KR102428834B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 렌즈 어레이부를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 한 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소를 포함하는 표시부, 그리고 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이부를 포함하고, 상기 복수의 렌즈 중 제1 렌즈는 상기 복수의 화소 중 둘 이상의 화소와 대응하여 중첩하고, 상기 둘 이상의 화소는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고, 평면상 뷰에서, 상기 제1 화소는 상기 제2 화소보다 상기 제1 렌즈의 광축에 더 가깝고, 상기 제1 렌즈의 광축에 수직인 기준면과 상기 제1 화소 사이의 최단 거리는 상기 기준면과 상기 제2 화소 사이의 최단 거리보다 크다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 개시는 표시 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 렌즈를 포함하는 다시점 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치 기술의 발전에 따라서 3차원(3 dimensional, 3D) 영상 표시 장치가 관심을 끌고 있으며, 다양한 3차원 영상 표시 장치가 연구되고 있다.
3차원 영상 표시 기술에서는 입체감을 인식하는 가장 큰 요인인 양안 시차(binocular parallax)를 이용하여 영상의 입체감을 표현할 수 있다. 3차원 영상 표시 장치는 여러 방식으로 분류가 가능한데, 크게는 안경식 3차원 영상 표시 장치와 무안경식 3차원 영상 표시 장치로 분류될 수 있다. 안경식 3차원 영상 표시 장치의 경우 안경을 착용해야 하는 불편함이 있어 무안경식 3차원 영상 표시 장치의 개발이 더욱 필요해지고 있다.
무안경식 3차원 영상 표시 장치는 특정 시야각 영역(시점이라 함)에서 안경 없이 3차원 영상을 관찰할 수 있는 다시점 방식, 초다시점 방식, 실제 3차원 현실과 가깝게 3차원 영상을 제공하는 집적 영상 방식, 체적 영상 방식, 홀로그램 방식 등으로 분류될 수 있다. 다시점 방식은 렌즈 어레이 등을 이용해 전체 해상도를 공간적으로 분할하여 필요한 시점수를 구현하는 공간 분할 방식, 그리고 전체 해상도를 유지하면서 시간적으로 빠르게 여러 시점 영상을 표시하는 시간 분할 방식으로 분류될 수 있다. 집적 영상 방식은 3차원 영상 정보를 조금씩 다른 방향에서 제한된 크기로 촬영된 이미지인 기초 영상을 저장한 후 이를 다시 렌즈 어레이를 통해서 보여주어 관찰자가 3차원 영상을 인식할 수 있다.
이러한 무안경식 3차원 영상 표시 장치는 빛의 경로를 제어하기 위한 광변조부를 포함하고, 광변조부로서 주로 렌즈 어레이부를 사용할 수 있다.
본 기재의 실시예는 렌즈 어레이부를 이용하여 3차원 영상을 재현할 수 있는 표시 장치가 표시하는 영상을 측면에서 관찰하였을 때 보이는 측면 영상의 화질을 향상시키고 광 시야각 다시점 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
한 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소를 포함하는 표시부, 그리고 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이부를 포함하고, 상기 복수의 렌즈 중 제1 렌즈는 상기 복수의 화소 중 둘 이상의 화소와 대응하여 중첩하고, 상기 둘 이상의 화소는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고, 평면상 뷰에서, 상기 제1 화소는 상기 제2 화소보다 상기 제1 렌즈의 광축에 더 가깝고, 상기 제1 렌즈의 광축에 수직인 기준면과 상기 제1 화소 사이의 최단 거리는 상기 기준면과 상기 제2 화소 사이의 최단 거리보다 크다.
상기 복수의 화소와 상기 기준면 사이의 최단 거리는 제1 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다.
상기 제1 주기는 상기 복수의 렌즈의 피치와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 둘 이상의 화소와 상기 기준면 사이의 최단 거리는 평면상 뷰에서 상기 제1 렌즈의 광축에서 멀어질수록 작아질 수 있다.
상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 둘 이상의 화소는 상기 제1 렌즈의 초점면을 따라 배치되어 있을 수 있다.
상기 화소에서 빛이 나오는 면을 단위 표시면이라 할 때, 상기 제1 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향은 상기 제2 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향과 다를 수 있다.
상기 화소에서 빛이 나오는 면을 단위 표시면이라 할 때, 상기 제1 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향과 상기 제2 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향은 서로 같을 수 있다.
상기 표시부는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 위에 위치하는 복수의 박막층, 그리고 상기 복수의 박막층 위에 위치하는 복수의 발광 다이오드를 포함하고, 상기 복수의 박막층은 상기 발광 다이오드에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 화소에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면의 높이는 상기 제2 화소에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면의 높이보다 낮을 수 있다.
상기 제1 절연층의 윗면의 높이는 상기 제1 주기와 동일한 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다.
상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면은 하나의 곡면을 이룰 수 있다.
상기 제1 절연층의 윗면은 계단 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 절연층은 차례대로 적층된 복수의 절연층을 포함하고, 상기 복수의 절연층 중 적어도 둘이 포함하는 개구부의 평면상 면적은 상기 렌즈 어레이부에 가까워질수록 커질 수 있다.
상기 복수의 절연층 중 적어도 하나는 상기 제1 렌즈의 상기 광축에 대응하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층 아래에 위치하는 기판을 더 포함할 수 있고, 상기 기판의 윗면은 실질적으로 평평할 수 있다.
한 실시예에 따른 표시 장치는 기판 및 상기 기판 위에 위치하는 복수의 화소를 포함하는 표시부, 그리고 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이부를 포함하고, 상기 복수의 화소의 상기 기판의 밑면을 기준으로 한 높이는 제1 주기를 가지고 규칙적으로 변하고, 상기 제1 주기는 상기 복수의 렌즈의 피치와 실질적으로 동일하다.
상기 복수의 화소는 상기 복수의 렌즈 중 한 렌즈에 대응하는 둘 이상의 화소를 포함하고, 상기 기판의 밑면을 기준으로 한 상기 둘 이상의 화소의 높이는 상기 렌즈의 광축에서 멀어질수록 높아질 수 있다.
상기 기판의 윗면의 높이는 상기 제1 주기와 동일한 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다.
상기 기판과 상기 복수의 화소 사이에 위치하는 제1 절연층을 더 포함하고, 상기 제1 절연층의 윗면의 높이는 상기 제1 주기와 동일한 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다.
상기 복수의 렌즈 중 하나에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면은 하나의 곡면을 이룰 수 있다.
상기 제1 절연층의 윗면은 계단 형태를 가질 수 있다.
본 기재의 실시예들에 따르면, 렌즈 어레이부를 포함하는 다시점 표시 장치가 표시하는 영상을 측면에서 관찰하였을 때 보이는 측면 영상의 화질을 향상시킬 수 있고 광 시야각 다시점 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면 구조 및 다시점 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이고,
도 2, 도 3 및 도 4는 각각 한 실시예에 따른 표시 장치의 렌즈 어레이부와 화소의 단면상 배치 관계를 나타낸 도면이고,
도 5, 도 6 및 도 7은 각각 한 실시예에 따른 표시 장치의 렌즈 어레이부와 복수의 화소의 평면상 배치 관계를 나타낸 도면이고,
도 8 및 도 9는 각각 한 실시예에 따른 표시 장치의 표시부 및 렌즈 어레이부의 평면상 배치 관계를 나타낸 도면이고,
도 10은 한 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이고,
도 11은 도 11에 도시한 표시 장치의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이고,
도 12는 한 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이고,
도 13 및 도 14는 각각 도 12에 도시한 표시 장치의 개략적인 평면도이고,
도 15는 한 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이고,
도 16은 한 실시예에 따른 표시 장치의 기판의 단면을 보여주는 사진이고,
도 17은 비교예에 따른 표시 장치의 렌즈 어레이부와 화소의 단면상 배치 관계를 나타낸 도면이고,
도 18은 비교예에 따른 표시 장치가 표시한 영상을 관찰 위치에서 관찰한 영상을 나타낸 시뮬레이션 결과이고,
도 19는 한 실시예에 따른 표시 장치가 표시한 영상을 관찰 위치에서 관찰한 영상을 나타낸 시뮬레이션 결과이고,
도 20은 도 18 및 도 19에 도시한 영상의 위치에 따른 조도 변화를 나타낸 그래프이고,
도 21은 비교예 및 한 실시예에 따른 표시 장치가 표시한 영상을 정면에서 관찰한 정면 영상을 나타낸 시뮬레이션 결과이고,
도 22는 비교예 및 한 실시예에 따른 표시 장치가 표시한 영상을 측면에서 관찰한 측면 영상을 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 도 1 내지 도 3을 참조하여 한 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명한다.
먼저 도 1을 참조하면, 한 실시예에 따른 표시 장치(1)는 복수의 화소(PX)를 포함하는 표시부(100), 그리고 표시부(100)가 영상을 표시하는 쪽에 위치하는 렌즈 어레이부(200)를 포함한다.
화소(PX)는 영상을 표시하는 단위 영역으로서 표시 장치(1)에 입력되는 영상 정보에 따라 적색, 녹색, 청색 등의 기본색 중 하나의 빛을 내보낼 수 있다.
렌즈 어레이부(200)는 표시부(100)의 복수의 화소(PX)와 중첩하는 복수의 렌즈(210)를 포함한다. 각 렌즈(210)는 표시부(100)의 둘 이상의 화소(PX), 즉 복수의 화소(PX)와 대응하며 중첩할 수 있다. 본 기재에서 두 구성 요소가 대응하며 중첩한다는 것은 어느 한 뷰에서 보았을 때(주로 평면상 뷰임) 두 구성 요소가 겹쳐 보이는 경우를 의미할 수 있다. 또한, 복수의 화소(PX)가 배열된 모습을 관찰할 수 있는 위치에서 관찰된 구조를 설명할 때 평면상이라는 표현을 사용하도록 한다.
표시부(100)에서 방출되는 영상의 빛은 도 1에 도시한 바와 같이 렌즈 어레이부(200)를 통과하여 최적의 영상을 관찰할 수 있는 위치인 관찰 위치(OVD)에서 관찰될 수 있다. 관찰 위치(OVD)에서는 복수의 시점(VP1-VP5)의 영상을 관찰할 수 있고, 서로 다른 시점(VP1-VP5)에서는 서로 다른 영상이 관찰될 수 있다. 이에 따라 3차원 영상 또는 다시점 영상이 관찰될 수 있다. 각 시점(VP1-VP5)은 하나의 점일 수도 있고 일정 범위의 영역일 수도 있다. 도 1에서는 다섯 개의 시점(VP1-VP5)을 예로서 도시하였으나 시점(VP1-VP5)의 개수는 이에 한정되지 않는다.
표시부(100)의 각 화소(PX)는 어느 한 시점(VP1-VP5)에 대응하는 영상을 표시하고, 각 화소(PX)가 표시하는 영상은 대응하는 렌즈(210)를 통과한다. 각 렌즈(210)에 대응하는 화소(PX)들의 빛은 화소(PX)의 위치에 따라 렌즈(210)를 통해 서로 다른 방향으로 굴절될 수 있다. 따라서, 각 렌즈(210)에 대응하는 화소(PX)들의 빛은 서로 다른 광경로로 전달되어 대응하는 시점(VP1-VP5)에서 관찰될 수 있다. 각 렌즈(210)에 대응하는 화소(PX)들은 함께 대략 모든 시점 영역(VP1-VP5)의 영상을 표시할 수 있다. 한 관찰자의 좌안 및 우안 각각은 서로 다른 시점(VP1-VP5)의 영상을 인식하여 영상의 깊이감 또는 입체감을 느낄 수 있다.
한 실시예에 따르면, 복수의 화소(PX)의 한 기준면에 대한 높이(또는 한 기준면으로부터의 거리라고도 하며, 거리는 최단 거리임)가 일정하지 않고 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다. 여기서 한 기준면은 복수의 화소(PX)까지의 거리가 주기성을 가질 수 있는 면으로서 가상의 면일 수도 있고 실제 면일 수도 있다. 아래부터는 이러한 기준면의 예로서 렌즈 어레이부(200)에서 설정할 수 있는 면과 표시부(100)에서 설정할 수 있는 면을 들어 설명한다. 또한, 이후로 '거리'라 하면 다른 설명이 없는 한 최단 거리를 의미한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 렌즈(210)에 대해서, 렌즈(210)의 광축(AX)(직선일 수 있음)에 수직인 기준면과 해당 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX) 사이의 거리는 일정하지 않다. 이러한 기준면은 여러 개일 수 있으나 명확성을 위해, 렌즈(210)의 중심(CN)(단면상 뷰에서의 중심임)을 지나면서 렌즈(210)의 광축(AX)에 수직인 면을 렌즈(210)의 중심면(CNP)이라 할 때, 이러한 중심면(CNP)을 기준면으로 할 수 있다. 즉, 하나의 렌즈(210)에 대해서 렌즈(210)의 중심면(CNP)과 해당 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX) 사이의 거리는 일정하지 않다. 앞으로 중심면(CNP)을 기준면의 주요 예로 설명하도록 한다. 한편, 광축(AX)은 렌즈(210)의 중심(CN)을 지날 수 있다.
하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX) 중 제1 화소(PX1)와 제2 화소(PX2)를 보면, 제1 화소(PX1)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리(D1)는 제2 화소(PX2)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리(D2)와 다를 수 있다. 구체적으로, 하나의 렌즈(210)에 대해, 제1 화소(PX1)가 제2 화소(PX2)에 비해 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 더 가까이 위치하는 경우, 거리(D2)는 거리(D1)보다 작을 수 있다.
나아가, 하나의 렌즈(210)에 대해, 제1 화소(PX1)가 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 정렬되어 있거나 평면상 뷰에서 광축(AX) 또는 중심(CN)에 가장 가까이 위치하는 화소이고, 제2 화소(PX2)가 제1 화소(PX1)보다 평면상 뷰에서 광축(AX) 또는 중심(CN)으로부터 가장 먼 곳에 위치하는 화소인 경우, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 둘 이상의 화소(PX) 중 제1 화소(PX1)의 중심면(CNP)으로부터의 거리(D2)가 최대이고, 제2 화소(PX2)의 중심면(CNP)으로부터의 거리(D1)는 최소일 수 있다. 즉, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX) 중 제2 화소(PX2)가 렌즈(210)의 중심면(CNP)에 가장 가까이 위치하는 화소일 수 있고, 제1 화소(PX1)는 렌즈(210)의 중심면(CNP)에서 가장 멀리 위치하는 화소일 수 있다.
평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX)으로부터 멀어질수록 단면상 화소(PX)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리는 점차 변할 수 있고, 더 구체적으로는 점차 작아질 수 있다. 즉, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리는 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 가까울수록 커지고 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에서 멀어질수록 작아질 수 있다.
제1 화소(PX1)가 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 실질적으로 정렬되어 있는 화소인 경우, 제1 화소(PX1)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리(D1)는 렌즈(210)의 초점 거리와 같을 수 있다.
하나의 렌즈(210)에 대해서, 화소(PX)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리는 하나의 화소(PX) 단위로 변할 수도 있고 인접한 둘 이상의 화소(PX) 단위로 변할 수 있다. 즉, 하나의 렌즈(210)에 대해, 인접한 두 화소(PX)의 중심면(CNP)까지의 거리는 서로 동일할 수도 있다.
이러한 복수의 화소(PX)의 단면상 배치 관계를 표시부(100) 자체를 기준으로 설명할 수도 있다. 이에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 표시부(100)에서 표시면의 반대쪽 면을 밑면(LSF)이라 하면, 밑면(LSF)은 표시부(100)가 포함하는 기판의 밑면일 수 있으며 대체로 평평하거나(flat) 복수의 렌즈(210)에 대해 전체적으로 하나의 곡면을 이룰 수도 있다. 하나의 곡면을 이룬다는 것은 밑면(LSF)이 일정하게 오목하거나 일정하게 볼록한 것을 의미한다. 밑면(LSF)이 대체로 평평한 경우, 밑면(LSF)은 렌즈(210)의 광축(AX)에 대체로 수직일 수 있다.
하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)와 밑면(LSF) 사이의 거리, 즉 밑면(LSF)을 기준으로 한 복수의 화소(PX)의 높이는 일정하지 않고 일정한 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다.
구체적으로, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX) 중 제1 화소(PX1)와 밑면(LSF) 사이의 거리는 제2 화소(PX2)와 밑면(LSF) 사이의 거리와 다를 수 있다. 하나의 렌즈(210)에 대해, 제1 화소(PX1)가 제2 화소(PX2)에 비해 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 평면상 중심(CN)에 더 가까이 위치하는 경우, 제2 화소(PX2)와 밑면(LSF) 사이의 거리는 제1 화소(PX1)와 밑면(LSF) 사이의 거리보다 클 수 있다.
나아가, 하나의 렌즈(210)에 대해, 제1 화소(PX1)가 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 정렬되어 있거나 가장 가까이 위치하는 화소이고, 제2 화소(PX2)가 제1 화소(PX1)보다 평면상 뷰에서 광축(AX) 또는 중심(CN)으로부터 가장 먼 곳에 위치하는 화소인 경우, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 둘 이상의 화소(PX) 중 제1 화소(PX1)와 밑면(LSF) 사이의 거리가 최소이고, 제2 화소(PX2)와 밑면(LSF) 사이의 거리는 최대일 수 있다.
평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)으로부터 멀어질수록 단면상 화소(PX)와 밑면(LSF) 사이의 거리는 점차 변할 수 있고, 더 구체적으로는 점차 커질 수 있다. 즉, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)와 밑면(LSF) 사이의 거리, 즉 밑면(LSF)을 기준으로 한 복수의 화소(PX)의 높이는 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 가까울수록 작아지고 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에서 멀어질수록 커질 수 있다.
평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 정렬되어 있거나 가장 가까이 위치하는 제1 화소(PX)는 각 렌즈(210)에 대해 하나일 수도 있고 복수 개일 수도 있다. 예를 들어, 렌즈(210)의 광축(AX)에 가장 가까이 위치하는 화소들이 복수 개로 광축(AX)까지의 거리가 서로 동일한 경우 제1 화소(PX1)에 해당하는 화소는 하나의 렌즈(210)에 대해 복수 개일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 표시부(100)의 각 화소(PX)에서 빛이 나오는 면을 단위 표시면(SU)이라고 하고 한 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)의 단위 표시면(SU)을 연결한 가상의 면을 표시면이라 할 때, 단위 표시면(SU)의 기울기와 표시면의 형태는 다양할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)의 단위 표시면(SU)이 향하는 방향(또는, 법선의 방향)은 위치에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)에 정렬되어 있거나 가장 근접한 제1 화소(PX1)의 단위 표시면(SU)은 대략 렌즈(210)의 중심(CN)을 향하고, 제1 화소(PX1)보다 렌즈(210)의 중심(CN) 또는 광축(AX)에서 먼 곳에 위치하는 제2 화소(PX2)의 단위 표시면(SU)은 제1 화소(PX1)의 단위 표시면(SU)과 0보다 큰 각을 이룰 수 있다. 나아가, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)들의 단위 표시면(SU)들은 대략 렌즈(210)의 중심(CN)을 향할 수 있다. 이에 따라, 단위 표시면(SU)들을 연결한 가상의 표시면은 대략적으로 하나의 곡면, 특히 렌즈(210)의 중심(CN)을 향하는 오목면을 이룰 수 있다.
렌즈(210)의 광축(AX)에 평행하게 진행하는 빛과 광축(AX)에서 벗어나(광축(AX)과 0보다 큰 각을 이루는) 진행하는 빛들이 모이는 초점들로 이루어진 면을 초점면(FL)라 하면, 도 2에 도시한 바와 같이 초점면(FL)은 평평하지 않고 곡면을 이룰 수 있다. 한 실시예에 따르면, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 둘 이상의 화소(PX)의 위치는 대체로 초점면(FL)을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 정면 시야인 정면 시점(VPc)에 대응하는 화소(PX)가 제1 화소(PX1)인 경우 제1 화소(PX1)는 초점면(FL)에 위치할 수 있고, 측면 시야인 측면 시점(VPe)에 대응하는 화소(PX)가 제2 화소(PX2)인 경우 제2 화소(PX2)도 초점면(FL)에 위치하거나 적어도 근방에 위치할 수 있다. 렌즈(210)의 중심(CN)과 제1 화소(PX1) 사이의 거리는 렌즈(210)의 초점 거리일 수 있다.
앞에서 설명한 단위 표시면(SU)들을 연결한 가상의 표시면은 대체로 초점면(FL)을 따라 휘어 있을 수 있으며, 표시면이 초점면(FL)과 대략 일치할 수도 있다.
렌즈(210)를 통과하는 빛이 광축(AX)에서 벗어나 진행할수록 초점 위치가 렌즈(210) 쪽으로 가까워지는 현상을 상면 만곡 또는 페츠발 만곡(Petzval field curvature)이라 하는데, 만약 표시부(100)의 화소(PX)들이 일정한 높이의 평면 상에 배치되어 있을 경우, 렌즈(210)의 광축(AX)으로부터 멀리 위치하는 화소(PX)들은 관찰 위치(OVD)에서 관찰하였을 때 선명히 보이지 않을 수 있다. 즉, 측면 시점(VPe)에서 보았을 때 해당하는 화소(PX)의 영상 외에 인접한 화소(PX)의 영상 또는 비발광부(예를 들어 인접한 화소(PX) 사이의 차광 부재나 화소 정의층)가 겹쳐져 보여 크로스 토크, 모아레, 색편차, 휘도 저하, 영상 왜곡 등의 화질 저하가 일어날 수 있다.
그러나 본 실시예에 따르면 하나의 렌즈(210)에 대응하는 화소(PX)들이 평면 상에 배치되지 않고 렌즈(210)의 중심면(CNP)과의 거리가 다르도록 배치되며, 나아가 초점면(FL)을 따라 배치되거나 적어도 근접하여 배치되어 있으므로, 위와 같은 상면 만곡 현상을 보상할 수 있고, 측면에서 영상을 관찰하였을 때에도 크로스 토크, 모아레, 색편차, 휘도 저하, 영상 왜곡 등의 화질 저하 현상이 일어나지 않을 수 있다. 따라서 측면 영상에서 관찰될 수 있는 화질 불량을 줄여 광 시야각 다시점 표시 장치를 구현할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 비교예와 함께 더 자세히 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 도 2에 도시한 실시예와 대부분 동일하나 하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)의 단위 표시면(SU)이 향하는 방향(또는 법선의 방향)이 대체로 일정할 수 있다. 이에 따라, 단위 표시면(SU)들을 연결한 가상의 표시면은 도 3에서 계단형 점선으로 표시한 바와 같이 계단 형태의 계단면을 이룰 수 있고, 계단면은 전체적으로 렌즈(210)의 중심(CN)을 향하여 휘어 있어 렌즈(210)의 중심(CN)에서 멀어질수록 렌즈(210)의 중심면(CNP)에 가까워질 수 있다.
하나의 렌즈(210)에 대응하는 복수의 화소(PX)의 단위 표시면(SU)은 렌즈(210)의 광축(AX)에 수직인 기준면, 예를 들어 중심면(CNP)에 평행할 수 있다.
지금까지는 주로 하나의 렌즈(210)와 이에 대응하는 복수의 화소(PX)의 관계에 대해 설명하였고, 이제 도 1 내지 도 3과 함께 도 4 내지 도 9를 참조하여 복수의 렌즈(210)와 복수의 화소(PX)에 대해 더 자세히 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 한 실시예에 따른 표시 장치(1)는 앞에서 설명한 바와 대부분 동일한 특징을 가질 수 있다. 하나의 렌즈(210)에 대응하여 위치하는 복수의 화소(PX)는 앞에서 설명한 바와 같이 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 광축(AX) 또는 중심(CN)과의 거리에 따라 렌즈(210)의 중심면(CNP)으로부터 다른 거리(또는 다른 높이)에 위치할 수 있다.
복수의 렌즈(210)에 대해, 복수의 화소(PX)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리, 즉 중심면(CNP)을 기준면으로 한 복수의 화소(PX)의 높이는 주기를 가지고 규칙적으로 변할 수 있다. 즉, 화소(PX)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리 변화는 렌즈(210)를 단위로 반복될 수 있다.
렌즈(210)의 중심면(CNP)으로부터 복수의 화소(PX) 사이의 거리의 변화 주기인 높이 변화 주기(P1), 또는 표시부(100)의 밑면(LSF)을 기준으로 한 복수의 화소(PX)의 높이 변화 주기(P1)는 인접한 적어도 두 렌즈(210)의 피치(P2)와 실질적으로 동일할 수 있다. 렌즈(210)의 피치(P2)는 예를 들어 인접한 두 렌즈(210) 사이의 경계들 간 거리 또는 인접한 렌즈(210)의 중심(CN)들 사이의 거리로 나타낼 수 있다. 또한, 화소(PX)의 높이 변화 주기(P1)는 예를 들어 렌즈(210)의 중심면(CNP)으로부터 가장 멀리 위치하는 화소(예를 들어, 제1 화소(PX1))들 중 인접한 두 제1 화소(PX1) 사이의 거리로 나타낼 수 있다.
한 실시예에 따른 렌즈(210)는 마이크로 렌즈일수도 있고 렌티큘러 렌즈일 수도 있다. 렌즈(210)가 렌티큘러 렌즈인 경우 렌즈(210)의 광축(AX)은 광축면을 이룰 수 있고, 렌즈(210)의 중심(CN)은 광축면에 포함되어 있는 중심선을 이룰 수 있다. 본 기재에서 광축(AX)이라 하면 광축면도 포함하여 의미하는 것이고, 중심(CN)도 중심선을 포함하여 의미하는 것이다.
렌즈 어레이부(200)는 복수의 렌즈가 평면상 배열되어 있는 렌즈 시트일 수도 있고 액정층과 같은 스위칭 가능한 광변조부(예를 들어, 액정 렌즈)가 한 모드에서 형성하는 렌즈 어레이일 수도 있다.
렌즈 어레이부(200)는 표시부(100)의 제조 공정과 같은 공정으로 표시부(100) 위에 박막층으로서 형성되어 있을 수도 있고, 렌즈 어레이부(200)가 별도의 패널로 제작된 후 표시부(100) 위에 접착 부재를 이용해 부착되어 있을 수도 있다.
렌즈 어레이부(200)는 평면상 복수의 도메인(DM)으로 구획될 수 있고, 각 도메인(DM)에 하나의 렌즈(210)가 대응하여 위치할 수 있다.
이에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하면, 도메인(DM)의 모양은 다양한 다각형 중 하나일 수 있다. 도 5 및 도 6은 사각형인 도메인(DM)을 예로서 도시하고, 도 7은 육각형의 도메인(DM)을 예로서 도시한다.
복수의 화소(PX)의 렌즈(210)의 중심면(CNP)까지의 거리 변화 패턴 또는 표시부(100)의 밑면(LSF)을 기준으로 한 복수의 화소(PX)의 높이 변화 패턴은 렌즈 어레이부(200)가 포함하는 복수의 렌즈(210)의 배치 패턴 또는 복수의 도메인(DM)의 배치 패턴과 동일할 수 있다. 즉, 화소(PX)의 높이 변화 패턴은 렌즈(210)를 단위로 반복될 수 있다.
예를 들어 도 5를 참조하면, 각 도메인(DM)이 한 방향으로 긴 직사각형일 때 각 도메인(DM)에 대응하는 렌즈(210)는 렌티큘러 렌즈일 수 있고, 각 렌즈(210)의 중심(CN)(중심선일 수 있음)에 대응하거나 가장 근접한 화소(PX)는 앞에서 설명한 바와 같은 제1 화소(PX1)일 수 있고, 제1 화소(PX1)에 비해 중심(CN)으로부터 먼 곳에 위치하는 화소(PX)는 앞에서 설명한 바와 같은 제2 화소(PX2)일 수 있다. 제1 화소(PX1) 및 제2 화소(PX2)를 포함하는 복수의 화소(PX)의 배치 패턴은 도메인(DM) 또는 렌즈(210)의 배치 패턴과 같이 어느 한 방향(예를 들어, 가로 방향)으로 반복될 수 있으며 그 반복 주기도 서로 동일할 수 있다.
다른 예를 들어 도 6 및 도 7을 참조하면, 각 도메인(DM)이 가로 및 세로 방향 이외의 다른 방향(예를 들어, 사선 방향)으로도 대칭인 다각형일 때(정다각형일 수 있음), 각 도메인(DM)에 대응하는 렌즈(210)는 마이크로 렌즈일 수 있고, 각 렌즈(210)의 평면상 형태는 대략 원형일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 도 6은 도메인(DM)이 정사각형인 예를 도시하고, 도 7은 도메인(DM)이 육각형인 예를 도시한다. 각 렌즈(210)의 중심(CN)에 대응하거나 가장 근접한 화소(PX)는 앞에서 설명한 바와 같은 제1 화소(PX1)일 수 있고, 제1 화소(PX1)에 비해 중심(CN)으로부터 먼 곳에 위치하는 화소(PX)는 앞에서 설명한 바와 같은 제2 화소(PX2)일 수 있다. 제1 화소(PX1) 및 제2 화소(PX2)를 포함하는 복수의 화소(PX)의 배치 패턴은 도메인(DM) 또는 렌즈(210)의 배치 패턴과 같이 적어도 두 방향(예를 들어, 가로 방향 및 세로 방향)으로 반복될 수 있으며 그 반복 주기도 서로 동일할 수 있다.
앞에서 설명한 도 4 내지 도 7과 함께 도 8 및 도 9를 참조하여, 한 실시예에 따른 표시 장치(1)의 평면 배치 구조에 대해 더 자세히 설명한다.
도 8을 참조하면, 한 실시예에 따른 렌즈 어레이부(200)는 복수의 도메인(DM)으로 구획될 수 있고, 각 도메인(DM)에는 하나의 마이크로 렌즈(210M)가 위치할 수 있다. 도 8은 도메인(DM)이 정사각형인 예를 도시한다. 각 도메인(DM) 및 마이크로 렌즈(210M)는 표시부(100)의 둘 이상의 화소(PX)와 중첩하고, 각 도메인(DM)에 대응하는 화소(PX)들로부터의 빛은 각 도메인(DM)에 위치하는 마이크로 렌즈(210M) 안에서의 위치에 따라 서로 다른 방향으로 굴절되어 서로 다른 시점에서 각 화소(PX)의 영상이 시인될 수 있다. 도메인(DM)의 형태 및 배치는 도시한 바에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
표시부(100)의 화소(PX)들은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 대략 행렬 형태로 배열되어 있을 수 있고, 렌즈 어레이부(200)의 복수의 도메인(DM) 또는 복수의 마이크로 렌즈(210M)는 도시한 바와 같이 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 비스듬하게 기울어진 방향으로 배열되어 있을 수 있다. 그러나, 복수의 도메인(DM) 또는 복수의 마이크로 렌즈(210M)는 제2 방향(DR2)에 실질적으로 나란한 방향으로 배열될 수도 있다.
각 도메인(DM)에 대해 마이크로 렌즈(210M)의 중심(CN)에 대응하거나 가장 가까이 위치하는 화소는 앞에서 설명한 바와 같은 제1 화소(PX1)일 수 있고, 제1 화소(PX1)보다 마이크로 렌즈(210M)의 중심(CN)에서 더 멀리 위치하는 화소는 앞에서 설명한 바와 같은 제2 화소(PX2)일 수 있다.
다음 도 9를 참조하면, 본 실시예는 앞에서 설명한 도 8에 도시한 실시예와 대부분 동일하나, 렌즈 어레이부(200)가 복수의 렌티큘러 렌즈(210L)를 포함할 수 있다. 각 렌티큘러 렌즈(210L)는 도시한 바와 같이 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 비스듬하게 기울어진 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 그러나, 렌티큘러 렌즈(210L)의 연장 방향은 제2 방향(DR2)에 실질적으로 평행할 수도 있다. 각 렌티큘러 렌즈(210L)의 중심(CN)(중심선일 수 있음)에 대응하거나 가장 가까이 위치하는 화소는 앞에서 설명한 바와 같은 제1 화소(PX1)일 수 있고, 제1 화소(PX1)보다 중심(CN)으로부터 더 멀리 위치하는 화소는 앞에서 설명한 바와 같은 제2 화소(PX2)일 수 있다.
지금까지 설명한 도 1 내지 도 9와 함께 도 10 내지 도 16을 참조하여 실시예에 따른 표시 장치의 단면 구조에 대해 설명한다. 앞에서 설명한 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
먼저 도 10 및 도 11을 참조하면, 한 실시예에 따른 표시 장치(1)는 표시부(100) 및 렌즈 어레이부(200)를 포함하고, 렌즈 어레이부(200)는 복수의 렌즈(210)를 포함한다.
표시부(100)는 절연성인 기판(110)을 포함할 수 있다. 기판(110)은 절연층이라고도 할 수 있다. 기판(110)의 윗면은 실질적으로 평평할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
기판(110) 위에는 제1 절연층(112)이 위치할 수 있다. 제1 절연층(112)은 앞에서 설명한 바와 같이 표시부(100)의 밑면(LSF)에 대한 또는 렌즈(210)의 중심면(CNP)에 대한 화소(PX)의 높이를 변화시키기 위한 높이 보정층으로서, 레진과 같은 다양한 유기 물질을 포함할 수 있다.
제1 절연층(112)의 윗면(USF1)의 높이는 주기적으로 변하며, 그 주기는 렌즈(210)의 피치와 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 절연층(112)의 윗면(USF1) 중 가장 높은 부분은 인접하는 렌즈(210) 사이의 경계에 대응할 수 있고, 가장 낮은 부분은 대응하는 렌즈(210)의 중심(CN)에 대응할 수 있다. 제1 절연층(112)의 윗면(USF1)의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분의 두께 방향 거리는 대략 수 마이크로미터 이상일 수 있다.
도 10을 참조하면, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 제1 절연층(112)의 윗면(USF1)은 대체로 부드러운 하나의 곡면(더 구체적으로, 하나의 오목면)을 이룰 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 10은 제1 절연층(112)이 기판(110) 위에 연속적으로 형성된 예를 도시하고 있으나 이에 한정되지 않고, 제1 절연층(112) 중 렌즈(210)의 중심(CN)에 대응하는 부분은 아예 제거되어 있을 수도 있다.
이와 같은 형태의 제1 절연층(112)은 통상의 기술자에게 알려진 다양한 방법을 이용해 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 절연층(112)은 몰드 성형법을 이용해 형성될 수도 있고, 감광성을 가지는 경우 여러 단계의 투과도를 가지는 마스크를 이용한 사진 공정을 이용해서 형성될 수도 있을 것이다.
제1 절연층(112) 위에는 복수의 박막층(TL)이 위치할 수 있다.
도 11을 참조하면, 복수의 박막층(TL)은 제1 절연층(112) 위에 위치하는 액티브 패턴(130)을 포함할 수 있다. 액티브 패턴(130)은 비정질/다결정 규소 또는 산화물 반도체 등의 반도체 물질로 이루어질 수 있고, 채널 영역(131) 및 도전 영역(132, 133)을 포함할 수 있다. 도전 영역(132, 133)은 채널 영역(131)의 캐리어 농도보다 높은 캐리어 농도를 가진다.
액티브 패턴(130) 위에는 제2 절연층(141)이 위치할 수 있다. 제2 절연층(141) 위에는 게이트 전극(151)을 포함하는 복수의 제1 도전층이 위치할 수 있다. 게이트 전극(151)은 액티브 패턴(130)의 채널 영역(131), 채널 영역(131)의 양쪽에 위치하는 도전 영역(132, 133)과 함께 하나의 트랜지스터(T)를 형성할 수 있다. 채널 영역(131)의 양쪽에 위치하는 한 쌍의 도전 영역(132, 133)은 각각 트랜지스터(T)의 소스 영역 및 드레인 영역일 수 있다.
제1 도전층 및 제2 절연층(141) 위에는 제3 절연층(142) 및 제4 절연층(143)이 위치할 수 있다. 제3 절연층(142)과 제4 절연층(143) 사이에는 제2 도전층이 더 위치할 수 있다. 제2 도전층은 생략될 수 있고, 이와 함께 제3 절연층(142)도 생략될 수 있다. 제2 내지 제4 절연층(141, 142, 143)은 트랜지스터(T)의 한 도전 영역(133) 위에 위치하는 접촉 구멍(45)을 포함할 수 있다.
제4 절연층(143) 위에는 연결 부재(170)를 포함하는 제3 도전층이 위치할 수 있다. 연결 부재(170)는 접촉 구멍(45)을 통해 트랜지스터(T)의 한 도전 영역(133)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 도전층, 제2 도전층 및 제3 도전층 중 적어도 하나는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈늄(Ta), 이들 중 적어도 둘의 합금 등의 도전 물질을 포함할 수 있다.
제3 도전층과 제4 절연층(143) 위에는 보호막(180)이 위치할 수 있다. 보호막(180)은 연결 부재(170) 위에 위치하는 접촉 구멍(85)을 포함할 수 있다.
제2 절연층(141), 제3 절연층(142), 제4 절연층(143) 및 보호막(180) 중 적어도 하나는 질화규소, 산화규소 등의 무기 절연 물질 및/또는 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 제2 절연층(141), 제3 절연층(142), 제4 절연층(143) 및 보호막(180)은 제1 절연층(112)의 윗면(USF1)의 곡면 형태가 그대로 전사되어 보호막(180)의 윗면도 제1 절연층(112)의 윗면(USF1)의 곡면 형태에 대응하는 곡면 형태를 가질 수 있고, 이를 위해 제2 절연층(141), 제3 절연층(142), 제4 절연층(143) 및 보호막(180)은 적절한 두께와 재료를 포함할 수 있다.
액티브 패턴(130)으로부터 보호막(180)까지의 층이 복수의 박막층(TL)에 포함될 수 있다.
보호막(180) 또는 복수의 박막층(TL) 위에는 복수의 화소 전극(191)을 포함하는 제4 도전층이 위치할 수 있다. 각 화소 전극(191)은 접촉 구멍(85)을 통해 연결 부재(170)와 연결되어 전압을 인가받을 수 있다.
보호막(180)과 화소 전극(191) 위에는 화소 정의층(pixel defining layer, PDL)(350)이 위치할 수 있다. 화소 정의층(350)은 각 화소 전극(191) 위에 위치하는 개구부(355)를 가질 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 발광층(370)이 위치한다. 발광층(370)은 화소 정의층(350)의 개구부(355) 안에 위치할 수 있다. 발광층(370)은 유기 발광 물질 또는 무기 발광 물질을 포함할 수 있다.
발광층(370) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 화소 정의층(350) 위에도 형성되어 복수의 화소에 걸쳐 연장되어 있을 수 있다.
화소 전극(191), 발광층(370) 및 공통 전극(270)은 함께 발광 다이오드(ED)를 이룬다. 발광 다이오드(ED)는 실질적으로 앞에서 설명한 화소(PX)에 대응하며, 각 발광 다이오드(ED)는 각 화소(PX)에 포함되어 빛을 방출하는 소자일 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 절연층(112)의 윗면(USF1) 중 가장 낮은 곳에 대응하는 발광 다이오드(ED)는 앞에서 설명한 바와 같은 제1 화소(PX1)에 대응할 수 있고, 제1 화소(PX1) 주변에 위치하는 다른 화소의 발광 다이오드(ED)는 앞에서 설명한 바와 같은 제2 화소(PX2)에 대응할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 보호막(180)의 윗면은 제1 절연층(112)의 윗면(USF1)의 곡면(반복적인 오목면) 형태에 따른 곡면 형태를 가지므로, 평면상 뷰에서 렌즈(210)의 중심(CN)에서 멀어질수록 발광 다이오드(ED)와 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리는 점차 작아질 수 있다. 이에 따라 측면에서 관찰했을 때에도 크로스 토크, 모아레, 색편차, 휘도 저하, 영상 왜곡 등의 화질 저하를 막을 수 있고 광 시야각 다시점 표시 장치를 구현할 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 발광 다이오드(ED) 및 화소 정의층(350) 위에는 발광 다이오드(ED)를 보호하는 밀봉층(380)이 더 위치할 수 있다. 밀봉층(380)은 교대로 적층된 무기막(381, 383)과 유기막(382)을 포함할 수 있다. 유기막(382)의 윗면은 유기막(382)의 아랫면에 비해 더 평탄할 수 있고, 이에 따라 유기막(382)은 평탄화 기능을 가질 수 있다.
밀봉층(380) 위에는 적어도 하나의 절연층(390)이 더 위치할 수 있다. 절연층(390)은 복수의 층(391, 392)을 포함할 수도 있고, 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 절연층(390)은 출광 효율을 높이기 위한 광학 보상층을 포함할 수도 있다.
절연층(390) 위에는 앞에서 설명한 실시예에 따른 렌즈 어레이부(200)가 위치할 수 있다.
다음 도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 앞에서 설명한 도 10 및 도 11에 도시한 실시예와 대부분 동일하나, 제1 절연층(112)의 윗면(USF2)의 형태가 다를 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 절연층(112)의 윗면(USF2)은 주기적인 높이 변화를 겪는 계단 형태를 가질 수 있고, 높이 변화 주기는 렌즈(210)의 피치와 동일할 수 있다.
이러한 계단 형태를 가지는 제1 절연층(112)을 형성하는 방법은 다양할 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(112)은 아래부터 차례로 적층된 복수의 절연층(112a, 112b, 112c)을 포함할 수 있다. 도 12는 제1 절연층(112)이 세 개의 절연층(112a, 112b, 112c)을 포함하는 예를 도시하나 이에 한정되지 않는다.
절연층(112)이 포함하는 복수의 절연층(112a, 112b, 112c) 중 가장 위에 위치하는 절연층은 렌즈(210)의 중심(CN) 또는 광축(AX)에 대응하는 개구부를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 절연층(112c)이 가장 위에 위치하는 절연층으로서 개구부(12c)를 포함할 수 있다.
절연층(112)에서 가장 아래에 위치하는 절연층(112a)은 렌즈 어레이부(200)의 복수의 렌즈(210)에 대응하는 하나의 연속적인 층을 포함할 수 있으며, 도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이 렌즈(210)의 중심(CN)에 대응하는 부분의 일부는 제거되어 오목부(12a)를 이룰 수 있다. 오목부(12a)는 생략될 수도 있다. 이 경우, 절연층(112a)이 생략될 수도 있다.
절연층(112a) 위에 위치하는 절연층(112b)은 절연층(112a)의 오목부(12a)에 대응하며 오목부(12a)의 경계에 정렬된 경계를 가지는 개구부(12b)를 포함할 수 있다. 즉, 개구부(12b)는 절연층(112a)의 오목부(12a)에 연장되는 측면을 가질 수 있다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 절연층(112b)은 도메인(DM)의 경계를 덮으며 도메인(DM)의 경계를 따라 뻗을 수 있다.
절연층(112b) 위에 위치하는 절연층(112c)은 절연층(112a)의 오목부(12a) 및 절연층(112b)의 개구부(12b)에 대응하며 개구부(12b)보다 큰 면적을 가지는 개구부(12c)를 포함할 수 있다. 개구부(12c)는 개구부(12b) 주위를 둘러싸며 도 13에 도시한 바와 같이 평면상 뷰에서는 개구부(12c) 안에 개구부(12b)가 위치할 수 있다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 절연층(112c)은 도메인(DM)의 경계를 덮으며 도메인(DM)의 경계를 따라 뻗을 수 있다.
이와 같은 방식으로 절연층(112c) 위에 추가적인 절연층이 더 위치할 수도 있다.
절연층(112)이 포함하는 복수의 절연층(112a, 112b, 112c) 중 적어도 둘이 포함하는 개구부의 평면상 면적은 서로 다를 수 있다. 더 구체적으로, 기판(110)을 기준으로 높이 위치할수록(또는 렌즈 어레이부(200)에 가까워질수록) 절연층(112b, 112c)이 포함하는 개구부(12b, 12c)의 평면상 면적이 점차 커질 수 있다.
복수의 절연층(112a, 112b, 112c)의 적어도 둘의 평면상 면적은 각각 다를 수 있으며, 더 구체적으로는 기판(110)을 기준으로 높이 위치할수록(또는 렌즈 어레이부(200)에 가까워질수록) 절연층(112a, 112b, 112c)의 평면상 면적이 점차 작아질 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이 렌즈(210)가 마이크로 렌즈인 경우, 오목부(12a), 개구부(12b) 및 개구부(12c)는 각 도메인(DM) 내에 위치하는 섬형일 수 있고, 오목부(12a), 개구부(12b) 및 개구부(12c)의 가장자리 형태는 도메인(DM)의 형태와 닮은꼴일 수도 있고 다른 형태(예를 들어, 원형)일 수도 있다.
도 14에 도시한 바와 같이 렌즈(210)가 렌티큘러 렌즈인 경우, 오목부(12a), 개구부(12b) 및 개구부(12c)는 한 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다.
절연층(112a, 112b, 112c) 각각은 기판(110) 상 위치에 따라 일정한 두께를 가질 수 있다. 복수의 절연층(112a, 112b, 112c)은 서로 동일한 절연 물질을 가질 수도 있고 적어도 두 층은 서로 다른 절연 물질을 포함할 수도 있다.
이와 같이 차례대로 적층되어 있으며 서로 다른 크기의 개구부 또는 오목부를 가지는 복수의 절연층(112a, 112b, 112c)을 포함하는 제1 절연층(112)의 윗면(USF2)은 계단 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 절연층(112a)의 오목부(12a) 및 절연층(112b)의 개구부(12b)에 대응하는 곳에 위치하는 발광 다이오드(ED)는 앞에서 설명한 바와 같은 제1 화소(PX1)에 대응할 수 있다. 절연층(112c)의 개구부(12c) 안에 위치하며 절연층(112b)의 윗면에 위치하는 발광 다이오드(ED), 그리고 가장 위에 위치하는 절연층(112c)의 윗면에 위치하는 발광 다이오드(ED) 순서로 렌즈(210)의 중심면(CNP)에 점차 가까워질 수 있다.
다음 도 15 및 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 앞에서 설명한 도 10 및 도 11에 도시한 실시예와 대부분 동일하나, 제1 절연층(112)이 생략되고 기판(110A)의 윗면(USF3)의 형태가 다를 수 있다. 기판(110A)의 윗면(USF3)의 높이는 주기적으로 변할 수 있으며, 그 주기는 렌즈(210)의 피치와 동일할 수 있다. 구체적으로, 기판(110A)의 윗면(USF3) 중 가장 높은 부분은 인접하는 렌즈(210) 사이의 경계에 대응할 수 있고, 가장 낮은 부분은 대응하는 렌즈(210)의 중심(CN)에 대응할 수 있다. 기판(110A)의 윗면(USF3)의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분의 두께 방향 거리는 대략 수 마이크로미터 이상일 수 있다.
도 15를 참조하면, 하나의 렌즈(210)에 대응하는 기판(110A)의 윗면(USF3)은 대체로 부드러운 하나의 곡면(더 구체적으로, 하나의 오목면)을 이룰 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 12에 도시한 제1 절연층(112)의 윗면(USF2)과 같은 계단 형태를 가질 수도 있다.
기판(110A)은 통상의 기술자에게 알려진 다양한 방법을 이용해 형성될 수 있다. 예를 들어 기판(110A)이 유리를 포함하는 경우, 식각 방법(예를 들어, 습식 식각)을 이용해 기판(110A)의 윗면(USF3)을 형성할 수 있고, 기판(110A)이 플라스틱 재료를 포함하는 경우 열성형 등의 방법을 이용해 기판(110A)의 윗면(USF3)을 형성할 수 있다.
식각 방법을 이용해 기판(110A)을 식각하는 경우, 예를 들어 기판(110A) 위에 금속층 등의 보호층을 적층한 후, 그 위에 포토레지스트 등의 감광층을 도포한 후 광마스크를 통해 노광하여 보호층 패턴을 형성할 수 있다. 보호층 패턴은 기판(110A)의 윗면(USF3)의 높이가 가장 높은 부분에 대응하는 부분을 포함하고 윗면(USF3)의 높이가 그보다 낮은 부분은 제거되어 있을 수 있다. 이어서, 보호층 패턴을 식각 마스크로 하여 기판(110A)을 식각하여 보호층 패턴이 남아 있는 부분을 제외한 부분을 낮게 식각하여 높이차를 가지는 윗면(USF3)을 형성할 수 있다. 이때 완만한 곡면의 윗면(USF3)을 형성할 수 있도록 다양한 조건의 습식 식각 등의 다양한 식각 방법을 사용할 수 있다. 이후, 보호층 패턴을 제거할 수 있다.
도 16은 기판(110A)의 윗면을 실제 습식 식각하여 오목한 곡면을 이루는 윗면(USF3)을 형성한 모습을 찍은 사진이다.
한 실시예에 따르면, 기판(110A)의 윗면은 앞에서 설명한 도 12에 도시한 제1 절연층(112)의 계단 형태의 윗면(USF2)과 같이 계단 형태를 가질 수도 있다.
이제, 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 17 내지 도 22를 참조하여 한 실시예에 따른 표시 장치(1)가 표시한 영상을 관찰하였을 때 향상된 화질에 대해 비교예와 비교하여 설명한다.
도 17에 도시한 표시 장치(1')는 비교예로서 앞에서 설명한 도 2 및 도 3에 도시한 구조와 대부분 동일하나 표시부(100')의 구조가 다르다. 비교예에 따른 표시부(100')의 복수의 화소(PX')들은 렌즈(210)의 초점면(FL)을 따라 배열되어 있지 않고 대체로 평면 상에 배열되어 있다. 따라서, 하나의 렌즈(210)에 대해 복수의 화소(PX')들과 렌즈(210)의 중심면(CNP) 사이의 거리가 대체로 일정하다.
비교예에 따르면, 렌즈(210)의 광축(AX)에 정렬되어 있는 제1 화소(PX1')는 렌즈(210)의 초점 거리 상에 위치하지만, 광축(AX)에서 벗어난 곳에 위치하여 측면 시점(VPe)에 대응하는 영상을 표시하는 제2 화소(PX2')는 페츠발 만곡에 의해 렌즈(210)의 초점 위치에서 벗어나 있다. 따라서 관찰 위치(OVD)에서 관찰하였을 때 제2 화소(PX2')의 영상이 선명히 보이지 않거나 제2 화소(PX2')에 인접한 다른 화소의 영상 또는 비발광부가 겹쳐져 보여 크로스 토크, 모아레, 색편차, 휘도 저하, 영상 왜곡 등의 화질 저하가 일어날 수 있다.
이와 같은 비교예와 비교하여 본 발명의 한 실시예에 따른 효과를 도 18 내지 도 22에 도시한 시뮬레이션 결과를 참조하여 설명한다.
도 18은 도 17에 도시한 바와 같은 비교예(a)에 따른 표시 장치가 표시한 영상을 관찰 위치(OVD)에서 관찰하였을 때 x축 방향에 따른 광량 분포에 대한 시뮬레이션 결과이고, 도 19는 본 발명의 한 실시예(b)에 따른 표시 장치가 표시한 영상을 관찰 위치(OVD)에서 관찰하였을 때 x축 방향에 따른 광량 분포에 대한 시뮬레이션 결과이다. x축은 관찰 위치(OVD)에서 예를 들어 다섯 개의 시점(VP1-VP5)이 배열된 방향일 수 있다. 도 20은 비교예(a)인 도 18의 광량 분포의 변화, 즉 x축 위치에 따른 조도(%)를 나타낸 그래프와 한 실시예(b)에 따른 도 19의 광량 분포의 변화, 즉 x축 위치에 따른 조도(%)를 나타낸 그래프를 도시한다. 도 21은 비교예(a) 및 실시예(b) 각각에 따른 표시 장치를 정면 시야에 해당하는 시점(VP3)에서 관찰한 영상에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고, 도 22는 비교예(a) 및 실시예(b) 각각에 따른 표시 장치를 측면 시야에 해당하는 시점(VP1)에서 관찰한 영상에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 20을 참조하면, 정면 시야에 해당하는 시점(VP3)에서는 비교예(a)에 따른 조도와 실시예(b)에 따른 조도가 거의 동일하여 정면 시야에서 관찰한 영상은 차이가 없음을 알 수 있다. 구체적으로 도 21을 참조하면, 정면 시야에 해당하는 시점(VP3)에서 관찰하였을 때 비교예(a)에 따른 표시 장치가 표시한 영상의 모습 및 휘도와 실시예(b)에 따른 표시 장치가 표시한 영상의 모습 및 휘도 사이에 차이가 거의 없을 확인할 수 있다.
다시 도 20을 참조하면, 측면 시야에 해당하는 시점(VP1, VP5)에서는 비교예(a)에 따른 조도는 많이 낮지만 실시예(b)에 따른 조도는 80% 정도까지 많이 향상되어 있음을 확인할 수 있다. 한 실시예(b)에 따르면, 비교예(a)에 비해 측면 시야에서의 조도가 대략 16% 정도 상승한 결과를 확인할 수 있다.
구체적으로 도 22를 참조하면, 측면 시야에 해당하는 시점(VP1)에서 관찰하였을 때 비교예(a)에 따른 표시 장치가 표시한 영상의 모습을 보면, 화살표(A1)로 표시한 부분과 같이 인접 화소의 영상 사이에 크로스토크가 생기고, 화살표(A2)로 표시한 부분과 같이 인접 화소 사이의 비발광부가 차지하는 면적이 넓어 시인된 비발광부와 렌즈 어레이부의 격자 패턴 사이에 모아레와 같은 간섭 현상이 시인될 수 있다. 또한, 도 22에서 화살표(A3)로 표시한 부분과 같이 해당 화소가 표시하는 영상의 크기가 상대적으로 작은 면적으로 축소되어 있어 전체 영역에서 실제 유효한 영상이 보이는 비율인 필팩터(fill factor)가 낮고 위치에 따라 화소의 크기가 다르게 시인될 수 있다.
이에 반해, 한 실시예(b)에 따른 표시 장치가 표시한 영상의 모습을 비교예(a)와 비교하여 보면, 크로스토크가 사라지고 인접 화소 사이의 비발광부가 거의 시인되지 않으며 해당 화소가 표시하는 영상이 충분한 크기로 보여 필팩터가 높아지고 높은 휘도로 시인될 수 있다. 즉, 비교예(a)에 비하여 한 실시예(b)에 따르면, 측면 시야에서도 해당 화소가 표시하는 영상의 휘도의 저하가 적고 인접한 비발광부 또는 다른 화소의 영상이 겹쳐져 보이지 않아 화질 저하 요소가 감소될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 화소를 포함하는 표시부, 그리고
    복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이부
    를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 제1 렌즈는 상기 복수의 화소 중 둘 이상의 화소와 대응하여 중첩하고,
    상기 둘 이상의 화소는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고,
    평면상 뷰에서, 상기 제1 화소는 상기 제2 화소보다 상기 제1 렌즈의 광축에 더 가깝고,
    상기 제1 렌즈의 광축에 수직인 기준면과 상기 제1 화소 사이의 최단 거리는 상기 기준면과 상기 제2 화소 사이의 최단 거리보다 크고,
    상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 둘 이상의 화소는 상기 제1 렌즈의 초점면을 따라 배치되어 있는
    표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 화소와 상기 기준면 사이의 최단 거리는 제1 주기를 가지고 규칙적으로 변하는 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 주기는 상기 복수의 렌즈의 피치와 실질적으로 동일한 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 둘 이상의 화소와 상기 기준면 사이의 최단 거리는 평면상 뷰에서 상기 제1 렌즈의 광축에서 멀어질수록 작아지는 표시 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 화소에서 빛이 나오는 면을 단위 표시면이라 할 때,
    상기 제1 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향은 상기 제2 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향과 다른
    표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 화소에서 빛이 나오는 면을 단위 표시면이라 할 때,
    상기 제1 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향과 상기 제2 화소의 상기 단위 표시면이 향하는 방향은 서로 같은
    표시 장치.
  8. 복수의 화소를 포함하는 표시부, 그리고
    복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이부
    를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 제1 렌즈는 상기 복수의 화소 중 둘 이상의 화소와 대응하여 중첩하고,
    상기 둘 이상의 화소는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고,
    평면상 뷰에서, 상기 제1 화소는 상기 제2 화소보다 상기 제1 렌즈의 광축에 더 가깝고,
    상기 제1 렌즈의 광축에 수직인 기준면과 상기 제1 화소 사이의 최단 거리는 상기 기준면과 상기 제2 화소 사이의 최단 거리보다 크고,
    상기 표시부는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 위에 위치하는 복수의 박막층, 그리고 상기 복수의 박막층 위에 위치하는 복수의 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 복수의 박막층은 상기 발광 다이오드에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 화소에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면의 높이는 상기 제2 화소에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면의 높이보다 낮은
    표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 절연층의 윗면의 높이는 제1 주기와 동일한 주기를 가지고 규칙적으로 변하는 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 렌즈에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면은 하나의 곡면을 이루는 표시 장치.
  11. 제9항에서,
    상기 제1 절연층의 윗면은 계단 형태를 가지는 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 절연층은 차례대로 적층된 복수의 절연층을 포함하고,
    상기 복수의 절연층 중 적어도 둘이 포함하는 개구부의 평면상 면적은 상기 렌즈 어레이부에 가까워질수록 커지는 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 절연층 중 적어도 하나는 상기 제1 렌즈의 상기 광축에 대응하는 개구부를 포함하는 표시 장치.
  14. 제8항에서,
    상기 제1 절연층 아래에 위치하는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판의 윗면은 실질적으로 평평한 표시 장치.
  15. 기판 및 상기 기판 위에 위치하는 복수의 화소를 포함하는 표시부, 그리고
    복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이부
    를 포함하고,
    상기 복수의 화소의 상기 기판의 밑면을 기준으로 한 높이는 제1 주기를 가지고 규칙적으로 변하고,
    상기 제1 주기는 상기 복수의 렌즈의 피치와 실질적으로 동일하고,
    상기 기판과 상기 복수의 화소 사이에 위치하는 제1 절연층을 더 포함하고,
    상기 제1 절연층의 윗면의 높이는 상기 제1 주기와 동일한 주기를 가지고 규칙적으로 변하는
    표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 복수의 화소는 상기 복수의 렌즈 중 한 렌즈에 대응하는 둘 이상의 화소를 포함하고,
    상기 기판의 밑면을 기준으로 한 상기 둘 이상의 화소의 높이는 상기 렌즈의 광축에서 멀어질수록 높아지는
    표시 장치.
  17. 제15항에서,
    상기 기판의 윗면의 높이는 상기 제1 주기와 동일한 주기를 가지고 규칙적으로 변하는 표시 장치.
  18. 삭제
  19. 제15항에서,
    상기 복수의 렌즈 중 하나에 대응하는 상기 제1 절연층의 윗면은 하나의 곡면을 이루는 표시 장치.
  20. 제15항에서,
    상기 제1 절연층의 윗면은 계단 형태를 가지는 표시 장치.
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