KR20180029177A - 표시모듈 및 헤드 장착 표시장치 - Google Patents

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조상환
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Abstract

헤드 장착 표시장치는 암실 공간을 제공하는 하우징, 상기 하우징 내에 배치되고, 이미지를 표시하는 표시모듈 및 상기 이미지를 확대하여 사용자의 안구에 제공하는 광학렌즈를 포함한다. 상기 표시모듈은 상기 광학렌즈에서 반사된 이미지를 재반사시키지 않고 소멸시키는 상쇄간섭 구조물을 포함한다.

Description

표시모듈 및 헤드 장착 표시장치{DISPLAY MODULE AND HEAD MOUNTED DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시모듈 및 헤드 장착 표시장치에 관한 것으로, 좀 더 상세히는 반사율이 감소된 표시모듈 및 표시품질이 향상된 헤드 장착 표시장치에 관한 것이다.
텔레비전, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 네비게이션, 게임기 등과 같은 멀티 미디어 장치에 사용되는 다양한 표시장치들이 개발되고 있다. 헤드 장착 표시장치는 사용자의 머리에 장착되어 사용자에게 이미지를 제공하는 전자장치로서, 최근 가상현실, 증강현실을 제공하는 미디어 장치로 부각되고 있다.
본 발명의 목적은 외부광의 반사율이 감소된 표시모듈에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 고스트 이미지의 시인이 감소된 헤드 장착 표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치는 암실 공간을 제공하는 하우징, 상기 하우징 내에 배치되고, 이미지를 표시하는 표시모듈 및 상기 이미지를 확대하여 사용자의 안구에 제공하는 광학렌즈를 포함한다.
상기 표시모듈은 베이스층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극보다 상기 광학렌즈에 더 인접하게 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 발광소자층, 상기 제2 전극 상에 배치된 반사방지층 및 상기 제2 전극과 상기 반사방지층 사이에 배치되고, 상기 광학렌즈로부터 반사된 이미지의 상기 제2 전극으로부터 반사된 광과 상기 광학렌즈로부터 반사된 이미지의 상기 반사방지층으로부터 반사된 광을 상쇄간섭시키는 위상 제어층을 포함한다.
상기 반사방지층은, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 텅스템(W), 망간(Mn), 텔루늄(Te), NixP, CrNx, TiNx, TiAlNx, MoOx 및 CuOx에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사방지층은 굴절률과 흡수계수의 곱은 1보다 크고 6 보다 작은 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 이터븀(Yb), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 구리(Cu), LiF/Ca, LiF/Al, MgAg 및 CaAg에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 반사방지층과 이격되어 배치되며, 상기 발광소자층을 밀봉하는 봉지기판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치는 상기 위상 제어층 상에 배치된 위상 보정층을 더 포함하고, 상기 위상 보정층의 굴절률은 상기 위상 제어층의 굴절률보다 작고, 상기 위상 보정층과 상기 봉지기판 사이에 배치된 매질(medium)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 매질은 공기 또는 실링재료일 수 있다. 상기 위상 보정층의 굴절률은 1.0보다 크고 2.0보다 작다.
제1 굴절률층들 및 상기 제1 굴절률층들과 다른 굴절률들을 갖고 상기 제1 굴절률층들과 교번하게 배치된 제2 굴절률층들을 포함하는 하이브리드층을 더 포함할 수 있다. 상기 봉지기판은 하면 및 상기 하면보다 상기 광학렌즈에 더 인접하게 배치된 상면을 포함하고, 상기 하이브리드층은 상기 하면 상에 배치된다.
상기 제1 굴절률층들 각각은 실리콘 옥사이드층, 실리콘 옥시나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층 중 하나를 포함하고, 상기 제2 굴절률층들 각각은 실리콘 옥사이드층, 실리콘 옥시나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층 중 다른 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사방지층 상에 배치되어 상기 발광소자층을 밀봉하는 박막봉지층을 더 포함할 수 있다.
상기 박막봉지층은 유기층, 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 하부 무기층, 및 상기 유기층 상에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 상부 무기층을 포함할 수 있다.
상기 하부 무기층은 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 하부 무기층 및 상기 제1 하부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 하부 무기층을 포함할 수 있다.
상기 상부 무기층은 상기 유기층 상에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 상부 무기층 및 상기 제1 상부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 상부 무기층을 포함할 수 있다.
상기 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층 상에 배치되고 제2 상부 무기층과 동일한 물질을 포함하는 제3 상부 무기층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함할 수 있다.
상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함할 수 있다.
상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 작은 두께을 갖고, 상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 반사방지층 상에 직접 배치된 컬러 보상층을 더 포함하고, 상기 컬러 보상층은 실리콘 나이트라이드를 포함할 수 있다.
상기 컬러 보상층의 두께는 400 옹스트롱 내지 800 옹스트롱일 수 있다.
상기 하우징은 바디부, 상기 바디부에 결합되어 상기 암실 공간을 제1 암실 공간과 제2 암실 공간으로 분할하는 격벽, 및 상기 바디부에 결합되어 상기 이미지를 상기 사용자에게 제공하는 제1 투시 윈도우 및 제2 투시 윈도우를 포함할 수 있다.
상기 표시모듈은 상기 제1 암실 공간에 배치되어 상기 사용자의 제1 안구(eye)에 제1 이미지를 제공하는 제1 표시모듈 및 상기 제2 암실 공간에 배치되어 상기 사용자의 제2 안구에 제2 이미지를 제공하는 제2 표시모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈은 베이스층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되어 상기 제1 전극보다 먼저 외부의 광을 수신하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 발광소자층, 상기 제2 전극 상에 배치된 반사방지층, 상기 제2 전극과 상기 반사방지층 사이에 배치되고, 상기 외부의 광 중 상기 제2 전극으로부터 반사된 제1 반사광과 상기 외부의 광 중 상기 반사방지층으로부터 반사된 제2 반사광을 상쇄간섭시키는 위상 제어층, 및 상기 반사방지층 상에 배치되고 상기 발광소자층을 밀봉하는 박막봉지층 포함한다. 상기 박막 봉지층은, 유기층, 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 하부 무기층, 및 상기 유기층 상에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 상부 무기층을 포함할 수 있다.
상기 하부 무기층은 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 하부 무기층 및 상기 제1 하부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 하부 무기층을 포함할 수 있다.
상기 상부 무기층은 상기 유기층 상에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 상부 무기층 및 상기 제1 상부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 상부 무기층을 포함할 수 있다.
상기 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층 상에 배치되고 제2 상부 무기층과 동일한 물질을 포함하는 제3 상부 무기층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함하고, 상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함할 수 있다.
상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 작은 두께을 갖고, 상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 반사방지층 상에 직접 배치된 컬러 보상층을 더 포함하고, 상기 컬러 보상층은 실리콘 나이트라이드를 포함할 수 있다. 상기 컬러 보상층의 두께는 400 옹스트롱 내지 800 옹스트롱일 수 있다.
상술한 바에 따르면, 반사방지층을 더 포함함으로써 상쇄간섭을 이용하여 표시모듈에 입사되는 반사 이미지의 재반사를 억제할 수 있다. 그에 따라 정상 이미지로부터 변형된 고스트 이미지를 감소시킬 수 있다.
위상 보정층 및 하이브리드층은 또한 반사 이미지의 재반사를 더 감소시킬 수 있다. 박막봉지층이 다층구조의 상부 무기층과 하부 무기층을 구비함으로써 반사 이미지의 재반사를 더 감소시킬 수 있다.
반사방지층 상에 직접 배치된 실리콘 나이트라이드층은 상쇄간섭 구조물로부터 상쇄간섭되는 광의 파장을 조절함으로써 Neutral black에 유사한 색감을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치의 블록도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치에서 제공하는 입체이미지를 도시한다.
도 3a는 표시모듈에서 생성된 이미지가 사용자의 안구에 제공되는 경로들을 도시한다.
도 3b는 사용자의 안구에 제공된 이미지를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널로부터 반사된 광의 상쇄간섭 경로를 도시한 단면도이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 상쇄간섭 구조물의 광효율을 도시한 비교표이다.
도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 상쇄간섭 구조물의 반사율을 도시한 비교표이다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 상쇄간섭 구조물의 위상 제어층의 두께에 따른 광효율 및 반사율을 도시한 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 광효율 대비 반사율을 도시한 그래프이다.
도 6c는 도 6a에 도시된 위상 보정층의 굴절률 대비 반사율을 도시한 그래프이다.
도 6d는 도 6a에 도시된 표시패널로부터 반사되는 광의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 하이브리드층의 확대된 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 박막봉지층의 확대된 단면도이다.
도 8c는 표시패널로부터 반사되는 광의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 10a는 상쇄 구조물로부터 반사되는 광의 파장에 따른 위상차를 도시한 그래프이다.
도 10b는 상쇄간섭된 광의 위상과 컬러 보상층으로부터 반사된 광의 위상차를 도시한 그래프이다.
도 10c는 표시패널로부터 반사되는 광의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 10d는 실리콘 나이트라이드층의 두께에 따라 변화되는 반사 광의 색감을 도시하였다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합 된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, “아래에”, "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치(HMD)의 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치(HMD)의 블록도이다. 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치(HMD)의 단면도이다.
도 1a에 도시된 헤드 장착 표시장치(HMD)는 사용자의 헤드에 장착되어 동작할 수 있다. 헤드 장착 표시장치(HMD)는 사용자에게 가상 현실 또는 증강 현실을 제공할 수 있다.
헤드 장착 표시장치(HMD)는 표시장치을 통해서 사용자에게 입체 이미지를 제공할 수 있다. 일 실시예에서 헤드 장착 표시장치(HMD)는 카메라를 통해 촬영된 외부환경/외부물체의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다.
도 1b에 도시된 것과 같이, 헤드 장착 표시장치(HMD)는 센서(10), 메인 프로세서(20), 메모리(30), 카메라(40), 입/출력 디바이스(50), 전원모듈(60), 및 표시장치(70)를 포함한다. 상기 전자모듈들 중 적어도 일부는 회로기판에 실장되고, 회로기판에 실장되지 않은 전자모듈은 회로기판과 연성회로기판을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
센서(10)는 자이로스코프, 가속도계, 자력계 등 중 적어도 하나를 포함하여, 사용자의 헤드 움직임들을 검출 및 추적할 수 있다. 메인 프로세서(20)는 다양한 컴퓨팅 기능들을 수행할 수 있다. 메인 프로세서(20)는 마이크로프로세서일 수 있으며, 헤드 장착 표시장치(HMD) 전체의 동작을 제어한다.
메모리(30)는 헤드 장착 표시장치(HMD)의 동작들을 위한 데이터를 저장할 수 있다. 카메라(40)는 외부환경/외부물체를 촬영할 수 있다. 입/출력 디바이스(50)는 외부 충전기, 유/무선 데이터 포트, 카드 소켓(예를 들어, 메모리 카드(Memory card), SIM/UIM card) 등에 연결되는 인터페이스 역할을 한다. 전원모듈(60)은 헤드 장착 표시장치(HMD)의 전반적인 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원모듈(60)은 통상적인 배터리를 포함할 수 있다.
표시장치(70)는 표시모듈(DM)과 광학렌즈(LR)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 표시모듈(DM)은 일반적인 모바일 장치의 표시모듈에 비해 고해상도를 갖는다. 일 실시예에 따른 표시모듈(DM)은 예컨대 400 PPi 이상의 해상도를 갖는다. 광학렌즈(LR)는 표시모듈(DM)로부터 생성된 이미지를 확대하여 사용자의 안구에 제공한다. 예컨대, 광학렌즈(LR)는 볼록렌즈를 포함할 수 있다. 별도로 도시하지 않았으나, 표시장치(70)는 볼록렌즈 이외에 이미지의 초점을 제어하는 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
도 1c에 도시된 것과 같이, 헤드 장착 표시장치(HMD)는 암실 공간을 제공하는 하우징(HUS)을 포함한다. 상술한 전자모듈들은 하우징(HUS)의 외부에 배치된다. 암실공간에 표시장치(70)가 배치된다. 미 도시되었으나, 헤드 장착 표시장치(HMD)는 상술한 전자모듈들을 장착하기 위한 브라켓 및 전자모듈들을 커버하는 외장부재를 더 포함할 수 있다.
하우징(HUS)은 바디부(BD), 바디부(BD)에 결합되어 암실 공간을 제1 암실 공간(DS1)과 제2 암실 공간(DS2)으로 분할하는 격벽(PW), 및 바디부(BD)에 결합되어 이미지를 사용자에게 제공하는 제1 투시 윈도우(sight window, SW1) 및 제2 투시 윈도우(SW2)를 포함한다. 표시장치(70)는 제1 암실 공간(DS1)과 제2 암실 공간(DS2) 각각에 배치될 수 있다. 제1 암실 공간(DS1)에 제1 표시모듈(DM1)과 제1 광학렌즈(LR1)가 배치되고, 제2 암실 공간(DS2)에 제2 표시모듈(DM2)과 제2 광학렌즈(LR2)가 배치될 수 있다.
제1 표시모듈(DM1)과 제1 광학렌즈(LR1)는 사용자의 제1 안구에 제1 이미지를 제공하고, 제2 표시모듈(DM2)과 제2 광학렌즈(LR2)는 사용자의 제2 안구에 제2 이미지를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 표시장치(HMD)에서 제공하는 입체이미지를 도시한다. 사용자의 제1 안구(E1)는 제1 표시모듈(DM1)에서 표시된 제1 이미지를 인지한다. 사용자는 제1 광학렌즈(LR1)로부터 확대된 제1 이미지의 허상(IM1)을 인지한다. 사용자의 제2 안구(E2)는 제2 표시모듈(DM2)에서 표시된 제2 이미지를 인지한다. 사용자는 제2 광학렌즈(LR2)로부터 확대된 제2 이미지의 허상(IM2)을 인지한다. 제1 허상 이미지(IM1)와 제2 허상 이미지(IM2)는 시차(Disparity)를 제공한다. 그에 따라 사용자는 입체 이미지를 인지할 수 있다.
도 3a는 표시모듈(DM)에서 생성된 이미지가 사용자의 안구(E1)에 제공되는 경로들을 도시한다. 도 3b는 사용자의 안구(E1)에 제공된 이미지를 도시한다.
정상 경로를 따라 제공된 정상 이미지는 도 3b의 좌측 하단에 도시되었다. 정상 이미지가 제1 광학렌즈(LR1)와 제1 표시모듈(DM1)에서 재반사되는 고스트 경로들을 통해서 고스트 이미지들이 사용자에 제공될 수 있다. 제1 광학렌즈(LR1)의 제1 곡면(CS1)에서 반사된 정상 이미지(이하, 반사 이미지)가 제1 표시모듈(DM1)에서 재반사될 수 있다. 이러한 제1 고스트 경로(1st Ghost Path)를 통해 제1 고스트 이미지(1st Ghost Image)가 사용자에 제공될 수 있다. 제1 고스트 이미지는 정상 이미지의 반전된 형상을 갖고, 시프트된 컬러를 가질 수 있다.
제1 광학렌즈(LR1)의 제2 곡면(CS2)에서 반사된 정상 이미지가 제2 표시모듈(DM1)에서 재반사될 수 있다. 이러한 제2 고스트 경로(2nd Ghost Path)를 통해 제2 고스트 이미지(2nd Ghost Image)가 사용자에 제공될 수 있다. 제2 고스트 이미지는 정상 이미지로부터 형상과 컬러가 왜곡된 이미지일 수 있다.
표시모듈(DM)은 고스트 이미지를 제거하기 위해 낮은 반사율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 정상 이미지의 휘도를 높이기 위해, 즉 높은 광효율을 갖기 위해 높은 투과율을 갖는 것이 바람직하다.
편광판과 같이 별도로 제조되어 표시모듈(DM)에 부착되는 부재들은 표시모듈(DM)은 반사율을 낮출 수 있더라도, 헤드 장착 표시장치(HMD)에 적용하기에는 부적합하다. 편광판의 제조과정에서 이물질들이 유입될 수 있는데, 이러한 이물질들은 이미지와 함께 광학렌즈에 의해 확대되기 때문에 이는 노이즈로 작용하여 사용자에게 쉽게 시인될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈(DM)은 반사율을 낮추고 광효율을 높이기 위해 내부에 배치된 상쇄간섭 구조물을 포함한다. 상쇄간섭 구조물이 배치됨으로써 노이즈 없는 정상 이미지만을 사용자에게 제공할 수 있다. 상쇄간섭 구조물에 대한 상세한 설명은 후술한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시모듈(DM)의 사시도이다.
도 4a에 도시된 것과 같이, 표시모듈(DM)은 표시패널(DP) 및 보호부재(PF-U, PF-L)를 포함한다. 보호부재(PF-U, PF-L)는 복수 개 제공될 수 있다. 표시패널(DP)의 제1 면 상에 배치된 제1 보호부재(PF-U) 및 표시패널(DP)의 제2 면 상에 배치된 제2 보호부재(PF-L)를 포함할 수 있다. 제1 보호부재(PF-U)와 제2 보호부재(PF-L)는 제3 방향(DR3)에서 표시패널(DP)을 사이에 두고 마주한다. 본 실시예에서 표시패널(DP)은 제1 면을 통해 이미지를 표시하는 것으로 설명된다. 본 실시예에서, 헤드 장착 표시장치(HMD)에 적용되는 표시모듈(DM)을 예시적으로 설명하나, 적용되는 전자장치의 종류에 따라 표시모듈(DM)은 또 다른 기능성 부재를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 표시모듈(DM)은 터치감지유닛을 더 포함할 수 있다.
제1 보호부재(PF-U)와 표시패널(DP)은 제1 접착부재(AM-U)를 통해 결합되고, 제2 보호부재(PF-L)과 표시패널(DP)은 제2 접착부재(AM-L)를 통해 결합될 수 있다. 보호부재(PF-U, PF-L)는 폴리에테르술폰(PES, polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN, polyethylenenaphthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌설파이드(PPS, polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아릴렌에테르술폰(poly(arylene ethersulfone)) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 플라스틱 필름을 포함할 수 있다. 보호부재(PF-U, PF-L)을 구성하는 물질은 플라스틱 수지들에 제한되지 않고, 유리, 유/무기 복합재료를 포함할 수 있다. 보호부재(PF-U, PF-L)은 다공성 유기층 및 유기층의 기공들에 충전된 무기물을 포함할 수 있다. 보호부재(PF-U, PF-L)는 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
제1 접착부재(AM-U) 및 제2 접착부재(AM-L) 각각은 광학투명접착필름(OCA, Optically Clear Adhesive film) 또는 광학투명접착수지(OCR, Optically Clear Resin) 또는 감압접착필름(PSA, Pressure Sensitive Adhesive film) 등 일 수 있다. 제1 접착부재(AM-U) 및 제2 접착부재(AM-L) 각각은 광경화 접착물질 또는 열경화 접착물질을 포함하고, 그 재료는 특별히 제한되지 않는다.
표시패널(DP)은 베이스층(SUB), 베이스층(SUB) 상에 배치된 회로층(DP-CL), 표시소자층(DP-OLED), 및 봉지기판(CP)을 포함한다.
베이스층(SUB)은 적어도 하나의 플라스틱 필름을 포함할 수 있다. 베이스층(SUB)은 플렉서블한 기판으로 플라스틱 기판, 유리 기판, 메탈 기판, 또는 유/무기 복합재료 기판 등을 포함할 수 있다.
회로층(DP-CL)은 적어도 하나의 중간 절연층, 복수 개의 도전층들 및 반도체층을 포함할 수 있다. 회로층(DP-CL)의 복수 개의 도전층들은 신호라인들 또는 화소 회로를 구성할 수 있다. 화소 회로는 박막 트랜지스터들과 커패시터를 포함할 수 있다.
표시소자층(DP-OLED)은 표시소자, 예컨대 유기발광 다이오드들을 포함할 수 있다. 표시소자층(DP-OLED)은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 고스트 이미지를 제거하는 상쇄간섭 구조물을 포함할 수 있다.
봉지기판(CP)은 표시소자층(DP-OLED)을 밀봉한다. 봉지기판(CP)은 플라스틱 기판 및/또는 유리기판을 포함할 수 있다. 이미지가 생성되지 않는 비표시영역(NDA)에 배치된 실링재료를 통해 봉지기판(CP)과 회로층(DP-CL)이결합될 수 있다. 본 실시예에서 표시소자층(DP-OLED)은 표시영역(DA)에만 배치되나, 본 발명의 일 실시예에서 표시소자층(DP-OLED)은 비표시영역(NDA)의 일부분에 더 배치될 수 있다. 이때 실링재료(SM)는 회로층(DP-CL)과 표시소자층(DP-OLED)과 봉지기판(CP)을 결합할 수 있다.
도 4b에 도시된 표시패널(DP)은 도 4a에 도시된 표시패널(DP)과 달리 박막봉지층(TFE)을 포함한다. 박막봉지층(TFE)은 표시소자층(DP-OLED) 상에 직접 형성되거나, 표시소자층(DP-OLED) 상에 배치된 기능층 상에 직접 형성된다. 박막봉지층(TFE)은 표시소자층(DP-OLED)과 연속공정을 통해 제조될 수 있다.
박막봉지층(TFE)은 적어도 하나의 무기층과 적어도 하나의 유기층을 포함할 수 있다. 무기층은 수분/산소로부터 표시소자층(DP-OLED)을 보호하고, 유기층은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 표시소자층(DP-OLED)을 보호한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 단면도이다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 상쇄간섭 경로를 도시한 단면도이다.
도 5a에서 도시된 것과 같이, 베이스층(SUB) 상에 회로층(DP-CL)이 배치된다. 회로층(DP-CL)은 복수 개의 절연층들(BFL,10, 20, 30)과 박막 트랜지스터(TFT)를 포함할 수 있다. 복수 개의 절연층들(BFL,10, 20, 30) 각각은 유기물 및/또는 무기물을 포함할 수 있고, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 복수 개의 절연층들(BFL,10, 20, 30) 중 일부, 예컨대 버퍼층(BFL)은 생략될 수 있고, 또 다른 절연층이 더 배치될 수 있다.
회로층(DP-CL) 상에 표시소자층(DP-OLED)이 배치된다. 표시소자층(DP-OLED)은 화소정의막(PDL) 및 유기발광 다이오드(OLED)를 포함할 수 있다. 표시패널(DP)은 평면상에서 유기발광 다이오드(OLED)가 배치된 발광영역(PXA)과 그에 인접한 비발광영역(NPXA)으로 구분될 수 있다. 화소정의막(PDL)의 개구부(OP)는 제1 전극(AE)의 적어도 일부분을 노출시킨다. 화소정의막(PDL)의 개구부(OP)는 발광영역(PXA)과 대응할 수 있다.
유기발광 다이오드(OLED)는 제1 전극(AE), 제2 전극(CE), 및 제1 전극(AE)과 제2 전극(CE) 사이에 배치된 발광 기능층을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제2 전극(CE)을 향하여 광을 출사하는 전면 발광 구조의 유기발광 다이오드(OLED)를 예시적으로 설명한다. 제2 전극(CE)은 제1 전극(AE)보다 광학렌즈(LR1, 도 3a 참조)에 더 인접하게 배치된다.
도 5a에는 제1 전하 제어층(HCL), 발광층(EML), 및 제2 전하 제어층(ECL)을 포함하는 발광 기능층을 도시하였으나, 발광 기능층의 적층 구조는 제한되지 않는다. 도 5b에서 발광 기능층(ELL)은 단층으로 표시되었다. 발광 기능층(ELL)은 발광층(EML)을 포함하면 충분하다. 발광층(EML)은 호스트와 도펀트가 혼합된 유기 발광 물질 및/또는 반도체 나노결정(예컨대, 퀀텀닷, 퀀텀로드, 퀀텀튜브)과 같은 무기 발광 물질을 포함할 수 있다. 제1 전하 제어층(HCL) 및 제2 전하 제어층(ECL) 각각은 전자 및 정공 중 대응하는 전하를 주입 및/또는 수송한다. 별도로 도시되지 않았으나, 발광 기능층(ELL)과 제2 전극(CE)은 복수 개의 발광영역(PXA)과 그에 인접한 비발광영역(NPXA)에 공통적으로 배치될 수 있다.
제1 전극(AE)은 반사층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반사층은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir) 및 크롬(Cr)을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 전극(AE)은 인듐틴옥사이드(ITO: indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO: indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO: zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3: indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO: indium galium oxide) 및 알루미늄징크옥사이드(AZO: aluminium zinc oxide)를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나로 형성된 투명층 또는 반투명층이 더 배치될 수 있다. 본 실시예에서 제1 전극(AE)은 인듐틴옥사이드(ITO)/은(Ag)/ 인듐틴옥사이드(ITO)의 3개의 층을 포함할 수 있다.
제2 전극(CE)은 흡수율이 작으면서 반사율이 높은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 제2 전극(CE)은 제1 전극(AE)과 공진구조를 형성하기 위해 반투명전극일 수 있다. 제2 전극(CE)은 가시광 영역에서 굴절률과 흡광 계수(extinction ratio)의 곱이 1 내지 10 인 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(CE)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 이터븀(Yb), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 구리(Cu), LiF/Ca, LiF/Al, MgAg 및 CaAg에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극(CE) 상에 위상 제어층(PCL)이 배치되고, 위상 제어층(PCL) 상에 반사방지층(ARL)이 배치된다. 본 실시예에서 제2 전극(CE), 위상 제어층(PCL), 및 반사방지층(ARL)의 조합은 상쇄간섭 구조물로 정의된다.
위상 제어층(PCL)은 제2 전극(CE)과 반사방지층(ARL) 사이의 거리를 조절함으로써, 제2 전극(CE)에서 반사된 광과 반사방지층(ARL)에서 반사된 광 사이에 소멸 간섭을 일으킨다.
위상 제어층(PCL)은 SiNx, SiO2, SiCN, LiF, MgF2, CaF2, SiON, TaxOy, 및 TiOx를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 투명한 박막일 수 있고 특별히 제한되지는 않는다. 위상 제어층(PCL)은 제1 전하 제어층(HCL) 또는 제2 전하 제어층(ECL)을 구성하는 물질과 동일한 물질을 포함할 수도 이다. 예컨대, HT01이라 명명되는 정공 수송 재료를 포함할 수 있다.
반사방지층(ARL)은 가시광 영역에서 굴절률과 흡광 계수(extinction ratio)의 곱이 1 내지 6 인 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반사방지층(ARL)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 텅스템(W), 망간(Mn), 텔루늄(Te), NixP, CrNx, TiNx, TiAlNx, MoOx 및 CuOx 에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 여기서 x는 화학식을 만족시키는 자연수이다. 반사방지층(ARL)은 제2 전극(CE)에 비하여 반사율은 낮고 광 흡수율은 상대적으로 높은 물질을 포함할 수 있다. 상기 물질들은 스퍼터 증착법 또는 열 증착법에 의해 형성될 수 있다. 특히 망간(Mn), 텔루늄(Te), Ni2P는 스퍼터 증착법보다 열 증착법에 형성될 때 박막 특성이 향상될 수 있다.
봉지기판(CP)은 반사방지층(ARL)과 이격되어 배치될 수 있다. 봉지기판(CP)과 반사방지층(ARL) 사이에는 소정의 굴절률을 갖는 매질이 배치될 수 있다. 매질은 공기이거나 실링재료를 포함할 수 있다.
도 5b를 참조하면 외부로부터 입사된 광(OL, 이하 입사광) 중 제2 전극(CE)으로부터 반사된 광(L1, 이하 제1 반사광)과 반사방지층(ARL)으로부터 반사된 광(L2, 이하 제2 반사광)은 상쇄간섭된다. 도 5b는 하나의 화소 관점에서 입사광(OL)으로 설명하였으나, 입사광(OL)은 표시모듈(DM) 관점에서 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 반사 이미지에 해당한다. 화소들에서 생성된 광들이 평면에서 조합됨으로써 이미지를 정의하는 것이다.
위상 제어층(PCL)은 제1 반사광(L1)과 제2 반사광(L2)의 위상 차이가 약 160° 내지 200° 정도가 되어 소멸 간섭이 일어나도록, 제2 전극(CE)과 반사방지층(ARL) 사이의 거리를 조절한다.
제1 반사광(L1)과 제2 반사광(L2)의 위상차가 약 180°가 되도록 위상 제어층(PCL)의 광학적 두께(d1)와 반사방지층(ARL)의 광학적 두께(d2)가 설정된다. 아래의 수학식 1에서 λ는 입사광(OL)의 파장이고, n1은 위상 제어층(PCL)의 굴절률이며, n2는 반사방지층(ARL)의 굴절률이다.
Figure pat00001
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 상쇄간섭 구조물의 광효율을 도시한 비교표이다. 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 상쇄간섭 구조물의 반사율을 도시한 비교표이다.
도 5c 및 도 5d는 편광판을 포함하는 표시모듈(비교예) 대비 상쇄간섭 구조물을 포함하는 표시모듈(본 실시예)의 광효율 및 반사율을 각각 나타낸다. 제2 전극(CE)과 반사방지층(ARL)의 두께를 달리하여 광효율을 측정하였다. 본 실시예의 표시모듈은 은(Ag)과 마그네슘(Mg)이 공증착된 단층의 제2 전극(CE)과 망간(Mn)으로 이루어진 단층의 반사방지층(ARL)을 포함한다. 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 조성비는 10:1이다.
도 5c에 도시된 것과 같이, 제2 전극(CE)이 70 옹스트롱 내지 245 옹스트롱 범위에서 반사방지층(ARL)이 20 옹스트롱 내지 135 옹스트롱을 가질 때, 비교예보다 높은 광효율을 갖는 것을 알 수 있다.
도 5d에 도시된 것과 같이, 제2 전극(CE)이 70 옹스트롱 내지 245 옹스트롱 범위에서 반사방지층(ARL)이 48 옹스트롱 내지 258 옹스트롱을 가질 때, 비교예보다 낮은 반사율을 갖는 것을 알 수 있다.
도 5c 및 도 5d를 참조하면, 제2 전극(CE)이 70 옹스트롱 내지 245 옹스트롱 범위에서 반사방지층(ARL)이 48 옹스트롱 내지 135 옹스트롱을 가질 때, 비교예보다 높은 광효율을 갖고, 낮은 반사율을 갖는다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 상쇄간섭 구조물의 위상 제어층(PCL)의 두께에 따른 광효율 및 반사율을 도시한 그래프이다. 도 5e는 편광판을 미-포함하는 표시모듈(비교예) 대비 상쇄간섭 구조물을 포함하는 표시모듈(본 실시예)의 광효율 및 반사율을 각각 나타낸다.
본 실시예에서 위상 제어층(PCL) HT01이라는 명명되는 정공 수송 재료를 포함한다. HT01의 위상 제어층(PCL)은 1.9의 굴절률을 갖는다. 본 실시예에 따르면 500 옹스트롱의 두께에서 약 45%의 투과율을 갖는다. 이는 편광판을 포함하는 표시모듈의 투과율과 유사한 수준이다. 본 실시예에서 편광판을 포함하는 표시모듈보다 높은 투과율을 갖기 위해 위상 제어층(PCL)의 두께를 500 옹스트롱보다 낮은 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 일부분을 도시한 단면도이다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 광효율 대비 반사율을 도시한 그래프이다. 도 6c는 도 6a에 도시된 위상 보정층(PPL)의 굴절률 대비 반사율을 도시한 그래프이다. 도 6d는 도 6a에 도시된 표시패널(DP)로부터 반사되는 광의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다. 이하, 도 1 내지 도 5e를 참조하여 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6a에 도시된 것과 같이, 표시패널(DP)은 위상 제어층(PCL) 상에 배치된 위상 보정층(PPL)을 더 포함한다. 위상 보정층(PPL)의 굴절률은 위상 제어층(PCL)의 굴절률보다 작고, 위상 보정층(PPL)과 봉지기판(CP, 도 5a 참조) 사이에 배치된 매질(medium)의 굴절률보다 크다.
매질과 위상 보정층(PPL) 사이에 그들의 굴절률 범위 내의 굴절률을 갖는 위상 보정층(PPL)이 배치됨으로써 위상을 보정할 수 있다. 위상 보정층(PPL)은 제1 반사광(L1)과 제2 반사광(L2)의 위상차가 약 180°가 되도록 제1 반사광(L1)과 제2 반사광(L2)의 위상을 보정한다. 도 6b는 위상 보정층(PPL)의 유/무에 따른 표시패널(DP)의 반사율을 나타낸다. 가로축은 편광판을 포함하는 표시패널 대비 본 실시예에 따른 표시패널(DP)의 광효율을 타나낸다. 위상 보정층(PPL)이 배치됨에 따라 편광판을 포함하는 표시패널과 동등한 광효율 조건(즉, 광효율 100%)에서 반사율이 약 5% 감소된다.
도 6c는 위상 보정층(PPL)의 굴절률에 따른 반사율을 나타낸다. 반사율은 550nm의 파장의 광에서 측정하였다. 위상 보정층(PPL)은 굴절률이 약 1.5 내지 1.7에서 낮은 반사율을을 갖는 것을 알 수 있다. LiF는 약 11%의 반사율을 갖고, 550의 HT01은 약 12%의 반사율을 갖는다.
해당 물질의 굴절률에 따라 위상 보정층(PPL)에 적용 가능성을 판단한다. 반사율을 낮추기 위해 1.0보다 크고, 2.0보다 작은 굴절률을 갖는 물질을 위상 보정층(PPL)에 적용할 수 있다. 상술한 범위의 굴절률을 갖는 물질이라면 LiF 또는 HT01가 아니더라도 위상 보정층(PPL)에 적용할 수 있다.
위상 보정층(PPL)에 적합한 물질을 판단함에 있어서, 상술한 반사율뿐만 아니고, 전파장대에서의 반사율 분포를 고려한다. 도 6d를 참조하면, LiF의 위상 보정층(PPL)과 HT01의 위상 보정층(PPL)은 전파장대에서 반사율을 감소시키는 것을 알 수 있다. LiF 또는 HT01가 아니더라도 전파장대에서 최저 반사율과 최고 반사율 사이의 반사율 편차가 15% 내인 것이 바람직하다. 그에 따라 반사광이 특정한 컬러를 띄지 않는다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 단면도이다. 도 7b는 도 7a에 도시된 하이브리드층(HBL)의 확대된 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 6d를 참조하여 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7a에 도시된 것과 같이, 하이브리드층(HBL)은 봉지기판(CP)의 하면(CP-LS)에 배치된다. 봉지기판(CP)의 하면(CP-LS)은 봉지기판(CP)의 상면(CP-US)보다 광학렌즈(LR1, 도 3a 참조)에 더 멀리 배치된다. 하이브리드층(HBL)은 봉지기판(CP)의 하면(CP-LS)에서 반사되는 광량을 감소시킬 수 있다. 봉지기판(CP)의 하면(CP-LS)에서 반사되는 광과 하이브리드층(HBL)의 층들(SL1 내지 SL4)에서 반사되는 광들이 서로 상쇄간섭될 수 있다.
도 7b에 도시된 것과 같이, 하이브리드층(HBL)은 제1 굴절률층들 및 제1 굴절률층들과 다른 굴절률들을 갖고 제1 굴절률층들과 교번하게 배치된 제2 굴절률층들을 포함한다.
제1 굴절률층들 각각은 실리콘 옥사이드층, 실리콘 옥시나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층 중 하나를 포함하고, 제2 굴절률층들 각각은 실리콘 옥사이드층, 실리콘 옥시나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층 중 다른 하나를 포함한다.
도 7b에는 봉지기판(CP)으로써 유리기판을 예시적으로 도시하였다. 도 7b에는 교번하게 적층된 2개의 실리콘 나이트라이드층들과 2개의 실리콘 옥사이드층들을 포함하는 3개의 하이브리드층들(HBL)을 도시하였다. 3개의 하이브리드층들(HBL)의 제1 층 내지 제3 층(SL1 내지 SL3)은 동일한 물질 및 동일한 두께를 갖는 것으로 설명된다. 다만, 이에 제한되지 않고, 하이브리드층들(HBL)의 제1 층 내지 제3 층(SL1 내지 SL3)은 서로 다르게 선택될 수 있다.
하면(CP-LS)에 가장 인접한 제1 실리콘 나이트라이드층(SL1)과 제1 실리콘 나이트라이드층(SL1)에 인접한 제1 실리콘 옥사이드층(SL2) 각각은 200 옹스트롱의 두께를 가질 수 있다. 제1 실리콘 옥사이드층(SL1)에 인접한 제2 실리콘 나이트라이드층(SL3)은 900 옹스트롱의 두께를 가질 수 있다. 3개의 하이브리드층들(HBL)은 서로 다른 두께의 제2 실리콘 옥사이드층(SL4)을 포함한다. 제2 실리콘 옥사이드층(SL4)의 두께에 따라 반사율의 감소량이 달라질 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)의 단면도이다. 도 8b는 도 8a에 도시된 박막봉지층(TFE)의 확대된 단면도이다. 도 8c는 표시패널(DP)로부터 반사되는 광의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다. 이하, 도 1 내지 도 6d를 참조하여 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 표시패널(DP)은 봉지기판(CP)을 대체하는 박막봉지층(TFE)을 포함한다. 본 실시예에 따른 표시패널(DP)는 헤드 장착 표시장치(HMD)가 아닌 다른 전자장치, 예컨대, 폴더블 모바일 단말기와 같은 플렉서블 전자장치에 적용될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 4b에 도시된 표시패널(DP)을 확대 도시하였다. 박막봉지층(TFE)은 유기층(IL), 반사방지층(ARL)과 유기층(OL) 사이에 배치되고 유기층(OL)보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2), 및 유기층(OL) 상에 배치되고 유기층(OL)보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 상부 무기층(IOL-U1, IPL-U2, IPL-U3)을 포함한다. 유기층(OL)의 굴절률은 1.4 내지 1.6 일 수 있다. 하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2) 및 상부 무기층(IOL-U1, IPL-U2, IPL-U3)의 굴절률은 1.6 내지 2.2 일수 있다. 상술한 범위를 갖더라도 유기층(OL)은 하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2) 및 상부 무기층(IOL-U1, IPL-U2, IPL-U3)과 다른 굴절률을 갖도록 선택된다. 하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2) 및 상부 무기층(IOL-U1, IPL-U2, IPL-U3)의 굴절률이 1.6일 때, 유기층(OL)은 1.6보다 작은 굴절률율을 갖는다.
하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2)은 반사방지층(ARL)과 유기층(OL) 사이에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 하부 무기층(IOL-L1) 및 제1 하부 무기층(IOL-L1)과 유기층(OL) 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 하부 무기층(IOL-L2)을 포함한다.
상부 무기층(IOL-U1, IOL-U2, IOL-U3)은 유기층(OL) 상에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 상부 무기층(IOL-U1) 및 제1 상부 무기층(IOL-U1)과 유기층(OL) 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 상부 무기층(IOL-U2)을 포함한다.
제2 하부 무기층(IOL-L2)은 제1 하부 무기층(IOL-L1)보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함한다. 그에 따라 굴절률이 감소된다. 제1 하부 무기층(IOL-L1)과 제2 하부 무기층(IOL-L2)은 동일한 증착공정에 의해 형성되나, 증착 조건을 달리한다. 제1 하부 무기층(IOL-L1) 형성 대비 제2 하부 무기층(IOL-L2) 형성시 산소분압을 증가시킬 수 있다. 제1 하부 무기층(IOL-L1)과 제2 하부 무기층(IOL-L2) 각각은 실리콘 옥시나이트라이드일 수 있다.
제1 하부 무기층(IOL-L1)의 굴절률은 1.68 일수 있고, 제2 하부 무기층(IOL-L2)의 굴절률은 1.65 일수 있다. 다만 이에 제한되지 않고 상술한 하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2) 및 상부 무기층(IOL-U1, IPL-U2, IPL-U3)의 굴절률 범위에서 다르게 선택될 수 있다.
제2 상부 무기층(IOL-U2)은 제1 상부 무기층(IOL-U1)보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함할 수 있다. 제1 상부 무기층(IOL-U1)은 실리콘 나이트라이드이고, 제2 상부 무기층(IOL-U2)은 실리콘 옥시나이트라이드일 수 있다. 제1 상부 무기층(IOL-U1)의 굴절률은 1.93 일수 있고, 제2 상부 무기층(IOL-U2)의 굴절률은 1.65 일수 있다.
제2 하부 무기층(IOL-L2)은 제1 하부 무기층(IOL-L1)보다 작은 두께을 가질 수 있다. 제2 상부 무기층(IOL-U2)은 제1 상부 무기층(IOL-U1)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 제1 하부 무기층(IOL-L1)과 제1 상부 무기층(IOL-U1)이 캡핑기능을 갖는데 비해, 제2 하부 무기층(IOL-L2)과 제2 상부 무기층(IOL-U2)은 굴절률을 점차적으로 변화시키는 계면을 더 형성하면 충분하기 때문이다. 제2 하부 무기층(IOL-L2)과 제2 상부 무기층(IOL-U2) 각각의 두께는 100 옹스트롱 내지 1000 옹스트롱일 수 있고, 더욱 바람직하게는 500 옹스트롱 내지 1000 옹스트롱일 수 있고, 제1 하부 무기층(IOL-L1)과 제1 상부 무기층(IOL-U1) 각각의 두께는 수천 옹스트롱일 수 있다.
상부 무기층(IOL-U1, IOL-U2, IOL-U3)은 제1 상부 무기층(IOL-U1) 상에 배치된 제3 상부 무기층(IOL-U3)을 더 포함할 수 있다. 제3 상부 무기층(IOL-U3)은 제1 상부 무기층(IOL-U1)보다 작은 굴절률을 갖는다. 제3 상부 무기층(IOL-U3)은 제2 상부 무기층(IOL-U2)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 별도로 도시하지 않았으나, 제3 상부 무기층(IOL-U3) 상에는 제3 상부 무기층(IOL-U3)보다 작은 굴절률을 갖는 접착층이 더 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 박막봉지층(TFE)은 굴절률이 다른 복층구조의 하부 무기층(IOL-L1, IPL-L2)과 굴절률이 다른 복층구조의 상부 무기층(IOL-U1, IOL-U2, IOL-U3)을 포함함으로써 반사율이 감소된다. 유기층(OL), 제1 하부 무기층(IOL-L1), 및 제1 상부 무기층(IOL-U1)만을 포함하는 박막봉지층(비교예)과 도 8b에 도시된 박막 봉지층의 반사율을 비교하면 아래의 표 1과 같다. 본 실시예에서 제3 상부 무기층(IOL-U3)은 생략된 것으로 가정하였다.
계면 반사율 총 반사율
비교예 R(IOL-L1:OL) 0.218 1.558
R(OL:IOL-U1) 1.34
본 실시예 R(IOL-L1:IOL-L2) 0.008 0.8958
R(OL-L2:OL) 0.142
R(OL:IOL-U2) 0.142
R(OL-U2:IOL-U1) 0.611
각각의 계면에서의 반사율(Rif)은 아래의 수학식 2로 계산된다. n1은 2층 구조에서 하층의 굴절률을 의미하고, n2는 2층 구조에서 상층의 굴절률을 의미한다. 상기 표 1에서 계면 반사율은 아래의 수학식 2로 계산되었다.
Figure pat00002
제2 하부 무기층(IOL-L2)과 제2 상부 무기층(IOL-U2)의 두께를 조절하고, 제2 하부 무기층(IOL-L2)과 제2 상부 무기층(IOL-U2)의 굴절률을 제어함으로써 반사율을 더 감소시킬 수 있다.
연속적으로 적층된 3층 구조에서의 반사율은 아래의 수학식 3과 같을 수 있다.
Figure pat00003
상기 수학식 3에서 n1과 d1은 3층 구조 중 최하층의 굴절률과 두께를 의미하고, n2과 d2은 3층 구조 중 중간층의 굴절률과 두께를 의미하고, n3과 d3은 3층 구조 중 최상층의 굴절률과 두께를 의미한다.
제2 하부 무기층(IOL-L2)이 입사광의 파장의 1/4 두께를 갖고, 제2 하부 무기층(IOL-L2)의 굴절률의 제곱값과 제1 하부 무기층(IOL-L1)의 굴절률과 유기층(OL)의 굴절률의 곱한 값에 동일할 때 제2 하부 무기층(IOL-L2), 제1 하부 무기층(IOL-L1), 유기층(OL)에서 반사되는 광의 반사율은 제로일 수 있다. 제2 상부 무기층(IOL-U2)이 입사광의 파장의 1/4 두께를 갖고, 제2 상부 무기층(IOL-U2)의 굴절률의 제곱값과 제1 상부 무기층(IOL-U1)의 굴절률과 유기층(OL)의 굴절률의 곱한 값에 동일할 때, 유기층(OL), 제1 상부 무기층(IOL-U1), 제2 상부 무기층(IOL-U2) 에서 반사되는 광의 반사율은 제로일 수 있다.
도 8c는 제1 하부 무기층(IOL-L1), 유기층(OL), 및 제1 상부 무기층(IOL-U1)을 구비한 박막봉지층(normal TFE, 비교예)과 도 8b에 따른 박막봉지층(AR TFE)의 반사율을 비교하였다. 본 실시예에 따른 박막봉지층(AR TFE)은 비교예에 따른 박막봉지층(normal TFE) 대비 반사율이 감소된다. 본 실시예에 따른 박막봉지층(AR TFE)은 비교예에 따른 박막봉지층(normal TFE) 대비 전 파장대에 걸쳐 균일하게 반사율을 감소시킨다. 본 실시예에 따른 박막봉지층(AR TFE)은 전 파장대에서 최저 반사율과 최고 반사율 사이의 반사율 편차가 1% 이내이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 일부분을 도시한 단면도이다. 도 10a는 상쇄 구조물로부터 반사되는 광의 파장에 따른 위상차를 도시한 그래프이다. 도 10b는 상쇄간섭된 광의 위상과 컬러 보상층으로부터 반사된 광의 위상차를 도시한 그래프이다. 도 10c는 표시패널로부터 반사되는 광의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다. 도 10d는 실리콘 나이트라이드층의 두께에 따라 변화되는 반사 광의 색감을 도시하였다. 이하, 도 1 내지 도 8c를 참조하여 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 9에 도시된 것과 같이, 반사방지층(ARL) 상에 직접 배치된 컬러 보상층(CCL)을 더 포함할 수 있다. 컬러 보상층(CCL)은 상쇄간섭 구조물을 통해 완전히 소멸되지 않은 반사광의 컬러를 보상한다. 컬러 보상층(CCL)는 도 5a 내지 도 7b를 참조하여 설명한 봉지기판(CP)을 포함하는 표시패널(DP) 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명한 박막봉지층(TFE)을 포함하는 표시패널(DP)에 모두 적용될 수 있다. 컬러 보상층(CCL)은 도 8b를 참조하여 설명한 제1 하부 무기층(IOL-L1) 보다 큰 굴절률을 갖는다.
도 10a에 도시된 것과 같이, 파장에 따라 제1 광(L1, 도 9 참조)과 제2 광(L2, 도 9 참조)의 위상차가 상이하기 때문에 상쇄간섭 구조물을 통해 반사된 광(이하, 상쇄간섭 광)은 소정의 컬러를 가질 수 있다. 단파장과 장파장에서의 제1 광과 제2 광의 위상차가 180도 되지 않기 때문에 소정의 컬러를 갖는다.
컬러 보상층(CCL)은 파장에 따라 다른 반사율을 갖는 광(L3, 이하, 컬러 보상광)을 반사시킴으로써 상기 상쇄간섭 광의 컬러를 보정할 수 있다. 상기 상쇄간섭 광과 컬러 보상광(L3)은 단파장 범위와 장파장 범위에서 서로 상쇄간섭되고, 중간 파장범위에서 보강간섭될 수 있다. 도 10b에 도시된 것과 같이, 보강간섭되는 중간 파장범위는 컬러 보상층(CCL)의 조건에 따라 시프트될 수 있다. 컬러 보상층(CCL)의 두께에 따라 보강간섭되는 중간 파장은 달라질 수 있다. 상쇄간섭 광의 파장에 따른 반사율을 분석한 후 컬러 보상층(CCL)의 두께를 결정할 수 있다.
본 실시예에서 컬러 보상층(CCL)은 실리콘 나이트라이드를 포함할 수 있다. 상기 상쇄간섭 광의 컬러에 따라 실리콘 나이트라이드층의 두께는 결정될 수 있다. 가시광의 범위에서 상기 상쇄간섭 광의 컬러를 보정하기 위해 실리콘 나이트라이드층의 두께는 400 옹스트롱 내지 700 옹스트롱일 수 있다.
도 10c에는 컬러 보상층(CCL)의 유무에 따른 파장 대 반사율의 관계를 도시하였다. POL 그래프와 같이 편광판을 포함하는 표시모듈은 전파장범위에서 낮은 반사율을 갖는다. 즉 최대 반사율과 최소반사율의 편차가 적다. 도 9에 도시된 구조에서 컬러 보상층(CCL)이 제거되면, BMC-SiNx(OÅ)의 그래프와 같이, 반사율 편차가 증가하고, 반사광이 특정한 컬러를 갖는다. BMC-SiNx(600Å)의 그래프와 같이, 실리콘 나이트라이드층을 포함함으로써 전 파장대에서의 반사율 편차가 감소된다. 그에 따라 반사되는 광은 특정한 컬러를 갖지 않을 수 있다.
도 10d에 도시된 시뮬레이션 결과와 같이, 400 옹스트롱 내지 800 옹스트롱인 범위에서 실리콘 나이트라이드층의 두께가 증가될수록 반사되는 광이 CIE 색공간의 중심에 가까워진다. 따라서, 표시패널(DP)로부터 반사되는 광이 특정한 컬러를 갖지 않고, 반사율이 감소됨으로써, Neutral black에 유사한 색감의 반사광을 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DM: 표시모듈 DP: 표시패널
DP-CL: 회로층 DP-OLED: 표시소자층
TFT: 박막봉지층 CP: 봉지기판
PCL: 위상제어층 ARL: 반사방지층

Claims (29)

  1. 암실 공간을 제공하는 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고, 이미지를 표시하는 표시모듈; 및
    상기 이미지를 확대하여 사용자의 안구에 제공하는 광학렌즈를 포함하고, 상기 표시모듈은,
    베이스층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극보다 상기 광학렌즈에 더 인접하게 배치된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 발광소자층;
    상기 제2 전극 상에 배치된 반사방지층; 및
    상기 제2 전극과 상기 반사방지층 사이에 배치되고, 상기 광학렌즈로부터 반사된 이미지의 상기 제2 전극으로부터 반사된 광과 상기 광학렌즈로부터 반사된 이미지의 상기 반사방지층으로부터 반사된 광을 상쇄간섭시키는 위상 제어층을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사방지층은, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 텅스템(W), 망간(Mn), 텔루늄(Te), NixP, CrNx, TiNx, TiAlNx, MoOx 및 CuOx에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반사방지층은 굴절률과 흡수계수의 곱은 1보다 크고 6 보다 작은 물질을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al), 이터븀(Yb), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 구리(Cu), LiF/Ca, LiF/Al, MgAg 및 CaAg에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 반사방지층과 이격되어 배치되며, 상기 발광소자층을 밀봉하는 봉지기판을 더 포함하는 표시장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 위상 제어층 상에 배치된 위상 보정층을 더 포함하고,
    상기 위상 보정층의 굴절률은 상기 위상 제어층의 굴절률보다 작고, 상기 위상 보정층과 상기 봉지기판 사이에 배치된 매질(medium)의 굴절률보다 큰 헤드 장착 표시장치
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 매질은 공기 또는 실링재료인 헤드 장착 표시장치
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 위상 보정층의 굴절률은 1.0보다 크고 2.0보다 작은 표시장치
  9. 제6 항에 있어서,
    제1 굴절률층들 및 상기 제1 굴절률층들과 다른 굴절률들을 갖고 상기 제1 굴절률층들과 교번하게 배치된 제2 굴절률층들을 포함하는 하이브리드층을 더 포함하고,
    상기 봉지기판은 하면 및 상기 하면보다 상기 광학렌즈에 더 인접하게 배치된 상면을 포함하고,
    상기 하이브리드층은 상기 하면 상에 배치된 헤드 장착 표시장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 굴절률층들 각각은 실리콘 옥사이드층, 실리콘 옥시나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층 중 하나를 포함하고, 상기 제2 굴절률층들 각각은 실리콘 옥사이드층, 실리콘 옥시나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층 중 다른 하나를 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 반사방지층 상에 배치되어 상기 발광소자층을 밀봉하는 박막봉지층을 더 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 박막봉지층은 유기층, 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 하부 무기층, 및 상기 유기층 상에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 상부 무기층을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 하부 무기층은 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 하부 무기층 및 상기 제1 하부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 하부 무기층을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 상부 무기층은 상기 유기층 상에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 상부 무기층 및 상기 제1 상부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 상부 무기층을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층 상에 배치되고 제2 상부 무기층과 동일한 물질을 포함하는 제3 상부 무기층을 더 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함하고,
    상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 작은 두께을 갖고,
    상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 작은 두께를 갖는 헤드 장착 표시장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 반사방지층 상에 직접 배치된 컬러 보상층을 더 포함하고, 상기 컬러 보상층은 실리콘 나이트라이드를 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 컬러 보상층의 두께는 400 옹스트롱 내지 800 옹스트롱인 헤드 장착 표시장치.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 바디부, 상기 바디부에 결합되어 상기 암실 공간을 제1 암실 공간과 제2 암실 공간으로 분할하는 격벽, 및 상기 바디부에 결합되어 상기 이미지를 상기 사용자에게 제공하는 제1 투시 윈도우 및 제2 투시 윈도우를 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 표시모듈은 상기 제1 암실 공간에 배치되어 상기 사용자의 제1 안구(eye)에 제1 이미지를 제공하는 제1 표시모듈 및 상기 제2 암실 공간에 배치되어 상기 사용자의 제2 안구에 제2 이미지를 제공하는 제2 표시모듈을 포함하는 헤드 장착 표시장치.
  22. 베이스층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되어 상기 제1 전극보다 먼저 외부의 광을 수신하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 발광소자층;
    상기 제2 전극 상에 배치된 반사방지층;
    상기 제2 전극과 상기 반사방지층 사이에 배치되고, 상기 외부의 광 중 상기 제2 전극으로부터 반사된 제1 반사광과 상기 외부의 광 중 상기 반사방지층으로부터 반사된 제2 반사광을 상쇄간섭시키는 위상 제어층; 및
    상기 반사방지층 상에 배치되고 상기 발광소자층을 밀봉하는 박막봉지층 포함하고,
    상기 박막 봉지층은, 유기층, 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 하부 무기층, 및 상기 유기층 상에 배치되고 상기 유기층보다 큰 굴절률을 갖는 적어도 하나의 상부 무기층을 포함하는 표시모듈.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 하부 무기층은 상기 반사방지층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 하부 무기층 및 상기 제1 하부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 하부 무기층을 포함하는 표시모듈.
  24. 제22 항에 있어서,
    상기 상부 무기층은 상기 유기층 상에 배치되고 제1 굴절률을 갖는 제1 상부 무기층 및 상기 제1 상부 무기층과 상기 유기층 사이에 배치되고 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 상부 무기층을 포함하는 표시모듈.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층 상에 배치되고 제2 상부 무기층과 동일한 물질을 포함하는 제3 상부 무기층을 더 포함하는 표시모듈.
  26. 제24 항에 있어서,
    상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함하고,
    상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 동일한 부피에서 더 많은 산소 원자를 포함하는 표시모듈.
  27. 제24 항에 있어서,
    상기 제2 하부 무기층은 상기 제1 하부 무기층보다 작은 두께을 갖고,
    상기 제2 상부 무기층은 상기 제1 상부 무기층보다 작은 두께를 갖는 표시모듈.
  28. 제22 항에 있어서,
    상기 반사방지층 상에 직접 배치된 컬러 보상층을 더 포함하고, 상기 컬러 보상층은 실리콘 나이트라이드를 포함하는 표시모듈.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 컬러 보상층의 두께는 400 옹스트롱 내지 800 옹스트롱인 표시모듈.

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