상기 백라이트 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이이고, 상기 디스플레이된 이미지는 상기 멀티뷰 이미지인, 백라이트 디스플레이.
  18. 지향성 백라이트 동작 방법에 있어서,
    공통 원점 및 서로 상이한 방사상 방향들을 갖는 복수의 안내된 광빔들을 광 가이드에서 안내하는 단계; 및
    회절 격자 어레이의 회절 격자를 사용하여 상기 복수의 안내된 광빔들의 광을 방출광으로서 산란시키는 단계로서, 상기 회절 격자로부터의 상기 방출광은 상기 복수의 안내된 광빔들의 상기 공통 원점에 대한 상기 회절 격자의 위치의 함수인 세기 및 각도 스프레드를 갖는, 단계를 포함하고,
    상기 회절 격자 어레이에 의해 집합적으로 산란된 방출광은 상기 광 가이드의 표면에 걸쳐 균일한 세기 및 각도 스프레드를 가지며,
    상기 회절 격자 어레이의 상기 회절 격자의 격자 피치 및 격자 방위 중 하나 또는 둘 모두는 상기 회절 격자에 의해 산란된 상기 방출광의 지향성 광빔의 주 각도 방향을 결정하도록 구성되며,
    상기 격자 피치 및 상기 격자 방위는 상기 회절 격자에 대응되는 안내된 광빔의 방사상 방향을 따르는 상기 회절 격자의 위치의 함수인,
    방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광 가이드의 측 상의 공동 내에 위치된 광원을 사용하여 상기 광 가이드 내에서 상기 복수의 안내된 광빔들을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 공동은 상기 복수의 안내된 광빔들을 상기 상이한 방사상 방향들로 확산시키도록 구성된 형상을 갖는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 광을 산란시키는 단계는 일방성 방향으로 일방성 회절 산란시키는 단계를 포함하고, 상기 회절 격자는 경사진 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자 중 하나 또는 둘 다를 포함하고, 상기 반사 모드 회절 격자는 회절 격자 및 반사성 재료층을 포함하는, 방법.
  21. 제18항에 있어서, 디스플레이된 이미지를 제공하기 위해 광 밸브 어레이를 사용하여 상기 회절 격자 어레이에 의해 집합적으로 산란된 상기 방출광을 변조하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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