KR20150001607A - 디스플레이 모듈 - Google Patents

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KR20150001607A
KR20150001607A KR1020140053455A KR20140053455A KR20150001607A KR 20150001607 A KR20150001607 A KR 20150001607A KR 1020140053455 A KR1020140053455 A KR 1020140053455A KR 20140053455 A KR20140053455 A KR 20140053455A KR 20150001607 A KR20150001607 A KR 20150001607A
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KR
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light guide
guide plate
display module
light
optical structure
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Application number
KR1020140053455A
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Inventor
리 예트-윙
판-츠앙 관-쉬
Original Assignee
하이맥스 디스플레이, 인크.
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Abstract

디스플레이 모듈이 제공된다. 광원은 조명 빔을 제공하도록 구성된다. 광 가이드 플레이트는 제 1 표면, 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 제 1 표면 및 제 2 표면을 연결하는 입사표면을 가진다. 조명 빔은 입사 표면을 통하여 광 가이드 플레이트로 진입한다. 광학 구조는 광 가이드 플레이트에 연결되고 조명 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성된다. 반사형 디스플레이 유닛은 변조된 빔을 형성하기 위해서 조명 빔의 편광 상태를 변조하는 것이 가능하다. 제 2 표면은 반사형 디스플레이 유닛 및 제 1 표면 사이에 배치된다. 제 1 표면은 제 2 표면 및 반사형 편광기 사이에 배치되고, 반사형 편광기는 변조된 빔을 이미지 빔으로 필터링한다.

Description

디스플레이 모듈 {DISPLAY MODULE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 6월 27일자로 출원된, 미국 가특허출원 일련번호 제61/839,877에 대한 우선권 이익들을 주장한다. 이상에서 언급된 특허 출원들의 전체가 본 명세서에 참조로써 통합되며, 본 명세서의 일부를 이룬다.
기술분야
본 발명은 디스플레이 모듈 및 광 가이드 디바이스에 관한 것이다.
디스플레이 디바이스의 디스플레이 영역에서, 다양한 유형들의 공간 광 변조기들이 조명 빔(illumination beam)을 이미지 빔(image beam)으로 변환하기 위해서 예를 들어, 투과형 액정 디스플레이(LCD) 패널들, LCOS(liquid-crystal-on-silicon) 패널들, 또는 DMDs(digital micro-mirror devices)에 적용된다. 투과형 LCD 패널의 광 효율은 LCOS 패널의 광 효율보다 작고, DMD의 비용은 LCOS 패널의 비용보다 더 크다.
일반적으로, LCOS 패널을 이용하는 프로젝터에서, s-편광된 빔은 편광 빔 분배기(PBS: polarizing beam splitter )에 의해 LCOS 패널로 반사된다. 그런 다음, LCOS 패널이 s-편광된 빔을 다른 편광 상태들을 갖는 편광된 빔으로 변조하고 편광된 빔을 PBS로 반사한다. PBS는 편광된 빔을 이미지 빔으로 필터링하고, 이것은 그런 다음 이미지 형성 렌즈로 투과된다. 마지막으로, 이미지 형성 렌즈는 스크린 위에 이미지를 형성하기 위해 스크린 위로 이미지 빔을 투사하거나 대기 중에 또는 임의의 다른 가상의 이미지 평면 위에 가상 이미지를 형성한다.
LCOS 패널을 이용하는 프로젝터에서, PBS의 빔 분기 평면은 LCOS 패널에 대하여 약 45도만큼 기울어지고, PBS는 LCOS 패널 및 이미지 형성 렌즈 사이에서 더 큰 공간을 차지한다. 결과적으로, 이미지 형성 렌즈 및 LCOS 패널 사이의 거리는 길어지고, 프로젝터는 두껍고 벌크(bulk)해진다.
본 발명은 보다 적은 두께를 갖는 디스플레이 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 광 빔을 균일하게 분배할 수 있는 광 가이드 디바이스에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 광원, 광 가이드 플레이트, 광학 구조, 반사형 디스플레이 유닛, 및 반사형 편광기를 포함하는 디스플레이 모듈을 제공한다. 상기 광원은 조명 빔을 제공하도록 구성된다. 상기 광 가이드 플레이트는 제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 연결하는 입사표면을 가진다. 상기 조명 빔은 상기 입사 표면을 통하여 상기 광 가이드 플레이트로 진입한다. 상기 광학 구조는 상기 광 가이드 플레이트에 연결되고 상기 조명 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성된다. 상기 반사형 디스플레이 유닛은 변조된 빔을 형성하기 위해서 상기 조명 빔의 편광 상태를 변조하는 것이 가능하다. 상기 제 2 표면은 상기 반사형 디스플레이 유닛 및 상기 제 1 표면 사이에 배치된다. 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면 및 상기 반사형 편광기 사이에 배치되고, 상기 반사형 편광기는 상기 변조된 빔을 이미지 빔으로 필터링한다.
본 발명의 실시예는 광 가이드 플레이트 및 광학 구조를 포함하는 광 가이드 디바이스를 제공한다. 상기 광 가이드 플레이트는 제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 연결하는 입사표면을 가진다. 광 빔은 상기 입사 표면을 통하여 상기 광 가이드 플레이트로 진입한다. 상기 광학 구조는 상기 광 가이드 플레이트 내부에 있고, 상기 광학 구조는 상기 광 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성된다.
상기의 점을 고려하여, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 모듈에서, 상기 광 가이드 플레이트, 상기 광학 구조, 및 상기 반사형 편광기는 상기 조명 빔을 상기 반사형 디스플레이 유닛으로 가이드 하도록 구성된다. 상기 광 가이드 플레이트는 보다 적은 두께를 가지기 때문에, 상기 디스플레이 모듈은 보다 적은 두께 및 체적을 가진다. 게다가, 본 발명의 실시예에 따른 상기 광 가이드 디바이스는, 상기 광학 구조는 상기 광 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성되기 때문에, 상기 광 가이드 디바이스는 광 빔을 균일하게 분배할 수 있다.
첨부된 도면들은 본 발명의 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서 내에 통합되고 본 명세서의 일 부분을 구성한다. 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는데 기여한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 디스플레이 모듈의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 개략적인 단면도를 예시한다.
도면번호가 이제 본 발명의 제시한 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 제공될 것이며, 예제들이 첨부 도면들에 예시된다. 가능한 한 어디에서든, 동일한 도면 부호들은 도면들 및 상세한 설명에서 동일하거나 또는 유사한 부분들을 나타내기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 디스플레이 모듈의 개략적인 단면도를 예시한다. 도 1에 관련하여, 이 실시예에서 디스플레이 모듈 (100)은 광원 (110), 광 가이드 플레이트 (120), 광학 구조 (130), 반사형 디스플레이 유닛 (140), 및 반사형 편광기 (150)를 포함한다. 광원 (110)은 조명 빔 P, 즉 광 빔을 제공하도록 구성된다. 이 실시예에서, 광원 (110)은 적어도 하나의 발광 디바이스 (112) (하나의 발광 디바이스가 도 1 에 전형적으로 도시된다) 및 편광기 (114)를 포함한다. 발광 디바이스 (112)는 비편광된 빔 U을 방출하도록 구성된다. 편광기 (114)는 비편광된 빔 U의 경로상에 배치되고 비편광된 빔 U을 편광된 빔으로 필터링하도록 구성되고, 조명 빔 P는 편광된 빔이다. 상세하게, 편광기 (114)는 제 1 편광 방향을 가지는 비편광된 빔 U의 부분을 관통시키고 제 2 편광 방향을 가지는 다른 비편광된 빔 U의 부분을 발광 디바이스 (112)로 다시 반사시키는 것을 허용하는 반사형 편광기이다. 편광기 (114)는 DBEF(dual brightness enhancement film) 또는 임의의 다른 반사형 편광기일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 편광기 (114)는 제 1 편광 방향을 가지는 비편광된 빔 U의 부분을 관통시키고 제 2 편광 방향을 가지는 비편광된 빔 U의 부분을 흡수하는 것을 허용하는 흡수형 편광기일 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 편광 방향은 제 2 편광 방향에 수직이다. 다른 실시예들에서, 광원 (110)은 편광기 (114)를 포함하지 않을 수 있고 광원 (110)은 비편광된 빔을 제공하고; 즉, 조명 빔 P는 비편광된 빔일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 광원 (110)은 편광된 광원, 예를 들어, 레이저 광원일 수 있고 조명 빔 P는 편광된 빔이고, 광원 (110)은 편광기 (114)를 포함하지 않는다.
이 실시예에서, 발광 디바이스 (112)는 발광 다이오드 (LED), 예를 들어, 화이트 LED이다. 화이트 LED는 블루 광을 방출하도록 구성된 블루 LED 칩 및 블루 LED를 싸는 봉지재(encapsulant)를 가질 수 있다. 블루 광이 봉지재내 형광체를 여기시킬때, 형광체는 블루 광을 옐로우 광으로 변환시킬 수 있다. 비변환된 블루 광 및 옐로우 광은 화이트 광, 즉 비편광된 빔 U을 형성하기 위해 결합한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 광원 (110)은 복수개의 색상들, 예를 들어, 주 색상들의 광들을 방출하는 복수개의 발광 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원 (110)은 개별적으로 레드 광, 그린 광, 및 블루 광을 방출하도록 구성된 레드 LED, 그린 LED, 및 블루 LED를 포함할 수 있다. 편광기 (114)에 의해 반사되고 제 2 편광 방향을 가지는 비편광된 빔의 부분 (예를 들어, 블루 부분)은 광원 (110)의 광 효율을 개선하고 광 재생을 달성하기 위해서 LED의 봉지재 내 형광체 (예를 들어, 옐로우 형광체)를 여기 시킬 수 있다. 추가의 다른 실시예들에서, 광원 (110)은 조명 빔 P를 형성하기 위해서 복수개의 색상들을 갖는 레이저 광들을 개별적으로 방출하는 레이저 에미터들, 예를 들어, 레이저 다이오드들을 포함할 수 있다.
광 가이드 플레이트 (120)는 제 1 표면 (122), 제 1 표면 (122)에 대향하는 제 2 표면 (124), 및 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124)을 연결하는 입사 표면 (126)을 가진다. 조명 빔 P는 입사 표면 (126)을 통하여 광 가이드 플레이트 (120)로 진입한다.
이 실시예에서, 제 1 표면 (122)은 광 가이드 플레이트 (120) 내측에 제 1 매체 (즉 광 가이드 플레이트 (120)의 재료) 및 광 가이드 플레이트 (120) 외측에 제 2 매체 (예를 들어, 공기)의 인터페이스이고, 및 제 1 매체의 굴절률은 제 2 매체의 굴절률보다 더 크다. 게다가, 이 실시예에서, 제 2 표면 (124)은 광 가이드 플레이트 (120) 내측에 제 1 매체 (즉 광 가이드 플레이트 (120)의 재료) 및 광 가이드 플레이트 (120) 외측에 제 3 매체 (예를 들어, 공기)의 인터페이스이고, 및 제 1 매체의 굴절률은 제 3 매체의 굴절률보다 더 크다. 결과적으로, 입사 표면 (126)로부터의 조명 빔 P는 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (126)에 의해 반복적으로 전반사 될 수 있고, 조명 빔 P는 입사 표면 (126)에 대향하고 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124)을 연결하는 제 3 표면 (128)으로 투과될 수 있다.
광학 구조 (130)는 광 가이드 플레이트 (120)에 연결되고 조명 빔 P의 전파 방향을 바꾸도록 구성된다. 이 실시예에서, 광학 구조 (130)는 광 가이드 플레이트 (120) 내부에 배치된 패턴화된 산란 구조(patterned scattering structure)이다. 광학 구조 (130)는 광 가이드 플레이트 (120)에 배열된 복수개의 서브-구조들 (132)을 포함할 수 있다. 광학 구조 (130)의 굴절률은 광 가이드 플레이트 (120)의 굴절률과 상이하거나 또는 광학 구조 (130)는 임의의 산란 재료로 만들어 질 수 있다. 결과적으로, 입사 표면 (126)로부터의 조명 빔 P가 광학 구조 (130)상에 입사하면, 광학 구조 (130)는 조명 빔 P, 예를 들어, 산란 조명 빔 P의 전파 방향을 바꾼다. 조명 빔 P의 전파 방향이 바뀌기 때문에, 조명 빔 P의 일부는 임계각보다 작은 각에서 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124)상에 입사될 수 있다. 결과적으로, 광학 구조 (130)에 의해 산란된 조명 빔 P는 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124)를 관통할 수 있다. 다시 말해서, 상기 언급된 조명 빔 P의 전반사가 광학 구조 (130)에 의해 붕괴된다. 일 실시예에서, 광학 구조 (130)의 굴절률이 광 가이드 플레이트 (120)의 굴절률과 상이할 때, 광학 구조 (130) 및 광 가이드 플레이트 (120)사이의 인터페이스의 일부는 전반사 (TIR) 표면을 형성한다. 다시 말해서, 입사 표면 (126)으로부터의 조명 빔 P가 TIR 표면상에 입사되고, 입사 각도가 임계각보다 더 클 때, 조명 빔 P가 반사형 디스플레이 유닛 (140)에 대한 TIR 표면에 의해 전반사된다.
제 1 표면 (122)은 제 2 표면 (124) 및 반사형 편광기 (150)사이에 배치된다. 이 실시예에서, 반사형 편광기 (150)는 제 1 편광 방향을 갖는 광 (예를 들어, s-편광된 광)을 반사하고, 제 2 편광 방향을 갖는 광 (예를 들어, p-편광된 광)을 관통시키는 것을 허용한다. 입사 표면 (126)으로부터의 조명 빔 P는 제 1 편광 방향을 가지기 때문에, 광학 구조 (130)에 의해 산란되고 제 1 표면 (122)을 관통하는 조명 빔 P는 반사형 편광기 (150)에 의해 제 1 표면 (122)으로 다시 반사되어서 광 가이드 플레이트 (120)에 투과된다.
제 2 표면 (124)은 반사형 디스플레이 유닛 (140) 및 제 1 표면 (122) 사이에 배치된다. 반사형 편광기 (150)에 의해 반사된 조명 빔 P는 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124)을 차례 차례로 관통할 수 있고 반사형 디스플레이 유닛 (140)에 도달한다. 더욱이, 광학 구조 (130)에 의해 산란된 조명 빔 P의 일부는 제 2 표면 (124)으로 투과되고 제 2 표면 (124)을 관통하여 반사형 디스플레이 유닛 (140)에 도달한다. 광학 구조 (130)중 하나의 서브-구조들 (132)에 의해 산란된 다른 조명 빔 P의 일부는 제 1 표면 (122) (또는 제 2 표면 (122))으로 투과되고 그런 다음 제 1 표면 (122) (또는 제 2 표면 (122))에 의해 전반사되고, 및 그런 다음 광학 구조 (130)의 다른 서브-구조들 (132)에 의해 산란된다. 서브-구조들 (132)에 의해 산란된 조명 빔 P의 일부는 제 2 표면 (124)를 2회 이상 관통하고 반사형 디스플레이 유닛 (140)에 도달하고, 및 서브-구조들 (132)에 의해 산란된 조명 빔 P의 다른 일부는 제 1 표면 (122) 또는 제 2 표면 (124)에 의해 2회 이상 전반사되고 그런다음 다른 서브-구조들 (132)에 의해 산란된다.
이 실시예에서, 비록 반사형 편광기 (150)가 제 1 표면 (122)상에 배치되었지만, 반사형 편광기 (150) 및 제 1 표면 (122) 사이에 공극(air gap)이 있을 수 있다. 결과적으로, 제 1 표면 (122)은 공기 및 광 가이드 플레이트 (120)의 재료 사이의 인터페이스일 수 있다.
이 실시예에서, 디스플레이 모듈 (100)은 제 3 표면 (128) 상에 배치된 반사체 (160)를 추가로 포함할 수 있다. 반사체 (160)는 제 2 표면 (124)을 관통하지 않은 조명 빔 P의 일부를 반사하고, 조명 빔 P의 일부는 광 가이드 플레이트 (120)로 또한 투과될 수 있다. 결과적으로, 광학 구조 (130)에 의해 산란되고, 제 2 표면 (124)을 관통하고, 그리고 반사형 디스플레이 유닛 (140)에 도달하는 조명 빔 P의 확률이 증가된다. 따라서, 디스플레이 모듈 (100)의 광 효율 및 균일성이 개선된다.
반사형 디스플레이 유닛(140)은 변조된 빔 M을 형성하기 위해서 조명 빔 P의 편광 상태를 변조하는 것이 가능하다. 반사형 디스플레이 유닛 (140)은 마이크로-디스플레이일 수 있다. 이 실시예에서, 반사형 디스플레이 유닛 (140)이 조명 빔 P을 반사하고 변조하도록 구성된 LCOS(liquid-crystal-on-silicon) 패널이다. 예를 들어, 적어도 조명 빔 P의 일부는 s-편광된 빔으로부터 p-편광된, 원형의 또는 타원형의 편광 상태를 갖는 빔으로 변조될 수 있고, 또는 조명 빔 P는 변조되지 않고 s-편광된 빔으로 유지된다. 다시 말해서, 변조된 빔 M은 s-편광된 빔, p-편광된 빔, 원형으로 편광된 빔, 타원형으로 편광된 빔, 또는 그것의 임의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 반사형 유닛 (140)은 MEMS(micro-electromechanical system) 디스플레이, 예를 들어, DMD(digital micro-mirror device)일 수 있다.
반사형 편광기 (150)는 변조된 빔 M 을 이미지 빔 I 으로 필터링한다. 이 실시예에서, 반사형 편광기 (150)는 예를 들어, p-편광, 제 2 편광 방향을 갖는 변조된 빔 M의 일부를 관통시키고, 예를 들어, s-편광, 제 1 편광 방향을 갖는 변조된 빔 M의 일부를 반사시키는 것을 허용한다. 결과적으로, 반사형 편광기 (150)을 관통하는 제 2 편광 방향을 갖는 변조된 빔 M의 일부가 이미지 빔 I을 형성한다.
이 실시예에서, 디스플레이 모듈 (100)은 스크린 상에 실제 이미지를 또는 대기 중에 또는 임의의 다른 가상의 이미지 평면 상에 가상의 이미지를 형성하기 위해서 반사형 편광기 (150)로부터의 이미지 빔 I의 경로상에 배치된 이미지 형성 렌즈 (170)를 추가로 포함할 수 있다. 만약 이미지 형성 렌즈 (170)가 스크린 상에 실제 이미지를 형성하면, 디스플레이 모듈 (100)은 실제 이미지 프로젝터이다. 만약 이미지 형성 렌즈가 대기중에 또는 임의의 다른 가상의 이미지 평면상에 가상의 이미지를 형성하면, 디스플레이 모듈 (100)은 가상의 이미지 디스플레이, 예를 들어, 헤드-마운트 디스플레이 (HMD: head-mounted display) 또는 헤드-업 디스플레이 (HUD: head-up display)이다. 변조된 빔 M의 모든 부분들이 제 2 편광 방향을 가질 때, 실제 이미지 또는 가상의 이미지는 화이트 프레임을 형성한다. 변조된 빔 M의 모든 부분들이 제 1 편광 방향을 가질 때, 실제 이미지 또는 가상의 이미지는 블랙 프레임을 형성한다. 만약 변조된 빔의 부분들이 다양한 편광 상태들, 예를 들어, 원형의 편광 상태, 타원형의 편광 상태, p-편광 상태, 및 s-편광 상태를 가지면, 변조된 빔의 다양한 비율들이 반사형 편광기 (150)를 그것의 상이한 위치들에서 침투하고 따라서 이미지 프레임이 형성된다.
이 실시예에 따른 디스플레이 모듈 (100)에서, 광 가이드 플레이트 (120), 광학 구조 (130), 및 반사형 편광기 (150)는 조명 빔 P을 반사형 디스플레이 유닛 (140)으로 가이드 하도록 구성된다. 편광 빔 분배기 (PBS)에 비교되면, 광 가이드 플레이트는 보다 적은 두께를 가져서, 디스플레이 모듈은 보다 적은 두께 및 체적을 가진다. 즉, 디스플레이 모듈 (100)은 초박형 프로파일을 가질 수 있다. 결과적으로, HMD, HUD 또는 프로젝터의 체적은 효율적으로 축소될 수 있다. 일 실시예에서, 광 가이드 플레이트 (120)의 두께는 10 밀리미터보다 적을 수 있다.
이 실시예에서, 디스플레이 모듈 (100)은 입사 표면 (126) 상에 배치된 광 커플링 광학기구 (180)를 추가로 포함할 수 있고 광원 (110)으로부터 조명 빔 P을 모으도록 구성된다. 광 커플링 광학기구 (180)는 렌즈, 예를 들어, 볼록한 렌즈, 또는 만곡된 표면, 예를 들어, 볼록한 표면일 수 있다. 이 실시예에서, 광 가이드 플레이트 (120), 광학 구조 (130), 반사체 (160), 광 커플링 광학기구 (180), 및 반사형 편광기 (150)는 광 가이드 디바이스를 형성할 수 있다.
이 실시예에서, 디스플레이 모듈 (100)은 반사형 디스플레이 유닛 (140) 및 제 2 표면 (124) 사이의 이미지 빔 I 의 경로 상에 배치된 포커싱 렌즈 (190)를 추가로 포함할 수 있다. 이미지 형성 렌즈 (170) 및 포커싱 렌즈 (190)는 반사형 디스플레이 유닛 (140)위에서 집속시키고; 즉, 오브젝트 평면은 반사형 디스플레이 유닛 (140) 위에 있다. 결과적으로, 사람의 눈들은 광학 구조 (130)에 의해 영향을 받지 않고 선명하게 반사형 디스플레이 유닛 (140)에 형성된 이미지를 볼 수 있다. 높은 이미지 품질을 유지하기 위해서, 서브-구조들 (132) 사이의 갭은 서브-구조들 (132)의 폭 보다 더 클 수 있고; 즉, 서브-구조들 (132)의 전체 영역은 광 가이드 플레이트 (120) 전체 영역의 작은 부분을 차지할 수 있다. 다른 실시예에서, 포커싱 렌즈 (190)는 디스플레이 모듈 (100)의 두께를 추가로 줄이기 위해서 사용되지 않을 수 있고, 및 이미지 형성 렌즈 (170)가 반사형 디스플레이 유닛 (140) 위에서 집속시킨다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 개략적인 측단면도이다. 도 2에 관련하여, 이 실시예에서 디스플레이 모듈 (100a)은 도 1 에서의 디스플레이 모듈 (100)에 유사하고, 그것들 사이에 차이는 다음과 같다. 이 실시예에서, 광학 구조 (130a)는 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124) 중 적어도 하나 상에 배치된 패턴화된 산란 구조이다. 도 2는 제 1 표면 (122) 및 제 2 표면 (124) 둘 모두상에 배치된 광학 구조 (130a)를 전형적으로 도시한다. 보다 구체적으로, 광학 구조 (130a)는 제 1 표면 (122)상에 배치된 제 1 패턴화된 산란 구조 (1301) 및 제 2 표면 (124)상에 배치된 제 2 패턴화된 산란 구조 (1302)를 포함한다. 제 1 패턴화된 산란 구조 (1301)는 제 1 표면 (122)상에 분배된 복수개의 마이크로-구조들 (13012)을 포함할 수 있고 및 제 2 패턴화된 산란 구조 (1302)는 제 2 표면 (124)상에 분배된 복수개의 마이크로-구조들 (13022)을 포함할 수 있다. 마이크로-구조들 (13012) 및 (13022)는 조명 빔 P을 산란시킬 수 있어서 반사형 디스플레이 유닛 (140)으로 투과되도록 조명 빔 P에 영향을 미침으로써 조명 빔 P의 전반사를 붕괴시킨다. 보다 구체적으로, 디스플레이 모듈 (100a)는 제 1 표면 (122)상에 배치된 제 1 패턴화된 산란 구조 (1301)를 가질 수 있으나 제 2 표면 (124)상에 배치된 제 2 패턴화된 산란 구조 (1302)를 가지지 않을 수 있다. 대안적으로, 디스플레이 모듈 (100a)는 제 2 표면 (124)상에 배치된 제 2 패턴화된 산란 구조 (1302)를 가질 수 있으나 제 1 표면 (122)상에 배치된 제 1 패턴화된 산란 구조 (1301)를 가지지 않을 수 있다. 마이크로-구조들 (13012) 및 (13022)은 돌출부들 (예를 들어, 도 2에 도시된 마이크로-구조들 (13022)), 오목부들 (예를 들어, 도 2에 도시된 마이크로-구조들 (13012)), 광 가이드 플레이트 (120)와 상이한 굴절률을 가지며 광 가이드 플레이트 (120)내에 내장되거나 그것 상에 배치되는 재료들 또는 광 가이드 플레이트 (120)내에 내장되거나 또는 그것 상에 배치되는 산란 재료들일 수 있다. 도 1 에서의 광학 구조 (130) 및 도 2의 광학 구조 (130a)의 평면도는 점들-형상(dots-shaped), 스트라이프-형상(stripe-shaped), 스트립들-형상(strips-shaped), 스트레이트-라인들-형상(straight-lines-shaped), 커브들-형상(curves-shaped), 아일랜드-형상(islands-shaped) 등일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 개략적인 측단면도이다. 도 3에 관련하여, 이 실시예에서 디스플레이 모듈 (100b)은 도 1 에서의 디스플레이 모듈 (100)에 유사하고, 그것들 사이에 차이는 다음과 같다. 이 실시예에서 디스플레이 모듈 (100b)은 제 1 표면 (122)상의 그리고 광학 구조 (130)위에 형성된 패턴화된 코팅 (210)을 추가로 포함할 수 있고, 패턴화된 코팅 (210)은 광학 구조 (130)로부터의 미광(stray light)을 반사 또는 흡수하도록 구성된다. 이 실시예에서, 패턴화된 코팅 (210)은 광 가이드 플레이트 (120) 및 반사형 편광기 (150)사이에 위치된다. 게다가, 패턴화된 코팅 (210)의 형상 및 분배 위치는 광학 구조 (130)의 형상 및 분배 위치에 상응한다. 예를 들어, 패턴화된 코팅 (210)은 서브-구조들 (132)위에 개별적으로 복수개의 패턴들 (212)을 포함하고, 각각의 패턴 (212)의 폭은 각각의 서브-구조 (132)의 폭보다 약간 더 클 수 있다. 이 실시예에서, 패턴화된 코팅 (210)의 재료는 블랙 수지, 크롬, 또는 알루미늄을 포함할 수 있고, 블랙 수지 및 크롬은 미광을 흡수할 수 있고, 및 알루미늄은 미광을 반사시킬 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 모듈에서, 광 가이드 플레이트, 광학 구조, 및 반사형 편광기는 조명 빔을 반사형 디스플레이 유닛으로 가이드하도록 구성된다. PBS와 비교될 때, 광 가이드 플레이트는 보다 적은 두께를 가져서, 디스플레이 모듈은 보다 적은 두께 및 체적을 가진다. 즉, 디스플레이 모듈은 초박형 프로파일을 가질 수 있다. 결과적으로, HMD, HUD 또는 프로젝터의 체적은 효율적으로 축소될 수 있다. 게다가, 본 발명의 실시예에 따른 광 가이드 디바이스에서, 광학 구조는 광 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성되기 때문에, 광 가이드 디바이스는 광 빔을 균일하게 분배할 수 있다.
본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고, 본 발명의 구조에 대한 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 이상의 관점으로부터, 본 발명은 그들이 다음의 청구항들 및 그 등가물들의 범위 내에 속하도록 제공되는 이러한 본 발명의 수정예들 및 변형예들을 포괄하도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 디스플레이 모듈에 있어서,
    조명 빔을 제공하도록 구성된 광원;
    제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 연결하는 입사 표면을 가지는 광 가이드 플레이트로서, 상기 조명 빔은 상기 입사 표면을 통하여 상기 광 가이드 플레이트로 진입하는, 상기 광 가이드 플레이트;
    상기 광 가이드 플레이트에 연결되고 상기 조명 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성된 광학 구조(optical structure);
    변조된 빔을 형성하기 위해서 상기 조명 빔의 편광 상태를 변조하는 것이 가능한 반사형 디스플레이 유닛으로서, 상기 제 2 표면은 상기 반사형 디스플레이 유닛 및 상기 제 1 표면 사이에 배치되는, 상기 반사형 디스플레이 유닛; 및
    반사형 편광기로서, 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면 및 상기 반사형 편광기 사이에 배치되고, 상기 반사형 편광기는 상기 변조된 빔을 이미지 빔으로 필터링하는, 상기 반사형 편광기를 포함하는, 디스플레이 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광학 구조는 상기 광 가이드 플레이트 내부에 배치된 패턴화된 산란 구조인, 디스플레이 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 광학 구조는 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 중 적어도 하나상에 배치된 패턴화된 산란 구조인, 디스플레이 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서, 실제 이미지 또는 가상의 이미지를 형성하기 위해서 상기 반사형 편광기로부터의 상기 이미지 빔의 경로 상에 배치된 이미지 형성 렌즈를 추가로 포함하는, 디스플레이 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 반사형 디스플레이 유닛은 마이크로-디스플레이인, 디스플레이 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 광 가이드 플레이트는 상기 입사 표면에 대향하는 제 3 표면을 추가로 포함하고, 상기 제 3 표면은 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 연결하고, 및 상기 디스플레이 모듈은 상기 제 3 표면상에 배치된 반사체를 추가로 포함하는, 디스플레이 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 입사 표면상에 배치된 광 커플링 광학기구(light coupling optic)를 추가로 포함하는, 디스플레이 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 광원은
    비편광된 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 발광 디바이스; 및
    상기 비편광된 빔의 경로 상에 배치되고 상기 비편광된 빔을 편광된 빔으로 필터링하도록 구성된 편광기로서, 상기 조명 빔은 상기 편광된 빔인, 상기 편광기를, 포함하는, 디스플레이 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 반사형 디스플레이 유닛 및 상기 제 2 표면 사이의 상기 이미지 빔의 경로 상에 배치된 포커싱 렌즈를 추가로 포함하는, 디스플레이 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 표면은 상기 광 가이드 플레이트 내측에 제 1 매체 및 상기 광 가이드 플레이트 외측에 제 2 매체의 인터페이스이고, 상기 제 1 매체의 굴절률은 상기 제 2 매체의 굴절률보다 더 큰, 디스플레이 모듈.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 표면은 상기 광 가이드 플레이트 내측에 제 1 매체 및 상기 광 가이드 플레이트 외측에 제 3 매체의 인터페이스이고, 상기 제 1 매체의 굴절률은 상기 제 3 매체의 굴절률보다 더 큰, 디스플레이 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 광학 구조의 굴절률은 상기 광 가이드 플레이트의 굴절률과 상이한, 디스플레이 모듈.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 표면 상에 및 상기 광학 구조 위에 형성되고 상기 광학 구조로부터의 미광(stray light)을 반사 또는 흡수하도록 구성된 패턴화된 코팅을 추가로 포함하고, 상기 패턴화된 코팅의 형상 및 분배 위치는 상기 광학 구조의 형상 및 분배 위치에 상응하는, 디스플레이 모듈.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 패턴화된 코팅의 재료는 블랙 수지, 크롬, 또는 알루미늄을 포함하는, 디스플레이 모듈.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 광원은 편광된 광원이고, 상기 조명 빔은 편광된 빔인, 디스플레이 모듈.
  16. 광 가이드 디바이스에 있어서,
    제 1 표면, 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면, 및 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 연결하는 입사 표면을 가지는 광 가이드 플레이트로서, 광 빔이 상기 입사 표면을 통하여 상기 광 가이드 플레이트로 진입하는, 상기 광 가이드 플레이트;
    상기 광 가이드 플레이트 내부에 광학 구조로서, 상기 광학 구조는 상기 광 빔의 전파 방향을 바꾸도록 구성되는, 상기 광학 구조;를 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 광학 구조는 패턴화된 산란 구조인, 광 가이드 디바이스.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 광 가이드 플레이트는 상기 입사 표면에 대향하는 제 3 표면을 추가로 포함하고, 상기 제 3 표면은 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 연결하고, 및 상기 광 가이드 디바이스는 상기 제 3 표면상에 배치된 반사체를 추가로 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 입사 표면상에 배치된 광 커플링 광학기구를 추가로 포함하는, 광 가이드 디바이스.
  20. 청구항 16에 있어서, 상기 광학 구조의 굴절률은 상기 광 가이드 플레이트의 굴절률과 상이한, 광 가이드 디바이스.
  21. 청구항 16에 있어서, 상기 제 1 표면 상에 배치된 반사형 편광기를 추가로 포함하는, 광 가이드 디바이스.
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