KR102411560B1 - 격자 결합 광 가이드 - Google Patents

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Abstract

격자-결합 광 가이드는 플레이트 광 가이드 및 플레이트 광 가이드에 입력에 격자 커플러를 포함한다. 격자 커플러는 광원으로부터 광을 수신하고, 안내된 광으로서 비-제로 전파 각도로 플레이트 광 가이드 내로 광을 회절적으로 재지향시킨다. 격자 커플러의 특성은 회절적으로 재지향된 안내된 광의 퍼짐 각을 결정한다.

Description

격자 결합 광 가이드{GRATING COUPLED LIGHT GUIDE}
관련 출원에 대한 상호참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
슬랩 광 가이드라고도 하는 플레이트 광 가이드는 다양한 광학 및 포톤 응용에서 사용된다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드는 전자 디스플레이의 백라이트에 채용될 수 있다. 특히, 플레이트 광 가이드는 전자 디스플레이의 픽셀에 광을 분포시키기 위해 사용될 수 있다. 픽셀은 예를 들어, 3차원 디스플레이의 멀티뷰 픽셀일 수 있다. 다른 예에서, 플레이트 광 가이드는 터치 감응 패널로서 사용될 수 있다. 플레이트 광 가이드의 표면에 터치하는 것에 연관된 불완전 내부 전반사는 예를 들어, 플레이트 광 가이드가 어디를 그리고 얼마나 많은 압력으로 터치되었는지를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
플레이트 광 가이드의 다양한 광학적 및 포톤 응용에서, 광원으로부터 광은 안내된 광으로서 전파하기 위해 플레이트 광 가이드 내로 도입되거나 결합되어야 한다. 또한, 많은 응용에서, 광 도입 또는 결합은 어떤 소정의 전파 특성을 갖는 플레이트 광 가이드 내에 안내된 광을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 광 결합에 의해 생성된 안내된 광은 특정한 또는 소정의 전파 각을 갖고 그리고 특정한 또는 소정의 전파 방향으로 전파할 수 있다. 또한, 안내된 광 또는 이의 빔은 소정의 퍼짐 각(들)을 가질 수 있다. 예를 들어, 안내된 광은 플레이트 광 가이드의 입력 에지에서 출력 에지로 전파하는 실질적으로 시준된 광빔일 수 있다. 또한, 안내된 광의 빔은 광빔이 플레이트 광 가이드의 전방면과 후방면 사이에서 효과적으로 '바운스'하게, 플레이트 광 가이드의 평면에 대한 소정의 전파 각도로 플레이트 광 가이드 내에서 이동할 수 있다.
광원으로부터의 광을 플레이트 광 가이드에 도입 또는 결합시키기 위한 다양한 광 커플러 중에는 렌즈, 배플, 거울 및 다양한 관계된 반사기(예를 들면, 파라볼라 반사기, 성형 반사기, 등) 및 이들의 조합이 있다. 불행하게도, 이러한 광 커플러를 사용하는 것은 종종 안내된 광의 원하는 전파 특성이 얻어지도록 광 커플러를 제작하고 정밀하게 실현하기 위해 엄격한 제조 동작을 요구한다. 또한, 광 커플러 제조는 종종 플레이트 광 가이드의 제조와는 별도이다. 추가로 복잡한 것으로서, 이러한 별도로 제조된 광 커플러는 전형적으로 원하는 광 결합을 제공하기 위해 플레이트 광 가이드에 정밀하게 정렬되고 이에 부착되므로 추가된 비용 및 제조 복잡성을 초래한다.
본원에 기술된 원리에 따른 예 및 실시예의 다양한 특징은 첨부 도면에 연관하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 쉽게 이해될 수 있으며, 동일한 도면 부호는 동일한 구조적 요소를 나타낸다.
도 1a는 본원에 설명된 원리에 따른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드의 단면도를 도시한다.
도 1b는 본원에 설명된 원리에 따른 다른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드의 단면도를 도시한다.
도 2a는 본원에 설명된 원리에 따른 예에 따른, 격자 커플러의 평면도를 도시한다.
도 2b는 본원에 설명된 원리에 따른 다른 예에 따른 격자 커플러의 평면도를 도시한다.
도 3a는 본원에 설명된 원리에 따른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본원에 설명된 원리에 따른 또 다른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 4a는 본원에 설명된 원리에 따른 다른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본원에 설명된 원리에 따른 또 다른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 5는 본원에 설명된 원리에 따른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드 시스템의 블록도를 도시한다.
도 6은 본원에 설명된 원리에 따른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드 시스템의 사시도를 도시한다.
도 7은 본원에 설명된 원리에 따른 다른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드 시스템의 사시도를 도시한다.
도 8은 본원에 설명된 원리에 따른 예에 따른, 격자-결합 광 가이드 시스템의 멀티빔 회절 격자의 단면도를 도시한다.
도 9는 본원에 설명된 원리들에 따른 일례에 따른 3-D 전자 디스플레이의 블록도를 도시한다.
도 10은 본원에 설명된 원리에 따른 실시 예에 따라 플레이트 광 가이드로 광을 커플 링하는 방법의 흐름도를 예시한다.
어떤 예 및 실시예는 위에 언급된 도면에 예시된 특징에 부가되거나 대신되는 특징들 중 하나인 다른 특징들을 갖는다. 이들 및 다른 특징은 상술한 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명된다.
본원에 기재된 원리에 따른 예는 플레이트 광 가이드로의 광의 회절 결합을 제공한다. 특히, 광은 회절 격자를 포함하는 격자 커플러를 사용하여 플레이트 광 가이드에 결합된다. 또한, 격자 커플러는 다양한 예에 따라, 소정의 전파 특성을 갖는 플레이트 광 가이드 내에 안내된 광을 생성하기 위해 실질적으로 비-시준되고 구성될 수 있는 광원으로부터의 광을 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 안내된 광은 플레이트 광 가이드 내에서 소정의 전파 각도를 가질 수 있고 반면, 광원으로부터의 광은 격자 커플러에 약 90°의 입사각 및 비교적 넓은 빔 또는 큰 콘 각을 가질 수 있다. 또한, 안내된 광은 플레이트 광 가이드 내에서 소정의 퍼짐 각을 갖는 광빔일 수 있다. 예를 들어, 안내된 광빔의 수평 퍼짐 각(예를 들어, 플레이트 광 가이드의 표면에 평행한) 및 안내된 광빔의 수직 퍼짐 각(예를 들어, 플레이트 광 가이드 표면에 직교하는) 둘 다는 광빔이 시준 광빔이 되게 약 제로일 수 있다. 다른 예에서, 격자 커플러는 팬형상의 빔 패턴(예를 들어, 약 30도의 퍼짐 각 내지 약 90도 이상의 퍼짐 각을 갖는 빔)에 대응하는 수평 퍼짐 각 및 수직 퍼짐 각 중 하나 또는 둘 다를 갖는 안내된 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 본원에 기술된 원리의 예에 따라, 격자 결합 커플러(예를 들어, 격자-결합 광 가이드)를 채용하는 플레이트 광 가이드에의 광 결합은 전자 디스플레이(예를 들면, 멀티빔 격자 기반 백라이트) 및 터치 감응 패널의 백라이트를 포함하는 -그러나 이에 한정되지는 않는다- 다양한 응용 예에서 유용할 수 있다. 또한, 격자 커플러는, 여러 예에 따라, 플레이트 광 가이드의 일부로서 제조될 수 있어, 광을 플레이트 광 가이드에 결합하기 위해 다른 유형의 광 결합 구조(예를 들어, 렌즈, 거울, 파라볼라 반사기, 등)의 별도의, 잠재적으로 값비싼 제조 및 조립에 대한 필요성을 제거한다.
본원에서, '광 가이드'는 내부 전반사를 이용하여 구조 내부에 광을 안내하는 구조로서 정의된다. 특히, 광 가이드는 광 가이드의 동작 파장에 실질적으로 코어를 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 용어 '광 가이드'는 일반적으로 광 가이드의 유전체 물질과 이 광 가이드를 둘러싸는 물질 또는 매질 사이의 계면에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사를 채용하는 유전체 광 가이드를 지칭한다. 정의에 의해, 내부 전반사를 위한 조건은 광 가이드의 굴절률이 광 가이드 물질의 표면에 인접한 주변 매질의 굴절률보다 크다는 것이다. 일부 예에서, 광 가이드는 내부 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 전술한 굴절률 차이에 추가하여 또는 대신에 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 예를 들어 반사 코팅일 수 있다. 다양한 예에 따라, 광 가이드는 플레이트 또는 슬랩 가이드, 및 스트립 가이드 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 한정되는 것은 아닌 몇몇 광 가이드 중 임의의 것일 수 있다.
또한 여기에서, '플레이트 광 가이드'에서와 같이 광 가이드에 적용될 때 '플레이트'라는 용어는 구분적으로 또는 차등적으로 평면인 층 또는 시트로서 정의된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 광 가이드의 상면 및 저면(즉, 대향면)에 의해 경계를 이룬 2개의 실질적으로 직교하는 방향으로 광을 안내하도록 구성된 광 가이드로서 정의된다. 또한, 본원의 정의에 의해, 상면 및 저면은 서로 분리되고 아울러 적어도 차등적 면에서 서로 실질적으로 평행하다. 즉, 플레이트 광 가이드의 임의의 차등적으로 작은 영역 내에서, 상면 및 저면은 실질적으로 평행하거나 동일 평면이다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드는 실질적으로 평탄할 수 있고(예를 들어, 평면에 국한되고), 따라서 플레이트 광 가이드는 평면 광 가이드이다. 다른 실시예에서, 플레이트 광 가이드는 일차원 또는 직교하는 2차원에서 만곡될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드는 단일 차원에서 만곡되어 원통 형상 플레이트 광 가이드를 형성할 수 있다. 그러나, 다양한 예에서, 임의의 곡률은 광을 안내하기 위해 내부 전반사가 플레이트 광 가이드 내에서 확실히 유지되도록 하기에 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다.
다양한 예에 따라, 격자 커플러는 광을 플레이트 광 가이드 내로 결합시키기 위해 사용된다. 본원에 정의에 의해, 격자 커플러는, 이의 특성 및 특징(즉, '회절 피처')이, 입사광으로부터 회절 격자에 의해 생성된 광빔의 각도 방향성 및 각도 퍼짐 중 하나 또는 둘 다를 제어하기 위해 사용될 수 있는 회절 격자를 포함한다. 각도 방향성 및 각도 퍼짐을 제어하기 위해 사용될 수 있는 특성은 격자 길이, 격자 피치(피처 간격), 회절 피처의 형상(예를 들어, 사인파, 직사각형, 삼각형, 톱니, 등), 회절 피처의 크기(예를 들면, 홈 또는 리지 폭) 및 격자 방위 중 하나 이상을 포함하는데, 그러나 이것으로 제한되지 않는다. 일부 예에서, 제어를 위해 사용되는 다양한 특성은 생성된 광빔의 원점 근방뿐만 아니라 회절 격자 상의 광의 지점 또는 지점들에 국부적인 특성일 수 있다.
본원에서, '회절 격자'는 일반적으로 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하도록 배열된 복수의 피처(즉, 회절 피처)로서 정의된다. 일부 예에서, 복수의 피처는 주기적 또는 준-주기적 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 1차원(1-D) 어레이로 배열된 복수의 피처(예를 들어, 물질 표면 내에 복수의 홈)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 피처의 2차원(2-D) 어레이일 수 있다. 회절 격자는 예를 들어, 물질 표면 상의 범프의 2-D 어레일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본원의 정의에 의해, '회절 격자'는 회절 격자에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조이다. 플레이트 광 가이드와 함께 사용될 때, 회절 격자는 입사광을 플레이트 광 가이드 내로 결합하거나 또는 플레이트 광 가이드로부터 아웃커플링할 수 있다. 이와 같이, 회절 격자에 의한 결합은 회절이 광 결합을 제공한다는 점에서 '회절 결합'이라 칭할 수 있다. 회절 격자는 또한 회절(즉, 회절 각)에 의해 광의 각도를 재지향시키거나 변화시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광(즉, 회절된 광)은 일반적으로 입사광의 전파 방향과는 다른 전파 방향을 갖는다. 회절에 의한 광의 전파 방향의 변화를 본원에서는 '회절 재지향'이라고 칭한다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자에 입사된 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 피처를 포함하는 구조인 것으로, 그리고 또한 광을 회절적으로 플레이트 광 가이드 안으로 또는 이로부터 아웃커플링할 수 있는 구조인 것으로 이해될 수 있다.
또한, 본원의 정의에 의해, 회절 격자의 피처는 '회절 피처'로 지칭되며, 표면에, 표면 내에 및 표면 상에(예를 들어, 두 물질 사이의 경계) 중 하나 이상에 있을 수 있다. 표면은 예를 들어 플레이트 광 가이드의 표면일 수 있다. 회절 피처는 표면에, 혹은 표면 내에 혹은 표면 상에 홈, 리지, 홀 및 범프 중 하나 이상을 포함하는 -그러나 이것으로 제한되지 않는다-, 광을 회절시키는 다양한 구조 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 물질 표면 내 복수의 평행한 홈을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 물질 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 리지를 포함할 수 있다. 회절 피처(예를 들어, 홈, 리지, 홀, 범프, 등)은 직사각형 프로파일, 삼각형 프로파일, 및 톱니 프로파일(예를 들면, 블레이즈 격자) 중 하나 이상을 포함하는 -그러나 이들로 제한되지 않는다-, 회절을 제공하는 임의의 다양한 단면 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다.
일부 예에서, 멀티빔 회절 격자는 예를 들어 전자 디스플레이의 픽셀로서 플레이트 광 가이드로부터 광을 아웃커플링하기 위해 사용된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 '무안경식' 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들어, '홀로그램' 전자 디스플레이라고도 함)와 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 전자 디스플레이의 백라이트의 일부이거나 이와 함께 사용될 수 있다.
본원에서 정의에 의해, '멀티빔 회절 격자'는 복수의 광빔을 포함하는 아웃커플링된 광을 생성하는 회절 격자이다. 또한, 멀티빔 회절 격자에 의해 생성된 복수의 광빔은, 본원에 정의에 의해, 서로 다른 주각 방향을 갖는다. 특히, 정의에 의해, 복수의 광빔은 멀티빔 회절 격자에 의한 입사광의 회절성 결합 및 회절성 재지향의 결과로서 복수의 광빔의 또 다른 광빔과는 상이한 소정의 주각 방향을 갖는다. 예를 들어, 복수의 광빔은 8개의 상이한 주각 방향을 갖는 8개의 광빔을 포함할 수 있다. 조합된 8개의 광빔(즉, 복수의 광빔)은 예를 들어 광 필드를 나타낼 수 있다. 다양한 예에 따라, 여러 광빔들의 서로 상이한 주각 방향들은 격자 피치 또는 간격과 멀티빔 회절 격자에 입사하는 광의 전파 방향에 대한 각각의 광빔들의 원점들에 멀티빔 회절 격자의 회절 피처들의 방위 또는 회전과의 조합에 의해 결정된다.
본원에 설명된 다양한 예에 따라, 멀티빔 회절 격자는 예를 들어 전자 디스플레이의 픽셀들로서, 플레이트 광 가이드로부터 광을 아웃커플링하기 위해 채용된다. 특히, 서로 다른 주각 방향을 갖는 복수의 광빔을 생성하기 위해 멀티빔 회절 격자를 갖는 광 가이드는, '무안경식' 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들면, 멀티뷰 또는 '홀로그래픽' 전자 디스플레이 또는 오토스테레오스코픽 디스플레이라고도 함)와 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 전자 디스플레이의 백라이트의 일부이거나 이와 함께 사용될 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자를 사용하여 광 가이드로부터 안내된 광을 아웃커플링시킴으로써 생성된 서로 상이하게 지향되는 광빔들은 3-D 전자 디스플레이의 '픽셀'일 수 있거나 또는 이를 나타낼 수 있다.
본원에서, '광원'은 광의 소스(예를 들어, 광을 생성하고 방출하는 장치 또는 디바이스)로서 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되었을 때 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 여기에서, 광원은 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 폴리머 발광 다이오드, 플라스마 기반 광학 이미터, 형광 램프, 백열 램프, 및 사실상 이외 다른 광의 소스 중 하나 이상 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 을 포함한 광의 실질적으로 임의의 소스 혹은 광학 이미터일 수 있다. 광원에 의해 생성된 광은 색을 가질 수 있거나 또는 광의 특정 파장을 포함할 수 있다.
또한, 본원에서 사용된 바와 같이, 단수 표현은 특허 기술에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 이상'의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 예를 들어 '격자'는 하나 이상의 격자를 의미하며, 따라서 '격자'는 본원에서 '격자(들)'를 의미한다. 또한, 본원에서 '상', '저', '상측', '하측', '위', '아래', '전방', '후방', '제1', '제2', '좌측' 또는 '우측'은 본원에서 제한으로 의도되지 않는다. 본원에서, 값에 적용하였을 때 '약'이라는 용어는 일반적으로 값을 보여주기 위해 사용되는 장비의 허용오차 범위 이내를 의미하며, 또는 일부 예에서는 달리 명시적으로 특정하지 않는한, 플러스 또는 마이너스 10%, 또는 플러스 또는 마이너스 5%, 또는 플러스 또는 마이너스 1%를 의미한다. 또한, 본원에서 사용되는 '실질적으로'라는 용어는, 예를 들어, 약 51% 내지 약 100%의 범위 내의 대부분 또는 거의 전부 또는 전부 또는 이 내의 양을 의미한다. 또한, 본원의 예는 단지 예시적인 것으로 의도되며, 논의의 목적을 위해 제시된 것이며 제한하기 위한 것은 아니다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에 따라, 격자-결합 광 가이드가 제공된다. 도 1a는 본원에 설명된 원리에 따른 예에 일관된 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)의 단면도를 도시한다. 도 1b는 본원에 설명된 원리에 일관된 다른 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)의 단면도를 도시한다. 격자-결합 광 가이드(100)는, 예를 들어, 안내된 광(104)으로서 격자-결합 광 가이드(100)에 광(102)을 결합시키도록 구성된다. 광(102)은 예를 들어 광원(106)(예를 들어, 실질적으로 비-시준된 광원(106))에 의해 제공될 수 있다. 다양한 예들에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)는 비교적 높은 결합 효율을 제공할 수 있다. 또한, 격자-결합 광 가이드(100)는 다양한 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100) 내에서 광(102)을 소정의 퍼짐 각을 갖는 안내된 광(104)으로 변환할 수 있다(예를 들어, 안내된 광의 빔).
특히, 일부 예에 따라, 약 20%보다 큰 결합 효율이 달성될 수 있다. 예를 들어, 전송 구성(후술함)에서, 격자-결합 광 가이드(100)의 결합 효율은 약 30%보다 크거나 심지어 약 35%보다 클 수 있다. 예를 들어 최대 40%의 결합 효율이 달성될 수 있다. 반사 구성에서, 격자-결합 광 가이드(100)의 결합 효율은 예를 들면약 50%, 또는 약 60% 또는 약 70%만큼 높을 수 있다.
다양한 예들에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)에 의해 그리고 이 내에 제공된 소정의 퍼짐 각은 제어된 혹은 소정의 전파 특성을 갖는 안내된 광(104)의 빔을 제공할 수 있다. 특히, 격자-결합 광 가이드(100)는 "수직" 방향, 즉 격자-결합 광 가이드(100)의 표면의 평면에 수직인 평면에서 제어된 혹은 소정의 제1 퍼짐 각을 제공할 수 있다. 동시에, 격자-결합 광 가이드(100)는 수평 방향, 즉 격자결합 광 가이드 표면에 평행한 평면에서 제어된 혹은 소정의 제2 퍼짐 각을 제공할 수 있다. 또한, 광(102)은 격자-결합 광 가이드 평면에 실질적으로 수직인 각도로 광원(106)으로부터 수신된 다음, 격자-결합 광 가이드(100) 내에서 비-제로 전파 각도, 예를 들면, 격자-결합 광 가이드(100) 내에서의 내부 전반사의 임계각과 일관되는 비-제로 전파 각도를 갖는 안내된 광빔(104)으로 변환될 수 있다.
도시된 바와 같이, 격자-결합 광 가이드(100)는 광 가이드(110)를 포함한다. 특히, 광 가이드(110)는 다양한 예에 따라 플레이트 광 가이드(110)일 수 있다. 플레이트 광 가이드(110)는 플레이트 광 가이드(110)의 길이 또는 범위를 따라 광을(예를 들어, 광원(106)으로부터) 안내하도록 구성된다. 또한, 플레이트 광 가이드(110)는 다양한 예에 따라 비-제로 전파 각도로 광을 안내하도록(즉, 안내된 광(104)) 구성된다. 본원에 정의된 바와 같이, 비-제로 전파 각도는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(예를 들어, 상면 또는 저면)에 대한 각도이다.
일부 예에 따라, 비-제로 전파 각도는 약 10도 내지 약 60도 사이일 수 있다. 일부 예에서, 비-제로 전파 각도는 약 20도 내지 약 40도, 또는 약 25도 내지 약 35도일 수 있다. 예를 들어, 비-제로 전파 각도는 약 30도일 수 있다. 다른 예에서, 비-제로 전파 각도는 약 20도 또는 약 25도 또는 약 28도 또는 약 35도일 수 있다. 비-제로 전파 각도는 다양한 예에 따라 플레이트 광 가이드(110)의 길이 전체에 걸쳐 실질적으로 일정할 수 있다.
특히, 플레이트 광 가이드(110)는 일부 예에 따라, 내부 전반사를 사용하여 안내된 광(104)을 안내하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드(110)는 광학 도파로로서 구성된 유전체 물질을 포함할 수 있다. 유전체 물질은 유전체 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 굴절률보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 유전체 물질과 주변 매질의 굴절률의 차이는 하나 이상의 안내 모드에 따라 플레이트 광 가이드(110) 내의 안내된 광(104)의 내부 전반사를 용이하게 한다. 비-제로 전파 각도는 다양한 예에 따라, 내부 전반사에 대한 임계각보다 작은 각도에 대응할 수 있다.
일부 예에서, 플레이트 광 가이드(110)는 광학적으로 투명한 물질의 연장된 실질적으로 평면의 시트를 포함하는 슬랩 또는 플레이트 광학 도파로일 수 있다(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 단면도에 도시된 바와 같이). 실질적으로 평면 유전체 물질의 시트는 안내된 광빔(104)을 내부 전반사를 사용하여 안내하도록 구성된다. 다양한 예에 따라, 플레이트 광 가이드(110)의 광학적으로 투명한 물질은 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리, 알칼리-알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱 또는 폴리머(예를 들면, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 '아크릴 유리', 폴리카보네이트, 등)을 포함한 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 다양한 유전체 물질 중 임의의 것을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드(110)는 플레이트 광 가이드(110)(도시되지 않음)의 표면(예를 들어, 상면 및/또는 저면)의 적어도 일부분 상에 클래딩 층을 더 포함할 수 있다. 일부 예에 따라, 클래딩 층은 내부 전반사를 더욱 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.
일단 플레이트 광 가이드(110)에 도입되면, 안내된 광(104)은 일반적으로 입력 단부로부터 멀어지는 방향으로 플레이트 광 가이드(110)를 따라 전파한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 안내된 광(104)은 일반적으로 수평 방향으로 플레이트 광 가이드(110)를 따라 전파한다. 안내된 광(104)의 전파는 수평축(예를 들어, x-축)을 따라 가리키고 평플레이트 광 가이드(110) 내에서 전파하는 광학 빔을 나타내는 중공의 수평 화살표로서 도 1a 및 도 1b에서 좌측에서 우측으로 도시되어있다. 전파하는 광빔은 예를 들어 플레이트 광 가이드(110)의 하나 이상의 광학 모드를 나타낼 수 있다. 안내된 광(104)의 전파 광빔은 여러 예에 따라, 내부 전반사에 기인하여 광 가이드(110)의 물질(예를 들어, 유전체)과 주변 매질 사이의 계면에서 플광 가이드(110)의 벽(예를 들어, 상면 또는 전방면 및 저면 또는 후방면)에서 '바운스' 혹은 반사함으로써 전파한다. 도 1a 및 도 1b에서 반사에 대한 각도는 안내된 광(104)의 비-제로 전파 각도에 대응한다.
다양한 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)는 격자 커플러(120)를 더 포함한다. 격자 커플러(120)는 플레이트 광 가이드(110)에의(예를 들어, 이의 입력 에지에 인접한) 입력에 위치된다. 격자 커플러(120)는 회절을 이용하여 광원(106)으로부터의 광을 플레이트 광 가이드(110)에 결합하도록 구성된다. 특히, 격자 커플러(120)는 광(102)(예를 들어, 광원(106)으로부터)을 수신하고, 비-제로 전파 각도로 광(102)을 안내된 광(104)으로서 플레이트 광 가이드(110)에 회절적으로 재지향(즉, 회절적으로 결합)하게 구성된다. 전술한 바와 같이, 격자 커플러(120)에 의해 플레이트 광 가이드(110) 내로 회절적으로 지향되거나 결합되는 안내된 광(104)은, 다양한 예에 따라, 제어된 혹은 소정의 전파 특성을 갖는다.
특히, 격자 커플러(120)의 특성은 안내된 광(104) 또는 이의 광빔의 전파 특성을 결정하도록 구성된다. 격자 커플러(120)에 의해 결정된 전파 특성은 안내된 광(104)의 비-제로 전파 각, 제1 퍼짐 각, 및 제2 퍼짐 각 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본원에서 정의에 의해, '제1 퍼짐 각'은 플레이트 광 가이드(110)의 표면에 실질적으로 수직한 평면에서의 안내된 광(104)의 소정의 퍼짐 각이다. 또한, 제1 퍼짐 각은, 본원에서 정의에 의해, 안내된 광(104)의 광빔이 비-제로 전파 각(예를 들어, 수직 평면에서 빔 퍼짐)에 의해 정의된 방향으로 전파할 때 빔 퍼딤의 각도를 나타낸다. '제2 퍼짐 각'은, 본원에서 정의에 의해, 광 가이드 표면에 실질적으로 평핸한 평면에서 각도이다. 제2 퍼짐 각은 안내된 광(104)이 플레이트 광 가이드 표면에(예를 들어, 수평면 내에서) 실질적으로 평행한 방향(즉, 평면 내)으로 전파할 때 안내된 광빔의 소정의 퍼짐 각을 나타낸다.
다양한 예에 따라, 격자 커플러(120)는 복수의 이격된 회절 피처들을 갖는 회절 격자(122)를 포함한다. 안내된 광(104)의 제1 퍼짐 각 및 비-제로 전파 각은 일부 예에 따라 피치, 및, 어느 정도, 회절 격자(122)의 회절 피처의 측방 형상에 의해 제어되거나 결정될 수 있다. 즉, 안내된 광(104)의 일반적인 전파 방향에 대응하는 방향으로 격자의 피치를 선택함으로써, 비-제로 전파 각도를 생성하기 위해 회절 격자(122)의 회절 각도가 사용될 수 있다. 또한, 격자 커플러(120)의 회절 격자(122)의 길이를 따라 그리고 폭에 걸쳐 회절 피처의 피치 및 다른 측면들을 변화시킴으로써, 안내된 광(104)의 제1 각도 퍼짐이 제어될 수 있는데, 즉, 일부 예에 따라, 소정의 제1 각도 퍼짐을 제공할 수 있다.
또한, 일부 예에 따라, 안내된 광(104)의 소정의 제2 퍼짐 각은 격자 커플러(120)의 회절 격자(122)의 측방 형상 또는 폭 변동에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(122)의 제2 단부 쪽으로 그 폭이 제1 단부로부터 증가하는 회절격자(122)(즉, 팬형상 격자)는 재지향된 안내된 광(104)(즉, 팬형상 광빔)의 비교적 큰 제2 퍼짐 각을 생성할 수 있다. 특히, 일부 예에 따라, 소정의 제2 퍼짐 각은 격자 커플러(120)의 회절 격자(122)의 폭의 증가 각도에 실질적으로 비례할 수 있다. 다른 예에서, 폭의 변동이 비교적 적은(예를 들어, 실질적으로 평행한 측을 갖는) 회절 격자(122)는 안내된 광(104)의 광빔의 상대적으로 작은 제2 퍼짐 각을 제공할 수 있다. 비교적 작은 제2 퍼짐 각(예를 들어, 실질적으로 0인 퍼짐 각)은 예를 들어 플레이트 광 가이드 표면과 평행한 또는 동일 평면인 수평 방향으로 시준된 혹은 적어도 실질적으로 시준된 안내된 광빔을 제공할 수 있다.
도 2a는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 격자 커플러(120)의 평면도를 도시한다. 도 2b는 본원에 설명된 원리에 에 일관된 다른 예에 따라, 격자 커플러(120)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 2a는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(예를 들어, 상면 또는 저면)에서 보았을 때, 팬형상인 회절 격자(122)를 갖는 격자 커플러(120)를 도시한다. 팬형상 회절 격자(122)는 회절 격자(122)의 제2 단부를 향해 제1 단부로부터 증가하는 폭을 가지며, 여기서 폭 증가는 팬 각도(φ)를 정의한다. 예시된 바와 같이, 회절 격자 팬 각도(φ)는 약 80도이다. 팬-형상 회절 격자(122)는, 다양한 예에 따라, 팬 각도(φ)에 비례하는 소정의 제2 퍼짐 각을 갖는 안내된 광(104)의 팬형상의 광학 빔(예를 들어, 굵은 화살표를 사용하여 도시된)을 제공할 수 있다.
한편, 도 2b는 플레이트 광 가이드 표면에서 보았을 때, 직사각형 회절 격자(122)를 갖는(예를 들어, 팬 각도(φ)가 약 0과 동일한) 격자 커플러(120)를 도시한다. 직사각형 형상의 회절 격자(122)는 안내된 광(104)의 실질적으로 시준된 광학 빔, 약 제로인 소정의 제2 퍼짐 각을 갖는 안내된 광(104)의 광학 빔을 생성할 수 있다. 안내된 광(104)의 실질적으로 시준된 광학 빔은 도 2b의 평행한 굵은 화살표를 사용하여 도시되었다. 이와 같이, 회절 격자(122)의 팬 각도(φ)는, 다양한 예에 따라, 안내된 광(104)의 제2 전 퍼짐 각을 제어 또는 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 일부 예에 따라, 격자 커플러(120)는 투과형 격자 커플러(120)(즉, 투과 모드 회절 격자 커플러)일 수 있는 반면, 다른 예에서, 격자 커플러(120)는 반사형 격자 커플러(120)(즉, 반사 모드 회절 격자 커플러)일 수 있다. 특히, 도 1a에 도시된 바와 같이, 격자 커플러(120)는 광원(106)에 인접한 플레이트 광 가이드(110)의 표면(112)에 투과 모드 회절 격자(122')를 포함할 수 있다. 예를 들어, 격자 커플러(120)의 투과 모드 회절 격자(122')는 플레이트 라이트 가이드(110)의 저면(또는 제1)(112) 상에 있을 수 있고, 광원(106)은 격자 커플러(120)를 하부로부터 조명할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 격자 커플러(120)의 투과 모드 회절 격자(122')는 회절 격자(122)를 투과하거나 통과하는 광(102)을 회절적으로 재지향하도록 구성된다.
대안적으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 격자 커플러(120)는 광원(106)에 인접한 표면에 대향하는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(114)에 반사 모드 회절 격자(122")를 갖는 반사형 격자 커플러(120)일 수 있다. 예를 들어, 격자 커플러(120)의 반사 모드 회절 격자(122")는 플레이트 광 가이드(110)의 상면(또는 제2)(114) 상에 있을 수 있고, 광원(106)은 플레이트 광 가이드(110)의 저면(또는 제1)(112)의 일부를 통해 격자 커플러(120)를 조명할 수 있다. 반사 모드 회절 격자(122")는 도 1b에 도시된 바와 같이 반사 회절(즉, 반사 및 회절)을 사용하여 광(102)을 플레이트 광 가이드(110)로 회절적으로 재지향하도록 구성된다.
다양한 예에 따라, 격자 커플러(120)의 회절 격자(122)는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(112, 114) 상에 또는 안에 형성되거나 또는 아니면 제공되는 회절 격자의 홈, 리지 또는 유사한 회절 피처를 포함할 수 있다. 홈 또는 리지는 투과형 격자 커플러(120)의 투과 모드 회절 격자(122')로서 기능하도록 플레이트 광 가이드(110)의 광원 인접 표면(112)(예를 들어, 제1 또는 저면) 내에 또는 그 위에 형성될 수 있다. 유사하게, 홈 또는 리지는 예를 들어, 반사형 격자 커플러(120)의 반사 모드 회절 격자(122")로서 기능하도록 광원 인접 표면(112)에 대향한 플레이트 광 가이드(110)의 표면(114) 내에 또는 그 위에 형성되거나 아니면 제공될 수 있다.
일부 예에 따라, 격자 커플러(120)는 플레이트 광 가이드 표면 상에 또는 내에 격자 물질(예를 들어, 격자 물질층)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 격자 물질은 플레이트 광 가이드(110)의 물질과 실질적으로 유사할 수 있고, 다른 예에서는 격자 물질은 플레이트 광 가이드 물질과는 상이할 수 있다(예를 들어, 상이한 굴절률을 가질 수 있다). 일부 예에서, 플레이트 광 가이드 표면 내 회절 격자 홈은 격자 물질로 채워질 수 있다. 예를 들어, 투과성 격자 커플러(120) 또는 반사형 격자 커플러(120) 중 어느 하나의 회절 격자(122)의 홈은 플레이트 광 가이드(110)의 물질과는 상이한 유전체 물질(즉, 격자 물질)로 채워질 수 있다. 일부 예에 따라, 격자 커플러(120)의 격자 물질은 예를 들어 질화실리콘을 포함할 수 있지만, 플레이트 광 가이드(110)는 유리일 수 있다. 인듐 주석 산화물(ITO)으로 한정되는 것은 아니지만 이를 포함하는 그외 다른 격자 물질이 사용될 수도 있다.
다른 예에서, 투과성 격자 커플러(120) 또는 반사형 격자 커플러(120)는 특별한 회절 격자(122)로서 작용하게 플레이트 광 가이드(110)의 각각의 표면 상에 피착, 형성 또는 아니면 제공되는 리지, 범프 또는 유사한 회절 피처를 포함할 수 있다. 리지 또는 유사한 회절 피처는 예를 들어, 플레이트 광 가이드(110)의 각각의 표면 상에 피착된 유전체 물질층(즉, 격자 물질) 내에 형성될 수 있다(예를 들어, 에칭, 몰딩, 등에 의해). 일부 예에서, 반사형 격자 커플러(120)의 격자 물질은 반사 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사형 회절 격자(122")에 의한 반사를 용이하게 하기 위해, 반사형 격자 커플러(120)는 금, 은, 알루미늄, 구리 및 주석과 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 반사형 금속의 층일 수 있거나 포함할 수 있다.
다양한 예에 따라, 격자 커플러(120)(즉, 투과성 격자 커플러 또는 반사형 격자 커플러)는 안내된 광(104)의 출력 위상 프로파일과 광원(106)으로부터 입사하는 광(102)의 입력 위상 프로파일 간에 차이인 격자 특별 위상 함수를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 광원(106)이 투과성 격자 커플러(120)로부터 거리(f)에 점원에 근사하다면, 광의 입력 위상 프로파일(φin)은 식1에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112017051605313-pct00001
(1)
x 및 y는 투과형 격자 커플러(120)의 공간 좌표이고 λ는 자유 공간(즉, 진공)의 파장이다. 투과성 격자 커플러(120)는 각도 θ로 격자 커플러(120)의 임의의 중심점(x0, y0)으로부터 멀리 전파하는 안내된 광(104)의 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 투과성 격자 커플러(120)에 의해 생성된 안내된 광(104)의 출력 위상 프로파일(φout)은 식2에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112017051605313-pct00002
(2)
n은 플레이트 광 가이드(110)의 굴절률이다. 투과형 격자 커플러(120)의 격자 공간 위상 함수는 식1과 식2 사이의 차이로부터 결정될 수 있다. 또한, 수평 퍼짐 각(예를 들어, x-y 평면에서의)은, 다양한 예에 따라, 투과성 격자 커플러(120)의 회절 격자의 포락선 함수에 의해 결정될 수 있다. 반사형 격자 커플러(120)를 고려할 때, 플레이트 광 가이드(110)의 광원 인접면(예를 들어, 저면)을 통해서(즉, 굴절) 그리고 플레이트 광 가이드(110)의 물질을 통해서 광원(102)의 광 또한 고려된다. 또한, 반사형 격자 커플러(120)로, 선택적 금속화(예를 들어, 금속 또는 금속층의 사용)는 회절 효율을 개선할 수 있다(예를 들어, 반사 격자 커플러(120)의 회절 격자의 0차 투과된 회절 차수를 효과적으로 제거함으로써).
도 3a는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)의 일부분의 단면도를 예시한다. 도 3b는 본원에 설명된 원리에 일관된 또 다른 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)의 일부분의 단면도를 도시한다. 특히, 도 3a 및 도 3b는 격자 커플러(120)를 포함하는 도 1a의 격자-결합 광 가이드(100)의 일부를 도시한다. 또한, 도 3a-도 3b에 도시된 격자 커플러(120)는 투과 모드 회절 격자(122')를 포함하는 투과성 격자 커플러(120)이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 투과형 회절 격자 커플러(120)는 투과 모드 회절 격자(122')를 형성하기 위해 플레이트 광 가이드(110)의 저면(또는 광원에 인접한)(112)에 형성된 홈(즉, 회절 피처)을 포함한다. 또한, 도 3a에 도시된 투과성 격자 커플러(120)의 투과 모드 회절 격자(122')는 홈 내에 피착되는 격자 물질층(124)(예를 들어, 질화실리콘)을 포함한다. 도 3b는 투과 모드 회절 격자(122')를 형성하기 위해 플레이트 광 가이드(110)의 저면 또는 광원 인접 표면(112) 상에 격자 물질(124)의 리지(즉, 회절 피처)를 포함하는 투과형 격자 커플러(120)를 도시한다. 예를 들어, 격자 물질(124)의 피착된 층을 에칭 또는 몰딩하는 것은 리지를 생성할 수 있다. 일부 예에서, 도 3b에 도시된 리지를 구성하는 격자 물질(124)는 플레이트 광 가이드(110)의 물질과 실질적으로 유사한 물질을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 격자 물질(124)은 플레이트 광 가이드(110)의 물질과는 다를 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드(110)는 유리 또는 플라스틱/폴리머 시트를 포함할 수 있고, 격자 물질(124)은 플레이트 광 가이드(110) 상에 피착된 질화실리콘 -그러나 이것으로 제한되지 않는다- 와 같은 상이한 물질일 수 있다.
도 4a는 본원에 설명된 원리에 일관된 또 다른 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)의 일부분의 단면도를 도시한다. 도 4b는 본원에 설명된 원리에 일관된 또 다른 예에 따라, 격자-결합 광 가이드(100)의 일부의 단면도를 도시한다. 특히, 도 4a 및 도 4b는 모두, 격자 커플러(120)가 반사 모드 회절 격자(122")를 갖는 반사형 격자 커플러(120)인 격자 커플러(120)를 포함하는 도 1b의 격자-결합 광 가이드(100)의 부분을 도시한다. 도시된 바와 같이, 반사형 회절 격자 커플러(120)(즉, 반사 모드 회절 격자 커플러)는 광원, 즉, 도 1b에 도시된(즉, 광원-대향면(114)) 광원(106)에 인접한 표면(112)에 대향하는 플레이트 광 가이드(110)의 표면(114)에 또는 그 위에 있다.
도 4a에서, 반사형 회절 격자 커플러(120)의 반사 모드 회절 격자(122")는 플레이트 광 가이드(110)를 통해 광원(106)으로부터 입사광(102)을 각각 회절 및 재지향시키기 위해 플레이트 광 가이드(110)의 광원-대향면(114) 또는 '상면'에 형성된 홈(회절 피처)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 홈은 추가의 반사를 제공하고 도시된 반사형 격자 커플러(120)의 회절 효율을 개선하기 위해 금속 물질층(126)으로 채워지고 추가로 베이크된다. 즉, 격자 물질(124)은 도시된 바와 같이 금속층(126)을 포함한다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 홈은 격자 물질(예를 들어, 질화실리콘)로 채워질 수 있고, 이어 예를 들어, 베이크되거나 금속층으로 실질적으로 덮인다.
도 4b는 반사 모드 회절 격자(122")를 생성하기 위해 플레이트 광 가이드(110)의 상면(114) 상에 격자 물질(124)로 형성된 리지(회절 피처)를 포함하는 반사형 격자 커플러(120)를 도시한다. 리지는 예를 들어 질화실리콘층(즉, 격자 물질)으로부터 에칭될 수 있다. 일부 예에서, 금속층(126)은 예를 들어 증가된 반사를 제공하고 회절 효율을 개선시키기 위해 반사 모드 회절 격자(122")의 리지를 실질적으로 덮기 위해 제공된다.
일부 예에서, 격자-결합 광 가이드(100)는 광원(106)(예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된)을 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 예에서, 광원(106)은 비-시준된 광원(106)일 수 있다. 예를 들어, 광원(106)은 회로 보드 상에 장착되고 회로 보드 상의 LED 칩에 인접한(예를 들어, 위에) 공간을 조명하도록 구성된 면 방출 LED 칩일 수 있다. 일부 예에서, 광원(106)은 점원에 근사할 수 있다. 특히, 광원(106)은 넓은 콘 각을 특징으로하는 조명을 갖거나 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광원(106)의 콘 각은 약 90°보다 클 수 있다. 다른 예에서, 콘 각은 약 80도 이상, 또는 약 70도 이상, 또는 약 60도 이상일 수 있다. 예를 들어, 콘 각은 약 45도일 수 있다. 다양한 예에 따라, 광원(106)으로부터의 광(102)의 중심 광선은 플레이트 광 가이드(110)의 표면에 실질적으로 직교하는 각도로 격자 커플러(120)에 입사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 광원(106)은 플레이트 광 가이드(110)의 저면 밑에 있을 수 있으며, 예를 들어, 도시된 바와 같이, 상향 방향으로, 플레이트 광 가이드(110)를 향하여 지향되는 광(102)을 생성하도록 구성된다.
일부 예에서, 비시준 광원(106)에 의해 생성된 실질적으로 비시준된 광(102)은 시준 안내된 광(104)으로서 격자 커플러(120)에 의해 제공되는 회절적 재지향에 의해 실질적으로 시준된다. 다른 예에서, 회절적으로 재지향된 안내된 광(104)은 실질적으로 비시준된다(예를 들어, 팬형상의 빔이 생성될 때). 또 다른 예에서, 안내된 광(104)은 제1 방향으로(예를 들어, 약 비-제로 전파 각도에 관한 제1 퍼짐 각에 대응하는) 격자 커플러(120)에 의해 실질적으로 시준되고 제2 방향으로(예를 들어, 제2 퍼짐 각에 대응하는) 격자 커플러(120)에 의해 실질적으로 비시준될 수 있다. 예를 들어, 격자 커플러(120)는 플레이트 광 가이드 표면에 평행한 수평 방향으로 팬-형상의 빔 및 수직 방향 또는 플레이트 광 가이드 표면에 수직한 평면에서 실질적으로 시준된 빔(즉, 대략 0과 동일한 퍼짐 각)을 제공할 수 있다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에서, 격자-결합 광 가이드 시스템이 제공된다. 격자-결합 광 가이드 시스템은 다양한 용도를 갖는다. 예를 들어, 격자-결합 광 가이드 시스템은 멀티빔 격자 기반 백라이트에 사용될 수 있다. 멀티빔 격자 기반 백라이트는 예를 들어, 3차원(3-D) 전자 디스플레이에 사용될 수 있다. 다른 예에서, 격자-결합 광 가이드 시스템의 플레이트 광 가이드와 같은, 격자-결합 광 도파 시스템의 부분은 터치 패널이 터치되는 위치 및 불완전 내부 전반사(FTIR)를 사용하여 가해지는 압력 중 하나 또는 둘 다를 감지하기 위해 터치 감응 패널에 채용될 수 있다.
도 5는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 격자-결합 광 가이드 시스템(200)의 블록도를 도시한다. 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 비시준된 광을 제공하기 위한 광원(210)을 포함한다. 비시준된 광은 다양한 예에 따라 제1 방향(예를 들어, 수직 방향)으로 제공된다. 광원(210)은 격자-결합 광 가이드(100)와 관하여 전술한 광원(106)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광원(210)은 점원(예를 들어, 광의 점원)에 근사할 수 있다.
격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 플레이트 광 가이드(220)를 더 포함한다. 플레이트 광 가이드(220)는 제2 방향으로 비-제로 전파 각으로 광을 안내하도록 구성된다. 다양한 예에 따라, 제2 방향은 제1 방향에 실질적으로 직교한다. 일부 예에서, 플레이트 광 가이드(220)는 전술한 격자-결합 광 가이드(100)의 플레이트 광 가이드(110)와 실질적으로 유사하다. 플레이트 광 가이드(220)는 예를 들어 복수의 에지를 가질 수 있다.
도 5에 도시된 격자 결합 광 가이드 시스템(200)은 격자 커플러(230)를 더 포함한다. 격자 커플러(230)는 예를 들어 플레이트 광 가이드(220)의 에지(예를 들어, 입력 에지)에 인접하거나 혹은 이에 위치될 수 있다. 격자 커플러(230)는 광원(210)으로부터 비시준된 광을 수신하고, 수신된 광을 비-제로 전파 각도 및 제2 방향으로 안내된 광으로서 플레이트 광 가이드(220)로 회절적으로 재지향하도록 구성된다. 또한, 격자 커플러(230)에 의해 회절적으로 재지향된 안내된 광은 미리 정해진 퍼짐 각을 갖는다. 예를 들어, 회절적으로 재지향된 안내된 광은 미리 정해진 제1 퍼짐 각 및 제2 퍼짐 각 중 하나 또는 모두를 가질 수 있다. 제1 퍼짐 각은 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 수직한 평면 내에 있을 수 있고, 제2 퍼짐 각은 예를 들어 플레이트 광 가이드 표면에 실질적으로 평행한 평면 내에 있을 수 있다.
다양한 예에 따라, 격자 커플러(230)의 특성은 비-제로 전파 각도 및 안내된 광의 퍼짐 각을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 격자 피치 및 격자의 형상을 포함하는, 그러나 이로 제한되지 않는 격자 커플러(230)의 특성은 비-제로 전파 각도, 제1 퍼짐 각(예를 들어 수직면에서) 및 제2 퍼짐 각(예를 들면, 수평면에서)를 결정할 수 있다. 일부 예에 따라, 격자 커플러(230)는 격자-결합 광 가이드(100)과 관하여 상술한 격자 커플러(120)와 실질적으로 유사하다. 또한, 격자 커플러(230)의 회절 격자는 전술한 격자-결합 광 가이드(100)의 회절 격자(122)와 실질적으로 유사할 수 있다.
특히, 일부 예들에서, 격자 커플러(230)는 투과 모드 회절 격자를 포함하고, 투과성 격자 커플러(230)로서 기능한다. 투과 모드 회절 격자는 광원(210)에 인접한 플레이트 광 가이드(220)의 저면 상에 위치될 수 있다. 다른 예에서, 격자 커플러(230)는 반사 모드 회절 격자를 포함하고, 반사 격자 커플러(230)로서 기능한다. 반사 모드 회절 격자는 광원 인접 저면 표면에 대향한 플레이트 광 가이드(220)의 상면 상에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 격자 커플러(230)는 투과 모드 회절 격자 및 반사 모드 회절 격자를 모두 포함할 수 있다.
일부 예에서, 도 5에 도시된 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 안내된 광을 검출하기 위해 플레이트 광 가이드(220)의 다른 에지에 복수의 광 센서를 더 포함한다. 광 센서는, 예를 들어, 격자 커플러(230)가 위치하는 에지(입력 에지)에 대향하는 에지(예를 들어, 출력 에지)에 있을 수 있다. 일부 예에서, 광 센서는 플레이트 광 가이드(220)의 복수의 에지 중 임의의 에지에 위치 될 수 있다. 예를 들어, 격자 커플러(230)는 입력 에지 또는 직사각형 플레이트 광 가이드(220)에 위치될 수 있는 한편, 광 센서는 이의 3개의 다른 에지에 위치될 수 있다. 복수의 광 센서는 안내된 광의 불완전 내부 전반사(FTIR)를 사용하여 플레이트 광 가이드의 표면이 터치되는 위치를 결정하도록 구성된다. 터치 위치를 결정하는 것은 또한 광 센서에 의해 수신된 안내된 광과 관련하여 투과 토모그래픽 재구성 혹은 삼각 측량을 사용할 수 있다. 다양한 예에 따라, 광 센서들을 포함하는 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 터치 감응 패널 시스템이다.
도 6은 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 격자-결합 광 가이드 시스템(200)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 터치 감응 패널 시스템으로서 구성된다. 특히, 도 6은 플레이트 광 가이드(220)의 제1 에지(222) 밑에 복수의 광원(210)(예를 들어, 도트 또는 점 광원으로서)을 도시한다. 복수의 격자 커플러(230)는 플레이트 광 가이드 제1 에지(222)에 도시되었고, 복수의 광 센서(240)는 플레이트 광 가이드(220)의 제2 에지(224)에 도시되었다. 이 예에서, 제2 에지(224)는 제1 에지(222)에 대향함에 유의한다. 복수의 광원(210)은 복수의 격자 커플러(230)를 조명하도록 구성된다. 격자 커플러(230)는 복수의 광원(210)으로부터의 광을 안내된 광으로서 플레이트 광 가이드(220)의 안내 모드로 회절적으로 재지향시킨다. 안내된 광은 제2 에지(224)에서 복수의 광 센서(240)에 의해 수신되고 처리된다. 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 터치에 의해 야기되는 안내된 광에 디스터번스(예를 들어, FTIR로 인한)은 표면 터치의 위치 및 일부 예에서는 압력을 결정하기 위해 복수의 광 센서(240)에 의해 검출될 수 있다.
일부 예에서, 도 5에 도시된 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 멀티빔 회절 격자들의 어레이를 더 포함한다. 멀티빔 회절 격자들의 어레이는 다양한 예에 따라, 복수의 광 센서 대신에 혹은 이에 더하여 포함될 수 있다. 다양한 예에 따라, 어레이의 각각의 멀티빔 회절 격자는 안내된 광의 일부를 회절 결합을 사용하여 복수의 광빔들로서 결합하도록 구성된다. 복수의 광빔의 광빔의 주각 방향은 복수의 광빔의 다른 광빔의 주 각도 방향과 다르다. 다양한 예에 따라, 멀티빔 회절 격자들의 어레이를 포함하는 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트이다.
특히, 멀티빔 격자 기반 백라이트로서 구성된 격자-결합 광 가이드 시스템(200)은 플레이트 광 가이드(220)의 표면으로부터 밖으로 그리고 멀어져 지향되는 복수의 광빔을 제공하거나 발생할 수 있다. 광빔은 다른 소정의 방향으로 밖으로 그리고 멀어져 지향된다. 일부 예에서, 상이한 방향을 갖는 복수의 광빔은 전자 디스플레이의 복수의 픽셀을 형성한다. 일부 예에서, 전자 디스플레이는 소위 '무안경식' 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들어, 멀티뷰 디스플레이)이다. 또한, 일부 예에서, 광빔은 개별적으로 변조될 수 있다(예를 들어, 후술되는 바와 같은 광 밸브에 의해). 멀티빔 회절 격자들의 어레이에 의해 격자-결합 광 가이드 시스템(200)으로부터 다른 방향으로 지향된 광빔들의 개별 변조는 예를 들어 3-D 전자 디스플레이 응용에 특히 유용할 수 있다.
다양한 예에 따라, 어레이의 멀티빔 회절 격자는 회절을 제공하도록 구성된 복수의 회절 피처를 포함한다. 제공된 회절은 플레이트 광 가이드(220)로부터 안내된 광의 회절적 아웃커플링을 하기 위한 것이다. 예를 들어, 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 홈 및 회절 피처로서 작용하는 플레이트 광 가이드 표면으로부터 돌출된 리지 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 홈 및 리지는 서로 평행하게, 그리고, 적어도 어느 지점에, 멀티빔 회절 격자에 의해 아웃커플링될 안내된 광의 전파 방향에 수직하게, 배열될 수 있다. 일부 예에서, 홈 및 리지는 에칭되거나, 밀링되거나 또는 표면 내에 몰딩되거나, 표면 상에 도포될 수 있다. 이와 같이, 멀티빔 회절 격자의 물질은 플레이트 광 가이드(220)의 물질을 포함할 수 있다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 멀티빔 회절 격자는 광 안내 표면에 도포되거나 부착된 필름 또는 층일 수 있다. 회절 격자는 예를 들어 광 안내 표면 상에 피착될 수 있다.
어레이의 멀티빔 회절 격자는 다양한 예에 따라 플레이트 광 가이드(220)의 표면에, 표면 상에, 또는 표면 내에 다양한 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 어레이의 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드 표면을 걸쳐 열과 행으로 배열될 수 있다. 멀티빔 회절 격자의 행 및 열은 예를 들어 멀티빔 회절 격자의 직사각형 어레이를 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 회절 격자 어레이는 원형 어레이를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 어레이로서 배열될 수 있다. 또 다른 예에서, 복수의 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 거쳐 실질적으로 랜덤하게 분포될 수 있다.
일부 예에 따라, 멀티빔 회절 격자 어레이는 처프된 회절 격자를 포함할 수 있다(예를 들어, 아래에서 설명되는 도 8에 도시된 바와 같이). 정의에 의해, '처프된 회절 격자'는 처프된 회절 격자의 범위 또는 길이에 걸쳐 변화하는 회절 피처의 회절 피치 또는 간격을 나타내거나 갖는 회절 격자이다. 여기서, 변하는 회절 간격을 '처프'라고 한다. 결과적으로, 플레이트 광 가이드(220)로부터 회절적으로 아웃커플링된 안내된 광은 처프된 회절 격자에 걸쳐 상이한 원점에 대응하는 상이한 회절 각도로 광빔으로서 처프된 회절 격자로부터 나가거나 또는 방출된다. 처프에 의해, 처프된 회절 격자는 상이한 주각 방향을 갖는 복수의 광빔을 생성할 수 있다. 일부 예에서, 처프된 회절 격자는 거리에 따라 선형으로 변화하는 회절 간격의 처프를 갖거나 또는 나타낼 수 있다. 이와 같이, 처프된 회절 격자는 '선형으로 처프된' 회절 격자라 지칭될 수 있다.
다른 예에서, 처프된 회절 격자는 회절 간격의 비선형 처프를 나타낼 수 있다. 처프된 회절 격자를 실현하는데 사용될 수 있는 다양한 비선형 처프는 지수 처프, 대수 처프, 또는 또 다른, 실질적으로 불균일하거나 랜덤하지만 여전히 단조로운 방식으로 변하는 처프를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 사인파 처프 또는 삼각형(또는 톱니) 처프와 같은 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 비단조적 처프가 사용될 수도 있다. 이러한 유형의 임의의 처프의 조합 또한 사용될 수 있다.
일부 예에 따라, 어레이의 멀티빔 회절 격자 내의 회절 피처는 안내된 광의 입사 방향에 대해 변화하는 방위를 가질 수 있다. 특히, 멀티빔 회절 격자 내의 제1 지점 또는 위치에서의 회절 피처의 방위는 다른 지점에서의 회절 피처의 방위와는 다를 수 있다. 일부 예에서, 멀티빔 회절 격자는 만곡되거나 일반적으로 만곡된 구성으로 배열된 회절 피처를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 회절 피처(들)(예를 들어, 홈, 리지, 등)의 곡선은 원의 섹션을 나타낼 수 있다. 원은 플레이트 광 가이드 표면과 동일 평면 상에 있을 수 있다. 다른 예에서, 곡선은 예를 들어 광 가이드 표면과 동일 평면인 타원 또는 또 다른 만곡된 형상의 섹션을 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 어레이의 멀티빔 회절 격자는 '구분적으로' 만곡된 회절 피처를 포함할 수 있다. 특히, 회절 피처는 멀티빔 회절 격자 내의 회절 피처를 따라 상이한 지점에서, 그 자체로 실질적으로 평활하거나 연속적인 곡선을 기술하지 않지만, 회절 피처는 여전히 곡선에 근사하기 위해 안내된 빔의 입사 방향에 관하여 상이한 각도의 방위에 있을 수 있다.
도 7은 본원에 설명된 원리에 일관된 다른 예에 따라, 격자-결합 광 가이드 시스템(200)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 격자 결합 광 가이드 시스템(200)은 멀티빔 격자 기반의 백라이트로서 구성된다. 특히, 도 7은 플레이트 광 가이드(220)의 제1 에지(222) 밑에 복수의 광원(210)(예를 들어, 일례로서 도트의 열로 도시됨)을 도시한다. 광원(210)은, 도시된 바와 같이, z-방향으로 지향된 광으로 플레이트 광 가이드(220)의 저면을 조명하게 구성된다. 복수의 격자 커플러(230)가 플레이트 광 가이드 제1 에지(222)에 또한 도시되었고(예로서, 점선 직사각형으로서), 멀티빔 회절 격자(250)의 어레이가 플레이트 광 가이드(220)의 상면(즉, x-y 평면) 상에 배열되어 도시되었다(예로서, 원 어레이로서). 복수의 광원(210)은 복수의 격자 커플러(230)를 조명하도록 구성된다. 격자 커플러(230)는 복수의 광원(210)으롭터 광을 안내된 광으로서 플레이트 광 가이드(220)의 안내 모드로 회절적으로 재지향한다. 이어, 안내된 광은, 다양한 예에 따라, 상이한 주각 방향을 갖는 복수의 광빔(도 7에 도시되지 않음)을 생성하기 위해 어레이의 멀티빔 회절 격자(250)에 의해 회절적으로 아웃커플링된다. 어레이의 각각의 멀티빔 회절 격자(250)는 다양한 예에 따라 상이한 복수의 광빔을 생성한다는 것에 유의한다.
도 8은 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라, 격자-결합 광 가이드 시스템(200)의 멀티빔 회절 격자(250)의 단면도를 도시한다. 특히, 멀티빔 회절 격자(250)가 플레이트 광 가이드(220)의 상면에 도시되어 있다. 멀티빔 회절 격자(250)는 도시된 바와 같이 리지 또는 다른 회절 피처가 홈(252) 대신에 또는 이에 더하여 사용될 수 있을지라도, 플레이트 광 가이드(220)의 표면에 복수의 홈(252)을 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 멀티빔 회절 격자(250)는 멀티빔 회절 격자(250)의 제1 단부(250')에서 제2 단부(250")로 증가하는 홈 간격(d)을 갖는 처프된 회절 격자이다. 안내된 광(104)의 일부를 회절적으로 아웃커플링함으로써 생성된 상이한 주각 방향을 갖는 광빔(254)이 도 8에서 화살표로 도시되었다.
본원에 설명된 원리의 일부 예에 따라, 전자 디스플레이가 제공된다. 전자 디스플레이는 변조된 광빔을 전자 디스플레이의 픽셀로서 방출하도록 구성된다. 또한, 다양한 예에서, 변조된 광빔들은 복수의 상이하게 지향된 변조된 광빔으로서 전자 디스플레이의 시야 방향을 향하여 우선적으로 지향될 수 있다. 일부 예에서, 전자 디스플레이는 3차원(3-D) 전자 디스플레이(예를 들어, 무안경식 3-D 전자 디스플레이)이다. 변조된, 상이하게 지향된 광빔의 서로 상이한 것들은 다양한 예에 따라, 3-D 전자 디스플레이와 연관된 상이한 '뷰'에 대응할 수 있다. 상이한 '뷰'는 예를 들어 3-D 전자 디스플레이에 의해 디스플레이되는 정보의 '무안경식'(예를 들어, 오토스테레오스코픽) 표현을 제공할 수 있다.
도 9는 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라 3-D 전자 디스플레이(300)의 블록도를 도시한다. 도 9에 도시된 3-D 전자 디스플레이(300)는 광을 안내하는 플레이트 광 가이드(310)를 포함한다. 플레이트 광 가이드(310) 내의 안내된 광빔은 3-D 전자 디스플레이(300)에 의해 방출된 변조된 광빔(302)이 되는 광의 소스이다. 일부 예에 따라, 플레이트 광 가이드(310)는 회절 결합 광 가이드(100)에 대해 전술한 플레이트 광 가이드(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 플레이트 광 가이드(310)는 내부 전반사에 의해 광을 안내하게 구성된 평면 유전체 물질 시트인 슬랩 광학 도파로일 수 있다.
3차원 전자 디스플레이(300)는 격자 커플러(320)를 더 포함한다. 격자 커플러(320)는 광원으로부터의 광을 안내된 광으로서 플레이트 광 가이드(310)에 회절적으로 결합하도록 구성된다. 일부 예에 따라, 격자 커플러(320)는 격자-결합 광 가이드(100)과 관하여 상술한 격자 커플러(120)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 격자 커플러(320)는 소정의 퍼짐 각을 갖는 플레이트 광 가이드(310) 내에 안내된 광의 빔을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 안내된 광의 빔은 격자 커플러(120)에 대해 전술한 바와 같이 소정의 제1 퍼짐 각 및 소정의 제2 퍼짐 각 둘 다를 가질 수 있다.
도 9에 도시된 3-D 전자 디스플레이(300)는 멀티빔 회절 격자들(330)의 어레이를 더 포함한다. 멀티빔 회절 격자들의 어레이(330)는, 여러 예에 따라, 안내된 광의 일부를 복수의 광빔(304)으로서 아웃커플링하고 더욱이 플레이트 광 가이드(310)로부터 멀어지는 복수의 다른 주각 방향으로 광빔(304)을 지향시키기 위해, 플레이트 광 가이드(310)의 표면에 위치된다. 일부 예에서, 어레이의 멀티빔 회절 격자(330)는, 전술한 바와 같이, 멀티빔 회절 격자 기반 백라이트로서 구성된 격자-결합 광 가이드 시스템(200)의 멀티빔 회절 격자(250)와 실질적으로 유사할 수 있다.
특히, 일부 예들에서, 멀티빔 회절 격자(330)는 처프된 회절 격자를 포함한다. 일부 예에서, 멀티빔 회절 격자(330)의 회절 피처(예를 들어, 홈, 리지, 등)는 만곡된 회절 피처이다. 또 다른 예에서, 어레이의 멀티빔 회절 격자(330)는 또한 만곡된 회절 피처를 갖는 처프된 회절 격자를 포함한다. 예를 들어, 만곡된 회절 피처는 만곡된(즉, 연속적으로 만곡된 또는 구분적으로 만곡된) 리지 또는 홈, 및 멀티빔 회절 격자(330)에 걸쳐 거리의 함수로서 변할 수 있는 만곡된 회절 피처 사이의 간격을 포함할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 3-D 전자 디스플레이(300)는 광 밸브 어레이(340)를 더 포함한다. 광 밸브 어레이(340)는, 다양한 예에 따라, 복수의 광빔의 상이하게 지향된 광빔(304)을 변조하도록 구성된 복수의 광 밸브를 포함한다. 특히, 광 밸브 어레이(340)의 광 밸브는 3-D 전자 디스플레이(300)의 픽셀인 변조된 광빔(302)을 제공하기 위해 상이하게 지향된 광빔(304)을 변조한다. 또한, 변조된 상이하게 지향된 광빔(302)의 서로 상이한 것들은 3-D 전자 디스플레이(300)의 상이한 뷰들에 대응할 수 있다. 다양한 예에서, 액정 광 밸브, 및 전기영동 광 밸브를 포함하지만 이에 한정되지 않는 광 밸브 어레이(340)의 상이한 유형의 광 밸브가 채용될 수 있다. 점선은 광빔(302)의 변조를 강조하기 위해 도 9에서 사용된다.
본원에 기술된 원리의 일부 예에 따라, 광을 플레이트 광 가이드에 결합시키는 방법이 제공된다. 도 10은 본원에 설명된 원리에 일관된 예에 따라 플레이트 광 가이드에 광을 결합하는 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 광을 플레이트 광 가이드에 결합시키는 방법(400)은 광원을 사용하여 광을 생성하는 단계(410)를 포함한다. 일부 예에서, 광원은 비시준된 광원이고, 발생된 광(410)은 실질적으로 비시준된 광이다. 예를 들어, 광원은 점원에 근사할 수 있다. 일부 예에서, 광을 발생시키는데(410) 사용되는 광원은 격자-결합 광 가이드(100)과 관하여 전술한 광원(106)과 실질적으로 유사하다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 플레이트 광 가이드에 광을 결합하는 방법(400)은 격자 커플러를 사용하여 광원으로부터의 광을 플레이트 광 가이드에 결합하키는 단계(420); 및 결합된 광을 안내된 광으로서 비-제로 전파 각도로 플레이트 광 가이드 내에서 안내하는 단계(430)를 포함한다. 다양한 예에 따라, 안내된 광은 플레이트 광 가이드의 표면에 수직인 평면에서 소정의 제1 퍼짐 각 및 플레이트 광 가이드의 표면에 실질적으로 평행한 평면에서 소정의 제2 퍼짐 각을 갖는 격자 커플러에 의해 비-제로 전파 각도로 지향되는 전파 광빔을 포함한다. 소정의 제1 및 제2 퍼짐 각은 다양한 예에 따라 격자 커플러의 특성에 의해 결정된다.
일부 예에서, 광을 결합하는데(420) 사용되는 격자 커플러는 격자-결합 광 가이드(100)와 관하여 전술한 격자 커플러(120)와 실질적으로 유사하다. 특히, 일부 예에서, 격자 커플러는 광원에 인접한 플레이트 광 가이드의 표면에 투과성 격자를 포함한다. 일부 예에서, 격자 커플러는 플레이트 광 가이드의 광원-인접면에 대향하는 플레이트 광 가이드의 표면에 반사 격자를 포함한다.
일부 예에서, 비-제로 각도로 광을 안내하는데(430) 사용되는 플레이트 광 가이드는 전술한 격자-결합 광 가이드(100)의 플레이트 광 가이드(110)와 실질적으로 유사하다. 특히, 일부 예에서, 플레이트 광 가이드는 안내된 광을 내부 전반사에 따라 안내한다(430). 또한, 플레이트 광 가이드는, 일부 예에서, 실질적으로 평면의 유전체 광 도파로(예를 들어, 평면 유전체 시트)일 수 있다.
일부 예에서, 광 가이드에 광을 결합하는 방법(400)은 터치 감응 패널(예를 들어, 도 6에 도시된 패널)과 함께 사용된다. 특히, 플레이트 광 가이드는 터치 감응 패널일 수 있고, 안내된(430) 광은 터치 감응 패널의 터치 위치 및 압력 중 하나 또는 둘 다를 결정하는데 사용될 수 있다.
일부 예에서, 광을 광 가이드에 결합시키는 방법(400)은 전자 디스플레이(예를 들어, 도 9에 도시된 디스플레이)의 동작에 사용된다. 특히, 일부 예(도시되지 않음)에 따라, 광 가이드에 광을 결합하는 방법(400)은 멀티빔 회절 격자를 사용하여 안내된 광의 일부를 회절적으로 아웃커플링하는 단계를 더 포함한다. 다양한 예에 따라, 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드의 표면에 위치된다. 예를 들어, 멀티빔 회절 격자는 홈, 리지, 등으로서 플레이트 광 가이드의 표면에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 멀티빔 회절 격자는 플레이트 광 가이드 표면 상에 필름을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 멀티빔 회절 격자는 격자-결합 광 가이드 시스템(200)에 관하여 전술한 멀티빔 회절 격자(250)와 실질적으로 유사하다.
특히, 멀티빔 회절 격자에 의해 플레이트 광 가이드로부터 회절적으로 아웃커플링되는 안내된 광의 부분은 복수의 광빔을 생성한다. 복수의 광빔은 플레이트 광 가이드 표면으로부터 멀어지도록 재지향된다. 또한, 표면으로부터 멀어지는 방향으로 재조향된 복수의 광빔의 광빔은 복수의 다른 광빔과는 다른 주각 방향을 갖는다. 일부 예에서, 복수의 재지향된 광빔 각각은 복수의 다른 광빔에 대해 상이한 주각 방향을 갖는다.
일부 예(도시되지 않음)에 따라, 광 가이드에 광을 결합하는 방법(400)은 대응하는 복수의 광 밸브를 사용하여 복수의 광빔을 변조하는 단계를 더 포함한다. 복수의 광빔의 광빔은 예를 들어, 대응하는 복수의 광 밸브를 통과하거나 아니면 상호작용함으로써 변조될 수 있다. 변조된 광빔은 3차원(3-D) 컬러 전자 디스플레이의 픽셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 변조된 광빔은 3-D 컬러 전자 디스플레이(예를 들어, 무안경식 3-D 컬러 전자 디스플레이)의 복수의 뷰를 제공할 수 있다. 다양한 예에 따라, 변조에 사용되는 광 밸브들은 전술한 3-D 전자 디스플레이(300)의 광 밸브 어레이의 광 밸브들과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 광 밸브는 액정 광 밸브를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 광 밸브는 일렉트로웨팅 광 밸브 또는 전기영동 광 밸브를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 유형의 광 밸브일 수 있다.
이에 따라, 비-제로 전파 각도로 전파하며 소정의 퍼짐 각을 갖는 안내된 광을 생성하기 위해 격자 커플러를 채용하는, 격자-결합 광 가이드, 격자-결합 광 가이드 시스템, 3-D 전자 디스플레이, 및 광 가이드에 광을 결합하는 방법의 예가 기술되었다. 전술한 예는 본원에 설명된 원리를 나타내는 많은 구체적 예들 중 일부를 단지 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다. 명백하게, 당업자는 다음의 청구 범위에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고 다수의 다른 배열들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (21)

  1. 격자-결합 광 가이드에 있어서,
    비-제로 전파 각도로 광을 안내하는 플레이트 광 가이드;
    상기 플레이트 광 가이드의 입력에 있고, 광원으로부터 광을 수신하고, 비-제로 전파 각으로 상기 광을 안내된 광으로서 상기 플레이트 광 가이드 내로 회절적으로 재지향시키는, 격자 커플러; 및
    상기 안내된 광의 일부분을 복수의 광빔들로서 아웃커플링하고 상기 광빔들을 상기 플레이트 광 가이드로부터 멀어지는 복수의 상이한 주각 방향들로 지향시키는 상기 플레이트 광 가이드의 표면의 멀티빔 회절 격자들의 어레이; 를 포함하고,
    상기 복수의 광빔들은 광 밸브 어레이에 의하여 변조되도록 구성되고, 변조된 상기 복수의 광빔들은 3차원 전자 디스플레이의 픽셀들을 나타내며,
    상기 격자 커플러의 특성은 상기 안내된 광의 상기 비-제로 전파 각, 제1 퍼짐 각, 및 제2 퍼짐 각을 결정하며, 상기 제1 퍼짐 각은 상기 플레이트 광 가이드 표면에 수직한 평면에서 각도로 있으며, 상기 제2 퍼짐 각은 상기 플레이트 광 가이드 표면에 평행한 평면에서의 각도인,
    격자-결합 광 가이드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격자 커플러는 상기 광원에 인접한 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 투과 모드 회절 격자를 포함하는 투과형 격자 커플러이고, 상기 투과 모드 회절 격자는 상기 회절 격자를 통해 투과되는 광을 회절적으로 재지향시키는 것인, 격자-결합 광 가이드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 격자 커플러의 격자 물질은 질화실리콘을 포함하는, 격자-결합 광 가이드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 투과 모드 회절 격자는 상기 플레이트 광 가이드 표면에, 상기 격자 물질로 채워지는 홈들을 포함하는, 격자-결합 광 가이드.
  5. 제3항에 있어서, 상기 격자 물질은 상기 플레이트 광 가이드 표면 상에 피착되고, 상기 투과 모드 회절 격자는 상기 피착된 격자 물질에 형성된 복수의 리지들을 포함하는, 격자-결합 광 가이드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 격자 커플러는 상기 광원에 인접한 플레이트 광 가이드 표면에 대향하는 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 반사 모드 회절 격자를 포함하는 반사형 격자 커플러이고, 상기 반사 모드 회절 격자는 반사 회절을 사용하여 광을 상기 플레이트 광 가이드에 회절적으로 재지향시키는, 격자-결합 광 가이드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사형 격자 커플러는 상기 반사 모드 회절 격자에 의한 반사를 용이하게 하기 위해 반사성 금속층을 더 포함하는, 격자-결합 광 가이드.
  8. 제1항에 있어서, 광원을 더 포함하고, 상기 광원에 의해 제공된 광의 콘 각은 60°보다 더 크고, 상기 광원에 의해 제공된 상기 광의 중심 광선은 상기 플레이트 광 가이드 표면에 직교하는 각도로 상기 격자 커플러 상에 입사하는, 격자-결합 광 가이드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광원을 더 포함하고, 상기 안내된 광으로서 상기 플레이트 광 가이드 내로 회절적으로 재지향될 상기 광은 시준되고, 상기 광원은 비시준된 광원인, 격자-결합 광 가이드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 광 가이드는 터치 감응 패널이고, 상기 플레이트 광 가이드의 터치는 상기 플레이트 광 가이드 내의 상기 안내된 광의 불완전 전반사를 이용하여 감지되는, 격자-결합 광 가이드.
  11. 삭제
  12. 격자-결합 광 가이드 시스템에 있어서,
    제1 방향으로 제공되는 비시준된 광을 제공하기 위한 광원;
    상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 비-제로 전파 각도로 광을 안내하는 플레이트 광 가이드;
    상기 광원으로부터 상기 제1 방향으로 상기 비시준된 광을 수신하고 상기 광을 안내된 광으로서 상기 비-제로 전파 각도 및 상기 제2 방향으로 상기 플레이트 광 가이드에 회절적으로 재지향시키는, 격자 커플러;
    상기 안내된 광의 일부분을 복수의 광빔들로서 아웃커플링하고 상기 광빔들을 상기 플레이트 광 가이드로부터 멀어지는 복수의 상이한 주각 방향들로 지향시키는 상기 플레이트 광 가이드의 표면의 멀티빔 회절 격자들의 어레이; 및
    상기 복수의 광빔들을 변조하는 광 밸브 어레이로서, 변조된 상기 복수의 광빔들은 3차원 전자 디스플레이의 픽셀들을 나타내는 것인, 광 밸브 어레이; 를 포함하고,
    상기 격자 커플러의 특성은 상기 비-제로 전파 각도 및 상기 안내된 광의 퍼짐 각을 결정하는 것인,
    격자-결합 광 가이드 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 안내된 광을 검출하기 위해 상기 플레이트 광 가이드의 에지에 복수의 광 센서들을 더 포함하며, 상기 복수의 광 센서들은 상기 플레이트 광 가이드가 터치되는 위치를 상기 안내된 광의 불완전 내부 전반사를 사용하여 결정하며,
    상기 격자-결합 광 가이드 시스템은 터치 감응 패널 시스템인, 격자-결합 광 가이드 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 격자 결합 광 가이드 시스템은 멀티빔 격자-기반의 백라이트인, 격자-결합 광 가이드 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 멀티빔 회절 격자들의 어레이는 선형 처프된 회절 격자를 포함하는, 격자-결합 광 가이드 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 어레이의 멀티빔 회절 격자는 상기 플레이트 광 가이드 표면 내에 서로 이격된 만곡된 홈들 및 상기 플레이트 광 가이드 표면 상에 서로 이격된 만곡된 리지들 중 어느 하나를 포함하는, 격자-결합 광 가이드 시스템.
  17. 3차원 전자 디스플레이에 있어서,
    비-제로 전파 각도로 광을 안내하는 플레이트 광 가이드;
    광을 상기 비-제로 전파 각도로 그리고 소정의 퍼짐 각을 갖는 안내된 광의 빔으로서 상기 플레이트 광 가이드에 회절적으로 결합시키는 격자 커플러;
    상기 안내된 광의 일부분을 복수의 광빔들로서 아웃커플링하고 상기 광빔들을 상기 플레이트 광 가이드로부터 멀어지는 복수의 상이한 주각 방향들로 지향시키는 상기 플레이트 광 가이드의 표면의 멀티빔 회절 격자들의 어레이; 및
    상기 복수의 광빔들을 변조하는 광 밸브 어레이로서, 변조된 상기 복수의 광빔들은 상기 3차원 전자 디스플레이의 픽셀들을 나타내는 것인, 광 밸브 어레이를 포함하는,
    3차원 전자 디스플레이.
  18. 제17항에 있어서, 상기 멀티빔 회절 격자들의 어레이는 만곡된 회절 피처들을 갖는 처프된 회절 격자를 포함하고, 상기 광 밸브 어레이는 복수의 액정 광 밸브들을 포함하는, 3차원 전자 디스플레이.
  19. 플레이트 광 가이드에 광을 결합하는 방법에 있어서,
    광원을 사용하여 광을 발생하는 단계;
    격자 커플러를 사용하여 상기 광원으로부터의 광을 상기 플레이트 광 가이드 내에 결합시키는 단계;
    상기 플레이트 광 가이드 내에서 상기 결합된 광을 안내된 광으로서 비-제로 전파 각도로 안내하는 단계;
    복수의 상이한 주각 방향들로 상기 플레이트 광 가이드로부터 멀어지는 방향으로 지향된 복수의 광빔들을 생성하기 위해 상기 플레이트 광 가이드의 표면의 멀티빔 회절 격자를 사용하여 상기 안내된 광의 일부분을 회절적으로 아웃커플링하는 단계; 및
    대응하는 복수의 광 밸브들을 사용하여 상기 복수의 광빔들을 변조하는 단계로서, 상기 변조된 광빔들은 3차원 전자 디스플레이의 픽셀들을 형성하는 것인, 단계; 를 포함하고,
    상기 안내된 광은, 상기 격자 커플러에 의해 상기 비-제로 전파 각도로 지향되고 그리고 상기 플레이트 광 가이드의 표면에 수직인 평면에서 소정의 제1 퍼짐 각 및 상기 플레이트 광 가이드 표면에 평행한 평면에서 소정의 제2 퍼짐 각을 갖는 전파 광빔을 포함하며, 상기 소정의 제1 및 제2 퍼짐 각들은 상기 격자 커플러의 특성에 의해 결정되는,
    방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 격자 커플러는 상기 플레이트 광 가이드의 광원 인접 표면에 투과성 격자를 포함하는, 방법.
  21. 삭제
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