KR102545547B1

KR102545547B1 - 디스플레이 유닛 및 프로젝션 장치

Info

Publication number: KR102545547B1
Application number: KR1020210128995A
Authority: KR
Inventors: 유-안 후앙; 푸-밍 추앙
Original assignee: 코어트로닉 코포레이션
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-06-20
Also published as: KR20220049455A; JP2022064866A; TW202215140A; TWI786470B; EP3985434A1; US11709419B2; US20220113618A1

Abstract

본 발명은 디스플레이 유닛 및 프로젝션 장치를 제공한다. 디스플레이 유닛은 제1색 광을 제공하도록 구성된 제1 발광소자들을 갖는 복수의 제1 디스플레이 패널, 제1색 광의 전송 경로 상에 위치되고, 변환영역과 비변환영역을 갖는 파장변환소자, 제2색 광을 제공하도록 구성된 제2 발광소자들을 갖는 제2 디스플레이 패널 및 집광소자를 포함한다. 양자점 변환재료가 변환영역에 배치된다. 제1색 광의 일부는 변환영역을 통과한 후에 제3색 광으로 변환되고, 제1색 광의 다른 일부는 비변환영역을 통과한다. 집광소자는 제1색 광, 제2색 광 및 제3색 광의 전송 경로 상에 위치되고, 영상 빔을 형성하도록 구성된다.

Description

디스플레이 유닛 및 프로젝션 장치{DISPLAY UNIT AND PROJECTION DEVICE}

<관련 출원에 대한 상호 참조>

본 출원은 2020년 10월 14일에 출원된 미국 특허 가출원 제63/091,317호 및 2020년 11월 13일에 출원된 중국 특허 출원 제202011268291.4호에 대하여 우선권을 주장한다. 상술한 각각의 특허문헌들은 참조에 의해 본원 명세서의 내용으로 편입되고, 본 명세서의 일부를 구성한다.

<기술분야>

본 발명은 광학 유닛 및 광학장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 디스플레이 유닛 및 그러한 디스플레이 유닛을 구비하는 프로젝션 장치에 관한 것이다.

일반적으로 말하면, 디지털 광 처리(Digital Light Processing, DLP) 및 엘코스(LCoS; Liquid crystal on silicon) 기술을 이용하는 삼색 혼합 프로젝션 장치(three-color mixing projection device)는 조명을 제공하고 광학 시스템 설계와 협력하여 투사 빔(projection beam)을 형성하는 발광 다이오드(LED) 및 레이저 다이오드와 같은 고체 상태 광원(solid state light source)을 필요로 한다. 그러나 이 방법으로 형성된 프로젝션 장치는 대형이어서, 소형 프로젝션 장치의 제조에 적합하지 않다.

기존에 광원으로서 복수의 마이크로-LED를 사용하는 디스플레이 및 광 결합 시스템에 의해 형성되는 프로젝션 장치가 존재한다. 그러나 마이크로-LEDs 사이의 거리가 5 미크론 미만이면, 다수의 마이크로-LED 칩들이 구동 백보드로 이송되어 본딩되어야 하며, 풀-컬러 패널을 형성하기 위해서 다수의 마이크로-LED 칩들의 이송이 여러 차례 수행되어야 하기 때문에 프로세스가 상당히 복잡하다. 따라서 아직까지 시장에 원-피스 풀-컬러 마이크로-LED 디스플레이 패널(one-piece full-color micro-LED display panel)은 존재하지 않는다.

쓰리-피스 마이크로-LED 디스플레이 패널 및 X 프리즘 광 결합 시스템(light combining system)이 마이크로 프로젝션 장치를 형성하는 데 사용되는 경우에, 마이크로-LEDs에 의해 제공되는 빔은 큰 발광각(light emitting angle)을 갖고, 따라서 서로 상이한 색상의 광들의 광 누설(light leakage)의 처리와 정렬 문제 (alignment problem)도 복잡해진다. 마이크로-LED에 의해 제공되는 빔의 발광 각도를 줄이기 위해서, 반사판이나 마이크로 렌즈 어레이가 사용되지만, 마이크로-LEDs 사이의 거리가 5 미크론 미만이면, 발광 반각(light emitting half angle)의 가능한 최소값은 약 20°가 된다. 따라서 서로 다른 마이크로-LED 디스플레이 패널의 광들이 결합하면, 빔의 일부가 X 프리즘 광 결합 시스템에서 전반사되어, 후속 광학 시스템에 무효 광(invalid light)이 유입되어 미광(迷光, stray light)이 발생하고, 따라서 영상 스크린의 콘트라스트에 영향을 미친다.

발명의 배경이 되는 기술 란에 기재된 내용은 본 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 따라서 이미 통상의 기술자에게 공지된 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 발명의 배경이 되는 기술 란에 기재된 정보는 본 발명의 하나 이상의 구현예에 의해 해결되어야 하는 하나 이상의 기술적 과제가 통상의 기술자에 의해 인식되었음을 의미하지 않는다.

본 발명은 소형 및 고화질의 이점을 갖는 디스플레이 유닛 및 프로젝션 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적들 및 이점들은 본 명세서에 개시된 기술적 특징들로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적 또는 다른 목적들의 하나, 또는 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 본 발명의 구현예는 디스플레이 유닛을 제공한다. 디스플레이 유닛은 제1 디스플레이 패널, 파장변환소자(wavelength conversion element), 제2 디스플레이 패널, 및 광결합소자(light combining element)를 포함한다. 제1 디스플레이 패널은 제1색 광(first color light)을 제공하도록 구성된 다수의 제1 발광소자들을 갖는다. 파장변환소자는 제1색 광의 전송 경로 상에 위치하며 변환영역(conversion region)과 비변환영역(non-conversion region)을 갖는다. 변환영역 상에는 양자점 변환재료들(quantum dot conversion material)이 배치된다. 제1색 광의 일부는 변환영역을 통과한 후에 제3색 광으로 변환되고, 제1색 광의 다른 일부는 비변환영역을 통과한다. 제2 디스플레이 패널은 제2색 광을 제공하도록 구성된 다수의 제2 발광소자들을 갖는다. 상기 광결합소자는 상기 제1색 광, 상기 제2색 광 및 상기 제3색 광의 전송 경로 상에 위치하며, 상기 비변환영역을 통과하는 제3색 광, 제2색 광 및 제1색 광을 가이드하여 영상 빔을 형성하도록 구성된다.

상기 하나의 목적 또는 다른 목적들의 하나, 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 본 발명의 구현예는 프로젝션 장치를 제공한다. 프로젝션 장치는 디스플레이 유닛과 프로젝션 렌즈(projection lens)를 포함한다. 프로젝션 렌즈는 영상 빔의 전송 경로에 위치하며, 영상 빔을 프로젝션 장치 밖으로 투사하도록 구성된다.

이상에서 설명한 내용에 기초할 때, 본 발명의 다양한 구현예들은 후술하는 이점들 또는 효과들 가운데 하나 이상을 갖는다. 본 발명의 구현예에서, 디스플레이 유닛의 제1 디스플레이 패널과 제2 디스플레이 패널의 배치에 의해서, X 프리즘 광결합 시스템을 배치할 필요가 없고, 단일 피스 빔 스플릿터(single-piece beam splitter)만을 배치할 수 있게 되어, 구조가 간단해지고 크기가 소형화되는 이점이 있으며, 서로 다른 마이크로-LED 디스플레이 패널들의 색 광이 전반사될 때 후속 광학 시스템에 대한 무효 광(invalid light)의 유입으로 인한 미광(stray light)의 가능성을 줄일 수 있다. 더욱이 디스플레이 유닛의 제1 디스플레이 패널과 제2 디스플레이 패널의 배치에 의해서, 프로젝션 장치는 구조가 간단해지고 크기가 소형화되는 이점이 있으며, 정렬될 필요가 있는 색 광들의 수를 감소시키고, 시스템에서의 미광의 가능성을 줄일 수 있다. 이와 같이 해서, 영상 스크린의 컨트라스트와 화질을 더 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기타의 목적들, 특징들 및 이점들은 본 발명의 구현예들에 의해 개시된 추가적인 기술적 특징들로부터 더 잘 이해될 것이며, 본 발명의 바람직한 구현예들이 도시되고 설명되었으나, 본 발명을 실시하기에 가장 적합한 모드의 예시일 뿐이다.

첨부 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 구현예를 예시하고, 발명의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 프로젝션 장치의 개략적인 구조도이다. 도 2a 내지 도 2d는 도 1의 디스플레이 유닛의 단위 화소들 사이의 다양한 대응 관계를 나타내는 도면이고, 제1 디스플레이 패널 및 제2 디스플레이 패널의 단위 화소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 프로젝션 장치의 개략적인 구조도이다.

후술하는 바람직한 구현예의 상세한 설명에서, 본원의 일부를 구성하는 본 발명이 실시되는 구체적인 구현예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

이와 관련하여, 방향성을 나타내는 용어 "상부(top)" "하부(bottom)" "전(front)" "후(back)" 등은 설명되는 도면들의 방향을 참조하여 사용된다. 본 발명의 구성 요소들은 다수의 상이한 배향으로 위치될 수 있다. 이와 같이, 방향성 용어는 예시의 목적으로 사용되며 결코 제한적인 의미로 사용되는 것은 아니다. 한편, 도면은 개략적이며, 구성 요소의 크기는 설명의 명확성을 위해 과장될 수 있다. 다른 구현예들이 이용될 수 있고, 구조적 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본원에서 사용되는 표현 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.

"함유하는(including)" "포함하는(comprising)" 또는 "갖는(having)" 및 이들의 변형들의 사용은 그 다음에 나열된 아이템들 및 그의 균등물들은 물론 추가적인 아이템들을 포함하는 것을 의미한다. 달리 한정하지 않는 한 용어 "연결된 (connected)" "결합된(coupled)" 및 "장착된(mounded) 및 이들의 변형들은 본 명세서에 광의로 사용되며, 직접 및 간접적인 연결, 결합 및 장착을 포함한다. 유사하게, 용어 "면하는(facing)" "면(faces)" 및 이들의 변형들은 본원에서 광의로 사용되며, 직접적 및 간접적으로 면하는 것을 의미하고, "인접하는(adjacent to)" 및 이의 변형들은 본원에서 광의로 사용되고, 직접 및 간접적으로 인접하는 것을 의미한다. 따라서 "B" 성분에 면하는 "A" 성분이라는 설명은 "A" 성분이 "B" 성분에 직접적으로 면하거나 하나 이상의 추가 성분들이 "A" 성분과 "B" 성분 사이에 존재하는 상황을 포함할 수 있다. 또한 "B" 성분에 인접하는 "A" 성분이라는 설명은, "A" 성분이 "B" 성분에 직접적으로 인접하거나 하나 이상의 추가 성분들이 "A" 성분과 "B" 성분 사이에 존재하는 상황을 포함할 수 있다. 따라서 도면과 설명들은 본질적으로 예시이고 제한적이 아닌 것으로 간주된다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 프로젝션 장치의 개략적인 구조도이다. 도 1을 참조하면, 프로젝션 장치(200)는 디스플레이 유닛(100)과 프로젝션 렌즈(210)를 포함한다. 디스플레이 유닛(100)은 영상 빔을 제공하도록 구성되고, 프로젝션 유닛(210)은 영상 빔의 전송 경로에 위치되고, 프로젝션 장치(200)에서 나오는 영상 빔을 투사하도록 구성된다. 예를 들어, 이 구현예에서, 프로젝션 렌즈(210)는, 예를 들어, 다양한 디옵터 값을 갖는 하나 이상의 렌즈들의 조합을 포함한다. 프로젝션 렌즈(210)는 예를 들어, 양면 오목 렌즈, 양면 볼록 렌즈, 오목 볼록 렌즈, 오목 볼록 렌즈, 평-볼록 렌즈(plane-convex lens) 및 평-오목 렌즈(plane-concave lens)를 포함하는 다양한 조합의 비평면 렌즈(non-planar lenses)를 포함한다. 일 구현예에서, 프로젝션 렌즈(210)는 디스플레이 유닛(100)으로부터의 영상 빔을 반사 방식 또는 투과 방식으로 스크린 또는 벽과 같은 프로젝션 타깃에 투사하기 위해서 평면 광학 렌즈(planar optical lenses)를 포함할 수 있다. 본 발명은 프로젝션 렌즈(210)의 형태 및 타입을 한정하지 않는다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 구현예에서, 디스플레이 유닛(100)은 제1 디스플레이 패널(110), 파장변환소자(120), 제2 디스플레이 패널(130) 및 광결합소자(140)를 포함한다. 구체적으로, 제1 디스플레이 패널(110)은 제1색 광 (color light)을 제공하도록 구성된 다수의 제1 발광소자들(111)을 포함하고, 제2 디스플레이 패널(130)은 제2색 광을 제공하도록 구성된 다수의 제2 발광소자들 (131)을 갖는다. 예를 들어, 제1 디스플레이 패널(110) 및 제2 디스플레이 패널(130)은 마이크로-LED 디스플레이 패널이고, 제1 발광소자(111) 및 제2 발광소자(131)는 각각 청색 마이크로-LED 및 적색 마이크로-LED일 수 있으며, 각각 청색광 및 적색광을 제공하도록 구성될 수 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 파장변환소자(120)는 제1색 광(L1)의 전송 경로 상에 위치되고 광결합소자(140)와 제1 디스플레이 패널(110) 사이에 배치된다. 파장변환소자(120)는 변환영역(conversion region, QR)과 비변환영역 (non-conversion region, NR)을 갖고, 변환영역 (QR)에는 제1색 광(L1)을 다른 색으로 변환할 수 있도록 구성될 수 있는 양자점 변환재료(quantum dot conversion material)(QD)가 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 구현예에서, 제1색 광(L1)의 일부는 변환영역(QR)을 통과한 후에 제3색 광(L3)으로 변환되고, 양자점 변환재료(QD)가 제공되지 않은 비변환영역(NR)을 통과하는 제1색 광(L1)의 다른 일부는 비변환영역(NR) 통과 후에도 여전히 제1색 광(L1)이다. 예를 들어, 본 구현예에서, 양자점 변환재료(QD)는 녹색광을 생성하고, 녹색 광을 청색광으로 변환할 수 있는 양자점 변환재료(QD)이다. 즉, 본 구현예에서, 제1색 광(L2)은 청색광이고, 상기 제2색 광(L2)은 적색광, 그리고 제3색 광(L3)은 녹색광이다.

또한, 광결합소자(140)는 제1색 광(L1), 제2색 광(L2), 및 제3색 광(L3)의 전송 경로상에 위치한다. 광결합소자(140)는 부분적으로 투과성이고 부분적으로 반사형인 소자, 다이크로익 미러(dichroic mirror), 편광분할소자(polarization splitting element), 또는 기타의 빔을 분할하는 다양한 소자들일 수 있다. 예를 들어, 본 구현예에서, 광결합소자(140)는 적색광을 반사하고 청색광 및 녹색광을 투과시킬 수 있다. 즉, 광결합소자(140)는 제2색 광(L2)을 반사하고, 제1색 광(L1)과 제3색 광(L3)을 투과시킬 수 있다. 이와 같이, 제1 디스플레이 패널 (110)로부터의 제1색 광(L1) 및 제3색 광(L3)은 광결합소자(140)를 통과할 수 있고, 제2 디스플레이 패널(130)로부터의 제2색 광(L2)은 광결합소자(140)에 의해 반사될 수 있다. 광결합소자(140)의 안내 하에 제1색 광(L1), 제2색 광(L2) 및 제3색 광(L3)은 혼합되어 영상 빔을 형성한다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 구현예에서, 프로젝션 렌즈(210)는 제1 디스플레이패널(110)과 반대측에 위치하여, 영상빔이 프로젝션 렌즈(210)로 입사할 수 있다. 영상 빔은 서로 상이한 색상의 제1색 광(L1), 제2색 광(L2), 및 제3색 광(L3)에 의해 형성되기 때문에, 영상 빔의 경우에, 디스플레이 유닛(100)의 단위 화소의 색은 제1 디스플레이 패널(110) 및 제2 디스플레이 패널(130)의 단위 화소의 개폐에 의해 조정될 수 있고, 따라서 프로젝션 렌즈(210)에 의해 투사되는 영상 빔에 의해 생성된 영상 스크린은 컬러 스크린이 될 수 있다.

이로써, 디스플레이 유닛(100)의 제1 디스플레이 패널(110) 및 제2 디스플레이 패널(130)의 배치에 의해서, X 프리즘 광 결합 시스템을 배치할 필요가 없고, 싱글-피스 빔 스플리터만 배치할 수 있게 된다. 이에 의해서 구조가 간단해 지고 소형화되며, 서로 다른 마이크로-LED 디스플레이 패널의 색 광(color light)이 전반사될 때, 후속 광학 시스템에 대한 무효 광(invalid light)의 유입으로 인한 미광(迷光)의 가능성을 줄일 수 있는 이점을 갖는다. 더욱이, 디스플레이 유닛 (100)의 제1 디스플레이 패널(110)과 제2 디스플레이 패널(130)의 배치로 인해서, 프로젝션 장치(200)는 구조가 간단해지고, 소형화되는 이점이 있으며, 정렬되어야 하는 색 광의 수를 줄일 수 있고, 또한 시스템내의 미광의 가능성을 줄일 수 있다. 이로써, 영상 스크린의 콘트라스트 및 화질이 더욱 향상될 수 있다.

이하에서, 도 2a 내지 도 2d를 참고하여, 디스플레이 유닛(100)의 단위 화소들(unit pixels) 및 제1 디스플레이 패널(110) 및 제2 디스플레이 패널(130)의 단위 화소들 사이의 다양한 대응 관계에 대해서 더 설명한다.

이 구현예에서, 도 1 및 도 2a 내지 도 2d에 도시한 바와 같이, 제1 디스플레이 패널(110)은 복수의 제1 화소영역들(PX1)을 갖는다. 제1 화소영역들(PX1)은 제1 디스플레이 패널(110)의 단위 화소들이다. 각각의 제1 발광소자들 (111)은 제1 화소영역(PX1)에 배치된다. 비변환영역(NR)은 제1 화소영역(PX1)의 제1 부분(PR1)에 대응하고, 변환영역(QR)은 제1 화소영역(PX1)의 제2 부분(PR2)에 대응한다. 또한, 제2 디스플레이 패널(130)은, 복수의 제2 화소영역들(PX2)을 갖는다. 제2 화소영역들(PX2)은 제2 디스플레이 패널(130)의 단위 화소들이고, 각각의 제2 발광소자 (131)는 각각의 대응하는 제2 화소영역(PX2)상에 배치된다.

더욱이, 본 구현예에서, 각각의 제2 화소영역(PX2) 및 각각의 제1 화소영역 (PX1)은, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 일-대-다 대응관계(one-to-many correspondence relationship)를 갖거나, 각각의 제2 화소영역(PX2) 및 각각의 제1 화소영역 (PX1)은, 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 일-대-일 대응관계 (one-to-one correspondence relationship)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 제2 디스플레이 패널(130)의 하나의 제2 화소영역(PX2)은 제1 디스플레이 패널(110)의 4개의 제1 화소영역(PX1)에 대응한다; 즉, 도 2a 및 도 2b의 구현예에서, 제1 디스플레이 패널(110)의 해상도는 제2 디스플레이 패널(130)의 해상도보다 크다. 이와 같이 하여, 디스플레이 유닛(100)의 그의 단위 화소로서의 디스플레이 화소영역에 의해 제공되는 빔은, 제2 디스플레이 패널(130)의 제2 화소영역(PX2)에 의해 제공된 제2색 광(L2) 및 제1 디스플레이 패널(110)의 4개의 제1 화소영역(PX1)에 의해 제공된 제1색 광(L1), 및 제3색 광(L3)에 의해 형성된다. 이로써, 디스플레이 유닛(100)의 각각의 디스플레이 화소영역은 각각의 제2 화소영역(PX2)과 일-대-일 대응관계를 갖는다.

더욱이, 도 2a 및 도 2b의 구현예와 유사하게, 도 2c 및 도 2d의 구현예에서, 제1 디스플레이 패널(110)의 제1 화소영역(PX1)의 제1 부분(PR1)의 개수는 제1 디스플레이 패널(110)의 제1 화소영역(PX1)의 제2 부분(PR2)의 개수보다 적거나 같다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 화소영역들(PX1)의 제1 부분(PR1)의 개수의 제1 화소영역들(PX1)의 제2 부분(PR2)의 개수에 대한 비는 1:1이거나, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제1 화소영역(PX1)의 제1 부분(PR1)의 개수의 제1 화소영역(PX1)의 제2 부분(PR2)의 개수에 대한 비율은 1:3이다. 이렇게 하여, 디스플레이 유닛(100)의 각각의 디스플레이 화소영역의 제1색 광(L1)의 비율은 제3색 광의 비율과 같거나 적다. 또한, 제2 디스플레이 패널(130)의 제2 화소영역(PX2)이 제1 디스플레이 패널(110)의 제1 화소영역(PX1)보다 크기 때문에, 디스플레이 유닛 (100)의 각각의 디스플레이 화소영역의 제2색 광(L2)의 비율이 제1색 광(L1) 또는 제3색 광(L3)의 비율보다 더 크다. 이와 같이, 본 구현예에서, 디스플레이 유닛(100)에 의해 형성되는 백색 광 중의 적색 광의 비율은 청색광 또는 녹색광의 비율보다 큰데, 이것은 프로젝션 장치(200)의 프로젝션 스크린의 적색 성능을 향상시킬 수 있고, 프로젝션 장치(200)의 모델들에 대한 스크린에 대한 더 높은 색상 성능 요구를 충족시킬 수 있다.

또한 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 제2 디스플레이 패널(130)의 각각의 제2 화소영역(PX2)은 제1 디스플레이 패널(110)의 각각의 제1 화소영역(PX1)에 대응하고, 이들은 일-대-일 대응관계를 갖는다; 즉, 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 제1 디스플레이 패널(110)의 해상도는 제2 디스플레이 패널(130)의 해상도와 동일하다. 그러나, 이와 같이 하여, 디스플레이 유닛(100)의 그의 단위 화소로서의 디스플레이 화소영역에 의해 제공되는 빔은, 제2 디스플레이 패널(130)의 네 개의 제2 화소영역(PX2)에 의해 제공된 제2색 광(L2) 및 제1 디스플레이 패널(110)의 네 개의 제1 화소영역(PX1)에 의해 제공된 제1색 광(L1) 및 제3색 광(L3)에 의해 형성된다. 이와 같이 하여, 각각의 제1 화소영역(PX1)과 각각의 제2 화소영역(PX2)은 각각의 디스플레이 화소 영역에 대해서 다-대-일(many-to-one) 대응관계를 갖는다. 다시 말해서, 디스플레이 유닛의 해상도는 제1 디스플레이 패널(110) 및 제2 디스플레이 패널(130)의 해상도보다 크다.

더욱이, 도 2a 및 도 2b의 구현예와 유사하게, 도 2c 및 도 2d의 구현예에서, 제1 디스플레이 패널(110)의 제1 화소영역(PX1)의 제1 부분(PR1)의 개수는 제1 디스플레이 패널(110)의 제1 화소영역(PX1)의 제2 부분(PR2)의 개수보다 적거나 같다. 이렇게 하여, 디스플레이 유닛(100)의 각각의 디스플레이 화소영역의 제2색 광(L2)의 비율은 제1색 광 또는 제3색 광의 비율보다 크다. 이와 같이 하여, 본 구현예에서 디스플레이 유닛(100)에 의해서 형성되는 백색 광 중의 적색광의 비율은 청색광 또는 녹색광의 비율보다 큰데, 이것은 프로젝션 장치(200)의 프로젝션 스크린의 적색 성능을 향상시킬 수 있고, 따라서 프로젝션 장치(200)의 모델들에 대한 스크린에 대한 더 높은 색상 성능 요구를 충족시킬 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2a를 참조하라. 이 구현예에서, 디스플레이 유닛(100)은 집광소자(light concentrating element)(150)를 더 포함할 수 있다. 집광소자 (150)는 파장변환소자(120) 및 제2색 광(L2)의 전송 경로 상에 배치되고, 집광소자(150)는 다수의 제1 집광유닛(151), 다수의 제2 집광유닛(152), 및 다수의 제3 집광유닛(153)을 갖는다. 예를 들어, 집광소자(150)는 어레이 렌즈이고; 제1 집광유닛(151), 제2 집광유닛(152) 및 제3 집광유닛(153)은 각각 서로 다른 마이크로 렌즈 유닛이며, 그들의 광학 유효 면(optically effective surfaces)들은 서로 다른 곡률을 갖는다. 제1 집광유닛(151) 각각은 제1 화소영역(PX1)의 제1 부분 (PR1) 각각에 대응하여 배치되고, 각각의 제2 집광유닛(152)은 제1 화소영역 (PX1)의 제2 부분(PR2) 각각에 대응하여 배치되고, 각각의 제3 집광유닛(153)은 제2 화소영역 (PX2)의 각각에 대응하여 배치된다. 따라서, 제1 집광유닛(151), 제2 집광유닛 (152) 및 제3 집광유닛(153)의 배치에 의해, 제1색 광(L1), 제2색 광(L2) 및 제3색 광(L3)의 발광각도(light emitting angle)를 더 줄일 수 있고, 제1색 광(L1), 제2색 광(L2) 및 제3색 광(L3)의 발광각도가 동일하게 되어, 디스플레이 유닛(100)의 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 구현예에서, 제1색 광(L1)은 청색광이고, 제2색 광(L2)은 적색광이며, 제3색 광(L3)은 녹색광이지만, 본 발명이 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니다. 다른 구현예에서, 제1색 광(L1)은 청색광이고, 제2색 광(L2)은 녹색광이고, 제3색 광(L3)은 적색광일 수 있다. 즉, 제2 발광소자(131)는 녹색 마이크로-LED일 수 있고, 양자점 변환재료(QD)는 적색광을 생성하는 양자점 변환재료(QD)일 수 있다. 이와 같이 하여, 디스플레이 유닛(100)의 단위 화소들의 색상은, 제1 디스플레이 패널(110) 및 제2 디스플레이 패널(130)의 단위 화소의 개폐를 제어함으로써 조정될 수 있고, 프로젝션 렌즈(210)에 의해 투사된 영상 스크린은 컬러 스크린이 될 수 있다. 더욱이, 본 구현예에서, 디스플레이 유닛(100)에 의해 형성되는 백색 광 중의 녹색광의 비율은 청색광이나 적색광의 비율보다 크고, 적색광의 비율은 청색광의 비율보다 크거나 같고, 이것은 프로젝션 장치 (200)의 프로젝션 스크린의 적색 성능을 희생하지 않으면서, 프로젝션 장치(200)의 투사 스크린의 밝기를 향상시킬 수 있고, 따라서 프로젝션 장치(200)의 모델들의 스크린에 대한 더 높은 밝기 요구를 충족시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 프로젝션 장치의 개략적인 구조도이다. 도 3을 참조하면, 도 3의 디스플레이 유닛(300)은 도 1의 디스플레이 유닛(100)과 유사하고, 차이점은 다음과 같다. 구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 이 구현예에서, 디스플레이 유닛(300)의 광결합소자(340)는 예를 들어 청색광을 반사하고, 적색광을 투과시킬 수 있다. 즉, 광결합소자(340)는 제1색 광(L1)을 반사하고, 제2색 광(L2)이 투과하도록 허용하여 영상 빔을 형성할 수 있다. 또한, 프로젝션 렌즈(210)는 제2 디스플레이 패널(130)의 반대측에 위치된다. 이와 같이 하여, 영상 빔은 광결합소자(340)를 투과한 후에 여전히 프로젝션 렌즈(210)로 입사할 수 있다. 이 구현예에서, 디스플레이 유닛(300)은 따라서 디스플레이 유닛(100)과 유사한 구조를 갖고, 따라서 프로젝션 장치(200)는 유사한 효과와 이점을 달성할 것이므로, 설명을 반복하지는 않는다.

요약하면, 본 발명의 구현예들은 다음과 같은 이점들 또는 효과들 가운데 적어도 하나를 갖는다. 본 발명의 구현예에서, 디스플레이 유닛의 제1 디스플레이 패널과 제2 디스플레이 패널의 배치로 인해서, X 프리즘 광 결합 시스템을 배치할 필요가 없고, 싱글-피스 빔 스플리터만 배치할 수 있게 되어, 구조가 간단해지고 소형화되는 이점이 있고, 서로 다른 마이크로-LED 디스플레이 패널의 색 광이 전반사될 때, 후속 광학 시스템에 대한 무효 광의 유입에 의한 미광의 가능성을 줄일 수 있다. 더욱이, 디스플레이 유닛의 제1 디스플레이 패널과 제2 디스플레이 패널의 배치로 인해서, 프로젝션 장치는 구조가 간단해지고 소형화되는 이점을 가지며, 정렬해야 하는 색 광의 수를 줄일 수 있고, 또한 시스템의 미광 가능성을 줄일 수 있다. 이로써, 영상 스크린의 콘트라스트 및 화질을 더욱 더 향상시킬 수 있다.

그러나 상기 설명들은 본 발명의 예시적인 구현예로서, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다; 즉, 특허청구범위 및 발명의 설명의 내용에 따라 이루어진 모든 단순하고 균등한 변경 및 변화는 여전히 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 본 명세서의 임의의 구현예 또는 청구항들은 본 명세서에 개시된 모든 목적 또는 이점들 또는 특징들을 달성하는 데 요구되지 않는다. 또한, 요약서 및 발명의 명칭은 특허 문헌의 검색을 돕기 위해 사용되며 본 발명의 보호범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 발명의 설명 및 청구범위에서 언급된 용어 "제1" "제2" 등은 구성요소들을 칭하거나 서로 상이한 구현예들을 구분하기 위해서 사용될 뿐이며, 본 발명의 범위는 구성요소의 수치의 상한 또는 하한으로 한정되는 것으로 의도하는 것이 아니다.

본 발명의 바람직한 구현예의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 본 발명을 개시된 정확한 형태 또는 예시적인 구현예로 제한하거나 배타적으로 만들고자 하는 의도가 아니다. 따라서, 전술한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 명백하게, 수많은 수정 및 변형이 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 구현예들은 본 발명의 원리와 최상의 모드의 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되어, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들이 다양한 구현예들 및 다양한 변형들이 특수한 용도 또는 예상되는 구현예에 더 적합하다는 것을 이해할 수 있도록 보장한다. 첨부한 특허청구범위 및 그의 균등물에 의해서 정해지는 본 발명의 보호범위 해석 시에 모든 용어는 달리 표시되지 않는 한 가능한 최광의의 의미를 갖는 것으로 의도된다. 따라서 용어 "발명(the invention)", "본 발명(the present invention)" 등은 특허청구범위를 특정한 구현예로 한정하지 않고, 본 발명의 특히 바람직한 예시적 구현예에 대한 언급은 본 발명을 제한하고자 하는 것을 의미하는 것이 아니고, 그러한 제한으로 유추되어서는 안 된다. 본 발명은 단지 첨부한 특허청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다. 본 명세서의 요약서는 요약서를 요구하는 규칙을 준수하기 위해 제공되며, 이를 통해 검색자는 본 명세서에서 제기된 특허의 기술적 설명의 대상을 신속하게 이해할 수 있도록 허용할 것이다. 요약서는 특허청구범위의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하기 위해 이용되지 않을 것이라는 이해 하에서 제출된다. 본원에 개시된 모든 이점과 유리한 점들은 본 발명의 모든 구현예에 적용되지 않을 수 있다. 후술하는 특허청구범위에 의해서 한정되는 본 발명의 보호범위로부터 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 설명된 구현예들에 대한 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 더욱이, 본 발명의 어떠한 구성요소 및 성분들도 그러한 구성요소 또는 성분들이 후술하는 청구범위에 명시적으로 언급되어 있든 아니든 간에 공공에 제공되는 것으로 의도되지 않는다.

100: 디스플레이 유닛
110: 제1 디스플레이 패널
120: 파장변환소자
130: 제2 디스플레이 패널
140: 광결합소자
150: 집광소자
200: 프로젝션 장치
210: 프로젝션 렌즈

Claims

제1 디스플레이 패널(110);
파장변환소자(120);
제2 디스플레이 패널(130); 및
광결합소자(light combining element)(140)를 포함하는 디스플레이 유닛으로서,
여기서 상기 제1 디스플레이 패널(110)은 제1색 광(first color light)(L1)을 제공하도록 구성된 복수의 제1 발광소자들(111)을 갖고,
상기 파장변환소자(120)는 제1색 광(L1)의 전송 경로 상에 위치하고, 변환영역 (conversion region, QR)과 비변환영역(non-conversion region, NR)을 가지며, 여기서 양자점 변환재료(quantum dot conversion material)(QD)가 변환영역(QR) 상에 배치되고, 제1색 광(L1)의 일부가, 변환영역(QR)을 통과한 후에 제3색 광(L3)으로 변환되고, 제1색 광(L1)의 다른 일부는 비변환영역(NR)을 통과하며,
상기 제2 디스플레이 패널(130)은 제2색 광(L2)을 제공하도록 구성된 복수의 제2 발광소자(131)를 갖고,
상기 광결합소자(140)는 상기 비변환영역(NR)을 통과하는 제1색 광(L1)의 다른 일부, 상기 제2색 광(L2) 및 상기 제3색 광(L3)의 전송 경로 상에 위치하며, 제3색 광(L3), 제2색 광(L2) 및 비변환영역(NR)을 통과하는 제1색 광(L1)의 다른 일부를 가이드하여 영상 빔을 형성하도록 구성되는 디스플레이 유닛.
제1항에 있어서, 상기 제1 디스플레이 패널은 복수의 제1 화소영역을 갖고, 상기 각각의 제1 발광소자는 상기 각각의 제1 화소영역에 대응하여 배치되고, 상기 비변환영역은 제1 화소영역의 제1 부분에 대응하고, 상기 변환영역은 제1 화소영역의 제2 부분에 대응하며, 및 제1 화소영역의 제1 부분의 개수는 제1 화소영역의 제2 부분의 개수보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 디스플레이 유닛.
제2항에 있어서, 상기 디스플레이 유닛은,
상기 파장변환소자 및 상기 제2색 광의 전송 경로 상에 배치되고, 상기 제1색 광, 상기 제2색 광 및 상기 제3색 광의 발광 각도를 동일하게 만들도록 구성된 집광소자를 더 포함하고, 여기서 상기 집광소자는 복수의 제1 집광유닛 및 복수의 제2 집광유닛을 갖고, 제1 집광유닛 각각은 제1 화소영역의 제1 부분 각각에 대응하여 배치되고, 제2 집광유닛 각각은 제1 화소영역의 제2 부분 각각에 대응하여 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 유닛.
제3항에 있어서, 상기 제2 디스플레이 패널은 복수의 제2 화소영역들을 갖고, 상기 집광소자는 복수의 제3 집광유닛들을 더 포함하고, 상기 제3 집광유닛 각각은 상기 제2 화소영역 각각에 대응하여 배치되며, 상기 제2 발광소자 각각은 상기 제2 화소영역 각각에 대응하여 배치되고, 상기 제2 화소영역과 상기 제1 화소영역들은 일-대-다(one-to-many) 대응관계를 가지며,
디스플레이 유닛은 복수의 디스플레이 화소영역들을 갖고, 각각의 디스플레이 화소영역과 각각의 제2 화소영역은 일-대-일 대응 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 유닛.
제2항에 있어서, 상기 제2 디스플레이 패널은 복수의 제2 화소영역을 갖고, 상기 제2 발광소자 각각은 상기 제2 화소영역 각각에 대응하여 배치되고, 및 상기 각각의 제2 화소영역과 상기 각각의 제1 화소영역은 일-대-일 대응관계를 가지며, 및
디스플레이 유닛은 복수의 디스플레이 화소영역을 갖고, 및 각각의 제2 화소영역과 각각의 제1 화소영역은 각각의 디스플레이 화소영역들과 동일한 다-대-일(many-to-one) 대응관계를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 유닛.
제1항에 있어서, 상기 제1색 광은 청색광이고, 상기 제2색 광은 적색광이며, 상기 제3색 광은 녹색광인 것을 특징으로 하는 디스플레이 유닛.
제1항에 있어서, 상기 제1색 광은 청색광이고, 상기 제2색 광은 녹색광이며, 상기 제3색 광은 적색광인 것을 특징으로 하는 디스플레이 유닛.
디스플레이 유닛; 및
프로젝션 렌즈를 포함하는 프로젝션 장치로서,
상기 디스플레이 유닛은 영상 빔을 제공하도록 구성되고,
제1 디스플레이 패널(110);
파장변환소자(120);
제2 디스플레이 패널(130); 및
광결합소자(140)를 포함하고,
여기서 제1 디스플레이 패널(110)은 제1색 광(L1)을 제공하도록 구성된 복수의 제1 발광소자(111)를 갖고,
상기 파장변환소자(120)는 제1색 광(L1)의 전송 경로 상에 위치하며 변환영역(QR)과 비변환영역(NR)을 가지며, 양자점 변환재료(QD)가 상기 변환영역(QR) 상에 배치되고, 제1색 광(L1)의 일부가 변환영역(QR)의 통과 후에 제3색 광(L3)으로 변환되고, 제1색 광(L3)의 다른 일부는 비변환영역(NR)을 통과하며,
상기 제2 디스플레이 패널(130)은 제2색 광(L2)을 제공하도록 구성된 복수의 제2 발광소자(131)를 갖고,
상기 광결합소자(140)는 제1색 광(L1), 제2색 광(L2) 및 제3색 광(L3)의 전송 경로 상에 위치하며, 여기서 제3색 광(L3), 제2색 광(L2) 및 비변환영역(NR)을 통과하는 제1색 광(L1)의 다른 일부는 광결합소자(140)에 의해 안내되어 영상 빔을 형성하고,
상기 프로젝션 렌즈는 영상 빔의 전송 경로에 위치되며 영상 빔을 프로젝션 장치 밖으로 투사하도록 구성되는 프로젝션 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1 디스플레이 패널은 복수의 제1 화소영역을 갖고, 상기 제1 발광소자 각각은 상기 제1 화소영역 각각에 대응하여 배치되고, 상기 비변환영역은 제1 화소영역에 대응하며, 상기 변환영역은 제1 화소영역의 제2 부분에 대응하고, 제1 화소영역의 제1 부분의 개수는 제1 화소영역의 제2 부분의 개수보다 적거나 같은 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.
제9항에 있어서, 상기 디스플레이 유닛은,
파장변환소자 및 제2색 광의 전송 경로 상에 배치되고,
상기 제1색 광, 상기 제2색 광 및 상기 제3색 광의 발광 각도를 동일하게 만들도록 구성된 집광소자를 추가로 포함하고, 여기서 상기 집광소자는 복수의 제1 집광유닛 및 복수의 제2 집광유닛을 갖고, 제1 집광유닛 각각은 제1 화소영역의 제1 부분 각각에 대응하여 배치되고, 및 제2 집광유닛 각각은 제1 화소영역의 제2 부분 각각에 대응하여 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.
제10항에 있어서, 상기 제2 디스플레이 패널은, 복수의 제2 화소영역들을 갖고, 상기 집광소자는 복수의 제3 집광유닛들을 더 포함하고, 상기 제3 집광유닛 각각은 상기 제2 화소영역 각각에 대응하여 배치되며, 상기 제2 발광소자 각각은 상기 제2 화소영역 각각에 대응하여 배치되고, 및 상기 제2 화소영역과 상기 제1 화소영역들은 일-대-다 대응관계를 가지며,
디스플레이 유닛은 복수의 디스플레이 화소영역들을 갖고, 각각의 디스플레이 화소영역과 각각의 제2 화소영역은 일-대-일 대응 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.
제9항에 있어서, 상기 제2 디스플레이 패널은 복수의 제2 화소영역을 갖고, 상기 각각의 제2 발광소자는 상기 각각의 제2 화소영역에 대응하여 배치되고, 상기 각각의 제2 화소영역 및 상기 각각의 제1 화소영역은 동일한 일-대-일 대응 관계를 가지며,
디스플레이 유닛은 복수의 디스플레이 화소영역을 갖고, 각각의 제1 화소영역과 각각의 제2 화소영역은 각각의 디스플레이 화소영역들과 다-대-일(many-to-one) 대응관계를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1색 광은 청색광이고, 상기 제2색 광은 적색광이며, 및 상기 제3색 광은 녹색광인 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1색 광은 청색광이고, 상기 제2색 광은 녹색광이며, 및 상기 제3색 광은 적색광인 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.