KR102617358B1 - 광 재순환 광원을 이용하는 격자 시준기, 백라이트 시스템 빛 방법 - Google Patents

광 재순환 광원을 이용하는 격자 시준기, 백라이트 시스템 빛 방법 Download PDF

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Abstract

격자 시준기 및 백라이트 시스템은 백라이트를 조명하기 위하여 시준된 광을 제공한다. 격자 시준기는 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체 및 광을 도광체에 제공하고 도광체로부터 수신되는 광을 재순환시키도록 구성된 광 재순환 광원을 포함한다. 격자 시준기는 제공된 광을 안내된 광으로서 도광체 내로 회절적으로 재지향시키도록 구성된 회절 격자 커플러를 더 포함한다. 백라이트 시스템은 시준된 출력광을 제공하도록 구성된 격자 시준기 및 시준된 출력광을 수신하도록 구성된 백라이트를 포함한다. 백라이트는 멀티뷰 백라이트일 수 있다.

Description

광 재순환 광원을 이용하는 격자 시준기, 백라이트 시스템 빛 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
N/A
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
N/A
전자 디스플레이들은 매우 다양한 기기들 및 제품들의 사용자들에게 정보를 전달하기 위한 아주 보편적인 매체이다. 가장 일반적으로 이용되는 전자 디스플레이들은 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 전계 발광(electroluminescent; EL) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 및 능동 매트릭스(active matrix) OLED(AMOLED) 디스플레이, 전기 영동(electrophoretic; EP) 디스플레이 및 전자 기계(electromechanical) 또는 전자 유체(electrofluidic) 광 변조를 이용하는 다양한 디스플레이들(예를 들어, 디지털 미세거울(micromirror) 기기, 전기 습윤(electrowetting) 디스플레이 등)을 포함한다. 일반적으로, 전자 디스플레이들은 능동형 디스플레이들(즉, 광을 방출하는 디스플레이들) 또는 수동형 디스플레이들(즉, 다른 원천에 의하여 제공되는 광을 변조하는 디스플레이들)로 분류될 수 있다. 능동 디스플레이들의 가장 명백한 예들로는 CRT, PDP 및 OLED/AMOLED가 있다. 방출광(emitted light)을 고려하면 일반적으로 수동형으로 분류되는 디스플레이들은 LCD 및 EP 디스플레이들이다. 수동형 디스플레이들은 본질적으로 낮은 전력 소모를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 매력적인 성능 특성들을 종종 나타내지만, 광을 방출하는 능력이 부족한 많은 실제 응용들에서 다소 제한적으로 사용될 수 있다.
광 방출과 관련된 수동형 디스플레이들의 다양한 잠재적인 응용 한계들을 해결하기 위하여, 많은 수동형 디스플레이들이 외부 광원과 결합된다. 결합된 광원은 이러한 다른 수동형 디스플레이들이 광을 방출하고 실질적으로 능동형 디스플레이로서 기능하게끔 한다. 이러한 결합된 광원들의 예들은 백라이트들이다.
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 격자 시준기의 단면도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기의 평면도를 도시한다.
도 1c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기의 광 재순환 광원의 확대 측면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 시스템의 블록도를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트를 포함하는 백라이트 시스템의 측면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 5a의 백라이트 시스템의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 광을 시준하는 방법의 흐름도를 도시한다.
일부 예들 및 실시 예들은 상술한 도면들에 도시된 특징들에 부가되거나 그 대신에 포함되는 다른 특징들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 특징들은 상술한 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 원리들에 따른 실시 예들은 시준된 조명원(collimated source of illumination)을 제공하도록 구성된 격자 시준기(grating collimator), 및 격자 시준기로부터 시준된 광을 수신하도록 구성된 백라이트 시스템(backlight system)을 제공한다. 특히, 도광체(light guide), 광 재순환 광원(light-recycling light source) 및 회절 격자 커플러(diffraction grating coupler)를 포함하는 격자 시준기가 제공된다. 도광체는 도광체의 안내 표면의 평면에 대해 0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)로 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된다. 안내된 광(guided light)은 격자 시준기의 출력부를 향하는 전파 방향을 갖는다. 광 재순환 광원은 광을 도광체에 제공하고 도광체로부터 수신되는 광을 재순환시키도록 구성된다. 광 재순환 광원에 의하여 재순환된 광은 제공된 광을 증강(augment)시키도록 구성된다. 회절 격자는 도광체의 안내 표면에 위치하고, 광 재순환 광원에 의하여 제공되는 광을 0이 아닌 전파 각도로 안내된 광으로서 도광체 내부로 회절적으로 재지향(diffractively redirect)시키도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 회절적으로 재지향된 광은 시준된 출력광으로서 격자 시준기를 빠져나갈 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 격자 시준기로부터의 시준된 출력광은 전자 디스플레이에서 이용되는 백라이트의 도광체 내부로 커플(couple)될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전자 디스플레이는, 예를 들어 3차원(three-dimensional; 3D) 또는 멀티뷰 이미지(multiview image)로서, 3D 정보를 디스플레이하는 데 이용되는 3D 또는 멀티뷰 전자 디스플레이일 수 있다. 예를 들어, 전자 디스플레이는 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 또는 '안경 불필요(glasses free)' 멀티뷰 또는 3D 전자 디스플레이일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 전자 디스플레이는 2차원(2D) 디스플레이일 수 있다.
특히, 멀티뷰 디스플레이는 멀티뷰 디스플레이에 의하여 디스플레이되고 있는 멀티뷰 이미지의 조명을 제공하기 위하여 백라이트를 이용할 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 멀티뷰 디스플레이의(또는 대등하게는 멀티뷰 이미지의) 픽셀들에 대응되는 지향성 광빔들(directional light beams)을 제공하도록 구성된 복수의 멀티빔 소자들(multibeam elements)을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 지향성 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들(principal angular directions)(또한 '상이하게 지향된 광빔들'로도 언급됨)을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 백라이트에 의하여 생성된 이러한 상이하게 지향된 광빔들은 변조되어 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들(views)에 대응되는 멀티뷰 픽셀로서 기능할 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 격자 시준기에 의하여 제공되는 광 시준은 백라이트 내에서 시준된 광을 생성하는 데 이용될 수 있다. 유사하게, 2D 디스플레이는 디스플레이되고 있는 2D 이미지의 조명을 제공하기 위하여 백라이트를 이용할 수 있다. 그러나, 2D 디스플레이의 백라이트는 확산되는 또는 실질적으로 확산되는 또는 비지향성의(non-directional) 조명을 제공할 수 있다.
본 명세서에서, '2차원 디스플레이' 또는 '2D 디스플레이'는 이미지가 보여지는 방향에 관계 없이 (즉, 2D 디스플레이의 범위 또는 정해진 시야각 내에서) 실질적으로 동일한 이미지의 뷰를 제공하도록 구성된 디스플레이로서 정의된다. 스마트 폰들 및 컴퓨터 모니터들에서 찾아볼 수 있는 종래의 액정 디스플레이(liquid crystal displa; LCD)는 2D 디스플레이들의 예들이다. 대조적으로, 본 명세서에서, '멀티뷰 디스플레이(multiview display)'는 상이한 뷰 방향들로 또는 상이한 뷰 방향들로부터 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰들을 제공하도록 구성된 전자 디스플레이 또는 디스플레이 시스템으로서 정의된다. 특히, 상이한 뷰들은 멀티뷰 이미지의 객체 또는 장면(scene)의 상이한 시점 뷰들(perspective views)을 나타낼 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'라는 용어는 일반적으로 도광체의 유전체 재료와 도광체를 둘러싸는 재료 또는 매질 사이의 경계에서 광을 안내하기 위하여 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 위하여 전술한 굴절률 차이에 부가하여 또는 그에 대신하여 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 코팅일 수 있다. 도광체는 바 가이드(bar guide) 및 스트립 가이드(strip guide) 중 하나 또는 모두를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 도광체들 중 임의의 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, '바-형상 도광체(bar-shaped light guide)'에서와 같이 도광체에 적용되는 경우 '바(bar)'라는 용어는 3차원 직선 기둥(rectilinear column)으로서 정의되며, 종종 '바' 가이드로 언급된다. 따라서, 정의에 의하면, '바-형상' 도광체는 일반적으로 3차원 기둥 형상(columnar shape)을 갖는다. 특히, 바-형상 도광체는 실질적으로 직교하는 2개의 방향들로 정렬된 2쌍의 대향면들(opposing surfaces)(예를 들어, 도광체의 상단 표면과 하단 표면, 및 도광체의 2개의 측부 표면들)에 의하여 경계를 이루는 길이를 따라 광을 안내하도록 구성된 도광체로서 정의된다. 또한, 정의에 의하면, 2쌍의 대향하는 측부들 중 어느 하나의 길이에 직교하는 치수는(예를 들어, 폭 또는 높이) 도광체의 길이보다 짧다. 다양한 실시 예들에 따르면, 바-형상 도광체의 제 1 쌍의 대향면들(예를 들어, 상단 및 하단 표면들)은 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행하다. 유사하게, 다양한 실시 예들에 따르면, 2개의 다른 일반적으로 대향하는 측부들(opposing sides)(예를 들어, 대향 측부들(opposite sides))은 적어도 구별적인 의미에서 서로 실질적으로 평행하다. 즉, 바-형상 도광체의 임의의 구별적으로 작은 영역 또는 길이 내에서, 대향면들(예를 들어, 상단 및 하단 표면들, 한 쌍의 측부 표면들 등)은 서로 실질적으로 평행하다.
본 명세서에 설명된 다양한 실시 예들에 따르면, 회절 격자는 도광체(예를 들어 격자 시준기) 내부로 광을 광빔으로서 산란시키거나 커플하는 데 이용될 수 있다. 본 명세서에서, '회절 격자(diffraction grating)'는 일반적으로 회절 격자 상에 입사되는 광의 회절을 제공하기 위하여 배열된 복수의 특징부들(즉, 회절 특징부들(diffractive features))로서 정의된다. 일부 예들에서, 복수의 특징부들은 주기적인 방식으로 또는 준-주기적인 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자의 복수의 특징부들(예를 들어, 재료 표면 내의 복수의 홈들(grooves))은 특징부들의 1차원(1-D) 어레이로 배열될 수 있다. 다른 예들에서, 회절 격자는 특징부들의 2차원(2-D) 어레이일 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 상의 돌출들(bumps) 또는 재료 표면 내의 구멍들(holes)의 2-D 어레이일 수 있다.
이와 같이, 그리고 본 명세서의 정의에 의하면, '회절 격자(diffraction grating)'는 회절 격자 상에 입사하는 광의 회절을 제공하는 구조물이다. 광이 광원으로부터 회절 격자 상에 입사하면, 제공된 회절 또는 회절성 산란(diffractive scattering)은 회절 격자가 회절에 의하여 도광체 내부로 광을 커플시킬 수 있다는 점에서 '회절성 커플링(diffractive coupling)'을 야기할 수 있으며, 따라서 그와 같이 지칭될 수 있다. 또한, 회절 격자는 회절에 의하여(즉, 회절각(diffractive angle)으로) 광의 각도를 재지향시키거나 변경시킨다. 특히, 회절의 결과로서, 회절 격자를 떠나는 광(회절된 광)은 일반적으로 회절 격자 상에 입사하는 광(즉, 입사광)의 전파 방향과는 상이한 전파 방향을 갖는다. 본 명세서에서, 회절에 의한 광의 전파 방향의 변경은 '회절성 재지향(diffractive redirection)'으로 언급된다. 따라서, 회절 격자는 회절 격자 상에 입사하는 광을 회절적으로 재지향시키는 회절 특징부들을 포함하는 구조물인 것으로 이해될 수 있으며, 광원으로부터 광이 입사되면 회절 격자는 또한 광원으로부터의 광을 도광체 내부로 회절적으로 커플시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자의 특징부들은 '회절 특징부들(diffractive features)'로 언급되고, 표면(즉, '표면'은 2개의 재료들 사이의 경계를 지칭함)에, 표면 내에 및 표면 상에 중 하나 이상에 있을 수 있다. 예를 들어, 표면은 격자 시준기의 표면일 수 있다. 회절 특징부들은 홈들, 융기들, 구멍들 및 돌출들 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 회절시키는 다양한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 이러한 구조물들은 표면 에, 표면 내에 및 표면 상에 있을 수 있다. 예를 들어, 회절 격자는 재료 표면 내에 복수의 평행한 홈들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 회절 격자는 재료 표면으로부터 상승하는 복수의 평행한 융기들을 포함할 수 있다. 본 명세서의 정의에 의하면, 회절 격자가 측부 표면에 평행한 홈들, 평행한 융기들 등을 포함하는 경우, 회절 격자는 서로 평행한 '수직(vertical)' 회절 특징부들(즉, 평행한 수직 회절 특징부들)을 포함한다. 회절 특징부들(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 명세서에서, '광원(light source)'은 활성화되는 경우 광을 방출하는 광의 원천(예를 들어, 장치 또는 기기)으로서 정의된다. 본 명세서에서, 광원은 실질적으로 임의의 광의 원천이거나, LED, 레이저, OLED, 중합체 LED, 플라즈마-기반 광학 방출기, 형광 램프, 백열 램프 및 사실상 임의의 다른 광의 원천 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 광학 방출기일 수 있다. 광원에 의하여 생성되는 광은 컬러를 가질 수 있거나 광의 특정 파장을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 '상이한 컬러들의 복수의 광원들'은 광원들 중 적어도 하나가 복수의 광원들 중 적어도 하나의 다른 광원에 의하여 생성되는 광의 컬러 또는 파장과는 상이한 컬러를, 또는 대등하게는 파장을, 갖는 광을 생성하는 한 세트 또는 한 그룹의 광원들로서 명시적으로 정의된다. 또한, '상이한 컬러들의 복수의 광원들'은, 복수의 광원들 중 적어도 2개의 광원들이 상이한 컬러의 광원들인 한(즉, 적어도 2개의 광원들 간에 상이한 광의 컬러를 생성함), 동일하거나 실질적으로 유사한 컬러의 하나 초과의 광원을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 정의에 의하면, 상이한 컬러들의 복수의 광원들은 광의 제 1 컬러를 생성하는 제 1 광원 및 광의 제 2 컬러를 생성하는 제 2 광원을 포함할 수 있고, 제 2 컬러는 제 1 컬러와는 상이하다. 일부 실시 예들에서, 광원은 백색광을 제공하도록 구성된 다색(polychromatic) LED를 포함할 수 있다.
본 명세서의 정의에 의하면, 광 재순환 광원은 광을 제공하고 예를 들어 반사에 의하여 되돌아오는 광을 재순환시키도록 구성된 광원이다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광 재순환 광원으로 되돌아오는 광은 재순환될 수 있고, 광 재순환 광원에 의하여 이미 제공된 광에 더해질 수 있다.
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 광빔들을 제공하기 위하여 백라이트의 도광체에 광학적으로 결합될 수 있다. 또한, 본 명세서의 정의에 의하면, 멀티빔 소자에 의하여 생성된 복수의 광빔들의 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 특히, 정의에 의하면, 복수의 광빔들 중 어느 광빔은 복수의 광빔들 중 다른 광빔과는 상이한 정해진 주 각도 방향을 갖는다. 또한, 복수의 광빔들은 광 필드(light field)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 복수의 광빔들은 실질적으로 원추형 공간 영역에 국한되거나 복수의 광빔들 내의 광빔들의 상이한 주 각도 방향들을 포함하는 정해진 각도 확산(angular spread)을 가질 수 있다. 따라서, 광빔들의 정해진 각도 확산은 그 조합으로써(즉, 복수의 광빔들) 광 필드를 나타낼 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 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 점원(extended point source)', 즉 멀티빔 소자의 범위(extent)에 걸쳐(across) 분포된 복수의 점 광원들로 간주될 수 있다.
본 명세서에서, '크기'는 길이, 폭 또는 면적을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 방식들 중 임의의 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자의 크기는 멀티빔 소자의 길이일 수 있다. 다른 예에서, 크기는 멀티빔 소자의 면적을 지칭할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자의 크기는 복수의 지향성 광빔들의 지향성 광빔들을 변조하는 데 이용되는 광 밸브(light valve)의 크기와 유사할 수 있다. 따라서, 멀티빔 소자의 크기가 광 밸브의 크기의 약 50% 내지 약 200% 사이인 경우, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기와 유사할 수 있다. 예를 들어, 멀티빔 소자의 크기를 's'로 나타내고 광 밸브의 크기를 'S'로 나타내면, 멀티빔 소자의 크기(s)는 식(1)으로 주어질 수 있다.
(1)
다른 예에서, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 60% 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 70% 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 80% 초과, 또는 광 밸브의 크기의 약 90% 초과이고, 멀티빔 소자는 광 밸브의 크기의 약 180% 미만, 또는 광 밸브의 크기의 약 160% 미만, 또는 광 밸브의 크기의 약 140% 미만, 또는 광 밸브의 크기의 약 120% 미만이다. 예를 들어, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기와 유사할 수 있고, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 75% 내지 약 150% 사이이다. 다른 예에서, 멀티빔 소자와 광 밸브는 크기 면에서 유사할 수 있고, 멀티빔 소자의 크기는 광 밸브의 크기의 약 125% 내지 약 85% 사이이다. 일부 실시 예들에 따르면, 멀티빔 소자 및 광 밸브의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 암 영역들(dark zones)을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 수 있다. 동시에, 멀티빔 소자 및 광 밸브의 유사한 크기들은 멀티뷰 디스플레이의 뷰들 간의 중첩을 감소시키도록, 또는 일부 예들에서는 최소화시키도록, 선택될 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, '광빔(light beam)'은 하나 이상의 광빔을 의미하며, 따라서 '상기 광빔'은 '상기 광빔(들)'을 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 위하여 이용되는 장비의 허용 오차 범위 내를 의미하거나, ±10%, 또는 ±5%, 또는 ±1%를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '실질적으로' 및 '약'이라는 용어들은 대부분, 또는 거의 전부, 또는 전부, 또는 약 51% 내지 약 100% 범위 내의 양을 의미한다. 또한, 본 명세서의 예들은 단지 예시적인 것으로 의도된 것이며, 제한이 아닌 논의의 목적으로 제시된다.
본 명세서에 개시된 원리들에 따르면, 격자 시준기가 제공된다. 도 1a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기(100)의 단면도를 도시한다. 도 1b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기(100)의 평면도를 도시한다. 도 1c는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기(100)의 사시도를 도시한다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 격자 시준기(100)는 백라이트(102)의 조명원으로서 기능하도록 구성된다. 특히, 격자 시준기(100)는 시준된 광(104)을 백라이트(102)의 입력부(102a)에 제공하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 제공되는 시준된 광(104)은 백라이트의 입력부(102a)의 길이에 대응되는 범위(extent)를 갖는다. 예를 들어, 격자 시준기(100)(또는 적어도 시준된 광(104)을 방출하는 부분)의 길이(L)는 백라이트의 입력부(102a)의 길이와 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제공되는 시준된 광(104)은 백라이트의 입력부(102a)의 길이를 따라 세기가 균일하거나 적어도 실질적으로 균일하도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 제공되는 시준된 광(104)은 백라이트의 입력부(102a)의 길이를 따라 변하는 세기 프로파일(intensity profile)(즉, 비-균일한 세기 프로파일)을 가질 수 있다. 예를 들어, 세기 프로파일은 백라이트(102)의 비-이상적인 전파 또는 방출 특성들을 보상하도록 구성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 격자 시준기(100)는 도광체(110)를 포함한다. 도광체(110)는 도광체(110)의 길이를 따라 광을 안내된 광(112)으로서 안내하도록 구성된다. 또한, 도광체(110)는 도광체(110)의 안내 표면의 평면에 대하여 0이 아닌 전파 각도로 안내된 광(112)을 안내하도록 구성된다. 특히, 0이 아닌 전파 각도는 도광체(110)의 제 1 표면(110a) 및 제 2 표면(110b) 중 하나 또는 모두에 대한 것일 수 있다. 특히, 도광체(110)는 내부 전반사를 이용하여 안내된 광(112)을 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 도광체(110)는 광학 도파로로서 구성된 광학적으로 투명한 유전체 재료를 포함할 수 있고, 유전체 재료는 광학 도파로를 둘러싸는 매질의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 유전체 재료와 주변 매질의 굴절률들 간의 차이는 격자 시준기(100)의 하나 이상의 안내 모드에 따라 격자 시준기(100) 내에서 안내된 광(112)의 내부 전반사를 촉진하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(110) 내의 안내된 광(112)의 0이 아닌 전파 각도(non-zero propagation angle)는 내부 전반사를 위한 임계각 미만인 각도에 대응할 수 있다. 도 1a에서, 안내된 광(112)의 전파가, x-방향을 따라 가리키고 도광체(110)의 출력부 또는 출력 표면(110c)을 향하여 안내되는 도광체(110) 내에서 전파하는 광학 빔을 나타내는 화살표로서 도시되었다. 따라서, 일부 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 제 1 표면(110a)과 제 2 표면(110b) 사이의 내부 전반사에 따라 그리고 일반적으로 일반적으로 도광체(110)의 출력 표면(110c)을 향하여, 안내된 광(112)을 안내하도록 구성된다.
다양한 실시 예들에서, 도광체(110)는, 예를 들어 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 바-형상의 기둥 광학 도파로(columnar optical waveguide)이거나 이를 포함할 수 있다. 특히, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 도광체(110)는 x-방향으로의 폭(W)과 z-방향으로의 두께(H) 모두 보다 큰 y-방향으로의 길이(L)(즉, L>W 및 L>H)를 갖는 바 형상을 갖는다. 일부 실시 예들에서, 전파 방향에서의 도광체(110)의 폭(W)은 도광체(110)의 두께(H)를 0이 아닌 전파 각도의 탄젠트(tangent)로 나눈 값의 2배 보다 크고, 두께(H)는 폭(W)에 직교하는 도광체(110)의 치수이다.
다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(110)는 다양한 유형의 유리(예를 들어, 실리카 유리(silica glass), 알칼리-알루미노실리케이트 유리(alkali-aluminosilicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass) 등) 및 실질적으로 광학적으로 투명한 플라스틱들 또는 중합체들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly(methyl methacrylate)) 또는 '아크릴 유리(acrylic glass)', 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 중 하나 이상을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 유전체 재료들 중 임의의 것으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도광체(110)는 도광체(110)의 표면(예를 들어, 상단 표면 및/또는 하단 표면)의 적어도 일부 상에 클래딩층(cladding layer)을 더 포함할 수 있다(미도시). 예를 들어, 클래딩층은 내부 전반사를 더 촉진시키기 위하여 이용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 격자 시준기(100)는 광 재순환 광원(120)을 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 광 재순환 광원(120)은 도광체(110)의 일 측(예를 들어, 도시된 바와 같이, 제 2 표면(110b))에 도광체의 길이(L)를 따라 배치된다. 일부 실시 예들에 따르면, 광 재순환 광원(120)은 도광체(110)의 길이(L)와 동등하거나 상응하는 길이 또는 범위를 가질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 광 재순환 광원(120)은 광을 방출광(120a)으로서 도광체(110)에 방출하거나 제공하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 광 재순환 광원(120)은 방출광(120a)을 도광체(110)의 제 2 표면(110b)에 제공할 수 있다. 또한, 광 재순환 광원(120)은 도광체(110)로부터 수신되는 광(120b)을 재순환시키도록 구성된다. 예를 들어, 광 재순환 광원(120)에 의하여 재순환된 광은, 광 재순환 광원(120)으로 다시 반사된 것 및 회절된 것 중 하나 또는 모두인 방출광(120a)을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광 재순환 광원(120)에 의하여 제공되는 재순환된 광(recycled light)은, 광 재순환 광원(120)에 의하여 제공되는 방출광(120a)을 증강시키거나 이에 더해지도록 구성된다. 즉, 재순환된 광은, 광 재순환 광원(120)에 의하여 방출광(120a)의 일부로서 다시 방출될 수 있다.
도 2는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기(100)의 광 재순환 광원(120)의 확대 측면도를 도시한다. 특히, 도 2는 도 1a 및 도 1c에 묘사된 격자 시준기(100)의 광 재순환 광원(120)의 확대 측면도를 나타낼 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광 재순환 광원(120)은 광학 방출기(optical emitter; 122)를 포함한다. 광학 방출기(122)는 광을 방출광(120a)으로서 방출하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 광학 방출기(122)는 레이저, 발광 다이오드(light emitting diode; LED), 유기(organic) 발광 다이오드(OLED), 중합체 발광 다이오드, 플라즈마 기반 광학 방출기, 형광 램프, 백열 램프, 실질적으로 임의의 다른 광의 원천을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 수 많은 상이한 광학 방출기들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 방출기(122)는 다색광(polychromatic light)(예를 들어, 백색광)을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 방출기(122)는 백색광을 방출하도록 구성된 백색 LED를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 백색광과 같은 다색광을 방출하도록 구성된 광학 방출기(122)는, 조합되는 경우 백색광을 방출광으로서 제공하는 복수의 상이한 컬러 LED들(예를 들어, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 광학 방출기(122)는, 광 재순환 광원(120)의 길이를 따라 또는 대등하게는 도광체(110)의 길이(L)를 따라 분포된 LED들 또는 유사한 광학 방출기들의 어레이를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 광 재순환 광원(120)은 광학 확산체(optical diffuser; 124)를 더 포함한다. 광학 확산체(124)(예를 들어, 확산 필름 또는 층)는 광을 확산시키도록, 특히 광 재순환 광원(120)에 의하여 수신되는 광(120b)을 확산시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 광학 확산체(124)는 또한 광학 방출기(122)에 의하여 방출되는 방출광(120a)을 확산시킬 수 있다. 광학 확산체(124)는 매립된 미세 입자들 및 무작위 산란 표면 처리 중 하나 또는 모두를 갖는 투명 중합체 필름과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 광을 확산시키도록 구성된 실질적으로 임의의 층 또는 재료를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광학 방출기(122)는 광학 확산체(124)와 도광체(110)의 제 2 표면(110b)에 인접한 광 재순환 광원(120)의 출력부 사이에 위치된다. 또한, 광학 확산체(124)는 광학 방출기(122)를 지나거나 통과하는 광(120b)을 확산시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서(미도시), 광학 확산체(124)는 광학 방출기(122)와 광 재순환 광원(120)의 출력부 사이에 위치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광 재순환 광원(120)은 반사체(126)를 더 포함한다. 반사체(126)는 광학 확산체(124)에 의하여 확산된 광을 도광체(110)를 향하여 또는 대등하게는 광 재순환 광원(120)의 출력부를 향하여 재순환된 광으로서 반사시키도록 구성된다. 특히, 전술한 바와 같이, 반사체(126)에 의하여 반사된 확산광(diffuse light)은 재순환된 광으로서 방출광(120a)을 증강시키는 데 이용될 수 있다. 즉, 광 재순환 광원(120)의 출력부에서 도광체(110)에 제공되는 방출광(120a)은 광학 방출기(122)에 의하여 방출된 광 및 반사된 확산광(또는 재순환된 광)의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 반사체(126)는 향상된 정반사 반사체(enhanced specular reflector; ESR) 층을 포함할 수 있다. ESR 필름들의 예들은, 미네소타주 세인트 폴에 위치한 쓰리엠 광학 시스템 부문(3M Optical Systems Division)으로부터 구할 수 있는 VikuitiTM ESR 필름을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시 예들에서, 반사체(126)는 금속화된(metallized) 마일러(Mylar)와 같은 금속화된 필름, 층 또는 반사성 금속(예를 들어, 광학 확산체(124)의 표면 상의), 또는 실질적으로 임의의 다른 광학 반사체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시 예들에 따르면(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은), 광 재순환 광원(120)은 시준층(collimation layer 128)을 더 포함할 수 있다. 시준층(128)은 도광체(110)에 제공되는 광(예를 들어, 방출광(120a))을 시준하도록 구성된다. 시준층(128)은 휘도 향상 필름(brightness enhancement film; BEF)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 휘도 향상 필름은 미네소타주 세인트 폴에 위치한 쓰리엠 광학 시스템 부문으로부터 VikuitiTM BEF II로서 구할 수 있으며, 이는 프리즘 구조를 이용하여 최대 60%의 밝기 이득을 제공하는 미세-복제(micro-replicated) 향상 필름이다. 일부 실시 예들에서, 시준층(128)은 약 30도 미만의 정해진 원추각(cone angle)에 따라 도광체(110)에 제공되는 광을 시준하도록 구성될 수 있다.
다시 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 격자 시준기(100)는 회절 격자 커플러(130)를 더 포함한다. 일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자 커플러(130)는 도광체(110)의 안내 표면에, 즉 제 1 및 제 2 표면들(110a, 110b) 중 하나 또는 모두에, 위치된다. 즉, 도시된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 회절 격자 커플러(130)는 광 재순환 광원(120)에 인접한 제 2 표면(110b)에 대향하는 도광체(110)의 제 1 표면(110a) 상에 위치될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자 커플러(130)는 도광체(110)의 제 2 표면(110b) 상에 위치될 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 회절 격자 커플러(130)는 안내 표면들 사이에서 도광체(110) 내에 위치될 수 있다.
회절 격자 커플러(130)는 광 재순환 광원(120)에 의하여 제공되는 광(예를 들어, 방출광(120a))을 안내된 광(112)으로서 출력 표면(110c)를 향하여 도광체(110) 내부로 회절적으로 재지향시키도록 구성된다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 회절 격자 커플러(130)는 0이 아닌 전파 각도로 광을 재지향시키도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 회절 격자 커플러(130)는 투과 모드(transmission mode) 회절 격자를 포함하는 투과성(transmissive) 격자 커플러이다. 투과 모드 회절 격자는 투과성 회절을 이용하여 광을 회절적으로 재지향시키도록 구성된다. 투과성 격자 커플러로서의 회절 격자 커플러(130)는 광 재순환 광원(120)에 인접한 안내 표면에, 예를 들어 제 2 표면(110b)에, 위치될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 회절 격자 커플러(130)는 반사 모드(reflection mode) 회절 격자를 포함하는 반사성(reflective) 격자 커플러이다. 반사 모드 회절 격자는 반사성 회절을 이용하여 광을 회절적으로 재지향시키도록 구성된다. 반사성 격자 커플러로서의 회절 격자 커플러(130)는 광 재순환 광원(120)에 인접한 안내 표면에 대향하는 안내 표면에, 예를 들어 제 1 표면(110a)에, 위치될 수 있다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 3a의 격자 시준기(100)는 광 재순환 광원(120)에 대향하는 도광체(110)의 제 1 표면(110a)에 위치된 반사성 격자 커플러인 회절 격자 커플러(130)를 갖는다. 도시된 바와 같이, 광 재순환 광원(120)으로부터의 방출광(120a)은 격자 커플러에 입사되고 반사성 회절에 의하여 0이 아닌 전파 각도(θ)로 도광체(110)의 출력 표면(110c)을 향하여 안내된 광(112)으로서 도광체(110) 내부로 회절적으로 재지향될 수 있다. 예를 들어, 안내된 광(112)은 양(positive)의 1차 회절(+1R)의 결과일 수 있다.
도 3b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 다른 실시 예에 따른 일 예로서 격자 시준기(100)의 단면도를 도시한다. 특히, 도 3a의 격자 시준기(100)는 광 재순환 광원(120)에 인접한 도광체(110)의 제 2 표면(110b)에 위치된 투과성 격자 커플러인 회절 격자 커플러(130)를 갖는다. 도시된 바와 같이, 광 재순환 광원(120)으로부터의 방출광(120a)은 격자 커플러에 입사되고 투과성 회절에 의하여 0이 아닌 전파 각도(θ)로 도광체(110)의 출력 표면(110c)을 향하여 안내된 광(104)으로서 도광체(110) 내부로 회절적으로 재지향될 수 있다. 예를 들어, 안내된 광(104)은 양(positive)의 1차 회절(+1R)의 결과일 수 있다.
일부 예들에서(예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은), 회절 격자 커플러(130)에 의한 음(negative)의 1차 회절(-1R)은 출력 표면(110c)으로부터 멀어지는 음의 방향으로 전파하는 회절적으로 재지향된 광(104')을 야기할 수 있다. 예를 들어, 회절적으로 재지향된 광(104')은 음의 0이 아닌 전파 각도(-θ)를 가질 수 있다. 출력 표면(110c)으로부터 멀어지는 음의 방향으로 전파하는 회절적으로 재지향된 광(112')은 출력 표면(110c)에 대향하는 도광체(110)의 표면과 만나고 반사될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서 연장된 화살표들로 도시된 바와 같이, 반사된 이후, 회절적으로 재지향된 광(112')은 안내된 광(112)의 일부로서 출력 표면(110c)을 향하여 재지향될 수 있다. 또한, 0차 회절 성분(도 3b에서 '0R'으로 도시되었지만, 설명의 편의를 위하여 도 3a에는 도시되지 않음)은 재순환을 위하여, 예를 들어 반사에 의하여, 광 재순환 광원(120)으로 다시 재지향될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 도광체(110)의 임계각보다 더 예각인 소정의 각도로 회절적으로 재지향된 광은 또한 광 재순환 광원(120)에 다시 입사되고 재순환될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 또한 광 재순환 광원(120)으로부터의 방출광(120a) 및 광 재순환 광원(120)에 의하여 수신되는 도광체(110)로부터의 광(120b)(예를 들어, 0R 회절 등에 기인한)을 도시한다.
도 3a 및 도 3b와 함께 다시 도 1a를 참조하면, 격자 시준기(100)는 광 재순환 광원(120)에 대향하는 격자 시준기(100)의 표면(예를 들어, 제 1 표면(110a)) 상에 상단 반사층(top reflective layer; 140)을 더 포함할 수 있다. 상단 반사층(140)은 회절 격자 커플러(130)에 의한 반사를 촉진시키도록 구성된다. 특히, 회절 격자 커플러(130)가 도 1a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 반사성 격자 커플러인 경우, 상단 반사층(140)은 반사성 격자 커플러에 의한 반사성 회절을 지원할 수 있다. 또한, 격자 시준기(100)는 격자 시준기(100)의 출력 표면(100c)에 대향하는 도광체(110)의 표면 상에 측부 반사층(150)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 측부 반사층(150)은 도광체(110)의 출력 표면(110c)을 향하여 광을 되돌릴 수 있다. 예를 들어, 측부 반사층(150)은 음의 방향으로 전파하는 회절적으로 재지향된 광(104')을 출력 표면(110c)을 향하여 다시 반사시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 상단 반사층(140) 및 측부 반사층(150) 중 하나 또는 모두는 VikuitiTM 향상된 정반사 반사체 필름과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 향상된 정반사 반사체(enhanced specular reflector; ESR)층을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 상단 반사층(140) 및 측부 반사층(150) 중 하나 또는 모두는 반사성 금속 층 또는 필름, 예를 들어 도광체(110)의 각각의 표면(들) 상에 증착된 반사성 금속 필름을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 백라이트 시스템(200)이 제공된다. 도 4는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 백라이트 시스템(200)의 블록도를 도시한다. 백라이트 시스템(200)은 다양한 디스플레이 응용들에서 유용한 방출광(202)의 형태로 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 백라이트 시스템(200)은 광시야각(broad viewing angle)을 갖는 이미지(예를 들어, 2D 이미지)를 디스플레이하는 것과 일치할 수 있는 방출광(202)으로서의 확산 조명(diffuse illumination)의 제공을 할 수 있다. 특히, 디스플레이되는 이미지는 디스플레이되는 이미지의 동일한 뷰를 광시야각 내의 실질적으로 임의의 위치의 시청자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예들에서, 백라이트 시스템(200)은 지향성 조명(예를 들어, 광 필드)을 방출광(202)으로서 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 지향성 조명을 나타내는 방출광(202)은 멀티뷰 이미지를 디스플레이하는 것과 일치할 수 있다. 이러한 예들에서, 방출광(202)은 디스플레이되는 멀티뷰 이미지와 관련된 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 백라이트 시스템(200)은 격자 시준기(210) 및 백라이트(220)를 포함한다. 격자 시준기(210)는 시준된 광(204)을 출력으로서(예를 들어, 출력광으로서) 제공하도록 구성된다. 백라이트(220)는 격자 시준기(210)에 인접한 백라이트의 입력부에서 시준된 광(204)을 수신하도록 구성된다. 또한, 백라이트(220)는 시준된 광(204)으로부터 또는 시준된 광(204)을 이용하여 방출광(202)을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 백라이트(220) 또는 더 구체적으로는 백라이트(220)의 입력부는 격자 시준기(210)의 길이에 대응되는 범위를 갖는다.
도 4에 도시된 격자 시준기(210)는 도광체(212)를 포함한다. 도광체(212)는, 예를 들어 백라이트(220)에 인접한, 격자 시준기(210)의 출력부를 향하여 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된다. 격자 시준기(210)는 도광체(212)에 광을 제공하도록 구성된 광 재순환 광원(214)을 더 포함한다. 광 재순환 광원(214)은 도광체(212)로부터 수신되는 광을 재순환시키도록 구성되고, 재순환된 광은 도광체(212)에 제공되는 광을 증강시킨다. 격자 시준기(210)는 도광체(212)의 안내 표면에 위치된 회절 격자 커플러(216)를 더 포함한다. 회절 격자 커플러(216)는, 격자 시준기의 출력에서 시준된 광(204)을 제공하기 위하여, 광 재순환 광원(214)에 의하여 제공되는 광을 안내된 광으로서 도광체(212) 내부로 회절적으로 재지향시키도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 격자 시준기(210)는 전술한 격자 시준기(100)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 일부 실시 예들에서, 도광체(212)는 전술한 격자 시준기(100)의 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도광체(212)는 안내된 광을 도광체(212)의 안내 표면의 평면에 대해 0이 아닌 전파 각도로 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 도광체(212)는 격자 시준기의 출력부에 대응되는 도광체(212)의 길이를 따르는 측부를 갖는 바-형상의 기둥 광학 도파로를 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에서, 광 재순환 광원(214)은 격자 시준기(100)와 관련하여 전술한 광 재순환 광원(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 광 재순환 광원(214)은 광을 방출하도록 구성된 광학 방출기, 도광체로부터 수신되는 광을 확산시키도록 구성된 광학 확산체, 및 광학 확산체에 의하여 확산된 광을 재순환된 광으로서 도광체(212)를 향하는 방향으로 반사시키도록 구성된 반사체를 포함할 수 있다. 광학 방출기, 광학 확산체 및 반사체는 광 재순환 광원(120)과 관련하여 전술한 광학 방출기(122), 광학 확산체(124) 및 반사체(126) 각각과 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 광 재순환 광원(214)은 도광체(212)에 제공되는 광을 시준하도록 구성된 시준층을 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 시준층은 전술한 광 재순환 광원(120)의 시준층(128)과 실질적으로 유사할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 도광체(212)에 제공되는 광은 광학 방출기에 의하여 방출되는 광 및 재순환된 광을 모두 포함한다.
일부 실시 예들에서, 회절 격자 커플러(216)는 전술한 격자 시준기(100)의 회절 격자 커플러(130)와 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 회절 격자 커플러(216)는 투과성 격자 커플러 또는 반사성 격자 커플러를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 투과성 격자 커플러는 광 재순환 광원(214)에 인접한 도광체(212)의 안내 표면에 위치될 수 있고, 반사성 격자 커플러는 광 재순환 광원(214)에 인접한 안내 표면에 대향하는 도광체(212)의 안내 표면에 위치될 수 있다.
또한, 일부 실시 예들에서(미도시), 격자 시준기(210)는 제 1 반사층 및 제 2 반사층 중 하나 또는 모두를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 제 1 반사층 및 제 2 반사층은 격자 시준기(100)의 상단 반사층(140) 및 측부 반사층(150) 각각과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히, 제 1 반사층은 광 재순환 광원(214)에 대향하는 도광체(212)의 표면에 인접하게 위치되어, 반사성 격자 커플러를 포함하는 회절 격자 커플러(216)에 의한 반사를 촉진시킬 수 있다. 유사하게, 제 2 반사층은 격자 시준기(210)의 출력부에 대향하는 도광체(212)의 표면 상에 위치되어, 격자 시준기(210)의 출력부로부터 멀어지도록 회절적으로 재지향된 회절 격자 커플러(216)로부터의 광을 반사시키는 것을 지원할 수 있고, 회절 격자 커플러는 투과성 격자 커플러 및 반사성 격자 커플러 중 하나 또는 모두를 포함한다.
일부 실시 예들에 따르면, 백라이트 시스템(200)의 백라이트(220)는 격자 시준기(210)로부터 수신되는 시준된 광(204)을 안내하도록 구성된 백라이트 도광체를 포함할 수 있다. 조명된 백라이트(220)는 수신되는 시준된 광(204)을 이용하여 방출광(202)을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시 예들에 따르면, 격자 시준기(210)는 백라이트(220)의 입력 단부에 인접한다.
일부 실시 예들에서(미도시), 백라이트(220)는 확산되는 또는 실질적으로 비-지향성의 방출광(202)을 제공하도록 구성되는 산란 특징부(scattering feature)(미도시)를 포함한다. 특히, 산란 특징부는 백라이트(220)의 표면에 걸쳐 서로 이격된 복수의 산란 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산란 소자들은 백라이트(220)의 도광체에 광학적으로 결합되어, 확산되는 또는 실질적으로 비-지향성의 방출광(202)으로서 도광체로부터 광을 산란시킬 수 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 산란 소자들의 산란 소자의 크기는 조명의 원천으로서 백라이트(220)를 이용하는 디스플레이의 광 밸브 어레이(light valve array)의 광 밸브의 크기 이하일 수 있다. 예를 들어, 확산되는 또는 실질적으로 비-지향성의 방출광(202)은 광시야각을 갖는 이미지(예를 들어, 2D 이미지)를 디스플레이하는 것과 일치되는 각도 확산(angular spread) 또는 빔 폭(beamwidth)을 가질 수 있다.
다른 실시 예들에서, 백라이트 시스템(200)의 백라이트(220)는 멀티뷰 백라이트(multiview backlight)(220')이다. 멀티뷰 백라이트(220')는 지향성인 방출광(202)을 제공하도록 구성된다. 특히, 지향성 방출광(202)은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들을 포함한다. 또한, 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티뷰 디스플레이의 또는 대등하게는 멀티뷰 디스플레이에 의하여 디스플레이되는 멀티뷰 이미지의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응된다. 도 5a는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 멀티뷰 백라이트(220')를 포함하는 백라이트 시스템(200)의 측면도를 도시한다. 도 5b는 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 도 5a의 백라이트 시스템(200)의 사시도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 백라이트 시스템(200)은 격자 시준기(210), 및 멀티뷰 백라이트(220')로서 구현된 백라이트(220)를 포함한다. 격자 시준기(210)는 전술한 바와 같다. 격자 시준기(210)는 멀티뷰 백라이트(220')의 입력 단부(220a)에 시준된 광(204)을 제공하도록 구성된다. 단지 하나의 격자 시준기(210)만이 도시되었지만, 일부 실시 예들에서 멀티뷰 백라이트(220')의 대향 단부들에 위치하는 한 쌍의 격자 시준기들(210)이 이용될 수 있다는 것에 유의한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 멀티뷰 백라이트(220')는 백라이트 도광체(222)를 포함한다. 백라이트 도광체(222)는 추출된 광을 시준된 광(204)으로서 수신하고, 수신된 시준된 광(204)을 안내된 시준된 광(206)으로서 안내하도록 구성된다. 도 5a는 안내된 시준된 광(206)의 일반적인 전파 방향(208)을 굵은 화살표를 이용하여 도시한다. 또한, 도시된 바와 같이, 안내된 시준된 광(206)은 시준 계수(σ)를 갖는다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 멀티뷰 백라이트(220')는 백라이트 도광체(backlight light guide)(222)의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들(224)을 더 포함한다. 복수의 멀티빔 소자들(224)의 멀티빔 소자(224)는 안내된 시준된 광(206)의 일부를 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광(202)으로서 백라이트 도광체(222)로부터 산란시키도록 구성된다. 도 5a 및 도 5b에서 분기하는 화살표들로 표시되는 방출광(202)의 지향성 광빔들은 서로 상이한 주 각도 방향들을 갖는다. 또한, 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들의 상이한 주 각도 방향들은 멀티뷰 백라이트(220')를 포함하는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응된다.
일부 실시 예들에서, 멀티빔 소자(224)의 크기(s)는 조명의 원천으로서 멀티뷰 백라이트(220')를 이용하는 멀티뷰 디스플레이의 광 밸브(226)의 크기(S)의 약 50% 내지 약 200% 사이이다. 도 5a 및 도 5b는 광 밸브들(226)의 어레이의 일 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 각각의 멀티빔 소자(224)는 오직 한 세트(226')의 광 밸브들(226)에 방출광(202)의 지향성 광빔들을 제공하도록 구성되고, 각각의 세트(226')는 멀티뷰 픽셀에 대응된다. 따라서, 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 멀티빔 소자들(224) 중 주어진 하나에 대하여, 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 지향성 광빔들은, 멀티빔 소자(224)에 대응되는 하나의 대응되는 멀티뷰 픽셀 또는 대등하게는 한 세트의 광 밸브들(226)에 실질적으로 국한된다. 이와 같이, 멀티뷰 백라이트(220')의 각각의 멀티빔 소자(224)는 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰들에 대응되는 한 세트의 상이한 주 각도 방향들을 갖는 방출광(202)의 대응되는 한 세트의 지향성 광빔들을 제공한다(즉, 한 세트의 지향성 광빔들은 상이한 뷰 방향들 각각에 대응하는 방향을 갖는 광빔을 포함함).
다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자(224)는 안내된 시준된 광(206)의 일부를 커플 아웃시키도록 구성된 많은 상이한 구조물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 구조물들은 회절 격자들, 미세 반사 소자들, 미세 굴절 소자들 또는 이들의 다양한 조합들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자를 포함하는 멀티빔 소자(224)는 안내된 광의 일부를 상이한 주 각도 방향들을 갖는 방출광(202)의 복수의 지향성 광빔들로서 회절적으로 커플 아웃시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 미세 반사 소자를 포함하는 멀티빔 소자(224)는 안내된 광의 일부를 복수의 지향성 광빔들로서 반사적으로 커플 아웃시키도록 구성되고, 또는 미세 굴절 소자를 포함하는 멀티빔 소자(224)는 안내된 광의 일부를 굴절에 의하여 또는 굴절을 이용하여 방출광(202)의 복수의 지향성 광빔들로서 커플 아웃시키도록 구성된다(즉, 안내된 광의 일부를 굴절적으로 커플 아웃시킴).
본 명세서에 설명된 원리들의 다른 실시 예들에 따르면, 광을 시준하는 방법이 제공된다. 예를 들어, 광을 시준하는 방법은 백라이트를 조명하는 데 이용되는 시준된 출력광을 제공하기 위하여 이용될 수 있다. 도 6은 본 명세서에 설명된 원리들에 일치되는 일 실시 예에 따른 일 예로서 광을 시준하는 방법(300)의 흐름도를 도시한다.
도시된 바와 같이, 광을 시준하는 방법(300)은 광 재순환 광원을 이용하여 광을 도광체에 제공(310)하는 단계를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 제공(310)된 광은 재순환된 광 및 광 재순환 광원의 방출광 모두를 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 재순환된 광은 방출광을 증강시키기 위하여 도광체를 향하여 다시 재지향되는 광 재순환 광원에 의하여 도광체로부터 수신되는 광을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 광 재순환 광원은 전술한 바와 같은 격자 시준기(100)의 광 재순환 광원(120)과 실질적으로 유사할 수 있다. 특히 일부 실시 예들에서, 도광체에 광을 제공(310)하는 단계는 방출광을 제공하기 위하여 광학 방출기를 이용하여 광을 방출시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에 따르면, 제공(310)하는 단계는 도광체로부터 수신되는 광을 광학 확산체 및 반사체를 이용하여 확산 및 반사시켜, 수신되는 광을 재순환된 광으로서 도광체로 다시 재지향시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 광을 시준하는 방법(300)은 도광체에 제공되는 광을 도광체의 안내 표면의 회절 격자 커플러를 이용하여 회절적으로 재지향(320)시키는 단계를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 회절적으로 재지향된 광은 안내된 광으로서 0이 아닌 전파 각도로 도광체 내부로 지향된다. 일부 실시 예들에서, 회절 격자 커플러는 격자 시준기(100)와 관련하여 전술한 회절 격자 커플러(130)와 실질적으로 유사할 수 있다.
도 6에 도시된 광을 시준하는 방법(300)은 안내된 광을 도광체를 이용하여 격자 시준기의 출력부를 향하여 안내(330)하여 시준된 출력광을 제공하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 도광체는 전술한 바와 같은 격자 시준기(100)의 도광체(110)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도광체는 도광체의 한 쌍의 안내 표면들 사이에서 내부 전반사를 이용하여 안내된 광을 안내(330)할 수 있다. 또한, 도광체는 바 형상일 수 있다. 또한, 바-형상의 도광체는 도광체(110)의 두께를 0이 아닌 전파 각도의 탄젠트로 나눈 값의 2배보다 큰 안내된 광의 전파 방향에서의 폭을 가질 수 있고, 여기서 두께는 폭에 직교하는 도광체의 치수이다.
일부 실시 예들에서(미도시), 광을 시준하는 방법(300)은 광 재순환 광원에 의하여 도광체에 제공되는 광을 시준층을 이용하여 시준하는 단계를 더 포함한다. 시준층은 격자 시준기(100)와 관련하여 전술한 광 재순환 광원(120)의 시준층(128)과 실질적으로 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에서(미도시), 광을 시준하는 방법(300)은 격자 시준기의 출력부로부터의 시준된 출력광을 백라이트의 입력부로 지향시키는 단계를 더 포함하고, 격자 시준기는 백라이트의 입력부에 인접한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 백라이트의 입력부로 지향되는 시준된 출력광은 백라이트를 조명하는 기능을 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 백라이트는 멀티뷰 백라이트이다. 이러한 실시 예들에서(미도시), 광을 시준하는 방법(300)은 시준된 광을 백라이트의 도광체 내에서 안내하는 단계를 더 포함하고, 시준된 광은 백라이트의 입력부에서 백라이트 도광체에 의하여 수신된다. 또한, 이러한 실시 예들에서(미도시), 광을 시준하는 방법(300)은 안내된 시준된 광의 일부를 멀티뷰 백라이트의 멀티빔 소자를 이용하여 산란시킴으로써 복수의 지향성 광빔들을 포함하는 방출광을 제공하는 단계를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 지향성 광빔들은 멀티뷰 디스플레이의 상이한 뷰 방향들 각각에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는다.
이상에서는, 광 재순환 광원을 포함하는 격자 시준기, 격자 시준기를 포함하는 백라이트 시스템, 및 광을 시준하는 방법의 예들 및 실시 예들이 설명되었다. 전술한 예들은 단지 본 명세서에 설명된 원리들을 나타내는 많은 구체적인 예들 중 일부를 예시하는 것임을 이해하여야 한다. 명백히, 당업자는 다음의 청구 범위에 의하여 정의되는 범위를 벗어나지 않고 수 많은 다른 구성들을 쉽게 고안할 수 있다.

Claims (20)

  1. 격자 시준기로서,
    도광체의 안내 표면의 평면에 대하여 0이 아닌 전파 각도로 광을 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 상기 도광체 - 상기 안내된 광은 상기 격자 시준기의 출력부를 향하는 전파 방향을 갖고, 상기 격자 시준기의 출력부에서 시준된 광으로서 출력되도록 구성됨 -;
    상기 도광체에 광을 제공하고 상기 도광체로부터 수신되는 광을 재순환시키도록 구성된 광 재순환 광원 - 상기 광 재순환 광원에 의하여 재순환된 광은 상기 제공된 광을 증강시키도록 구성됨 -; 및
    상기 도광체의 상기 안내 표면에 있는 회절 격자 커플러 - 상기 회절 격자 커플러는 상기 광 재순환 광원에 의하여 제공되는 광을 0이 아닌 전파 각도로 상기 안내된 광으로서 상기 도광체 내부로 회절적으로 지향시키도록 구성됨 -;
    을 포함하는 격자 시준기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 재순환 광원은,
    광을 방출하도록 구성된 광학 방출기,
    상기 도광체로부터 수신되는 광을 확산시키도록 구성된 광학 확산체, 및
    상기 광학 확산체에 의하여 확산된 광을 반사된 확산광으로서 상기 도광체를 향하는 방향으로 반사시키도록 구성된 광학 반사체를 포함하고,
    상기 광학 방출기에 의하여 방출된 광 및 상기 반사된 확산광의 조합은 상기 도광체에 제공되는 광으로서 제공되는,
    격자 시준기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 재순환 광원은 상기 도광체에 제공되는 광을 시준하도록 구성된 시준층을 더 포함하는,
    격자 시준기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시준층은 상기 도광체에 제공되는 광을 30도 미만의 정해진 원추각에 따라 시준하도록 구성된,
    격자 시준기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 격자 커플러는 투과성 회절을 이용하여 광을 회절적으로 재지향시키도록 구성된 투과 모드 회절 격자를 포함하는 투과성 격자 커플러이고,
    상기 회절 격자 커플러가 위치되는 상기 안내 표면은 상기 광 재순환 광원에 인접한,
    격자 시준기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 격자 커플러는 반사성 회절을 이용하여 광을 회절적으로 재지향시키도록 구성된 반사 모드 회절 격자를 포함하는 반사성 격자 커플러이고,
    상기 회절 격자 커플러가 위치되는 상기 안내 표면은 상기 광 재순환 광원에 대향하는,
    격자 시준기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 재순환 광원에 대향하는 상기 격자 시준기의 표면 상에 있고 상기 회절 격자 커플러에 의한 반사를 촉진시키도록 구성된 상단 반사층, 및 상기 격자 시준기의 상기 출력부에 대향하는 상기 도광체의 표면 상의 측부 반사층 중 적어도 하나를 더 포함하는,
    격자 시준기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회절 격자 커플러는 상기 안내된 광의 방향에 반대되고 상기 측부 반사층을 향하는 방향으로 광을 회절적으로 재지향시키도록 더 구성되고,
    상기 측부 반사층은 상기 회절적으로 재지향된 광을 상기 도광체의 상기 출력부를 향하여 다시 반사하는 것을 지원하도록 구성되는,
    격자 시준기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전파 방향에서 상기 도광체의 폭은 상기 도광체의 두께를 상기 0이 아닌 전파 각도의 탄젠트(tangent)로 나눈 값의 2배 보다 크고,
    상기 두께는 상기 폭에 직교하는 상기 도광체의 치수인,
    격자 시준기.
  10. 제 1 항의 격자 시준기를 포함하는 멀티뷰 백라이트 시스템으로서,
    백라이트의 입력에서 상기 격자 시준기로부터 상기 시준된 광을 수신하고 상기 수신되는 시준된 광을 안내된 시준된 광으로서 안내하도록 구성된 백라이트 도광체; 및
    상기 백라이트 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들 - 상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자는 상기 안내된 시준된 광의 일부를 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 상기 백라이트 도광체로부터 산란시키도록 구성됨-;
    을 더 포함하는 멀티뷰 백라이트 시스템.
  11. 백라이트 시스템으로서,
    격자 시준기 및 백라이트를 포함하고,
    상기 격자 시준기는,
    광을 상기 격자 시준기의 출력부를 향하는 안내된 광으로서 안내하도록 구성된 도광체,
    상기 도광체에 광을 제공하고 상기 도광체로부터 수신되는 광을 재순환시키도록 구성된 광 재순환 광원, 및
    상기 도광체의 안내 표면에 위치되고, 상기 광 재순환 광원에 의하여 제공되는 광을 상기 안내된 광으로서 상기 도광체 내부로 회절적으로 재지향시켜 상기 격자 시준기의 출력부에서 시준된 출력광을 제공하도록 구성된 회절 격자 커플러를 포함하고,
    상기 백라이트는 상기 격자 시준기에 인접한 상기 백라이트의 입력부에서 상기 시준된 출력광을 수신하도록 구성되고, 상기 격자 시준기의 길이에 대응되는 범위를 갖는,
    백라이트 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 재순환 광원은,
    광을 방출하도록 구성된 광학 방출기,
    상기 도광체로부터 수신되는 광을 확산시키도록 구성된 광학 확산체,
    상기 광학 확산체에 의하여 확산된 광을 재순환된 광으로서 상기 도광체를 향하는 방향으로 반사시키도록 구성된 반사체, 및
    상기 도광체에 제공되는 광을 시준하도록 구성된 시준층을 포함하고,
    상기 제공되는 광은 상기 광학 방출기에 의하여 방출된 광 및 상기 재순환된 광 모두를 포함하는,
    백라이트 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 회절 격자 커플러는 투과성 격자 커플로 또는 반사성 격자 커플러이고,
    상기 투과성 격자 커플러는 상기 광 재순환 광원에 인접한 상기 도광체의 상기 안내 표면에 위치되고,
    상기 반사성 격자 커플러는 상기 광 재순환 광원에 인접한 상기 안내 표면에 대향하는 상기 도광체의 안내 표면에 위치되는,
    백라이트 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 반사층 및 제 2 반사층 중 하나 또는 모두를 더 포함하고,
    상기 제 1 반사층은 상기 반사성 격자 커플러를 포함하는 상기 회절 격자 커플러에 의한 반사를 촉진시키기 위하여 상기 광 재순환 광원에 대향하는 상기 도광체의 표면에 인접하고,
    상기 제 2 반사층은 상기 격자 시준기의 상기 출력부로부터 멀어지도록 회절적으로 재지향된 상기 회절 격자 커플러로부터의 광을 반사하는 것을 지원하기 위하여 상기 격자 시준기의 상기 출력부에 대향하는 상기 도광체의 표면에 있는,
    백라이트 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 백라이트는 상기 격자 시준기로부터 수신되는 상기 시준된 출력광을 안내된 시준된 광으로서 안내하도록 구성된 백라이트 도광체를 포함하고,
    상기 안내된 시준된 광은 상기 백라이트의 조명원으로서 기능하는,
    백라이트 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 백라이트는 멀티뷰 백라이트이고,
    상기 백라이트는, 상기 백라이트 도광체의 길이를 따라 서로 이격된 복수의 멀티빔 소자들을 더 포함하며,
    상기 복수의 멀티빔 소자들의 멀티빔 소자는, 상기 안내된 시준된 광의 일부를 상기 멀티뷰 백라이트를 포함하는 멀티뷰 디스플레이의 각각의 상이한 뷰 방향들에 대응되는 상이한 주 각도 방향들을 갖는 복수의 지향성 광빔들로서 상기 백라이트 도광체로부터 산란시키도록 구성되는,
    백라이트 시스템.
  17. 광을 시준하는 방법으로서,
    광 재순환 광원을 이용하여 도광체에 광을 제공하는 단계 - 상기 광은 재순환된 광 및 상기 광 재순환 광원의 방출광 모두를 포함함 -;
    상기 도광체의 안내 표면의 회절 격자 커플러를 이용하여 상기 도광체에 제공된 광을 회절적으로 재지향시키는 단계 - 상기 회절적으로 재지향된 광은 안내된 광으로서 0이 아닌 전파 각도로 상기 도광체 내로 지향됨 -; 및
    상기 도광체를 이용하여 상기 안내된 광을 상기 도광체의 출력부를 향하여 안내하는 단계 - 상기 안내된 광은 상기 도광체의 출력부에서 시준된 출력광으로서 출력됨 -; 를 포함하되,
    상기 재순환된 광은, 상기 광 재순환 광원에 의하여 상기 도광체로부터 수신되어 상기 방출광을 증강시키기 위하여 상기 도광체를 향하여 다시 재지향되는 광을 포함하는
    방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 도광체에 광을 제공하는 단계는,
    상기 방출광을 제공하기 위하여 광학 방출기를 이용하여 광을 방출하는 단계; 및
    광학 확산체 및 반사체를 이용하여 상기 도광체로부터 수신되는 광을 확산 및 반사시킴으로써 상기 수신되는 광을 상기 재순환된 광으로서 상기 도광체로 다시 재지향시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 광 재순환 광원에 의하여 상기 도광체에 제공되는 광을 시준층을 이용하여 시준하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 도광체의 상기 출력부로부터의 상기 시준된 출력광을 백라이트의 입력부 내로 지향시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 도광체는 상기 백라이트의 입력부에 인접하며,
    상기 백라이트의 입력부 내로 지향된 상기 시준된 출력광은 상기 백라이트를 조명하는데 제공하는 기능을 하는,
    방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220054662A (ko) 2019-10-15 2022-05-03 레이아 인코포레이티드 사생활 보호 모드 백라이트, 사생활 보호 디스플레이 및 방법
EP3932664A1 (en) * 2020-06-30 2022-01-05 Corning Incorporated Light guide plate and transparent illumination system utilizing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998033006A2 (en) * 1997-01-13 1998-07-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Luminaire device
US20180024289A1 (en) 2015-04-23 2018-01-25 Leia Inc. Dual light guide grating-based backlight and electronic display using same
US20180172893A1 (en) * 2015-09-05 2018-06-21 Leia Inc. Polychromatic grating-coupled backlighting

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7223005B2 (en) * 2003-12-23 2007-05-29 Lamb David J Hybrid lightguide backlight
JP4845893B2 (ja) * 2004-01-20 2011-12-28 シャープ株式会社 方向性バックライトおよびマルチビューディスプレイデバイス
JP5642385B2 (ja) * 2006-06-13 2014-12-17 ウェイヴィーン・インコーポレイテッド 光源の輝度を増大させるために光をリサイクルする照明システムと方法
US20110286236A1 (en) * 2008-10-31 2011-11-24 I2Ic Corporation Light Source with Light Recovery Mechanism
US10534114B2 (en) * 2010-12-31 2020-01-14 Luminit LLC. Substrate-guided holographic diffuser
CN104884862B (zh) * 2012-10-24 2019-11-19 视瑞尔技术公司 照明设备
EP2986897B1 (en) * 2013-03-26 2016-11-02 Philips Lighting Holding B.V. Lighting device
WO2015016048A1 (ja) * 2013-07-30 2015-02-05 堺ディスプレイプロダクト株式会社 光源装置、照明装置及び液晶表示装置
US20160195664A1 (en) * 2013-07-30 2016-07-07 Leia Inc. Multibeam diffraction grating-based backlighting
KR101856568B1 (ko) * 2013-09-16 2018-06-19 삼성전자주식회사 다시점 영상 디스플레이 장치 및 제어 방법
CA2992996C (en) * 2015-09-05 2020-12-29 Leia Inc. Supersampled 3d display with improved angular resolution
US10408426B2 (en) * 2016-03-18 2019-09-10 PixelDisplay Inc. Method and apparatus to enhance spectral purity of a light source
JP6887447B2 (ja) * 2016-05-23 2021-06-16 レイア、インコーポレイテッドＬｅｉａ Ｉｎｃ． 回折マルチビーム要素型バックライト
KR102659194B1 (ko) * 2016-07-26 2024-04-19 삼성전자주식회사 홀로그래픽 디스플레이 장치용 박형 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치
JP6681808B2 (ja) * 2016-09-12 2020-04-15 マクセル株式会社 光源装置
US10310268B2 (en) * 2016-12-06 2019-06-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguides with peripheral side geometries to recycle light

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998033006A2 (en) * 1997-01-13 1998-07-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Luminaire device
US20180024289A1 (en) 2015-04-23 2018-01-25 Leia Inc. Dual light guide grating-based backlight and electronic display using same
US20180172893A1 (en) * 2015-09-05 2018-06-21 Leia Inc. Polychromatic grating-coupled backlighting

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