KR102396365B1 - 직시 디스플레이 디바이스 및 직시 디스플레이 디바이스를 위한 광 유닛 - Google Patents

Abstract

직시 디스플레이 디바이스는 광 유닛, 시준 유닛 (collimating unit), 이미지 디스플레이 유닛, 및 명암 향상 유닛을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛은 대향되는 제1 및 제2 주요 표면들을 포함한다. 상기 제1 주요 표면은 한 어레이의 광학 요소들을 포함한다. 상기 제2 주요 표면은 광 흡수층 및 상기 한 어레이의 광학 요소들과 대응되는 상기 광 흡수층 안에 한 어레이의 어퍼쳐들을 포함한다. 상기 광학 요소들은 상기 광 유닛과 상기 광 흡수층 사이에 배치된다. 상기 시준 유닛은 상기 광 유닛과 상기 광 흡수층 사이에 배치된다. 상기 시준 유닛은 상기 광 유닛과 상기 명암 향상 유닛 사이에 배치된다. 상기 이미지 디스플레이 유닛은 상기 시준 유닛과 상기 명암 향상 유닛 사이에 배치되고 한 어레이의 픽셀들을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛 및 상기 이미지 디스플레이 유닛은 상기 명암 향상 유닛의 각각의 광학 요소가 상기 이미지 디스플레이 유닛의 적어도 하나의 대응되는 픽셀에 정렬되도록 배열된다.

Description

직시 디스플레이 디바이스 및 직시 디스플레이 디바이스를 위한 광 유닛{DIRECT VIEW DISPLAY DEVICE AND LIGHT UNIT FOR DIRECT VIEW DISPLAY DEVICE}

본 출원은 2014년 10월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 제62/060,934호, 및 2015년 1월 6일에 출원된 미국 가출원 번호 제62/100,349의 우선권을 주장하며, 각각의 가출원의 내용은 전체적으로 참조로서 본원에 병합된다.

본 개시는 디스플레이 디바이스들에 관한 것이고, 더 특히 높은 밝기 및 높은 명암비를 가지는 이미지들을 생성하기 위해 구성된 직시 디스플레이 디바이스들에 관한 것이다.

종래의 액정 디스플레이 (LCD) 디바이스는 일반적으로 광원, LCD 패널, 및 상기 광원과 LCD 패널 사이에 배치된 확산 시트를 포함한다. 상기 광원에 의해 방출된 광은 시청자에 의해 시청될 수 있는 이미지를 생성하기 위해 상기 LCD 패널을 통해 통과한다. 상기 확산 시트는 LCD 패널의 전체 표면 위로 상기 LCD 패널을 고르게 조명하는 것을 돕기 위해 상기 광원에 의해 방출된 광을 확산시킨다. 상기 LCD 디바이스는 일반적으로 400 ㏅/㎡의 출력 밝기 또는 휘도 (luminance)를 가진다.

본원에 개시된 것은 디스플레이 디바이스들 및 직시 디스플레이 디바이스들을 위한 광 유닛들이다.

본원에 개시된 것은 광 유닛, 시준 유닛 (collimating unit), 이미지 디스플레이 유닛, 및 명암 향상 유닛 (contrast enhancement unit)을 포함하는 하나의 예시적인 직시 디스플레이 디바이스이다. 상기 명암 향상 유닛은 제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면에 대향되는 제2 주요 표면을 포함한다. 제1 주요 표면은 한 어레이의 광학 요소들을 포함한다. 제2 주요 표면은 광 흡수층 및 상기 한 어레이의 광학 요소들과 대응되는 상기 광 흡수층 안에 한 어레이의 어퍼쳐들을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛 및 상기 광 유닛은 한 어레이의 광학 요소들이 상기 광 유닛과 상기 광 흡수층 사이에 배치되도록 배열된다. 상기 시준 유닛은 상기 광 유닛과 명암 향상 유닛 사이에 배치된다. 상기 이미지 디스플레이 유닛은 상기 시준 유닛과 명암 향상 유닛 사이에 배치되고 한 어레이의 픽셀들을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛 및 이미지 디스플레이 유닛은 상기 명암 향상 유닛의 각각의 광학 요소가 이미지 디스플레이 유닛의 적어도 하나의 대응되는 픽셀에 정렬되도록 배열된다.

또한 본원에 개시된 것은 직시 디스플레이 디바이스를 위한 하나의 예시적인 광 유닛이다. 상기 광 유닛은 일련의 광원들, 시준 유닛, 및 확산 유닛을 포함한다. 상기 일련의 광원들은 한 열 (row)로 배열되고 광을 방출하도록 구성된다. 상기 시준 유닛은 열과 평행한 제1 방향으로 광을 실질적으로 시준함 없이, 상기 열과 수직인 제2 방향으로 상기 광을 시준하기 위해 일련의 광원들에 인접하여 배치된다. 상기 확산 유닛은 열과 수직인 제2 방향으로 광을 실질적으로 확산시킴 없이, 상기 열과 평행한 제1 방향으로 상기 광을 확산시키기 위해 일련의 광원들에 인접하여 배치된다.

또한 본원에 개시된 것은 직시 디스플레이 디바이스를 위한 또 다른 예시적인 광 유닛이다. 상기 광 유닛은 광원, 컨디셔닝 요소, 및 시준 요소를 포함한다. 상기 광원은 실질적으로 램버트 각도 강도 분포를 가지는 광각도 (wide-angle)의 광을 방출하도록 구성된다. 상기 컨디셔닝 요소는 광각도의 광을 상기 컨디셔닝 요소로부터 이격된 기준면 (reference plane)에서 실질적으로 균일한 각도 강도 분포를 가지는 균일한 광으로 변환하기 위해 광원에 인접하여 배치된다. 상기 시준 요소는 적어도 한 방향으로 균일한 광을 시준하기 위해 컨디셔닝 요소에 인접하여 배치된다.

또한 본원에 개시된 것은 직시 디스플레이 디바이스를 위한 또 다른 예시적인 광 유닛이다. 상기 광 유닛은 광을 방출하도록 구성된 발광 유닛 및 제2 방향과 수직인 제1 방향으로 광을 실질적으로 시준함 없이, 제2 방향으로 상기 광을 시준하기 위해 발광 유닛에 인접하여 배치된 시준 유닛을 포함한다.

추가적인 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 부분적으로는 상기 기술로부터 통상의 기술자들에게 자명하거나 다음의 상세한 설명, 청구항들뿐만 아니라 첨부 도면들을 포함하여 본원에 기술된 것과 같은 실시예들을 실시함으로써 인식될 수 있을 것이다.

이전의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 둘 다 단지 예시적인 것이고, 청구항들의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 첨부 도면들은 더욱 이해를 제공하기 위해 포함되었고, 병합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 상기 도면들은 하나 이상의 실시예 (들)을 도시하고, 상기 설명과 함께 다양한 실시예들의 원리들 및 동작들을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 디스플레이 디바이스의 하나의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2는 광 흡수층의 하나의 예시적인 실시예의 정면도이다.
도 3은 광 흡수층의 또 다른 예시적인 실시예의 정면도이다.
도 4는 명암 향상 유닛의 하나의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 5는 명암 향상 유닛의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 6은 디스플레이 디바이스의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 7은 시준 유닛의 하나의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 8은 시준 유닛의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 9는 디스플레이 디바이스의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도이다.

첨부 도면들에 도시된 예시적인 실시예들에 대한 참조들이 이제 자세히 만들어질 것이다. 가능할 때마다, 도면들 전체적으로 동일하거나 유사한 부분들을 참조하기 위해 동일한 참조 부호들이 사용될 것이다. 상기 도면들의 구성요소들은 예시적인 실시예들의 원리들을 도시하는 대신에, 반드시 축척, 강조될 필요가 없다.

다양한 실시예들에서, 직시 디스플레이 디바이스를 위한 광 유닛은 일련의 광원들, 시준 유닛, 및 확산 유닛을 포함한다. 상기 일련의 광원들은 연이어 배열되고 광을 방출하도록 구성된다. 상기 시준 유닛은 실질적으로 상기 열과 평행한 제2 방향으로 광을 시준함 없이, 실질적으로 상기 열과 수직인 제1 방향으로 상기 광을 시준하기 위해 일련의 광원들에 인접하여 배치된다. 상기 확산 유닛은 상기 열에 실질적으로 수직인 제1 방향으로 광을 확산시킴 없이, 실질적으로 상기 열에 평행한 제2 방향으로 상기 광을 확산시키기 위해 일련의 광원들에 인접하여 배치된다.

다양한 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는 광 유닛, 이미지 디스플레이 유닛, 및 명암 향상 유닛을 포함한다. 상기 광 유닛은 발광 유닛 및 시준 유닛을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 광 유닛은 확산 유닛을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛은 제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면에 대향되는 제2 주요 표면을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛의 제1 주요 표면은 한 어레이의 광학 요소들을 포함한다. 상기 명암 향상 유닛의 제2 주요 표면은 광 흡수층 및 상기 광 흡수층 안에 한 어레이의 어퍼쳐들을 포함한다. 상기 한 어레이의 어퍼쳐들은 한 어레이의 광학 요소들과 대응된다. 일부 실시예들에서, 상기 명암 향상 유닛은 확산 요소 (예를 들어, 한 어레이의 광학 요소들과 광 흡수층 사이에 및/또는 광 흡수층 안에 어퍼쳐들 내부에)를 포함한다. 상기 명암 향상 유닛 및 광 유닛은 한 어레이의 광학 요소들이 상기 광 유닛과 광 흡수층 사이에 배치되도록 배열된다. 상기 시준 유닛은 상기 광 유닛과 명암 향상 유닛 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 상기 디스플레이 디바이스는 상기 시준 유닛과 명암 향상 유닛 사이에 배치된 이미지 디스플레이 유닛을 포함한다. 상기 이미지 디스플레이 유닛은 한 어레이의 픽셀들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 명암 향상 유닛 및 이미지 디스플레이 유닛은 상기 명암 향상 유닛의 각각의 광학 요소가 이미지 디스플레이 유닛의 적어도 하나의 대응되는 픽셀에 정렬되도록 배열된다.

도 1은 디스플레이 디바이스 (100)의 하나의 예시적인 실시예의 개략도이다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 (100)는 스크린 상에 투영됨 없이, 사용자에 의해 즉시 시청할 수 있는 이미지를 생성하도록 구성된 직시 디스플레이 디바이스를 포함한다. 디스플레이 디바이스 (100)는 발광 유닛 (110) 및 시준 유닛 (120)을 포함하는 광 유닛을 포함한다. 디스플레이 디바이스 (100)는 이미지 디스플레이 유닛 (130) 및 명암 향상 유닛 (140)을 포함한다. 디스플레이 디바이스 (100)의 인접한 구성요소들이 서로 고정될 수 있거나 (예를 들어, 광학적으로 투명한 접착제에 의해), 베젤 또는 프레임 내부에 고정될 수 있거나 (그들 사이의 공극을 가지거나 가지지 않고), 또는 또 다른 적합한 결합 메커니즘에 의해 결합될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

발광 유닛 (110)은 각각이 광을 방출하도록 구성된 하나 이상의 광원들을 포함한다. 예를 들면, 상기 광원은 발광 다이오드 (LED), 유기 발광 다이오드 (OELD), 할로겐 광, 백열광, 또는 또 다른 적합한 광원을 포함한다. 일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 2차원 (2D) 어레이로 배열된 복수의 LED들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 발광 유닛 (110)은, 도광 (light guiding) 시트에 인접하고 일렬 (예를 들어, 1차원 어레이)의 LED들을 포함한 광 바 (light bar)를 포함한다. 상기 광 바는 상기 도광 시트의 에지 안으로 광을 방출하고, 상기 도광 시트는 상기 광을 도광 시트의 표면으로부터 분산시키고 방출한다. 일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 시준되지 않은 광 (112)을 방출한다. 일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 상기 발광 유닛에서 방출되는 광이 본원에 기술된 바와 같은 시청할 수 있는 이미지를 형성하기 위해 이미지 디스플레이 유닛 (130)을 통과할 수 있도록 위치된다. 이로써, 발광 유닛 (110)은 백라이트 유닛으로 구성된다.

시준 유닛 (120)은 발광 유닛 (110)에 인접하여 위치되어 상기 발광 유닛에서 방출된 광은 상기 시준 유닛 상에 입사된다. 시준 유닛 (120) 발광 유닛 (110)에 의해 방출된 상기 광을 시준하도록 구성된다. 예를 들면, 발광 유닛 (110)에서 방출된 시준되지 않은 광 (112)은 시준된 광 (122)을 형성하기 위해 시준 유닛 (120)을 통과한다. 시준 유닛 (120)은 원통형 렌즈, 프레넬 렌즈 (Fresnel lens), 또는 또 다른 적합한 시준 디바이스를 포함한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 시준 유닛 (120)은 한 어레이의 프레넬 렌즈들을 포함한다.

비록 도 1에서 시준 유닛 (120)이 발광 유닛 (110)으로부터 분리된 것처럼 도시되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 일부 실시예들에서, 상기 시준 유닛은 발광 유닛과 일체화된다. 예를 들면, 상기 발광 유닛의 출력 표면은 일체화된 시준 유닛을 포함한다. 이로써, 상기 광 유닛은 시준된 광 유닛으로 구성된다.

이미지 디스플레이 유닛 (130)은 시준 유닛 (120)에 인접하여 위치되어 상기 시준 유닛에서 방출된 시준된 광 (122)이 상기 이미지 디스플레이 유닛 상에 입사된다. 이미지 디스플레이 유닛 (130)은 한 어레이의 디스플레이 픽셀 (132)들을 포함한다. 예를 들면, 한 어레이의 디스플레이 픽셀 (132)들은 원하는 크기의 이미지를 디스플레이하기 위한 적합한 x 및 y 치수들 (예를 들어, 너비 및 길이)을 가지는 2D 어레이를 포함한다. 각각의 디스플레이 픽셀 (132)은 광이 통과하는 통로를 제어하기 위해 구성된 광 밸브를 포함한다. 예를 들면 이미지 디스플레이 유닛 (120)은 LCD 패널을 포함하고, 상기 한 어레이의 디스플레이 픽셀 (132)들은 한 어레이의 LCD 셀들을 포함한다. 각각의 LCD 셀은 광이 통과하는 통로를 제어하기 위해 열리고 닫히도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 각각의 디스플레이 픽셀 (132)은 각각이 전용 디스플레이 컬러 구성요소 (예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색)와 관련된 복수의 서브픽셀들로 나눠진다. 컬러 이미지들은 인접한 적색, 녹색, 및 청색 서브픽셀들을 사용함으로써 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시준된 광 (122)은 이미지 픽셀 (134)을 형성하기 위해 이미지 디스플레이 유닛 (130)의 디스플레이 픽셀 (132)을 통과한다. 예를 들면, 시준된 광 (122)은 협력하여 시청가능한 이미지를 생성하는 복수의 이미지 픽셀 (134)들을 형성하기 위해 이미지 디스플레이 유닛 (130)의 복수의 디스플레이 픽셀 (132)들을 통과한다. 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 유닛 (130)은 하나 이상의 편광층들 (예를 들어, 입력 및 출력 편광자들)을 포함한다.

상기 광이 이미지 디스플레이 유닛 (120)을 통과하기 이전에 발광 유닛 (110)에 의해 방출된 광을 시준하는 것은 종래의 디스플레이 디바이스와 비교하여 시청가능한 이미지의 강도 또는 밝기를 증가시키는 것을 도울 수 있다. 이로써, 일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 (100)는 적어도 약 500 ㏅/㎡, 적어도 약 600 ㏅/㎡, 적어도 약 700 ㏅/㎡, 적어도 약 800 ㏅/㎡, 적어도 약 900 ㏅/㎡, 적어도 약 1000 ㏅/㎡, 적어도 약 1100 ㏅/㎡, 적어도 약 1200 ㏅/㎡, 적어도 약 1300 ㏅/㎡, 적어도 약 1400 ㏅/㎡, 적어도 약 1500 ㏅/㎡의 출력 밝기 또는 휘도를 포함한다.

명암 향상 유닛 (140)은 이미지 디스플레이 유닛 (130)에 인접하여 위치되어 상기 이미지 디스플레이 유닛에서 방출되는 광이 상기 명암 향상 유닛 상에 입사된다. 일부 실시예들에서, 명암 향상 유닛 (140)은 명암 향상 시트로서 구성된다. 상기 명암 향상 시트는 실질적으로 편평하거나 평면일 수 있다. 대안적으로, 상기 명암 향상 시트는 평면이 아닐 수 있다. 예를 들면, 상기 명암 향상 시트는 곡선이거나, 감겨지거나 (예를 들어, 튜브 안으로), 구부러지거나 (예를 들어 하나 이상의 에지들에서), 또는 또 다른 평면이 아닌 구성으로 형성될 수 있다. 명암 향상 유닛 (140)은 제1 주요 표면 (142) 및 상기 제1 주요 표면과 대향되는 제2 주요 표면 (144)을 포함한다. 제1 주요 표면 (142)은 한 어레이의 광학 요소 (146)들을 포함한다. 제2 주요 표면 (142)은 광 흡수층 (148) 및 상기 광 흡수층 안에 한 어레이의 어퍼쳐 (150)들을 포함한다. 상기 한 어레이의 어퍼쳐 (150)들은 상기 한 어레이의 광학 요소 (146)들과 대응된다. 예를 들면, 각각의 광학 요소 (146)는 적어도 하나의 어퍼쳐 (150)와 정렬된다.

일부 실시예들에서, 광학 요소 (146)들은 도 1에 도시된 바와 같은 마이크로렌즈들을 포함한다. 상기 마이크로렌즈들은 렌티큘러 렌즈들 (lenticular lenses), 구면 렌즈들, 비구면 렌즈들, 또 다른 적합한 렌즈 형상, 또는 그들의 조합들로서 구성된다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 마이크로렌즈들은 적어도 부분적으로 상기 명암 향상 유닛의 너비 및/또는 길이를 가로질러 연장되는 렌티큘러 렌즈들로서 구성된다. 다른 실시예들에서, 상기 마이크로렌즈들은 명암 향상 유닛의 너비 및/또는 길이 (예를 들어, 2차원 어레이에서)에 대해 분산된 구면 렌즈들로서 구성된다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 어퍼쳐 (150)들은 원형 형상, 직사각형 형상, 또 다른 적합한 형상, 또는 그들의 조합들을 가진다. 예를 들면, 도 2는 광 흡수층 안에 형성된 긴 직사각형의 어퍼쳐 (150)들을 가지는 광 흡수층 (148)의 하나의 예시적인 실시예의 정면도이다. 상기 어퍼쳐들은 적어도 부분적으로 상기 명암 향상 유닛의 너비 및/또는 길이를 가로질러 연장되는 긴 직사각형 형상을 가진다. 이로써, 상기 긴 어퍼쳐들은 렌티큘러 마이크로렌즈들과 정렬될 수 있다. 도 3은 광 흡수층 안에 형성된 원형 어퍼쳐 (150)들을 가지는 광 흡수층 (148)의 또 다른 예시적인 실시예의 정면도이다. 상기 어퍼쳐들은 원형 형상을 가지고 상기 명암 향상 유닛의 너비 및/또는 길이에 대해 분산된다. 이로써, 상기 원형 어퍼쳐들은 구면 마이크로렌즈들과 정렬될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 어퍼쳐들의 형상 및/또는 설치는 상기 마이크로렌즈들의 구성 및/또는 설치에 대응된다.

비록 도 1에 도시된 실시예의 광학 요소 (146)들이 마이크로렌즈들을 포함하는 것처럼 기술되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 요소들은 거울들을 포함한다. 예를 들면, 하나 이상의 거울들이 상기 이미지 디스플레이 유닛과 마주하는 상기 공동의 입구 (예를 들어, 더 넓은 말단) 및 상기 입구에 대향되는 포물선의 반사면 공동을 통해 형성된 개구 (예를 들어, 좁은 말단에서)를 가지는 포물선의 반사면으로서 구성되고 상기 광 흡수층의 대응되는 어퍼쳐와 정렬된다.

명암 향상 유닛 (140) 및 광 유닛 (110)은 상기 한 어레이의 광학 요소 (146)들이 상기 광 유닛과 광 흡수층 (148) 사이에 배치되도록 정렬된다. 이로써, 제1 주요 표면 (142)은 명암 향상 유닛 (140)의 입력 표면을 포함하고, 제2 주요 표면 (144)은 상기 명암 향상 유닛의 출력 표면을 포함한다. 이미지 디스플레이 유닛 (130)을 통과하는 광은 시청자에 의해 시청을 위한 시청가능한 이미지를 전송하기 위하여 제1 주요 표면 (142)을 통해 명암 향상 유닛 (140)으로 들어가고 제2 주요 표면 (144)을 통해 상기 명암 향상 유닛을 빠져나온다. 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 유닛 (130) 및 명암 향상 유닛 (140)은 광학 요소 (146)가 상기 명암 향상 유닛의 대응되는 어퍼쳐 (150) 상에 이미지 픽셀 (134)에 초점을 맞추기 위해 배열된다. 예를 들면, 이미지 디스플레이 유닛 (130)에 의해 전송된 복수의 이미지 픽셀 (134)들은 한 어레이의 어퍼쳐 (150)들 상의 한 어레이의 광학 요소 (146)들에 의해 초점이 맞춰져, 시청자에 의해 시청되기 위해 광 흡수층 (148)을 통해 시청가능한 이미지를 전송하기 위해 상기 이미지 픽셀들은 상기 광 흡수층 안에 어퍼쳐들을 통과한다.

일부 실시예들에서, 명암 향상 유닛 (140) 및 이미지 디스플레이 유닛 (130)은 상기 명암 향상 유닛 각각의 광학 요소 (146)가 상기 이미지 디스플레이 유닛의 적어도 하나의 대응되는 픽셀과 정렬되도록 배열된다. 예를 들면, 한 어레이의 광학 요소들에서 광학 요소 (146)들의 수는 한 어레이의 픽셀들에서 픽셀들의 수와 동일할 수 있고, 상기 한 어레이의 광학 요소들은 2차원에서 상기 한 어레이의 픽셀들처럼 동일한 피치를 가질 수 있어 각각의 광학 요소가 하나의 대응되는 픽셀과 정렬되고 각각의 픽셀을 하나의 대응되는 광학 요소와 정렬된다. 대안적으로, 상기 한 어레이의 광학 요소들에서 광학 요소 (146)들의 수는 상기 한 어레이의 픽셀들에서 픽셀들의 수보다 작을 수 있어 각각의 광학 요소는 하나보다 더 많은 대응되는 픽셀과 정렬된다. 예를 들면, 렌티큘러 광학 요소는 필셀들의 열과 정렬될 수 있다.

비록 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스 (100)는 이미지 디스플레이 유닛 (130)을 포함하는 것처럼 기술되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 일부 실시예들에서, 상기 광 유닛은 각각이 OLED 또는 플라즈마 셀을 포함하는 복수의 픽셀들을 포함한다. 이로써, 상기 광 유닛은 시청가능한 이미지를 생성하기 위해 광을 방출하는 디스플레이 픽셀들을 포함한다. 그러한 실시예들에서, 상기 광 유닛은 일체화된 광 유닛 및 이미지 디스플레이 유닛으로 구성되고, 분리된 이미지 디스플레이 유닛 (예를 들어, 도 1에 도시된 이미지 디스플레이 유닛 (130))은 생략될 수 있다. 일부 그러한 실시예들에서, 상기 광 유닛 및 명암 향상 유닛은 광학 요소가 상기 명암 향상 유닛의 대응되는 어퍼쳐 상에 광 유닛에 의해 생성되는 이미지 픽셀에 초점을 맞추도록 배열된다. 예를 들면, 상기 광 유닛에 의해 방출된 복수의 이미지 픽셀들은 상기 한 어레이의 어퍼쳐들 상의 한 어레이의 광학 요소들에 의해 초점이 맞춰져 상기 이미지 픽셀들이 시청자에 의해 시청을 위해 상기 광 흡수층을 통해 시청가능한 이미지를 전송하기 위해 상기 광 흡수층 안에 어퍼쳐들을 통과한다.

주변 광 (예를 들어, 태양, 방 조명, 또는 또 다른 광원에서)은 시청 측면에서 명암 향상 유닛 (140) 상에 닿을 수 있다. 다르게 말하면, 외부 디스플레이 디바이스 (100)에서의 주변 광은 명암 향상 유닛 (140)의 제2 주요 표면 (144) 상에 닿을 수 있다. 광 흡수층 (148)은 어퍼쳐 (150)들의 외부의 광 흡수층 상에 닿는 그러한 주변 광의 적어도 일부분을 흡수한다. 주변 광의 그러한 흡수는 디스플레이 디바이스 (100)의 명암을 증가시킬 수 있다 (예를 들어, 상기 흡수된 주변 광이 명암 향상 유닛에서 시청가능한 이미지로서 방출된 광을 방해하지 않기 때문이다). 따라서, 어퍼쳐 (150)들에 의해 점유된 영역이 상대적으로 작아야 하는 것이 유익할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어퍼쳐 (150)들은 광 흡수층 (148)의 표면 영역의 최대 약 50％, 최대 약 40％, 최대 약 30％, 최대 약 20％, 최대 약 10％, 최대 약 5％, 또는 최대 약 1％를 점유한다. 이로써, 광 흡수층 (148)의 대부분의 표면 영역은 주변 광을 흡수하고 디스플레이 디바이스 (100)의 명암을 증가시키기 위해 광 흡수 재료에 의해 점유된다.

도 1에 도시된 상기 실시예에서, 명암 향상 유닛 (140)은 기판 (substrate) (152)을 포함한다. 예를 들면, 기판 (152)은 유리 기판을 포함한다. 그러한 유리 기판은 중합체 기판과 비교하여 개선된 치수 안정성을 가능하게 할 수 있다 (예를 들어, 온도 및/또는 습도와 같은 환경 조건들에서 변화들이 원인인 감소된 변형). 그러한 개선된 치수 안정성은 변화하는 환경 조건들에서 상기 한 어레이의 디스플레이 픽셀들과 한 어레이의 광학 요소들 사이의 정렬을 유지하는 것을 도울 수 있고, 이는, 예를 들면, 이미지 디스플레이 유닛의 픽셀 피치 및 광학 요소들의 피치가 같지 않은 실시예들에서조차 예를 들면, 무아레 패턴들 (Moire patterns)을 방지하는 것을 도울 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판 (152)은 중합체 재료 또는 또 다른 적합한 기판 재료를 포함한다. 레진 층 (154)이 기판 (152)의 표면 상에 배치되고, 상기 한 어레이의 광학 요소 (146)들은 상기 레진 층에서 형성된다. 예를 들면, 상기 한 어레이의 광학 요소 (146)들은 미세복제 (microreplication) 공정, 엠보싱 공정, 또는 또 다른 적합한 성형 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 한 어레이의 광학 요소들은 기판에서 직접 형성된다. 예를 들면, 상기 한 어레이의 광학 요소들은 기판의 표면을 기계 가공함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수층 (148)은 한 어레이의 광학 요소 (146)들에 대향되는 기판 (152)의 표면 상에 배치된 레진 층을 포함한다. 광 흡수층 (148)의 레진은 높은 광학 밀도를 가지는 레진 재료 (예를 들어, 블랙 매트릭스용 레진)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판 (152)은 최대 약 300 ㎛, 최대 약 250 ㎛, 최대 약 150 ㎛, 또는 최대 약 120 ㎛의 두께를 가지는 유리 기판을 포함한다. 그러한 얇은 유리 기판은 치수 안정성을 희생함 없이 상기 디스플레이 디바이스의 감소된 두께를 가능하게 할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 기판은 복수의 기판들을 포함한다. 예를 들면, 상기 기판은 그것의 표면에 배치된 광학 요소들을 가지는 제1 기판 및 그것의 표면에 배치된 광 흡수층을 가지는 제2 기판을 포함한다. 상기 제1 및 제2 기판들은 상기 명암 향상 유닛이 광학 요소들 및 광학 요소들에 대향되는 표면들 상에 배치된 광 흡수층을 가지는 기판을 포함하도록 형성하기 위해 서로 인접하여 위치될 수 있다.

일부 실시예들에서, 명암 향상 유닛은 확산 요소를 포함한다. 확산 요소는 상기 광의 확산 각도를 증가시키기 위해 상기 확산 요소를 통과하는 광을 산란시키도록 구성된다. 예를 들면, 상기 확산 요소는 광 산란 재료를 포함할 수 있다. 도 4는 명암 향상 유닛 (240)의 예시적인 실시예의 개략도이고, 상기 명암 향상 유닛은 도 1에서 참조로서 본원에 기술된 명암 향상 유닛 (140)과 유사하다. 도 4에 도시된 실시예에서, 명암 향상 유닛 (240)은 광학 요소 (146)들과 광 흡수층 (148) 사이에 배치된 확산 요소 (256)를 포함한다. 예를 들면, 확산 요소 (256)는 도 4에 도시된 바와 같이 기판 (152)과 광 흡수층 (148) 사이에 배치된 확산 층으로서 구성된다. 도 5는 명암 향상 유닛 (340)의 예시적인 실시예의 개략도이고, 상기 명암 향상 유닛은 도 1에서 참조로서 본원에 기술된 명암 향상 유닛 (140)과 유사하다. 도 5에 도시된 실시예에서, 명암 향상 유닛 (340)은 광 흡수층 (148)에 하나 이상의 어퍼쳐 (150)들 내부에 배치된 확산 요소 (356)를 포함한다. 예를 들면, 하나 이상의 어퍼쳐 (150)들은 상기 어퍼쳐들 내부에 확산 요소 (356)를 형성하기 위해 확산 재료로 채워질 수 있다. 일부 실시예들에서, 확산 요소 (356)는 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 어퍼쳐 (150) 내부에 배치된다. 상기 확산 요소는 상기 디스플레이 디바이스의 시청 각도를 증가시키는 것을 도울 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 확산 유닛은 명암 향상 유닛의 기판과 일체화된다. 예를 들면, 상기 기판의 표면 (예를 들면 광학 요소들이 위에 형성된 표면 및/또는 광 흡수층이 위에 형성된 표면)은 그 표면을 통과하면서 광을 확산시키는 거친 표면을 포함한다. 이로써, 상기 확산 요소는 상기 기판의 거친 표면을 포함한다.

일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 (100)는 투명 덮개 (160)를 포함한다. 투명 덮개 (160)는 유리 기판 (예를 들어, 소다 석회 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 및/또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리), 중합체 기판 (예를 들어, 폴리카보네이트), 또는 또 다른 적합한 기판을 포함한다. 투명 덮개 (160)는 디스플레이 디바이스 (100)의 외부 표면 상에 배치된다. 투명 덮개 (160)는 평면 (예를 들어, 편평한 시트) 또는 평면이 아닌 (예를 들어, 곡선 시트) 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 투명 덮개 (160)는 상기 투명 덮개의 외부 표면 상에 눈부심 방지 (AG) 및/또는 반사 방지 (AR) 코팅을 포함한다. 투명 덮개 (160)는 강화 (예를 들어, 열적으로 강화된, 기계적으로 강화된, 및/또는 화학적으로 강화된) 유리를 포함할 수 있고, 상기 강화 유리는 디스플레이 디바이스 (100)의 다른 구성요소들을 스크래치 및/또는 파손으로부터 보호하는 것을 도울 수 있다.

도 6은 예시적인 디스플레이 디바이스 (400)의 개략도이다. 디스플레이 디바이스 (400)는 도 1에서 참조로서 기술된 디스플레이 디바이스 (100)와 유사하다. 예를 들면, 디스플레이 디바이스 (400)는 광 유닛, 이미지 디스플레이 유닛 (130), 및 명암 향상 유닛 (140)을 포함한다. 상기 광 유닛은 발광 유닛 (110) 및 시준 유닛 (120)을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 상기 광 유닛은 확산 유닛 (424)을 포함한다.

일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 일련 (114a)의 광원들을 포함한다. 일련 (114a)의 광원들은 제1 방향으로 연장되면서 한 열로 배열된다. 예를 들면, 상기 제1 방향은 도면 안으로 연장되는 x 방향으로서 도 6에 도시된다. 일부 실시예들에서, 상기 열은 도 6에 도시된 바와 같이 실질적으로 선형이다. 다른 실시예들에서, 상기 열은 곡선이다 (예를 들어, 곡선 디스플레이 디바이스에 사용하기 위하여). 일부 실시예들에서, 일련 (114a)의 광원들은 복수의 LED들 또는 OLED들을 포함하는 광 바로서 구성된다.

시준 유닛 (120)은 일련 (114a)의 광원들에 인접하여 배치된다. 예를 들면, 시준 유닛 (120)은 상기 열과 실질적으로 평행하게 연장된다. 시준 유닛 (120)은 일련 (114a)의 광원들에 의해 방출된 광을, 상기 열에 실질적으로 평행한 제1 방향으로 광을 실질적으로 시준하거나 시준함 없이 상기 열에 실질적으로 수직인 제2 방향으로 시준하도록 구성된다. 상기 시준된 광은 상기 방향에서 또는 상기 광이 시준된 방향들에서 10°보다 작은 발산 각도를 포함한다. 예를 들면, 상기 제2 방향은 도 6에서 y 방향으로서 도시된다. 시준 유닛 (120)은 일련 (114a)의 광원들과 정렬된 시준 렌즈를 포함한다. 예를 들면, 상기 시준 렌즈는 원통형 렌즈, 원통형 프레넬 렌즈, 또 다른 적합한 렌즈, 또는 그들의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 시준 유닛 (120)은 상기 시준 유닛의 초점거리와 실질적으로 같거나 같은 거리에 의해 일련 (114a)의 광원들에서 이격된다. 예를 들면, 각각의 개별적인 일련 (114a)의 광원 및 시준 유닛 (120)의 상부 표면 사이의 거리는 (예를 들어, z 방향으로) 상기 시준 유닛의 초점거리와 실질적으로 같다.

도 6에 도시된 실시예에서, 시준 유닛 (120)은 원통형 프레넬 렌즈를 포함한다. 도 7은 시준 유닛 (520)의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도이다. 시준 유닛 (520)은 컨디셔닝 요소 (526) 및 시준 요소 (528)를 포함한다. 시준 유닛 (520)은 컨디셔닝 요소 (526)가 일련 (114a)의 광원들과 시준 유닛 (528) 사이에 배치되도록 배열된다. 일부 실시예들에서, 일련 (114a)의 광원들에 의해 방출된 광은 제2 방향에서 실질적으로 램버트 각도 강도 분포를 가지는 광각도의 광을 포함한다. 일부 실시예들에서, 램버트 각도 강도 분포에서, 다른 방향들에서 이동하는 광력 (light power)이 균일하지 않지만, 오히려 표면 (예를 들어, 광원 표면) 법선에서 각도의 코사인에 비례한다. 컨디셔닝 요소 (526)는 상기 컨디셔닝 요소로부터 이격된 기준면에서 제2 방향에서 광각도의 광을 실질적으로 균일한 각도 강도 분포를 가지는 균일한 광으로 변환하도록 구성된다. 상기 시준 유닛을 기준면에 위치시켜 시준 요소가 균일한 광에 의해 실질적으로 균일하게 조명되는 것이 유익할 수 있다. 예를 들면, 컨디셔닝 요소 (526)는 원통형 렌즈, 프레넬 렌즈 (예를 들어, 원통형 프레넬 렌즈), 또 다른 적합한 렌즈, 또는 그들의 조합을 포함한다. 시준 요소 (528)는 제2 방향으로 상기 균일한 광을 시준하도록 구성된다. 예를 들면, 시준 유닛 (528)은 원통형 렌즈, 프레넬 렌즈 (예를 들어, 원통형 프레넬 렌즈), 또 다른 적합한 렌즈, 또는 그들의 조합을 포함한다. 상기 컨디셔닝 요소는 시준 요소의 표면을 가로질러 상기 시준 요소를 균일하게 조명하는 것을 도울 수 있고, 디스플레이 디바이스에 의해 생성된 이미지에서 상기 일련의 광원들의 램버트 출력에 의해 야기될 수 있는 밝기 비균일성에 대한 가능성을 감소시키는 것을 도울 수 있다.

도 8은 시준 유닛 (620)의 또 다른 예시적인 실시예의 개략도이다. 시준 유닛 (620)은 컨디셔닝 요소 (626), 시준 요소 (628), 및 집중 요소 (629)를 포함한다. 시준 유닛 (620)은 컨디셔닝 요소 (626)가 일련 (114a)의 광원들과 시준 요소 (628) 사이에 배치되고, 집중 요소 (629)가 일련 (114a)의 광원들과 컨디셔닝 요소 사이에 배치되도록 배열된다. 집중 요소 (629)는 컨디셔닝 요소 (626) 상에 상기 일련 (114a)의 광원들에 의해 방출된 램버트 광을 집중시키도록 구성된다. 예를 들면, 집중 요소 (629)는 굴절 부분 (629a) 및 반사 부분 (629b)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 굴절 부분 (629a)은 광을 컨디셔닝 요소 (629)로 향해 지향시키는 렌즈 부분을 포함한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 반사 부분 (629b)은 광을 컨디셔닝 요소 (629)를 향해 지향시키는 거울 표면을 포함한다. 일부 실시예들에서, 집중 요소 (629)는 몰딩된 굴절/반사 형태의 시준기를 포함한다. 컨디셔닝 요소 (626)는 일련 (114a)의 광원들에 의해 방출된 램버트 광을 제2 방향에서 실질적으로 균일한 강도 분포를 가지는 균일한 광으로 변환하도록 구성된다. 예를 들면, 컨디셔닝 요소 (626)는 원통형 렌즈, 프레넬 렌즈 (예를 들어, 원통형 프레넬 렌즈), 또 다른 적합한 렌즈, 또는 그들의 조합을 포함한다. 시준 요소 (628)는 상기 균일한 광을 제2 방향으로 시준하도록 구성된다. 예를 들면, 시준 유닛 (628)은 원통형 렌즈, 프레넬 렌즈 (예를 들어, 원통형 프레넬 렌즈), 또 다른 적합한 렌즈, 또는 그들의 조합을 포함한다. 상기 집중 요소는 상기 일련의 광원들에 의해 방출된 광의 상대적으로 큰 부분을 수집하고 상기 광을 컨디셔닝 요소로 지향시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 집중 요소는 상기 일련의 광원들에 의해 방출된 광의 최대 약 80％를 수집 및/또는 적어도 부분적으로 시준하도록 구성된다. 상기 컨디셔닝 요소는 시준 요소의 표면을 가로질러 균일하게 시준 요소를 조명하는 것을 도울 수 있고, 디스플레이 디바이스에 의해 생성된 이미지에서 밝기 비균일성에 대한 가능성을 감소시키는 것을 도울 수 있다.

비록 도 6 내지 도 8에 도시된 시준 유닛들이 1차원 시준 유닛들, 예를 들면, 원통형 및/또는 원통형 프레넬 렌즈들로서 기술되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, 상기 시준 유닛은 구면 및/또는 비구면 프레넬 렌즈를 포함하는 2차원 시준 유닛으로서 구성된다. 다양한 실시예들에서, 상기 시준 유닛의 형상은 명암 향상 유닛의 광학 요소들의 형상과 대응될 수 있다. 예를 들면, 1차원 시준 유닛은 렌티큘러 렌즈들을 포함하는 명암 향상 유닛과 사용될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 2차원 시준 유닛은 구면 및/또는 비구면 렌즈들을 포함하는 명암 향상 시트와 사용될 수 있다.

확산 유닛 (424)은 도 6에 도시된 바와 같이 일련 (114a)의 광원들에 인접하여 배치된다. 예를 들면, 확산 유닛 (424)은 일련의 광원들에 의해 방출된 광을, 상기 열에 실질적으로 수직인 제2 방향 (예를 들어, y 방향)으로 광을 실질적으로 확산시키거나 확산시킴 없이 상기 열에 실질적으로 평행한 제1 방향 (예를 들어, x 방향)으로 확산시키도록 구성된다. 이로써, 확산 유닛 (424)은 1차원 확산기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 확산 유닛은 복수의 작은 굴절 또는 반사 요소들을 포함하고, 각각은 0과 결정된 확산 각도 사이에 임의의 각도에 의해 광속 (light beam)을 편향시킨다. 만약 그러한 각도들이 오직 한 축에 평행하면, 그 후 상기 확산 유닛은 1차원 확산기로서 기능한다. 만약 그러한 각도들이 한 축을 따르는 일부 각도들 및 또 다른 수직 축을 따르는 일부 각도들을 가지는 원뿔 또는 원뿔의 부분을 형성하면, 그 후 상기 확산 유닛은 2차원 확산기로서 기능한다. 상기 확산 유닛은 상기 디스플레이 디바이스의 조명을 균질화하는 것을 도울 수 있다. 예를 들면, 상기 확산기는 한 방향에 시준된 광을 남기도록 가공될 수 있지만, 다른 방향으로 상기 광을 확산시켜, 디스플레이 디바이스의 시청자들이 어두운 공간들에 의해 분리된 밝은 선들 (개별적인 광원 위치들에 대응되는)을 보지 않을 것이다.

확산 유닛 (424)은 발광 유닛 (110)과 명암 향상 유닛 (140) 사이에 배치된다. 예를 들면, 확산 유닛 (424)은 시준 유닛 (120)과 명암 향상 유닛 (140) 사이에 및/또는 시준 유닛과 이미지 디스플레이 디바이스 (130) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 시준 유닛 (120)은 도 6에 도시된 바와 같이 발광 유닛 (110)과 확산 유닛 (424) 사이에 배치된다. 그러한 구성은 불필요하게 디스플레이 디바이스의 두께를 증가시킴 없이 상기 확산 유닛을 발광 유닛에서 적절히 이격시키는 것을 도울 수 있다.

일부 실시예들에서, 확산 유닛 (424)은 일련 (114a)의 광원들에 실질적으로 평행하게 연장되고 한 어레이의 광원들에서 이격된다. 예를 들면, 일련 (114a)의 광원들은 제1 광원 및 상기 제1 광원에 바로 인접하여 배치되고 거리 X (예를 들어, x 방향으로) 만큼 상기 제1 광원에서 이격된 제2 광원을 포함한다. 확산 유닛 (424)은 거리 Z (예를 들어, z 방향으로) 만큼 일련 (114a)의 광원들에서 이격된다. 상기 확산 유닛이 밝기 균일성을 달성하기에 효과적이기 위해, 상기 확산 각도는 확산기 위치에서 볼 수 있는 개별적인 광원들 사이의 갭의 각도 크기보다 커야 한다. 예를 들면, 확산 유닛 (424)은 공식 θ＞arctan (X/Z)를 만족하는 확산 각도 θ를 포함한다.

비록 도 6에 도시된 확산 유닛이 한 방향으로 광을 확산시키는 1차원 확산 유닛으로서 기술되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, 상기 확산 유닛은 두 개의 수직 방향들로 광을 확산시키도록 구성된 2차원 확산 유닛으로서 구성된다. 다양한 실시예들에서, 상기 확산 유닛의 형상은 명암 향상 유닛의 광학 요소들의 형상 및/또는 시준 유닛의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들면, 1차원 확산 유닛은 1차원 시준 유닛을 가지는 렌티큘러 렌즈들을 포함하는 명암 향상 유닛과 함께 사용될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 2차원 확산 유닛은 구면 및/또는 비구면 렌즈들을 포함하는 명암 향상 시트와 함께 및/또는 2차원 시준 유닛과 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 (400)는 다수의 일련의 광원들을 포함한다. 예를 들면, 도 6에 도시된 실시예에서, 디스플레이 디바이스 (400)는 일련 (114a)에 바로 인접한 제2 일련 (114b)의 광원들을 포함한다. 제2 일련 (114b)의 제2 열은 일련 (114a)의 열에서 이격된다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 일련 (114b)의 제2 열은 일련 (114a)의 열에 실질적으로 평행하다. 이로써, 제2 일련 (114b)의 제2 열은 제1 방향으로 연장된다. 일련 (114a)의 개별적인 광원들 및/또는 제2 일련 (114b)은 서로 이격되어 상기 광원들이 디스플레이 디바이스 (130)의 길이 및/또는 너비를 따라 분산된다 (예를 들어, 고르게 분산된다). 일부 실시예들에서, 일련 (114a) 및 제2 일련 (114b)은 동일한 수의 개별적인 광원들을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 디스플레이 디바이스 (400)는 제2 일련 (114b)에 바로 인접한 제3 일련 (114c)의 광원들, 제3 일련 (114c)에 바로 인접한 제4 일련 (114d)의 광원들, 및 제4 일련 (114d)에 바로 인접한 제5 일련 (114e)의 광원들을 포함한다. 각각의 일련의 광원들은 한 열로 배열된다. 일부 실시예들에서, 상기 열들은 서로 실질적으로 평행하다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 바로 인접한 열들 사이의 상기 간격은 실질적으로 변함없다.

일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 (400)는 다수의 시준 유닛들을 포함한다. 예를 들면, 도 6에 도시된 실시예에서, 디스플레이 디바이스 (400)는 각각의 일련의 광원들에 인접하여 배치된 시준 유닛을 포함한다. 이로써, 일련 (114b)의 광원들 및 시준 유닛 (120)을 참조하여 본원에 기술된 것처럼 각각의 일련의 광원들에 의해 방출된 상기 광은 대응되는 시준 유닛에 의해 시준 및/또는 확산된다. 일부 실시예들에서, 다수의 시준 유닛들은 도 6에 도시된 바와 같이 단일 시준 시트의 부분들의 인접한 부분들이다. 그러한 단일 시준 시트가 미세복제 공정, 엠보싱 공정, 또는 또 다른 적합한 성형 공정을 사용하여 형성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 확산 유닛 (424)은 도 6에 도시된 바와 같이 확산 시트를 포함한다. 그러한 확산 시트는 본원에 기술된 바와 같은 각각의 다수의 일련의 광원들에 의해 방출되는 광을 확산시키기 위해 다수의 일련의 광원들에 인접하여 배치될 수 있다.

비록 디스플레이 디바이스 (400)가 다섯 열들에 배열된 다섯 일련의 광원들을 포함하는 것으로 기술되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 다른 실시예들에서, 상기 디스플레이 디바이스는 열들로 배열된 결정된 수 (예를 들어, 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯, 여섯, 또는 더 많은)의 일련의 광원들을 포함한다. 각각의 일련의 광원들은 결정된 수 (예를 들어, 둘, 셋, 넷, 또는 더 많은)의 개별적인 광원들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 시준 유닛의 초점거리에 의해 나눠진 상기 명암 향상 유닛의 광학 요소들의 초점거리는, 상기 광 유닛의 광원들의 크기에 의해 나눠진 명암 향상 유닛의 어퍼쳐들의 사이즈와 같거나 거의 같다. 그러한 관계는 광원들의 수 및/또는 배치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 광 유닛은 일련의 광원들의 양쪽 말단에 배치된 말단 벽들을 포함한다. 예를 들면, 상기 말단 벽들은 각각의 광원들의 말단에서 상기 일련의 광원들에 실질적으로 수직으로 연장된다. 일부 실시예들에서, 상기 말단 벽들은 반사 내부 표면들 (예를 들어, 디스플레이 디바이스 안으로 내부 방향으로 마주하는)을 포함한다. 그러한 반사 내부 표면들은 디스플레이 디바이스의 에지들에서 감소된 밝기의 영역들을 피하기 위해 상기 디스플레이 디바이스 안으로 광을 반사시킬 수 있다.

비록 1차원 및 2차원 디자인들 둘 다 본원에 기술되었지만, 상기 1차원 디자인은 일부 응용들에서 이로울 수 있다. 예를 들면, 상기 1차원 디자인은 상대적으로 제조하기에 덜 복잡하다 (예를 들어, 디스플레이 디바이스의 다양한 구성요소들 사이의 더 간단한 광학 및/또는 덜 엄격한 정렬 공차들의 결과로서). 추가적으로, 또는 대안적으로, 1차원 확산 유닛은 들어오는 광의 광학 위상의 혼합화를 가능하게 할 수 있고, 광이 한 세트의 등거리 어퍼쳐들을 통과한 후 달리 강한 공간적인 비균일성들이 생성될 수 있는 방해를 방지하는 것을 도울 수 있다.

도 9는 예시적인 디스플레이 디바이스 (700)의 개략도이다. 디스플레이 디바이스 (700)는 도 1에서 참조로서 기술된 디스플레이 디바이스 (100)와 유사하고 도 6에서 참조로서 기술된 디스플레이 디바이스 (600)와 유사하다. 예를 들면, 디스플레이 디바이스 (700)는 광 유닛, 이미지 디스플레이 유닛 (130), 및 명암 향상 유닛 (140)을 포함한다. 상기 광 유닛은 발광 유닛 (110) 및 시준 유닛 (120)을 포함한다.

일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 하나 이상의 광원들을 포함한다. 예를 들면, 도 9에 도시된 실시예에서, 발광 유닛 (110)은 광 가이드 (716) 및 상기 광 가이드의 에지 안으로 광을 주입하기 위해 위치된 하나 이상의 광원들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 광 가이드 (716)는 도광 시트로서 구성된다. 광 가이드 (716)는 상기 에지 안으로 주입된 상기 광을 유도하고 상기 광 가이드의 적어도 하나의 표면에서 상기 광을 방출하도록 구성된다. 광 가이드 (716)는 유리 기판, 중합체 기판, 공극, 또는 또 다른 적합한 도광 장치를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 광원들이 상기 광 가이드의 에지에 인접하여 배치된 복수의 LED들 또는 OLED들을 포함하는 광 바로 구성된다.

일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 반사 확산 유닛 (718)을 포함한다. 반사 확산 유닛 (718)은 광 가이드 (716)의 한 표면에서 광을 반사하고 확산시키며 상기 광 가이드의 대향되는 표면을 향하여 반사되고 확산된 광을 지향시키도록 구성된다. 예를 들면, 도 9에 도시된 실시예에서, 반사 확산 유닛 (718)은 제1 표면에서 방출된 광을 반사하고 확산시키며, 상기 광 가이드 안으로 상기 제1 표면에 대향되는 제2 표면을 향하여 반사되고 확산된 광을 지향시키기 위해 광 가이드 (716)의 제1 표면에 인접하여 배치된 기판을 포함한다. 다른 실시예들에서, 상기 광 가이드의 제1 표면은 반사 확산 유닛으로서 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 코팅 및/또는 표면 처리 (예를 들어, 표면 러프닝)가 반사 확산 유닛으로서 역할을 하기 위해 상기 광 가이드의 제1 표면에 가해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광 가이드의 제1 표면은 반사 확산 유닛으로서 역할을 하기 위해 반사 코팅 (백색 또는 거울 코팅)으로 코팅 및/또는 러프닝된다. 상기 반사 확산 유닛은 시청자에 의해 시청하기 위한 이미지를 생성하기 위해 광 가이드의 제2 표면으로 지향된 방출되어야 하는 광의 양을 증가시키는 것을 도울 수 있다.

일부 실시예들에서, 발광 유닛 (110)은 밝기 향상 유닛 (719)을 포함한다. 밝기 향상 유닛 (719)은 광 가이드 (716)의 한 표면에 광을 수집하고 광 가이드에서 상기 광이 떨어지도록 지향하도록 구성된다. 예를 들면, 도 9에 도시된 실시예에서, 밝기 향상 유닛 (719)은 광 가이드 (716)의 제2 표면에 인접하여 배치된 밝기 향상 필름을 포함한다. 이로써, 광 가이드 (716)는 반사 확산 유닛 (718)과 밝기 향상 유닛 (719) 사이에 배치된다. 밝기 향상 유닛 (719)은 밝기 향상 필름 (BEF), 이중 밝기 향상 필름 (DBEF), 또는 또 다른 적합한 밝기 향상 구조를 포함한다.

시준 유닛 (120)은 발광 유닛 (110)에 인접하여 배치된다. 시준 유닛 (120)은 적어도 한 방향으로 발광 유닛 (110)에 의해 방출되는 상기 광을 시준하도록 구성된다. 도 9에 도시된 실시예에서, 시준 유닛 (120)은 명암 향상 유닛 (140)과 유사하지만, 아래에 기술된 바와 같이 변형되었다. 예를 들면, 시준 유닛 (120)은 제1 주요 표면 (742) 및 상기 제1 주요 표면에 대향되는 제2 주요 표면 (744)을 포함한다. 제1 주요 표면 (742)은 한 어레이의 광학 요소 (746)들을 포함한다. 한 어레이의 광학 요소 (746)들은 한 어레이의 광학 요소 (146)들에 대해 본원에 기술된 것처럼 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 한 어레이의 광학 요소 (746)들은 한 어레이의 시준 렌즈들 (예를 들어, 원통형 렌즈들, 프레넬 렌즈들, 원통형 프레넬 렌즈들, 또는 그들의 조합들)을 포함한다. 제2 주요 표면 (744)은 광 반사층 (748) 및 광 반사층 안에 한 어레이의 어퍼쳐 (750)들을 포함한다. 광 반사층 (748)은 반사 재료 (예를 들어, 백색 또는 거울층)을 포함한다. 한 어레이의 어퍼쳐 (750)들은 한 어레이의 어퍼쳐 (150)들에 대해 본원에 기술된 것으로 구성될 수 있다. 한 어레이의 어퍼쳐 (750)들은 한 어레이의 광학 요소 (746)들에 대응된다. 예를 들면, 각각의 광학 요소 (746)는 적어도 하나의 어퍼쳐 (750)와 정렬된다. 시준 유닛 (120)은 명암 향상 유닛 (140)과 비교하여 반전된다. 예를 들면, 시준 유닛 (120)은 발광 유닛 (110)에 인접하여 배치되어 발광 유닛에서 방출된 광은 상기 시준 유닛의 제2 표면 (148) 상에 입사된다. 이로써, 제2 표면 (148)은 유입구 표면을 포함하고, 제1 표면 (744)은 유출구 표면을 포함한다. 시준 유닛 (120) 및 발광 유닛 (110)은 광 반사층 (748)이 상기 발광 유닛과 한 어레이의 광학 요소 (746)들 사이에 배치되도록 배열된다.

도 9에 도시된 실시예에서, 상기 한 어레이의 어퍼쳐들은 제1 방향으로 연장되는 한 어레이의 긴 어퍼쳐들을 포함하고, 한 어레이의 광학 요소 (746)들은 제1 방향으로 연장되는 한 어레이의 렌티큘러 렌즈들을 포함한다. 이로써, 제1 방향은 긴 어퍼쳐들의 길이 및/또는 상기 렌티큘러 렌즈들의 종방향 축과 정렬된다. 광 가이드 (716)의 제2 표면에서 방출된 광은 시준 유닛 (120)의 제2 표면 (744)과 접촉한다. 광 반사층 (748)의 어퍼쳐에서 제2 표면 (744)과 접촉하는 광은 광학 요소에 의해 초점이 맞춰지고 이미지 디스플레이 유닛 (130) 및/또는 명암 향상 유닛 (140)을 향하여 지향되기 위해 상기 광 반사층을 통과한다. 제2 표면 (744)에 접촉하는 남은 광은 광 가이드 (716) 안으로 광 반사층 (748)에 의해 반사된다. 이로써, 광은 시준 유닛 (120)의 어퍼쳐를 통해 허용되기까지 광 가이드 (716) 안으로 재활용될 수 있다. 시준 유닛 (120)은 광 가이드 (716)에서 방출된 상기 광을 시준하도록 구성된다 (예를 들어, 상기 광을 상대적으로 좁은 어퍼쳐들을 통하도록 강제함으로써). 추가적으로, 또는 대안적으로, 밝기 향상 유닛 (719)은 오직 적절한 편광이 상기 어퍼쳐들을 통과하는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 본원에 기술된 것처럼 긴 어퍼쳐들 및 렌티큘러 렌즈들과 시준 유닛 (120)은 제1 방향 (예를 들어, 어퍼쳐들 및 렌티큘러 렌즈들에 평행한)으로 광을 시준함 없이, 제2 방향으로 (예를 들어, 어퍼쳐들 및 렌티큘러 렌즈들에 수직인) 상기 광을 시준하도록 구성된다. 이로써, 시준 유닛 (120)은 1차원 시준 유닛으로서 구성될 수 있다. 도 9에 도시된 발광 유닛 (110)은 반사 확산 유닛 (718)을 포함하기 때문에, 시준 유닛 (120)에 의해 방출된 상기 광은 추가적인 확산 유닛을 사용함 없이 제1 방향으로 확산될 수 있다.

비록 한 어레이의 광학 요소 (146)들 및 한 어레이의 광학 요소 (746)들이 도 9에서 동일한 피치를 가지는 것처럼 도시되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 다른 실시예들에서, 상기 어레이들의 광학 요소들은 동일하거나 다른 피치들, 동일하거나 다른 형상들, 및 동일하거나 다른 크기들을 가질 수 있다. 비록 한 어레이의 어퍼쳐 (150)들 및 한 어레이의 어퍼쳐 (750)들이 도 9에서 동일한 피치를 가지는 것처럼 도시되었지만, 다른 실시예들이 본 개시에 포함된다. 다른 실시예들에서, 상기 어레이들의 어퍼쳐들은 동일한 또는 다른 피치들, 동일한 또는 다른 형상들, 및 동일한 또는 다른 크기들을 가질 수 있다.

본원에 기술된 다른 실시예들의 다양한 구성요소들이 서로 조합에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 시준 유닛 (120)은 도 6에 도시된 광 유닛 (110)과 사용될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 도 6에 도시된 시준 유닛 (120)은 도 9에 도시된 광 유닛 (110)과 사용될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 도 4에 도시된 명암 향상 유닛 (240) 또는 도 5에 도시된 명암 향상 유닛 (340)은 도 6에 도시된 시준 유닛 (120) 또는 도 9에 도시된 시준 유닛 (120) 및 도 6에 도시된 광 유닛 (110) 또는 도 9에 도시된 광 유닛 (110)과 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 시청자에 의해 즉시 시청할 수 있는 이미지를 생성하기 위한 방법은 광을 방출하는 단계, 제2 방향에 수직인 제1 방향으로 광을 시준함 없이 제2 방향으로 상기 광을 시준하는 단계, 및 제2 방향으로 광을 확산시킴 없이 제1 방향으로 상기 광을 확산시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 광을 방출하는 단계는 제2 방향으로 실질적으로 램버트 강도 분포를 가지는 램버트 광을 방출하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 램버트 광을 제2 방향으로 상기 광을 시준하는 단계 이전에 제2 방향으로 실질적으로 균일한 강도 분포를 가지는 균일한 광으로 변환하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 한 시청자에 의해 즉시 시청하기 위해 광 흡수층의 한 어레이의 어퍼쳐들 상에 상기 광의 초점을 맞추는 단계를 더 포함한다.

다양한 변형들 및 변경들이 본 발명의 기술 사상 또는 권리범위를 벗어남 없이 만들어질 수 있다는 것은 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 발명은 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들의 기술분야를 제외하고는 제한되지 않아야 한다.

Claims (38)

1. 한 열 (a row)로 배열되고 광을 방출하도록 구성되는 일련의 광원들 - 상기 열은 제1 방향에 평행하게 연장됨;
   상기 제1 방향으로 상기 광을 시준하지 않고, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 광을 시준하도록 구성된 시준 유닛; 및
   상기 열에 수직인 상기 제2 방향으로 광을 확산시키지 않고, 상기 열에 평행한 상기 제1 방향으로 광을 확산시키도록 구성된 확산 유닛;을 포함하는 광 유닛; 및
   제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면에 대향된 제2 주요 표면을 포함하는 명암 향상 유닛 - 상기 제1 주요 표면은 한 어레이의 광학 요소들을 포함하고, 상기 제2 주요 표면은 광 흡수층 및 상기 한 어레이의 광학 요소들에 대응되고 상기 광 흡수층 내의 한 어레이의 어퍼쳐들을 포함함;을 포함하고,
   여기서 상기 명암 향상 유닛 및 상기 광 유닛은 상기 한 어레이의 광학 요소들이 상기 광 유닛과 상기 광 흡수층 사이에 배치되도록 배열되고, 상기 시준 유닛은 상기 일련의 광원들과 상기 확산 유닛 사이에 배치되는, 직시 디스플레이 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 일련의 광원들은 제1 광원 및 상기 제1 광원에 바로 인접하고 거리 X 만큼 상기 제1 광원에서 이격된 제2 광원을 포함하고, 상기 확산 유닛은 거리 Z 만큼 상기 일련의 광원들에서 이격되고, 및 상기 확산 유닛은 공식 : θ ＞arctan (X/Z)를 만족하는 확산 각도 θ를 포함하는, 직시 디스플레이 디바이스.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 일련의 광원들에 의해 방출된 광은 상기 제2 방향에서 램버트 각도 강도 분포를 가지는 광각도의 광(wide-angle light)을 포함하고, 상기 시준 유닛은:
   컨디셔닝 요소 - 상기 컨디셔닝 요소는 상기 광각도의 광을, 상기 컨디셔닝 요소에서 이격된 기준면(reference plane)에서 상기 제2 방향으로 균일한 각도 강도 분포를 가지는 균일한 광으로 변환시킴; 및
   상기 제2 방향으로 상기 균일한 광을 시준하기 위한 시준 요소;를 포함하는, 직시 디스플레이 디바이스.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 시준 유닛은 프레넬 렌즈를 포함하는, 직시 디스플레이 디바이스.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 시준 유닛은 상기 일련의 광원과 상기 명암 향상 유닛 사이에 배치되는, 직시 디스플레이 디바이스.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 일련의 광원은 상기 제2 방향에서 램버트 각도 강도 분포를 가지는 광각도 광을 방출하도록 구성되고,
   상기 광 유닛은 컨디셔닝 요소로부터 이격된 기준면에서 광각도의 광을 균일한 각도 강도 분포를 가지는 균일한 광으로 변환하도록 구성되는 컨디셔닝 요소를 더욱 포함하고, 여기서 상기 컨디셔닝 요소는 상기 일련의 광원과 시준 요소 사이에 위치되는, 직시 디스플레이 디바이스.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 명암 향상 유닛은 유리 기판 및 상기 유리 기판 상에 배치된 레진 층을 포함하고, 상기 한 어레이의 광학 요소는 상기 레진 층에서 형성되는, 직시 디스플레이 디바이스.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 유닛과 상기 명암 향상 유닛 사이에 배치되는 이미지 디스플레이 유닛을 더 포함하고, 상기 이미지 디스플레이 유닛은 한 어레이의 픽셀들을 포함하고, 여기서 상기 명암 향상 유닛 및 상기 이미지 디스플레이 유닛은 상기 명암 향상 유닛의 각각의 광학 요소가 상기 이미지 디스플레이 유닛의 적어도 하나의 대응되는 픽셀과 정렬되도록 배열되는, 직시 디스플레이 디바이스.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 한 어레이의 광학 요소들은 한 어레이의 렌티큘러 렌즈들(lenticular lenses)을 포함하고, 상기 한 어레이의 어퍼쳐들은 한 어레이의 선형인 어퍼쳐들을 포함하고, 각각의 어퍼쳐는 대응되는 렌티큘러 렌즈와 정렬되는, 직시 디스플레이 디바이스.
10. 광을 방출하도록 구성된 발광 유닛;
    제1 방향에 수직한 적어도 제2 방향에서 광을 시준하도록 구성된 시준 유닛;
    상기 제2 방향으로 광을 확산시키지 않고, 제1 방향으로 광을 확산시키도록 구성된 1차원 확산기를 포함하는 확산 유닛; 및
    상기 제1 방향과 제2 방향으로 배열된 2차원 어레이의 픽셀들을 포함하는 이미지 디스플레이 유닛;을 포함하고,
    여기서 상기 시준 유닛은 상기 발광 유닛과 확산 유닛 사이에 배치되고, 상기 확산 유닛은 상기 시준 유닛과 이미지 디스플레이 유닛 사이에 위치되는, 직시 디스플레이 디바이스.
11. 청구항 10에 있어서,
    제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면에 대향된 제2 주요 표면을 포함하는 명암 향상 유닛을 더욱 포함하며,
    여기서 상기 제1 주요 표면은 한 어레이의 광학 요소들을 포함하고, 상기 제2 주요 표면은 광 흡수층 및 상기 한 어레이의 광학 요소들에 대응되고 상기 광 흡수층 내의 한 어레이의 어퍼쳐들을 포함하고,
    상기 명암 향상 유닛 및 상기 발광 유닛은 상기 한 어레이의 광학 요소들이 상기 발광 유닛과 상기 광 흡수층 사이에 배치되도록 배열되고, 상기 확산 유닛은 상기 시준 유닛과 상기 명암 향상 유닛 사이에 배치되는, 직시 디스플레이 디바이스.
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