KR20210022549A - 광 필드 디스플레이에서 발광 소자를 위한 아키텍처 - Google Patents

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안드레 빅터 존스
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조셉 샤오-티엔 한
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라시움, 아이엔씨.
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Abstract

본 개시는 부분 광 필드 디스플레이에서 발광 소자를 위한 아키텍처의 다양한 측면을 설명한다. 일 측면에서, 광 필드 디스플레이는 다수의 화상 요소(예: 수퍼-락셀)을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 화상 요소는 각각의 광 조향 광학 요소를 가지며, 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적된 영역을 갖는 발광 요소(예를 들어, 서브-락셀)의 어레이를 포함한다. 광 스티어링 광학 요소는 적어도 하나의 마이크로렌즈, 적어도 하나의 격자, 또는 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다. 발광 소자 어레이는 적어도 3개의 상이한 색상의 광을 생성하는 발광 소자를 포함한다. 별도의 발광 소자 그룹을 구성할 수 있으며, 광 필드 디스플레이의 방향 해상도는 그룹 수를 기반으로 할 수 있다. 광 필드 디스플레이는 또한 각각의 화상 요소에서 발광 요소를 개별적으로 구동하도록 구성된 전자 수단을 포함한다.

Description

광 필드 디스플레이에서 발광 소자를 위한 아키텍처
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "ARCHITECTURE FOR LIGHT EMITTING ELEMENTS IN A LIGHT FIELD DISPLAY"라는 제목의 미국 가출원 No.62/662,474과 2018년 4월 25일에 출원된 미국 특허 출원 No.16/6391,850의 우선권과 이점을 주장하는 바, "ARCHITECTURE FOR LIGHT EMITTING ELEMENTS IN A LIGHT FIELD DISPLAY"에 해당하고 2019년 4월 23일에 출원되었으며, 이는 전체가 여기에 참고로 포함된다.
본 개시의 일 측면은 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광 필드 디스플레이에서 발광 소자를 위한 아키텍처에 관한 것이다.
상이한 비디오 어플리케이션 및 서비스의 출현으로, 3차원(3D)으로 이미지를 제공할 수 있는 디스플레이의 사용에 대한 관심이 증가하고 있다. 볼륨 디스플레이(volumetric displays), 홀로그램 디스플레이(holographic displays), 통합 이미징 디스플레이 및 압축 광 필드 디스플레이를 포함하며, 이를 수행할 수 있는 다양한 유형의 디스플레이가 있다. 기존 디스플레이 기술에는 시청자에게 제공되는 보기에 대한 제한, 다양한 뷰를 제공하는데 필요한 장비의 복잡성 또는 디스플레이 제작과 관련된 비용 등 몇가지 제한이 있을 수 있다.
광 필드(light field) 또는 광필드(lightfield) 디스플레이는, 그러나, 시청자에게 깊이 또는 3D의 인식을 가능하게 하기 위하여 다른 위치에서 다중 뷰를 제공하도록 구성된 평면 디스플레이일 수 있기 때문에 더 나은 옵션 중 일부를 제공한다. 광 필드 디스플레이는, 기존 디스플레이보다 2-3배 더 큰 해상도로 많은 수의 발광 소자를 요구할 수 있다. 그러므로, 시청자에게 최상의 경험을 제공하기 위해 요구되는 초고밀도를 가능하게 하기 위해 고려가 필요한 발광 소자의 수 및 방식 모두에 문제가 있다.
다음은 본 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 하나 이상의 측면들의 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 고려되는 모든 측면에 대한 광범위한 개요가 아니며, 모든 측면의 핵심 또는 중요한 요소를 식별하거나 일부 또는 모든 측면의 범위를 설명하지 않는다. 그 목적은 하나 이상의 측면에 대한 개념을 단순화한 형태로 나중에 제시할 더 자세한 설명의 서두로 제시하는 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 서브 락셀(sub-raxel)이라는 용어는 발광 소자를 지칭하는 것으로, 단일 색상의 광을 생성하는 발광 소자, 적색, 녹색 및 청색 광을 생성하는 발광 소자를 포함하고, 락셀(raxel) 용어는 서브 락셀(sub-raxels)(예를 들어, 인접하거나 근처에 위치한 서브 락셀)의 그룹 되는 할당을 지칭 할 수 있고, 수퍼 락셀(super-raxel) 또는 화상 요소(picture element)는 조직화되거나, 그룹화되거나, 또는 다른 락셀에 할당되는 발광 소자의 어레이(array) 또는 배열(arrangement)을 의미한다.
본 개시의 일 측면에서, 광 필드 디스플레이는 다수의 화상 요소(예: 수퍼 락셀)을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 화상 요소는 각각의 광 조향 광학 소자를 갖고, 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적된 영역인 발광 소자의 어레이(예: 서브 락셀)를 포함한다. 화상 요소(picture element)는 광 필드 화상 요소(light field picture element)라고도 할 수 있다. 광 스티어링 광학 소자는 적어도 하나의 마이크로 렌즈, 적어도 하나의 격자(gratings), 또는 둘 모두의 조합을 포함할 수 있다. 발광 소자의 어레이는 적어도 3개의 상이한 색상의 광을 생성하는 발광 소자를 포함한다. 발광 소자의 개별 그룹(예; 락셀)은 화상 요소(예를 들어, 수퍼 락셀)을 구성하도록 구성될 수 있으며, 광 필드 디스플레이의 방향 해상도는 그룹 수를 기반으로 할 수 있다. 광 필드 디스플레이는 또한 각각의 화상 요소에서 발광 소자를 개별적으로 구동하도록 구성된 전자 수단을 포함한다.
첨부된 도면은 단지 일부 구현을 예시하므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다.
도 1a는 본 개시의 일 측면에 따른 광 필드 디스플레이를 위한 화상 요소의 예시를 도시한다.
도 1b는 본 개시의 일 측면에 따른 광 필드 디스플레이의 화상 요소의 다른 예시를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 측면에 따른 화상 요소 내 발광 소자의 예시를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 측면에 따른 다수의 화상 요소를 갖는 광 필드 디스플레이의 예시를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 측면에 따른 다수의 화상 요소를 가지는 광 필드 디스플레이의 다른 예시를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 측면에 따른 광 검출 소자 및 다수의 화상 요소를 갖는 광 필드 디스플레이의 예시를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 일 측면에 따른 광 필드 디스플레이의 단면도의 예시를 도시한다.
도 6b는 본 개시의 일 측면에 따른 광 필드 디스플레이의 부분의 단면도의 다른 예시를 도시한다.
도 7a는 본 개시의 일 측면에 따른 광 필드 디스플레이의 구성의 예시를 도시한다.
도 7b는 본 개시의 일 측면에 따른 광 필드 디스플레이의 구성의 다른 예시를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 일 측면에 따른 화상 요소 내 발광 소자 어레이의 예시를 도시한다.
도 8b는 본 개시의 일 측면에 따른 서브 화상 요소를 갖는 화상 요소의 예시를 도시한다.
도 9a는 본 개시의 일 측면에 따른 색상 변환기(color converters)를 갖는 화상 요소의 예시를 도시한다.
도 9b는 본 개시의 일 측면에 따른 색상 변환기를 갖는 서브 화상 요소의 예시를 도시한다.
도 9c는 본 개시의 일 측면에 따른 색상 변환기를 갖는 서브 화상 요소의 다른 예시를 도시한다.
첨부된 도면과 관련하여 아래에 설명된 상세한 설명은 다양한 구성에 대한 설명으로서 의도된 것이며 여기에서 설명 된 개념이 실행될 수있는 유일한 구성을 나타내기 위한 것이 아니다. 자세한 설명에는 다양한 개념에 대한 철저한 이해를 제공하기 위한 특정 세부 사항이 포함되어 있다. 그러나, 이러한 개념이 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 어떤 경우에는 이러한 개념을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 구성 요소가 블록 다이어그램 형식으로 표시된다.
도 1a는 예를 들어, 멀티 뷰 디스플레이라고도 하는 광 필드 디스플레이용 화상 요소의 예시를 설명하는 다이어그램(100a)를 도시한다. 광 필드 디스플레이(예를 들어, 도 3-5의 광 필드 디스플레이(310))는 다수의 화상 요소 (예를 들어, 도 3-5의 화상 요소(320))를 포함할 수 있고, 이는 어레이, 그리드, 또는 기타 유형의 정렬된 배열로 구성할 수 있다. 일부 구현에서, 다수의 화상 요소는 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적될 수 있다. 즉, 단일, 연속 반도체 기판 상에 배치, 형성 및/또는 성장하는 동일하거나 상이한 재료의 하나 이상의 층으로부터 다수의 화상 요소가 제조, 구성 및/또는 형성될 수 있다. 반도체 기판과 관련된 재료 및 기타 측면에 대한 추가 세부 사항은 아래에 제공된다. 본 개시에서, 용어 "화상 요소(picture element)" 및 용어 "슈퍼-락셀(super-raxel)"은 광 필드 디스플레이 내 유사한 구조 유닛을 설명하기 위하여 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 어떤 경우에는, "화상 요소"는 픽셀이라고 할 수 있지만, 기존 디스플레이에서 사용되는 픽셀과는 상이하다.
단일 화상 요소는 많은 발광 소자(125)를 포함할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 화상 요소는 일반적으로 광을 방출하는 불연속적인 요소를 식별하는 반면(예를 들어, 무지향성 방식, 램버시안(Lambertian) 방출), 자연적으로 방향성을 가질 수 있는 광 출력을 생성하거나 생성하도록 자체적으로 구성되고(organized) 구성되는 (configured) 다중 발광 소자(125)를 포함한다는 점에서 기존 디스플레이의 화소와 다르고, 이러환 광 출력(예를 들어, 광선 소자)는 광 필드 디스플레이에서 멀리 떨어진 다른 위치(locations) 또는 위치(positions)에 있는 시청자에게 광 필드 디스플레이에 의해 제공되는 상이한 여러 광 필드 뷰 형성에 기여한다. 예에서, 광 필드 디스플레이로부터 떨어진 각각의 특정 위치(location) 또는 위치(position)은 광 필드 디스플레이에 의해 제공되는 광 필드 뷰와 연관될 수 있다. 화상 요소의 발광 소자(125)의 배열 및 특성에 관한 추가 측면은 아래에 더 자세히 설명되며, 광 필드 디스플레이의 화상 요소와 기존 디스플레이의 픽셀 사이의 차이를 추가로 식별한다.
화상 요소는 도 1A에 도시된 바와 같이 대응되는 광 조향 광학 소자(light steering optical element)(115)를 가질 수 있다. 광 조향 광학 소자(115)는 발광 소자(125)에 의해 생성된(예를 들어, 방출된) 상이한 광선 요소(105)를 조향(steer)하거나 지향(direct)하도록 구성될 수 있다. 일 측면에서, 상이한 광선 소자(105)는 하나 이상의 발광 소자(125)에 의해 생성된 광 출력의 상이한 방향에 대응할 수 있다. 이와 관련하여, 광 필드 디스플레이 또는 화상 요소의 방향 해상도는 지원되는 광 출력 방향의 수에 대응할 수 있다. 더욱이, 광 필드 디스플레이에 의해 제공되는 광 필드 뷰는 광 필드 디스플레이로부터 떨어진 특정 위치의 시청자에 의해 수신되는 다양한 광 출력의 기여에 의해 생성된다. 광 조향 광학 소자(115)는 화상 요소의 일부로 간주될 수 있으며, 즉, 광 조향 광학 소자(115)는 화상 요소의 필수 구성 요소이다. 광 조향 광학 소자(115)는 그 각각의 화상 요소의 발광 소자(125)에 정렬되고 물리적으로 결합(coupled)되거나 결합(bonded)될 수 있다. 일부 구현에서, 광 조향 광학 소자(115) 및 그 각각의 화상 요소의 발광 소자(125) 사이에 배치된 하나 이상의 층 또는 재료(예를 들어, 광학적으로 투명한 층 또는 재료)가 있을 수 있다.
일 예시에서, 광 조향 광학 소자(115)는 적절한 방향에서 광선 요소(105)(예를 들어, 상이한 광 필드 뷰)를 조향하거나 지시하도록 구성될 수 있는 도 1a에 도시된 마이크로렌즈 또는 렌즈렛(lenslet)일 수 있다. 광 조향 광학 소자(115)는 단일 광학 구조(예를 들어, 단일 마이크로렌즈 또는 렌즈렛)을 포함할 수 있거나, 다중 광학 구조를 포함하도록 구성되거나 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 조향 광학 소자(115)는 적어도 하나의 마이크로렌즈, 적어도 하나의 격자(gratings) 또는 둘의 조합을 가질 수 있다. 다른 예시에서, 광 조향 광학 소자(115)는 적절한 광 조향 효과를 생성하는 결합된 광학 구성 요소(예를 들어, 마이크로렌즈 및/또는 격자)의 다중 층을 가질 수 있다. 예를 들어, 광 조향 광학 소자(115)는 제 1 마이크로렌즈 및 제 1 마이크로렌즈위에 적층된 제 2 마이크로 렌즈를 가질 수 있으며, 제 1 마이크로 렌즈는 제 1층과 관련되고 제 2 마이크로 렌즈는 제 2층과 관련된다. 다른 예시는 격자 또는 격자와 마이크로렌즈 조합을 한쪽 또는 양쪽 층에 사용할 수 있다. 광 조향 광학 소자(115)의 구성, 따라서 그 안에 구축되거나 형성된 임의의 마이크로렌즈 및/또는 격자의 위치 및 특성은, 광선 요소(105)의 적절한 조향 및 지향을 생성하도록 의도된다.
발광 소자(125)에는 상이한 유형의 장치가 사용될 수 있다. 일 예시에서, 발광 소자(125)는 하나 이상의 반도체 재료로 만들어진 발광 다이오드(LED)일 수 있다. LED는 무기 LED 일 수 있다. 광 필드 디스플레이에 필요한 고밀도를 달성하기 위해, LED는 예를 들어, LCD 기술 또는 유기 LED 기술과 같은 다른 디스플레이 기술보다 밝기 및 에너지 효율성을 포함하여 더 낳은 성능을 제공할 수 있는 마이크로 LED 또는 mLED 또는 LED 일 수 있다. "발광 소자(light emitting element)" "발광기(light emitter)" 또는 "이미터(emitter)"는 본 개시에서 상호 교환적으로 사용될 수 있고, 또한 마이크로 LED 를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 이들 용어 중 임의의 용어는 광 필드 디스플레이에서 유사한 구조 단위를 설명하기 위해 "서브-락셀"이라는 용어와 상호교환적으로 사용될 수 있다.
화상 요소의 발광 소자(125)는 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적될 수 있다. 즉, 발광 소자(125)는 단일, 연속 반도체 기판 상에 배치, 형성 및/또는 성장된 동일하거나 상이한 재료의 하나 이상의 층으로부터 제조(fabricated), 구성(constructed), 및/또는 형성될 수 있다. 반도체 기판은 GaN, GaAs, Al2O3, Si, SiC, Ga2O3, 이들의 합금 또는 이들의 유도체 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 동일한 반도체 기판에 모놀리식으로 통합된 발광 소자(125)는 AlN, GaN, InN, AlAs, GaAs, InAs, AlP, GaP, InP, 이들의 합금 또는 그것의 유도체 중 하나 이상으로 적어도 부분적으로 만들어 질 수 있다. 일부 구현에서, 각각의 발광 소자(125)는 전술한 재료 중 하나 이상으로 만들어진 양자 우물 활성 영역(quantum well active region)을 포함할 수 있다.
발광 소자(125)는 상이한 색상의 광을 제공하기 위해 상이한 유형의 발광 소자 또는 장치를 포함할 수 있으며, 이는 광 필드 디스플레이가 시청자에게 특정 색 영역(gamut) 또는 범위(range)를 시각적으로 제공할 수 있다. 일 예에서, 발광 소자(125)는 녹색(G)광을 생성하는 제 1 유형의 발광 소자, 적색(R)광을 생성하는 제 2 유형의 발광 소자, 청색(B)광을 생성하는 제 3 유형의 발 광 소자를 포함할 수 있다. 다른 예시에서, 발광 소자는 선택적으로 백색(W)광을 포함하는 제 4 유형의 발광소자를 포함하라 수 있다. 다른 예에서, 단일 바라광 소자(125)는 상이한 색상의 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 디스플레이의 발광 소자(125)에 의해 생성된 광은 디스플레이에서 이용가능한 전체 색상 범위, 즉 디스플레이의 색 영역(color gamut)을 가능하게 한다. 디스플레이의 색 영역은 각 구성 색상 소스(예: 적색, 녹색, 청색 소스(sources))의 파장과 선폭의 함수이다.
일 실현에서, 발광 소자에서 하나 이상의 재료(예: 반도체 재료)의 조성을 변경함으로써 또는 발광 소자의 일부(part)로 또는 이와 관련하여 상이한 구조(예: 상이한 크기의 양자점)을 사용함으로써 다양한 유형의 광의 색상이 달성될 수 있다. 예를 들어, 화상 요소의 발광 소자(125)가 LED 인 경우, 화상의 제 1 세트 LED는 인듐(In)의 제 1 구성으로 InGaN의 적어도 일부로 만들어질 수 있고, 제 2 세트의 LED는 In의 제 1 구성과 상이한 In의 제 2 구성으로 InGaN의 적어도 일부로 제조도리 수 있고, 제 3 세트의 LED 는 In의 제 1 및 제 2 구성과는 상이한 In의 제 3 구성으로 InGaN의 적어도 일부로 제조될 수 있다.
다른 구현에서, 동일한 또는 유사한 광 색상을 생성하는 발광 소자에 상이한 색상 변환기(예를 들어, 색상 다운컨버터(downconverter))를 적용함으로써 상이한 유형의 광 색상이 달성될 수 있다. 일 구현에서, 발광 소자 (125)의 일부 또는 전부는 각각의 색 변환 매체(예를 들어, 색 변환 재료 또는 재료의 조합)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 화상 요소(화소)의 발광 소자(125) 각각은 청색광을 생성하도록 구성된다. 제 1 세트의 발광 소자(125)는 단순히 청색광을 제공하고, 제 2 세트의 발광 소자(125)는 청색 광을 다운 컨버팅(예를 들어, 하나의 변환 매체 사용)하여 녹색광을 생성 및 제공하도록 추가로 구성되며, 제 3 세트의 발광 소자(125)는 또한 이번에 청색광을 다운 컨버팅(예를 들어, 다른 변환 매체 사용)하여 적색광을 생성하고 제공하도록 구성된다.
화상 요소의 발광 소자(125)는 그 자체가 어레이, 격자, 또는 다른 유형으로 구성될 수 있거나, 광 필드 디스플레이에서 상이한 배열을 사용하여 화상 소자가 구성 될 수 있는 것과 같은 순서화된 배열로 구성될 수 있다.
추가적으로, 각각의 화상 요소에 대해 발광 소자(125)를 구동 또는 동작시키기 위한 하나 이상의 구동부(driver)(135)가 있을 수 있다. 구동부(135)는 뒷평면(backplane)(130)의 일부이고, 발광 소자(125)에 전자적으로 결합되는 수단 또는 전자회로 일 수 있다. 구동부(135)는 발광 소자 (125)를 구동 또는 동작시키기 위해 (예를 들어, 발광 소자를 선택하고, 설정을 제어하고, 밝기를 제어하기 위해) 적절한 신호, 전압 및/또는 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현에서, 하나의 구동부(135)가 각각의 발광 소자 (125)를 구동 또는 작동시키는 데 사용될 수 있는 일대일 대응이 있을 수 있다. 다른 구현에서, 하나의 구동부(135)가 다수의 발광 소자(125)를 구동 또는 작동시키는 데 사용될 수 있는 일대다 대응이 있을 수 있다. 예를 들어, 구동부(드라이버)(135)는 단일 발광 소자(125) 또는 다중 발광 소자(125)를 구동하도록 구성된 단위 셀의 형태일 수 있다.
구동부(135)를 포함하는 뒷평면(130)에 추가하여, 라이트 필드 디스플레이는 또한 발광 소자 (125)를 갖는 평면 (120)을 포함 할 수있다. 더욱이, 라이트 필드 디스플레이는 또한 라이트 스티어링 광학 요소 (115)를 갖는 평면 (110)을 포함 할 수 있다. 일 구현에서, 평면 (110), 평면 (120) 및 백플레인 (130) 중 2 개 이상이 함께 통합되거나 결합되어 적층 또는 3 차원 (3D) 구조를 형성 할 수 있다. 추가 레이어, 평면 또는 구조 (도시되지 않음)는 또한 연결성, 상호 운용성, 접착 성 및 / 또는 평면 간의 거리를 용이하게하거나 구성하기 위해 스택 또는 3D 구조의 일부일 수 있습니다. 본 개시에서 사용 된 바와 같이, 용어 "평면" 및 용어 "층"은 상호 교환 적으로 사용될 수 있다.
드라이버(135)를 포함하는 뒷평면(130)에 추가하여, 광 필드 디스플레이는 또한 발광 소자(125)를 갖는 평면(120)을 포함할 수 있다. 더욱이, 광 필드 디스플레이는 또한 광 스티어링 광학 요소(115)를 갖는 평면(110)을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 평면(110), 평면(120) 및 뒷평면(130) 중 2개 이상이 함께 통합되거나 결합되어 적층 또는 3차원(3D) 구조를 형성할 수 있다. 추가 레이어, 평면 또는 구조(도시되지 않음)은 또한 연결성, 상호 운용성(interoperability), 접착성(adhesion), 및/또는 평면간의 거리를 용이하게 하거나 위해 스택(stacked) 또는 3D 구조일 수 있다. 본 개시에서 사용한 바와 같이, 용어 "평면" 및 용어 "층"은 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
도 1b는 광 필드 디스플레이를 위한 화상 요소의 다른 예를 도시하는 도면(100b)이다. 이 예시에서, 화상 요소는 광선 소자(105)(도 1b에 도시된 바와 같이)를 제공하거나 방출할 수 있을 뿐만 아니라, 광 조향 광학 소자(107)를 통해 광선 소자(107)를 수신하도록 구성될 수 있다. 광선 소자(107)는 화상 요소 또는 광 필드 디스플레이에 의해 수신되는 다양한 뷰에 기여하는 지향성 광 입력(directional light inputs)에 대응할 수 있는 바, 이는 광선 소자(105)와 마찬가지로, 화상 요소 또는 광 필드 디스플레이에 의해 시청자에게 제공되는 다양한 뷰에 기여하는 지향성 광 출력에 대응할 수 있다.
도 1b의 예시에서, 발광 소자(125)를 갖는 평면(120a)은 광선 소자(107)와 관련된 광을 수신하거나 캡처하기 위한 하나 이상의 광 검출 소자(127)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 검출 소자(127)는 발광 소자 (125)에 의해 인접하게 둘러싸인 평면(120a)에 위치 할 수 있거나, 대안적으로, 하나 이상의 광 검출 소자(127)는 발광 소자(125)와 분리된 평면(120a)에 위치 할 수 있다. 용어 "광 검출 소자(light detecting element)", "광 검출기(light detector)", "광 센서(light sensor)"또는 "센서(sensor)"는 본 개시에서 상호교환 적으로 사용될 수 있다.
일부 구현에서, 광 검출 소자(127)는 발광 소자(125)와 동일한 반도체 기판상에 모놀리식으로 통합될 수 있다. 이와 같이, 광 검출 소자(127)는 발광 소자(125)가 제조될 수 있는 전술한 것과 동일한 유형의 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 광 검출 소자(127)는 발광 소자(125)를 제조하는 데 사용되는 것과 상이한 재료 및/또는 구조(예를 들어, 실리콘 상보성 금속-산화물-반도체 (CMOS) 또는 그 변형)으로 제조될 수 있다.
더욱이, 구동부(135)를 갖는 평면(130a)은 또한 광 검출 소자(127) 및 광 검출 소자(127)에 전자적으로 결합된 하나 이상의 검출부(137)를 포함할 수 있다. 구동부(135)가 있는 평면(130a)은 광 검출 소자(127)를 작동시키기 위해(예를 들어, 광 검출소자를 선택하고, 세팅을 제어하기 위해) 및 광 검출 소자(127)에 의해 수신되거나 포착되는 광을 나타내는 신호(예를 들어, 아날로그 또는 디지털 신호)를 생성하기 위해, 적절한 신호, 전압 및/또는 전류를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 1b의 광 조향 광학 소자(115)의 구성은, 그러므로 어느 마이크로 렌즈 및/또는 격자가 내장된 위치 및 특성은, 시청자가 광 필드 뷰를 인식하는 데 필요한 다양한 기여를 제공하기 위해, 또한 적절한 광 검출 소자(127)를 향한 광선 소자(107)의 올바른 조향(steering) 또는 지향(directing)을 생성하기 위해, 화상 요소로부터 멀리 광선 요소(105)의 올바른 조향 또는 지향을 생성하기 위한 것이다. 일부 구현에서, 광 검출 소자(127)는 발광 소자(125)와 관련하여 사용되는 광 조향 광학 요소(115)보다 별개의 또는 추가의 광 조향 광학 소자(127)를 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 광 검출 소자(127)를 위한 광 조향 광학 소자는 광 조향 광학 소자(115)를 갖는 평면(110)에 포함될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 설명된 상이한 화상 요소 구조는 화상 요소의 발광 소자(125)에 의해 생성된 광선 요소의 제어, 배치 및 지향성을 가능하게 한다. 게다가, 도 1b내 화상 요소 구조는 화상 요소에 의해 수신된 광선 요소의 제어, 배치, 및 지향성을 가능하게 한다.
도 2에서, 도면(200)은 화상 요소 내 발광 소자(125)의 패턴 또는 모자이크의 예를 도시한다. 이 예에서, 화상 요소의 일부인 발광 소자(125)의 어레이 또는 그리드의 일부는 다양한 유형의 발광 소자(125)에 사용될 수 있는 상이한 패턴 또는 모자이크 중 하나를 나타내도록 확대된다. 이 예는 3개의 상이한 유형의 발광 소자(125)를 도시하는 바, 제 1 유형의 발광 소자(125a)는 제 1 색상의 광을 생성하고, 제 2 유형의 발광 소자(125b)는 다른 색상의 광을 생성하고, 제 3 유형의 발광 소자(125c)는 또 다른 색상의 광을 생성한다. 이 광 색상은 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광 일 수 있다. 일부 구현에서, 패턴은 적색 광을 생성하는 발광 소자가 녹색 광 또는 청색 광을 생성하는 것보다 2배 더 많응ㄹ 수 있다. 다른 구현에서, 패턴은 녹색광 또는 청색광을 생성하는 것의 2배 크기인 적색광을 생성하는 발광 소자를 포함할 수 있다. 다른 구현에서, 패턴은 예를 들어 백색광과 같은 제 4 색상의 광을 생성하는 제 4 유형의 발광 소자(125)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 특정 색 영역 및/또는 전력 효율 요구를 충족시키기 위해 한 색상의 발광 소자의 면적은 다른 색상의 발광 소자의 면적에 비해 변할 수 있다. 도 2에 관련하여 설명된 패턴 및 색상은 제한이 아닌 설명을 위해 제공된다. 넓은 범위의 패턴 및/또는 색상(예를 들어, 디스플레이에서 특정 색 영역을 가능하게 하기 위해)은 화상 소자의 발광 소자(125)에 대해 이용 가능할 수 있다. 또 다른 측면에서, 여분의 (임의의 색상의)여분의 발광 소자를 특정 패턴으로 사용하여 중복성(redundancy)를 제공할 수 있다.
도 2의 도면(200)은, 또한 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적 된 다양한 유형의 발광 소자(125)(예를 들어, 발광 소자(125a, 125b, 125c))를 갖는 것을 도시한다. 예를 들어, 상이한 유형의 발광 소자(125)가 상이한 재료 (또는 동일한 재료의 상이한 변형 또는 조성)에 기초하는 경우, 이들 상이한 재료 각각은 상이한 유형의 발광 소자(125)가 반도체 기판과 모놀리식으로 통합 될 수 있도록 반도체 기판과 호환될 필요가 있다. 이것은 광 필드 디스플레이에 필요한 발광 소자(125)의 초고밀도 어레이(예를 들어, RGB 발광 소자)를 허용한다.
도 3의 다이어그램(300)은, 다수의 화상 요소 또는 수퍼-락셀(super-raxel)(320)을 갖는 광 필드 디스플레이 (310)를 도시한다. 광 필드 디스플레이 (310)는 다양한 유형의 애플리케이션에 사용될 수 있으며 그 크기는 그에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 광 필드 디스플레이(310)는 시계, 근 안용 애플리케이션(near-eye application), 전화, 태블릿, 랩톱, 모니터, 텔레비전 및 빌보드 용 디스플레이로 사용될 때 다른 크기를 가질 수 있다. 따라서, 그리고 애플리케이션에 따라, 광 필드 디스플레이(310)의 화상 요소 (320)는 어레이, 그리드, 또는 다른 크기의 정렬된 다른 유형의 배열로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 화상 요소 (320)는 NХM 어레이로 구성되거나 위치될 수 있으며, N은 어레이 내의 화상 요소의 행 수이고 M은 어레이 내의 화상 요소의 열 수이다. 그러한 어레이의 확대된 부분이 광 필드 디스플레이 (310)의 오른쪽에 도시된다. 소형 디스플레이의 경우, 어레이 크기의 예는 N≥10 및 M≥10, N≥100 및 M≥100을 포함할 수 있으며, 어레이의 각 화상 요소(320)는 자체적으로 발광 소자(125)의 어레이 또는 격자를 갖는다. 대형 디스플레이의 경우 발광 소자(125)의 어레이 또는 그리드를 갖는 어레이를 갖을 때, 어레이 크기의 예에는 N≥500 및 M≥500, N ≥1,000 및 M≥1,000, N≥5,000 및 M≥5,000, N≥10,000 및 M≥10,000이 포함될 수 있다.
보다 구체적인 예에서, 전통적인 디스플레이의 픽셀이 화상 요소(320)로 대체되는 4K 광 필드 디스플레이의 경우, NХM의 화상 요소 어레이(320)는 대략 8.300,0000 화상 요소(320)를 포함하는 2,160Х3,840 어레이일 수 있다. 각 화상 요소(320) 내의 발광 소자(125)의 수에 따라, 4K광 필드 디스플레이는 대응하는 전통적인 디스플레이의 해상도보다 1배 또는 2배 더 큰 해상도를 가질 수 있다. 화상 요소 또는 수퍼 락셀(320)이 적색(R)광, 녹색(G)광, 및 청색(B)광을 생성하는 125개의 상이한 LED를 발광 요소로 포함할 때, 4K광 필드 디스플레이는 모놀리식방식으로 집적된 RGB LED 수퍼 락셀로 만들어졌다고 할 수 있다.
대응하는 광 조향 광학 소자(115)(예를 들어, 일체형 이미징 렌즈)를 포함하는 광 필드 디스플레이(310) 내 화상 요소(320) 각각은 디스플레이 해상도에 의해 제한되는 최소 화상 요소 크기를 나타낼 수 있다. 이와 관련하여, 화상 요소(320)의 발광 소자(125)의 어레이 또는 그리드는 그 화상 요소에 대한 대응하는 광 조향 광학 소자(115)보다 작을 수 있다. 그러나, 실제로, 화상 요소(320)의 발광 소자(125)의 어레이 또는 그리드의 크기는 대응하는 광 조향 광학 소자(115)(예를 들어, 마이크로렌즈 또는 렌즈렛의 직경)과 유사할 수 있는 바, 이는 화상 요소(320)사이의 피치(330)와 유사하거나 동일하다.
화상 요소(320)를 위한 발광 소자(125)의 어레이의 확대도가 도면(300)의 오른쪽에 도시된다. 발광 소자(125)의 어레이는 PХQ 어레이 일 수 있으며, P는 어레이의 발광 소자(125)의 행의 수이고 Q는 어레이의 발광 소자 (125)의 열의 수이다. 어레이 크기의 예로는 P≥5 및 Q≥ 5, P≥8 및 Q≥8, P≥9 및 Q≥9, P≥10 및 Q≥10, P≥12 및 Q≥12, P≥20 및 Q≥20, P≥25 및 Q≥25를 포함할 수 있다. 예에서, PХQ 어레이는 81개의 발광 소자 또는 서브-락셀(125)을 포함하는 9Х9 어레이이다. 화상 요소(320)를 위한 발광 소자(125)의 어레이는 정사각형 또는 직사각형 형상으로 제한될 필요가 없으며 육각형 또는 다른 형상에 기초 할 수도 있다.
각각의 화상 요소(320)에 대해, 어레이에 있는 발광 소자는 공간적 및 각도적 근접성에 기초하여 할당되거나 그룹화된(예: 논리적으로 그룹화됨) 발광 소자(125)의 개별 및 별개의 그룹을 포함할 수 있고, 광 필드 디스플레이(310)에 의해 시청자에게 제공되는 광 필드 뷰를 생성하는데 기여하는 상이한 광 출력(예를 들어, 지향성 광 출력(directional light outputs)을 생성하도록 구성된다. 서브 락셀 또는 발광 소자를 락셀로 그룹화하는 것은 고유할 필요가 있다. 예를 들어, 조립 또는 제조 중에, 디스플레이 경험을 가장 최적화하는 특정 락셀에 서브-락셀(sub-raxles)을 매핑할 수 있다. 예를 들어, 다양한 색상의 발광 소자의 노화 및/또는 광 조향 광학 소자의 노화의 변화를 포함하여, 디스플레이의 다양한 부품 또는 요소의 노화를 설명하기 위해 배치된 디스플레이에 의해 유사한 재매핑(re-mapping)이 수행될 수 있다. 본 개시에서, 용어 "발광 소자의 그룹(groups of light emitting elements)" 및 용어 "락셀(raxel)"은 광 필드 디스플레이 내 유사한 구조 단위를 설명하기 위해 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 다양한 그룹의 발광 소자 또는 락셀의 기여에 의해 생성된 광 필드 뷰는 시청자가 연속 또는 비연속 뷰로 인식할 수 있다.
발광 소자(125)의 어레이에서 발광 소자의 개별 그룹은 적어도 3개의 상이한 색상의 광(예를 들어, 적색광, 녹색광, 청색광, 및 아마도 백색광)을 생성하는 발광 소자를 포함한다. 일 예시에서, 이들 그룹 또는 락셀 각각은 적색광을 생성하는 적어도 하나의 발광 소자(125), 청색광을 포함하는 적어도 하나의 발광 소자(125), 및 녹색광을 포함하는 적어도 하나의 발광 소자(125)를 포함한다. 다른 예에서, 이들 그룹 또는 락셀 각각은 적색광을 생성하는 2 개의 발광 소자(125), 녹색 광을 생성하는 하나의 발광 소자 (125) 및 청색 광을 생성하는 하나의 발광 소자 (125)를 포함한다. 또 다른 예에서, 이들 그룹 또는 락셀 각각은 적색 광을 생성하는 하나의 발광 소자 (125), 녹색 광을 생성하는 하나의 발광 소자 (125), 청색 광을 생성하는 하나의 발광 소자 (125) 및 백색 광을 생성하는 하나의 발광 소자 (125)를 포함한다.
위에서 설명된 다양한 애플리케이션(예를 들어, 상이한 크기의 광 필드 디스플레이)때문에, 광 필드 디스플레이(310)와 관련하여 설명된 일부 주고 유닛의 크기 또는 치수는 상당히 변할 수 있다. 예를 들어, 화상 요소(320)에서 발광 소자(125)(예를 들어, 어레이 또는 그리드의 직경, 폭, 또는 범위(span))은 약 10마이크론 내지 1000마이크론 범위일 수 있다. 즉, 화상 요소 또는 수퍼 락셀(320)과 관련된 크기는 이 범위에 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "약"은 공칭값 또는 공칭값으로부터 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 % 또는 25 % 이내의 변동을 나타낸다.
다른 예시에서, 화상 요소(320)에서 발광 소자(125)의 각 그룹의 크기(예: 그룹의 직경, 폭 또는 범위)는 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론 범위일 수 있다. 즉, 발광 소자(125)(예를 들어, 락셀(610))과 관련된 크기는 이 범위에 있을 수 있다.
다른 예시에서, 화상 요소(320)의 발광 소자(125) 그룹의 크기는 10 마이크론보다 클 수 있는데, 그 이유는 그러한 그룹의 발광 소자(125)의 크기가 10 마이크론만큼 클 수 있기 때문이다.
또 다른 예에서, 각 발광 소자(125)의 크기 (예를 들어, 발광 소자 또는 서브-락셀의 직경, 폭 또는 범위)는 약 0.4 마이크론 내지 약 4 마이크론 범위일 수 있다. 유사하게, 각 발광 소자(125)의 크기(예를 들어, 발광 소자 또는 서브-락셀의 직경, 폭 또는 범위)는 약 1 마이크론 미만일 수 있다. 더욱이, 일부 구현에서 각 발광 소자(125)의 크기는 10 마이크론만큼 클 수 있다. 즉, 발광 소자 또는 서브-락셀(125)과 관련된 크기는 전술 한 범위 내에 있을 수 있다.
또 다른 예에서, 광 조향 광학 소자(115)의 크기 (예를 들어, 마이크로 렌즈 또는 렌즈렛의 직경, 폭 또는 범위)는 약 10마이크론 내지 약 1,000 마이크론 범위 일 수 있으며, 이것은 화상 요소 또는 슈퍼 락셀의 크기 범위와 유사하다.
도 4에서, 도면(400)은 대응하는 광 조향 광학 소자(115)를 갖는 화상 요소(320)의 배열의 일부의 확대된 뷰를 도시하는 광 필드 디스플레이(310)의 다른 예를 도시한다. 피치(330)은 화상 요소(320) 사이의 간격 또는 거리를 나타낼 수 있고, 광 조향 광학 소자(115)의 크기(예를 들어, 마이크로렌즈 또는 렌즈렛의 크기)일 수 있다.
이 예에서, 도 4의 광 필드 디스플레이(310)는 2,160Х3,840 배열의 화상 요소 또는 수퍼 락셀(320)을 갖는 4K 광 필드 디스플레이일 수 있다. 이러한 경우, 약 1.5 미터 또는 약 5 피트의 시청자 거리에 대해, 광 조향 광학 소자(115)의 크기는 약 0.5mm일 수 있다. 이러한 크기는 약 1 arc-minute/ 화상 요소의 사람의 시력과 일치할 수 있다. 이 예에서 시청자의 시야(Field of View: FOV)는 약 64도일 수 있으며, 이는 화상 요소에서 제공하는 시야각(viewing angle)보다 작을 수 있다(예: 시야각> FOV). 더욱이, 이 예에서 4K 광 필드 디스플레이가 제공하는 다중 뷰는 인간 동공의 직경과 일치하는 4mm 너비를 가질 수 있다. 이것은 예를 들어, 312개의 발광 소자(125)를 갖는 화상 요소(320)에 의해 생성된 출력광을 조절하는 광 조향 광학 소자(115)로 해석될 수 있다. 따라서, 이 예시에서, 4K 광 필드 디스플레이는 광 필드 위상을 갖는 연속 시차(continuous parallax) 또는 광 필드 위상을 갖는 수평 시차(horizontal parallax)를 제공할 수 있다.
도 5의 도면(500)은 근접 광 검출 소자 또는 센서(127)를 사용하여 광 필드 캡처를 수행함으로써 카메라로서도 작동할 수 있는 광 필드 디스플레이의 대안적인 구성을 도시한다. 이 예시에서, 광 필드 디스플레이 및 카메라(310a)는 NХM 화상 소자(320) 어레이를 포함하고, 어레이의 일부가 도면(500)d의 우측에 확대되어 도시된다. 광 검출 소자(127)는 예를 들어, 화상 요소(320)(예를 들어, 광 조향 광학 소자(115))에 의해 사용되는 것과 유사한 통합 광학 소자로 조립된 실리콘 기반 이미지 센서일 수 있다. 일 구현에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 광 검출 소자(127)는 일대일 대응(예를 들어, 각 디스플레이 요소 별 하나의 캡처 요소)으로 화상 요소(320) 근처 또는 근접하게 위치될 수 있다. 다른 구현에서, 광 검출 소자(127)의 수는 화상 요소(320)의 수보다 적을 수 있다.
예에서, 각 광 검출소자(127)는 동일한 방식으로 광을 갭처하기 위한 여러 서브 센서(sub-sensors)를 포함할 수 있는 바, 각각의 화상 요소(320)(예를 들어, 수퍼-락셀)은 다중 발광 소자(125)(예를 들어, 다중 서브 락셀) 또는 발광 소자(125)의 다중 그룹(예를 들어, 다중 락셀)을 포함할 수 있기 때문이다.
도 1b에 전술한 바와 같이, 광 검출 소자(127)은 발광 소자(125)와 동일한 평면(120a)에 통합될 수 있다. 그러나, 뒷평면(130a)이 또한 실리콘 기반(예를 들어, 실리콘 기반 기판)일 가능성이 높기 때문에, 광 검출 소자(127)의 일부 또는 모든 특징이 뒷평면(130a)에서 실행될 수 있다. 이러한 경우에, 광 검출 소자(127)의 적어도 일부 특징은 뒷평면(130a)의 검출기(137)와 통합되어 검출기(137)의 회로 또는 전자 수단이 광 검출 소자(127)를 구동하게 할 수 있다.
도 6a의 도면 600a는 본 개시에서 설명된 구조적 유닛의 일부를 예시하기 위하여 광 필드 디스플레이(예를 들어, 광 필드 디스플레이(310))의 일부의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 도면(600a)는 각각 대응하는 광 조향 광학 소자(115)를 갖는 3개의 인접한 화상 요소 또는 수퍼 락셀(320a)를 도시한다. 이 예시에서, 광 조향 광학 소자(115)는 화상 요소(320a)와 분리된 것으로 간주될 수 있지만, 다른 경우에 광 조향 광학 소자(115)는 화상 요소의 일부인 것으로 간주될 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 각 화상 요소(320a)는 다수의 발광 소자(125) (예를 들어, 다수의 서브-락셀)을 포함하고, 여기서, 상이한 유형의 여러 발광 소자(125) (예를 들어, 여러 서브 락셀)는 광 필드 디스플레이에 의해 제공 될 특정 광 뷰와 관련된 그룹(610) (예를 들어, 락셀로)으로 함께 그룹화 될 수있다. 그룹 또는 락셀은 중간 화상 요소(320a)에서 최 우측 그룹 또는 락셀에 의해 도시 된 바와 같이 특정 광선 요소(105)에 기여하는 다양한 구성 요소 (도 6B 참조)를 생성 할 수 있다. 상이한 화상 소자에서 상이한 그룹 또는 락셀에 의해 생성된 광선 소자(105)는 광 필드 디스플레이로부터 멀리 떨어진 시청자에 의해 인지되는 뷰에 기여할 수 있음을 이해해야 한다.
도 6a에 설명된 추가 구조 단위는 화상 소자(320a)의 동일한 유형(예를 들어, 동일한 색상의 광을 생성함)의 발광 소자(125)의 그룹화를 나타내는 서브 화상 요소(620)의 개념이다. 서브-화상 요소(620)와 관련된 추가 세부 사항은 도 8b, 9b, 및 9c에 관련하여 아래에서 설명된다.
도 6b의 도면 600b는 각각이 대응하는 광 조향 광학 소자(115)를 갖는 3개의 인접한 화상 요소 또는 수퍼 락셀(320a)에 의해 생성된 광선 소자의 다양한 공간 방향성을 설명하기 위하여 광 필드 디스플레이(예를 들어, 광 필드 디스플레이(310))일부의 다른 단면도를 도시한다. 이 예시에서, 최좌측 화상 요소(320a)의 발광 소자(125)의 그룹은 광선 소자(105a)(예를 들어, 광 출력)을 생성하며, 여기서 광선 소자(105a)는 발광 소자(125) 그룹에 의해 생성(produced)되거나 생성된(generated) 광선 소자 구성 요소(Ray element components)(630)의 조합(예: 광 출력 서브-구성 요소)이다. 예를 들어, 발광 소자(125)의 그룹은 3개의 발광 소자(125)를 포함하라 때, 이들 각각은 광선 소자(105a)의 구성 요소(예를 들어, 상이한 색상의 광 구성 요소)를 생성하거나 생성할 수 있다. 광선 요소(105a)는 다중 각도(예를 들어, 2개 또는 3개의 각도에 기초하여) 정의될 수 잇는 특정의 특정 공간 방향성을 갖는다.
유사하게, 중간 화상 요소(320a)의 발광 소자(125)의 그룹은 광선 요소(105b)(예를 들어, 광 출력)을 생성하며, 여기서 광선 요소(105b)는 발광 소자(125)의 그룹에 의해 생성된 광선 소자 구성 요소의 조합이다. 광선 소자(105b)는 다중 각도에 기초하여 정의될 수도 있는 광선 요소(105a) 중 하나와 다른 특정 공간 방향성을 갖는다. 최우측 화상 요소(320a)의 발광 소자 그룹(125)에 의해 생성된 광선 소자(105c)에 대해서도 동일하게 적용된다.
다음의 도면은 광 필드 디스플레이(예를 들어, 광 필드 디스플레이(310))에 대한 상이한 구성을 설명한다. 도 7a에서, 도면(700a)는 광 필드 디스플레이에 대한 제 1 구성 또는 접근을 도시한다. 이 구성에서, 다양한 광 필드 뷰(예, 뷰A, 뷰 B)는 광 필드 디스플레이(310)내 다양한 화상 요소(320b)에서 광선 요소(105)를 결합함으로써 제공될 수 있는 락셀 어레이의 화상 요소 어레이라고 할 수 있다. 이 예시에서, 광 조향 광학 소자(115)는 화상 요소(320b)의 일부인 것으로 간주될 수 있다. 각 화상 요소(320b)에 대해, 발광 소자(125) 그룹의 어레이 또는 그리드(710)(예를 들어, 락셀의 어레이 또는 그리드)가 있고, 이들 그룹 각각은 광 필드 디스플레이(310)에 의해 제공되는 적어도 하나의 구성 요소(도 6b 참조)를 갖는 광 출력을 생성한다. 광 필드 디스플레이(310)로부터 특정 위치(location) 또는 위치(position)에서 시청자에 의해 인식되는 뷰를 구성하거나 형성하기 위한 기여로, 예를 들어, 각각의 화상 요소(320b)에서, 뷰 A에 기여하는 어레이(710)에 적어도 하나의 그룹 또는 락셀이 있고 뷰 B에 기여하는 어레이(710) 내에 적어도 다른 그룹 또는 락셀이있다. 일부 예에서, 광 필드 디스플레이(310)에 대한 시청자의 위치에 따라, 동일한 그룹 또는 락셀이 뷰 A 및 뷰 B 모두에 기여할 수 있다.
도 7a의 광 필드 디스플레이(310)의 일 측면에서, 각 화상 요소(320b)에 대해, 광 조향 광학 소자(115)의 위치와 화상 요소(320b)가 광 필드 디스플레이 (310)에서 위치되는 위치에 기초하여 어레이(710)의 위치 사이에 공간적 (예를 들어, 측면)오프셋이 있을 수 있다.
도 7b에서, 도면(700b)는 또한 광 캡처를 지원하는 광 필드 디스플레이에 대한 제 2 구성 또는 접근법을 도시한다. 이 구성에서 광 필드 디스플레이 및 카메라(310a)는 도 7a에 도시된 광 필드 디스플레이(310)와 실질적으로 유사하나, 광 필드 디스플레이 및 카메라(310a)에서, 광선 요소(107)를 광 검출 소자와 함께 발광 소자(125)의 그룹을 갖는 어레이(710a) 내의 적절한 광 검출 소자(예: 센서(127))로 조향하거나 지시하는 카메라 렌즈(725)가 있다.
도 8a는 화상 요소(320)의 다양한 세부 사항을 설명하는 도면(800a)를 도시한다. 예를 들어, 화상 요소(320)(예를 들어, 수퍼-락셀)은 각각의 광 조향 광학 요소(115)(점선으로 도시됨)을 가지며, 모놀리식으로 발광 소자(125)(서브-락셀)의 어레이 또는 그리드(810)을 포함하여 동일한 반도체 기판에 통합된다. 광 조향 광학 소자(115)는 어레이(810)와 동일하거나 유사한 크기일 수 있거나, 도시된 바와 같이 어레이(810)보다 약간 더 클 수 있다. 본 개시의 도면에 예시 된 크기 중 일부는 예시의 목적으로 과장되었으며 실제 또는 상대적 크기의 정확한 표현으로 간주될 필요가 없음을 이해해야 한다.
어레이(810)의 발광 소자(125)는 상이한 색상의 광을 생성하기 위해 상이한 유형의 발광 소자를 포함하고(예를 들어, 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 통해), 각각은 시청자에 의해 인식되는 하나 이상의 광 필드 뷰에 기여하는 다른 광 출력(예를 들어, 지향성 광 출력)을 생성하는 개별 그룹 (610) (예를 들어, 별도의 락셀)으로 배열 또는 구성된다. 즉, 각 그룹(610)은 화상 요소(320)를 포함하는 광 필드 디스플레이에 의해 시청자에게 제공될 뷰 중 하나 이상에 기여하도록 구성된다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 어레이(810)은 2개이상의 화상 요소의 인접 또는 근접 배치를 허용하는 기하학적 배열을 갖는다. 기하학적 배열은 육각형(도 8a에 도시됨), 정사각형, 또는 직사각형 형상 중 하나일 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 도 8a의 화상 요소(320)는 화상 요소(230) 내 발광 소자(125)를 구동하도록 구성된 다수의 구동 회로를 포함하는 전자 수단(예: 도 1a의 뒷평면(130))에 대응할 수 있다. 도 8a의 예시에서, 전자 수단은 개별 그룹 및/또는 그룹의 일부인 발광 소자의 동작을 제어하도록 구성된 다수의 단위 셀을 포함할 수 있다.
도 8b는 화상 요소(320)의 다른 구현의 다양한 세부 사항을 설명하는 도면(800b)에 관한 것이다. 예를 들어, 도 8b의 화상 요소(320)(예: 수퍼 락셀)은 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적된 다수의 서브 화상 요소(620)을 포함한다. 각각의 서브-화상 요소(620)는 개별 광 조향 광학 소자(115)(점선으로 도시됨)을 포함하고, 동일한 색상의 광을 생성하는 발광 소자(125)(예: 서브-락셀)의 어레이 또는 그리드(810a)를 포함한다. 광 조향 광학 소자(115)는 어레이(810a)와 동일하거나 유사한 크기 일 수 있거나, 도시된 바와 같이, 어레이(810a)보다 약간 더 클 수 있다. 화상 요소(320)의 경우, 서브 화상 요소(620) 하나의 광 조향 광학 소자(115)는 광 조향 광학 요소의 구조를 최적화함으로써 지정된 색상 파장에 대해 서브-화상 요소(620)에서 발광 소자(125)에 의해 생성된 색상의 색수차(chromatic aberration)을 최소화할 수 있다. 색수차를 최소화함으로써, 광 필드 뷰의 선명도를 개선하고 확대율이 화상 요소의 중심에서 멀어지는 방식을 보상할 수 있다. 더욱이, 광 조향 광학 소자(115)는 각각의 서브-화상 요소(620)의 어레이(810a)에 정렬되고 결합된다.
서브 화상 요소(620)의 발광 소자(125)는 개별 그룹(610)(예를 들어, 락셀)로 배열된다. 각 그룹(610)은 광 필드 디스플레이로부터 특정 위치(position) 또는 위치(location)에서 시청자에 의해 인식되는 뷰의 기여도(예를 들어 광선 요소)를 제공할 수 있다. 일 예에서, 각 그룹(610)은 각각의 서브 화상 요소(620)로부터의 배치된 발광 소자(125)를 포함할 수 있다(예를 들어, 각각의 서브 화상 요소의 동일한 위치). 다른 예시에서, 각각의 그룹(610)은 각각의 서브 화상 요소(620)(예를 들어, 각각의 서브 화상 요소 내 다른 위치)로부터 비-배치(non-collocated)발광 소자(125)를 포함할 수 있다. 또 다른 예시에서, 각각의 그룹(610)은 각각의 서브 화상 요소(620)로부터 배치된 및 비-배치된 발광 소자(125)의 조합을 포함할 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 어레이(810a)는 2개 이상의 서브 화상 요소의 인접 배치를 허용하는 기하학적 배열을 갖는다. 기하학적 배열은 육각형(도 8b에 도시됨), 정사각형, 도는 직사각형 중 하나일 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 도 8b의 화상 요소(320)는 화상 요소(230)내 발광 소자(125)를 구동하도록 구성된 여러 구동 회로를 포함하는 전자 수단(예: 도 1a의 뒷평면(130) 내)을 가질 수 있다. 일부 예시에서, 하나 이상의 공통된 구동 회로는 각 서브 화상 요소(620)에 사용될 수 있다. 도 8b의 예시에서, 전자 수단은 개별 서브 화상 요소 및/또는 서브 화상 요소의 일부인 발광 소자의 동작을 제어하도록 구성된 다수의 유닛 셀을 포함할 수 있다.
도 9a의 도면(900a)는 도 8a의 화상 요소(320)의 예시를 도시하며, 발광 소자(125)가 발광 소자(125)각각에 대해 각각의 개별 광학 변한기 또는 색상 변환 매체에 의해 상이한 색상의 광을 생성한다.
일 예에서, 발광 소자(125)의 제 1 세트에 의해 생성된 광을 청색광으로 변환하기 위한 제 1 변환기 수단(예, 광학 변환기 (910a)), 발광 소자(125)의 제 2 세트에 의해 생성된 광을 녹색광으로 변환하기 위한 제 2 변환기 수단(예, 광학 변환기 (910b)), 발광 소자(125)의 제 3 세트에 의해 생성된 광을 적색광으로 생성하기 위한 제 3 변환기 수단(예: 광학 변환기(910c))가 있을 수 있다.
다른 예시에서, 발광 소자(125)의 제 1 세트는 청색광을 생성할 수 있고, 따라서, 제 1 변환기 수단(예, 광학 변환기 (910a))는 필요하지 않다(예를 들어, 제 1 변환기 수단은 선택적임).
도 9b의 도면(900b)는 도 8b의 화상 요소(320)의 예시를 도시하며, 각각의 서브-화상 요소(620)의 발광 소자(125)는 각각의 발광 소자(125)에 대한 각각의 개별 광 변환기 또는 색 변환 매체에 의해 동일한 색상의 광을 생성한다.
일 예에서, 서브 화상 요소(620)의 제 1 요소의 발광 소자(125)에 의해 생성된 광을 청색광으로 변환하는 제 1 변환 수단(예, 광학 변환기(910a)), 서브 화상 요소(620)의 제 2 요소의 발광 소자(125)에 의해 생성된 광을 녹색광으로 변환하는 제 2 변환 수단(예, 광학 변환기(910b)), 및 서브 화상 요소(620)의 제 3 요소의 발광 소자(1258)에 의해 생성된 광을 적색광으로 변환하는 제 3 변환 수단(예, 광학 변환기(910c))가 있을 수 있다.
다른 예시에서, 서브 화상 요소(620)의 제 1 요소의 발광 소자(125)는 청색광을 생성할 수 있으므로, 제 1 변환수단(예를 들어, 광학 변 환기(910a))는 필요하지 않다(예: 제 1 변환기는 선택사항).
도 9c의 다이어그램 (900c)는 도 8b의 화상 요소 (320)의 다른 예를 도시하는 것으로, 서브-화상 요소(620) 각각의 발광 소자(125)는 각각의 서브-화상 요소(620)에 대한 각각의 단일 광 변환기 또는 색 변환 매체에 의해 동일한 색상의 광을 생성한다.
일 예시에서, 하나의 제 1 변환기 수단(예를 들어, 광학 변환기(910a))는 서브 화상 요소(620) 중 제 1 요소의 모든 발광 소자(125)에 의해 생성된 광을 청색광으로 변환하고, 단일의 제 2 변환기 수단(예를 들어, 광학 변환기(910b))는 서브 화상 요소(620)중 제 2 요소의 모든 발광 소자(125)에 의해 생성된 광을 녹색광으로 변환하고, 및 단일의 제 3 변환기 수단(예를 들어, 광학 변환기(910c))는 서브 화상 쇼오(620) 중 제 3의 발광 소자(125)의 모든 발광 소자에 의해 생성된 광을 적색광으로 변환할 수 있다.
다른 예시에서, 서브-화상 요소(620) 중 첫 번째 요소의 발광 소자(125)는 청색광을 생성할 수 있으므로 단일의 제 1 변환기 수단(예: 광학 변환기 (910a))이 필요하지 않다 (예: 첫 번째 변환기 수단은 선택 사항).
도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 제 1 변환 수단, 제 2 변환 수단, 또는 제 3 변환 수단 각각은 색 변환을 생성하기 위해 인(phosphorous)을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 색 변환을 생성하기 위해 다른 조성의 인을 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 1 변환 수단, 제 2 변환 수단, 및 제 3 변환 수단 각각은 양자점(quantum dots)를 포함한다. 제 1 변환 수단에 대한 양자점은 제 1 크기를 가질 수 있고, 제 2 변환 수단에 대한 양자점은 제 2 크기를 가질 수 있고, 제 3 변환 수단에 대한 양자점은 제 3 크기를 가질 수 있으며, 여기서 양자점의 크기는 색상 변환을 생성하기 위해 빛의 파장에 영향을 주거나 제어한다.
비록 본 개시가 도시된 구현에 따라 제공되었지만, 당업자는 실시예에 대한 변형이 있을 수 있고 이러한 변형이 본 개시의 범위 내에 있을 것임을 쉽게 인식 할 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 많은 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (38)

  1. 광 필드 디스플레이(light field display)에 있어서,
    각각의 광 조향 광학 소자를 갖고 동일한 반도체 기판 상에 모놀리식으로 집적된 발광 소자의 어레이를 포함하는 복수의 화상 요소(picture elements); 및
    각 화상 요소에서 상기 발광 소자를 개별적으로 구동하도록 구성된 전자 수단;을 포함하는 광 필드 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광 스티어링 광학 소자는 각각의 화상 요소의 발광 소자들의 어레이에 정렬되고 결합되는, 광 필드 디스플레이.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광 스티어링 광학 소자는 하나 이상의 마이크로렌즈, 하나 이상의 격자(gratings), 또는 둘 모두의 조합을 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  4. 제 1항에 있어서, 각 화상 요소의 상기 발광 소자 어레이는 광 필드 디스플레이가 특정 색 영역(color gamut)을 제공할 수 있게 하는 광을 생성하는 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  5. 제 1항에 있어서, 각 화상 요소의 상기 발광 소자 어레이는 3개 이상의 다른 색상의 광을 생성하는 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  6. 제 5항에 있어서, 3개 이상의 다른 색상의 광을 생성하는 발광 소자는 적색광을 생성하는 발광 소사, 녹색광을 생성하는 발광 소자, 및 청색광을 생성하는 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  7. 제 1항에 있어서, 발광 소자의 어레이에 있는 각 발광 소자는 LED(Light Emitting Diode)인, 광 필드 디스플레이.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 LED는 무기 LED인, 광 필드 디스플레이.
  9. 제 1항에 있어서, 발광 소자 어레이에 있는 상기 발광 소자는 적색광을 생성하는 제 1 LED 세트, 녹색광을 생성하는 제 2 LED 세트, 청색광을 생성하는 제 3 LED 세트를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  10. 제 9항에 있어서, 제 1 LED 세트는 In의 제 1 구성을 가진 InGaN의 적어도 일부로 만들어진 LED를 포함하고,
    제 2 LED 세트는 In의 상기 제 1 구성과 다른 제 2 구성을 가진 InGaN의 적어도 일부로 만들어진 LED를 포함하고, 및
    제 3 LED 세트는 In의 상기 제 1 구성 및 상기 제 2 구성과 다른 제 3 구성을 가진 InGaN의 적어도 일부로 만들어진 LED를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 소자 어레이에 있는 각 발광 소자는 청색광을 생성하고,
    제 1 세트의 발광 소자는 청색광을 제공하도록 구성되고,
    제 2 세트의 발광 소자는 청색광을 다운컨버팅(downconverting)하여 녹색광을 생성 및 제공하도록 구성되고,
    제 3 세트의 발광 소자는 청색광을 다운컨버팅하여 적색광을 생성 및 제공하도록 구성되는, 광 필드 디스플레이.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 기판은, GaN, GaAs, Al2O3, Si, SiC, Ga2O3, 이들의 합금 또는 이들의 유도체 중 하나 이상을 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이의 각 발광 소자는 적어도 부분적으로 AlN, GaN, InN, AlAs, GaAs, InAs, AlP, GaP, InP, 이들의 합금 또는 이들의 유도체 중 하나 이상으로 제조되는, 광 필드 디스플레이.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이의 각 발광 소자는 양자 우물 활성 영역(quantum well active region)을 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이의 각 발광 소자는 각각의 색상 변환 매체를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  16. 제 1항에 있어서, 각 화상 요소의 발광 소자 어레이는 2개 이상의 화상 요소의 인접 배치를 허용하는 기하학적 배열을 갖는, 광 필드 디스플레이.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 기하학적 배열은 육각형 모형, 정사각형 모형, 또는 직사각형 모형 중 하나 인, 광 필드 디스플레이.
  18. 제 1항에 있어서,
    발광 소자의 별도의 그룹이 어레이의 상기 발광 소자로부터 구성되고,
    각 발광 소자 그룹은 공간 방향성(spatial directionality)를 갖는 광 출력을 생성하는, 광 필드 디스플레이.
  19. 제 18항에 있어서, 각 발광 소자 그룹의 상기 광 출력은, 그룹 내의 개별 발광 소자에 의해 생성된 성분을 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  20. 제 19항에 있어서, 광학 출력의 각 구성 요소는 서로 다른 색상의 광에 해당하는, 광 필드 디스플레이.
  21. 제 1항에 있어서,
    발광 소자의 별도의 그룹은 어레이 내 상기 발광 소자로부터 구성되고,
    광 필드 디스플레이의 방향 해상도는 여러 개별 그룹을 기반으로 하는, 광 필드 디스플레이.
  22. 제 21항에 있어서, 각 발광 소자의 그룹은 3개 이상의 다른 색상의 광을 생성하는 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  23. 제 22항에 있어서, 3개 이상의 다른 색상의 광을 생성하는 발광 소자의 각 그룹 내 상기 발광 소자는, 적색광을 생성하는 발광 소자, 녹색광을 생성하는 발광 소자, 및 청색광을 생성하는 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  24. 제 22항에 있어서, 3개이상의 다른 색상의 광을 생성하는 각 발광 소자 그룹의 발광 소자는 적색광을 생성하는 2개의 발광 소자, 녹색광을 생성하는 1개의 발광 소자, 및 청색광을 생성하는 1개의 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  25. 제 22항에 있어서, 3개이상의 다른 색상의 광을 생성하는 각 발광 소자 그룹의 발광 소자는 적색광을 생성하는 1개의 발광 소자, 녹색광을 생성하는 1개의 발광 소자, 청색광을 생성하는 1개의 발광 소자, 및 흰색광을 생성하는 1개의 발광 소자를 포함하는, 광 필드 디스플레이.
  26. 제 1항에 있어서, 화상 요소 내 발광 소자 어레이의 크기는 약 10마이크론에서 약 1000마이크론 사이인, 광 필드 디스플레이.
  27. 제 1항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이 내 발광 소자의 각 그룹의 크기는 약 1 마이크론에서 약 10 마이크론 사이인, 광 필드 디스플레이.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이 내 각 발광 소자의 크기는 약 0.4 마이크론에서 약 4 마이크론 사이인, 광 필드 디스플레이.
  29. 제 1 항에있어서, 상기 발광 소자 어레이 내 각 발광 소자의 크기는 약 1마이크론보다 작은, 광 필드 디스플레이.
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 광 조향 광학 소자의 크기는 약 10 마이크론 내지 약 1000마이크론 사이인, 광 필드 디스플레이.
  31. 제 1항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이의 크기는 화상 요소 사이의 피치(pitch) 크기보다 작은, 광 필드 디스플레이.
  32. 제 1항에 있어서,
    상기 화상 요소는 제 1 층에 구성되고,
    상기 전자 수단은 제 2 층에 구성되며,
    상기 제 1 층은 상기 제 2 층위에 위치하고, 상기 제 2층과 통합되는, 광 필드 디스플레이.
  33. 제 1항에 있어서, 상기 화상 요소는 그리드형(grid-like pattern)으로 배열되고,
    인접한 화상 요소사이의 피치는 인접한 화상 요소 내 광 조향 광학 소자 사이의 피치에 대응하는, 광 필드 디스플레이.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 그리드형 패턴은 화상 요소의 N Х M 배열이고, 여기서 N> 100 및 M>100인, 광 필드 디스플레이.
  35. 제 34항에 있어서, N> 1000 및 M>1000인, 광 필드 디스플레이.
  36. 제 1항에 있어서, 상기 전자 수단은 다수의 구동 회로를 포함하고, 상기 다수의 구동회로는 발광 소자 어레이 내 각 발광 소자를 개별적으로 구동하도록 구성되는, 광 필드 디스플레이.
  37. 제 1항에 있어서, 각각의 화상 요소에 대해, 각각의 광 조향 광학 소자의 위치와 발광 소자 어레이의 위치 사이의 오프셋은 상기 광 필드 디스플레이에서의 상기 화상 요소의 위치에 기초하는, 광 필드 디스플레이.
  38. 제 1항에 있어서, 상기 화상 요소는 상기 반도체 기판에 모놀리식으로 집적되는, 광 필드 디스플레이.
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