KR100893241B1 - 대체된 편광판을 가진 마이크로디스플레이 시스템 - Google Patents

대체된 편광판을 가진 마이크로디스플레이 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이, 제 1 편광판 및 제 2 편광판을 포함하는 디스플레이 모듈을 제공한다. 편광판 내에 또는 편광판과 디스플레이 사이에 위치한 광학 결함이 보이는 것을 제거하기 위해, 편광판은 디스플레이의 이미지 평면으로부터 소정의 거리에 위치할 수 있다. 또한 디스플레이에 의해 형성된 이미지를 확대하기 위해, 디스플레이 모듈은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 또한 디스플레이 모듈은 제 1 편광판, 제 2 편광판 및 광원을 갖는 백라이트를 포함할 수 있다.

Description

대체된 편광판을 가진 마이크로디스플레이 시스템 {MICRODISPLAY SYSTEM HAVING A DISPLACED POLARIZER}
본 발명은 대체된 편광판을 가진 마이크로디스플레이 시스템에 관한 것이다.
고품질 이미지를 생성하기 위하여 액정 또는 전기장발광 물질을 사용하는 평판 디스플레이가 발달되고 있다. 이들 디스플레이는 음극선관(CRT) 기술을 대체할 것으로 기대되며 보다 고품위 텔레비젼 영상(picture) 또는 컴퓨터 모니터 이미지를 제공한다. 예를 들어 대규모 고품질 액정 디스플레이(LCD)에 대한 가장 가능성있는 방법은 박막 트랜지스터(TFT)가 LCD 화소와 함께 배치되는 능동 매트릭스 방법이다. TFT를 사용하는 능동 매트릭스 방법의 최대 장점은 화소 사이의 혼선의 제거와 TFT 호환 LCD를 사용하여 달성할 수 있는 우수한 그레이 스케일(grey scale)이다.
LCD를 사용하는 평판 디스플레이는 일반적으로 적어도 5개의 다른 층을 포함한다 : 광원, TFT가 화소를 형성하기 위하여 배열되는 회로 패널의 한쪽 면에 장착된 제 1 편광 필터, 카운터 전극, 및 마지막으로 제 2 편광 필터. 회로 패널과 필터 플레이트 사이의 공간은 액정 물질로 채워진다. 이 액정 물질은 회로 패널과 상기 필터 플레이트에 연결된 접지 사이의 상기 액정 물질 양단에 전기장이 인가될 때, 상기 액정 물질은 상기 액정 물질 내부에서 빛이 발산되도록 한다. 따라서, 디스플레이의 특정 화소가 TFT에 의해 턴온될 때, 액정 물질은 상기 액정 물질을 통하여 전송되고 있는 편광된 빛을 회전시켜서, 빛은 제 2 편광 필터를 지나 통과할 것이다.
디스플레이 모듈은 제 1 표면과 제 2 표면을 가진 디스플레이, 상기 디스플레이의 제 1 표면으로부터 제 1 거리만큼 떨어져 배치된 제 1 편광판 및 상기 디스플레이의 제 2 표면으로부터 제 2 거리만큼 떨어져 배치된 제 2 편광판을 포함한다. 제 1 거리는 제 1 편광판 가시도(visibility) 결함을 감소 또는 제거하고, 제 2 거리는 상기 제 2 편광판 가시도 결함을 제거 또는 감소시킨다.
어느 한쪽 편광판에 배치된 크기면에서 15 마이크로미터 미만의 결함은 렌즈에 의한 이미지 여과후 뷰어(viewer)에 의해 관찰되는 디스플레이된 이미지의 가시적 변화를 만들어낸다. 편광판과 디스플레이 표면 사이에 배치된 크기면에서 20 마이크로미터 미만의 결함도 역시 디스플레이된 이미지의 가시적 변화를 야기한다.
디스플레이 모듈은 그 내부에 디스플레이가 장착되는 하우징을 또한 포함할 수 있다. 하우징은 제 1 하우징 엘리먼트 및 제 2 하우징 엘리먼트를 가질 수 있고, 여기서 제 1 편광판은 제 1 하우징 엘리먼트내에 부착되고 제 2 편광판은 제 2 하우징 엘리먼트내에 부착된다. 제 1 하우징 엘리먼트내에 장착된 제 1 편광판과 디스플레이의 제 1 표면 사이의 제 1 거리는 대략 0.8mm이다. 그러나, 제 1 거리는 0.5mm 및 17mm의 범위에 있을 수 있다. 제 2 편광판과 디스플레이 사이의 제 2 거리는 2.5cm 미만일 수 있다. 선택적으로, 제 2 편광판은 디스플레이의 제 2 표면에 배치될 수 있다.
디스플레이 모듈은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있고, 제 1 편광판은 디스플레이와 상기 적어도 하나의 렌즈 사이에 배치된다. 디스플레이 모듈의 디스플레이는 마이크로디스플레이를 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈은 또한 백라이트(backlight)를 포함할 수 있다. 백라이트는 광원, 제 1 확산판(diffuser) 및 제 2 확산판을 포함한다. 일 실시예에서, 광원과 제 2 확산판 사이의 제 1 거리는 대략 3.8mm이다. 제 1 확산판과 제 2 확산판 사이에 배치된 제 2 거리는 대략 2.3mm이다.
디스플레이 모듈은 또한 이미지 평면, 이미지 평면으로부터 제 1 거리에 배치된 제 1 편광판 및 이미지 평면으로부터 제 2 거리에 배치된 제 2 편광판을 포함할 수 있다. 제 1 거리 및 제 2 거리는 제 1 편광판과 제 2 편광판 안에 있는 가시도 결함을 최소화한다. 선택적으로, 제 2 편광판은 디스플레이의 표면에 배치될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예의 하기 특정 설명, 첨부 도면으로부터 명백하고, 유사 도면 부호는 다른 도면에서 동일 부분을 나타낸다. 도면은 비례적으로 도시되지 않고, 본 발명의 원리는 도시하기 위하여 강조가 이루어졌다.
도 1은 하우징 내의 마이크로디스플레이의 확대 단면도이다.
도 2는 디스플레이 모듈의 분해도이다.
도 3 및 4는 제 1 하우징 부분을 도시한다.
도 5 및 6은 제 2 하우징 부분을 도시한다.
도 7은 디스플레이 모듈의 선택적인 실시예를 도시한다.
도 8은 제 1 편광판의 위치에 대한 디스플레이의 명암대조비의 관계를 도시한다.
도 9는 디스플레이의 휘도 및 전압 사이의 관계를 도시한다.
도 10 및 11은 다양한 관찰 각도에서 디스플레이의 명암대조비를 도시한다.
도 12-17은 디스플레이에 대한 백라이트의 일 실시예를 도시한다.
도 18은 디스플레이에 대한 휘도 균일성을 도시하는 그래프이다.
도 1은 디스플레이(110)의 단면도이다. 명확히 하기 위해, 디스플레이의 엘리먼트는 비례적으로 도시되지 않았고, 한 화소 엘리먼트만을 도시하고 어떤 엘리먼트는 도시하지 않았다. 디스플레이(110)는 주입된 액정 물질층(146)에 의해 카운터전극(144)으로부터 이격된 화소 엘리먼트(138)를 포함하는 능동 매트릭스 부분(220)을 가진다. 각각의 화소 엘리먼트(138)는 트랜지스터(140) 및 화소 전극(142)을 가진다. 만약 능동 매트릭스가 고휘도의 빛을 요구하는 투사를 위해 사용된다면, 능동 매트릭스 부분(220)은 트랜지스터(TFT)(140)를 보호하기 위한 알루미늄 광 차폐부(224)를 가질 수 있다. 카운터전극(144)은 땜납 범프(solder bump)(226)에 의해 회로의 리셋(reset)에 접속된다. 매트릭스(220)는 한 쌍의 유리 기판(198 및 204)에 의해 경계가 정해진다. 제 1 편광판(214)은 제 1 유리 기판(204)에 부착되고 제 2 편광판(216)은 제 2 유리 기판(198)에 부착된다. 각각의 유리 기판(198 및 204)은 액정(146) 층의 반대쪽 면에 각각의 편광판(216 및 214)을 가진다. 이 실시예에서, 유리(204 및 198)로부터 편광판(214 및 216)을 실질적으로 분리하는 갭 또는 거리는 없다. 부가적인 유리 판(228) 쌍이 능동 매트릭스 부분(220)의 외측에 배치된다. 유리판(228)은 절연층(230)을 형성하기 위하여 편광판(214 및 216)으로부터 이격된다. 디스플레이(110)의 모듈(218)은 능동 매트릭스 부분(220), 유리판(228) 및 편광판(214 및 216)을 포함하는 투피스(two-piece) 케이스이다. 실온 가황(RTV) 고무(232)는 모듈(218)의 적절한 위치에 엘리먼트를 유지하는 것을 돕는다.
디스플레이 제조 및 어셈블리에 대한 설명은 2000년 7월 28일 출원된 미국특허출원 09/643,655, 1999년 5월 10일에 출원된 미국특허출원 09/309,155 및 1998년 10월 8일에 출원된 미국특허출원 08/966,985에 기술되고, 상기 출원의 전체 내용은 참조로써 통합된다.
사용자의 눈이 디스플레이(110)를 볼 때, 눈은 액정(146)의 트위스팅(twisting)에 의해 형성된 이미지에 초점을 맞춘다. 도 7에 관한 아래의 기재와 같이, 렌즈를 통해 디스플레이(110)를 볼 때, 액정(146)은 초점 면에 배치된다. 이미지 평면은 눈이 초점을 맞추는 평면, 즉 액정(146)으로서 정의되고, 렌즈(316)를 가진 시스템에서는 초점 면이다.
디스플레이(110)를 보고 있는 눈은, 눈에 대한 초점 깊이이고 이미지 평면을 포함하는 필드 깊이 또는 초점 깊이를 가진다.
디스플레이에 의해 형성된 이미지상의 편광판 결함 효과를 최소화 또는 제거하기 위하여, 편광판은 디스플레이의 이미지 평면으로부터 일정 거리로 이동될 수 있다. 편광판 결함은 편광판 내에 위치하거나 편광판 및 유리 기판 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 편광판 내에 위치된 결함 크기는 대략 15 ㎛ 미만일 수 있고, 일반적으로 10 ㎛ 미만이다. 먼지 입자 같은 편광판 및 유리 기판 사이에 형성된 결함은 크기 면에서 예를 들어 대략 20 미크론이다. 제 1 및 제 2 편광판은 편광판이 기판과 직접 접촉하지 않도록 마이크로디스플레이의 유리 기판으로부터 어느 정도 떨어진 거리에 배치될 수 있다. 기판으로부터 떨어지게 편광판을 배치하는 것은, 디스플레이 이미지 평면으로부터 편광판을 이동시킨다. 상기 배치는 디스플레이에 의해 형성된 이미지에 대한 결함의 효과를 감소 또는 제거시킨다.
디스플레이(110)는 디스플레이(110)의 중심 및 액정내에 배치된 이미지 평면을 가진다. 디스플레이의 비교적 작은 크기로 인해, 디스플레이(110) 유리 기판(204 및 198) 상에 편광판(214 및 216)을 배치하면, 필수적으로 편광판(214 및 216)은 디스플레이(110) 이미지 평면 내 및 사용자의 초점 깊이 내에 위치된다. 동작 동안, 사용자는 이미지 자료를 받아들이기 위해 디스플레이(110)의 이미지 평면을 본다. 사용자가 디스플레이(110)의 이미지 평면 및 그의 초점 깊이 내에 있는 편광판(214)을 통해 디스플레이(110)를 볼 때, 사용자는 15 ㎛ 미만의 편광판(214) 결함을 관찰할 수 있다. 디스플레이(110)의 이미지 평면으로부터 멀리 그리고 디스플레이(110)의 초점 깊이 바깥으로 편광판(214 및 216)을 이동하는 것은, 가시도 결함을 제거한다. 이들 결함은 편광판(214 및 216) 내에 위치되거나 편광판(214 및 216)과 유리 기판(204 및 198) 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광판(214)이 디스플레이(110)의 이미지 평면으로부터 이동되면, 사용자는 편광판(214)에 초점을 맞추지 않고, 디스플레이(110)의 이미지 평면에 초점을 맞출 수 있다. 그러므로, 상기 배치로 인해, 편광판(214)은 사용자의 초점 면 내에 있지 않고, 사용자는 편광판 결함을 볼 수 없다.
도 2는 디스플레이 모듈(300)의 실시예를 도시한다. 디스플레이 모듈(300)은 제 1 편광판 또는 출력(즉, 이미지 전송) 편광판(302), 제 1 하우징 엘리먼트(304) 및 제 2 하우징 엘리먼트(308)를 포함하는 하우징, 디스플레이(306), 및 제 2 편광판 또는 입력 편광판(310)을 포함한다. 바람직하게, 편광판(302 및 310)은 광원으로부터의 반사를 최소화하기 위해 반사 방지 코팅으로 코팅된다.
출력 편광판(302)은 하우징 엘리먼트(304) 내에 제 1 편광판(302)을 고정하기 위하여 사용된 리셉터클(receptacle)(312) - 도 3 및 도 4에 도시 - 을 포함하는 제 1 하우징 엘리먼트(304) 내에 장착된다. 바람직하게, 리셉터클(312)은 제 1 편광판(302) 상에 접착될 것이 요구되는 것은 아니며, 제 1 편광판(302)과 하우징(304)을 기계적으로 고정한다. 리셉터클(312)은 제 1 하우징 엘리먼트(304) 내에 배치되어, 제 1 편광판(302)과 디스플레이(306)의 제 1 평면 사이의 이격 거리(318)를 형성한다. 상기 거리(318)는 디스플레이(306)의 제 1 표면 또는 유리 기판으로부터 편광판(302)을 분리하고 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 제 1 편광판(302)을 떨어트려, 제 1 편광판(302) 내의 가시도 결함을 감소시킨다.
디스플레이(306)는 제 1 하우징 엘리먼트(304)를 제 2 하우징 엘리먼트(308)에 부착하여 디스플레이(306)를 밀봉하도록 제 2 하우징 엘리먼트(308) 내에 장착된다. 제 2 하우징 엘리먼트(308)는 또한 하우징(308) 내에 제 2 편광판(310)을 고정하기 위하여 사용되는 리셉터클(314) - 도 5 및 도 6에 도시 - 을 포함한다. 리셉터클(314)은 디스플레이(306)로부터 떨어진 이격 거리(320)에 제 2 편광판(310)을 배치할 수 있다. 리셉터클(314)은 제 2 편광판(310) 상에 접착될 것을 요구하는 것은 아니며, 하우징 엘리먼트(308) 내에 제 2 편광판(310)을 기계적으로 고정시킨다. 이 거리(320)는 디스플레이(306)의 표면 또는 유리 기판으로부터 제 2 편광판(310)을 분리시키고 디스플레이(306)의 초점 면으로부터 제 2 편광판(302)을 떨어트려, 제 2 편광판(310) 내의 가시도 결함을 감소시킨다.
일 실시예에서, 편광판(302 및 310)이 리셉터클(312 및 314)에 의해 고정될 때, 편광판(302 및 310)과 이미지 평면 사이의 거리는 이미지 평면으로부터 대략 1.5mm이다. 1.5mm는 0.8mm의 디스플레이(110)의 중심, 이미지 평면 및 갭과 디스플레이(110)의 두께 0.7mm를 포함한다.
일반적으로 322로 표시된 디스플레이 모듈의 다른 실시예는 도 7에 도시된다. 이 실시예에서, 디스플레이(306), 제 1 편광판(302) 및 제 2 편광판(310)이 제공된다. 사용자는 제 1 편광판(302) 및 디스플레이(306) 사이의 거리(318)를 조절 또는 설정할 수 있고, 제 2 편광판(310) 및 디스플레이(306) 사이의 거리(320)를 설정할 수 있다. 초점 면 또는 이미지 평면과 같은 초점 필드에서 벗어나게 제 1 편광판(302)을 이동시키는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 제 1 편광판(302)은 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 1.1mm 내지 17.7mm 범위 내로 떨어진 거리(318)로 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 바람직한 거리(318)는 16.7mm이다. 제 2 편광판(304)은 바람직하게 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 2.5cm 떨어진 거리(320)로 설정될 수 있다. 그러나 2.5cm 이상의 거리도 사용될 수 있다.
제 2 편광판(310)은 디스플레이(306)를 통과하여 빛을 전달하는데 사용되는 백라이트에 인접하게 장착된다. 제 2 편광판(310)을 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 떨어트리는 것은, 제 2 편광판(310)의 가시도 결함 또는 제 2 편광판(310) 및 디스플레이(306) 사이의 결함 중 어느 하나를 최소화시킬 수 있다. 그러나, 디스플레이(306)의 이미지 평면 및 백라이트 사이의 거리(320)가 증가함에 따라, 상기 증가된 거리를 이동할 더욱 많은 양의 빛을 생성하고 디스플레이(306)에게 적절한 조명을 제공하기 위해, 백라이트의 출력 증가가 필요하다. 그러므로, 제 2 편광판(310)이 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 떨어져 이동될 수 있지만, 제 2 편광판은 초점 필드의 바깥 쪽에 있되, 백라이트의 추가적인 광 출력이 요구되지 않도록, 디스플레이와 백라이트(310) 사이의 거리를 증가시킬 것을 요구할 정도는 아닌 것이 바람직하다.
이미지 평면(초점 면)의 필드 또는 초점 깊이에서 벗어나 위치한 양쪽 편광판(302 및 310)을 포함하는 것이 바람직하지만, 사용자는 제 1 편광판(302)을 통하여 이미지 평면을 본다는 점에서 제 1 편광판(302)이 초점 깊이에서 벗어나 위치하는 것이 보다 중요하다.
디스플레이 모듈(322)은 또한 디스플레이(306)에 의해 형성된 이미지를 확대하는데 사용되는 적어도 하나의 렌즈(316)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 렌즈(316)는 예를 들어 제 1 렌즈 엘리먼트 또는 다수의 렌즈 엘리먼트를 포함할 수 있다. 렌즈(316)의 초점은 디스플레이(306)의 이미지 평면에 위치된다.
일 실시예에서, 렌즈(316)와 디스플레이(306) 사이의 거리는 일정하고, 바람직하게는 17mm이다. 제 1 편광판(302)이 렌즈(316)와 디스플레이(306) 사이에 배치되도록, 렌즈(316)는 디스플레이(306)에 대하여 장착된다. 렌즈(316), 제 1 편광판(302) 및 디스플레이(306)의 순서로 배열하는 것은, 렌즈(316)가 디스플레이(306)로부터의 광의 편광에 영향을 끼치는 것을 방지한다. 예를 들어, 제 1 편광판(302)과 디스플레이(306) 사이에 렌즈(316)를 배치하는 것은, 렌즈(316)에서 반사를 형성할 수 있고, 이는 편광판(302)으로 전달되게 한다. 일반적으로, 상기 반사는 바람직하지 않다.
제 1 편광판(302)이 디스플레이(306)로부터 떨어져 장착되는 거리(318)는, 바람직하게 0.5 ㎜내지 17 ㎜의 범위에 있다. 상기 범위 내의 디스플레이(306)로부터의 거리(318)로 제 1 편광판(302)을 배치하는 것은, 디스플레이 모듈(322)의 사용동안 광학 부족(optical deficit)을 형성하지 않는다.
디스플레이(306)의 에지로부터 16mm내지 0.8mm의 거리(318)에 제 1 편광판(302)을 배치할 경우에, 디스플레이와 접촉한 경우의 편광판 및 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 0.7mm 미만에 배치된 경우의 편광판과 비교할 때, 디스플레이(306)의 명암대조비는 도 8에 도시된 바와 같이 14% 내지 23%의 범위로 감소한다. (디스플레이(306)는 일 실시예에서 1.4mm의 두께를 가지므로, 초점 또는 이미지 평면에 대한 디스플레이(306)의 에지 거리는 대략 0.7mm이다). 명암대조비는 디스플레이(306)의 전체 화이트 출력 비와 디스플레이(306)의 전체 블랙 출력비 사이의 휘도 차로서 정의된다. 14% 내지 23% 만큼 명암대조비율의 감소는 제 1 편광판(302) 및 디스플레이(306)의 이미지 평면 사이 거리(318)와 관련된다. 그러나, 이 범위의 감소는 디스플레이(306)의 성능에 크게 영향을 주지 않고 사용자가 가시적으로 지각할 수 없다. 도시된 바와 같이, 편광판과 디스플레이(306) 사이의 16mm의 거리(318)는 16mm 미만의 거리에 비해 명암대조비율을 보다 적게 감소시킨다. 바람직하게, 제 1 편광판(302)와 디스플레이 사이의 거리(318)는 명암대조비를 최소로 변화시키기 위하여 16mm이다.
23%까지의 명암대조비의 감소는 디스플레이(306)의 성능에 영향을 주지않고, 추가 감소 또한 가능하다. 예를 들어, 60:1 명암대조비를 생성하기 위하여 40%까지 명암대조비를 감소시키는 것 또한 디스플레이(306)의 성능에 크게 영향을 주지않는다.
디스플레이(306)로부터 0.8 ㎜의 거리(318)에 제 1 편광판(302)을 배치할 때, 디스플레이(306)의 플리커(flicker) 또는 리프레시(refresh) 비율 및 디스플레이(306)의 컬러 이득 또한 변화되지 않고 유지된다. 컬러 이득은 백라이트에 의해 전송된 컬러에 대해 디스플레이에 의해 생성된 컬러의 차로서 정의된다.
디스플레이(306)로부터 0.8mm의 거리에 제 1 편광판(302)을 배치하는 것은 또한 디스플레이(306)에 대한 감마 값 또는 휘도에 영향을 미치지 않는다. 도 9는 디스플레이 모듈(322)에 대한 휘도 또는 조도와 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프를 도시하고, 여기서 편광판(302)은 디스플레이(306)의 이미지 평면 내에 있고, 편광판(302)은 0.8밀리미터의 거리 만큼 디스플레이(306)로부터 떨어져 배치된다. 제 1 곡선(328)은 디스플레이의 이미지 평면내에 있는 편광판에 대한 휘도 및 전압 사이의 관계를 도시한다. 제 2 곡선(330)은 디스플레이로부터 떨어져 일정 거리에 장착된 편광판에 대한 관계를 도시한다. 도시된 바와 같이, 편광판(302)이 디스플레이(306)의 이미지 평면내에 장착되거나 디스플레이(306)로부터 0.8mm의 거리(318)에 장착될 때 전압 범위에 대해 디스플레이의 휘도 또는 감마 값 사이 변화는 거의 없다.
디스플레이(306)로부터 0.8mm의 거리(318)에 편광판(302)을 장착하는 것은 또한 디스플레이(306)의 명암대조비 및 관찰 각도 사이의 관계에 영향을 미치지 않는다. 관찰 각도는 디스플레이(306)가 디스플레이(306)의 중앙 축에 관련하여 관찰되는 각도에 따라, 디스플레이(306)가 사용자에게 보이는 길(way)로서 정의된다. 도 10은 디스플레이(306)의 이미지 평면 내에 장착된 편광판에 대한 명암대조비 및 관찰 각도 사이의 관계를 도시한다. 도 11은 0.8밀리미터의 거리만큼 디스플레이(306)로부터 떨어져 장착된 편광판에 대한 명암대조비 및 관찰 각도 사이의 관계를 도시한다. 도 10 및 도 11을 비교하면, 디스플레이(306)에 대한 명암대조비 값은 편광판(302)의 배치와 무관하게 유사한 관찰 각도에 대하여도 유사하다. 도 10 및 도 11 양쪽에서, 명암대조비는 사용자가 디스플레이(306)의 중앙 축으로부터 멀어지게 이미지를 관찰할 때 감소한다.
바람직하게, 제 1 편광판(302) 및 제 2 편광판(302)은 제 1 편광판(302)의 편광 위치가 제 2 편광판(310)의 편광 부분에 대해 90도 각도로 배치되도록 교차되는 편광판이다. 그러나 편광판(302, 310) 및 디스플레이(306) 사이의 회전 변화가 발생하여 디스플레이(306)의 명암대조비가 영향을 받을 수 있다.
디스플레이(306)의 명암대조비는 제 2 편광판(310)에 비해 제 1 편광판(302)의 회전에 의해 영향을 받지 않는다. 표 1은 제 1 편광판(302)과 명암대조비의 회전 또는 각도 오프셋 사이의 관계를 도시한다.
각도 오프셋(도) 명암대조비 감소율
+1 -1.6%
-1 -3.5%
+3 -15.4%
-3 -20.6%
삭제
제 2 교차 편광판에 대해 제 1 편광판의 회전 오프셋 +/-3도는 디스플레이(306)의 명암대조비에 악영향을 미치지 않는다. 표 1에 도시된 명암대조비의 감소는, 디스플레이(306)의 이미지 평면으로부터 떨어진 일정 거리(318)에 제 1 편광판(302)을 배치함으로써 야기된 명암대조비의 임의의 변화가 추가된다. 제 1 편광판(302)이 제 2 편광판(310)과 관련하여 장착될 때, 제 1 편광판(302)의 회전 정확도는 바람직하게 제 2 편광판(310)에 대해 +/-3도 이내이다.
제 1 편광판(302) 또는 제 2 편광판(310)에 대해 디스플레이(306)의 회전 정렬은 디스플레이(306)의 명암대조비에 악영향을 미치지 않는다. 또한 액정은 편광되어야하므로 편광판 각도의 정렬은 연구사항이었다. 예를 들어, 표 2는 디스플레이(306)의 각도 오프셋 및 디스플레이(306)의 명암대조비 사이의 관계를 도시한다.
각도 오프셋(도) 명암대조비 감소율
+1 +0.5%
-1 -0.2%
+3 +1.2%
-3 -1.5%
+5 +1.7%
-5 -3.2%
삭제
+/- 5°의 오프셋은 사용자가 감지할 수 있을 양 만큼 명암대조비에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 이러한 +/- 5°오프셋은 사용자에게 눈에 띄일 수 있고 바람직한 오프셋은 대략 +/- 2°미만에서 설정된다.
상기 설명한 디스플레이 모듈은 백라이트를 포함할 수 있다. 도 12 내지 도 17은 일반적으로 340으로 나타낸 백라이트의 실시예를 도시한다. 백라이트(340)는 제 1 확산판(342) 및 제 2 확산판(348)을 포함하고, 각각의 확산판은 하우징(344) 내에 장착된다. 하우징(344)은 제 1 확산판(342)을 고정한 제 1 하우징 엘리먼트(346)와 제 2 확산판(348)을 고정한 제 2 하우징 엘리먼트(350)를 포함할 수 있다. 제 1 하우징 엘리먼트(346)는 제 1 하우징 엘리먼트(346)를 제 2 하우징부(350)에 결합하는 제 1 하우징 부착 메커니즘(362)을 포함할 수 있다. 부착 메커니즘(362)은 제 1 하우징부(346)과 제 2 하우징부(350)의 분리를 방지하는 연결장치(interlocking device)일 수 있다.
또한 백라이트(340)는 광원(352)을 포함한다. 바람직하게, 광원(352)은 발광 다이오드(LED)이다. 광원(352)은 회로판과 같은 하우징(354)에 접속될 수 있다. 광원(352)은 광원(352)에 전력을 제공하는 커넥터(356)에 접속된다. 제 2 하우징 엘리먼트(350)는 제 2 하우징 부착 메커니즘(364)에 의해 광원(352)의 하우징(354)에 부착된다. 예를 들어, 제 2 부착 메커니즘(364)은 하우징(354) 내의 개구부(366)를 이용하여 장착되고 패스너에 의해 부착될 수 있다.
상기 설명한 일 실시예에서, 디스플레이는 4.8㎜ × 3.6㎜의 유효 면적(active area)을 갖는 능동 매트릭스 액정 디스플레이이다. 디스플레이는 320 ×240 화소의 해상도를 갖는다.
또 다른 실시예에서, 디스플레이는 3 렌즈 시스템을 사용한다. 디스플레이로부터 가장 인접한 렌즈는 6㎜에 있다. 능동 매트릭스 액정인, 디스플레이는 7.68㎜ ×7.68㎜의 유효 영역을 갖는다. 디스플레이는 640 ×640 화소의 해상도를 갖는다. 일 실시예의 편광판은 디스플레이와 렌즈 사이에서 렌즈에 인접하여 위치한다.
도 17은 백라이트(340)의 단면도를 도시하며 광원(352), 제 1 확산판(342) 및 제 2 확산판(348) 사이의 공간을 도시한다. 이들 공간 또는 거리는 백라이트(340)의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 제 1 거리(360)는 광원(352)과 제 2 확산판(348) 사이의 거리이다.
일 실시예에서, 제 1 거리(360)는 대략 0.150 인치(3.81㎜)이며 디스플레이에 대해 백라이트(340)에 의해 생성된 최적 레벨의 균일한 휘도를 제공한다. 예를 들어, 이러한 특정 실시예에서, 광원(352)과 관련하여 3.81㎜ 미만의 거리(360)에서 제 2 확산판(348)을 위치시키는 것은, 백라이트(340)를 제공하는 동안 휘도 균일성을 감소시킨다는 것이 밝혀졌다. 광원(352)에 인접하여 제 2 확산판(348)을 이동시키면 매우 좁은 영역으로 빛을 확산시키며, 이는 디스플레이로 전달되고 제 2 확산판(348) 상의 밝은 점(bright spot)으로 나타난다. 반대로, 광원(352)으로부터 3.81㎜를 초과한 거리(360)에 제 2 확산판(348)을 위치시키면, 광원(352)에 의해 제 2 확산판으로 전달되는 광 세기를 감소시킨다.
한편, 제 2 거리(358)는 제 2 확산판(348)과 제 1 확산판(342) 사이의 거리이다. 본 실시예에서, 상기 제 2 거리(358)는 대략 0.090인치(2.29㎜)이다. 상기 거리(358)는 광원(352)으로부터 디스플레이로 균일한 휘도를 제공하도록 최적화된다. 제 2 확산판(348)으로부터 2.29㎜ 미만의 거리(358)에 제 1 확산판(342)을 위치시키는 것은 광원(352)으로부터 디스플레이로 제공된 휘도 균일성을 감소시킨다. 제 2 확산판(348)으로부터 2.29㎜를 초과한 거리에 제 1 확산판(342)을 위치시키는 것은 디스플레이로 전달된 빛의 세기를 감소시킨다.
통상적으로 휘도 개선 필름(BEF:brightness enhancing film)은 백라이트에 사용된다. 상기 실시예에서, BEF는 제 2 확산판(348)으로 대체된다. 도 18은 BEF를 갖는 백라이트와 확산판을 갖는 백라이트의 비교를 도시한다. 그래프(368)는 디스플레이 길이에 따른 백라이트 휘도 균일성을 도시한다. 그래프(368)는 디스플레이 상의 가장 밝은 점, 통상적으로 백라이트의 가운데에서 측정된 피크 휘도에 대한 백분율로서 휘도를 도시한다. 그래프(368)는, BEF를 사용하여 디스플레이에 걸쳐 생성된 휘도 - 곡선(370)으로 도시 - 가 제 2 확산판에 의해 디스플레이에 걸쳐 생성된 휘도 - 곡선(372)으로 도시 - 와 현저하게 다르지 않다는 것을 도시한다. 두 곡선(370, 372)은 디스플레이 길이에 따라 근사적으로 균일한 휘도를 도시한다. 따라서, 제 2 확산판은 디스플레이에 대한 휘도 균일성에 나쁜 영향을 미치지 않으면서 BEF 대신에 사용될 수 있다.
또한 BEF 대신에 제 2 확산판을 사용하는 것은 백라이트의 최대 출력에 영향을 미치지 않는다. BEF를 사용한 표준 백라이트의 최대 출력을 제 2 확산판을 사용한 것과 비교하면, 제 2 확산판을 사용하는 것이 대략 4.4% 만큼 백라이트의 최대 출력을 감소시킨다. 이러한 감소는 현저하지 않으며 백라이트의 성능에 영향을 미치지 않는다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 당업자는 청구범위에 의한 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화가 이뤄질 수 있다는 것을 알 것이다.

Claims (66)

  1. 개구부를 갖는 하우징;
    액정 디스플레이 패널로서, 이미지 평면, 및 상기 디스플레이 패널의 제 1 면 및 제 2 면을 형성하는 대향 투명 기판들을 갖는 액정 디스플레이 패널 - 적어도 하나의 상기 기판은 상기 디스플레이 패널을 상기 개구부와 광학적으로 정렬되도록 위치시키기 위해 상기 하우징에 그리고 상기 하우징 내에 장착됨 - ; 및
    상기 디스플레이 패널의 상기 제 1 면에 관하여 배치되는 제 1 편광판 - 상기 제1 편광판은 관찰자에 대해 제 1 편광판 결함을 최소화하도록 상기 개구부와 광학적으로 정렬되고, 상기 하우징에 의해 상기 이미지 평면으로부터 소정의 거리만큼 기계적으로 이격되도록 장착됨 -
    을 포함하는 디스플레이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판 결함은 10 ㎛ 보다 큰 크기를 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 상기 제 2 면에 관하여 배치된 제 2 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 2 편광판 결함이 관찰자의 초점 깊이 바깥에 있도록, 상기 제 2 편광판은 상기 이미지 평면으로부터 소정의 거리만큼 이격된 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판 결함과 상기 제 2 편광판 결함은 10 ㎛ 보다 큰 크기를 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 편광판은 상기 하우징에 의해 상기 이미지 평면으로부터 기계적으로 이격된 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판 및 상기 제 2 편광판은 상기 하우징에 의해 기계적으로 고정된 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판 및 상기 제 2 편광판은 상기 하우징의 리셉터클 내에서 고정된 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 다수의 하우징 엘리먼트들을 포함하는 것을 특징으로 디스플레이 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    백라이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 백라이트는 광원, 제 1 확산판 및 제 2 확산판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지며, 상기 제 1 편광판은 상기 디스플레이의 상기 제 1 표면으로부터 제 1 거리에 위치하고, 상기 제 2 편광판은 상기 디스플레이의 상기 제 2 표면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 상기 디스플레이와 상기 적어도 하나의 렌즈 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 상기 디스플레이와 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 대각선이 1 인치 미만인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 개구부를 갖는 하우징을 제공하는 단계;
    액정 디스플레이 패널을 제공하는 단계 - 상기 액정 디스플레이 패널은 이미지 평면, 및 상기 디스플레이 패널의 제 1 면 및 제 2 면을 형성하는 대향 투명 기판들을 가지며, 적어도 하나의 상기 기판은 상기 디스플레이 패널을 상기 개구부와 광학적으로 정렬되도록 위치시키기 위해 상기 하우징에 그리고 상기 하우징 내에 장착됨 - ; 및
    제1 편광판을 상기 디스플레이 패널의 상기 제 1 면에 관하여 배치하는 단계 - 상기 제1 편광판은 상기 개구부와 광학적으로 정렬되도록 장착되고, 관찰자에 대해 제 1 편광판 결함을 최소화하도록 상기 하우징에 의해 상기 이미지 평면으로부터 소정의 거리만큼 기계적으로 이격됨 -
    를 포함하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판 결함이 10 ㎛ 보다 큰 크기를 갖고 관찰자의 초점 깊이 바깥에 있도록, 상기 제 1 편광판을 이격시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 디스플레이의 상기 제 2 면에 관하여 제 2 편광판을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    제 2 편광판 결함이 관찰자의 초점 깊이 바깥에 있도록, 상기 이미지 평면으로부터 소정의 거리만큼 상기 제 2 편광판을 이격시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판 결함과 상기 제 2 편광판 결함이 10 ㎛ 보다 큰 크기를 갖고 관찰자의 초점 깊이 바깥에 있도록, 상기 제 1 편광판과 상기 제 2 편광판을 이격시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 하우징으로 상기 이미지 평면으로부터 상기 제 2 편광판을 기계적으로 이격시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 하우징으로 상기 제 1 편광판과 상기 제 2 편광판을 기계적으로 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 하우징의 리셉터클 내에 상기 제 1 편광판과 상기 제 2 편광판을 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 하우징에 다수의 하우징 엘리먼트를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  29. 제 20 항에 있어서,
    백라이트를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 백라이트에 광원, 제 1 확산판 및 제 2 확산판을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 백라이트에 발광 다이오드(LED)인 광원을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  32. 제 22 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지고, 상기 제 1 편광판은 상기 디스플레이의 제 1 표면으로부터 제 1 거리에 위치하며,
    상기 디스플레이의 상기 제 2 표면 상에 상기 제 2 편광판을 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  33. 제 20 항에 있어서,
    적어도 하나의 렌즈를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 디스플레이와 상기 적어도 하나의 렌즈 사이에 상기 제 1 편광판을 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  35. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판을 상기 디스플레이와 실질적으로 평행하게 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 모듈 조립 방법.
  36. 제 20 항에 있어서,
    대각선이 1 인치 미만인 디스플레이를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트.
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