KR20180061467A - 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 헤드 장착 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 이격되어 있는 복수개의 화소영역들 및 상기 복수개의 화소영역들 중 이웃하는 화소영역들 사이에 위치하는 복수개의 비화소영역들을 포함하는 기판과, 적어도 일부가 상기 복수개의 화소영역들에 배치된 복수개의 화소전극들과, 상기 복수개의 화소전극들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소영역들 각각의 중앙부에 위치하는 복수개의 비산란영역들과, 상기 복수개의 비산란영역들 중 이웃하는 비산란영역들 사이에 위치하는 복수개의 산란영역들을 갖는 산란층을 구비하는, 디스플레이 장치를 제공한다.
Description
본 발명의 실시예들은 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 헤드 장착 전자 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 헤드 장착 디스플레이(head mounted display, HMD)의 구현 시 고품질의 이미지를 디스플레이하고 광효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 헤드 장착 전자 장치에 관한 것이다.
헤드 장착 디스플레이(head mounted display, HMD) 장치는 사용자의 머리나 눈에 착용되어 사용자에게 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 장치를 의미한다. 최근 웨어러블(wearable) 디바이스에 대한 관심이 높아지면서 안경이나 헬멧의 전면에 마이크로 디스플레이(micro display) 장치를 장착한 형태의 헤드 장착 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이와 같은 헤드 장착 디스플레이 장치는 사용자에게 입체감을 느끼도록 하여 가상현실이나 증강현실을 현장감 있게 구현할 수 있다.
일반적으로 헤드 장착 디스플레이를 구현하기 위해서는, 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 장치 및 상기 이미지를 확대하여 사용자에게 인식되도록 하는 렌즈가 요구된다. 이로써 상대적으로 작은 크기의 디스플레이 장치로 넓은 시야각을 구현할 수 있다.
그러나 종래의 디스플레이 장치의 경우, 렌즈를 이용하여 확대된 이미지의 구현 시 이웃하는 화소들 사이의 영역이 흑색으로 디스플레이되는 격자 현상(screen door effect)이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 상세하게는 헤드 장착 디스플레이의 구현 시 고품질의 이미지를 디스플레이하고 광효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 헤드 장착 전자 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 이격되어 있는 복수개의 화소영역들 및 상기 복수개의 화소영역들 중 이웃하는 화소영역들 사이에 위치하는 복수개의 비화소영역들을 포함하는 기판, 적어도 일부가 상기 복수개의 화소영역들에 배치된 복수개의 화소전극들, 상기 복수개의 화소전극들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소영역들 각각의 중앙부에 위치하는 복수개의 비산란영역들과, 상기 복수개의 비산란영역들 중 이웃하는 비산란영역들 사이에 위치하는 복수개의 산란영역들을 갖는 산란층을 구비하는, 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 복수개의 화소전극들 상에 배치된 복수개의 발광층들, 상기 복수개의 발광층들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소전극들에 대응하는 대향전극, 상기 대향전극과 상기 산란층 사이에 개재된 봉지층을 더 구비할 수 있다.
상기 봉지층은 적층 구조의 적어도 하나의 절연막을 구비하고, 상기 봉지층의 상기 산란층에 가장 인접한 층에 배치된 절연막은 무기막을 포함할 수 있다.
상기 무기막은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
상기 봉지층 및 상기 산란층 사이에 개재된 버퍼층을 더 구비할 수 있다.
상기 봉지층은 적층 구조의 적어도 하나의 절연막을 구비하고, 상기 봉지층의 상기 버퍼층에 가장 인접한 층에 배치된 절연막은 무기막을 포함하며, 상기 버퍼층의 굴절률은 상기 무기막의 굴절률보다 작을 수 있다.
상기 버퍼층의 적어도 일부는 상기 봉지층에 직접 접촉할 수 있다.
상기 봉지층 및 상기 버퍼층 사이에 개재되며, 복수개의 개구들을 갖는 차광층을 더 구비하며, 상기 복수개의 개구들은 상기 산란층의 상기 복수개의 비산란영역들과 중첩할 수 있다.
상기 차광층은 흡광 물질을 포함할 수 있다.
상기 비산란영역들은 상기 산란영역들보다 광산란율이 높을 수 있다.
상기 산란층은 입사광을 산란시키는 산란입자들을 포함하고, 상기 비산란영역들에는 상기 산란입자들이 포함되어 있지 않거나, 상기 비산란영역들에 포함된 산란입자들은 상기 산란영역들에 포함된 산란입자들보다 적을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 서로 이격되어 있는 복수개의 화소영역들 및 상기 복수개의 화소영역들 중 이웃하는 화소영역들 사이에 위치하는 복수개의 비화소영역들을 포함하는 기판, 적어도 일부가 상기 복수개의 화소영역들에 배치된 복수개의 화소전극들, 상기 복수개의 화소전극들 상에 배치된 산란층, 상기 복수개의 화소전극들층 사이에 개재된 봉지층 및 상기 봉지층과 상기 산란층 사이에 개재된 버퍼층;을 구비하고, 상기 봉지층은 적층 구조의 적어도 하나의 절연막을 구비하고, 상기 봉지층의 상기 버퍼층에 가장 인접한 층에 배치된 절연막은 무기막을 포함하며, 상기 버퍼층의 굴절률은 상기 무기막의 굴절률보다 작은, 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 복수개의 화소전극들 상에 배치된 복수개의 발광층들, 상기 복수개의 발광층들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소전극들에 대응하는 대향전극을 더 구비할 수 있다.
상기 무기막은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층의 적어도 일부는 상기 봉지층에 직접 접촉할 수 있다.
상기 산란층은 상기 복수개의 화소영역들 각각의 중앙부에 위치하는 복수개의 비산란영역들과, 상기 복수개의 비산란영역들 중 이웃하는 비산란영역들 사이에 위치하는 복수개의 산란영역들을 갖고, 상기 비산란영역들은 상기 산란영역들보다 광산란율이 높을 수 있다.
상기 산란층은 입사광을 산란시키는 산란입자들을 포함하고, 상기 비산란영역들에는 상기 산란입자들이 포함되어 있지 않거나, 상기 비산란영역들에 포함된 산란입자들은 상기 산란영역들에 포함된 산란입자들보다 적을 수 있다.
상기 봉지층 및 상기 버퍼층 사이에 개재되며, 복수개의 개구들을 갖는 차광층을 더 구비하며, 상기 복수개의 개구들은 상기 산란층의 상기 복수개의 비산란영역들과 중첩할 수 있다.
상기 차광층은 흡광 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 것과 같은 디스플레이 장치, 상기 디스플레이 장치와 대향하며, 상기 디스플레이 장치에 의해 디스플레이되는 이미지를 확대하여 사용자의 안구 방향으로 굴절시키는 렌즈부 및 상기 디스플레이 장치 및 상기 렌즈부를 수용하며, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 프레임을 구비하는, 헤드 장착 전자 장치가 제공된다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 격자 현상, 이미지 블러링(blurring) 등을 개선하여 고품질의 이미지를 디스플레이하고 광효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 헤드 장착 전자 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 일 화소에서의 광의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예 및 그 변형예들에 따른 디스플레이 장치들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 전자 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 일 화소에서의 광의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예 및 그 변형예들에 따른 디스플레이 장치들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 전자 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 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.
본 명세서에서 사용되는 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)는 기판(100), 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 및 산란층(600)을 구비한다.
기판(100)은 글라스재, 금속재, 플라스틱재 등 다양한 재료로 형성되며, 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및 복수개의 비화소영역(NPA)들을 포함한다. 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)은 기판(100) 상에 서로 이격되어 있으며, 화소의 중앙부가 위치하는 영역을 의미한다. 복수개의 비화소영역(NPA)들은 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 사이에 위치하는 영역을 의미한다.
기판(100)의 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)에는 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)이 배치된다. 이때 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)은 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)보다 더 넓은 영역에 배치될 수 있는데, 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)의 적어도 중앙부는 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 내에 위치하게 된다. 한편 복수개의 비화소영역(NPA)들 각각의 적어도 일부에 중첩하도록 화소정의막(180)이 형성된다. 이때 화소정의막(180)은 기판(100)을 중심으로 할 시 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)보다 (+Z 방향으로) 돌출된 형상을 가질 수 있다.
물론 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 및 화소정의막(180) 외에도 기판(100) 상에는 다양한 구성요소들이 더 포함될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 박막트랜지스터(TFT)나 커패시터(Cap)가 배치될 수 있다. 그리고 불순물이 박막트랜지스터(TFT)의 반도체층으로 침투하는 것을 방지하기 위해 형성된 버퍼층(110), 박막트랜지스터(TFT)의 반도체층과 게이트전극을 절연시키기 위한 게이트절연막(130), 박막트랜지스터(TFT)의 소스전극/드레인전극과 게이트전극을 절연시키기 위한 층간절연막(150), 및 박막트랜지스터(TFT)를 덮으며 상면이 대략 평평한 평탄화막(170) 등이나 다른 구성요소들을 구비할 수 있다.
복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)은 (반)투명전극 또는 반사전극일 수 있다. (반)투명전극일 경우, 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)은 예컨대 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3; indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 또는 알루미늄징크옥사이드(AZO; aluminium zinc oxide)를 포함할 수 있다. 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)이 반사전극일 경우에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 화합물 등을 포함하는 반사막과, ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성된 막을 포함할 수 있다. 물론 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)의 구성 및 재료가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
화소정의막(180)은 각 화소들(R, G, B)에 대응하는 개구, 즉 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 각각의 중앙부 또는 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 전체가 노출되도록 하는 개구를 가짐으로써 화소를 정의하는 역할을 할 수 있다. 또한 화소정의막(180)은 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)의 단부와 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 상부의 대향전극(230) 사이의 거리를 증가시킴으로써 화소전극들(210R, 210G, 210B)의 단부에서 아크 등이 발생하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 상에는 중간층들(220R, 220G, 220B)이 배치된다. 중간층들(220R, 220G, 220B)은 발광층을 포함하는 다층 구조일 수 있는데, 이 경우 중간층들(220R, 220G, 220B)은 도시된 바와 달리 일부 층은 기판(100)의 전면(全面)에 대략 대응하는 공통층일 수 있고, 다른 일부 층은 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)에 대응하도록 패터닝된 패턴층일 수 있다. 중간층들(220R, 220G, 220B)은 저분자물질 또는 고분자물질로 형성될 수 있으며, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및/또는 전자주입층 등을 포함할 수 있다. 형성방법은 증착법, 스핀코팅법, 잉크젯프린팅법 및/또는 레이저열전사법 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.
중간층들(220R, 220G, 220B) 상에는 대향전극(230)이 배치된다. 대향전극(230)은 (반)투명 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 대향전극(230)이 (반)투명 전극일 때에는 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물로 형성된 층과 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 (반)투명 도전층을 가질 수 있다. 대향전극(230)이 반사형 전극일 때에는 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물로 형성된 층을 가질 수 있다. 물론 대향전극(230)의 구성 및 재료가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
이로써 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B)과, 이에 대응하여 배치된 대향전극(230)과, 복수개의 화소전극들(210R, 210G, 210B) 및 대향전극(230) 사이에 개재된 중간층들(220R, 220G, 220B)로 구성된 유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)가 디스플레이 소자의 역할을 하게 된다. 물론 본 발명의 실시예들이, 예컨대 액정 디스플레이 소자 등과 같은 다른 형태의 디스플레이 소자를 배제하는 것은 아니다. 그러나 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치가 유기발광 디스플레이 장치인 경우를 중심으로 구체적으로 설명한다.
대향전극(230) 상에는 봉지층(300)이 배치된다. 봉지층(300)은 화소전극들(210R, 210G, 210B), 중간층들(220R, 220G, 220B) 및 대향전극(230)을 포함하는 디스플레이소자들을 외부의 산소나 수분 등과 같은 불순물로부터 보호하는 역할을 한다.
봉지층(300)은 적어도 하나의 무기막과 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 이때 봉지층(300)은 적어도 하나의 무기막과 적어도 하나의 유기막이 교번하여 반복적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 일 실시예로, 봉지층(300)은 적층순서에 따라 제1무기막(311), 제2무기막(312), 제3무기막(313)을 구비하고, 제1무기막(311)과 제2무기막(312) 사이에는 제1유기막(321)이 개재되며, 제2무기막(312)과 제3무기막(313) 사이에는 제2유기막(322)이 개재될 수 있다. 그러나, 봉지층(300)의 구조가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무기막 및 유기막의 개수는 물론이고, 무기막 및 유기막의 적층순서 또한 설계에 따라 적절하게 변형될 수 있다.
봉지층(300)의 유기막들(321, 322)은 고분자로 형성되며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴라카보네이트, 에폭시, 폴리에틸렌 및 폴리아크릴레이트 중 어느 하나로 형성되는 단일막 또는 적층막일 수 있다. 봉지층(300)의 무기막들(311, 312, 313)은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 등을 포함하는 단일막 또는 적층막일 수 있다. 이때 봉지층(300)의 최상층은 무기막으로 형성하여 디스플레이 소자 측으로의 투습, 투산소 등을 효과적으로 방지할 수 있는데, 예컨대 도 1에 도시된 봉지층(300)의 최상층인 제3무기막(313)은 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다.
봉지층(300) 상에는 차광층(400)이 배치된다. 차광층(400)은 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 각각의 중앙부 또는 전체에 위치하는 복수개의 개구들을 가지며, 상기 복수개의 개구들 사이의 영역은 흡광 물질 등으로 충전된다. 이로써 차광층(400)은 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 중 어느 하나로부터 방출된 광의 일부가 인접 화소영역으로 진행하는 것을 차단하여 혼색을 방지함은 물론이고, 동일색 광을 방출하는 인접 화소영역의 방출광에 영향을 끼쳐 이미지가 흐릿해지는 블러링(blurring) 현상 등도 방지할 수 있다.
차광층(400)을 형성하는 흡광 물질로는 블랙 안료를 포함한 유기 물질 등을 들 수 있다. 그러나 반드시 차광층(400)이 흡광 물질로 형성되는 것은 아니며, 크롬, 크롬 산화물 등과 같은 금속 또는 금속 산화물로 형성되어 광을 반사시키는 것도 가능하다. 금속 또는 금속 산화물로 차광층(400)을 형성하는 경우 스퍼터링이나 E-빔 증착법을 이용하여 단일막 또는 적층막 형태로 차광층(400)을 형성할 수 있다.
차광층(400) 상에는 버퍼층(500)이 배치된다. 일 실시예로, 버퍼층(500)은 차광층(400)과의 사이에 아무런 개재층 없이 배치될 수 있고, 따라서 차광층(400)에 형성된 복수개의 개구들을 통해 버퍼층(500)은 봉지층(300)의 최상층인 제3무기막(313)에 직접 접촉하게 된다.
버퍼층(500)은 차광층(400)과 산란층(600)의 사이에 배치되어 차광층(400)의 일 화소영역을 통과한 광이 산란층(600)의 인접 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및/또는 인접 비화소영역(NPA)들까지 진행할 수 있도록 여유 공간을 제공하는 역할을 한다. 이러한 버퍼층(500)은 광이 통과할 수 있도록 투광성 재질을 가짐은 물론이며, 광이 차광층(400)에서 산란층(600)을 향해 비스듬하게 진행할 수 있도록 일정 두께 이상을 가질 필요가 있다.
일 실시예로, 버퍼층(500)은 산란층(600)이 복수개의 개구들을 갖는 차광층(400) 상에 용이하게 배치될 수 있도록 차광층(400)의 요철을 평탄화하는 평탄화층일 수 있다. 따라서 버퍼층(500)은 투명한 재질의 유기막으로 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 버퍼층(500)은 산란층(600)이 차광층(400) 상에 견고하게 부착될 수 있도록 접착층으로 기능할 수도 있다. 이러한 경우 버퍼층(500)은 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA), 광학 투명 접착제(optical clear adhesive, OCA) 등을 포함할 수 있다.
또한, 버퍼층(500)은 봉지층(300)의 최상층인 제3무기막(313)보다 작은 굴절률을 가질 수 있는데, 이에 대한 구체적인 내용은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
버퍼층(500) 상에는 산란층(600)이 배치된다. 산란층(600)은 다수의 산란입자(610)들을 포함하는데, 산란층(600)으로 입사되는 광이 가시광인 경우 산란입자(610)들의 직경은 100nm 이상일 수 있다. 이는 산란입자(610)의 직경이 100nm보다 작은 경우에는 광이 산란되지 않으므로 광이 전반사되어 광효율을 저하시키기 때문이다. 또한, 산란입자(610)의 크기가 과대하면 산란층(600) 내에 분산시키기 어려워지므로, 산란층(600)의 두께를 고려하여 산란입자(610)의 크기가 너무 크지 않도록 조절되어야 함은 물론이다.
산란입자(610)는 TiO2, ZrO2, CeO2, TaO2 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이러한 경우 산란입자(610)의 굴절률은 1.5 내지 3.0일 수 있다. 산란입자(610)의 굴절률이 1.5보다 작은 경우에는 광효율을 향상시키기 어렵고, 산란입자(610)의 굴절률이 3.0보다 큰 경우에는 불투명해져서 광효율을 저하시킬 수 있다.
이와 같은 산란층(600)을 이용함에 따라 버퍼층(500)을 통과하여 산란층(600)의 인접 화소영역들 및/또는 인접 비화소영역(NPA)들로 비스듬하게 입사된 광은, 다수의 산란입자(610)들에 의해 산란될 수 있다. 따라서 비화소영역(NPA)에서도 광의 방출이 발생하여 비화소영역(NPA)이 흑색으로 디스플레이되는 격자 현상(screen door effect)이 개선될 수 있고, 전체 광효율 또한 향상될 수 있다.
일 실시예로, 산란층(600)은 차광층(400)에 대응하도록 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 각각의 중앙부에 위치하는 복수개의 비산란영역들과, 이러한 비산란영역들 중 이웃하는 비산란영역들 사이에 위치하는 복수개의 산란영역들을 가질 수 있다. 여기서 비산란영역이라 함은 산란층(600)에 있어서 광의 산란율이 상대적으로 낮은 영역을 의미하고, 산란영역이라 함은 산란층(600)에 있어서 광의 산란율이 상대적으로 높은 영역을 의미한다. 산란층(600)의 복수개의 비산란영역들은 전술한 차광층(400)의 복수개의 개구들과 중첩될 수 있다. 이로써 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)로부터 정면 방향으로 방출하는 정면광의 경로에 차광층(400)과 같은 개재층 및 산란입자(610)와 같은 개재물이 없으므로 정면광의 광효율은 향상될 수 있다.
일 실시예로, 산란층(600)은 상술한 비산란영역을 개구의 형태로 형성한 것일 수 있다. 구체적으로는, 버퍼층(500) 상에 산란층 형성용 물질을 스트립(strip) 형태로 코팅하여 비산란영역에 대응하는 개구를 갖는 격자 구조를 형성하거나, 버퍼층(500) 상부 전면(全面)에 산란층 형성용 물질을 도포한 후 상기 복수개의 비산란영역들에 대응하는 부분을 패터닝할 수도 있다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 일 화소에서의 광의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)은 적색 화소영역(PAR), 녹색 화소영역(PAG) 및 청색 화소영역(PAB)을 포함할 수 있다. 또한 적색 화소영역(PAR) 및 녹색 화소영역(PAG) 사이와, 녹색 화소영역(PAG) 및 청색 화소영역(PAB) 사이에는 각각 비화소영역(NPA)이 위치하게 된다. 이러한 화소영역 및 비화소영역을 구분하는 방식에는 여러 가지가 있을 수 있으나, 설명의 편의를 위해 광이 방출되는 영역에 해당하는 중간층들(220R, 220G, 220B)이 위치한 영역을 화소영역으로 정의하고, 중간층들(220R, 220G, 220B) 중 이웃하는 중간층들 사이의 영역을 비화소영역(NPA)으로 정의한다.
예컨대 적색광이 방출되는 경우, 적색 화소영역(PAR)의 적색 중간층(220R)으로부터 정면광인 제1광(L1) 및 측면광들(L2, L3, L4, L5)이 방출될 수 있다. 이때 제1광(L1)은 봉지층(300)을 거쳐 차광층(400)의 개구를 통해 버퍼층(500)에 대략 수직으로 입사하게 되고, 이후 그 진행 방향을 그대로 유지한 채 진행하여 산란층(600)의 비산란영역을 통해 디스플레이 장치(1000)의 상부로 방출된다. 이때 차광층(400)의 개구들 및 산란층(600)의 비산란영역들이, 대략적으로 기판(100)의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)의 직상부에 위치함은 전술한 바와 같다.
이와 달리 측면광들(L2, L3, L4, L5)은 봉지층(300)을 거쳐 버퍼층(500)에 비스듬하게 입사하게 되고, 이후 버퍼층(500)과 봉지층(300) 간의 굴절률의 차이로 버퍼층(500)에 입사된 방향과 다른 방향으로 굴절하게 된다.
구체적으로, 측면광들(L2, L3, L4, L5)을 정면광인 제1광(L1)으로부터 멀어지는 순서대로 제2광(L2), 제3광(L3), 제4광(L4)이라 하면, 차광층(400)의 개구를 통과하는 제2광(L2) 및 제3광(L3)은 봉지층(300)과 버퍼층(500)의 경계면(BS1)에서 굴절되어 각각 제2굴절광(L2') 및 제3굴절광(L3')이 된다. 제2굴절광(L2')은 인접 비화소영역(NPA)들 중 적색 화소영역(PAR) 및 녹색 화소영역(PAG) 사이의 비화소영역에 위치하는 산란층(600)의 부분으로 입사하여 제2산란광(L2'')의 형태로 산란된다. 이와 유사하게 제3굴절광(L3') 또한 인접 비화소영역(NPA)들 중 녹색 화소영역(PAG) 및 청색 화소영역(PAB) 사이의 비화소영역에 위치하는 산란층(600)의 부분으로 입사하여 제3산란광(L3'')의 형태로 산란된다. 이에 반해 차광층(400)의 개구가 아닌 부분을 통과하는 제4광(L4) 및 제5광(L5)은 차광층(400)에 흡수되거나 반사되어 버퍼층(500)을 향해 진행하지 못하게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)의 경우, 차광층(400)의 복수개의 개구들을 통과하는 정면광인 제1광(L1)은 산란됨이 없이 그대로 방출되어 정면방향의 광효율이 향상될 수 있다. 또한 차광층(400)의 복수개의 개구들을 통과하는 측면광들인 제2광(L2) 및 제3광(L3)은 산란층(600)의 인접 비화소영역(NPA)들을 통해 방출되어 산란됨으로써 격자 현상 등을 저감시킬 수 있다. 또한 차광층(400)의 개구가 아닌 부분에 입사한 측면광들인 제4광(L4) 및 제5광(L5)은 흡수되거나 반사되어, 인접 화소영역 방출광과의 혼색, 이미지 블러링 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 차광층(400)의 복수개의 개구들을 통과하는 측면광들인 제2광(L2) 및 제3광(L3)이 산란층(600)의 인접 비화소영역(NPA)들까지 원활하게 퍼져 나가기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이 제3무기막(313)과 버퍼층(500)의 경계면(BS1)에서 비교적 큰 각도로 굴절될 필요가 있다.
[수식1]
상기 수식에서 i는 광의 입사각이고, r은 광의 굴절각이며, n1은 광이 입사되는 매질의 굴절률이고, n2는 광이 출사되는 매질의 굴절률이다.
상기 수식에 따르면, 광의 굴절각 r이 증가하기 위해서는, 광이 출사되는 매질의 굴절률인 n2가 광이 입사되는 매질의 굴절률인 n1보다 작아야 한다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이 제2광(L2) 및 제3광(L3)의 입사각이 제2입사각(i2) 및 제3입사각(i3)인 경우, 제2굴절광(L2') 및 제3굴절광(L3')의 굴절각인 제2굴절각(r2) 및 제3굴절각(r3)이 제2입사각(i2) 및 제3입사각(i3)보다 크려면, 광이 출사되는 매질인 버퍼층(500)의 굴절률(n2)이 광이 입사되는 매질인 제3무기막(313)의 굴절률(n1)보다 작아야 한다. 예컨대, 제3무기막(313)은 비교적 굴절률이 큰 실리콘 질화물로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예 및 그 변형예들에 따른 디스플레이 장치들을 개략적으로 도시한 단면도들이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
먼저 도 4를 참조하면, 도 4에 도시된 실시예에 따른 디스플레이 장치(2000)는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리 버퍼층이 생략되고, 차광층(400) 상에 바로 산란층(601)이 배치된다. 예컨대, 산란층(601)은 다수의 산란입자(610)들이 포함된 투광성 접착제를, 필름 형태로 코팅하거나 차광층(400) 상부 전면(全面)에 도포한 후 패터닝한 것일 수 있다. 본 실시예의 디스플레이 장치(2000)는 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)의 크기가 작고, 봉지층(300)의 두께가 상대적으로 두꺼운 경우에 적용될 수 있다. 즉, 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)이 비교적 밀집되도록 형성됨으로써 광이 인접 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및/또는 인접 비화소영역(NPA)들에 도달하기 용이해지고, 광이 퍼지기 위한 여유 공간을 봉지층(300)이 제공하게 되므로, 버퍼층과 같은 개재층이 생략될 수 있는 것이다.
다음으로 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 디스플레이 장치들(3000, 3001, 3002)은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리 산란층(602, 602', 602")이 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및 복수개의 비화소영역(NPA)들에 걸쳐 배치될 수 있다. 예컨대, 산란층(602, 602', 602")은 다수의 산란입자(610)들이 포함된 투광성 필름을 버퍼층(500) 상에 코팅한 것일 수 있다.
그 중 도 5a에 도시된 실시예에 따른 디스플레이 장치(3000)는, 복수개의 비화소영역(NPA)들 뿐 아니라 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)에도 산란입자(610)들이 포함되어 있다. 따라서 본 실시예의 경우, 정면방향의 광효율은 다소 떨어질 수 있으나, 버퍼층(500)의 두께나 버퍼층(500) 굴절률과 제3무기막(313) 굴절률의 차이를 적절히 조절하게 되면, 광이 인접 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및/또는 인접 비화소영역(NPA)들로 더 많이 진행되어 오히려 전체 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 5b에 도시된 실시예에 따른 디스플레이 장치(3001)는, 도 5a에 도시된 실시예의 변형예이다. 즉, 본 실시예의 산란층(602')은 산란입자(610)들이 포함되어 있는 부분과 그렇지 않은 부분으로 나뉘며, 산란층(602') 중 산란입자(610)들이 포함되어 있는 부분은 기판(100)의 비화소영역(NPA)들에 대응하는 산란영역들을 의미하고, 산란층(602') 중 산란입자(610)들이 포함되어 있지 않은 부분은 기판(100)의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)에 대응하는 비산란영역들을 의미한다. 이로써 산란층(602')의 산란영역들은 산란층(602')의 비산란영역들보다 광산란율이 높을 수 있다.
도 5c에 도시된 실시예에 따른 디스플레이 장치(3002)는, 이 또한 도 5a에 도시된 실시예의 변형예이나, 비산란영역들에도 산란입자(610)가 포함되어 있다는 점에서 도 5b에 도시된 실시예와 차이가 있다. 구체적으로, 본 실시예의 산란층(602")은 산란입자(610)들이 상대적으로 많이 포함되어 있는 부분과 상대적으로 적게 포함되어 있는 부분으로 나뉘며, 산란층(602") 중 산란입자(610)들이 상대적으로 많이 포함되어 있는 부분은 산란영역들을 의미하고, 산란층(602") 중 산란입자(610)들이 상대적으로 적게 포함되어 있는 부분은 비산란영역들을 의미한다. 여기서 산란영역들은 산란층(602") 중 기판(100)의 비화소영역(NPA)들에 대응하는 영역들이고, 비산란영역들은 산란층(602") 중 기판(100)의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)에 대응하는 영역들을 의미함은 물론이다. 이로써 산란층(602")의 산란영역들은 산란층(602")의 비산란영역들보다 광산란율이 높을 수 있다.
따라서 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같은 산란층들(602', 602")을 형성하기 위해, 산란층들(602', 602")의 산란영역들과 비산란영역들 각각에 주입하는 산란입자(610)의 개수가 달라질 수 있다. 또한, 산란영역들 내에서 또는 비산란영역들 내에서도 요구되는 광효율에 따라 산란입자(610)의 수를 적절히 달리 할 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하면, 도 6에 도시된 실시예에 따른 디스플레이 장치(4000)는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리 버퍼층이 생략될 수 있고, 산란층(603)이 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및 복수개의 비화소영역(NPA)들에 걸쳐 배치될 수 있다. 예컨대, 산란층(603)은 다수의 산란입자(610)들이 포함된 투광성 접착제를, 필름 형태로 코팅하거나 차광층(400) 상부 전면(全面)에 도포한 후 패터닝한 것일 수도 있다. 본 실시예의 디스플레이 장치(4000)의 경우 복수개의 화소영역들(PAR, PAG, PAB)의 크기가 작고, 봉지층(300)의 두께가 상대적으로 두꺼운 경우에 적용될 수 있으며, 정면방향의 광효율이 다소 떨어질 수 있으나, 광이 인접 화소영역들(PAR, PAG, PAB) 및/또는 인접 비화소영역(NPA)들로 더 많이 진행되도록 유도함으로써 오히려 전체 광효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 실시예 또한, 전술한 도 5b 및 도 5c에 도시된 것과 유사하게 산란층(603)에 있어서 산란영역들의 산란입자(610)의 개수와 비산란영역들의 산란입자(610)의 개수가 서로 다르도록 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 전자 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착 전자 장치(10)는, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상술한 것과 같은 디스플레이 장치를 수용하는 정면 프레임(1) 및 정면 프레임(1)의 양 측면에 배치되어 사용자의 머리에 장착될 수 있는 측면 프레임(2)을 포함할 수 있다. 여기서 헤드 장착 전자 장치라 함은, 사용자의 신체에 장착될 수 있고 이미지를 디스플레이할 수 있는 장치로서, 사용자가 근거리에서 이러한 장치에서 디스플레이되는 이미지를 관찰할 수 있도록 하는 장치라면 그 일반적인 명칭이나 형태 등에도 불구하고 본 발명에서 의미하는 헤드 장착 전자 장치에 포함될 수 있다. 예컨대, 스마트 글래스(smart glasses), 헬멧 마운트 디스플레이 장치, 컴퓨터 증강현실(computer-mediated reality) 장치, 혼합현실(mixed reality) 장치, 헤드업 디스플레이(head-up display) 장치, 초슬림 NED(near-eye display) 장치 또는 웨어러블 디스플레이(wearable display) 장치 등도 그 명칭에도 불구하고 본 발명에 포함된다고 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 격자 현상, 이미지 블러링 등을 개선하여 고품질의 이미지를 디스플레이하고 광효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 헤드 장착 전자 장치를 구현할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 헤드 장착 전자 장치
100: 기판
200: 디스플레이부
300: 봉지층
400: 차광층
500: 버퍼층
600, 601, 602, 602', 602", 603: 산란층
610: 산란입자
1000, 2000, 3000, 3001, 3002, 4000: 디스플레이 장치
100: 기판
200: 디스플레이부
300: 봉지층
400: 차광층
500: 버퍼층
600, 601, 602, 602', 602", 603: 산란층
610: 산란입자
1000, 2000, 3000, 3001, 3002, 4000: 디스플레이 장치
Claims (20)
- 서로 이격되어 있는 복수개의 화소영역들 및 상기 복수개의 화소영역들 중 이웃하는 화소영역들 사이에 위치하는 복수개의 비화소영역들을 포함하는 기판;
적어도 일부가 상기 복수개의 화소영역들에 배치된 복수개의 화소전극들;
상기 복수개의 화소전극들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소영역들 각각의 중앙부에 위치하는 복수개의 비산란영역들과, 상기 복수개의 비산란영역들 중 이웃하는 비산란영역들 사이에 위치하는 복수개의 산란영역들을 갖는 산란층;을 구비하는, 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 화소전극들 상에 배치된 복수개의 발광층들;
상기 복수개의 발광층들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소전극들에 대응하는 대향전극;
상기 대향전극과 상기 산란층 사이에 개재된 봉지층;을 더 구비하는, 디스플레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 봉지층은 적층 구조의 적어도 하나의 절연막을 구비하고,
상기 봉지층의 상기 산란층에 가장 인접한 층에 배치된 절연막은 무기막을 포함하는, 디스플레이 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 무기막은 실리콘 질화물을 포함하는 디스플레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 봉지층 및 상기 산란층 사이에 개재된 버퍼층을 더 구비하는, 디스플레이 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 봉지층은 적층 구조의 적어도 하나의 절연막을 구비하고,
상기 봉지층의 상기 버퍼층에 가장 인접한 층에 배치된 절연막은 무기막을 포함하며,
상기 버퍼층의 굴절률은 상기 무기막의 굴절률보다 작은, 디스플레이 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 버퍼층의 적어도 일부는 상기 봉지층에 직접 접촉하는 디스플레이 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 봉지층 및 상기 버퍼층 사이에 개재되며, 복수개의 개구들을 갖는 차광층;을 더 구비하며,
상기 복수개의 개구들은 상기 산란층의 상기 복수개의 비산란영역들과 중첩하는, 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 차광층은 흡광 물질을 포함하는 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 비산란영역들은 상기 산란영역들보다 광산란율이 높은, 디스플레이 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 산란층은 입사광을 산란시키는 산란입자들을 포함하고,
상기 비산란영역들에는 상기 산란입자들이 포함되어 있지 않거나, 상기 비산란영역들에 포함된 산란입자들은 상기 산란영역들에 포함된 산란입자들보다 적은, 디스플레이 장치. - 서로 이격되어 있는 복수개의 화소영역들 및 상기 복수개의 화소영역들 중 이웃하는 화소영역들 사이에 위치하는 복수개의 비화소영역들을 포함하는 기판;
적어도 일부가 상기 복수개의 화소영역들에 배치된 복수개의 화소전극들;
상기 복수개의 화소전극들 상에 배치된 산란층;
상기 복수개의 화소전극들층 사이에 개재된 봉지층; 및
상기 봉지층과 상기 산란층 사이에 개재된 버퍼층;을 구비하고,
상기 봉지층은 적층 구조의 적어도 하나의 절연막을 구비하고, 상기 봉지층의 상기 버퍼층에 가장 인접한 층에 배치된 절연막은 무기막을 포함하며,
상기 버퍼층의 굴절률은 상기 무기막의 굴절률보다 작은, 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수개의 화소전극들 상에 배치된 복수개의 발광층들;
상기 복수개의 발광층들 상에 배치되며, 상기 복수개의 화소전극들에 대응하는 대향전극;을 더 구비하는, 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 무기막은 실리콘 질화물을 포함하는 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 버퍼층의 적어도 일부는 상기 봉지층에 직접 접촉하는 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 산란층은 상기 복수개의 화소영역들 각각의 중앙부에 위치하는 복수개의 비산란영역들과, 상기 복수개의 비산란영역들 중 이웃하는 비산란영역들 사이에 위치하는 복수개의 산란영역들을 갖고,
상기 비산란영역들은 상기 산란영역들보다 광산란율이 높은, 디스플레이 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 산란층은 입사광을 산란시키는 산란입자들을 포함하고,
상기 비산란영역들에는 상기 산란입자들이 포함되어 있지 않거나, 상기 비산란영역들에 포함된 산란입자들은 상기 산란영역들에 포함된 산란입자들보다 적은, 디스플레이 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 봉지층 및 상기 버퍼층 사이에 개재되며, 복수개의 개구들을 갖는 차광층;을 더 구비하며,
상기 복수개의 개구들은 상기 산란층의 상기 복수개의 비산란영역들과 중첩하는, 디스플레이 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 차광층은 흡광 물질을 포함하는 디스플레이 장치. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 디스플레이 장치;
상기 디스플레이 장치와 대향하며, 상기 디스플레이 장치에 의해 디스플레이되는 이미지를 확대하여 사용자의 안구 방향으로 굴절시키는 렌즈부; 및
상기 디스플레이 장치 및 상기 렌즈부를 수용하며, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 프레임;을 구비하는, 헤드 장착 전자 장치.
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