KR100993954B1 - 광섬유판을 이용한 디스플레이 - Google Patents

Abstract

픽셀 소자들의 배열을 갖는 이미지 디스플레이 장치;및 광전송 가이드들(80)의 배열을 갖고, 상기 광전송 가이드들의 입력단들은 상기 이미지 디스플레이 장치의 픽셀 소자들로부터 빛을 수신할 수 있도록 배열되고, 상기 광전송 가이드들의 출력(90)단들은 이미지 출력면을 제공하는 이미지 가이드;를 포함하고, 각각의 광전송 가이드는 전 내부 반사에 의하여 빛의 전파를 촉진하는 광-가이드 영역과, 영역-코팅 인터페이스에서 거울 반사를 촉징하기 위한 상기 광 가이드 영역 상의 반사 코팅(86)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이미지 디스플레이, 픽셀, 광섬유, 광전송 가이드

Description

광섬유판을 이용한 디스플레이{DISPLAY WITH OPTICAL FIBRE FACE PLATE}

본 발명은 디스플레이에 관한 것이다.

액정 또는 플라즈마 디스플레이와 같은, 평판 디스플레이에 대한 기술은 단일 디스플레이가 적절한 가정용 텔레비젼 세트를 위한 스크린 크기로서 경제적으로 제조될 수 있는 단계까지 발전하였다.

따라서, 더 큰 디스플레이를 제공하기 위하여, 더 작은 다중 직사각형 디스플레이 장치들이 원하는 전체 크기를 형성하기 위하여 모자이크 처리되는 복합 기술이 개발되었다. 예를 들어, 15인치 대각선 디스플레이의 2×2로 모자이크된 배열은, 적절한 하위 디스플레이에 대한 픽셀 정보를 찾기 위한 적절한 접근 전자를 이용하여, 30 인치 대각선 디스플레이를 제공할 것이다.

이러한 형태의 배열에 있어서의 단점은 개별 디스플레이의 활성 영역이, 즉 픽셀 정보가 디스플레이되는 상기 디스플레이 앞면 영역이 상기 디스플레이의 물리적 영역의 맨 가장자리까지 연장되지 않는 것이다. 이와 같이 사용된 기술은, 그것이 플라즈마, 액정 또는 다른 것이든 간에, 상기 개별 픽셀 요소에 상호 연결을 제공하고 상기 앞면 기판의 후면을 밀봉하기 위하여 상기 활성 디스플레이 영역의 가장자리 주위에 작은 경계를 필요로 한다. 이러한 경계는 수 밀리미터까지 작을 수 있으나, 여전히 모자이크된 디스플레이 전반에 보기 흉한 어두운 띠를 생기게 한다.

이러한 문제에 대하여 다양한 해결 방법들이 제시되어 왔고, 이들 대부분은 상기 개별 하위 디스플레이의 활성 영역에서 생성되는 이미지를 이동시키거나 확장하기 위하여 벌크 광(bulk optic) 또는 광섬유(fiber optic) 이미지 가이드들에 의존한다.

예를 들어, US-A-4 139 261(Hilsum)은 상기 확장된 이미지들을 인접하게 함으로써, 상기 두 개의 판들의 경계 영역에 형성된, 상기 두개의 인접한 평판 사이의 공간(gap)이 보이지 않도록 하기 위하여, 평판 디스플레이에 의하여 생성되는 이미지를 확장하도록 광섬유 묵음으로 형셩되는 쐐기 구조의 이미지 가이드를 사용한다. 각각의 광섬유 입력단은 픽셀 요소와 같은 크기이거나 더 작은 크기이다. 상기 광섬유는 그 입력단에서 상기 평판 디스플레이의 개별 픽셀 요소들과 배열되고, 이로 인하여 상기 디스플레이의 픽셀 구조는 상기 이미지 확장기의 출력 평면으로 전달될 수 있다. 이와 같은 방식을 형성되는 다른 이미지 가이드들은 인접한 한 쌍의 평판들 사이에 경계 없는 입접 상태를 제공하기 위하여 상기 이미지를 이동시킬 수 있다.

이러한 형태의 배열에 있어서 발생하는 문제는 외부 반사사에 의한 광손실(light loss)이다. 광발광 액정(photoluminescent liquid crystal), 발전자발광(electroluminescent), 또는 유기 광 발산 다이오드 디스플레이와 같은, 적어도 일부 형태의 디스플레이에 있어서, 상기 광 발산 소자의 발산 특성은 상기 광이 코어/클래딩 경계에서의 전 내부, 무손실, 반사를 위한 임계각 보다 작은 각에서 상기 광섬유 내부 또는 이미지 가이드의 다른 광 가이드 내부로 입사될 것이다. (상기 임계각이 정의되는 개념은 상기 입사광의 각이 발생할 전 내부 반사에 대한 임계각을 초과하거나, 상기 임계각보다 작게될 것인지에 대하여 영향을 미친다는 것이 중요하다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 이하에서 설명될 도 4에 나타난 바와 같이 상기 "임계각"이란 용어가 사용되는 개념을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개념에서, 상기 입사광은 전체 내부 반사를 수행하기 위하여 상기 임계각보다 더 큰 각으로 도달해야만 한다).

이러한 문제들을 해결하기 위하여, 금속화된 외부면을 갖는 광전송 가이드를 사용하여, 상기 코어-금속 인터페이스에서 거울 반사를 제공하는 방법이 제안된다. 이와 같은 경우에, 상기 광전송 가이드들은 공기-금속 인터페이스에서 거울 반사가 제공되도록 중공형까지 될 수 있는 광전송 가이드가 제공된다.

그러나, 또한 금속의 인터페이스에서의 거울 반사는 손실이 있고, 빛이 상기 이미지 가이드의 광전송 가이드들을 따라 전진하면서 이러한 여러 반사들이 발생할 수 있기 때문에, 이러한 배열에 있어서 상기 손실은 또한 수용될 수 없다.

본 발명은 이미지 디스플레이를 제공하며, 상기 이미지 디스플레이는:

픽셀 소자들의 배열을 갖는 이미지 디스플레이 장치;및

광전송 가이드들의 배열을 갖는 이미지 가이드를 포함하고, 상기 광전송 가이드들의 입력단들은 상기 이미지 디스플레이 장치의 픽셀 소자들로부터 오는 빛을 수신할 수 있도록 배열되며, 상기 광전송 가이드들의 출력단들은 이미지 출력면을 제공하고;

각각의 광전송 가이드는 굴절 및/또는 전 내부 반사에 의하여 빛의 전파를 촉진하는 광-가이드 영역과, 영역-코팅 인터페이스에서 거울 반사를 촉징하기 위한 상기 광 가이드 영역 상의 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 픽셀 소자들로부터 상기 이미지 출력면으로 빛을 가이드하기 위하여, 그 길이에 따라 실질적으로 다른 위치들에서, 거울 반사 및 전 내부 반사를 모두 사용하여 상기 광전송 가이드들의 반 직관적인 단계를 포함한다. 물론, 전 내부 반사를 사용하는 실시예들에서는, 상기 클래딩 및 반사 코팅은 모두 실질적으로 상기 가이드의 전체 길이에 걸쳐서 존재할 수 있으며, 이들 두 개중 하나 또는 다른 하나는 상기 가이드를 따라 다른 위치들에서 우세한 효과를 갖는다. 또한, 다른 실시예들에서는, 상기 클래딩 및 반사 코팅은 상기 가이드 길이의 다른, 또는 부분적으로 겹쳐지는 부분들에 걸쳐서 존재할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 빛이 테이퍼된 가이드의 좁은 단부로부터 넓은 단부로의 길이를 따라 전파될 때 상기 가이드된 빛에 대한 점진적인 시준을 일으키게 된다는 것을 인식한다. 이러한 인식에 따라서 광전송 가이드를 사용할 수 있으며, 상기 광전송 가이드내에서 빛은 임계각보다 작은 입사각에서 초기에 상기 클래딩-코팅 인터페이스에서 거울처럼 반사될 수 있으나, 상기 빛이 상기 테이퍼된 광전송 가이드에 의하여 점진적으로 시준됨에 따라, 그 입사각이 증가함으로써, (실질적으로) 상기 빛은 굴절 또는 전 내부 반사에 의하여 무손실 전파를 겪을 수 있다. 이와 같은 관점에서, 상기 광전송 가이드는 "자체-조절(self-adjusting)"이라고 불리울 수 있다. 물론, 이미 전 내부 반사를 위한 적절한 각에 있는 입력 광은 상기 광전송 가이드를 따라서 그 전파되는 어떠한 부분에서도 거울처럼 반사되지 않아야 한다.

그러나, 만약 테이퍼가 사용되지 않는 경우에는, 상기 광전송 가이드는, 비록 시준이 일어나지 않더라도, 전 내부 반사를 위하여 상기 임계각보다 적은 입사각에서 빛을 유용하게 받아들일 수 있다.

비록, 예를 들어, 등급별 인덱스 구조가 사용될 수 있으며, 상기 클래딩 상에 제조되어 반사코팅을 가능하게 하는 코어-클래딩 구조가 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 상기 광전송 가이드에 진입하는 모든 빛들이 모든 경우에 그 내부에 수용될 것이기 때문에, 거울 또는 전 내부 반사에 의하여, 상기 디스플레이로부터 발산되는 입력광이 상기 광전송 가이드의 개구수에 매칭될 필요는 없고, 오직 상기 출력면에서 출력될 것임을 인식한다. 이러한 배열은 반사되지는 않지만 상기 광전송 가이드의 벽들을 통하여 출력되는 빛이 인접한 가이드들에 진입하여, 대조 손실 및 이미지 저하를 야기하는 디스플레이 응용에 있어서 중요하다.

상기 배열은 또한 상기 광전송 가이드들이 상기 사용중인 특정 이미지 가이드 디자인을 위하여 절곡된 경우에 조차도 설명된 바와 같이 동작할 수 있다.

만약 상기 절곡부의 반경이 절곡 손실이 심하게 될 정도까지(본 발명이 적용됨이 없이)의 레벨로 감소되는 경우에는, 상기 클래딩-코팅 인터페이스에서의 거울 반사는 다른 경우라면 손실되었을 빛을 복구할 수 있게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 각각의 광전송 가이드의 입력단은 각각의 주요색 소자들의 그룹으로부터 빛을 수신하며, 각각의 광 전송 가이드는 각각의 주요색 소자들의 그룹으로부터 오는 빛을 혼합할 수 있도록 배열됨으로써, 주요색 소자들의 그룹 내부의 픽셀 구조가 상기 광전송 가이드의 출력단에서 실질적으로 식별되지 않도록 한다.

본 발명은 주요색 소자들의 그룹 내부에서 주요색 픽셀 소자들의 역할들을 결합함으로써 상기 이미지 가이드의 광전송 가이드들을 사용하는 반 직관적인 단계를 포함한다.

전술한 이미지 가이드들을 사용하는 시스템들에서는, 상기 이미지 디스플레이 장치의 픽셀 구조를 가능한한 보호하기 위한 노력하였다. 예를 들어, US-A-4 139 261에서는 픽셀 소자마다 최소한 하나의 광전송 가이드가 제공된다. 실제, 픽셀 소자마다 하나 이상의 광전송 가이드를 사용하는 것은 상기 이미지 가이드와 상기 이미지 디스플레이 장치 사이의 배열이 덜 임계적이라는 장점을 인식한 것이다.

그러나, 상기 이미지 가이드를 이용하여 상기 조망면으로 상기 이미지 디스플레이 장치의 정확한 픽셀 소자 구조가 전달되는 어떠한 칼라 디스플레이 시스템에서라도, 상기 주관적으로 교란시키는 이미지 디스플레이 장치의 주요색 소자 구조는 또한 상기 시청차들에게 전달된다. 따라서, 이러한 디스플레이를 면밀하게 관찰하면, 상기 시청자는 (예를 들어) 빨강행, 녹색 및 파란색 소자들을 조합하여 형성되는 원하는 색보다는 이러한 개개의 소자들을 볼 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 단일 광전송 가이드에서 주요색 소자들의 그룹으로부터 빛을 결합하는 매우 단순한 단계를 사용함으로써 이러한 문제에 접급한다. 상기 빛이 상기 광전송 가이드를 따라 진행하면서, 상기 주요색 소자들의 그룹 내부의 상기 소자 구조는 상실됨으로써, 광전송 가이드의 출력은 상기 주요색 소자들의 그룹에 의하여 휘도 및 크로미넌스(chrominance) 레벨들에서 단일 색이 될 수 있다. 이러한 해결책은 특히 아무런 공간 해상도가 상기 주요색 소자들의 조합에 의하여 실제 상실되지 않는다는 점에서 유용하다.

비록 다른 조합들이 사용될 수 있을 지라도, 상기 주요색 소자들은 빨강색, 녹색 및 파란색 조명을 제공하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 "주요색(primary colour)"이란 용어는 색에 대하여 공식적이거나 과학적으로 정의된 어떠한 세트를 암시하는 것은 아니지만, 오히려 다른 출력 색들이 생성될 수 있도록 특정 이미지 디스플레이 장치에서 사용되는 구성 색들의 세트를 암시할 수 있다.

본 발명의 심화된 실시예에서는, 각각의 주요색 소자들의 그룹은 각각의 주요색에 대하여 n개의 픽셀 소자들을 포함하며, 여기서 n은 1보다 큰 정수이다. 이러한 배열은 여러가지 장점을 가져다 준다. 예를 들어, 동작하지 않는 픽셀들에 의하여 야기된 낮은 수행성능을 갖는 이미지 디스플레이 장치들에 있어서, 잉여도(a degree of redundancy)는 n 픽셀 소자들이 각각의 광전송 가이드에 할당되지만, 오직 (이른바) (n-p) 소자들이 디스플레이 목적으로 사용되도록 제조될 수 있다. 이것은 상기 디스플레이가 광전송 가이드마다 p 개의 오류 픽셀들(각각의 주요색)을 갖고서 동작할 수 있도록 한다. 다른 장점은 각각의 픽셀 소자가 m개의 다른 휘도 레벨들에서 동작하는 경우에 찾을 수 있고, 상기 디스플레이는 상기 주요색 소자들 의 그룹에 대한 픽셀 정보를 공급하기 위한 어드레싱 로직을 포함함으로써, 각각의 주요색은 m×n의 다른 휘도 레벨들에서 디스플레이될 수 있다. 즉, 개별 픽셀 소자들로의 물리적 수행능력으로부터 유용한 것보다 더 높은 칼라 해상도(디스플레이 가능한 색들의 수)를 얻을 수 있다.

상기 광전송 가이드들의 배열은 이미지 출력면에서의 이미지가 상기 이미지 디스플레이 장치에 의하여 디스플레이되는 이미지보다 더 크도록 배열되고, 및/또는 상기 광전송 가이드들의 배열은 상기 이미지 디스플레이 장치를 이용하여 디스플레이되는 이미지에 따라서 상기 이미지 출력면으로 이동할 수 있도록 배열되는 것이 바람직하다.

각각의 광전송 가이드는 그 길이를 따라서 실질적으로 균일하게 테이퍼되는 것이 바람직하다.

상기 광전송 가이드를 위하여 사용되는 물질은 다음과 같은 것이 바람직하다: 상기 코어는 실질적으로 투명한 유리 또는 플라스틱 물질로 형성된다; 상기 클래딩은 실질적으로 투명한 유리 또는 플라스틱 물질로 형성된다; 그리고 상기 반사 코팅은 금속 물질(즉, 은, 알루미늄) 또는 하나 또는 하나 이상의 유전체 층들(즉, 이른바 브래그 스택(Bragg stack))들로 형성된다.

본 발명은 또한 픽셀 소자들의 배열을 갖는 이미지 디스플레이 장치와 함께 사용하기 위한 이미지 가이드를 제공하며, 상기 이미지 가이드는:

상기 광전송 가이드들의 입력단들은 상기 이미지 디스플레이 장치의 픽셀 소자들로부터 오는 빛을 수신할 수 있도록 배열되며, 상기 광전송 가이드들의 출력단 들은 이미지 출력면을 제공하는 광전송 가이드들의 배열;을 포함하고,

각각의 광전송 가이드는 굴절 및/또는 전 내부 반사에 의하여 빛의 전파를 촉진하는 광-가이드 영역과, 영역-코팅 인터페이스에서 거울 반사를 촉진하기 위한 상기 광 가이드 영역 상의 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 광전송 가이드에 있어서, 각각의 광전송 가이드는 굴절 및/또는 전 내부 반사에 의하여 빛의 전파를 촉진하는 광-가이드 영역과, 영역-코팅 인터페이스에서 거울 반사를 촉진하기 위한 상기 광 가이드 영역 상의 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 대한 다양한 관점 및 특징들이 첨부된 청구항에서 정의된다. 종속항들의 특징들은 청구항에서 명백하게 지정된 바와 같이 적절하고도 중요하게 독립항들의 특징과 결합할 수 있다.

이하에서 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 타일된 디스플레이 평판의 등척 후면 구조도;

도 2는 도 1의 배열의 등척 전면 구조도이다;

도 3은 광원과, 균질화기(homogeniser)와, 디스플레이 평판 및 이미지 가이드를 포함하는 디스플레이의 측면 구조도이다;

도 4는 광전송 가이드의 측면 구조도이다;

도 5는 광전송 가이드의 다른 측면의 구조도이다;

도 6a 내지 6e는 광전송 가이드의 입력에서 다중 주요색 영상 요소들이 결합 되도록 하는 배열들의 구조를 나타낸다;

도 7은 디스플레이 평판에서의 픽셀 제어를 개략적으로 나타낸다;

도 8a 내지 8b는 발광 픽셀 구성을 나타낸다;

도 9는 LED 삼극관의 계획 구도조이다;

도 10은 연관된 광전송 가이드를 갖는, 도 8의 LED 삼극관의 측면 상승의 구조이다;

도 11은 다양한 길이의 광전송 가이드에서 미소 직경의 시준된 빔에 대한 광선 다이어그램이다;

도 12는 다양한 길이의 광전송 가이드에서 한정된 직경의 시준된 빔에 대한 광선 다이어그램이다;

도 13은 다양한 길이의 테이퍼된(tapered) 광전송 가이드에서 한정된 직경의 시준된 빔에 대한 광선 다이어그램이다;

도 14는 곡선을 평행하게 배열된 광전송 가이드에서 한정된 직경의 시준된 빔에 대한 광선 다이어그램이다;

도 15는 직선 섹션에 뒤따르는 테이퍼된 섹션을 포함하는 광전송 가이드 배열에 대한 구조 다이어그램이다;

도 16A 및 B는 광전송 가이드의 곡선 섹션으로부터 직선 섹션(16A)을 따르는 테이퍼된 섹션 또는 테이퍼된 섹션(16B)을 뒤따르는 직선 섹션 내부에서 이동하는 빔의 모습을 나타내는 광선 다이어그램; 및

도 17A 및 B는 테이퍼되고 직선 단부 섹션에 의하여 최적화된 이후의 광전송 가이드로부터 광의 각분포 및 이러한 최적화가 없는 상태에서의 광전송 가이드로부터 광 각 분산에 대한 각 강도 분포도이다.

도 1은 디스플레이 평판의 타일된 배열의 등축 후면 구성도이다.

상기 배열은 수평 방향으로 4개의 디스플레이 평판과 수직 방향으로 3개의 디스플레이 평판을 포함한다. 각각의 평판 광발산면(10)과 이미지 가이드(20)를 포함한다.

상기 광발산면(10)은 각각 복수의 픽셀 또는 그림 요소로서 배열된다. 실제, 상기 광발산면(10)은, 예를 들어, 백라이트 배열, 포커싱, 시준 및/또는 균질화 렌즈(optics) 및 액정 평판 또는 이와 유사한 것들을 포함할 수 있으나, 상기 다이어그램을 명확히 설명하기 위하여 많은 것들이 생략되고 있다.

상기 광발산 패널은 각각 디스플레이될 전체 이미지에 대한 부분들을 디스플레이한다. 상기 부분들은 격자 구조 배열에서의 인접한 타일들을 대표한다. 그러나, 상기 광발산면(10)의 가장자리 주위를 전기적으로 연결하고 물리적으로 지탱하는 것이 필요하기 때문에, 이들은 그 사이에 어두운 대역 또는 “검정 행렬(black matrix)”을 남기지 않고서 직접 인접시킬 수는 없다. 따라서, 상기 이미지 가이드(20)는 각각의 광발산면(10)으로부터 이미지의 크기를 증가시키는데 사용됨으로써, 상기 이미지 가이드(20)의 출력면은 연속적인 조망면을 형성하기 위하여 인접될 수 있다.

이와 같은 배열은 도 1의 배열에 대한 등축 전면 구조도인 도 2에 나타나있다. 여기서, 상기 이미지 가이드(20)의 출력면들은 연속적인 조망면(30)을 형성하기 위하여 인접한다.

도 3은 시준된 광원(40), 균질화기(50), 액정 평판(60) 및 광전송 가이드(70)을 포함하는 디스플레이의 측면 구조도이다.

상기 시준된 광원(40) 및 균질화기(50)는 매우 개략적으로 도시되어 있으나, 그 자체로서 본 발명의 기술적 사상의 일부를 형성한다. 상기 개략적으로 도시된 특정 균질화기는 상기 액정 평판(60)에 의하여 요구되는 백라이트를 제공하기 위하여 이른바 “파리의 눈(fly's eye)” 형태의 렌즈를 포함한다.

상기 액정 평판(60)은 흰색 또는 다른 눈에 보이는 색의 백라이트를 사용하는 형태가 될 수 있으며 상기 디스플레이를 위한 상기 백라이트를 조절하기 위하여 액정 그림 요소를 제공한다. 대안으로서, 상기 액정 평판(60)은 자외선 백라이트를 채용하고, 디스플레이를 위한 가시광선을 생성하기 위하여 형광체의 배열 상에 상기 자외선 빛을 조절하는 광 발광 평판이 될 수 있다. 물론, 많은 다른 형태의 광발산면(10)이 이러한 유기적 광발산 다이오드 배열로서 사용될 수 있다.

상기 이미지 가이드(20)는 광전송 가이드들(80)의 배열을 포함하고, 이들 각각은 상기 액정 평판(60) 상의 특정 영역으로부터 출력면(90) 상의 대응하는 특정 영역으로 빛을 전송한다. 이렇게 할 경우에, 상기 광 전송 가이드들은 분기되도록 배열됨으로써 상기 출력면(90) 상에서 커버되는 영역은 상기 액정 평판(60) 상의 이미지 디스플레이 영역보다 물리적으로 더 크다. 위에서 설명한 바와 같이, 이것은 도 3에 도시된 것처럼 디스플레이들의 배열이 조망면에서 눈에 거슬리는 검정 행렬이 없도록 인접되도록 허용한다.

도 4는 광전송 가이드(80)의 측면 구조도이다. 상기 광전송 가이드(80)는 도시된 바와 같이 기능면에서 광섬유에 유사하고, 클래딩 물질(84)로 쌓여진 내부 코어(82)를 갖고, 상기 코어와 클래딩은 입사광의 입사각이 임계각 φ_c보다 크다면 상기 광섬유 내부에서 전 내부 반사를 일으킬 수 있도록 적절한 굴절률을 갖는다. 상기 클래딩은 반사층(86)에 의하여 둘러싸여지며, 상기 반사층(86)은, 예를 들어, 금속 또는 은 또는 알루미늄(예를 들어 증기 피복 기술로 피복되는) 또는 이른바 브래그 적층을 형성하는 일련의 유전체층들에 의하여 형성된다.

상기 코어와 클래딩은, 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 물질일 수 있다.

동작에 있어서, 상기 백라이트(40) 및 상기 균질화기(50)로부터 나온 빛은 상기 가이드(80)에 진입하기 이전에 상기 액정 평판(60)의 그림 요소들을 통하여 진행한다. 상기 입력광(45)은 상기 가이드를 따라서 그 출력(90)을 향하여 진행한다. 도면에서 이것은 도면 왼편으로부터 도면 오른편으로 진행하는 것으로 나타나 있다. 상기 가이드의 출력단은 조망면을 형성하고 확산판(100)에 의하여 커버될 수 있다.

도 4에서, 상기 입력광(45)은 최초에 상기 임계각 φ_c 보다 작은 각으로서 나타나고 있다. 따라서 전 내부 반사는 일어나지 않고, 대신에 상기 클래딩 반사층 경계에서 거울 반사가 일어난다. 상기 거울 반사는 반사(R100)으로서 개략적으로 나타나 있다. 또한 두 번째 거울 반사(R102)도 일어난다.

그러나, 각각의 거울 반사에서 상기 가이드(80)의 테이퍼로 인하여, 상기 입사각은 상기 임계각 φ_c을 초과할 때까지 점진적으로 증가할 것이다. 이것은 세 번째(개략적으로 도시된) 반사(R104)에 의하여 발생하여, 이는 상기 반사(R104)가 실질적으로 무손실 전 내부 반사라는 것을 의미한다. 따라서, 반사(예를 들어, 참조번호 R106의 반사)는 전 내부 반사에 의하여, 잇따르는 손실을 감소시키게 된다.

물론, 상기 입사광의 요소가 상기 임계각 φ_c 보다 더 크게 입사된다면, 상기 요소는 전 내부 반사에 의하여 전체 가이드를 따라서 전파될 것이다.

상기 가이드의 출력(90)에서 나타나는 광은 주로(또는 모두) 임계 입사각 φ_C 보다 큰 전 내부 반사에 의하여 전파되기 때문에, 시준 효과(collimation effect)를 얻을 수 있다.

상기 가이드들이 모두 테이퍼될 필요는 없다는 것이 이해될 것이다(만약 실제 그 중 하나라도, 비록 그러면 위에서 설명한 바람직한 시준 동작을 얻지 못할 수 있다). 예를 들어, 상기 가이드의 오직 입력 부분만이 테이퍼될 수 있다. 이와 유사하게, 반사 코팅을 갖고, 굴절을 이용하여 실질적으로 무손실 전파를 제공하는 점진적으로 변화하는 인덱스 구조(도시되지 않음) 대신에, 상기 가이드를 위한 코어-클래딩 구조르 사용할 필요는 없다.

비록 반사 코팅에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 일부 실시예에서는 이러한 코팅이 사용되지 않는다.

도 5는 광전송 가이드(80)의 다른 측면의 구조도이다. 도 4를 참조하면, 도 시된 바와 같이 상기 광전송 가이드(80)는 기능상 광섬유에 유사하고, 클래딩 물질(공기도 포함됨)에 의하여 둘러싸인 내부 코어를 갖으며, 상기 코어와 상기 클래딩은 상기 광섬유 내부에서 전 내부 반사를 일으킬 수 있도록 적절한 굴절률을 갖는다. 대안으로서, 상기 가이드(80)는 반사성 내부 표면을 갖는 중공 튜브의 형태가 될 수 있고, 이로 인하여 상기 가이드 내부의 빛은 상기 가이드를 따라 진행하면서 다중 거울 반사를 겪게 된다. 다른 대안으로서, 상기 가이드는 유리 또는 플라스틱과 같은 고체 투명 물질로 형성될 수 있으나, 반사성 외부 표면 또는 예를 들어 은 또는 알루미늄과 같은 금속 코팅을 갖을 수 있다. 다시, 빛이 상기 가이드를 따라 진행하면서 다중 내부 거울 반사를 겪게할 것이다. 또는 점진적으로 변화하는 인덱스 구조가 사용될 수 있다.

따라서, 동작에 있어서, 백라이트(40) 및 균질화기(50)으로부터의 조사된 빛(45)은 상기 가이드(80)에 진입하기 이전에 상기 액정 평판(60)의 그림요소를 통과한다. 상기 빛은 상기 가이드를 따라 그 출력(90)을 향하여 진행한다. 도면에서, 도면의 좌측으로부터 우측으로 진행하는 것으로 나타나고 있다. 상기 가이드의 출력단은 조망면을 형성하고, 확산판(100)으로 커버될 수 있다.

도 5에서, 여러 픽셀들의 한 그룹은 단일 광전송 가이드에 대한 입력을 형성한다. 상기 개개의 픽셀들은 상기 평판(60)에서 작은 정사각형들로서 개략적으로 나타나고 있다. 특히, 상기 픽셀들은 n이 최소한 1일 때, 각각의 주요 색에 대한 n 픽셀의 한 그룹으로서 배열된다.

이와 같은 실시예에서, 상기 주요 색은, 비록 다른 주요 색들이 사용될 수 있으나, 빨강, 녹색 및 파란색이다. 또한, 각각의 주요 색에 대하여 동일한 수의 픽셀들을 갖는다는 것은 상기 다른 색의 픽셀들의 광출력 레벨들이 원하는 결합색을 나타낼 수 있도록 적절하게 결합한다는 것을 가정한다. 즉, 비록 반드시 상대적 밝기 레벨들의 적절한 세트인 각각의 색으로부터 동일한 밝기를 필요로 하지는 않지만, 상기 "백색 균형(white balance)"은 옳바르다. 물론 상기 시스템이 각각의 그룹에서 각각의 주요색 픽셀의 동일한 수로서 디자인될 것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 만약 하나의 색을 갖는 픽셀들이, 이른바, 다른 색들과의 적절한 조화를 위하여 요구되는 것보다 더 밝은 경우에는, 각각의 그룹에서 밝은 색을 적게 사용하는 것이 현명할 것이다.

상기 픽셀들의 그룹으로부터의 빛이 상기 광전송 가이드를 따라 전파되면서, 다양한 색들이 결합되거나 균질화되어, 상기 출력단(90)에서 보여지는 복합 색을 형성한다. 따라서, 예를 들어 종래의 캐쏘드 광선 튜브 또는 액정 디스플레이 스크린과는 달리, 이것은 시청자들이 아무리 상기 확산판(100)을 면밀하게 관찰할지라도 상기 주요색 픽셀 구조를 알 수 없다.

도 6a 내지 6e는 광전송 가이드의 입력에서 다중 주요 칼라 영상 요소들이 결합되도록 하는 배열들의 구조를 나타낸다;

도 6a에서, 주요색들의 그룹(120)은 48개의 픽셀들을 갖고, 이것은 각각의 주요색이 16이다(즉, n=16). 상기 다양한 색들은 다양한 각각의 음영에 의하여 임의적으로 식별된다. 상기 그룹(120)은 전반적으로 정사각형을 형성한다. 따라서, 광전송 가이드 내부로 효율적으로 전달할 수 있도록, 인접한 그룹들로부터 누화광 (cross-talk light)를 피하면서, 상기 광전송 가이드는 상기 그룹(120)의 물리적 크기와 크기에 실질적으로 부합되는(matched) 정사각형 크로스-섹션 입력을 갖는다.

그러나, 상기 광전송 가이드가 단면적이 그 전체 길이를 따라 정사각형일 필요는 없다. 실제로, 만약 거의 모든 입력부분 및 출력부분에 원형 대각선이 사용된다면, 상기 광전송 가이드들을 더욱 쉽게 구부리거나(상기 이미지의 확대 및/또는 번역) 또는 상기 광전송 가이드를 따라 더욱 효율적인 전파를 얻는 것이 가능할 수 있다. 어느 경우에서나, 상기 단면적은 일정할 필요는 없다, 그러나, 만약 이러한 변화가 반사면의 방향에 변화를 가져올 수 있다면, 원하지 않는 반사 손실을 피하기 위하여 단면적의 형태에서의 어떠한 변화라도, 하나의 형태가 자연스럽게 다음의 원하는 단면적 형태로 변형될 수 있도록, 갑자기 이루어지는 것보다는 점진적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 반면에, 만약 단면적에서의 이러한 변화가, 작은 단면에서 큰 단면으로의 전이와 같이, 상기 전송되는 광이 반사될 수 있는 표면을 형성하지 않는 경우에는, 단면적에서 갑작스런 변화가 바람직할 수 있다.

따라서, 상기 광전송 가이드의 중앙 부분에서의 단면적 형태가 어떠한 것이든지 간에, 특정 디스플레이에 대한 요구를 충족시키기 위하여 상기 출력(90)에서의 단면적 형태를 선택하는 것이 가능하다. 도 6b 및 6c는 직사각형 출력 픽셀들(도 6b) 및 정사각형 출력 픽셀들(도 6c)로 형성되는, 두 가지 가능한 형태를 나타낸다. 이와 같은 방식으로, 상기 출력 픽셀 형태(상기 디스플레이와 같이 사용되는 비디오 표준에 의하여 종종 결정되는)는 상기 평판(60) 상의 픽셀들의 물리적인 배 치에 영향을 받지 않고서 제작될 수 있다.

도 6d 및 6e는 이러한 배열이 어떻게 정반대로 작동하는지 개략적으로 나타내며, 도 6d에서는 개별 펙셀들이 도 6a에서와 같이 동일한 형태이나, 이제 n은 12로서 직사각형 그룹을 만드는 주요색 픽셀들으 그룹(130)을 개략적으로 나타낸다. 효율적인 매칭을 위하여 상기 광전송 가이드의 입력단은 직사각형이다. 상기 출력단(90)은 직사각형이 될 수 있으나(도시되지 않음), 대신에 도 6e에 나타난 바와 같이 정사각형, 또는 실제의 어떠한 다른 형태의 원하는 단면적 형태가 될 수 있다.

도 7은 디스플레이 평판에서의 픽셀 제어를 개략적으로 나타낸다.

디스플레이 평판(60) 상에서, 각각의 광전송 가이드(도시되지 않음)은 21 주요색 픽셀들, 즉 n=7의 그룹(140)으로부터 빛을 수신한다. 오직 하나의 이러한 그룹이 상기 블록도를 명확히하기 위하여 도시되고 있다.

각각의 주요색 픽셀이 m개의 다른 밝기 레벨에서 동작할 수 있다고 가정한다. 만약 각각의 그룹(140)에서 주요색마다 오직 하나의 픽셀이 사용된다면, 사용가능한 색들의 수는 m³이 될 것이다. 그러나, 그룹(140)마다 하나 이상의 주요색 픽셀을 갖는 시스템에서는, 상기 그룹(140) 내에서 이러한 주요색 픽셀들을 개별적으로 어드레싱(addressing)함으로써, 상기 그룹내에서 각각의 주요색에 대하여 전체적으로 m×n 개의 다른 밝기 레벨들을 얻을 수 있고, 따라서 m³n³의 다른 사용가능한 색들이 제공된다.

이것은 많은 이점들을 갖을 수 있다. 가장 단순한 이점은 상기 배열이 개별 픽셀들의 광/전기적 특성들로부터 가능한 것보다 더 많은 색들을 디스플레이할 수 있는 디스플레이를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서는, 각각의 광전송 가이드 출력에서의 출력 픽셀이 m³개의 가능한 색들을 갖으나, 제한 범위가 m³n³개 색들의 가능한 범위 내에서 어떠한 원하는 위치에라도 놓여질 수 있도록 조정될 수 있는 디스플레이를 얻을 수 있다. 상기 조정은 출력픽셀 대 출력픽셀을 기초로 또는 평판 대 평판을 기초로하여 수행될 수 있다. 이는 만약 평판으로부터 평판까지의 단일 평판 또는 둘 다 포함한 범위 내에서, 상기 색 및/또는 휘도 응답을 매칭시키고자 하는 경우에 매우 유용하다.

도 7은 이러한 동작을 수행하기 위한 논리를 개략적으로 나타낸다. 입력 그림 데이터는 휘도 및 색 제어기(150)에 공급된다. 상기 휘도 및 색 제어기(150)는 작동될 것이 요구되는 주요색 픽셀들의 수와 그들의 필요한 레벨들을 나타내는 데이터들을 픽셀 선별기(160)에 공급한다. 상기 픽셀 선별기(160)는 상기 그룹(140) 내의 각각의 픽셀들에 대한 조명 레벨을 나타내는 전기 신호를 공급한다. 따라서, 상기 휘도 및 색 제어기(150) 및 상기 픽셀 선별기(160)는 각각의 주요색이 m×n개의 다른 휘도 레벨 중 어느 하나에 디스플레이될 수 있도록 주요색 요소들의 그룹들에게 픽셀 정보를 제공하기 위한 어드레싱 논리를 포함한다.

제1 실시예에서는 전체 디스플레이가 m³n³개 색들의 최대 색 해상도로서 동작한다고 가정한다. 이와 같은 경우에, 상기 휘도 및 색 제어기(150)는 0에서 ((m ×n)-1)까지의 범위 내에서 요구되는 레벨을 나타내는, 상기 3개의 주요색들 각각에 대한 레벨 정보를 수신한다.

각각의 주요색에 대하여, 상기 휘도 및 색 제어기(150)는 상기 그룹(140) 내에서 상기 주요색의 n개의 다른 픽셀들에 대하여 요구되는 레벨들을 할당할 것이 요구된다. 이를 수행할 수 있는 많은 방법들이 있으나, 그 기술의 선택은 상기 광전송 가이드의 균질화 효과 때문에 시청자들이 실제로 볼 수 있는 것에 대한 효과가 적다.

하나의 기술에 있어서, 상기 휘도 및 색 제어기(150)는, 각각의 주요색에 대하여, 상기 요구되는 레벨을 m으로 분할하고 그 최대 레벨에서 조명되는 픽셀들의 정수(integer number)를 제공하도록 자른다. 그 나머지는(존재한다면) 상기 색의 추가 픽셀 레벨을 형성한다.

다른 기술에 있어서, 상기 휘도 및 색 제어기(150)는, 각각의 주요색에 대하여, n으로 상기 요구되는 레벨을 분할하고 상기 그룹 내의 상기 주요색에 대한 n픽셀들 각각에 대한 평균 레벨을 제공하도록 자른다. 그 나머지는(존재한다면) 이러한 픽셀들 중 임의로 선택된 한 픽셀의 레벨에 부가된다. .

상기 픽셀 선별기(160)는 상기 휘도 및 색 제어기(150)로부터 레벨 정보를 수신하고 개별 픽셀들에 대하여 레벨을 할당한다. 이것은 상기 개별 픽셀에 대한 미리 정해진 사용 순서를 이용하여 임의적으로 수행될 수 있다.

이제 m³n³개 색의 범위 내의 조정된 위치에 있으나, 오직 m³개의 색이 요구되 는 경우를 고려한다. 이러한 경우에, 상기 휘도 및 색 제어기(150)는 각각의 주요색에 대하여 0과 ((m×(n-1))-1) 사이에 존재하는 "오프셋(offset)" 레벨을 수신한다. 이에 대하여, 상기 휘도 및 색 제어기(150)는 0에서 (m-1) 사이의 범위에 있게 될 각각의 주요색에 대하여 상기 현재 수신된 레벨을 부가한다. 그리고 그 처리절차는 위에서 설명한 바와 같이 계속된다.

평판 디스플레이뿐만 아니라, 이러한 모든 기술들은 (예를 들어) 빨강색, 녹색 및 파란색 발광 다이오드(LEDs)와 같은 개별 주요색 발광 소자들로 형성되는 간판과 같은 픽셀 디스플레이들을 분리하는데 사용될 수 있다.

전형적으로 각각의 검정 및 흰색 픽셀에 대하여 개별적인 빨강색, 녹색 및 파란색 주요색 LEDs의 그룹을 사용하는 칼라 간판 및 광고 디스플레이 모듈들은 눈으로서 시각적으로 감지할 수 있는 제한 거리 안에서 보았을 때(예를 들어 1.5 mm 픽셀 간판을 위한 디스플레이로부터 약 3m 보다 작은), 상기 개별 색의 작용으로 인하여 이미지의 품질이 저하될 수 있다. 만약 픽셀 내부에서 상기 빨강색, 녹색 및 파란색이 균질화된다면, 상기 사용 가능한 시청 거리의 범위는 증가될 수 있으며, 그 이미지 품질은 향상될 수 있다. 만약 상기 작은 LED 소스로부터 형성된 균질화된 픽셀이 또한 이웃하는 픽셀에 대하여 가깝게 인접하도록 크기면에서 증가한다면, 상기 이미지는 더욱 향상될 것이다.

이것은 위에서 설명한 이미지 가이드와 같은 균질화 소자를 사용하여 얻을 수 있다. 이러한 접근 방법은 칼라 하위 픽셀들(예를 들어 LEDs, EL, OLED, 진공 형광, LCD)을 사용하여 어떠한 디스플레이에 대해서도 사용될 수 있다. 큰 픽셀 데 이터 간판에 있어서 이러한 접근 방법의 응용은 상기 디스플레이에 인접한 곳으로부터 또한 판독할 수 있는 큰 완전 칼라 텍스트를 얻기 위한 수단을 제공한다.

이러한 배열은 상기 디스플레이의 외부면 상에 적층되거나 놓여진 하나의 (예를 들어) 플라스틱 몰딩을 부가함으로써 칼라 하위 픽셀을 균질화하기 위한 수단을 제공한다. 이와 동일한 기술은 또한 조망면에서 픽셀들 사이에 검정 마스크를 제거하며, 픽셀들이 이웃하는 픽셀들에 대하여 직접 인접할 수 있도록 상기 생략 영역의 명백한 크기가 감소되도록 하기 위한 수단을 제공한다.

이러한 기술들을 나타내기 위하여, 도 8a 및 8b는 각각의 흰색 픽셀들을 형성하는 두 개의 LED 주요색 소자들의 그룹들의 평면도를 개략적으로 나타낸다. 이러한 주요색 소자들의 그룹들은 위에서 설명한 바와 같이 각각의 광전송 이미지 가이드를 사용하여 결합될 수 있다.

도 9는 LED 삼극관이라고도 알려진, 3 소자 LED의 계획 구도조를 나타내며, 기판(210)과 3개의 애노드들(220)과 각각의 연결 전선들(230)을 포함하고, 상기 애노드들(220)은 다른 색의 조명을 제공한다. 측면도(도 10)에서, 이러한 배열은 단일 광 전송 가이드(240)에 대하여 입력을 형성할 수 있고, 따라서 출력면(250)에서 색 균질화된 빛을 제공한다. 상기 LED 배열과 상기 광전송 가이드 사이에 광학 및 물리적 연결을 제공하기 위하여 실질적으로 투명한 접착제 또는 포트 혼합물(potting compound)(260)이 사용될 수 있다. 이와 같은 이미지 가이드의 적용에 있어서 발산 효과를 제공할 필요가 없다는 것에 주목한다.

광학 효율을 위하여 광전송 가이드 배열의 입력면이 실질적으로 이미지 광을 수용하고 전달할 수 있는 광전송 가이드 개구로써 채워지는 것이 바람직하다. 따라서, 섹션이 실질적으로 직사각형인 광전송 가이드들은 섹션이 원형인 것들보다 우수한 성능을 제공한다. 상기 광전송 가이드가 제조되는 공정은 특성상 완전 직사각형의 형태로부터, 예를 들어 사다리꼴 또는 불규칙 육각형으로 약간 변경하는 것이 요구될 수 있으나, 상기 단면이 실질적으로 직사각형이라면, 최적 패킹(packing) 효율에 대한 요구가 실질적으로 충족될 것이다. 이에 더하여, 원형 또는 육각형 반사판들을 갖는 LEDs 또는 LEPs(Light Emitting Polymers)의 경우에 있어서, 상기 변조기의 형상 및 크기에 대한 가이드 입력 개구의 형상 및 크기를 매칭시킴으로써 효율성이 향상될 것이다.

상기 디스플레이 사용자의 눈은 디스플레이 화면 또는 출력면 상의 실질적으로 직사각형 그림 소자들의 직선 배열을 보는데 익숙하다. 따라서 만약 광전송 가이드 배열의 출력면이, 섹션에 있어서 상기 광전송 가이드의 출력 단면이 실질적으로 직사각형(또는 대안적으로 육각형 또는 사다리꼴)이고 실질적으로 조밀하게 패킹됨으로써, 이러한 조건을 충족하는 것이 바람직하다. 이러한 배열은 예를 들어 원형 단면의 광전송 가이드 배열보다 훨씬 우수한 시각 특성을 갖는다.

만약 광전송 가이드들의 배열이 매우 큰 디스플레이 면을 형성하기 위하여 더 큰 어셈블리로 모자이크를 하기에 적합하려면, 상기 배열의 출력면이 크기상 상기 입력면이 부착되는 디스플레이 타겟보다 크기상 더 크게 하는 것과 같이 상기 광전송 가이드의 입력단은 크기상 출력단보다 작아야 한다.

조망각의 범위에서 가시 능력을 위하여, 광가이들의 배열안의 모든 지점에서 광전송 가이드에 의하여 발산되는 빛의 강도와 빛이 발산되는 각과의 관계가 실질적으로 동일하도록 하는 것이 중요하다. 나아가, 일반적으로 최적 강도가 상기 광전송 가이드의 출력면의 평면에 수직으로 관측되는 것이 바람직하다.

만약 상기 광전송 가이드가 모자이크 조건을 충족하는 배열로서 형성된다면, 배열 중 오직 중앙의 가이드만이 형태상 직선이 될 것이다. 다른 모든 가이드들은 상기 배열의 중앙으로부터 가장자리들로 점진적으로 증가하는 절곡률을 갖고서 S자 모양의 형태로 절곡될 것이다. 만약 위에서 설명한 강도 대 각의 요건이 충족되려면, 상기 광전송 가이드들의 출력단들이 광전송 가이드 배열의 평면에 실질적으로 수직이 되어야 하므로, 상기 S자 형상이 필요하다.

만약 상기 이미지 가이드의 입력 및 출력 피치(pitch)의 크기가 다른 경우에는, 이러한 일이 발생하게 되는 것은 두 개의 이유가 있다. 상기 광전송 가이드의 단면 영역이 일정하게 유지되고 그 패킹 밀도는 입력 및 출력단에서 서로 다르거나, 또는 그 단면적이 입력단 및 출력단에서 서로 다르고 그 사이의 어떤 지점에서 단면 영역의 변화가 발생하는 것이다. 이러한 이유들 중 오직 두 번째의 이유가 위에서 확인한 입력 및 출력에서의 실질적으로 조밀한 패킹을 위한 요건을 충족시킨다.

상기 광전송 가이드들은 절곡이 발생하는 곳의 길이 부분에 대한 단면에 있어서 실질적으로 원형인 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 강도 분산 특성을 충족하기 위하여 요구되는 S자 형태를 형성하기 위하여, 상기 광전송 가이드의 단면 영역은 상기 가이드의 실질적인 길이 부분에 걸친 출력단의 단면 영역보다 더 작아야 하며, 그렇지 않은 경우에는 상기 광전송 가이드는 만족스럽게 패킹되지 않을 것이다. 이러한 변형은 상기 입력단의 실질적으로 정사각형 섹션을 상기 입력단 측면의 크기와 실질적으로 동일한 직경의 원형 섹션으로 변형하거나, 또는 만약 상기 입력단의 섹션이 직사각형이라면 가능한 동등한 타원으로 변형함으로써 얻을 수 있다. 상기 출력단 부근의 큰 섹션에 대한 변형은 하나의 단계에 의하여 얻을 수 있다.

이제 상기 광전송 가이드의 형태가 상기 광전송 가이드들로 진입하거나 나가는 광의 광 광선 기하학상에서 갖게될 효과가 도 11 내지 도 14를 참조하여 설명될 것이다. 도 11은 본 발명의 목적을 위하여 시준되고 미소 직경을 갖는 코히런트(coherent) 빔이 병렬로 배열된 광전송 가이드로부터 출력되는 방향이 상기 광전송 가이드의 길이의 함수가 되는 것임을 나타낸다. 상기 광전송 가이드의 길이에 의존하여, 상기 빛은 입사되는 광전송 가이드 축에 따라서 동일한 각으로 상방향 또는 하방향으로 출력될 것임을 알 수 있다. 따라서 상기 빔의 방향은 상기 광전송 가이드 길이에 따라서 쌍안정성(bistability)을 보여준다.

도 12는 역시 시준되나, 상기 광전송 가이드의 폭에 대응하는 폭을 갖는 실제 빔의 경우를 나타낸다. 이제 상기 빔의 다른 부분들이 상기 광전송 가이드를 따라서 다른 경로들을 갖을 것이고, 이로 인하여 비록 상기 광전송 가이드의 길이와 상방향 또는 하방향의 상기 광전송 가이드에 존재하는 광의 일부 사이에 여전히 높게 의존할 지라도, 단일 빛에 대하여 관측되는 불연속적인 쌍안정적인(bistable) 동작이 상실되게 된다. 그러나, 상기 모든 빛들은 상기 광전송 가이드축에 따라서 여전히 그 입사되는 각으로 출력된다.

도 13은 병렬로 배열하는 대신에, 상기 광전송 가이드가 테이퍼된 경우를 나타낸다. 이 경우에, 병렬로 배열된 광전송 가이드에서와 같이, 출구 방향에서 상기 광전송 가이드의 길이에 변화를 갖는 유사하고 연속적인 변화가 관찰되나, 이제 상기 빛들의 방향은 상기 테이퍼된 섹션의 내부에서 일어나는 반사의 수에 따라서 변하게 된다. 만약 상기 테이퍼(taper)의 반각(half angle)이 θ이고 상기 테이퍼 축에 대한 상기 입사 빔의 각이 φ인 경우에는, 빛이 상기 광전송 가이드로부터 출력되는 각의 계수는 ｜φ-2θxn｜이 될 것이며, 여기서 n은 반사 수이다. 상기 반사 수가 증가함에 따라서 상기 테이퍼의 동작은 상기 빛을 점진적으로 시준하는 것이다.

도 14는 유한 반경의 빔 상에서 절곡되고 병렬로 배열된 광전송 가이드의 효과를 나타낸다. 절곡의 효과는 계산하기에 더욱 어렵다. 상기 광전송 가이드의 직경에 대응하는 직경을 갖는 빔이 좌측에서 입사한다. 반사의 수 및 반사가 일어나는 각들은 상기 빔 내부에서 빛의 위치에 강하게 의존하고 또한 빛이 상기 광전송 가이드를 떠나는 방향 및 각이 이제 넓은 범위에서 변화한다는 것을 알게 될 것이다.

이러한 단순한 케이스들은 광전송 가이드의 다른 섹션들의 일부 특성들을 증명한다. 그러나, 실제 디스플레이에 있어서의 상황은 이와 같이 제시된 단순한 예시들보다 더욱 복잡하다. 일반적으로 광전송 가이드로 진입하는 빛은 상기 광전송 가이드 입력단의 축에 대하여 대칭이고 상기 광전송 가이드의 개구수를 채우는 강도 대 각의 분산(a distribution of intensity vs. angle)을 갖는다. 수천의 많은 빛들을 이용한 3차원 모델 연구는 광전송 가이드의 절곡부로 들어가는 빔은 상기 절곡부의 곡률의 중앙으로부터 멀어지는 경향이 있다는 것을 보여주고 있다.

어떤 환경에서는 상기 테이퍼된 구조뿐만 아니라 상기 가이드의 단면을 따라 변화하는 단계를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 도 15에 도시되어 있다. 광학 각 출력에 이상적인 한 측면과 몰딩 과정에서의 몰드 흐름을 위한 다른 측면을 결합할 것이다. 이들 둘 다 표준 스크린 포맷을 수용해야 할 것이다. 예를 들어, 상기 테이퍼는 특정 각 및 길이가 되기를 원할 수 있으나, 상기 몰드 흐름은 출력에서 더 큰 개구를 원할 수 있다. 여기에는 상기 타일된 디스플레이 스크린 크기와 포맷에 기초하여 픽셀 배율을 정의하는 표준 LC 패널 픽셀에 대한 제한 문제가 있다.

상기 광전송 가이드 출력에서의 직선 섹션의 사용이 상기 테이퍼 출력의 단면보다 더 큰 단면(도면상에서는 매우 과장됨)을 제공함에 의하여 이러한 요구들을 수용하도록 활용될 수있다. 이와 같은 방식으로 상기 픽셀에 대한 최상의 광학 출력이 상기 각 분포(angle distribution)를 변경하지 않고서 상기 스크린 크기 및 포맷을 매칭시키도록 '확대(magnified)'될 수 있다.

또 다른 가능성은 상기 테이퍼는 다른 축들에 따라서 다른 각을 갖을 수 있다는 것이며, 예를 들어 상기 테이퍼는 수직 방향에서 단부 직선 섹션까지 연장될 수 있고, 이로 인하여 더욱 시준된 빛을 생성하나 상기 수평방향 전체로 연장되지는 않으며, 이로 인하여 상기 요구되는 큰 조망각을 갖는다.

대안의 배열에 있어서, 상기 출력의 직선 섹션은 상기 출력 테이퍼에 선행하여(preceding) 위치한다. 이러한 배열은 픽셀 배율 및 변위를 15" XGA 패널로부터 4×0.297mm 입력 픽셀의 제안된 M=1.1 배율에 대한 기대값에 가깝게 근사시키는 가이드 시뮬레이션에서 고려되었다. 상기 출력 절곡부로부터 도달한 각들은 상기 테 이퍼들에 의하여 아직 시준되지 않았고 따라서 더 크기 때문에 상기 직선 섹션의 효과는 더욱 효율적이다. 이것은 직선 섹션(∼4 mm)의 짧은 거리에 걸쳐 상기 직선 섹선을 따라서 상당한 각의 혼합이 있다는 것을 의미한다. 상기 테이퍼의 뒤에 위치한 직선 섹션에 있어서 상기 가이드 축에 대하여 만들어진 각들은 더욱 작고 따라서 이들이 상기 직선 가이드의 벽들에 부딪치는 주파수가 더 길다. 이것은 상기 출력 테이퍼 이후에 상기 가이드의 단면은 또한 증가된다는 사실과 결합된다. 가이드의 중앙으로부터 시작하여, 상기 가이드에 걸친 길이를 상기 가이드의 폭과 연관시킴으로써 빛의 전진에 대한 단순화된 등식이 제공된다.

일반적으로, 본 발명의 실시예에 따른 광전송 가이드들은 그 입력으로부터 출력을 향한 방향을 고려할 때, 최소한 그들의 길이의 일부를 따라서 다음의 형태를 갖을 수 있다.

- 절곡되고; 직선으로 테이퍼되지 않으며; 테이퍼되고; 직선으로 테이퍼되지 않은

- 절곡되고; 테이퍼되며; 직선으로 테이퍼되지 않은

또한 절곡되고; 직선으로 테이퍼되지 않으며; 테이퍼되는 포맷도 가능하나, 출력 이미지 평면을 형성하기 위하여 마지막 테이퍼된 섹션들을 함께 고정하기가 어려울 수 있기 때문에 바람직하지는 않다.

도 16A 및 16B는 각각 상기 테이퍼 이후 및 상기 테이퍼 이전에 위치한 직선 섹션의 경우를 나타낸다. 상기 도면들은 상기 두 가지 경우에 대하여 상기 직선 섹션의 중앙으로부터 상기 가이드의 측면으로의 경로 길이를 나타낸다. 도 16A의 경 우에, 더 넓은 가이드 및 더욱 시준된 빛은 상기 광이 도 16B보다 상기 가이드를 따라 더 먼 거리에서 상기 벽에 부딪친다는 것을 의미한다. 이것은 '혼합 주파수(mixing frequency)'라고 부를 수 있다. 도 16B의 경우에 있어서, 상기 절곡부로부터 변형되지 않은 각은 동일한 길이 직선 섹션에 대하여 4 번의 반사를 겪게 된다. 이와 같이 설명한 동작에 대한 단순한 모델은 tanθ_ray=w/L 에 의하여 표현된다. 이것으로부터 상기 출력 테이퍼의 이전에 있는 직선 섹션은 각 혼합에 있어서 이후의 테이퍼 직선 섹션보다 성능이 우수하는 것을 알 수있다.

광전송 가이드들의 배열은 이미지 가이드를 형성할 수 있도록 입력 및 출력에서 바람직하게는 낮은 인덱스의 접착제를 사용하여 함께 접착될 수 있다. 만약 상기 가이드들이 상기 접착된 부분에서 외부 반사층을 갖는다면, 상기 접착제는 어떠한 굴절율이라도 허용되며 흡수성의 것도 가능하다.

아무런 반사 층도 제공되지 않는 경우에는, 상기 입력 절곡 반경은 좋은 광학 효율을 제공하기 위하여, 상기 접착 영역(가능하다면) 및 상기 출력 테이퍼를 통과한 이후에 상기 백라이트 분포와 매칭할 수 있도록 정의될 것을 보증하는 것이 필요하다. 상기 입력 절곡 및 입력 테이퍼(공기 중의)는, 비록 가이드-접착제 인터페이스와 비교하여 가이드-공기 인터페이스에서 상기 임계각내에서 감소되도록 입사각이 이러한 두 개의 특성들에 의하여 증가될지라도, 상기 접착 영역을 통하여 안내되는 개구수의 빛의 수용이 가능해야 한다는 것이 중요하다. 만약 상기 출력 절곡 반경이 상기 입력 절곡 반경과 같거다 또는 더 큰 경우에는 상기 빛은 상기 가이드에 의하여 수용될 것이다.

위에서 설명한 출력 단면의 변형은 상기 가이드의 크기가 증가한다는 것을 포함한다. 실제, 이것은 상기 빛을 시준하는데 사용될 수 있도록 상기 '시스템'의 개구에서의 증가를 말한다. 이것을 통제하는 기본 등식은 무손실 시스템에 대한 반경의 불변성으로부터 기인한다. 상기 조명은 E=Φ/A로서 정의되며, 여기서 Φ는 플럭스(flux) 이고 A는 개구 영역이다. 따라서, 무손실 시스템에 있어서,

E₂/E₁ = A₁/A₂

상기 두 개의 조명들, E₁ 및 E₂,는 또한 휘도, L에 의하여 정의될 수 있다.

E₁=πL₁sin²α E₂=πL₂sin² δ

여기서 α 및 δ는 빛의 원뿔의 반각들이고 L은 휘도이다. L₁ 및 L₂는 인터페이스에서 굴절률을 통하여 연관되며 어떠한 시스템에 있어서도 변하지 않는다. 출력 개구 A₂보다 작은 입력 개구 A₁ 및 동일한 굴절률에 대하여 상기 연관관계는 다음과 같다.

E₁/E₂ = sin²α/sin²δ

이것은 A₁으로부터 A₂로 플럭스를 확장하는 것이 가이드의 테이퍼된 섹션을 이용하여 상기 빛의 각 분포를 α에서부터 더 작은 각 δ로 감소시키는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 테이퍼에 진입하는 빛은 상기 축을 향하여 방향 이 바뀔 것이고, 이로 인하여 상기 축에 따라서 만들어진 각을 감소시킨다. 상기 가이드들의 테이퍼된 부분의 축들은 병렬로 만들어질 수 있으며, 이로 인하여 빛의 정의된 분포를, 상기 절곡된 가이드에 의한 상기 빛의 변위에 의하여 야기되는 각 분포의 증가와 상호 작용함으로써 모든 가이드들에 대하여 상기 디스플레이 표면에 수직하게 생성한다. 이것은 가이드들의 배열로부터 나오는 빛의 각분호를 다른 변위들로서 이퀄라이즈(equalise) 시킬 수 있는 능력을 제공한다.

그러나, 상기 빛의 각 분포는 단순한 최적 각 범위로서 정의하기에는 충분하지 않다. 대신에, 상기 개별 방향들의 상대적 강도(휘도)가 다른 가이드들에 대하여, 특히 두개의 배열들 사이의 경계를 정의하는 가이드들에 대하여 실질적으로 동등하게 만들어져야 한다. 즉, 상기 디스플레이에 대한 수직으로부터 주어진 각에서 각각의 픽셀로부터의 휘도는 실질적으로 동일하여야 한다. 이것은 상기 가이드의 출력에서 각분포가 느리게 변화하는 적절히 정의된 각분포이어야 한다는 것을 의미한다. 선택적으로, 이것은 상기 스크린 상의 모든 점에 대하여 더욱 균일한 휘도를 생성할 수 있도록 확산기를 통하여 전송될 수 있다. 상기 가이드의 절곡된(즉, 구부러진) 형태의 효과는 여기에서 상기 각분포에 대한 그 효과와의 관계에서 설명된다.

두 개의 인자들이 빛이 가이드를 지나감에 따라, 빛의 각분포의 상대적인 강도들을 정의한다. 하나는 입력에서의 각분포이고, 다른 하나는 입력에서의 위치이다.

절곡된 가이드를 통하여 진행하기 위하여 입력 개구사의 다른 지점들로 진입 하는 두개의 병렬 빛이 서로 다른 각에서 상기 가이드를 빠져나가게 될 것이다. 빛이 적절히 정의된 중심 방향을 갖고 미세하게 좁은 빛의 원뿔을 갖는 경우를 고려하자. 각각의 동일한 빛 방향들의 세트에 대하여, 상기 개구의 전반에 걸친 입력 각들의 범위는 출력이 될 것이다. 이는 상기 가이드의 벽들이 각각 특정한 각을 갖는, 미세하게 깎여진 면들을 갖는 거울들의 네트워크로서 고려될 수 있다. 각각의 반사는 그 위로 입사되는 빛의 방향을 변경할 것이다. 상기 가이드가 S형상이기 때문에 발생하는 플럭스의 변위는, 일련의 전 내부 반사로 인하여 이것을 전체적으로 상기 가이드의 국부적인 축을 향하여 방향 전환시킬 것이다.

이것은 상기 출력 절곡부에 도달하는플럭스가 실질적으로 상기 가이드의 중앙 직선 섹션의 방향을 따라서 향하게 될 것임을 의미한다(물론, 각분포를 갖고서). 상기 출력 절곡부는 요구되는 출력 방향에서 상기 광의 일부(전체가 아니고)의 방향을 전환한다. 이러한 이유로 인하여 상기 출력 직선 섹션을 상기 출력 절곡부 이후에 위치한다. 이것은 상기 디스플레이의 수직선에 평행한 축을 갖고, 상기 광분포를 이러한 방향으로 유도한다. 상기 분포 범위는 상기 미세 거울 각들의 범위가 증가함에 따라 증가될 것이다. 상기 출력 테이퍼는 가이드들의 배열에 대한 출력을 동등하게 만들기 위한 수단으로서 상기 요구되는 방향에서 시준을 함으로써 상기 범위를 감소시키는데 사용된다(다른 미세 거울들의 세트를 갖는 다른 절곡들 또는 S형태들).

위에서 설명한 바에 따라, 상기 절곡부 이후의 상기 직선 섹션은, 상기 절곡이 상기 빔의 각범위를 결정한 이후에, 상기 출력 빔 및 상기 테이퍼의 축대칭을 결정한다. 한계로서, 상기 테이퍼는, 만약 가능한 가장 넓은 각범위가 요구되는 경우에는, 상기 단면 영역의 단계 변형이 될 수 있다.

도 17A 및 17B는 광전송 가이드들의 배열의 코너에 위치한 광전송 가이드로부터 빠져나오는 광의 각분산 상에의(즉, 상기 광전송 가이드에 대한 상당한 굴곡이 존재하는 곳) 상기 직선 및 테이퍼 섹션의 효과를 나타낸다. 도 17A는 실질적으로 균일한 각분포를 갖는, 두 개의 구조가 존재하는 경우를 나타낸다. 이것은 실질적으로 굴곡을 갖지 않는 '중심(central)' 광전송 가이드의 각분포와 동일한 각분포를 제공할 것이다. 대조적으로, 도 17B는 동일한 경우이지만, 출력 직선 섹션과 출력 테이퍼가 존재하지 않는 경우, 즉 상기 광이 상기 절곡부 이후에 바로 출력되는 경우를 나타내고 있다. 도 17A의 '최적화된' 출력은 어떠한 조망각에서도 디스플레이 면에 걸쳐서 훨씬 좋은 균일성을 제공할 것임을 알 수 있다. 따라서 설명된 배열들은 빛에서 실질적으로 상관성을 없애고, 실질적으로 각 대칭적인 광전송 가이드의 출력 부분의 축에 대한 강도 분포를 야기하기 위하여 상기 절곡부에 뒤따르는 테이퍼되고 직선인 섹션들의 디자인을 사용하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (36)

1. 광전송 가이드들의 배열을 갖는 이미지 가이드로서,

   상기 각각의 광전송 가이드는 그 출력단보다 그 입력단에서 더 작은 단면 영역을 갖도록 그 길이의 적어도 일부에 따라서 테이퍼되고, 상기 광전송 가이드들의 입력단들은 이미지 디스플레이 장치의 픽셀 소자들로부터 오는 빛을 수신할 수 있도록 배열되고, 상기 광전송 가이드들의 출력단들은 이미지 출력면을 제공하며;

   상기 각각의 광전송 가이드는 굴절 또는 전 내부 반사에 의하여 빛의 전파를 촉진하는 광-가이드 영역을 포함하고,

   상기 광전송 가이드들의 적어도 일부는, 그 입력으로부터 출력 방향으로, 절곡된 영역, 상기 절곡된 영역을 뒤따르는 테이퍼된 영역 및 상기 테이퍼된 영역을 뒤따르는 직선의 테이퍼되지 않은 영역을 포함하는,

   이미지 가이드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 적어도 일부는 상기 광전송 가이드들의 세로 축들에 대하여 병렬인 다른 평면들 안에서 다른 정도의 테이퍼를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 배열은 상기 이미지 출력면에서의 이미지가 상기 이미지 디스플레이 장치에 의하여 디스플레이되는 이미지보다 더 크도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 출력단들은 상기 이미지 출력면에서 실질적으로 밀접하게 패킹된 배열을 형성하기 위하여 모자이크 처리되는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 입력단들은 상기 이미지 디스플레이 장치에서 실질적으로 밀접하게 패킹된 배열을 형성하기 위하여 모자이크 처리되는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 가이드의 출력에 배치된 확산판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 입력단들 및 출력단들은 다른 각각의 단면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 출력단들은 정사각형, 직사각형, 육각형 또는 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 적어도 일부는 상기 절곡된 영역과 상기 테이퍼된 영역 사이에 직선의 테이퍼되지 않은 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 광전송 가이드들의 배열안의 모든 지점에서 상기 각각의 광전송 가이드에 의하여 발산되는 빛의 강도와 빛이 발산되는 각과의 관계가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 가이드.
11. 주요색 소자들의 그룹들로 배열된 픽셀 소자들의 배열을 갖는 이미지 디스플레이 장치; 및 제 1 항에 따른 이미지 가이드;를 포함하고,

    상기 광전송 가이드들의 입력단들은 상기 이미지 디스플레이 장치의 픽셀 소자들로부터 오는 빛을 수신할 수 있도록 배열된,

    이미지 디스플레이.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 광변조 픽셀들의 패널 배열 및 백라이트 배열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 각각의 광전송 가이드의 입력단은 상기 이미지 디스플레이 장치의 주요색 소자들의 각 그룹으로부터 빛을 수신하며, 상기 각각의 광전송 가이드는, 상기 주요색 소자들의 각 그룹 내부의 픽셀 구조가 실질적으로 상기 광전송 가이드의 출력단에서 식별될 수 없도록, 상기 주요색 소자들의 각 그룹으로부터 오는 빛을 혼합할 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 픽셀 소자들은 빨강색, 녹색 및 파란색 조명을 제공하는 주요색 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 각각의 광전송 가이드의 입력단은 상기 주요색 소자들의 각 그룹으로부터 빛을 수신하고, 상기 각각의 광전송 가이드는, 상기 주요색 소자들의 각 그룹 내부의 픽셀 구조가 실질적으로 상기 광전송 가이드의 출력단에서 식별되지 않도록, 상기 주요색 소자들의 각 그룹으로부터 오는 빛을 혼합할 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 주요색 소자들의 각 그룹은 각각의 주요색에 대하여 하나의 픽셀 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 주요색 소자들의 각 그룹은 각각의 주요색에 대한 n개의 픽셀 소자들을 포함하고, 여기서 n은 1보다 큰 정수인 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 각각의 픽셀 소자는 m개의 다른 휘도 레벨들에서 동작할 수 있으며, 상기 디스플레이는, 각각의 주요색이 m×n개의 다른 휘도 레벨 중 어느 것에서라도 디스플레이될 수 있도록, 상기 주요색 소자들의 그룹들에 대한 픽셀 정보를 공급하기 위한 어드레싱 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 디스플레이.
19. 광전송 가이드에 있어서, 그 출력단보다 그 입력단에서 더 작은 단면 영역을 갖도록 그 길이의 적어도 일부분을 따라서 테이퍼되고, 그 입력에서 그 출력 방향으로, 절곡된 영역, 상기 절곡된 영역을 뒤따르는 테이퍼된 영역, 상기 테이퍼된 영역을 뒤따르는 직선의 테이퍼되지 않은 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 가이드.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 절곡된 영역과 상기 테이퍼된 영역 사이에 직선의 테이퍼되지 않은 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 가이드.
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