KR20170124031A - 개인 몰입형 장치의 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가상 현실을 구현하는 개인 몰입형 장치의 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치는, 표시 패널 및 이미징 렌즈를 포함한다. 표시 패널은, 다수 개의 화소 영역들, 발광 영역, 비 발광 영역 그리고, 마이크로 편향자를 구비한다. 다수 개의 화소 영역들은, 기판 위에 배치된다. 발광 영역은, 화소 영역 하나의 중앙부에 정의된다. 비 발광 영역은, 발광 영역 주변을 둘러싼다. 마이크로 편향자는, 발광 영역에서 출광하되, 상기 비 발광 영역의 상부 공간으로 산란되는 빛을 상기 기판의 표면에 대해 수직 방향으로 편향하여 상기 이미징 렌즈로 제공한다. 이미징 렌즈는, 표시 패널에서 이미징 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치된다. 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치는, 스크린 도어 효과를 억제하여 몰입감과 현실감을 극대화할 수 있다.

Description

개인 몰입형 장치의 표시장치{Display For Personal Immersion Apparatus}
본 발명은 가상 현실 (혹은, "Virtual Reality")을 구현하는 개인 몰입형 장치의 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스크린 도어 효과 (Screen Door Effect)를 제거하여 현실감을 향상시킨 개인 몰입형 장치용 표시장치에 관한 것이다.
가상 현실(virtual reality)이란, 입체 영상 기술을 이용하여 실제 현실과 유사하게 느껴지도록 만들어진 특정한 환경 및/또는 상황을 의미한다. 가상 현실을 제공하기 위해서는 사람이 인지할 수 있는 모든 감각 기관에 실제와 동일한 환경을 느낄 수 있도록 음향, 촉각 및 영상을 제공할 수 있도록 개발되고 있다. 가상 현실 기술들을 집약한 가상 현실 기기는 국방, 건축, 관광, 영화, 멀티미디어, 게임 분야 등에 적용되고 있다.
개인 몰입형 장치는, 가상 현실을 체험하는 일인의 사용자에게 몰입감을 높여주기 위한 가상 현실 기술을 적용한 장치이다. 특히, 시각적 몰입감을 극대화하기 위한 표시장치가 가장 중요하게 여겨지고 있다. 예를 들어, HMD(Head Mounted Display), FMD(Face Mounted Display), EGD(Eye Glasses-type Display) 등이 대표적인 개인 몰입형 장치에 적용되는 표시장치이다. 이하, 개인 몰입형 장치의 표시장치를 간단하게 "개인 몰입형 표시장치"라고 표현하기도 한다.
현재까지 개발된 개인 몰입형 장치는 외형 디자인이 고글(goggle) 형태로 개발되어 특정 개인이 사용할 수 있는 구조로 개발되고 있다. 하지만, 영상의 입체감 및 몰입감이 기대만큼 우수하지도 않아 개선의 필요가 증가하고 있다. 또한, 장시간 사용할 경우 피로도가 급증하여 많은 문제점을 안고 있다.
최근에는 스마트폰(smart phone)의 표시장치에서 가상 현실을 구현하기 위하여 입체 영상을 표시하고, 그 스마트폰을 사용자가 HMD 기구에 착용하는 방법이 제안되기도 하였다. 그러나 스마트폰의 표시장치는 가상 현실 최적화 설계가 적용되어 있지 않기 때문에 스마트폰을 이용한 가상 현실 이미지 표시방법은 수준 높은 가상 현실을 구현할 수 없다. 또한, 스마트 폰은 표시장치 이외에도 배터리 등 필수 부품들로 인해 HMD 등에 장착하여 사용하기에는 무게가 너무 무겁다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 입체감, 몰입감, 및 피로도 성능을 개선할 수 있는 개인 몰입형 장치의 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 스크린 도어 효과를 제거함으로써 입체감, 현실감 및 몰입감을 향상한 개인 몰입형 장치의 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치는, 표시 패널 및 이미징 렌즈를 포함한다. 표시 패널은, 다수 개의 화소 영역들, 발광 영역, 비 발광 영역 그리고, 마이크로 편향자를 구비한다. 다수 개의 화소 영역들은, 기판 위에 배치된다. 발광 영역은, 화소 영역 하나의 중앙부에 정의된다. 비 발광 영역은, 발광 영역 주변을 둘러싼다. 마이크로 편향자는, 발광 영역에서 출광하되, 상기 비 발광 영역의 상부 공간으로 산란되는 빛을 상기 기판의 표면에 대해 수직 방향으로 편향하여 상기 이미징 렌즈로 제공한다. 이미징 렌즈는, 표시 패널에서 이미징 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치된다.
일례로, 발광 영역은, 마이크로 편향자에 의해 실제 크기보다 더 큰 크기로 확대된 상(혹은, Image)으로 이미징 렌즈로 제공된다. 비 발광 영역은, 마이크로 편향자에 의해 실제 크기보다 작은 크기로 축소된 상으로 이미징 렌즈로 제공된다.
일례로, 마이크로 편향자는, 최소 경계선과 최대 경계선을 포함한다. 최소 경계선은, 발광 영역의 경계선에서 발광 영역으로 제1 거리 이격되어 정의된다. 최대 경계선은, 발광 영역의 경계선에서 비 발광 영역으로 제2 거리 이격되어 정의된다.
일례로, 마이크로 편향자의 최대 경계선은, 발광 영역의 경계선과 이웃하는 발광 영역의 경계선 사이의 중앙에 정의된 중간 경계선에 인접하여 배치된다.
일례로, 기판의 중앙부에서는, 마이크로 편향자의 중심이 발광 영역의 중심과 일치하도록 배치된다. 기판의 주변부에서는, 마이크로 편향자의 중심이 발광 영역의 중심과 이미징 렌즈 곡면 표면의 대응점을 연결하는 연장선에 일치하도록 배치된다.
본 발명은 마이크로 편향자들이 비 발광 영역에 대응하여 배치된 표시 패널을 구비한 개인 몰입형 장치용 표시 장치를 제공한다. 마이크로 편향자는 발광 영역에서 출광하되, 비 발광 영역에서 산란되어 정면 방향에서 인지되지 못하던 빛들을 정면 방향으로 편향 및/또는 굴절시켜 인지되도록 한다. 그 결과, 발광 영역의 면적이 확대되어 보이는 반면, 비 발광 영역의 면적이 축소되어 보인다. 따라서, 실제 화소 영역 내에서 발광 영역이 차지하는 비율은 변화가 없더라도, 보이는 영상에서는 발광 영역이 차지하는 비율이 더 향상된 효과를 얻을 수 있다. 그리고 사용자가 인지하는 영상에서 스크린 도어 효과를 제거 및/또는 최소화할 수 있다. 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치용 표시장치는 현실감과 몰입감을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치를 보여 주는 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 모듈에서 제1 및 제2 표시 패널을 보여 주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 표시 패널 간의 거리를 보여 주는 도면.
도 4a는 유기발광 다이오드 표시 패널의 표시 영역을 확대한 평면도.
도 4b는 유기발광 다이오드 표시 패널에서 사용자에게 제공되는 빛 경로를 나타내는 단면도.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 패널의 구조를 나타내는 확대 평면도.
도 5b는 도 5a에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 패널의 구조를 나타내는 단면도.
도 6은 도 5a에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 패널의 구조를 나타내는 단면도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 마이크로 편향자의 형상을 나타내는 도면들.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 비 구면 렌즈 형상을 갖는 마이크로 편향자를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 비 구면 렌즈 형상을 갖는 마이크로 편향자를 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 제5 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 프레즈넬(Fresnel) 렌즈를 갖는 마이크로 편향자를 나타내는 단면도.
도 11은 본 발명의 제6 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 프리즘 형상의 마이크로 편향자를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 제7 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 마이크로 편향자의 형상을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 제8 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 마이크로 편향자와 이미징 렌즈와의 관계를 나타내는 단면도.
도 14a는 표시 패널의 중앙 영역에 배치된 마이크로 편향자의 배치 구조를 나타내는 단면도.
도 14b는 표시 패널의 테두리 영역에 배치된 마이크로 편향자의 배치 구조를 나타내는 단면도.
도 15는 본 발명의 제9 실시 예에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널을 적용한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에서 마이크로 편향자의 배치 구조를 나타내는 단면도.
도 16은 본 발명의 제10 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널을 적용한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에서 마이크로 편향자의 배치 구조를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
<제1 실시 예>
도 1은 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 구조를 나타내는 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치는 렌즈 모듈(LM), 표시장치 모듈(DM), 메인 보드(MB), 헤드 기어(HG), 사이드 프레임(혹은, side frame)(SF), 프론트 커버(혹은, front cover)(FC) 등을 포함한다.
표시장치 모듈(DM)은 표시 패널과, 표시 패널을 각각 구동하기 위한 표시패널 구동회로를 포함하여 메인 보드(MB)로부터 수신된 입력 영상을 표시한다. 표시 패널은 사용자의 좌안으로 보이는 제1 표시 패널(PNL1)과, 사용자의 우안으로 보이는 제2 표시 패널(PNL2)로 분리된다. 표시장치 모듈(DM)은 메인 보드(MB)로부터 입력되는 영상 데이터를 표시 패널들(PNL1, PNL2)에 표시한다. 영상 데이터는 가상 현실(Virtual　Reality. VR) 또는 증강 현실(Augmented Reality, AR)의 비디오 이미지를 구현하는 2D/3D 영상 데이터일 수 있다. 표시장치 모듈(DM)은 메인 보드(MB)로부터 입력되는 각종 정보를 텍스트, 기호 등의 형태로 표시할 수 있다.
렌즈 모듈(LM)은 사용자의 좌안 및 우안에 제공되는 화면의 시각을 사용자의 좌안 및 우안의 시야각보다 큰 범위로 제공하는 이미징 렌즈(혹은, Imaging Lens)를 포함한다. 이미징 렌즈는 화면의 시각 범위를 넓히기 위한 초광각 렌즈의 일종인 한 쌍의 어안 렌즈(혹은, Fisheye Lens)를 사용할 수 있다. 한 쌍의 어안 렌즈는 제1 표시 패널(PNL1) 앞에 배치된 좌안 렌즈(LL)와, 제2 표시 패널(PNL2) 앞에 배치된 우안 렌즈(RL)를 포함한다.
메인 보드(MB)는 가상 현실 소프트웨어를 실행하고 좌안 영상과 우안 영상을 표시장치 모듈(DM)에 공급하는 프로세서를 포함한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 메인 보드(MB)는 외부 기기와 연결되는 인터페이스 모듈, 센서 모듈 등을 더 포함할 수 있다. 인터페이스 모듈은 Universal serial bus(혹은, USB), High definition　multimedia interface(혹은, HDMI) 등의 인터페이스를 통해 외부 기기와 연결된다. 센서 모듈은 자이로 센서, 가속도 센서 등 다양한 센서를 포함한다.
메인 보드(MB)의 프로세서는 센서 모듈의 출력 신호에 응답하여 좌안 및 우안 영상 데이터를 보정하고 인터페이스 모듈을 통해 수신된 입력 영상의 좌안 및 우안 영상 데이터를 표시장치 모듈(DM)로 전송한다. 프로세서는 2D 영상의 심도나 깊이(혹은, depth) 정보 분석 결과를 바탕으로 표시패널의 해상도에 맞는 좌안 영상과 우안 영상을 생성하여 표시장치 모듈(DM)로 전송할 수 있다.
헤드 기어(HG)는 좌안 렌즈(LL) 및 우안 렌즈(RL) 부분만을 사용자의 눈에 대응하여 노출하는 백 커버(back cover)(BC), 백 커버(BC)에 연결된 밴드(혹은, band)를 포함한다. 헤드 기어(HG)의 백 커버(BC), 사이드 프레임(SF) 및 프론트 커버(FC)는 조립되어 개인 몰입형 장치의 구성 요소들이 배치되는 내부 공간을 확보하고 그 구성 요소들을 보호한다. 구성 요소들은 렌즈 모듈(LM), 표시장치 모듈(DM), 및 메인 보드(MB)를 포함한다. 밴드(BD)는 백 커버(BC)에 연결된다. 사용자는 밴드(BD)로 자신의 머리에 개인 몰입형 장치를 착용한다. 사용자가 개인 몰입형 장치를 자신의 머리에 착용하면, 어안 렌즈들(LL, RL)을 통해 좌안과 우안으로 서로 다른 표시 패널(PNL1, PNL2)을 바라보게 된다.
사이드 프레임(SF)은 헤드 기어(HG)와 프론트 커버(FC) 사이에 고정되어 렌즈 모듈(LM), 표시장치 모듈(DM), 메인 보드(MB)가 배치된 내부 공간의 갭(혹은, gap)을 확보한다. 프론트 커버(FC)는 개인 몰입형 장치의 겉면에 배치된다.
본 발명의 개인 몰입형 장치는 도 1과 같은 HMD(head　mounted display)　구조로 구현될 수 있으나 도 1에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 안경 구조의 EGD(Eye Glasses-type Display)로 설계될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 표시장치 모듈(DM)에서 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2)을 보여 주는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2), 렌즈들(LL, RL) 및 사용자의 양안 사이의 배치관계를 보여 주는 도면이다.
제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2) 각각은 응답속도가 빠르고 색재현 특성이 우수하며 광시야각 특성을 갖는 유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, 혹은 "OLED") 표시 패널로 구현될 수 있다. EGD의 경우에, 표시 패널들(PNL1, PNL2)은 투명 유기발광 다이오드 표시 패널로 구현될 수 있다. 하지만 이에 국한하지 않으며, 액정 표시 패널이나 전기 영동 표시 패널과 같은 평판 표시 패널을 이용할 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 표시 패널(PNL1, PNL2)은 별도로 제작되어 표시장치 모듈(DM) 상에서 일정 거리 떨어져 배치된다. 제1 및 제2 표시 패널(PNL1, PNL2) 각각은, 표시 영역과 비 표시 영역으로 구분된다. 예를 들어, 제1 표시 패널(PNL1)은 중앙부에 배치된 제1 표시 영역(AA1)과 그 주변을 둘러싸는 제1 비 표시 영역(NA1)을 포함한다. 제2 표시 패널(PNL2)도 중앙부에 배치된 제2 표시 영역(AA2)과 그 주변을 둘러싸는 제2 비 표시 영역(NA2)을 포함한다.
제1 및 제2 표시 영역들(AA1, AA2)에는 다수 개의 화소들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 제1 및 제2 비 표시 영역들(NA1, NA2)에는 표시 영역들에 배치된 화소들을 구동하기 위한 구동회로들이 배치되어 있다. 예를 들어, 구동 회로는 DIC(혹은, Drive Integrated Circuit)와 GIP(혹은, Gate In Panel)를 포함한다.
DIC는 타이밍 콘트롤러(혹은, timing controller)와 데이터 구동부가 집적된 IC 칩을 의미한다. GIP는 게이트 구동부와 EM 구동부가 화소 어레이(혹은, 픽셀 어레이: Pixel array)와 함께 동일 기판 상에 집적된 회로를 의미한다. 제1 표시 패널(PNL1)에는 제1 DIC(DIC1)와 제1 GIP(GIP1)가 제1 비 표시 영역(NA1)에 배치되어, 제1 표시 영역(AA1)의 화소들에 좌안 영상을 제공한다. 제2 표시 패널(PNL2)에는 제2 DIC(DIC2)와 제2 GIP(GIP2)가 제2 비 표시 영역(NA2)에 배치되어, 제2 표시 영역(AA2)의 화소들에 우안 영상을 제공한다.
제1 표시 패널(PNL1)의 제1 표시 영역(AA1) 중심과 제2 표시 패널(PNL2)의 제2 표시 영역(AA2) 중심은 사용자의 양안간 거리(Le)와 실질적으로 동일하게 떨어져 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 표시 영역(AA1) 중앙과 제2 표시 영역(AA2) 중앙 간의 거리(Lp)는 Le ± α로 설정될 수 있다. 사용자의 양안간 거리(Le)는, 인종에 따라 약간의 차이가 있을 수 있으나, 좌안 눈동자(LEY)와 우안 눈동자(REY) 사이의 거리로서 대략 6.5cm (= 65mm) 이다. α는 제1 표시 영역(AA1)과 제2 표시 영역(AA2) 사이에 배치되는 표시 패널 구동 회로 부분, 공정 편차 등을 고려한 설계 마진(margin)으로서, Le의 10%로 설정될 수 있다.
제1 표시 영역(AA1) 및 제2 표시 영역(AA2)은 상하 시야각과 좌우 시야각을 고려하여 가로 방향(x)의 길이가 세로 방향(y)의 길이보다 긴 랜드스케이프(landscape) 타입의 화면 비율을 갖는다. 개인 몰입형 표시장치에서, 상하 시야각 보다 좌우 시야각을 넓게 설계할 때 시야각 개선 효과가 크다. 본 발명은 개인 몰입형 표시장치에서 좌우 시야각을 최대로 하기 위하여 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2) 각각을 랜드스케이프(혹은, Landscape) 타입의 OLED 표시 패널로 제작한다.
랜드스케이프 타입의 화면 비율은 가로 방향(x)의 화소(픽셀: Pixel) 개수가 세로 방향(y)의 화소 개수 보다 많고, 가로 방향(x)의 길이가 세로 방향(y)의 길이보다 길다. 한편, 포트레이트(혹은, Portrait) 타입의 화면 비율은 세로 방향(y)의 화소 개수가 가로 방향(x)의 화소 개수보다 많고, 세로 방향(y)의 길이가 가로 방향(x)의 길이보다 길다.
본 출원의 발명자들은 개인 몰입형 장치에서 다양한 표시 패널들을 바꿔가면서 사용자가 느끼는 입체감, 몰입감, 피로감 등을 비교 실험하였다. 이 실험 결과에 의하면, 도 3과 같이 사용자의 양안간 거리만큼 이격된 표시 패널들(PNL1, PNL2)의 표시 영역들(AA1, AA2)이 떨어져 배치될 때 사용자가 느끼는 입체감 개선 효과가 크다는 것을 확인하였다. 표시 패널들(PNL1, PNL2)의 표시 영역들(AA1, AA2)이 분리되고, 그 표시 영역들(AA1, AA2)의 중앙간 거리가 사용자의 좌안(LEY)과 우안(REY)의 이격 거리와 일치될 때 시야각이 넓고 입체감 개선 효과가 크다. 본 발명의 개인 몰입형 기기에서, 제1 표시 영역(AA1)의 중앙이 사용자의 좌안(LEY) 눈동자 중심과 일치하고, 제2 표시 영역(AA2)의 중앙이 사용자의 우안(REY) 눈동자 중심과 일치한다.
포트레이트 타입의 화면 비율에 비하여 랜드스케이프 타입의 화면 비율에서 사용자가 느끼는 입체감이 더 우수하다. 본 발명은 개인 몰입형 장치에 랜드스케이프 타입의 좌안용 표시 패널과 우안용 표시 패널을 분리 배치함으로써 입체감을 높일 수 있다.
좌안 영상이 표시되는 제1 표시 영역(AA1)과, 우안 영상이 표시되는 제2 표시 영역(AA2)이 분리되도록 그 표시 영역들(AA1, AA2)이 서로 분리된 기판들에 1:1로 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 표시 영역(AA1)은 제1 표시 패널(PNL1)의 기판 상에 배치되고, 제2 표시 영역(AA2)은 제2 표시 패널(PNL2)의 기판 상에 배치된다.
다른 예로서, 제1 및 제2 표시 영역(AA1, AA2)들은 하나의 기판 상에서 분리되어 배치될 수 있다. 이 경우, 하나의 표시 패널 상에서 표시 영역들이 분리된다. 여기서, 표시 영역들이 분리되어 있다는 것은 데이터 라인, 게이트 라인(또는 스캔 라인) 및 화소들이 분리되어 있다는 것을 의미한다. 이 경우, 제1 및 제2 표시 영역들은 서로 분리되어 있지만, 동일한 구동 신호 체계로 구동될 수 있기 때문에 표시 패널 구동 회로의 적어도 일부를 공유할 수 있다.
하나의 표시 패널 상에 두 개의 화소 영역들(AA1, AA2)이 분리 배치될 때 입체가 개선 효과 이외에도 다양한 효과를 제공할 수 있다. 종래의 VR 기기 중 하나는, 하나의 표시 패널 상에 하나의 표시 영역을 형성하고, 그 표시 영역에 좌안 영상과 우안 영상을 표시하여 화소 어레이를 분리하지 않는 경우가 있다. 이 종래 기술과 비교할 때, 본 발명은 표시 패널이 분리되든 분리되지 않든, 두 개의 표시 영역들(AA1, AA2)을 분리 배치한다는 점에서 차이가 있다.
이러한 차이로 인하여, 본 발명은 종래 기술에 비하여 표시 영역들의 배치 설계를 더 자유롭게 할 수 있고, 표시 영역들(AA1, AA2) 각각을 사람의 좌안(LEY)과 우안(REY)에 1:1로 배치하여 최적의 시야각 비율을 확보하고, 입체감을 최대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 표시 패널 구조는 생산성 측면에서 볼 때, 표시 영역의 면적을 최소화 및 최적화 할 수 있으므로, 불량율을 낮추어 생산 수율 증가 효과도 더불어 얻을 수 있다.
표시 영역들(AA1, AA2) 사이 간격이 좁아지면 사용자가 인지할 수 있는 화면 사이즈가 작아지므로 표시 영상이 협소해진다.　 표시 영역들(AA1, AA2) 사이 간격이 넓어지면, 사용자의 양안(LEY, REY)과 대응하는 표시 영역들(AA1, AA2)의 중심 위치가 시야 범위 외곽으로 이동하여 몰입도와 입체감 저하가 발생할 수 있다. 사람의 양안간 거리는 65mm 이며, 분리된 표시 영역들(AA1, AA2)의 중심점과 사람의 양안 눈동자(LEY, REY)가 정확하게 일치할 때 사용자가 개인 몰입형 기기에서 입체 영상을 가장 입체감 있게 인지할 수 있다.
표시 영역들(AA1, AA2) 사이 간격이 너무 좁거나 넓어지면, 추가적인 광학적 수단들을 이용하여 시야각을 보상하거나, 영상 처리를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 사용자의 양안간 거리에 맞게 조정할 수도 있다. 그러나 이러한 방법들은 시야각 측면에서 디스플레이 효율 저하를 초래한다. 　 다시 말하여, 본 발명과 같이 표시 영역들(AA1, AA2)을 분리하고 그 표시 영역들(AA1, AA2) 각각의 중심이 사용자의 좌안 눈동자(LEY)와 우안 눈동자(REY)에 1:1로 정확하게 배치될 때 사용자가 가장 정확한 입체 영상을 감상할 수 있다.
개인 몰입형 장치에서, 사용자의 양안(LEY, REY)과 표시 패널(PNL1, PNL2) 사이에 어안 렌즈(LL, RL)가 존재하고, 사용자의 양안(LEY, REY)과 표시 패널(PNL1, PNL2) 사이의 거리는 수 cm 정도로 매우 짧다. 표시 패널(PNL1, PNL2)을 사용자의 양안(LEY, REY)과 인접하여 배치하는 이유는 표시 영상을 사용자의 시야 범위보다 더 넓게 차도록 제공함으로써 영상 화면이 마치 실제 공간과 동일하게 느끼도록 하기 위함이다.
단순히 표시 패널을 사용자의 눈과 인접하게 배치하면, 화면을 아주 가까이서 바라보는 것과 동일하므로, 영상을 제대로 인지할 수 없다. 특히, 표시 패널의 테두리 부분도 인지되어 현실감이 떨어진다. 단순히 표시 패널을 접안하여 배치하는 것을 넘어 현실감을 주기 위해 어안 렌즈(LL, RL)와 같은 이미징 렌즈가 표시 패널(PNL1, PNL2)과 사용자의 양안(LEY, REY) 사이에 배치되어 있다.
사용자가 이미징 렌즈를 통해 표시 패널들 상에서 재현된 영상을 보면, 표시 패널들에서 표시되는 실제 화면보다 4~5배 확대된 영상을 보게 된다. 이러한 근접 시인과 이미징 렌즈 적용 환경에서 표시 패널의 해상도가 낮으면, 화소의 모양이 인지되어 영상의 현실감이 저하된다. 따라서, 개인 몰입형 장치의 표시 장치는 2K 이상의 고해상도를 갖는 것이 바람직하다.
표시 장치의 해상도에 대해서는, 업체마다, 또는 표시 패널의 응용 분야마다 약간씩 차이가 있을 수 있으므로, 여기서는 다음과 같이 정의한다. 특히, 업계에서 전통적으로 표준으로 알려져 있는 HD(High Density)급 해상도인 1280ⅹ720을 기준으로 하여 다음 표 1과 같이 정리한다.
해상도 화소 수 (가로 방향 화소 수 ⅹ 세로방향 화소 수)
1K (HD: High Density) 1280ⅹ720
2K (FHD: Full HD) 1920ⅹ1080
3K (QHD: Quadra HD) 2560ⅹ1440
4K (QHD) 3840ⅹ2160 혹은 4096ⅹ2160
8K (UHD: Ultra HD) 7680ⅹ4320
여기서, K는 1,000을 의미한다. 예를 들어, 1K라 함은, 가로 방향 화소 수가 1,000개 정도되는 해상도를 의미하고, 2K는 2,000개 정도, 4K는 4,000개 정도 그리고 8K는 8,000개 정도되는 해상도를 의미한다. FHD, QHD, UHD는 업체마다 약간씩 다르게 사용하기도 하므로 괄호 안에 참고의 예로 표기하고, 1,000을 나타내는 K로 해상도를 표기하였다.
동일한 해상도를 갖더라도, 표시 패널의 크기에 따라 화소의 크기가 서로 다르다. 예를 들어, 2K의 해상도를 갖는 2.5인치 표시 패널과 5인치 표시 패널에서 화소의 크기는 무시하지 못할 정도의 차이를 갖는다. 따라서, 해상도 이외에 화소 밀도(Pixel Density)도 고려해야 한다. 화소 밀도는 인치당 화소의 개수를 의미하는 PPI(Pixel Per Inch)라는 단위를 사용한다.
예를 들어, 5인치 표시 패널에 1K 해상도를 구현하면, 표시 패널의 가로 방향의 길이는 4인치이므로, 250PPI의 해상도를 갖는다. 5인치 표시 패널에 2K 해상도를 구현하면, 500PPI의 해상도를 갖는다. 한편, 2.5인치 표시 패널에 1K의 해상도를 구현하면, 가로 방향 길이가 2인치가 되므로, 500PPI의 해상도를 갖는다. 마찬가지로, 2.5인치 표시 패널에 2K의 해상도를 구현하면, 1,000PPI의 해상도를 갖는다.
개인 몰입형 장치에서 사용할 표시 장치는, 현실감과 몰입감을 높이기 위해서는 고 해상도이면서, 화소의 크기가 근접 배치 구조에 의해 인지되지 않을 정도로 작은 것이 바람직하다. 따라서, 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2) 각각의 표시 영역들(AA1, AA2)은 2K 이상의 해상도와 500PPI 이상의 화소 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 이미징 렌즈에 의해 표시 영역이 확대된 상태에서 사용자의 양안에 제공된다. 표시 영역에는 다수 개의 화소들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 특히 화소 영역은 발광 영역과 비 발광 영역으로 구분된다. 발광 영역은 영상 정보의 색상 및 휘도를 표현하는 영역으로 화소 영역의 중앙부에 정의된다. 비 발광 영역은 발광 영역을 둘러싸는 영역으로 빛을 제공하지 않는 블랙(black) 영역이다.
이미징 렌즈가 표시 영역을 확대할 때, 발광 영역뿐 아니라 비 발광 영역들도 함께 확대된다. 이 때, 매트릭스 방식으로 배열된 발광 영역 사이 공간에 해당하는 메쉬(혹은, 그물: Mesh) 형상의 비 발광 영역들이 사용자에게 강하게 인지되는 스크린 도어 효과(혹은, Screen Door Effect)가 발생한다. 스크린 도어 효과는, 개인 몰입형 장치를 착용한 사용자로 하여금 몰입감을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다.
도 4a 및 4b를 참조하여 스크린 도어 효과에 대해 상세히 살펴본다. 도 4a는 유기발광 다이오드 표시 패널의 표시 영역을 확대한 평면도이다. 도 4a를 참조하면, 유기발광 다이오드 표시 패널은, 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소 영역(PA)들을 포함한다. 화소 영역(PA)은 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)으로 구분된다. 발광 영역(EA)은 화소 영역(PA)의 대략 중앙부에 정의되고, 비 발광 영역(BA)은 발광 영역(EA)을 둘러싸고 있다.
발광 영역(EA)에는 애노드 전극, 유기발광 층 및 캐소드 전극이 순차적으로 적층된 유기발광 다이오드가 형성된다. 비 발광 영역(BA)에는 유기발광 다이오드를 구동하는 데 필요한 박막 트랜지스터 및 배선들이 배치되어 있다. 유기발광 다이오드 표시 패널의 종류에 따라 화소 영역의 구조에 다소 차이가 있을 수 있으나, 대략적으로 화소 영역(PA)에서 발광 영역(EA)이 차지하는 면적 비율인 개구율(Aperture Ratio)은 약 10% ~ 20% 정도이다.
도 4b를 참조하여 표시 패널(PNL)에서 이미징 렌즈(LEN)으로 제공되는 빛의 경로를 좀 더 상세히 설명한다. 도 4b는 유기발광 다이오드 표시 패널에서 사용자에게 제공되는 빛 경로를 나타내는 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 표시 패널(PNL)은 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)를 포함한다. 발광 영역(EA)에서 제공되는 빛은 모든 방향으로 진행한다. 예를 들어, 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)의 경계선에서도, 빛을 모든 방향으로 산란되어 나간다. 하지만, 사용자는 사용자의 눈을 향해 직선으로 제공되는 빛만 인지한다. 사용자의 눈은 표시 패널(PNL)의 표면에서 상당히 멀리 떨어져 있다. 따라서, 사용자의 눈을 향하는 직선은 표시 패널(PNL) 표면의 법선(혹은 수직) 방향과 동일하며, 이 경로로 나가는 빛만이 사용자에게 제공된다. 산란되는 빛들은 사용자에게 인지되지 않으므로 (x)로 표시하였다. 사용자가 인지하는 수직 방향의 화살표에는 (o)로 표시하였다. 즉, 발광 영역에서는 모든 방향으로 빛이 나가지만, 사용자는 발광 영역(EA)의 면적만 인지한다.
유기발광 다이오드 표시 패널의 경우, 화소 영역(PA)에서 비 발광 영역(BA)이 차지하는 비율이, 액정 표시장치와 같은 다른 평판 표시장치에 비해서, 상당히 큰 편이다. 따라서, 유기발광 다이오드 표시 패널로 개인 몰입형 장치의 표시 패널을 구성할 경우, 이미징 렌즈에 의해 확대된 영상에서 발광 영역(EA)뿐만 아니라 비 발광 영역(BA)도 함께 확대된다. 그 결과, 사용자는 마치 그물망을 통해 영상을 관람하는 듯한 현상이 발생하여, 현실감과 몰입감이 현저하게 저하될 수 있다. 스크린 도어 효과를 가급적 적게 발생하도록 하기 위해서는 개구율이 적어도 20% 이상 확보하는 것이 바람직하다.
유기발광 다이오드 표시 패널의 개구율을 크게 확보하는 데에는 많은 어려움이 있다. 특히, 화소 밀도가 500PPI 이상 고 밀도를 구현할 경우, 화소 영역(PA)의 크기가 매우 작아지는데, 비 표시 영역(BA)의 면적 비율은 작아지는 화소 영역(PA)의 비율에 비례하여 작게 만들 수 없다. 비 표시 영역(BA)에는 배선 및 박막 트랜지스터들이 배치되는데, 이들 소자들을 작게 만드는 데에는 한계가 있다. 즉, 화소의 크기를 작게 설계하는 경우, 비 발광 영역(BA)의 감소율보다 발광 영역(EA)의 감소율이 훨씬 더 커질 수 밖에 없다.
결론적으로 개인 몰입형 장치용 표시장치에서 현실감과 몰입감을 높이기 위해서는, 고 밀도의 표시 패널을 설계하여야 하는 데, 고 밀도를 구현할 수록 개구율은 점점 감소하여 스크린 도어 효과가 증가하는 문제가 있다. 본 발명에서는 화소 밀도를 2K 이상 4K, 8K로 설계하더라도, 개구율을 20% 이상의 수준으로 확보하고, 스크린 도어 효과를 제거할 수 있는 개인 몰입형 장치의 표시 패널을 제공한다.
이하, 도 5a 및 5b를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 대해 상세히 설명한다. 도 5a는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 패널의 구조를 나타내는 확대 평면도이다. 도 5b는 도 5a에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 패널의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 패널은, 기판(SUB) 위에 매트릭스 방식으로 정의된 다수 개의 화소 영역들(PA)을 포함한다. 도 5a에서 일점 쇄선으로 표시한 사각형 하나가 화소 영역(PA)에 해당한다. 화소 영역(PA)은 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)로 구분된다. 발광 영역(EA)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 한 색상의 빛을 제공하는 영역이다. 비 발광 영역(BA)는 발광 영역(EA) 사이에 배치되며 아무런 빛을 제공하지 않는다. 비 발광 영역(BA)은 이웃하는 발광 영역(EA)에서 출사되는 빛들이 서로 간섭하지 않도록 구분짓기 위한 것으로서, 블랙 매트릭스(Black Matrix)라고 부르기도 한다.
발광 영역(EA)은 화소 영역(PA)의 중앙부에 정의된다. 화소 영역(PA)의 정 중앙부에 정의될 수 있으나, 경우에 따라서는 어느 한 쪽에 치우쳐져 정의될 수 있다. 도 5에서는 발광 영역(EA)이 화소 영역(PA)에서 상변에 치우쳐 정의된 경우를 나타낸다. 비 발광 영역(BA)은 다수 개의 발광 영역(EA)들 사이에 해당하는 영역으로서, 블랙 매트릭스 물질이 도포되어 있다.
화소 영역(PA) 하나에 적어도 하나의 마이크로 편향자(ML)가 배치되어 있다. 마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)에서 빛이 출광하는 쪽에 배치하는 것이 바람직하다. 마이크로 편향자(ML)는 적어도 발광 영역(EA)보다 더 큰 크기를 갖고 발광 영역(EA)을 모두 덮으며, 비 발광 영역(BA)의 적어도 일부를 반드시 덮도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 마이크로 편향자(ML)의 경계는 서로 이웃하는 발광 영역(EA)들의 인접한 두 경계선들 사이의 중앙부와 일치하거나 일정 거리 이격하는 위치에 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로 편향자(ML)의 영역은 발광 영역(EA)의 크기보다는 크고, 화소 영역(PA)의 크기와 같거나 약간 작은 것이 바람직하다.
발광 영역(EA)과 마이크로 편향자(ML)의 배치 관계를 좀 더 상세히 설명한다. 다수 개의 발광 영역(EA)들이 매트릭스 방식으로 기판 위에 배치되어 있다. 각 발광 영역(EA)은 경계선(EL)을 갖고 있다. 어느 한 발광 영역(EA)은 이웃하는 여러 발광 영역들(EA)이 둘러싸고 있다. 어느 한 발광 영역(EA)의 경계선(EL)은 이웃하는 발광 영역들(EA)의 경계선(EL)들과 인접하여 마주보고 있다. 예를 들어, 발광 영역(EA)의 경계선(EL)은 제1 이웃 경계선(EL1), 제2 이웃 경계선(EL2), 제3 이웃 경계선(EL3) 및 제4 이웃 경계선(EL4)들과 인접하고 있다.
어느 한 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 이웃하는 발광 영역(EA)의 이웃 경계선들과(EL1, EL2, EL3, EL4)의 중간 영역에 중간 경계선(CL)을 정의할 수 있다. 도 5에서 수평 중간 경계선(CLh)은 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 제3 이웃 경계선(EL3), 그리고 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 제4 이웃 경계선(EL4) 사이의 중간에 각각 정의된다. 수직 중간 경계선(CLv)은 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 제1 이웃 경계선(EL1), 그리고 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 제2 이웃 경계선(EL2) 사이의 중간에 각각 정의된다. 수직 중간 경계선(CLv)은 화소 영역(PA)을 정의하는 일점 쇄선과 실질적으로 동일하다. 도면에서는 이들을 구분하기 위해 수직 중간 경계선(CLv)을 일점 쇄선의 약간 왼편에 도시하였다.
마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다는 더 큰 크기를 가져야 바람직하다. 그러므로, 마이크로 편향자(ML)의 테두리(LB)는 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 중간 경계선(CL) 사이에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)에서 출사되는 빛 중에서 비 발광 영역(BA)으로 산란된 빛을 표시 패널(PNL)의 표면에 대해 법선 방향으로 편향 및/또는 굴절 시키기 위한 것이다. 따라서, 마이크로 편향자(ML)에서 편향 기능을 하는 부분은, 최소 크기를 정의하는 최소 경계선(LBi)과 최대 크기를 정의하는 최대 경계선(LBx) 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 최소 경계선(LBi)은 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 발광 영역(EA) 내측으로 일정 거리 이격되어 정의할 수 있다. 최대 경계선(LBx)은 중간 경계선(CL)과 실질적으로 동일하게 정의할 수 있다. 여기서, 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)에서 이격된 거리는, 경계선(EL)에서 렌즈의 테두리(LB)까지 거리의 5~10%인 것이 바람직하다.
도 5b를 더 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 마이크로 편향자에서 편향 기능이 어떻게 수행되는지 설명한다. 도 5b는 화소 영역 하나를 확대한 단면도이다.
발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)을 포함하는 화소 영역(PA)을 덮는 구조로 마이크로 편향자(ML)가 배치되어 있다. 마이크로 편향자(ML)는 볼록 렌즈 혹은 프리즘일 수 있다. 여기서 편의상 마이크로 편향자(ML)는 볼록형 렌즈의 형태로 도시하였다. 특히, 마이크로 편향장(ML)는 비 발광 영역(BA)의 표면 위에서 프리즘 형상을 갖는 것이 바람직하다.
발광 영역(EA)에서 수직 방향으로 출광하는 빛은 사용자에게 인지된다. 또한, 발광 영역(EA)에서 비 발광 영역(BA)의 상부 공간으로 산란되는 빛들 중 일부는 마이크로 편향자(ML)에 의해 표시 패널(PNL) 표면의 법선(혹은 수직) 방향으로 굴절된다. 즉, 마이크로 편향자(ML)이 없는 경우에 표시 패널(PNL)의 정면에 위치한 사용자에게 전달되지 않았던 일부 빛들이 사용자에게 전달된다.
마이크로 편향자(ML)가 볼록 렌즈인 경우, 초점(F)을 갖는다. 이 초점(F)과 발광 영역(EA)의 양 끝점들(P1, P2)를 연결하는 선분들이 이루는 내측 각도 내의 범위로 방사되는 빛들은 마이크로 편향자(ML)의 표면에서 수직 방향으로 굴절된다. 볼록 렌즈 형상을 갖는 마이크로 편향자(ML)의 초점(F)이 마이크로 편향자(ML)에 더 가깝게 위치할수록(또는, 초점 거리가 짧을수록) 발광 영역(EA)에서 방사되는 빛들 중 더 방사각 범위에 있는 빛들을 수직 방향으로 굴절 시킬 수 있다.
경우에 따라서는, 마이크로 편향자(ML)는 비 표시 영역(BA)에서 이중 이상의 다중 초점을 갖는 멀티 렌즈 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우, 비 발광 영역(BA) 상부 공간으로 산란(혹은 방사)되는 빛들을 더 많이 수직 방향으로(사용자가 위치한 방향으로) 편향(또는 굴절) 시킬 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 패널의 단면 구조를 더 상세하게 설명한다. 도 6은 도 5a에서 절취선 I-I'로 자른, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 패널의 구조를 나타내는 단면도이다. 편의상, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 패널은 유기발광 다이오드 표시 패널을 적용한 경우로 설명한다. 기판(SUB) 위에서 비 발광 영역(BA)에는 배선 및 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 발광 영역(EA)에는 유기발광 다이오드(OLE)가 형성되어 있다. 유기발광 다이오드(OLE)는, 박막 트랜지스터(T)에 연결된 애노드 전극(ANO), 애노드 전극(ANO) 위에 적층된 유기발광 층(OL) 그리고 유기발광 층(OL) 위에 적층된 캐소드 전극(CAT)을 포함한다.
애노드 전극(ANO) 위에는 발광 영역(EA)을 정의하는 뱅크(BN)가 형성되어 있다. 뱅크(BN)에 의해 덮인 부분이 비 발광 영역(BA)으로, 뱅크(BN)의 개구 영역에 의해 노출된 애노드 전극(ANO)의 일부 영역이 발광 영역(EA)으로 정의된다.
유기발광 다이오드(OLE)가 형성된 기판(SUB) 상부 표면에는 인-캡(ENC)이 면 합착되어 있다. 인-캡(ENC)의 상부 표면 위에 볼록형 구면 렌즈 형상의 마이크로 편향자(ML)가 배치되어 있다. 마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)보다 더 큰 크기를 갖고 발광 영역(EA) 전체를 덮도록 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 비 발광 영역(BA)에 대해 가급적 넓은 면적에 걸쳐 배치하는 것이 바람직하다. 편의상, 인-캡(ENC)에서 비 발광 영역(BA)에 대응하는 영역에 블랙 매트릭스(BM)가 배치된 것으로 표현하였으나, 반드시 이런 것은 아니다.
특히, 비 발광 영역(BA)에 대응하는 부분에 마이크로 편향자(ML)를 집중적으로 배치하는 것이 바람직하다. 마이크로 편향자(ML)가 볼록형 구면 렌즈인 경우, 발광 영역(EA)에는 렌즈의 중앙부가 배치되고, 비 발광 영역(BA)에는 렌즈의 가장자리 부분을 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 마이크로 편향자(ML)의 경계는 서로 이웃하는 발광 영역(EA)들의 인접한 두 경계선들 사이의 중앙에 배치된 중간 경계선(CL)과 일치하거나 일정 거리 이격하는 위치에 설정하는 것이 바람직하다.
마이크로 편향자(ML)에 의해 비 발광 영역(BA)의 상부 공간으로 방사되던 방사광(100)들이 수직 방향으로 편향된 출사광(200)으로 바뀐다. 예를 들어, 유기 발광층(OL)에서 출광하는 빛들 중에서, 발광 영역(EA) 에서 기판(SUB)의 수직 방향으로 출광하는 빛들은 그대로 사용자에게 인지된다. 반면에 유기발광 층(OL)에서 출사되어 비 발광 영역(BA)로 방사되는 방사광(100)들은 마이크로 편향자(ML)에 의해 수직 방향으로 편향 혹은 굴절된 편향 출사광(200)이 된다.
그 결과, 표시 패널(PNL)의 정면에 위치하는 사용자에게는 발광 영역(EA)이 마이크로 편향자(ML)에 의해 확대되며, 비 발광 영역(BA)은 축소된 것처럼 보인다. 실제로 발광 영역(EA) 자체가 확대되고 비 발광 영역(BA) 자체가 축소되는 것은 아니고, 마이크로 편향자(ML)에 의해 발광 영역(EA)의 상(혹은, 이미지; Image)이 확대되며, 비 발광 영역(BA)의 상이 축소된 것처럼 보인다.
결과적으로 이미징 렌즈(LL 혹은 RL)로 입사된 표시 패널의 영상은, 도 6에서 처럼, 발광 영역(EA)이 화소 영역(PA)에서 실제보다 더 큰 면적 비율을 가질 수 있다. 도 6에서 이미징 렌즈(LL 혹은 RL)가 초 광각 렌즈인 어안 렌즈이지만, 확대하여 볼 경우, 거의 수평면으로 보일 수 있으므로, 렌즈 형상으로 도시하지는 않았다. 예를 들어, 실제 제조한 표시 패널에서 개구율이 15%인 경우, 마이크로 편향자(ML)에 의해 적어도 50% 포인트 증가하여, 개구율은 22.5% 이상을 확보할 수 있다. 제조 과정에서 최대 한계를 갖는 화소 밀도를 갖는 표시 패널을 제조한 후, 마이크로 편향자(ML)를 더 배치함으로써, 개구율을 적어도 1.5배 이상 더 크게 확보할 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 장치 및 표시 패널은 스크린 도어 효과를 억제 또는 제거하여 현실감과 몰입감을 더 증진시킬 수 있다.
이상 제1 실시 예에서는 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 장치의 개략적인 구조적 특징에 대해서 설명하였다. 이하의 실시 예들에서는 구체적인 마이크로 편향자(ML)의 형상 및 구조에 대해서 상세히 설명한다.
<제2 실시 예>
먼저, 본 발명에 의한 마이크로 편향자의 구조 및 기능에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 제1 실시 예에서는 마이크로 편향자(ML)를 구성함에 있어서 가장 손쉬운 형태인 볼록형 구면 렌즈의 경우로 설명하였다. 본 발명에 의한 마이크로 편향자는 설계자 및/또는 제조자의 목적 및 의도에 따라 다양하게 형성할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)에서 비 발광 영역(BA)으로 산란(혹은 방사)되어 소멸되는 빛을 표시 패널의 수직 방향(혹은, 관측자의 방향)으로 제공하는 것을 특징으로 한다. 표시 패널을 구성하는 구성 요소들이 공기보다 큰 굴절율을 갖는 물질들을 포함한다. 따라서, 마이크로 편향자(ML)는 접촉하는 표시 패널의 구성 요소들과 유사한 굴절율을 갖는 투명 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
제1 실시 예에서와 같이 구면 렌즈를 사용하더라도, 발광 영역의 형태 및 배열 방식에 따라 다양한 렌즈 형태가 가능하다. 예를 들어, 발광 영역이 정 다각형 혹은 정 원의 형상인 경우에는 대칭 구조를 갖는 마이크로 렌즈를 적용할 수 있다.
다른 예로, 발광 영역이 직 사각형 혹은 타원과 같이 비 대칭 구조를 갖는 경우, 비 대칭 구조를 갖는 마이크로 렌즈를 적용할 수 있다. 도 7a 및 7b는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 마이크로 편향자의 형상을 나타내는 도면들이다. 도 7a는 대칭 구조를 갖는 마이크로 편향자의 구조를 나타내는 도면이다. 도 7b는 비 대칭 구조를 갖는 마이크로 편향자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 발광 영역이 정 마름모 및/또는 정 원 모양을 갖고 있으며, 발광 영역들이 일정 간격으로 배치된 경우를 나타내는 도면이다. 이 경우, 마이크로 편향자(ML)는 원, 정사각 혹은 정 마름모의 형상을 가질 수 있고, 단면도에 나타낸 것 같이, 대칭형상을 가질 수 있다. 절취선 II-II'을 따라 자른 단면과, 절취선 III-III'을 따라 자른 단면을 비교하면, 마이크로 편향자(ML)는 동일한 폭 Ra와 Rb를 갖는다.
도 7b를 참조하면, 발광 영역이 직 사각형 모양을 갖고 있고, 발광 영역을 덮는 마이크로 편향자(ML) 역시 직 사각형상을 가질 수 있다. 절취선 IV-IV'로 자른 단면과, 절취선 V-V'로 자른 단면을 비교하면, 마이크로 편향자(ML)는, 서로 다른 폭 Ra와 Rb를 갖는다.
특히, 도 7a에서는 마이크로 편향자(ML)들이 서로 어느 정도 이격 거리를 갖는 구조로 나타내었다. 하지만, 마이크로 편향자(ML)들이 서로 밀착하도록 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로 편향자(ML)가 비 발광 영역(BA)의 면적을 가급적 많이 덮도록 배치하는 것이 바람직하다. 도 7a에서 마이크로 편향자(ML)들이 최대한 조밀하게 배치하더라도, 원형상으로 인해 마이크로 편향자(ML)들 사이에 빈 공간이 생긴다. 하지만, 도 7b와 같이 직사각형, 정사각형 혹은 정마름모 형상을 갖는 경우, 마이크로 편향자(ML)들 사이에 빈 공간 없이 배치할 수 있다. 이와 같이, 마이크로 편향자(ML) 사이에 빈 공간이 없을 경우에는 비 발광 영역(BA)으로 산란되는 빛들을 더 많이 수직 방향으로 편향시킬 수 있다.
<제3 실시 예>
이하, 도 8을 참조하여, 마이크로 편향자가 비 구면 렌즈 형상을 갖는 경우를 설명한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 비 구면 렌즈 형상을 갖는 마이크로 편향자를 나타내는 단면도이다.
마이크로 편향자의 주된 기능은, 발광 영역(EA)에서 비 발광 영역(BA)의 상부 공간으로 방사하는 빛들을 기판(SUB)의 표면에 대해 수선 방향으로 편향 혹은 굴절 시키는 것이다. 따라서, 경계선(EL) 부근의 일정 영역에서 비 발광 영역(BA)으로 방사하는 빛에 대해서 마이크로 편향자(ML)에 의해 편향 혹은 굴절되도록 하는 것만으로도 더 넓은 발광 영역(EA)을 확보할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제3 실시 예에 의한 마이크로 편향자(ML)는 평판부(PLA)와 곡면부(CLA)를 구비한다. 평판부(PLA)는 마이크로 편향자(ML)의 중앙 영역을 곡면부(CLA)는 마이크로 편향자(ML)의 가장자리 영역을 차지하는 것이 바람직하다. 특히, 곡면부(CLA)는 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)에서 최소 경계선(LBi)까지 차지하고, 평판부(PLA)는 마주보는 두 최소 경계선들(LBi) 사이의 영역을 차지하는 것이 바람직하다. 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 일정 거리 내측으로 배치되어 있으므로, 발광 영역(EA)의 경계선(EL) 부분에서 비 발광 영역(BA)으로 방사되는 빛들을 정면(혹은 수직) 방향으로 편향 혹은 굴절 시킨다.
마이크로 편향자(ML)의 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 일치하도록 배치할 수도 있다. 그러나, 발광 영역(EA)에서 비 발광 영역(BA)으로 방사하는 빛을 굴절 또는 편향하는 효율을 고려하여 최소 경계선(LBi)는 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 발광 영역(EA)의 내측으로 이격되는 것이 바람직하다. 특히, 이격되는 일정 거리는, 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)에서 발광 영역(EA)의 경계선(EL)까지 거리의 5~10% 정도에 상응하는 것이 바람직하다.
비 구면 렌즈를 사용하는 경우, 마이크로 편향자(ML)의 중앙 영역이 편평한 평판 형상을 갖는다. 따라서, 구면 렌즈를 갖는 경우에 비해서, 중앙부의 높이가 낮다. 중앙부가 볼록한 렌즈 형상에 의해 표시 패널 표면의 평탄도를 확보하기 어려운 경우, 비 구면 렌즈를 사용하는 것이 더 바람직할 수 있다.
<제4 실시 예>
제4 실시 예에서는 비 구면 렌즈의 다른 실시 예를 제공한다. 도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 비 구면 렌즈 형상을 갖는 마이크로 편향자를 나타내는 단면도이다.
제4 실시 예에 의한 마이크로 편향자(ML)는 제3 실시 예와 달리 마이크로 편향자(ML)의 중앙부에 평판부(PLA)를 포함하지 않고, 곡면부(CLA)만을 구비한다. 곡면부(CLA)는 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)에서 최소 경계선(LBi)까지의 영역에 배치하는 것이 바람직하다. 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 일정 거리 내측으로 배치되어 있으므로, 발광 영역(EA)의 경계선(EL) 부분에서 비 발광 영역(BA)으로 방사되는 빛들을 정면(혹은 수직) 방향으로 굴절 시킨다.
마이크로 편향자(ML)의 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 일치하도록 배치할 수도 있다. 그러나, 발광 영역(EA)에서 비 발광 영역(BA)으로 방사하는 빛을 굴절 또는 편향하는 효율을 고려하여 최소 경계선(LBi)는 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 발광 영역(EA)의 내측으로 이격되는 것이 바람직하다. 특히, 이격되는 일정 거리는, 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)에서 발광 영역(EA)의 경계선(EL)까지 거리의 5~10% 정도에 상응하는 것이 바람직하다.
제4 실시 예에 의한 마이크로 편향자(ML)의 경우, 발광 영역(EA)의 대부분을 덮는 중앙부에 렌즈 물질이 존재하지 않고, 비 발광 영역(BA)의 상부 공간에만 곡면부(CLA)가 존재한다. 하지만, 이 경우에도 마이크로 편향자(ML)의 중심은 발광 영역(EA)의 중앙 영역에 배치한 것으로 간주할 수 있다. 본 명세서에서, 마이크로 편향자(ML)는, 중앙부에 편향자 물질의 유무와 상관 없이, 어느 한 발광 영역(EA)을 둘러싸는 최대 경계선(LBx)의 내부 영역으로 정의하여 설명할 수 있다.
<제5 실시 예>
제5 실시 예에서는, 구면 렌즈를 사용하되, 비 구면 렌즈를 사용할 때와 같이, 중앙 영역에서 높이가 높아지지 않는 구조를 갖는 구면 렌즈의 경우를 제안한다. 도 10은 본 발명의 제5 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 프레즈넬(Fresnel) 렌즈를 갖는 마이크로 편향자를 나타내는 단면도이다.
제5 실시 예에서는, 구면 렌즈의 기능은 그대로 보유하면서 중앙부가 두껍다는 단점을 보완한 평판형 렌즈인 프레즈넬 렌즈를 적용한다. 구체적으로 설명하면, 제5 실시 예에 의한 마이크로 편향자(ML)는 중앙 곡면부(MLA)와 곡면부(CLA)를 구비한다. 중앙 곡면부(MLA)는 마이크로 편향자(ML)의 중앙 영역을 차지하는 볼록형 곡면 렌즈이다. 중앙 곡면부(MLA)는 마주보는 두 최소 경계선들(LBi) 사이의 영역을 차지하는 것이 바람직하다. 중앙 곡면부(MLA)는 제1 실시 예에 의한 볼록 렌즈형 마이크로 편향자(ML)의 중앙부와 동일한 곡률을 가질 수 있다.
곡면부(CLA)는 마이크로 편향자(ML)의 가장자리 영역을 차지하는 영역이다. 특히, 곡면부(CLA)는 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)에서 최소 경계선(LBi)까지 차지하는 것이 바람직하다. 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 일정 거리 내측으로 배치되어 있으므로, 발광 영역(EA)의 경계선(EL) 부분에서 비 발광 영역(BA)으로 방사되는 빛들을 정면(혹은 수직) 방향으로 굴절 시킨다.
마이크로 편향자(ML)의 최소 경계선(LBi)이 발광 영역(EA)의 경계선(EL)과 일치하도록 배치할 수도 있다. 그러나, 발광 영역(EA)에서 비 발광 영역(BA)으로 방사하는 빛을 굴절 또는 편향하는 효율을 고려하여 최소 경계선(LBi)는 발광 영역(EA)의 경계선(EL)보다 발광 영역(EA)의 내측으로 이격되는 것이 바람직하다. 특히, 이격되는 일정 거리는, 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)에서 발광 영역(EA)의 경계선(EL)까지 거리의 5~10% 정도에 상응하는 것이 바람직하다.
마이크로 편향자(ML)를 프레즈넬 렌즈의 형상으로 형성하는 경우, 마이크로 편향자(ML)의 중앙 영역이 일반적인 구면 렌즈에 비해서, 높이가 낮다. 중앙부가 볼록한 렌즈 형상에 의해 표시 패널 표면의 평탄도를 확보하기 어려운 경우, 프레즈넬 형상의 마이크로 편향자(ML)를 사용하는 것이 더 바람직할 수 있다.
<제6 실시 예>
제4 및 제5 실시 예에서 설명하는 마이크로 편향자(ML)의 공통점을 보면, 곡면부(CLA)가 중앙 곡면부(MLA) 혹은 평판부(PLA)와 분리된 구조를 갖는 특징을 볼 수 있다. 어느 한 발광 영역(EA)을 기준으로 보면, 곡면부(CLA)가 마이크로 편향자(ML)의 가장자리에 배치된 구조를 갖는다. 하지만, 비 발광 영역(BA)을 기준으로 보면, 이웃하는 두 마이크로 편향자(ML)들의 두 곡면부(CLA)들이 하나의 편향자를 구성하는 구조를 갖는다.
제6 실시 예에서는, 도 11을 참조하여, 비 발광 영역(BA)에 상응하여 배치된 프리즘 형상의 마이크로 편향자(ML)에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 제6 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 프리즘 형상의 마이크로 편향자를 나타내는 도면이다.
제6 실시 예에 의한 마이크로 편향자(ML)는, 이웃하는 두 발광 영역들 즉, 제1 발광 영역(EA1)과 제2 발광 영역(EA2) 사이의 비 발광 영역(BA)에 배치된 프리즘일 수 있다. 예를 들어, 마이크로 편향자(ML)는, 제1 발광 영역(EA1)에 정의된 제1 최소 경계선(LBi1)과 제2 발광 영역(EA2)에 정의된 제2 최소 경계선(LBi2) 사이의 영역에 걸쳐 차지하도록 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 마이크로 편향자(ML)는 중간 경계선(CL)에서 최소 높이를 갖고, 제1 발광 영역(EA1) 및 제2 발광 영역(EA2)의 각 경계선들(EL1, EL2)에서 최대 높이를 갖는 삼각형의 모양을 갖는 프리즘일 수 있다.
제1 최소 경계선(LBi1)이 제1 발광 영역(EA1)의 경계선(EL1)보다 일정 거리 제1 발광 영역(EA1) 내측으로 배치되어 있으므로, 제1 발광 영역 (EA1)의 경계선(EL1) 부분에서 비 발광 영역(BA)으로 방사되는 빛들은 정면(혹은 수직) 방향으로 편향 혹은 굴절된다. 마찬가지로, 제2 경계선(EL2) 부분에서 비 발광 영역(BA)으로 방사되는 빛들도 정면(혹은 수직) 방향으로 편향 혹은 굴절된다. 결과적으로, 비 발광 영역(BA)의 일부 영역에서도 수직 방향으로 발광 영역에서 출사한 광이 이미징 렌즈(LEN)로 제공된다.
제6 실시 예에서, 발광 영역(EA)의 대부분의 영역 즉, 제1 최소 경계선(LBi1) 내부의 영역에는 렌즈 물질이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우, 마이크로 편향자(ML)는, 제1 발광 영역(EA1)에 인접한 제1 곡면부(CLA1)와 제2 발광 영역(EA2)에 인접한 제2 곡면부(CLA2)를 포함할 수 있다. 이 때, 마이크로 편향자(ML)를 비 발광 영역(BA)을 기준으로 배치된 것으로 간주할 수 있다. 그러면, 마이크로 편향자(ML)의 중심은 비 발광 영역(BA)의 중심인 중간 경계선(CL)과 일치하여 배치할 수 있다.
또 다른 예로, 도 11에서 점선으로 표시한, 중앙 곡면부(MLA)와 같은 볼록형 렌즈를 더 구비할 수도 있다. 이는 제5 실시 예에서 설명하는 중앙 곡면부(MLA)와 동일한 곡률을 갖고 동일한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 마이크로 편향자(ML)는 제1 발광 영역(EA1)의 주변을 둘러싸는 비 발광 영역(BA)에 배치된 제1 곡면부(CLA1)와 제1 발광 영역(EA1)의 중앙 영역에 배치된 중앙 곡면부(MLA)를 포함할 수 있다. 이 경우, 마이크로 편향자(ML)의 중심점은 발광 영역(EA)의 중심 위치에 배치한 것으로 간주할 수 있다.
<제7 실시 예>
지금까지는 발광 영역 하나에 편향자 하나가 배치된 마이크로 편향자 배열을 중심으로 설명하였다. 발광 영역이 길쭉한 형상을 갖거나, 비 발광 영역이 어느 한쪽은 매우 좁고 다른 한 쪽이 상대적으로 무척 넓은 경우, 행 방향 혹은 열 방향으로 연속하는 발광 영역들에 걸쳐 형성된 마이크로 편향자(ML)를 적용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제7 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 마이크로 편향자의 형상을 나타내는 도면이다. 도 12에서는 편의상 가로 방향으로 배열된 다수 개의 발광 영역에 걸쳐 형성된 갖는 마이크로 편향자(ML)의 구조를 나타내었다. 다른 예로, 마이크로 편향자(ML)는, 세로 방향으로 배열된 다수 개의 발광 영역에 걸쳐 형성할 수도 있다.
도 12를 참조하면, 다수 개가 배열된 발광 영역들 사이에서 가로 방향의 비 발광 영역이 매우 좁은 간격을 가지며, 세로 방향의 비 발광 영역이 상대적으로 넓은 간격을 갖는다. 이 경우, 발광 영역에서 상하 방향에 배치된 비 발광 영역 쪽으로 방사되는 빛들을 정면 방향으로 편향 혹은 굴절하는 것으로도 충분히 스크린 도어 효과를 제거할 수 있다. 따라서, 마이크로 편향자는 가로 방향으로 진행하는 반원통 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 중간 경계선(CL)은 어느 한 열의 발광 영역들과 상변 혹은 하변에 이웃하는 열의 발광 영역들 사이의 중간 영역에 정의된다. 또한, 마이크로 편향자(ML)의 최대 경계선(LBx)은 중간 경계선(CL)과 한 열을 이루는 발광 영역들의 상변 사이에 정의된다. 최소 경계선(LBi)은 한 열을 이루는 발광 영역들의 상변 혹은 하변보다 발광 영역 내측으로 일정 거리 이격된 위치에 정의된다.
반원통형 마이크로 편향자(ML)에 의해, 어느 한 열을 이루는 발광 영역들(EA)에서 비 발광 영역(BA)으로 방사하는 빛들은 표시 패널의 정면 방향으로 편향 혹은 굴절되어 제공된다. 어느 한 열을 이루는 발광 영역들(EA)의 실제 면적은 변화가 없으나, 마이크로 편향자(ML)에 의해 확대된 것과 같은 상을 제공한다. 그 결과, 표시 패널에서 개구율이 향상된 효과를 얻을 수 있고, 스크린 도어 효과를 억제할 수 있다.
<제8 실시 예>
지금까지는 미시적인 관점에서, 본 발명에 의한 마이크로 편향자(ML)의 특성에 대해 여러 실시 예들을 통해 설명하였다. 제8 실시 예에서는, 거시적인 관점에서 본 발명에 의한 마이크로 편향자(ML)의 특성에 대해 설명한다. 도 13은 본 발명의 제8 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에 구비된 마이크로 편향자와 이미징 렌즈와의 관계를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 패널은, 사용자의 좌안에 대응하는 제1 표시 패널(PNL1)과 우안에 대응하는 제2 표시 패널(PNL2)을 구비한다. 각 표시 패널들(PNL1, PNL2)은 사용자의 좌안 및 우안보다 큰 크기를 갖는다. 좌안 및 우안의 시야각이 크기 때문에, 표시 패널들(PNL1, PNL2)이 사용자의 눈에 인접하여 배치되더라도, 좌안 및 우안의 시야각을 꽉 채울 수 없다. 이러한 문제를 극복하기 위해 이미징 렌즈를 사용한다. 제8 실시 예에서는, 표시 패널들에서 제공되는 영상이 이미징 렌즈에 의해 확대됨과 동시에 그 초점이 좌안 및 우안의 시야각 범위 내로 조절될 때, 최상의 광 효율을 갖도록 하는 구성에 대해 설명한다. 도 13 및 이하의 설명에서는, 편의상 단일 표시 패널(PNL)과 일안용(EYE) 이미징 렌즈(LEN)로 설명한다.
본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시 장치는, 표시 패널(PNL)과 이미징 렌즈(LEN)를 포함한다. 이미징 렌즈(LEN)는 표시 패널(PNL)과 사용자의 눈(EYE) 사이에 배치된다. 특히, 표시 패널(PNL)로부터 이미징 렌즈(LEN)의 초점 거리(Focal Length) 만큼 이격되는 것이 바람직하다. 표시 패널(PNL)에서 제공된 영상 정보의 빛은 이미징 렌즈(LEN)에 의해 사용자 눈(EYE)의 스크린(혹은 Screen)(SCR)으로 제공된다.
본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치에 포함된 표시 패널(PNL)에는 다수 개의 화소 영역(PA)들이 배치된다. 화소 영역(PA) 하나마다 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)을 포함한다. 또한, 하나의 발광 영역(EA)에 대해 마이크로 편향자(ML)가 하나씩 배치되어 있다. 여기서는 대표적으로 제1 실시 예의 경우로만 설명하지만, 다른 실시 예에 의한 마이크로 편향자(ML)를 갖는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
지금까지는 편의상, 표시 패널(PNL)에서 출사되는 빛은 표시 패널(PNL)의 표면에 대해 법선 방향으로 제공되는 것으로 설명하였다. 이는 표시 패널(PNL)과 사용자(관람자)가 상당히 먼 거리에 떨어져 있는 것으로 간주한 것이다. 하지만, 개인 몰입형 장치의 표시 장치에서는 표시 패널(PNL)과 관람자가 비교적 가까운 거리에 있다. 따라서, 실질적으로 사용자가 인지하는 표시 패널(PNL)에서 출광하는 빛들이 모두 표시 패널(PNL)의 표면에 대해 법선 방향으로 출사되는 것은 아니다.
도 13의 ⓐ로 표시한 부분과 같이, 표시 패널(PNL)의 중앙부에서 제공되는 빛은 수평 방향으로 직진하고 이미징 렌즈(LEN)의 중앙부에 의해 눈의 스크린(SCR)에 정면으로 제공된다. 반면에, 도 13의 ⓑ로 표시한 부분과 같이, 표시 패널(PNL)의 테두리 영역에서 제공되는 빛은 수평 방향에 대해 일정 각도 기울어진 사선 방향으로 직진하고 이미징 렌즈(LEN)의 주변부에 의해 눈의 스크린(SCR)에 사선 방향으로 제공된다.
표시 패널(PNL)은 이미징 렌즈(LEN)에 의해 영상의 크기가 광학적으로 조절된다. 광학적인 측면에서 보면, 표시 패널(PNL)의 표면에서 제공하는 모든 빛은 이미징 렌즈(LEN)의 곡면 표면에 일대일 대응되도록 제공된다. 예를 들어, 표시 패널(PNL)의 정 중앙점은 이미징 렌즈(LEN) 곡면 표면의 정 중앙점에 대응된다. 표시 패널(PNL)의 상단 끝점은 이미징 렌즈(LEN) 곡면 표면의 상단 끝점에 대응된다. 또한, 표시 패널(PNL)의 하단 끝점은 이미징 렌즈(LEN) 곡면 표면의 하단 끝점에 대응된다.
따라서, 표시 패널(PNL)의 각 점과 이미징 렌즈(LEN) 곡면 표면의 각 점들을 일대일 대응하도록 선분들을 연결하면, 도 13과 같이 중앙부와 테두리 부분에서 서로 평행하지 않은 광 경로를 갖는다. 즉, 표시 패널(PNL)의 중앙점과 이미징 렌즈(LEN)의 중앙점을 연결하면, 수평선이 된다. 반면에 표시 패널(PNL)의 테두리 점과 이미징 렌즈(LEN)의 테두리 점을 연결하면, 수평선이 아닌 경사진 광 경로를 갖는다.
이러한 광 경로를 고려하면, 표시 패널(PNL)의 중앙부에 배치된 마이크로 편향자(ML)와 테두리 영역에 배치된 마이크로 편향자(ML)들의 배치에 차이가 있을 수 있다. 도 14a는 도 13의 ⓐ 영역에 배치된 마이크로 편향자(ML)의 배치 구조를 나타내는 단면도이다. 도 14b는 도 13의 ⓑ 영역에 배치된 마이크로 편향자(ML)의 배치 구조를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 14a를 참조하여, 도 13의 ⓐ 영역에서의 마이크로 편향자의 배치 구조를 설명한다. 표시 패널(PNL)의 중앙부에서 제공되는 빛은 거의 그대로 사용자의 눈(EYE) 정면 방향으로 입사된다. 즉, 표시 패널(PNL)의 표면에 대해 법선 방향으로 제공되는 빛들이 사용자의 눈(EYE)에 인지된다. 따라서, 표시 패널(PNL)의 중앙부에 배치된 마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)과 정확하게 정렬하도록 배치하는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 마이크로 편향자(ML)의 중앙점(LC)이 발광 영역(EA)의 중앙점(EC)과 일치하도록 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 14b를 참조하여 도 13의 ⓑ 영역에서의 마이크로 편향자의 배치 구조를 설명한다. 표시 패널(PNL)의 테두리 영역에서 사용자의 눈(EYE)으로 제공되는 빛은 사선 방향을 따른다. 따라서, 표시 패널(PNL)의 테두리 영역에 배치된 마이크로 편향자(ML)는 발광 영역(EA)과 약간 어긋나게 정렬되도록 배치하는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 마이크로 편향자(ML)의 중앙점(LC)이, 발광 영역(EA)의 중앙점(EC)에서 이미징 렌즈(LEN)의 곡면 표면의 대응점(SC)과의 연장선(LIN)에 일치하도록 배치하는 것이 바람직하다.
그 결과, 표시 패널(PNL)의 중앙 영역에서는 발광 영역(EA)의 피치와 마이크로 편향자(ML)의 피치가 정확하게 일치하도록 배치하는 것이 바람직하다. 한편, 표시 패널(PNL)의 가장자리 영역에서는 발광 영역(EA)의 피치와 마이크로 편향자(ML)의 피치가 어긋나도록 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 어긋나는 정도는 중앙 영역에서 멀어질 수록 선형적으로 심화되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 표시 패널(PNL)의 중앙 영역에서는 마이크로 편향자(ML)의 중심은 표시 패널(PNL) 표면의 법선 방향과 일치하도록 배치하는 것이 바람직하다. 한편, 표시 패널(PNL)의 상, 하, 좌 및 우의 측변에서는 중앙 영역 마이크로 편향자(ML)의 수선을 향해 기울어지도록 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 마이크로 편향자(ML)를 발광 영역(EA)과 선택적으로 비 정렬 시킴으로써, 본 발명의 제8 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치는 표시 패널의 휘도 분포를 최적화할 수 있다. 개인 몰입형 장치의 표시장치는, 다른 표시 장치와 달리, 표시 패널이 사용자의 눈과 상당히 가까운 거리에 위치한다. 따라서, 사용자(관람자)의 눈으로 제공되는 표시 패널에서 제공되는 영상 정보를 갖는 빛들이 평행광으로 제공되지 못하고, 눈을 향해 수렴하는 수렴광으로 제공된다. 따라서, 마이크로 편광자를 배치함에 있어서, 본 발명의 제8 실시 예에서처럼 마이크로 편광자의 중심점이 표시 패널에서 사용자의 눈으로 연결되는 수렴광의 광 경로 상에 위치하도록 배치함으로써, 최적의 휘도 분포를 갖는 명확한 영상을 제공할 수 있다. 본 발명에서는 표시 패널이 제공하는 이미지에서 발광 영역을 광학적으로 확대하고 비 발광 영역을 광학적으로 축소하여 제공하는 것인바, 마이크로 편광자의 정렬을 조정하여 화소 영역에서 발광 영역이 차지하는 비율을 최적화 및 극대화할 수 있다.
<제9 실시 예>
지금까지는 마이크로 편향자(ML)의 구성 및 배열 방식에 대한 내용을 중심으로 설명하였다. 제9 및 제10 실시 예에서는 표시 패널에 다양한 유기발광 다이오드 표시장치를 적용한 경우에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 예들에서는, 구동 속도가 빠르고 초 박형화가 용이하여 개인 몰입형 표시 장치에 가장 적합한 유기발광 다이오드 표시 패널을 중심으로 설명한다. 하지만, 본 발명은 액정 표시장치 및 전기 영동 표시장치와 같은 다른 평판 표시장치에도 적용할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제9 실시 예에 의한 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널을 적용한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에서 마이크로 편향자의 배치 구조를 나타내는 단면도이다.
상부 발광형(혹은 "탑 에미션: Top Emission")이란, 기판(SUB) 위에 박막 트랜지스터(T)를 먼저 형성하고, 그 위에 유기발광 다이오드(OLE)를 형성한 후, 인-캡(ENC)으로 밀봉한 유기발광 다이오드 표시 패널(PNL)에서, 유기발광 다이오드(OLE)에서 발생한 빛이 인-캡(ENC) 쪽으로 출광되는 방식을 의미한다. 유기발광 다이오드(OLE)는 박막 트랜지스터(T)에 연결된 애노드 전극(ANO), 애노드 전극(ANO) 위에 적층된 유기발광 층(OL), 그리고 유기발광 층(OL) 위에 적층된 캐소드 전극(CAT)을 포함한다. 여기서, 상부 발광형은 유기발광 층(OL)에서 발생한 빛이 캐소드 전극(CAT) 쪽으로 출광된다. 이 경우, 애노드 전극(ANO)은 반사형 도전 물질을 포함하고, 캐소드 전극(CAT)은 투명 도전 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
상부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널(PNL)에 마이크로 편향자(ML)를 적용할 경우, 빛이 출광하는 면에 배치하는 것이 바람직하다. 일례로, 인-캡(ENC)의 외측 표면에 마이크로 편향자(ML)를 직접 형성하거나, 마이크로 편향자(ML)가 배치된 렌즈 필름을 부착할 수 있다. 다른 예로, 인-캡(ENC)의 내측 표면에 마이크로 편향자(ML)를 직접 형성하거나, 마이크로 편향자(ML)가 배치된 필름을 부착할 수 있다. 인-캡(ENC)의 외측 또는 내측 표면에 칼라 필터 및/또는 블랙 매트릭스를 더 형성하는 경우가 있다. 이 경우, 칼라 필터들은 발광 영역(BA)과 일치하고 블랙 매트릭스는 비 발광 영역(EA)과 일치하도록 정렬하는 것이 바람직하다. 이 경우, 칼라 필터에 대응하도록 마이크로 편향자(ML)를 형성하는 것이 바람직하다.
또 다른 예로, 인-캡(ENC)이 부착되는 기판(SUB)의 상층 표면에 마이크로 편향자(ML)를 직접 형성하거나, 마이크로 편향자(ML)가 배치된 필름을 부착할 수 있다. 인-캡(ENC)은 면 실링재(FS)를 이용하여 기판(SUB)의 표면과 면 합착될 수 있다. 인-캡(ENC)와 합착되는 면 실링재(FS)의 표면을 평탄화하기 위해 기판(SUB)의 상층은 절연성 평탄막(IN)이 포함되어 있을 수 있다. 절연성 평탄막(IN)을 직접 패턴하여 마이크로 편향자(ML)를 형성할 수 있다. 혹은, 절연성 평탄막(IN) 위에 추가로 편향자 물질층을 더 도포한 후 패턴하여 마이크로 편향자(ML)를 형성할 수도 있다.
도 15에서는, 인-캡(ENC)의 외측 표면에 마이크로 편향자(ML)가 배치된 경우로 도시하였다. 인-캡(ENC) 내부에 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)가 형성된 것으로 도시하였다. 실제로 이러한 형상을 갖는 인-캡(ENC)을 사용할 수도 있다. 하지만, 이는 단지 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)의 범위를 정의하기 위한 것이며, 인-캡(ENC)의 외측 표면 및 내측 표면에 이에 상응하도록 칼라 필터와 블랙 매트릭스가 배치되어 있을 수 있다. 또한, 유기발광 층(OL)이 각 발광 영역에 독립적으로 배치된 구조로 도시하였다. 이 경우, 각 유기발광 층(OL)이 적색, 녹색, 청색 및/또는 백색 중 어느 하나의 색을 발광하는 유기물질일 수 있다. 칼라 필터를 사용하는 경우에는, 유기발광 층(OL)이 발광 영역에 독립적으로 배치되지 않고, 기판(SUB) 전체에 걸쳐 연결된 박막 층으로 도포될 수 있다.
<제10 실시 예>
도 16은 본 발명의 제10 실시 예에 의한 하부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널을 적용한 개인 몰입형 장치의 표시 패널에서 마이크로 편향자의 배치 구조를 나타내는 단면도이다.
하부 발광형(혹은 "바텀 에미션: Bottom Emission")이란, 기판(SUB) 위에 박막 트랜지스터(T)를 형성하고, 그 위에 유기발광 다이오드(OLE)를 형성한 후, 인-캡(ENC)으로 밀봉한 유기발광 다이오드 표시 패널(PNL)에서, 유기발광 다이오드(OLE)에서 발생한 빛이 기판(SUB) 쪽으로 출광되는 방식을 의미한다. 유기발광 다이오드(OLE)는 박막 트랜지스터(T)에 연결된 애노드 전극(ANO), 애노드 전극(ANO) 위에 적층된 유기발광 층(OL), 그리고 유기발광 층(OL) 위에 적층된 캐소드 전극(CAT)을 포함한다. 여기서, 하부 발광형은 유기발광 층(OL)에서 발생한 빛이 애노드 전극(ANO) 쪽으로 출광된다. 이 경우, 애노드 전극(ANO)은 투명 도전 물질을 포함하고, 캐소드 전극(CAT)은 반사형 도전 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
하부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널(PNL)에 마이크로 편향자(ML)를 적용할 경우, 빛이 출광하는 면에 배치하는 것이 바람직하다. 일례로, 기판(SUB)의 외측 표면에 마이크로 편향자(ML)를 직접 형성하거나, 마이크로 편향자(ML)가 배치된 필름을 부착할 수 있다. 다른 예로, 기판SUB)의 내측 표면에, 박막 트랜지스터(T)를 형성하기에 앞서, 마이크로 편향자(ML)를 먼저 형성하거나, 마이크로 편향자(ML)가 배치된 필름을 부착할 수 있다. 박막 트랜지스터(T)를 형성하기에 앞서, 기판(SUB)의 내측 표면 위에 버퍼층(BUF)을 먼저 도포할 수 있다. 이 공정에서 버퍼층(BUF)을 직접 패턴하여 마이크로 편향자(ML)를 형성할 수 있다. 혹은, 버퍼층(BUF)을 형성하기 전에 편향자 물질층을 도포한 후 패턴하여 마이크로 편향자(ML)를 형성하고 마이크로 편향자(ML) 위에 버퍼층(BUF)을 도포할 수도 있다.
기판(SUB)의 외측 또는 내측 표면에 칼라 필터(CF) 및/또는 블랙 매트릭스(BM)를 더 형성하는 경우가 있다. 이 경우, 칼라 필터(CF)들은 발광 영역(BA)과 일치하고 블랙 매트릭스(BM)는 비 발광 영역(EA)과 일치하도록 정렬하는 것이 바람직하다. 이 경우, 칼라 필터에 대응하도록 마이크로 편향자(ML)를 형성하는 것이 바람직하다.
도 16에서는, 유기발광 층(OL)이 기판(SUB) 전체에 걸쳐 도포된 박막 층의 구조를 갖는 경우를 도시하였다. 이 경우, 칼라 필터(CF)를 필요로 한다. 하여, 기판(SUB)의 외측 표면에 칼라 필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM)를 포함하는 경우로 도시하였다. 하지만, 기판(SUB)의 내측 표면에 칼라 필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM)를 배치할 수도 있다. 또는 도 15에서와 같이, 유기발광 층(OL)이 각각의 발광 영역 내에 독립적으로 형성될 수도 있다. 이 경우에는, 칼라 필터(CF)를 더 형성할 수도 있다. 아니면, 칼라 필터(CF) 없이 발광 영역(EA)에는 투명 물질이 비 발광 영역(BA)에는 블랙 매트릭스가 형성될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
HG: 헤드 기어 LM: 렌즈 모듈
BD: 밴드 BC: 백 커버
LL: 좌안 렌즈 LR: 우안 렌즈
LEN : 이미징 렌즈 ML: 마이크로 편향자
DM: 표시장치 모듈 MB: 메인 보드
PNL1: 제1 표시 패널 PNL2: 제2 표시 패널
SF: 사이드 프레임 FC: 프론트 커버
AA1: 제1 표시 영역 AA2 : 제2 표시 영역
EA: 발광 영역 BA: 비 발광 영역
PA: 화소 영역

Claims (14)

  1. 표시 패널 및 이미징 렌즈를 포함하되,
    상기 표시 패널은,
    기판 위에 배치된 다수 개의 화소 영역들;
    상기 화소 영역 하나의 중앙부에 정의된 발광 영역;
    상기 발광 영역 주변을 둘러싸는 비 발광 영역;
    상기 발광 영역에서 출광하되, 상기 비 발광 영역의 상부 공간으로 산란되는 빛을 상기 기판의 표면에 대해 수직 방향으로 편향하여 상기 이미징 렌즈로 제공하는 마이크로 편향자를 구비하고,
    상기 이미징 렌즈는 상기 표시 패널에서 상기 이미징 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치된 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 영역은, 상기 마이크로 편향자에 의해 실제 크기보다 더 큰 크기로 확대된 상(Image)으로 상기 이미징 렌즈로 제공되며,
    상기 비 발광 영역은, 상기 마이크로 편향자에 의해 실제 크기보다 작은 크기로 축소된 상(Image)으로 상기 이미징 렌즈로 제공되는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 발광 영역의 경계선에서 상기 발광 영역으로 제1 거리 이격되어 정의된 최소 경계선; 그리고
    상기 발광 영역의 경계선에서 상기 비 발광 영역으로 제2 거리 이격되어 정의된 최대 경계선을 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자의 상기 최대 경계선은,
    상기 발광 영역의 경계선과 이웃하는 발광 영역의 경계선 사이의 중앙에 정의된 중간 경계선에 일치하거나 일정 거리 이격하여 배치된 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 최소 경계선에서 상기 최대 경계선을 갈수록 두께가 점차 얇아지는 프로파일을 갖는 투명 매질을 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 최대 경계선 내부 영역에 걸쳐 형성된 볼록형 구면 렌즈인 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 최소 경계선에서 상기 최대 경계선 사이에 걸쳐 형성된 볼록형 외측 구면 렌즈부를 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 최소 경계선 내부 영역에 걸쳐 형성된 볼록형 내측 구면 렌즈부를 더 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 최소 경계선 내부 영역에 걸쳐 형성된 내측 평판부를 더 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 중간 경계부를 중심으로 일측변에 배치된 제1 최소 경계선에서 타측변에 배치된 제2 최소 경계선 사이에 배치되며,
    상기 중간 경계부에서 두께가 최소 값을 갖고, 상기 제1 최소 경계선 및 상기 제2 최소 경계선에서 두께가 최대 값을 갖는 프리즘인 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 화소 영역들이 배치된 제1 방향을 따라 연속되고,
    상기 제2 방향을 따라 하나의 화소 영역에 대응하는 크기를 갖는 반 원통형 렌즈인 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 편향자는,
    상기 기판의 중앙부에서는, 상기 마이크로 편향자의 중심이 상기 발광 영역의 중심과 일치하도록 배치되고,
    상기 기판의 주변부에서는, 상기 마이크로 편향자의 중심이 상기 발광 영역의 중심과 상기 이미징 렌즈 곡면 표면의 대응점을 연결하는 연장선에 일치하도록 배치된 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널은,
    상기 기판 위에서 배치되며 반사 도전 물질을 포함하는 애노드 전극;
    상기 애노드 전극 위에서 상기 발광 영역에 대응하여 배치된 유기발광 층; 그리고
    상기 유기발광 층 위에 적층된 투명 도전 물질을 포함하는 캐소드 전극을 포함하고,
    상기 마이크로 편향자는, 상기 캐소드 전극 위에 배치된 개인 몰입형 장치의 표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널은,
    상기 기판 위에 배치되며 투명 도전 물질을 포함하는 애노드 전극;
    상기 애노드 전극 위에서 상기 발광 영역에 대응하여 배치된 유기발광 층; 그리고
    상기 유기발광 층 위에 적층된 반사 도전 물질을 포함하는 캐소드 전극을 포함하고,
    상기 마이크로 편향자는, 상기 애노드 전극의 아래에 배치된 개인 몰입형 장치의 표시장치.
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