KR20230098903A - 자동시청 3d 디스플레이용 고밀도 픽셀 어레이 - Google Patents

Abstract

마이크로 발광 다이오드(마이크로LED) 기반의 디스플레이 장치는 복수의 칩릿을 포함한다. 각각의 칩릿은 하나 이상의 락셀을 포함하며, 각각의 락셀은 기판에 지지되는 복수의 마이크로LED를 포함한다. 칩릿은 또한 하나 이상의 락셀과 전자적으로 연결된 마이크로 집적 회로(마이크로IC)를 포함한다. 마이크로IC는 복수의 상호연결부를 포함하며, 복수의 상호 연결부는 락셀과 연결될 때 마이크로IC가 락셀의 각각의 마이크로LED를 전기적으로 구동하는 데 사용될 수 있도록 백플레인에 지지된다. 실시예에서, 자동시청 수평시차전용 3D 디스플레이를 위해 복수의 칩릿이 디스플레이 기판에 배치된다.

Description

자동시청 3D 디스플레이용 고밀도 픽셀 어레이

본 출원은 2020년 12월 21일자 미국 가특허 출원 번호 제63/128,686호의 우선권을 주장하며, 그 내용 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

자동입체(autostereoscopic)(즉, 안경이나 근안 광학 장치 없이 볼 수 있는, 또는 "자동시청(auto-viewed)"인) 3차원(3D) 디스플레이를 제공하는 다양한 유형의 디스플레이가 제안되었다. 이러한 자동시청 3D 디스플레이의 한 가지 종류는 수평시차전용(HPO: horizontal parallax-only) 디스플레이, 렌티큘러(lenticular) 디스플레이, 래스터 배리어(raster barrier) 디스플레이 또는 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 디스플레이라고 하며, 하나의 차원(예컨대, 수평)에서 서로 다른 패럴랙스 뷰들을 분리하는 다양한 수단을 포함한다. 이러한 종류의 디스플레이는 조리개 또는 렌즈를 특정하고 제한된 가시 각도로 2차원(2D) 픽셀 어레이에 통합하고, 이에 따라 각각의 눈에 서로 다른 패럴랙스 또는 애니메이션 시퀀스 장면을 제시할 수 있다. 예를 들어, 서로 별개인 패럴랙스 뷰 채널의 수는 디스플레이 내에서 사용되는 렌티큘러 렌즈의 시야각, 픽셀과 렌즈 또는 조리개 사이의 간격, 렌즈 또는 조리개의 폭 및 픽셀의 크기에 의해 결정된다. 기존의 자동시청 3D 디스플레이의 일부 예가 Kroon 등의 미국 특허 출원 공개 번호 제2016/0234487A1호 및 Kim 등의 미국 특허 출원 공개 번호 제2017/0208319A1호에 기재되어 있다.

뷰의 분포가 수평 방향으로 제한될 때, 수평 방향의 픽셀 레이어에 있는 서로 다른 샘플의 수는 수직 방향보다 적어도 2배, 많게는 100배 이상 많다. 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 투과형 액정(LC) 기술에 기반한 것과 같은 표준 디스플레이 기술은 픽셀의 최소 크기 및 결과적으로 렌즈의 크기 또는 조리개 간 간격에 제한이 있는데, 이는 픽셀 크기가 요구되는 디스플레이 밝기 및 실현 가능한 픽셀 드라이버 회로 크기에 의해 제약을 받기 때문이다. 비록 디스플레이의 수직 해상도를 희생할지라도 크로스토크를 잠재적으로 감소시키면서 수평각의 수와 분포 범위를 증가시키도록 기울어진 렌티큘러 렌즈(위에서 인용한 Kroon 등 참조)와 몇몇의 수직 열(row)들으로부터 픽셀(위에서 인용한 Kim 등 참조)을 이용하는 것에 의한 약간의 절충을 활용했었다.

기존의 디스플레이 시스템의 이러한 문제점을 극복하기 위한 솔루션이 있으면 좋을 것이다.

아래에서는 하나 이상의 태양에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 이러한 태양의 간략한 요약을 제시한다. 이러한 요약은 생각할 수 있는 모든 태양에 대한 광범위한 개요가 아니며, 모든 태양의 핵심 또는 주요 요소를 식별하고자 하는 것이 아니고 임의의 또는 모든 태양의 범위를 설명하고자 하는 것도 아니다. 본 발명의 목적은 하나 이상의 태양의 일부 개념을 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태로 제시하는 것이다.

실시예에서, 마이크로 발광 다이오드(마이크로LED) 기반의 디스플레이 장치는 복수의 칩릿을 포함한다. 각각의 칩릿은 하나 이상의 락셀을 포함하며, 각각의 락셀은 기판에 지지되는 복수의 마이크로LED를 포함한다. 칩릿은 또한 하나 이상의 락셀과 전자적으로 연결된 마이크로 집적 회로(마이크로IC)를 포함한다. 마이크로IC는 복수의 상호연결부를 포함하며, 복수의 상호 연결부는 락셀과 연결될 때 마이크로IC가 락셀의 각각의 마이크로LED를 전기적으로 구동하는 데 사용될 수 있도록 백플레인에 지지된다. 실시예에서, 자동시청 수평시차전용 3D 디스플레이를 위해 복수의 칩릿이 디스플레이 기판에 배치된다.

첨부된 도면은 단지 일부 구현예만을 예시하며, 따라서 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 아니 된다.
도 1은 실시예에 따른 디스플레이 시스템 구성 형태를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 대안적인 아키텍처를 포함하는 디스플레이 시스템 픽셀 구성 형태를 도시한다.
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 대안적인 디스플레이 시스템 구성 형태를 도시한다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 디스플레이 시스템 픽셀 구성의 또 다른 변형예를 도시한다.
도 7 내지 도 10은 추가 실시예에 따른 디스플레이 시스템 픽셀 구성 형태의 추가적인 변형예를 도시한다.
도 11은 디스플레이 시스템 픽셀 구성 형태의 다른 대안적인 실시예를 도시한다.
도 12 내지 도 14는 실시예에 따른 다른 예시적인 디스플레이 시스템 구성 형태를 도시한다.
도 15 내지 도 17은 추가 실시예에 따른 추가 디스플레이 시스템 구성 형태를 도시한다.
도 18 내지 도 20은 실시예에 따른 또 다른 디스플레이 시스템 구성 형태를 도시한다.

아래에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 충분히 설명한다. 그러나 본 발명은 각기 다른 여러 형태로 실시될 수 있고 여기서 설명하는 실시예에 한정되어서는 아니 된다. 오히려, 이 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 통상의 기술자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위해 제공된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기와 상대적인 크기는 명료성을 위해 과장될 수 있다.

제1, 제2, 제3 등의 용어가 본 명세서에서 다양한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만 이러한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션이 이러한 용어에 의해 제한되어서는 아니 된다. 이러한 용어는 하나의 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션을 다른 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 아래에서 논의하는 제1 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션은 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않으면서 제2 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션으로 지칭될 수 있다.

"바로 아래(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "아래(under)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같이 공간적으로 상대적인 용어는 본 명세서에서 도면에 도시된 하나의 요소 또는 피처의 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 설명함에 있어 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 사용 중이거나 작동 중인 장치의 다른 방향을 포함하고자 하는 의도임을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면에서 장치를 뒤집은 경우, 요소는 다른 요소 또는 피처의 "아래(below)" 또는 "바로 아래" 또는 "아래(under)"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 예시적인 용어인 "아래(below)" 및 "아래(under)"는 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다. 장치는 (90도 회전되거나 혹은 다른 방향으로) 다르게 방향지어질 수 있고, 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명자는 그에 따라 해석될 수 있다. 또한, 층이 2개의 층 "사이"에 있는 것으로 지칭될 때 이는 2개의 층 사이에 있는 유일한 층일 수 있거나 혹은 하나 이상의 중간 층이 또한 존재할 수 있음을 이해할 것이다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 목적일 뿐이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용하는 단수형 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백히 다르게 지시하지 않는 한 복수형도 포함하고자 하는 의도로 사용된다. "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 피처, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 피처, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 이러한 것들의 그룹을 부가하는 것을 배제하지 않는다는 것을 또한 이해할 것이다. 본 명세서에서 "및/또는"이라는 용어는 연관되고 나열된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함하며, "/"로 약칭될 수 있다.

요소나 층이 다른 요소나 층 "위에", "연결되어", "결합되어" 또는 "인접해" 있는 것으로 언급될 때, 요소나 층은 다른 요소나 층 바로 위에, 연결되어, 결합되어 또는 인접해 있거나, 혹은 중간 요소나 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소나 층 "바로 위에", "직접 연결되어", "직접 결합되어" 또는 "바로 인접해" 있는 것으로 언급될 때, 중간 요소나 층은 존재하지 않는다. 마찬가지로, 광이 하나의 요소"로부터" 수광되거나 혹은 제공될 때, 광은 해당 요소로부터 직접 또는 중간 요소로부터 수광되거나 혹은 제공될 수 있다. 반면, 광이 하나의 요소"로부터 직접" 수광되거나 혹은 제공되는 경우, 중간 요소는 존재하지 않는다.

여기서는 본 발명의 이상화된 실시예(및 중간 구조)의 개략적으로 도시한 단면도를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 따라서 예를 들어 제조 기술 및/또는 공차의 결과로서 도시된 형상과 다를 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 여기에 도시된 영역의 특정 형상으로 제한되는 것으로 해석해서는 아니 되며, 예를 들어 제조 과정에서 발생하는 형상의 편차를 포함해야 한다. 따라서 도면에 도시된 영역은 본질적으로 도식적이며 그 형상은 장치의 영역의 실제 형상을 도시하고자 하는 것이 아니고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것도 아니다.

달리 정의하지 않는 한, 여기서 사용하는 (기술 용어 및 과학 용어를 포함하는) 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 분야 및/또는 본 명세서의 맥락에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석해야 하며 여기서 명시적으로 정의하지 않는 한 이상화되거나 혹은 지나치게 형식적인 의미로 해석해서는 아니 된다는 것을 또한 이해할 것이다.

(예컨대, 렌티큘러 또는 래스터 배리어 기반의) 고광도 자동시청 3D HPO 디스플레이를 생산하기 위해서는 픽셀 밀도가 렌즈 크기 및/또는 조리개 간격과 비교하여 상대적으로 높아야 한다. 또한 디스플레이의 광속이 2D 디스플레이 대응물과 같거나 혹은 더 커야 한다. 이러한 요건은 본질적으로 비실용적이며 유기 발광 다이오드("OLED") 및 액정 기반 디스플레이("LCD")의 경우 상충되는데, 이는 이러한 디스플레이의 최소 픽셀 크기가 필요한 박막 트랜지스터("TFT") 또는 저온 다결정 실리콘("LTPS") 백플레인 회로를 위한 광도 요건, 픽셀 층 물리학, 실제적인 회로 밀도 한계에 의한 제약이 있고 LCD의 경우 기본적으로 각각의 픽셀에 대해 백라이트가 필요하기 때문이다. 예를 들어, 기존 디스플레이의 경우, 이러한 제약에 더하여 TFT 및 LTPS 스케일 제약이 적녹청("RGB") 픽셀의 크기를 대략 30미크론 x 30미크론(예컨대, 소니 엑스페리아 Z5 휴대폰의 프리미엄 OLED 디스플레이), 대략 50미크론 x 50미크론(예컨대, 애플 아이폰 11의 리퀴드 레티나 디스플레이), 최대로는 대략 110 x 110 평방미크론(예컨대, 애플 맥북의 레티나 디스플레이)으로 제한한다.

상보형 금속산화 반도체(CMOS) 백플레인을 사용하면 평방 인치당 10,000픽셀 이상의 보다 높은 밀도의 픽셀 구동 회로를 제공할 수 있지만, 실리콘 기반 CMOS 백플레인은 TFT 또는 LTPS 백플레인보다 더 비싸다. CMOS 백플레인을 구비하는 대형 LC 또는 OLED 디스플레이 패널을 타일링하는 것은 비용면에서 효율적이지 않다. 더욱이, 고밀도 디스플레이 픽셀을 렌즈릿 또는 조리개에 대해 정렬함에 있어서 기계적 공차가 문제될 수 있다. 렌즈릿 또는 조리개는 일반적으로는 예를 들어 사출 성형, 압출 또는 인쇄 기술을 이용하여 대형 시트에서 디스플레이 픽셀과 별도로 형성되고, 예를 들어 감압 접착제를 사용하여 디스플레이 픽셀에 부착된다. 이러한 공정 전부가 수십 미크론 정도의 기계적 공차에 대해 본질적인 제한을 받는다. 각각의 렌즈/조리개 뒤에 있는 픽셀의 수가 제한되고 렌즈/조리개 크기와 픽셀 크기 사이의 비가 한 자릿수인 경우, 렌즈/조리개와 픽셀 간의 오정렬과 관련된 원치 않는 아티팩트는 보정에 의해 또는 소프트웨어에 의해 보상될 수 없다. 이러한 문제는 일반적으로 디스플레이의 면적이 픽셀 및 렌즈/조리개 크기에 비해 넓은 것에 의해 악화되는데, 이는 제조 과정에서 공차 오류가 디스플레이의 일 측부에서부터 다른 측부로 또는 중앙에서부터 가장자리로 가면서 누적되기 때문이다. 이러한 제조 가능성, 광도 및 구동 회로 제한과 결합하여, 기존 기술을 이용하여 높은 표면 해상도, 높은 각 해상도 및 고광도의 HPO 자동시청 3D 디스플레이를 생산하는 길은 어렵다.

대조적으로, 무기 마이크로 발광 다이오드(마이크로LED)는 작은 방출 영역에서 높은 휘도를 발생시킬 수 있고, 실용적인 디스플레이 픽셀원인 것으로 입증되었다. 예를 들어 He 등의 국제특허출원 공개 번호 제WO2019/209945A1호, 제WO2019/209957A1호 및 제WO2019/209961호를 참조하라. 단일 마이크로LED 이미터의 방출 플럭스는 면적이 더 큰 OLED 장치보다 더 높고, 유사하게 투과형 LC 및 백라이트로 실제 달성할 수 있는 방출 플럭스보다 더 높은 것으로 나타났다. 따라서 더 작고, 밀도가 더 높고, 더 밝고 그리고 효율이 더 높은 방출 픽셀을 만들면 위에서 설명한 문제에 대한 특유의 해결 방안을 가능하게 한다.

전형적인 팔 길이 작동 거리에서 시각적으로 식별할 수 있는 픽셀의 크기 한계는 약 150미크론(즉, 대략 1아크분/픽셀(arcmin/pixel)에 상응함)으로 간주되는 반면, 마이크로LED는 훨씬 작은 크기로 매우 밝게 발광한다. 예를 들어, 10미크론 x 10미크론의 정사각형 마이크로LED는 10,000평방미크론 OLED 또는 LC 픽셀의 최대 1000배의 광속을 방출할 수 있다(예컨대, 500니트와 대비되는 500,000니트). 즉, 마이크로LED 디스플레이 내의 이미터는 풀 컬러 적녹청(RGB) 픽셀 유닛이 3미크론보다 작은 피치 내에 위치할 수 있는 간격으로 배치될 수 있고, 3가지 색상 전부가 동시에 그리고 기본적으로 방출될 수 있다. 따라서 전체 픽셀 크기를 10,000평방미크론으로 유지하더라도, 요구되는 마이크로LED 발광 영역은 유사하게 망막 제한 해상도 및 더 높은 광속을 제공하면서도 OLED 또는 LC 픽셀의 경우보다 훨씬 작다.

위에서 설명한 마이크로LED의 특성을 활용하여, 자동시청 HPO 3D 디스플레이를 위한 새로운 구성 형태를 개시한다. 도 1은 실시예에 따른 마이크로LED를 포함하는 디스플레이 시스템과 관련한 개념을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로LED 이미터 어레이(100)는 웨이퍼(104) 상에 지지되는 복수의 마이크로LED를 포함한다. 삽입된 도면(108)에 도시된 바와 같이, 마이크로LED(110A, 110B, 110C)는 어레이로 배열되고, 각각의 마이크로LED는 대략 10미크론 정도에서 서브미크론(submicron) 수준까지 범위의 피치를 갖는다. 예를 들어, 수 미크론 정도의 이미터 피치를 가지며 가시광선 파장 범위에서 고광도(즉, 수십만 니트 정도)로 발광하는 마이크로LED가 제시되었다. 마이크로 LED(110A, 110B, 110C)는 각각 서로 다른 파장의 광 에너지를 방출할 수 있다. 예를 들어, 마이크로LED(110A)는 적색 파장 범위에서 발광할 수 있고, 마이크로LED(110B)는 청색 파장 범위에서 발광할 수 있으며, 마이크로LED(110C)는 녹색 파장 범위에서 발광할 수 있다. 삽입된 도면(108) 내에서는 유사한 색상의 마이크로 LED가 열지어서 배열된 것으로 도시되어 있지만, 마이크로LED가 본 명세서의 범위를 벗어나지 않으면서 특정 용도를 위해 쌍, 클러스터 및 기타 적당한 형태와 같은 다른 구성 형태로 배열될 수 있다는 점에 유의하자.

계속해서 도 1을 참조하면, 마이크로LED 이미터 어레이(100)의 일부분은 클러스터 또는 "락셀(raxel)"(120)로 격리된다. 락셀(120)은 예를 들어 마이크로LED 어레이(100)를 다수의 락셀로 다이싱(dicing)하는 것에 의해 생성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이. 락셀(120)은 웨이퍼(104)의 기판 부분(122)에 지지되는 마이크로 LED(110A, 110B) 각각을 하나씩 그리고 마이크로 LED(110C) 2개를 포함한다. 그런 다음 락셀(120)은 마이크로집적회로(마이크로IC)(130)와 전자적으로 연결된다. 마이크로IC(130)는 락셀(120)과 연결될 때 마이크로IC(130)가 마이크로LED(110A, 110B 및 110C) 각각을 하나씩 전기적으로 구동하는 데 사용될 수 있도록 백플레인 부분(134)에 지지되는 복수의 상호연결부(132)를 포함한다. 락셀(120)이 마이크로IC(130)와 전기적으로 연결될 때, 락셀과 마이크로IC는 함께 전체 피치가 약 10미크론 이하인 "칩릿(chiplet)"(135)을 형성한다.

마지막으로, 복수의 칩릿(135)이 디스플레이 백플레인으로 이송되어 마이크로LED 디스플레이(140)를 형성할 수 있으며, 그 일부분이 도 1에 도시되어 있다. 마이크로LED 디스플레이(140)는 디스플레이 백플레인(146)에 각각 지지되는 복수의 수평 및 수직 버스 라인(142 및 144)을 포함한다. 예를 들어, 각각의 칩릿(135)의 피치가 대략 10미크론 이하이기 때문에, 칩릿들(135) 간의 거리는 하나 이상의 파장에서 고광도 발광을 제공하고, 단순화된 전자적 연결을 요구하고, 그리고 센서 요소 및 기타 소형 전자 또는 광학 요소와 같은 추가 컴포넌트를 위한 공간을 디스플레이 백플레인(146)에 남기면서도 픽셀 크기가 위에서 논의한 150미크론 크기 한계 아래로 유지되게 하기 위해 50미크론 내지 100미크론일 수 있다. 또한, 발광 픽셀로부터 발광되는 광을 원하는 위치로 안내하기 위해 디스플레이의 발광 픽셀과 광학적으로 결합되는 마이크로렌즈 또는 기타 광학 요소는 치수가 대략 100미크론이다. 따라서 이러한 광학 요소의 칩릿(135)에 대한 광학적 정렬은 발광 요소가 픽셀 영역의 대부분을 차지하는 통상의 디스플레이에 비해 간단해진다. 유사하게, 마이크로렌즈 또는 광학 요소가 칩릿(135)을 쉽게 오버레이할 수 있기 때문에 마이크로LED(110)의 부분을 가리는 마이크로렌즈 또는 광학 요소의 가장자리로 인한 음영 또는 가장자리 효과로 인한 아티팩트가 제거된다.

도 1이 마이크로LED의 밀도 높은 어레이(100)로부터 다이싱되는 락셀(120)을 도시하고 있지만, 락셀(120)은 대안적으로 마이크로 LED 어레이(100)로부터 기판 부분(120)으로 마이크로 LED 각각을 또는 그 그룹을 전사하는 것에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 마이크로LED 어레이(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다른 파장에서 발광하거나 혹은 전부 단일 파장에서 발광하는 마이크로LED들을 포함할 수 있다.

칩릿, 예컨대 칩릿(135)의 개념은 도 2에 도시된 실시예에서 확장된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이(200)의 일부분은 칩릿(202)을 포함한다. 각각의 칩릿(202)은 락셀(210)을 포함하고, 락셀은 다시 기판 부분(214)에 지지되는 복수의 마이크로LED(212A, 212B 및 212C)를 포함한다. 도 1에 도시된 4개의 마이크로 LED 대신, 아래의 도 3에서 보다 상세하게 나타난 바와 같이 각각의 락셀(210)이 열(row)(들)을 지어 배열되는 다수의 마이크로LED를 포함하는 것에 유의하자. 마이크로LED(212A, 212B, 212C)는 마이크로LED(110A, 110B, 110C)의 각각의 예이다. 락셀(210)은 락셀(120)의 예이다.

계속해서 도 2를 참조하면, 마이크로LED(212A, 212B, 212C) 각각은 광원뿔(216)과 같은 구조에 의해 수집되고 방향 전환될 수 있는 광을 발광한다. 마이크로LED(212A, 212B, 212C) 각각은 상호 연결부(222)를 통해 마이크로IC(220)와 전자적으로 연결하는 데 사용되는 전기 커넥터(218)를 포함한다. 상호 접속부(222)는 백플레인 부분(224)에 지지된다. 그러면 칩릿(202)은 커넥터(232)를 통해 디스플레이 백플레인(230)에 연결된다. 커넥터(232)는 예를 들어 도전성 또는 비도전성 접착제일 수 있다. 각각의 칩릿(202)은 칩릿으로부터 방출되는 광을 원하는 위치로 방향 전환시키기 위해 칩릿과 협력하도록 구성된 멀티뷰 광학장치(240)로 커버되어 있다. 칩릿(202)과 멀티뷰 광학 장치(240)를 조합하면 도 2에 도시된 바와 같은 픽셀(250)이 형성된다.

실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이와 조합하여 사용되는 칩릿의 예에 대한 추가적인 세부 사항은 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 칩릿(300)은 기판 부분(322)에 지지되는 (도 1의 마이크로LED(110A, 110B, 110C)와 같은) 복수의 마이크로LED를 포함하는 락셀(320)을 포함한다. 도 3에 도시된 예에서. 17개의 마이크로 LED로 된 열 2개가 락셀(320)에 배열되어, 다수의 서브-락셀(324)을 형성한다. 락셀(320)은 마이크로IC(330)와 전자적으로 연결되도록 구성되고, 마이크로IC는 다시 백플레인 부분(334)에 지지되는 복수의 상호 연결부(332)를 포함한다. 락셀(320)은 락셀(210)의 예이다.

또한, 도 3에 도시된 칩릿(300)은 락셀(320)과 광학적으로 정렬되도록 구성된 마이크로렌즈 어레이(350)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(350)는 복수의 마이크로렌즈(352)를 포함한다. 일 예로, 마이크로렌즈(352) 각각은 락셀(320) 내의 마이크로LED 중 하나와 광학적으로 정렬되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 마이크로렌즈(352) 각각은 서브-락셀(324) 각각을 커버하도록 그 크기가 정해지고 정렬될 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이(350)는 칩릿(300)이 칩릿 위에 통합된 마이크로렌즈를 포함하도록 락셀(320)에 접착될 수 있다. 마이크로렌즈(352)가 각기 다른 서브-락셀(324)로부터 방출되는 광을 분리하여 별개의 뷰를 형성하는 통상의 렌즈릿 또는 광학 스티어링 요소와 물리적으로 그리고 기능적으로 구별될 수 있다는 점에 유의하자. 즉, 마이크로렌즈(352)는 칩릿(300)의 일부로 간주될 수 있지만, 전체 3D 디스플레이에 의해 형성되는 다수의 뷰를 형성하기 위해 별도의 렌즈릿 세트가 구비될 수 있다.

이에 도 4를 참조하면, 디스플레이(400)의 일부분은 디스플레이 백플레인(410)에 지지되는 복수의 칩릿(300)을 포함한다. 디스플레이 백플레인(410)은 복수의 수평 및 수직 버스 라인(412, 414)을 각각 포함하며, 디스플레이(400)의 도시된 부분은 4 x 4 픽셀 어레이를 포함하고, 각각의 픽셀은 하나의 칩릿(300)을 포함한다. 칩릿(300) 각각은 수평 및 수직 버스 라인(412, 414) 각각에 의해 구동되어, 예를 들어 추가 렌즈 또는 광학 스티어링 요소(미도시)를 이용하여 오른쪽 및 왼쪽 눈(432, 434)에 각각 디스플레이되는, 제1 및 제2 뷰(422, 424) 각각과 같은 디스플레이(400)에 의해 생성되는 다수의 뷰 중 하나에 기여한다.

실시예에서, 각각의 마이크로LED 이미터는 대략 수 미크론(예컨대, 10미크론 미만, 5미크론 미만 또는 3미크론 미만)의 픽셀 피치를 가지며, 락셀(320)은 각각의 마이크로LED의 어드레싱을 위해 동일하게 작은 CMOS 백플레인에 지지되고, 각각의 칩릿의 면적은 10미크론 x 60미크론 정도로 작다. 최종적으로 만들어진 칩릿(300)은 특정 통신 프로토콜을 이용하여 디스플레이 백플레인의 어드레싱 어레이(예컨대, 각각의 수평 및 수직 버스 라인(412, 414))와 인터페이스하는 회로를 포함할 수 있다. 대안적으로, 각각의 칩릿(300)은 보다 간단한 TFT 또는 LTPS 디스플레이 구동 회로에 의해 어드레싱될 수 있게 구성될 수 있고, 이에 따라 비슷한 OLED 또는 LC 디스플레이에 비해 최종적으로 만들어진 디스플레이의 비용 및 복잡성은 크게 감소된다. 일부 실시예에서, 구동 회로는 압축 해제 회로, 보간기 회로, 패럴랙스 시퀀싱 회로 또는 처리 기능을 제공하도록 구성된 다른 회로 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 추가로, 칩릿(300)에 의해 커버되지 않는 디스플레이 백플레인(410)의 나머지 영역은 센서 또는 트랜지스터와 같은 추가 전자 또는 광학 컴포넌트로 채워질 수 있다.

실시예에 따른 칩릿의 대안적인 레이아웃이 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이. 픽셀 셀(500)은 디스플레이 백플레인(512)에 지지되는 칩릿(510)을 포함한다. 칩릿(510)은 락셀(520)을 포함하고, 락셀은 다시 복수의 마이크로LED((524A, 524B, 524C)를 그 위에 지지하는 기판 부분(522)을 포함한다. 락셀(520)은 락셀(320)의 예이다. 마이크로LED(524A, 524B, 524C) 각각이 도 5에서 각기 다른 색상의 광을 발광하는 것으로 도시되어 있지만, 마이크로 LED 전부가 단일 색상, 단지 2개의 색상을 발광하거나 혹은 특정 색상을 발광하면 색상 변환기 장치(미도시)를 이용하여 추가 파장으로 변환되는 것과 같은 마이크로 LED의 다른 구성 형태도 가능하다. 락셀(520)은 마이크로IC(530)와 전기적으로 결합된다(마이크로IC(530)의 상호 연결부 및 다른 컴포넌트는 도 5에 도시되지 않음).

도 6은 실시예에 다른 도 5의 픽셀(500)의 적용을 도시한다. 디스플레이(600)의 확대된 부분이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 디스플레이(600) 부분은 4 x 4 픽셀 셀(500) 어레이를 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서. 디스플레이(600)는 디스플레이(600)의 각각의 픽셀 셀 줄(column) 위에 오버레이된 원통형 렌즈릿(620)의 어레이를 더 포함하고, 이에 따라 락셀 광을 수평 방향으로 방사되는 서로 다른 각도에 고유하게 매핑하는 것에 의해 수평시차전용 뷰를 제공한다. 대안적으로, 원통형 렌즈릿(620)은 원통형 렌즈릿과 유사한 기능을 할 수 있는 패럴랙스 배리어로 대체되거나 혹은 이와 조합될 수 있다. 따라서 각각의 픽셀 셀(500)은 시청자(630)가 보고 광선(632)에 의해 표현되는 뷰에 기여한다.

실시예에서, 각각의 픽셀 셀(500)은 150미크론 x 150미크론 이하의 치수를 가지며 이에 따라 500밀리미터 떨어진 작동 거리에서 볼 때 픽셀 셀의 범위는 대략 1아크분 이하이다. 각각의 렌즈릿(620)의 폭이 시청자(630)의 인식 한계 아래고 각각의 칩릿(510) 위에 있는 마이크로LED 이미터가 각각의 렌즈릿(620)의 폭보다 작기 때문에, 디스플레이(600)는 방향적으로 구별되는 복수의 출력 필드를 생성할 수 있다. 따라서 디스플레이(600)는 고품질의 자동시청 3D 이미지를 표현할 수 있는 능력과 함께 최신 2D 디스플레이와 동등한 표면 해상도 지각을 제공하도록 작동한다.

도 5 및 도 6에 도시된 것과 유사한 선형 칩릿을 사용하는 대안적인 픽셀 구성 형태를 도 7 내지 도 10을 참조하여 논의한다. 도 7은 회로(712)를 지지하는 백플레인(710)을 포함하는 픽셀(700)을 도시한다. 회로(712)는 백플레인(710)에 지지되는 전자 컴포넌트의 일반적인 개념을 나타내고자 하는 것이며 컴포넌트 또는 크기에 있어서 구체적인 회로도를 나타내는 것은 아니라는 점에 유의하자. 픽셀(700)은 또한 단색인 제1, 제2 및 제3 칩릿(722, 724, 726)을 각각 포함한다. 제1, 제2 및 제3 칩릿(722, 724, 726) 각각은 개별적으로 형성되어 백플레인(710)과 결합될 수 있다. 일 예로, 제1 칩릿(722)은 적색 파장 범위에서 발광하는 2개의 마이크로 LED 열을 포함한다. 제2 칩릿(724)은 녹색 파장 범위에서 발광하는 마이크로LED 열을 포함하고, 제3 칩릿(726)은 청색 파장 범위에서 발광하는 마이크로LED 열을 포함한다. 제1 칩릿(722)은 예를 들어 현재 사용 가능한 녹색 또는 청색 발광 마이크로LED와 비교하여 적색 마이크로LED가 흔히 나타내는 낮은 효율과 광도를 보상하도록 적색 발광 마이크로LED 열을 추가로 더 포함한다. 픽셀(700)을 포함하는 전체 디스플레이에 의해 제공되는 다수의 뷰의 일부분에 기여하도록 픽셀(700)에서 발광된 광을 원하는 위치로 안내하기 위해 픽셀(700)은 원통형 렌즈릿(730)의 일부분에 의해 오버레이된다.

도 8은 선형 칩릿을 사용하는 픽셀의 다른 변형예를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이. 픽셀(800)은 도 7의 픽셀(700)과 동일한 컴포넌트를 많이 포함하는데, 다시 말하지만 회로(712)는 백플레인(710)에 지지될 수 있는 컴포넌트의 측면에서 구체적이지 않고 대표적이다. 그러나 픽셀(800)은 3개의 마이크로LED 열을 포함하는 3색 칩릿(820)을 포함하며, 각각의 마이크로LED 열이 특정 파장 범위에서 발광함으로써 각각의 마이크로LED 수직 줄이 3개의 각기 다른 색상으로 발광한다. 이렇게 줄로 배열되는 형태는 도 5에 도시된 6각형 패킹 구조와 구별되고, 보다 고밀도의 이미터 패킹을 가능하게 할 뿐만 아니라 선택적으로 색상들 사이의 간격을 변화시킬 수 있게 한다. 이 경우, 3개의 마이크로LED 이미터 열 전부가 단일 칩릿으로 구동된다.

도 9는 서로 다른 패럴랙스 출력 필드의 밀도를 증가시키도록 구성된 선형 칩릿 픽셀의 다른 변형예를 도시한다. 도 9에 도시된 회로(712)는 백플레인(710)에 지지되는 전자 컴포넌트의 일반적인 개념을 나타내고자 하는 것이지 컴포넌트 또는 크기에 있어서 특정한 회로도를 나타내려는 것이 아니라는 점을 다시 한 번 말해둔다. 도 9에 도시된 바와 같이, 픽셀(900)은 제1 칩릿(922)을 포함하며, 제1 칩릿은 서브-락셀(924) 열을 형성하는 2개의 3색 마이크로LED 열을 포함한다. 서브-락셀(924)은 도 3의 서브-락셀(324)의 예이다. 도 9에 도시된 예에서, 각각의 서브 락셀(924)은 적색 파장 범위에서 발광하는 적어도 하나의 마이크로 LED, 녹색 파장 범위에서 발광하는 적어도 하나의 마이크로 LED 및 청색 파장 범위에서 발광하는 적어도 하나의 마이크로 LED를 포함한다. 도 9에 2 x 2 마이크로 LED 어레이를 도시하고 있지만, 다른 레이아웃 및 조합의 발광 형태도 가능하다.

계속해서 도 9를 도 10과 조합하여 참조하면, 픽셀(900)은 제2 칩릿(932)을 더 포함하며, 제2 칩릿 또한 서브-픽셀(934) 열을 형성하는 2개의 3색 마이크로LED 열을 포함한다. 도 9의 예에 도시된 바와 같이, 제2 칩릿(932)은 서브 픽셀의 절반만큼 제1 칩릿(922)으로부터 오프셋된다. 일 예로, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 칩릿(922)의 가장 왼쪽 서브 픽셀은 뷰의 가장 왼쪽 부분을 제공하고, 제2 칩릿(932)의 가장 왼쪽 서브 픽셀은 뷰의 가장 왼쪽에서 2번째 부분을 제공하는 등과 같은 식으로 구성된다. 즉, 디스플레이 장치(1010)가 복수의 픽셀(900)로 형성되는 경우, 시청자(1030)가 보는 뷰(1020)는 (제1 및 제2 칩릿(922, 932)에 각각 상응하는 서브-픽셀(924, 934)에 인접한 숫자로 도시된) 서브-픽셀 1, 2, 3, 4...에 의해 제공되는 (뷰(1020)를 형성하는 도 10에 도시된) 뷰 1, 2, 3, 4...의 조합이다. 이런 방식으로, 제1 및 제2 칩릿(922, 932) 각각에 의해 제공되는 최종 패럴랙스 뷰는 수평 패럴랙스 샘플링이 픽셀 피치 제한 이상으로 증가하도록 인터레이스될 수 있고, 이에 따라 2개의 칩릿에 의해 단일 칩릿으로 달성 가능한 것과 비교하여 주어진 픽셀 피치에 대해 더 높은 각 해상도를 생성할 수 있다. 칩릿을 내부에 통합한 패럴랙스 배리어 기반 디스플레이 시스템에도 유사한 접근 방식이 적용될 수 있다.

칩릿 개념의 또 다른 변형예가 도 11에 도시되어 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 픽셀(1100)은 각각 제1 및 제2 칩릿(1110A, 1110B)을 포함한다. 제1 칩릿(1110A)은 픽셀(1100)의 상부 가장자리를 따라 수평으로 배향되고, 락셀(1120)을 포함한다. 락셀(1120)은 도 1의 락셀(120)의 예이다. 락셀(1120)은 위에서 논의한 것처럼 마이크로IC(도 11에는 도시되지 않음)와 전기적으로 결합된다. 락셀(1120)은 서브-락셀(1124) 열을 지지하는 기판 부분(1122)을 포함한다. 각각의 서브-락셀(1124)은 제1, 제2 및 제3 마이크로LED(1126A, 1126B, 1126C)를 포함한다. 도 11에 도시된 예에서, 제1, 제2 및 제3 마이크로LED(1126A, 1126B, 1126C)는 일 예로 적색, 녹색 및 청색 파장 범위와 같은 각기 다른 파장 범위에서 발광한다. 제1 칩릿(1110A)은 렌즈(1130)에 의해 오버레이된다. 대안적으로, 패럴랙스 배리어가 렌즈(1130) 대신에 또는 렌즈에 더하여 제공될 수 있다. 제2 칩릿(1110B)은 본질적으로 제1 칩릿(1110A)과 동일한 컴포넌트를 포함하며, 도 11의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 픽셀(1100)의 왼쪽 가장자리를 따라 수직으로 배향된다.

제1 및 제2 칩릿(1110A, 1110B)을 직교하게 배향하면 디스플레이가 회전될 때에도 픽셀(1100)이 수평시차전용 3D 뷰를 제공할 수 있다. 예를 들어, 픽셀(1100) 열을 포함하는 디스플레이 장치가 자이로스코프도 또한 포함하는 경우, 디스플레이 장치가 제1 위치에 유지되고 있을 때 디스플레이 장치는 제1 칩릿(1110A)만을 사용할 수 있고, 디스플레이 장치가 제2 위치로 90도 회전한 것을 감지하면 디스플레이 장치는 제1 칩릿(1110A)을 비활성화시키고 제2 칩릿(1110B)을 활성화시킨다. 이러한 기능은 장치가 세로 또는 가로 모드로 유지될 때 자동시청 수평시차전용 뷰를 제공할 수 있는 휴대폰 또는 태블릿에 적용할 수 있다.

픽셀(1100)에서 이용 가능한 추가 영역은 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 실시예에서, 도 11의 픽셀(1100)은 단일 RGB 이미터(1140)를 더 포함한다. 단일 RGB 이미터(1140)는 서브 픽셀(1144)을 지지하는 기판 부분(1142)을 포함한다. 기판 부분(1142)이 정사각형으로 도시되어 있지만, 특정 적용을 위하여 다른 형상(예컨대, 육각형)을 사용할 수도 있다. 서브-픽셀(1144)은 적색 파장 범위에서 발광하는 제1 마이크로LED(1146A), 녹색 파장 범위에서 발광하는 제2 마이크로LED(1146B) 및 청색 파장 범위에서 발광하는 제3 마이크로LED(1146C)를 포함한다. 예를 들어, 단일 RGB 이미터(1140)는 표준(즉, 시차가 없는) 2D 이미지의 디스플레이를 위해 사용될 수 있고 따라서 그 위에 통합되는 멀티뷰 광학장치를 필요로 하지 않는다. 단일 RGB 이미터(1140)는 픽셀(1100)을 포함하는 디스플레이 장치가 3D 이미지를 표시하는 데 사용되지 않을 때 2D 이미지의 디스플레이에 사용될 수 있다. 대안적으로, 3D 및 2D 모드 둘 다 동시에 활성화되어 2D 이미지는 디스플레이 장치의 표면에 표시될 수 있고 3D 이미지 또는 2D 이미지의 특정 부분은 디스플레이 장치의 표면 위나 아래에 떠 있는 3D 객체로 표시될 수 있다. 또한, 추가 전자 또는 광학 컴포넌트가 픽셀(1100)의 사용 가능한 영역에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서가 밝기 감지, 동작 감지, 깊이 감지, 머리/눈/시선 추적과 같은 작업을 수행하기 위해 픽셀(1100)에 통합될 수 있다.

칩릿 개념을 포함하는 대안적인 디스플레이 아키텍처가 도 12 내지 도 14에 도시되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 디스플레이(1200)의 일부분은 인접한 줄에 배열되는 복수의 렌즈릿(1210)을 포함한다. 디스플레이 백플레인에 지지되는 대신, 복수의 칩릿(1220)은 각각의 렌즈릿(1210)에 직접 부착된다. 렌즈릿(1210) 어레이는 또한 렌즈릿(1210)의 광학 활성 영역들 사이에 매립되고 분기 도체(1232)를 통해 각각의 칩릿(1220)에 연결되는 신호 전도성 버스 라인(1230)을 포함한다. 버스 라인(1230)과 분기 도체(1232)는 예를 들어 렌즈릿(1210) 내에 매립되거나 스크린 인쇄, 금속 증착 또는 다른 적당한 방법을 사용하여 렌즈릿(1210) 어레이의 표면에 인쇄될 수 있다. 가로 방향으로 인접한 칩릿들은 도 12와 같이 서로 오프셋되거나 혹은 도 6과 같이 정렬될 수 있다.

칩릿(1220)을 포함하는 렌즈릿(1210)의 일부분의 측단면도가 도 13에 도시되어 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 칩릿(1220)은 일 예로 장착 기구(1310)에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 장착 기구(1310)는 칩릿(1220)의 적어도 일부분을 내부에 안전하게 수용하도록 구성된 클립형 기구일 수 있고, 렌즈릿(1210)의 제조 공정 중에 몰딩되거나 혹은 렌즈릿(1210)의 제조 후에 추가될 수 있다. 장착 기구(1310)는 또한 칩릿(1220)을 분기 도체(1232)와 연결하기 위한 전자 배선을 포함할 수 있다.

렌즈릿(1210) 어레이의 다른 부분의 상부 단면도가 도 14에 도시되어 있다. 도 14에서도시된 바와 같이, 칩릿(1220)은 렌즈릿(1210)에 부착되고 전도성 버스 라인(1230)을 통해 전기적으로 액세스된다. 예시적인 일 예로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상부 칩릿(1220)의 제1 부분은 렌즈릿(1210)의 곡률에 의해 도면에서 아래쪽으로 향하는, 실선 화살표(1410)로 표시되는, 광을 발광한다. 유사하게, 동일한 상부 칩릿(1220)의 다른 제2 부분은 렌즈릿(1210)의 곡률에 의해 도면에서 위쪽으로 향하는, 파선 화살표(1412)로 표시된, 광을 발광함으로써, 상부 칩릿(1220)의 제1 부분과 다른 뷰를 제공하여 수평시차전용 뷰를 발생시킨다.

도 12 내지 도 14에 도시된 배열 형태에서, 렌즈릿(1210) 어레이(즉, 광학층)는 디스플레이 백플레인을 필요로 하지 않는 디스플레이 장치의 구조 요소가 되고, 이에 따라 디스플레이를 보다 얇게 할 수 있다. 또한, 이러한 아키텍처는 칩릿(1220)의 이에 관련된 광학 요소와의 고도로 정밀한 정렬을 촉진함으로써, 광학 수차 및 이미지 아티팩트를 감소시킨다. 또한 광학 방출 필드는 픽셀 사이에서 보다 효과적으로 격리될 수 있고 이에 따라 디스플레이 크로스토크를 감소시키고 이미지 품질을 더 향상시킬 수 있다. 더욱이, 디스플레이 장치의 제조 가능성은 예를 들어 각각의 렌즈릿 열을 칩릿과 분기 도체를 통합한 스트립으로 구성하고 나서 디스플레이 장치를 스트립으로부터 줄별로 조립하는 것에 의해 개선될 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 방식이 렌즈릿 보다는 패럴랙스 배리어의 통합과 함께 또는 이 둘의 조합과 함께 사용될 수 있음을 알 것이다.

칩릿을 렌즈릿과 직접 통합하는 다른 배열 형태가 도 15 및 도 16에 도시되어 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 평면 디스플레이(1500)는 시청자(1510)에게 수평시차전용 뷰를 제공한다. 평면 디스플레이(1500)는 렌즈릿(1540) 줄에 의해 지지되는 칩릿(1530)을 포함한다. 시청자(1510)의 아이박스(eyebox)가 평면 디스플레이(1500)와 직교하게 정렬되는 평면 디스플레이(1500)의 중앙부에서, 칩릿(1530A)은 수차가 낮은 시차 뷰를 확실하게 제공한다. 그러나, 평면 디스플레이(1500)의 가장자리 근처에서는, 디스플레이의 극단적인 축외 동작은, 예를 들어 칩릿(1530B)과 렌즈릿(1540B)이 평면 디스플레이(1500)의 평면과 여전히 정렬되어 있을 때, 시청자(1510)에게 제시되는 뷰에서 시각적 아티팩트 및 광학 수차를 유발할 가능성이 있다.

대조적으로, 평면 디스플레이가 위에서 논의한 바와 같이 줄별로 조립되는 칩릿을 내부에 통합한 렌즈릿들의 스트립으로 형성되는 경우, 도 15에 도시된 디스플레이 아키텍처로부터 발생하는 수차를 완화하기 위하여 각각의 렌즈릿 줄의 배향각(및 이에 따라 렌즈릿 안에 통합된 칩릿의 배향각)이 디스플레이의 중앙으로부터 가장자리로 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 디스플레이의 중앙에 보다 가까이 위치한 칩릿(1630B) 및 렌즈릿(1640B)은 중심 축선을 향해 어느 정도 회전할 수 있고, 평면 디스플레이의 가장자리 근처에 있는 렌즈릿(1640C)에 통합된 칩릿(1630C)은 디스플레이의 중심 축선을 향해 (예컨대, 31도 만큼) 더 회전할 수 있는 등과 같은 식이다. 각각의 렌즈릿이 원하는 아이박스의 중심을 향하도록 렌즈릿 줄 및 이와 관련된 칩릿을 회전시키는 것에 의해, 가장자리 효과 및 기타 광학 수차가 감소될 수 있다.

또 다른 대안은 칩릿을 통합한 렌즈릿의 스트립을 곡면 디스플레이에 조립하는 것이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 곡면 디스플레이(1700)는 시청자(1710)에게 수평시차전용 뷰를 제공하도록 구성된다. 곡면 디스플레이(1700) 내에서, 디스플레이의 곡률은 렌즈릿 및 결과적으로 렌즈릿에 통합된 칩릿이 도시된 바와 같이 시청자(1710)의 아이박스를 향해 만곡되게 하는 정도이다.

다른 디스플레이 아키텍처가 도 18 내지 도 20에 도시되어 있는데, 여기서는 대안적인 유형의 렌즈릿 및 이에 맞추어 만곡된 이미터 스트립을 예시하고 있다. 예를 들어, 중심으로부터 주변부까지 굴절률이 점진적으로 변하는 루네부르크 렌즈(Luneburg lens)는 무한대에서 켤레 초점을 갖도록 설계되고, 렌즈의 표면에서 고품질의 변환을 생성한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 렌즈릿 부분(1800)은 곡선형 칩릿(1820)이 통합된 굴절률 분포형 루네부르크형 원통 렌즈릿(1810)을 포함한다.

렌즈릿 부분(1800)의 상부 단면도가 도 19에 도시되어 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 렌즈릿(1810)은 사전 형성된 베드(1910)에 의해 지지되는데, 이 베드는 곡선형 칩릿(1820)과 전기적으로 결합하기 위한 도전성 버스 라인(1920)을 또한 포함한다. 루네부르크 렌즈의 굴절 특성으로 인해, 곡선형 칩릿(1820)의 각기 다른 부분으로부터 나오는 광은 광선(1950, 1955)으로 표시된 바와 같이 맞은편 표면에서 나오는 시준된 출력을 생성한다. 대안적으로, 곡선형 칩릿(1820)은 도 19에 도시된 바와 같이 렌즈릿(1810)에 들어맞게 접촉하도록 사전 형성된 베드(1910)에 대신 통합될 수 있다. 또한, 도 20에 도시된 바와 같이, 다수의 렌즈릿(1810)이 줄로 배열되어 디스플레이를 형성할 수 있다. 곡선형 칩릿(1820) 각각은 예를 들어 버스 라인(2010)을 통해 어드레싱될 수 있다. 이러한 루네부르크 접근 방식은 큰 각도에 걸쳐 루네부르크 렌즈에 의해 발휘되는 고품질 광학 성능으로 인해 훨씬 넓은 시야를 제공하는 장점이 있다. 이러한 접근 방식은 또한 제조 공정에서 광학 컴포넌트의 측면에서 상대적으로 단순할 가능성이 높다.

비록 이상의 논의에서는 렌즈릿 또는 렌티큘러 기반 디스플레이에 대한 고찰에 초점을 맞추었지만, 패럴랙스/래스터 배리어 및 조리개 기반 디스플레이에도 용이하게 적용할 수 있다. 자동시청 3D 디스플레이를 제공하기 위한 마이크로LED 칩릿 접근 방식은 개별 픽셀 셀 이미터를 차체 모듈로 분리하는 것에 의해 디스플레이의 커다란 픽셀 베드를 시차를 발생시키는 광학 시트로부터 완전히 분리한다. 고속, 고해상도 픽 앤 플레이스 조립 시스템 또는 일체로 통합된 마이크로LED 제조와 결합한 이러한 접근 방식은 지금까지 사용할 수 없었던 디스플레이 구조 및 시스템 아키텍처를 가능하게 한다. 픽셀의 크기와 피치 간의 비, 렌즈릿의 크기와 피치, 렌즈릿의 시야(또는 분포각), 및 렌즈릿의 초점 길이는 예를 들어 소형 폼 팩터의 웨어러블 디스플레이로부터 초고해상도 디스플레이 및 대형 디스플레이에 이르기까지 각각의 디스플레이 애플리케이션을 위해 조정되고 최적화될 수 있다. 또한 칩릿 내의 이미터 위치는 특정 디스플레이 시스템의 요구 사항을 충족시키도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 시차 뷰의 비선형 간격 또는 렌즈릿으로 인한 광학적 왜곡에 대한 보상은 적절한 마이크로 LED 레이아웃 방식에 의해 달성될 수 있다.

여러 가지 대안적이거나 혹은 추가적인 구성 형태 또는 컴포넌트가 위에서 설명한 광학 시스템 중 하나 이상에서 구현될 수 있다. 이에 따라 각기 다른 많은 실시예들이 위의 설명과 도면으로부터 시작된다. 이러한 실시예의 모든 조합 및 하위 조합을 문자 그대로 설명하고 예시하는 것은 지나치게 반복적이고 난독화되는 것이라는 점을 이해할 것이다. 따라서 도면을 포함하는 본 명세서는 여기서 설명하는 실시예의 모든 조합 및 하위 조합 및 이를 제조하고 사용하는 방법과 공정의 완전한 문서화된 설명을 구성하는 것으로 해석되어야 하고, 임의의 이러한 조합 또는 하위 조합에 대한 특허청구범위를 뒷받침해야 한다.

Claims (20)

1. 디스플레이 시스템으로,
   복수의 칩릿을 포함하는 칩릿 어레이로,
   각각의 칩릿이,
   기판에 배치된 복수의 마이크로 발광 다이오드("마이크로LED"); 및
   마이크로 집적회로("마이크로IC")를 포함하고,
   기판과 복수의 마이크로LED는 마이크로IC와 전기적으로 결합되고,
   각각의 칩릿은 칩릿 폭 치수가 칩릿 높이 치수보다 크고, 그리고
   칩릿 어레이 내의 복수의 칩릿의 적어도 일부분은 칩릿 폭 치수가 수평 방향과 평행하게 정렬되도록 배향되는 칩릿 어레이;
   픽셀 셀로 세분되는 디스플레이 백플레인; 및
   복수의 스티어링 요소를 포함하는 스티어링 요소 어레이를 포함하고,
   각각의 칩릿은 전기적 상호연결부를 통해 디스플레이 백플레인에 전자적으로 결합되고,
   각각의 픽셀 셀은 복수의 칩릿 중 적어도 하나의 칩릿을 지지하고, 그리고
   칩릿 어레이는 디스플레이 백플레인과 스티어링 요소 어레이 사이에 배치되는 디스플레이 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   복수의 마이크로 LED가 마이크로LED 어레이로 배열되되, 인접한 마이크로LED 사이의 마이크로LED 피치가 10미크론 미만인 디스플레이 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 칩릿 어레이는 인접한 칩릿 사이의 칩릿 피치가 150미크론 미만인 2차원 칩릿 그리드인 디스플레이 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   칩릿 피치가 50미크론 내지 100미크론인 디스플레이 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   복수의 칩릿의 인접한 칩릿 사이의 디스플레이 백플레인 부분에 배치되는 센서를 더 포함하고, 센서는 광도 센서, 동작 센서, 깊이 센서, 눈 센서 및 시선 추적 센서로 구성되는 그룹에서 선택되는 디스플레이 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   스티어링 요소 어레이는 인접한 스티어링 요소 사이의 스티어링 요소 피치가 150미크론 미만인 디스플레이 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   각각의 스티어링 요소가 렌즈릿인 디스플레이 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   각각의 렌즈릿이 수평 방향을 따르는 굴절력(power)을 갖는 원통형 렌즈릿인 디스플레이 시스템.
9. 청구항 7에 있어서,
   각각의 렌즈릿의 렌즈릿 폭 치수가 픽셀 셀 폭과 거의 동일하며, 각각의 렌즈릿은 복수의 칩릿 중 한 칩릿에 정렬되는 디스플레이 시스템.
10. 청구항 9에 있어서,
    렌즈릿 폭 치수가 대략 100미크론인 디스플레이 시스템.
11. 청구항 9에 있어서,
    렌즈릿이 복수의 칩릿 중 한 칩릿을 커버하도록 렌즈릿 폭이 칩릿의 폭보다 큰 디스플레이 시스템.
12. 청구항 1에 있어서,
    디스플레이 백플레인이 칩릿 어레이 내의 복수의 칩릿을 구동하도록 구성된 복수의 버스 라인을 포함하는 디스플레이 시스템.
13. 청구항 1에 있어서,
    디스플레이 백플레인이 압축 해제 회로, 보간기 회로 및 패럴랙스 시퀀싱 회로로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 회로를 갖는 구동 회로를 포함하는 디스플레이 시스템.
14. 청구항 1에 있어서,
    칩릿 폭이 대략 60 미크론이고, 칩릿 높이는 대략 10미크론인 디스플레이 시스템.
15. 청구항 1에 있어서,
    디스플레이 백플레인의 각각의 픽셀 셀이 복수의 칩릿 중 제1 칩릿 및 제2 칩릿을 지지하는 디스플레이 시스템.
16. 청구항 15에 있어서,
    제1 칩릿이 제1 방향을 따르는 제1 마이크로LED 열을 포함하고, 제2 칩릿은 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따르는 제2 마이크로LED 열을 포함하는 디스플레이 시스템.
17. 청구항 16에 있어서,
    제1 칩릿 및 제2 칩릿 중 한 칩립이 디스플레이 시스템의 중력에 대한 방향에 따라 활성화되도록 구성되는 디스플레이 시스템.
18. 청구항 15에 있어서,
    각각의 칩릿 내의 복수의 마이크로LED가 마이크로LED 그룹을 포함하는 서브-락셀로 세분되고, 제2 칩릿은 제1 칩릿과 평행하며, 제2 칩릿은 서브-락셀 피치의 절반 만큼 수평 방향을 따라 제1 칩릿에 대해 변위되는 디스플레이 시스템.
19. 청구항 1에 있어서,
    디스플레이 백플레인의 각각의 픽셀 셀의 중앙에 단일 적색/녹색/청색("RGB") 이미터를 더 포함하는 디스플레이 시스템.
20. 청구항 1에 있어서,
    마이크로IC가 칩릿 내의 각각의 마이크로LED를 전기적으로 어드레싱하도록 구성된 상보형 금속산화 반도체(CMOS) 백플레인인 디스플레이 시스템.

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