KR101828730B1 - 타일화가능한 디스플레이를 위한 멀티-어퍼처 조명 층 - Google Patents

타일화가능한 디스플레이를 위한 멀티-어퍼처 조명 층 Download PDF

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Abstract

타일화가능한 디스플레이 패널은 스크린 층, 조명 층 및 디스플레이 층을 포함한다. 스크린 층은 뷰어에게 통합 이미지를 디스플레이하기 위한 것이다. 조명 층은 조명 층의 확산 영역으로 램프 광을 방출하는 적어도 하나의 광원을 포함한다. 조명 층은, 발산 투영 빔에서 확산 영역으로부터 램프 광을 방출하도록 각각 구성되는 복수의 방출 어퍼처들을 또한 포함한다. 디스플레이 층은 스크린 층과 조명 층 사이에 배치된다. 디스플레이 층은 복수의 방출 어퍼처들에 대응하는 복수의 픽셀릿들을 포함한다. 복수의 픽셀릿들 중의 픽셀릿들은 대응하는 방출 어퍼처들로부터의 발산 투영 빔들에 의해 조명되도록 위치된다.

Description

타일화가능한 디스플레이를 위한 멀티-어퍼처 조명 층{MULTI-APERTURE ILLUMINATION LAYER FOR TILEABLE DISPLAY}
본 개시내용은 일반적으로 광학계들에 관한 것이며, 전적으로는 아니지만 구체적으로는 타일화가능한 디스플레이 패널들에 관한 것이다.
대형 디스플레이들은 디스플레이 패널들을 제조하는 비용이 디스플레이 면적에 따라 기하급수적으로 상승함에 따라 엄청나게 비쌀 수 있다. 이러한 비용의 기하급수적 상승은 대형 모놀리식 디스플레이들의 증가된 복잡성, 대형 디스플레이들과 연관된 수율의 감소(다수의 컴포넌트들이 대형 디스플레이들에 대해 무결함이어야 함), 및 증가된 배송, 전달 및 셋업 비용으로부터 발생한다. 더 큰 멀티-패널 디스플레이들을 형성하기 위해 더 작은 디스플레이 패널들을 타일화(tiling)하는 것은 대형 모놀리식 디스플레이들과 연관된 많은 비용들을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
다중의 더 작고, 덜 비싼 디스플레이 패널들을 함께 타일화하는 것은 대형 벽 디스플레이로서 사용될 수 있는 대형 멀티-패널 디스플레이를 달성할 수 있다. 각각의 디스플레이 패널에 의해 디스플레이되는 개별 이미지들은 멀티-패널 디스플레이에 의해 집합적으로 디스플레이되는 더 큰 전체-이미지의 하위-부분(sub-portion)을 구성할 수 있다. 멀티-패널 디스플레이가 비용을 감소시킬 수 있지만, 시각적으로는 중대한 문제점을 갖는다. 구체적으로는, 디스플레이들을 둘러싸는 베젤 영역들이 멀티-패널 디스플레이에 의해 디스플레이된 전체-이미지에 심들(seams) 또는 크랙들(cracks)을 넣는다. 이들 심들은 뷰어들에 대해 산만하게 하고, 전체 시각적 경험을 손상시킨다.
타일화가능한 디스플레이 패널들 사이의 산만한 심들을 감소시키거나 제거한 멀티-패널 디스플레이로서 구성될 수 있는 타일화가능한 디스플레이들이 바람직하다. 이들 타일화가능한 디스플레이들은 새로운 조명 설계들을 포함하는 이미지들을 디스플레이하는 새로운 구성들을 요구할 수 있다.
본 발명의 비제한적이며 모든 것을 망라하지는 않은 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 설명되고, 이러한 도면들에서 다르게 특정되지 않는 한 동일한 참조 번호들은 다양한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다.
도 1a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 스크린 층과 조명 층 사이에 배치된 디스플레이 층을 포함하는 디스플레이 장치를 예시한다.
도 1b는 본 개시내용의 실시예에 따른, 디스플레이 층에서 특정한 대응하는 픽셀릿(pixelet)을 향하여 지향되는 제한된 각도 확산(angular spread)을 갖는 발산 투영 빔들을 방출하도록 구성된 방출 어퍼처들을 포함하는 예시적인 조명 층을 예시한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 디스플레이 장치를 위한 예시적인 조명 층의 평면도를 도시한다.
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 디스플레이 장치를 위한 예시적인 조명 층의 단면 예시를 도시한다.
도 3b 내지 도 3i는 본 개시내용의 실시예에 따른, 조명 층의 어퍼처들에 대한 예시적인 설계들을 예시한다.
디스플레이 시스템 및 타일화가능한 디스플레이들의 실시예들이 여기에 설명된다. 다음의 설명에서, 다수의 특정한 상세사항들이 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 여기에 설명한 기법들이 특정한 상세사항들 중 하나 이상 없이, 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 재료들 등으로 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우들에서, 널리 공지된 구조들, 재료들 또는 동작들은 특정한 양태들을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 상세히 도시되거나 설명되지 않는다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명한 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 장소들에서의 어구들 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 출현들이 동일한 실시예를 반드시 모두 지칭하지는 않는다. 또한, 특정한 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
도 1a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 스크린 층(110)과 조명 층(130) 사이에 배치된 디스플레이 층(120)을 포함하는 디스플레이 장치(101)를 예시한다. 디스플레이 장치(101)는 다른 디스플레이들(101)과 타일화될 수 있고, 디스플레이들(101)에 걸쳐 멀티-패널 통합 이미지를 디스플레이하는 멀티-패널 디스플레이로 배열될 수 있다. 도 1a는 조명 층(130)이 복수의 방출 어퍼처들(131, 132, 133, 134, 135 및 136)을 포함하는 것을 도시한다. 예시된 실시예에서, 각각의 방출 어퍼처는 조명 층(130)의 공통 평면 상에 배치된다. 각각의 방출 어퍼처(131 내지 136)는 디스플레이 층(120)에서의 특정한 대응하는 픽셀릿을 향하여 지향되는 제한된 각도 확산을 갖는 발산 투영 빔을 방출하도록 구성된다. 일 실시예에서, 방출 어퍼처들(131 내지 136)로부터의 발산 투영 빔들 각각은 플럭스, 강도, 컬러 포인트, 파장 및 각도 발산(angular divergence)에 관하여 유사한 특성들을 공유하여, 균일성이 최대화되고 단일 소스 장애(single source failure)가 회피된다.
디스플레이 층(120)은 픽셀릿들(121, 122, 123, 124, 125 및 126)의 매트릭스를 포함한다. 예시된 실시예에서, 픽셀릿들의 매트릭스에서의 각각의 픽셀릿은 디스플레이 층(120)의 공통 평면 상에 배향된다. 픽셀릿들은 컬러 LCD들 또는 단색 LCD들일 수 있는 액정 디스플레이들("LCD들")일 수 있다. 도 1a에 예시된 실시예에서, 각각의 픽셀릿은 행들 및 열들로 배열된 투과성 픽셀 어레이(예를 들어, 100 픽셀들×100 픽셀들)를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 픽셀릿은 디스플레이 층(120) 상에서 간격 영역(128)에 의해 분리되는 독립적인 디스플레이 어레이이다. 일 실시예에서, 각각의 픽셀릿은 20x20mm 치수이다. 도 1a는 픽셀릿들(121 내지 126)의 2x3 매트릭스를 도시한다. 매트릭스에서 각각의 픽셀릿 사이의 피치는 동일할 수 있다. 다시 말해, 하나의 픽셀릿의 중심과 그것의 인접한 픽셀릿들의 중심 사이의 거리는 동일한 거리일 수 있다. 예시된 실시예에서, 복수의 방출 어퍼처들 중의 각각의 방출 어퍼처는 픽셀릿과 일대일 대응관계를 갖는다. 예를 들어, 방출 어퍼처(131)는 픽셀릿(121)에 대응하고, 방출 어퍼처(132)는 픽셀릿(122)에 대응하고, 방출 어퍼처(133)는 픽셀릿(123)에 대응하는 등이다. 또한, 예시된 실시예에서, 각각의 방출 어퍼처는 그것의 각각의 대응하는 픽셀릿 아래에 중심이 있다.
디스플레이 층(120)은 픽셀릿들(121 내지 126)을 둘러싸는 간격 영역(128)을 포함한다. 도 1a에서, 픽셀릿(126)은 픽셀릿들(123 및 125)에 인접한다. 픽셀릿(126)은 픽셀릿(125)으로부터 치수(162)만큼 이격되고, 픽셀릿(123)으로부터 치수(164)만큼 이격된다. 치수들(162 및 164)은, 일부 실시예들에서, "내부 간격(internal spacing)"으로 고려될 수 있고, 동일한 거리이다. 픽셀릿(126)은 디스플레이 층(120)의 에지들로부터 치수들(161 및 163)만큼 또한 이격된다. 치수들(161 및 163)은, 일부 실시예들에서, "외부 간격(external spacing)"으로 고려될 수 있고, 동일한 거리이다. 일 실시예에서, 치수들(161 및 163)은 치수들(162 및 164)로서의 거리의 절반이다. 일 예에서, 치수들(161 및 163)은 모두 2mm이고, 치수들(162 및 164)은 모두 4mm이다. 예시된 실시예에서, 픽셀릿들 사이의 내부 간격은 각각의 픽셀릿에 포함된 픽셀들의 픽셀 피치(픽셀들 사이의 공간)보다 실질적으로 더 크다.
도 1b는 본 개시내용의 실시예에 따른, 디스플레이 층(120)에서의 특정한 대응하는 픽셀릿을 향하여 지향되는 제한된 각도 확산을 갖는 발산 투영 빔들(147)을 방출하도록 구성된 방출 어퍼처들(131, 132 및 133)을 포함하는 예시적인 조명 층(130)을 예시한다. 동작 시에, 방출 어퍼처들(예를 들어, 방출 어퍼처(131))로부터의 각각의 발산 투영 빔(147)에서의 디스플레이 광은 그것의 대응하는 픽셀릿(예를 들어, 픽셀릿(121))을 향해 전파한다. 각각의 픽셀릿은 픽셀릿 상에 하위-이미지(sub-image)를 디스플레이하기 위해 그들의 픽셀들을 구동하여, 픽셀릿을 통해 전파하는 디스플레이 광이 픽셀릿에 의해 디스플레이되는 하위-이미지를 포함한다. 발산 투영 빔(147)을 발생시키는 방출 어퍼처가 상대적으로 작고(대략 점광원(point source)), 발산 투영 빔(147)이 제한된 각도 확산을 갖기 때문에, 디스플레이 광에서의 하위-이미지는 픽셀릿으로부터 더 멀어질수록 더 크다. 따라서, (하위-이미지를 포함하는) 디스플레이 광이 스크린 층(110)을 만날 때, 하위-이미지의 확대 버전(확대된 하위-이미지(192))이 스크린 층(110)의 배면에 투영된다.
도 1a를 다시 참조하면, 스크린 층(110)은 (방출 어퍼처들로부터의 발산 투영 빔들에서의) 디스플레이 광이 하위-이미지를 구동한 픽셀릿으로부터 더 멀리 전파할 때 하위-이미지들이 더 커지게 하기 위해 고정된 거리(166)만큼 픽셀릿들(121 내지 126)로부터 오프셋된다. 따라서, 고정된 거리(166)는 하위-이미지들의 확대가 얼마나 큰지의 일 컴포넌트이다. 일 실시예에서, 고정된 거리(166)는 2mm이다. 스크린 층(110)은 후면-투영 시스템들(rear-projection systems)에서 사용된 것들과 유사할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 픽셀릿들(121 내지 126)에 의해 발생된 각각의 하위-이미지는 1.5x만큼 확대된다. 일부 실시예들에서, 각각의 픽셀릿들(121 내지 126)에 의해 발생된 각각의 하위-이미지는 1.05-1.25x만큼 확대된다. 고정된 거리(166)만큼의 오프셋은 투명 중간물(intermediary)(예를 들어, 유리 또는 플라스틱 층들)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 스크린 층(110)은 고정된 거리(166)만큼 오프셋을 제시하는 투명 기판 상에 코팅되는 후면 투영에 적합한 무광 재료(matte material)로 제조된다.
스크린 층(110)의 배면은 스크린 층(110)의 가시 측(viewing side)(112)에 대향한다. 도 1a 및 도 1b가 도시하는 바와 같이, 스크린 층(110)은 픽셀릿들(121 내지 126) 각각으로부터의 (하위-이미지들을 포함하는) 발산 투영 빔들(147)에서 디스플레이 광을 산란시킴으로써 스크린 층(110)의 가시 측(112) 상에 (확대된 하위-이미지들(192)로 이루어진) 통합 이미지(193)를 제공하는 확산 스크린으로 이루어질 수 있다.
결과적으로, 디스플레이 장치(101)는 방출 어퍼처들(131 내지 136) 및 그들의 대응하는 픽셀릿들(121 내지 126)에 의해 발생되는 확대된 하위-이미지들(192)을 사용하여 통합 이미지(193)를 발생시킬 수 있다. 그리고, 확대된 하위-이미지들(192)의 기하학적 정렬이 확대된 하위-이미지들(192) 사이 (만약에 있더라도) 갭을 시각적으로 남기지 않기 때문에, 통합 이미지(193)는 뷰어에 의해 심리스(seamless)로서 지각된 것이다. 도 1a 및 도 1b가 도시하는 바와 같이, 스크린 층(110)의 배면 상의 확대된 하위-이미지들은 스크린 층(110)의 전면(112) 상에 통합 이미지(193)를 형성하기 위해 측방향으로 조합된다. 픽셀릿들에 의해 구동된 하위-이미지들의 확대는 통합 이미지(193)가 스크린 층(110)의 에지에 도달하게 하지만, 디스플레이 층(120) 및 조명 층(130)은 강성을 제공하는 기계적 베젤을 여전히 포함할 수 있고 디스플레이 장치(101)의 뷰어에 대한 시야 밖에 있는 전기적 연결들을 지원할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에서, 확대된 하위-이미지들(192)은 각각 동일한 사이즈이고 정사각형 형상이다. 동일하게 사이징되고 확대된 하위-이미지들(192)을 발생시키기 위해, 디스플레이 층(120) 및 그것의 픽셀릿들(121 내지 126)은 (도 1a에 도시되어 있는 바와 같이) 고정된 치수(165)만큼 방출 어퍼처들(131 내지 136)로부터 오프셋될 수 있다. 일 실시예에서, 치수(165)는 8mm이다. 도 1a 및 도 1b가 층들(110, 120 및 130) 사이의 개재 층들(intervening layers)을 예시하지 않지만, 실시예들이 기계적 강성을 제공하기 위해 렌즈 어레이들, 광학 오프셋들 및 투명 기판들과 같은 다양한 개재된 광학 및 구조적 층들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일부 실시예들(도 1b에 예시되지 않음)에서, 상이한 방출 어퍼처들로부터의 발산 투영 빔들(147)은 디스플레이 층(120)의 배면 상의 간격 영역(128) 위에서 오버랩할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 픽셀릿은 대략 점광원일 수 있는 대응하는 방출 어퍼처로부터의 하나의 발산 투영 빔에 의해서만 직접 조명된다. 특정한 실시예들에서, 대응하지 않는 방출 어퍼처들로부터의 광의 매우 작은 퍼센티지가 대응하지 않는 방출 어퍼처들로부터의 발산 투영 빔들(147)의 미흡수 반사들로 인해 픽셀릿 상에 간접적으로 입사될 수 있다. 간격 영역들(128) 및 조명 층(130)은 방출 어퍼처와 대응하지 않는 픽셀릿 상에 결국 입사하게 되는, 대응하지 않는 방출 어퍼처들로부터의 반사들을 감소시키기 위해 (본 기술분야에 공지되어 있는) 광 흡수 코팅으로 코팅될 수 있다. 방출 어퍼처의 제한된 각도 확산은 발산 투영 빔들(147)이 특정한 방출 어퍼처에 대응하는 픽셀릿을 오직 직접적으로 조명하는 것을 보장하도록 설계될 수 있다. 반대로, 종래의 LCD 기술은 LCD 패널을 백라이팅하는 균일하고 확산된 광을 발생시키려는 시도로 일반적으로 Lambertian 광 분포 및 확산 필터들을 갖는 램프들(예를 들어, LED들 또는 냉음극 형광)을 활용한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 디스플레이 장치(101)에 대한 예시적인 조명 층(130)의 평면도를 도시한다. 도 2에서, 각각의 방출 어퍼처(131 내지 136)는 정사각형이다. 일 실시예에서, 방출 어퍼처들은 1mm x 1mm의 정사각형이다. 일 실시예에서, 방출 어퍼처들은 0.25mm x 0.25mm의 정사각형이다. 그러나, 방출 어퍼처의 형상은 부가적인 광학 팩터들에 따라 상이할 수 있다. 도 2는 대안의 방출 어퍼처 형상들(241, 242 및 243)을 또한 도시한다. 형상(241)은 직사각형(예를 들어, 16:9 종횡비)이고, 형상(242)은 왜곡된 정사각형이며, 형상(243)은 왜곡된 직사각형이다. 디스플레이 층(120)에서의 픽셀릿들의 형상은 일그러짐(핀쿠션 또는 배럴)과 같은 광학 수차들을 설명하기 위해 방출 어퍼처 형상을 수용하도록 정사각형, 직사각형, 왜곡된 정사각형 또는 왜곡된 직사각형일 수 있으며, 이는 스크린 층(110) 상에서 정사각형 또는 직사각형의 확대된 하위-이미지(192)를 얻기 위해 방출 어퍼처에서 보정 팩터를 효과적으로 적용한다.
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 예시적인 조명 층(330)의 (도 2의 라인 A-A'를 통한) 단면도를 도시한다. 조명 층(330)은 조명 층의 확산 영역(325)으로 램프 광(350)을 방출하는 적어도 하나의 광원(305)을 포함한다. 도 3a에서, 광원들(305A-E)은 다른 광원들(예를 들어, 레이저 다이오드들)이 사용될 수 있지만, 발광 다이오드들("LED들")로서 각각 예시된다. 광원들(305A-E)은 광원들의 예시적인 위치들이고, 각각의 위치가 반드시 활용되지 않을 수 있다는 것이 이해된다. 일 실시예에서, 단 하나의 LED만이 확산 영역(325)으로 램프 광(350)을 주사하기 위해 광원으로서 사용된다. 조명 층(330)은 제한된 각도 확산(예를 들어, 20-70도)을 갖는 발산 투영 빔(147)에서 확산 영역(325)으로부터 램프 광(350)을 방출하도록 각각 구성되는 복수의 방출 어퍼처들(131 내지 136)을 또한 포함한다. 실시예에서, 발산 투영 빔(147)은 콘(cone)(원형 어퍼처) 또는 역 피라미드(직사각형/정사각형 어퍼처)로서 실질적으로 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 방출 어퍼처는 확대로 인한 예상 왜곡을 보상하기 위해 핀쿠션으로서 성형된다.
도 3a는 광원(305)으로부터의 램프 광(350)이 방출 어퍼처를 직접적으로 조명하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있는 배플들(315)을 더 예시한다. 이것은 발산 투영 빔(147)의 단면에 걸쳐 램프 광의 강도의 균일성을 증가시킬 수 있다. 확산 영역(325)은 정반사 표면들(391), 확산 표면들(392) 또는 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 방출 어퍼처 아래의 확산 영역(325)의 일부가, 램프 광이 방출 어퍼처를 향해 이동하여 발산 투영 빔(147)이 될 때 램프 광(350)의 확산 전파를 촉진하기 위한 확산 표면일 수 있다. 확산 영역(325)은 램프 광(350)을 방출 어퍼처들을 향하여 지향시키기 위한 피처(393, 394 및/또는 395)와 같은 예시적인 구조의 추출 피처들을 또한 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 확산 영역(325)은 확산 램프 광을 발생시키기 위해 확산 캐비티로서 구성된다. 이러한 실시예에서, 확산 반사성 재료가 광원(305)으로부터의 램프 광(350)을 산란시키기 위해 (방출 어퍼처를 제외한) 확산 캐비티의 내부의 적어도 일부를 코팅한다. 확산 반사성 재료는 종래의 적분구들(integrating spheres)에서 발견된 코팅과 유사할 수 있다. 일 실시예에서, W.L. Gore & Associates로부터의 백색 확산 재료가 확산 캐비티의 내부에 라인화된다.
일 실시예에서, 확산 영역(325)은 광원(들)으로부터의 램프 광(350)을 수광하도록 광학적으로 결합되고, (램프 광(350)이 발산 투영 빔들(147)로서 방출 어퍼처들을 통해 탈출하는 곳을 제외하고) 투명 광가이드 내에서 램프 광(350)을 보유하도록 구성된 투명 광가이드로서 구성된다. 투명 광가이드는 내부 전반사("TIR")를 일반적으로 유지함으로써 램프 광(350)을 보유할 수 있다. 투명 광가이드는 투명 광가이드에 접하는 반사성 재료를 가짐으로써 램프 광(350)을 또한 보유할 수 있다. 양자의 예들에서, 투명 광가이드 내의 램프 광(350)의 다중 반사들이 방출 어퍼처들에 의한 방출을 위한 랜덤화된 산란(확산) 램프 광을 발생시킨다.
확산 캐비티 또는 투명 광가이드가 활용되던지, 확산 영역(325) 내의 램프 광은 방출 어퍼처들에 의한 방출에 적합한 확산 램프 광이 된다. 확산 영역(325) 내에서 확산 램프 광을 발생시키기 위해 다른 기법들이 사용될 수 있다. 확산 영역(325)은 각각의 방출 어퍼처가 대략 동일한 양의 확산 램프 광을 수광하도록 구성될 수 있다. 확산 영역(325) 내의 확산 램프 광은 방출 어퍼처들이 각도 확산에 걸쳐 실질적으로 균일한 강도를 갖는 제한된 각도 확산을 갖는 그들의 발산 투영 빔들(147)을 궁극적으로 방출하게 돕는다.
각도 확산에 걸쳐 실질적으로 균일한 강도를 갖는 제한된 각도 확산을 갖는 원하는 발산 투영 빔들(147)을 방출하도록 방출 어퍼처들을 구성하기 위해 하나 이상의 기법들이 사용될 수 있다. 도 3b 내지 도 3i는 본 개시내용의 실시예에 따른, 조명 층(330)의 방출 어퍼처들에 대한 예시적인 설계들을 예시한다.
도 3b는 예시적인 방출 어퍼처(132A)를 도시한다. 방출 어퍼처(132A)는 도 3c에서의 방출 어퍼처(132B)와 동일한 폭이다. 그러나, 방출 어퍼처(132A)의 깊이를 정의하는 층(323A)이 방출 어퍼처(132B)의 깊이를 정의하는 층(323B)보다 얇기 때문에, 각도 확산(342A)은 도 3c에서의 각도 확산(342B)보다 크다. 따라서, 설계자들은 각각의 발산 투영 빔(147)의 제한된 각도 확산의 폭을 제어하기 위해 각각의 방출 어퍼처의 폭과 깊이를 사용할 수 있다. 도 3d는 층(323C)에서 테이퍼형 관통 홀(tapered through-hole) 내로 어퍼처(132C)를 테이퍼링하는 것이 주어진 방출 어퍼처의 각도 확산(342C)을 제어하는 일 방식일 수도 있다는 것을 도시한다.
도 3e는 방출 어퍼처(132D)가 렌즈(363)를 포함하는 것을 도시한다. 렌즈(363)가 방출 어퍼처(132D) 내에 예시되어 있지만, 렌즈(363)는 방출 어퍼처(132D) 위에 또한 배치될 수 있고 그리고/또는 방출 어퍼처(132D)와 오버랩할 수 있다. 렌즈(363)는 하나보다 많은 광학 요소를 가질 수 있다. 렌즈(363)는 확산 영역(325) 내의 확산 램프 광을 발산 투영 빔(147)으로 포커싱하도록 구성될 수 있다. 렌즈(363)는 주어진 픽셀릿에서의 각각의 픽셀에 입사된 발산 투영 빔(147)의 강도가 실질적으로 유사하도록 제한된 각도 확산을 정의하는 것(또는 완전히 정의하는 것)을 도울 수 있고 그리고/또는 발산 투영 빔(147) 내의 램프 광의 강도를 균질화하는 것을 보조할 수 있다. 렌즈(363)는 회절 및/또는 굴절 요소들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈(363)는 렌즈(363)의 z-축 치수를 감소시키는 프레넬 렌즈이다. 렌즈(363)가 회절 렌즈인 경우에, 렌즈는 특정한 파장 범위들(예를 들어, 525-535nm)에 대해 작용하도록 구성/튜닝될 수 있다. 렌즈(363)는 다중의 파장들에 대해 작용하도록 튜닝된 다중의 회절 요소들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 램프 광을 발생시키는 광원들은 적색, 녹색 및 청색이고, 렌즈(363)는 적색, 녹색 및 청색 광원들에 의해 방출된 적색, 녹색 및 청색 파장들과 대응하는 파장들에 대해 작용하거나 그 파장들에 포커싱하도록 튜닝된다.
일 경우에, 렌즈(363)는 램프 광이 디스플레이 층(120)에서의 대응하는 픽셀릿을 조명하기 위해 발산 투영 빔(147)으로서 유지되기 이전에 방출 어퍼처(132D) 외부로 전파하는 램프 광을 조명 층(330)과 디스플레이 층(120) 사이의 공간의 포인트에 포커싱한다. 이러한 경우에, 렌즈(363)의 초점 거리는 치수(165)의 절반 미만이다. 상이한 경우(예시되지 않음)에서, 렌즈(굴절, 프레넬 또는 회절이든)는 (조명 층(130)과 디스플레이 층(120) 사이의) 방출 어퍼처(132) 전방으로 1 초점 길이 미만에 위치될 수 있고, 이는 방출 어퍼처 뒤에 발산 가상 소스를 생성한다. 이것은 조명 층의 총 깊이(두께)를 감소시키는 효과를 갖는다.
도 3f는 방출 어퍼처(132E)가 렌즈(373) 위에 배치된 인광체 층(377)을 포함하는 것을 도시한다. 물론, 인광체 층(377) 및 렌즈(373)는 방출 어퍼처(132E) (내부보다는) 위에 배치될 수 있다. 일 예에서, 광원(들)(305)은 청색 광을 방출하고, 렌즈(373)는 청색 광을 발산 투영 빔(147)으로 포커싱하도록 구성/튜닝된 회절 렌즈이다. (발산 투영 빔(147)에서의) 청색 광이 디스플레이 층(120)을 향해 전파할 때, 인광체 층(377)과 만난다. 청색 광은 발산 투영 빔(147)이 인광체 층(377)을 통한 전파 이후에 백색 광이도록 청색 광을 백색 광으로 변환하도록 인광체 층(377)을 여기/자극한다. 회절 렌즈(373)가 파장 범위 내에 중심이 있는 광을 방출하는 광원(예를 들어, 450nm 청색 LED)의 파장 범위(예를 들어, 445-455nm)에 포커싱하도록 튜닝될 수 있다. 상이한 실시예들에서, 다른 파장 변환 재료들(예를 들어, 양자 점들)이 인광체 층(377)을 대신할 수 있다. 파장 변환 재료들(예를 들어, 인광체 또는 양자 점들)이 사용될 때, 광원(들)(305)은 펌프 소스로 지칭될 수 있고, 365 내지 450nm의 파장을 가질 수 있다.
도 3g에서, 필터(378)가 파장 변환 재료(377) 아래에 배치된다. 필터(378)는 펌프 소스의 파장(예를 들어, 370nm)을 통과시키지만, 펌프 소스보다 큰 파장들(예를 들어, 400nm보다 큼)은 반사한다. 따라서, 필터(378)는 방출된 광이 확산 영역(325)으로 다시 전파되게 하여 낭비되게 하기 보다는, 방출된 광을 방출 어퍼처(132F) 밖으로 다시 반사시키고/지향시킴으로써 파장 변환 재료(377)에 의해 방출된 광을 효과적으로 리사이클한다. 선택적으로, 반사성 쉘 광학계(379)가 발산 투영 빔(147)을 더 정의하기 위해 파장 변환 재료(377) 위에 배치될 수 있다. 반사성 쉘 광학계(379)는 쉘 광학계(379)를 탈출하지 않은 광(파선들로 예시됨)을 반사하고/리사이클하기 위해 그 내부 상에 반사성 재료를 포함한다.
도 3h 및 도 3i는 확산 영역(325)에서 TIR을 활용하는 투명 광가이드를 포함하는 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 방출 어퍼처(132G 및 132H)를 예시한다. 도 3h에서, 램프 광선(351)이 투명 광가이드의 경계에 부딪히고, 입사각이 임계값을 극복하지 못했을 때 투명 광가이드로 다시 반사된다. 그러나, 램프 광선(352)은 램프 광선(352)으로 하여금 투명 광가이드를 탈출하게 하는 구형의 내부 피처(358)에 부딪친다. 이러한 구형의 내부 피처(358)는 피처의 구형의 형상이 램프 광이 투명 광가이드에서 벗어나도록 촉진하는 것과 같은 어퍼처(132G)로서 기능한다. 구형의 임프린트들(imprints) 이외의 형상들이 확산 영역(325) 내에서 램프 광의 방출을 용이하게 하기 위해 투명 광가이드의 TIR을 단절(disrupt)하기 위해 사용될 수 있다. 도 3i는 램프 광선(351)이 내부적으로 반사되는 반면에, 램프 광선(353)이 광선(353)으로 하여금 벗어나게 하고/방출하게 하는 투명 광가이드의 곡선 경계(피처(359))와 만난다는 점에서 구형의 내부 피처(358)와 유사하게 기능하는 구형의 외부 피처(359)를 포함한다. 구형의 피처들(358 및 359)은 광가이드의 사출 성형 공정들로 형성될 수 있거나 서브트랙티브 공정들(예를 들어, 밀링)로 형성될 수 있다. 부가적인 광학계들(예를 들어, 회절 및/또는 굴절)이 피처들(358 또는 359) 위에 배치될 수 있고, 방출 어퍼처들(132G 및 132H) 각각에 포함될 수 있다는 것이 이해된다.
요약에 설명된 것을 포함하여, 본 발명의 예시된 실시예들의 상기 설명은 모든 것을 망라하거나 본 발명을 개시된 정밀한 형태들로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 특정한 실시예들 및 본 발명에 대한 예들을 예시적인 목적을 위해 여기에 설명하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 다양한 변형들이 본 발명의 범주 내에서 가능하다.
이들 변형들은 상기 상세한 설명의 관점에서 본 발명에 대해 이루어질 수 있다. 다음의 청구항들에서 사용된 용어들은 본 발명을 명세서에 개시된 특정한 실시예들에 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범주는 청구항 해석의 확립된 견해들에 따라 해석될 다음의 청구항들에 의해 전체적으로 결정될 것이다.

Claims (20)

  1. 타일화가능한 디스플레이 패널로서,
    뷰어에게 통합 이미지를 디스플레이하기 위한 스크린 층;
    조명 층 - 상기 조명 층은 램프 광을 상기 조명 층의 확산 영역으로 방출하는 광원을 포함하고, 상기 조명 층은, 제한된 각도 확산(angular spread)을 갖는 발산 투영 빔(divergent projection beam)에서 상기 확산 영역으로부터 상기 램프 광을 방출하도록 각각 구성되는 복수의 방출 어퍼처들을 또한 포함함 -; 및
    상기 스크린 층과 상기 조명 층 사이에 배치된 디스플레이 층 - 상기 디스플레이 층은 상기 복수의 방출 어퍼처들에 대응하는 복수의 픽셀릿들(pixelets)을 포함하고, 상기 복수의 픽셀릿들 중의 픽셀릿들은 대응하는 방출 어퍼처들로부터의 상기 발산 투영 빔들에 의해 조명되도록 위치됨 -
    을 포함하고,
    상기 복수의 방출 어퍼처들 중의 방출 어퍼처들은 상기 램프 광을 상기 발산 투영 빔으로 포커싱하도록 구성된 회절 광학계와, 상기 회절 광학계와 상기 디스플레이 층 사이에 배치된 인광체를 포함하고, 상기 회절 광학계는 백색 광을 방출하기 위해 상기 인광체를 여기시키는 제1 파장 범위에 포커싱하도록 튜닝되고, 상기 광원은 상기 제1 파장 범위 내에 중심이 있는 상기 램프 광을 방출하도록 구성되는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방출 어퍼처들은, 상기 발산 투영 빔들 내에서 상기 램프 광의 증가된 균일성을 발생시키도록 구성된 부가적인 광학계들을 포함하는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 확산 영역은 투명 광가이드(transparent lightguide)를 포함하고, 상기 투명 광가이드는 상기 광원으로부터 상기 램프 광을 수광하도록 결합되고, 상기 방출 어퍼처들이 상기 발산 투영 빔들로서 상기 램프 광을 방출하는 경우를 제외하고는 상기 투명 광가이드 내에 상기 램프 광을 일반적으로 보유하도록 구성되는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투명 광가이드는 내부 전반사(total-internal-reflection)("TIR")를 유지함으로써 상기 램프 광을 일반적으로 보유하도록 구성되고, 상기 방출 어퍼처들은, 상기 발산 투영 빔들로서 상기 투명 광가이드로부터 상기 램프 광을 방출하기 위해 상기 TIR을 단절(disrupt)하도록 구성되는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 확산 영역은, 상기 투명 광가이드 내에 상기 램프 광을 보유하기 위해 상기 투명 광가이드에 접하는(abutting) 반사성 재료를 포함하는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 확산 영역은, 상기 광원으로부터의 상기 램프 광을 산란시키기 위해 반사성 산란 재료로 코팅된 확산 캐비티를 포함하는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 방출 어퍼처들 중의 방출 어퍼처들은 상기 램프 광을 상기 발산 투영 빔으로 포커싱하도록 구성된 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 포함하는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드("LED") 중 적어도 하나를 포함하는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방출 어퍼처들은 테이퍼형 관통 홀들인 타일화가능한 디스플레이 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀릿들은 간격 영역들(spacing regions)에 의해 서로로부터 분리되는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 방출 어퍼처들 중의 각각의 방출 어퍼처는 그것의 대응하는 픽셀릿 아래에 중심이 있는 타일화가능한 디스플레이 패널.
  14. 멀티-패널 디스플레이로서,
    복수의 디스플레이 패널들 - 상기 복수의 디스플레이 패널들은 상기 디스플레이 패널들에 걸쳐 멀티-패널 통합 이미지를 디스플레이하기 위해 상기 멀티-패널 디스플레이로서 배열됨 -
    을 포함하고,
    상기 디스플레이 패널들 각각은,
    뷰어에게 통합 이미지를 디스플레이하기 위한 스크린 층;
    조명 층 - 상기 조명 층은 램프 광을 상기 조명 층의 확산 영역으로 방출하는 광원을 포함하고, 상기 조명 층은, 제한된 각도 확산을 갖는 발산 투영 빔에서 상기 확산 영역으로부터 상기 램프 광을 방출하도록 각각 구성되는 복수의 방출 어퍼처들을 또한 포함함 -; 및
    상기 스크린 층과 상기 조명 층 사이에 배치된 디스플레이 층 - 상기 디스플레이 층은 상기 복수의 방출 어퍼처들에 대응하는 복수의 픽셀릿들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀릿들 중의 픽셀릿들은 대응하는 방출 어퍼처들로부터의 발산 투영 빔들에 의해 조명되도록 위치됨 -
    을 포함하고,
    상기 복수의 방출 어퍼처들 중의 방출 어퍼처들은 상기 램프 광을 상기 발산 투영 빔으로 포커싱하도록 구성된 회절 광학계와, 상기 회절 광학계와 상기 디스플레이 층 사이에 배치된 인광체를 포함하고, 상기 회절 광학계는 백색 광을 방출하기 위해 상기 인광체를 여기시키는 제1 파장 범위에 포커싱하도록 튜닝되고, 상기 광원은 상기 제1 파장 범위 내에 중심이 있는 상기 램프 광을 방출하도록 구성되는 멀티-패널 디스플레이.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    상기 방출 어퍼처들은, 상기 발산 투영 빔들 내에서 상기 램프 광의 증가된 균일성을 발생시키도록 구성된 부가적인 광학계들을 포함하는 멀티-패널 디스플레이.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 확산 영역은 투명 광가이드를 포함하고, 상기 투명 광가이드는 상기 광원으로부터 상기 램프 광을 수광하도록 결합되고, 상기 방출 어퍼처들이 상기 발산 투영 빔들로서 상기 램프 광을 방출하는 경우를 제외하고는 상기 투명 광가이드 내에 상기 램프 광을 일반적으로 보유하도록 구성되는 멀티-패널 디스플레이.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 투명 광가이드는 내부 전반사("TIR")를 유지함으로써 상기 램프 광을 일반적으로 보유하도록 구성되고, 상기 방출 어퍼처들은, 상기 발산 투영 빔들로서 상기 투명 광가이드로부터 상기 램프 광을 방출하기 위해 상기 TIR을 단절하도록 구성되는 멀티-패널 디스플레이.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 확산 영역은, 상기 광원으로부터의 상기 램프 광을 산란시키기 위해 반사성 산란 재료로 코팅된 확산 캐비티를 포함하는 멀티-패널 디스플레이.
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