KR20200043794A - 개인 몰입형 광학장치, 표시패널 및 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개인 몰입형 광학장치, 표시패널 및 표시장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 의한 개인 몰입형 표시장치는 다수의 서브픽셀들 중에서 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하며 표시패널의 내측 또는 외측에 배치된 픽셀측 변환부와 픽셀측 변환부를 통과한 빛을 집중시키는 동공측 변환부를 포함한다.

Description

개인 몰입형 광학장치, 표시패널 및 표시장치{PERSONAL IMMERSIVE OPTICAL DEVICE, DISPLAY PANEL AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은 개인 몰입형 광학장치, 표시패널 및 표시장치에 관한 기술이다.

가상 현실(virtual reality)이란, 입체 영상 기술을 이용하여 실제 현실과 유사하게 느껴지도록 만들어진 특정한 환경 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 VR 글래스(VR Glasses) 또는 "개인 몰입형 표시장치"라고 표현하기도 한다.

한편, 개인 몰입형 표시장치를 구성하기 위해서는 양안에 배치되는 표시패널의 구성이 필요하다. 특히, 개인 몰입형 표시장치의 표시패널과 눈과의 거리는 매우 짧다. 따라서, 개인 몰입형 표시장치의 표시패널은 초점거리를 맞추도록 구성되는 것이 필요하다.

뿐만 아니라, 표시패널 역시 개인 몰입형 표시장치 내에서 영상을 제공하기 위해서는 초점거리를 줄이고 또한 영상을 선명하게 제공하기 위한 구성이 필요하다.

이에 본 명세서에서는 개인 몰입형 표시장치에서 영상을 제공하기 위한 표시패널의 특징 및 이를 적용한 표시장치에 대해 살펴본다.

본 명세서에서는 개인 몰입형 표시장치에 있어서 전체적인 크기를 줄여 슬림한 구성을 제공하고자 한다.

본 명세서에서는 개인 몰입형 표시장치에 있어서 어지러움이 없는 3차원 영상을 구현하고자 한다.

본 명세서에서는 망막에 영상이 맺히도록 영상을 집중시켜 선명한 3차원 영상을 제공하고자 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 개인 몰입형 표시장치는 다수의 서브픽셀들 중에서 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하며 표시패널의 내측 또는 외측에 배치된 픽셀측 변환부와 픽셀측 변환부를 통과한 빛을 집중시키는 동공측 변환부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 개인 몰입형 표시패널은 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하는 픽셀측 변환부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 개인 몰입형 표시패널은 서브픽셀 상에 봉지층이 배치되며, 봉지층에는 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하는 픽셀측 변환부와 픽셀측 변환부 상에 배치된 커버기판을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 개인 몰입형 광학장치는 다수의 서브픽셀들이 배치된 표시패널의 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하는 픽셀측 변환부와 픽셀측 변환부를 통과한 빛을 집중시키는 동공측 변환부를 포함한다.

본 발명의 실시예를 적용할 경우, 표시패널을 구성하는 서브픽셀의 빛의 출광을 직진광 및 집중광으로 변환시켜 3차원 영상을 선명하게 출력할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예를 적용할 경우, 서브픽셀 단위로 빛의 경로를 제어하여 표시장치의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예를 적용할 경우, 망막에 영상이 맺히도록 하여 시각적 어지러움을 제거하고 장시간 3차원 영상을 시청할 수 있다.

본 발명의 효과는 전술한 효과에 한정되지 않으며, 본 발명의 당업자들은 본 발명의 구성에서 본 발명의 다양한 효과를 쉽게 도출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 개인 몰입형 표시장치의 착용 형태를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부를 프리즘으로 구성한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 상에 마이크로 렌즈가 배치된 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 상에 마이크로 프리즘이 배치된 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 상에 직선형의 프리즘이 배치된 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 동공측 변환부로 볼록 렌즈가 포함된 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 동공측 변환부로 프레넬 렌즈가 포함된 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부와 다양한 종류의 동공측 변환부가 결합한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 동공측 변환부와 표시패널의 결합을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 동공측 변환부를 표시패널에 맞추어 절단한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 내에 광학 소자들이 배치된 구성을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 소자들이 배치된 구성을 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 이하 표시장치에 배치되는 발광 다이오드 소자는 마이크로 LED 칩 또는 줄여서 LED 칩 등으로도 지칭될 수 있으나 모두 동일한 구성을 지시한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 개인 몰입형 표시장치의 착용 형태를 보여주는 도면이다.

개인 몰입형 표시장치(10)는 눈 앞에 안정적으로 착용될 수 있도록 밴드들(BD)에 의해 고정된다. 그리고 표시장치(10)의 전단에는 표시패널과 선택적으로 표시패널의 영상을 동공으로 출력하도록 빛의 방향이나 거리를 제어하는 렌즈 등이 배치된다.

도 1과 같은 개인 몰입형 표시장치(10)는 여러 가지 광학 시스템에 의해 두꺼운 형태를 가질 수 있으며, 이로 인해 웨어러블(Wearable) 기기의 착용감 및 디자인의 한계가 존재할 수 있다. 그리고 양안 시차만을 고려할 경우 3D 디스플레이의 고정된 초점거리로 인하여 어지럼증이 발생할 수 있다.

따라서, 본 명세서에서는 유기 발광 표시패널(Organic Light Emitting Display Panel), 액정표시패널(Liquid Crystal Display Panel), 전계 발광 표시패널(Electro Luminescent Display Panel) 등의 표시패널을 개인 몰입형 표시장치에 적용함에 있어서, 각 픽셀에서 방사되는 빛이 망막에 투영되도록 빛의 방향을 조절하는 구성을 제공한다.

일 실시예로, 각 픽셀 또는 서브픽셀(서브화소)의 크기에 대응하여 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array, MLA)를 표시패널에 결합 또는 부착시켜, 각 픽셀 또는 서브픽셀에서 방출되는 빛이 평행광이 되도록 할 수 있다. 또한, MLA 전면에 볼록 렌즈를 부착하여 빛이 눈의 동공 중심에 초점이 맺히도록 하고, 상이 망막에 투영되도록 할 수 있다.

이를 위해 먼저 각 픽셀의 광을 직진광으로 변환시키는 픽셀측 변환부의 구성에 대해 살펴본다. 다음으로, 직진광을 동공으로 집중시키는 동공측 변환부의 구성에 대해 살펴본다.

본 명세서에서는 픽셀측 변환부를 포함하는 표시패널을 살펴본다. 그리고 픽셀측 변환부와 동공측 변환부가 결합된 광학 장치에 대해 살펴본다. 그리고 표시패널, 픽셀측 변환부, 동공측 변환부를 포함하는 표시장치에 대해 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2는 RGB 픽셀을 표시한 도면이다. RGB 픽셀은 다양한 표시패널로 적용할 수 있다. LCD, OLED, u-LED로 제작된 스마트폰 또는 소형의 디스플레이가 이에 해당할 수 있다.

R/G/B 서브 픽셀 각각은 TFT에 연결된 제1전극, 예를 들어 애노드 전극(Anode, AN)와, 발광층(Emission layer, EM), 그리고 제2전극, 예를 들어 캐소드 전극(Cathod, CATH)으로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널은 기판(SUB) 상에 각 서브픽셀 별로 AN/EM/CATH들이 오목한 형상으로 배치되도록 구성한다. 보다 상세히, 픽셀측 변환부를 향하여 서브픽셀은 오목한 형태를 가진다. 이는 표시패널의 각 서브픽셀들의 빛의 확산 범위를 줄이도록 한다. 그리고 이들 서브픽셀들 각각에 대응하여 픽셀측 변환부(200r, 200g, 200b)가 배치된다.

서브픽셀이 오목한 형상을 가지기 위해서는 패시베이션(Passivation)을 애칭하여 오목한 형태가 되도록 구성할 수 있다. 일 실시예로 OLED 표시패널인 경우, OLED의 발광층(EM)과 이를 발광시키는 전극들(AN, CATH)의 증착은 다양한 방식으로 구성할 수 있다.

그리고 증착을 통해 유기발광층(EM)을 발광시키는 제1전극(AN), 제1전극(AN) 상에 배치된 유기발광층(EM), 유기발광층(EM) 상에 배치된 제2전극(CATH)이 오목한 형상을 유지하여 서브픽셀이 출광하는 빛이 확산하지 않고 중심을 향하도록 한다.

도시된 바와 같이 순차적으로 제1전극(AN), 발광층(EM), 제2전극(CATH)를 증착할 수 있다. 또는 도 2에서 제2전극(CATH)는 좌우 서브픽셀들에서 전기적으로 연결되도록 구성할 수 있다. 또는 제2전극은 면전극으로 배치되며 서브픽셀의 영역에서 오목한 형태를 유지할 수 있다.

픽셀측 변환부(200r, 200g, 200b)는 각 서브픽셀에서 출력된 광을 직진광으로 변환시킨다. 이들은 초점거리(L)에 해당하도록 서브픽셀과 거리를 유지할 수 있다. 일반적인 표시패널인 경우에는 서브픽셀의 광이 직진광이 되면 서브픽셀 별 경계가 명확하게 드러날 수 있다. 그러나 눈에 근접하게 배치되는 표시패널의 경우 이들 광을 직진광으로 변환하면 이를 다시 동공에 집중시킬 경우 보다 명확한 영상을 출력하게 된다.

직진광을 형성하기 위해서 표시패널에 일체로 픽셀측 변환부를 서브픽셀 별로 배치할 수 있다. 이때, 픽셀측 변환부를 구성하는 마이크로 렌즈는 서브 픽셀의 크기에 대응할 수 있다. 또는 표시패널의 외부 면에 픽셀측 변환부를 구현하는 필름을 결합시킬 수 있다.

또 다른 실시예로, 도 2에서 오목하게 배치된 서브픽셀의 구조에 의해, 초점거리(L) 보다 짧은 거리로 마이크로 렌즈를 배치하는 경우라도 평행광으로 출력할 수 있다. 이 경우, 인셀(In cell) 형태의 포토 공정을 이용하여 OLED 인캡슐레이션(OLED encapsulation) 상에 제작 가능하여 슬림한 구조로 표시패널을 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부를 프리즘으로 구성한 도면이다. 앞서 도 2에서는 픽셀측 변환부(200r, 200g, 200b)가 마이크로 렌즈의 형상으로 배치된 구성이었다.

도 3은 픽셀측 변환부(201r, 201g, 201b)가 마이크로 프리즘의 형태로 배치된다. 이들은 초점거리(L)에 해당하도록 서브픽셀과 거리를 유지할 수 있다. 마이크로 프리즘은 각 픽셀 별로 사각뿔의 형태를 가질 수 있다. 또는 다른 실시예로 마이크로 프리즘은 세로 방향 또는 가로 방향으로 길게 배치될 수 있다.

도 2 및 도 3의 픽셀측 변환부(200r, 200g, 200b, 201r, 201g, 201b)는 표시패널의 외부에 애드온(Add-on) 형태로 배치될 수 있다. 다른 실시예로, 각 서브픽셀에 픽셀측 변환부가 일체형으로 결합될 수 있다. 이 경우, 표시패널을 제조하는 공정 과정에서 픽셀측 변환부를 서브픽셀별로 배치할 수 있다.

픽셀측 변환부는 하나의 필름 형태로 표시패널 상에 배치될 수 있다. 또는 픽셀측 변환부는 표시패널 내에 일체로 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 상에 마이크로 렌즈가 배치된 구성을 보여주는 도면이다. 각 렌즈의 크기는 서브픽셀(SP)의 크기에 대응하도록 구성된다. 표시패널(100) 상에 픽셀측 변환부(210a)가 배치된다. 여기서 픽셀측 변환부(210a)는 지시하는 바와 같이 하단의 표시패널(100)의 각각의 서브픽셀들(SP)에 대응하는 각각의 마이크로 렌즈들이 배치된 구성이다.

도 4는 서브픽셀의 크기가 직사각형인 경우 이에 대응하여 마이크로 렌즈가 형성된 구성이다. 후술할 도 10에서는 서브픽셀의 크기가 사각형인 경우 마이크로 렌즈가 원형으로 형성된 구성이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 상에 마이크로 프리즘이 배치된 구성을 보여주는 도면이다. 각 프리즘의 크기는 서브픽셀(SP)의 크기에 대응하도록 구성된다. 표시패널(100) 상에 픽셀측 변환부(210b)가 배치된다. 여기서 픽셀측 변환부(210b)는 지시하는 바와 같이 하단의 표시패널(100)의 각각의 서브픽셀들(SP)에 대응하는 각각의 마이크로 프리즘들이 배치된 구성이다.

도 5는 서브픽셀의 크기가 직사각형인 경우 이에 대응하여 마이크로 프리즘이 형성된 구성이다. 후술할 도 11에서는 서브픽셀의 크기가 사각형인 경우 마이크로 프리즘이 정사각형으로 형성된 구성이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 상에 직선형의 프리즘이 배치된 구성을 보여주는 도면이다. 좌우 측으로 발산되는 빛을 막기 위해 도 6의 화살표 방향으로 길게 프리즘을 배치할 수 있다. 각 프리즘의 폭은 서브픽셀(SP)의 폭에 대응하도록 구성된다.

그리고 프리즘의 길이는 전체 표시패널의 길이에 대응하거나, 혹은 둘 이상의 서브픽셀(SP)의 길이에 대응할 수 있다. 표시패널(100) 상에 프리즘을 포함하는 픽셀측 변환부(210c)가 배치된다. 여기서 픽셀측 변환부(210c)는 지시하는 바와 같이 하단의 표시패널(100)의 화살표 방향의 다수의 서브픽셀들(SP)에 대응하여 각각의 마이크로 프리즘들이 배치된 구성이다.

도 4 내지 도 6에서 살펴본 픽셀측 변환부(210a, 210b, 210c)은 서브픽셀의 크기에 1:1로 대응하거나(도 4 및 도 5), 특정한 방향의 서브픽셀들 둘 이상의 크기에 대응하도록(도 6) 배치된다. 픽셀측 변환부는 서브픽셀 별로 방출하는 방사광을 직진하는 광(또는 평행하는 광)으로 변환한다.

일 실시예로 필름 상에 각 서브픽셀에 해당하는 크기를 갖는 렌즈나 프리즘을 제작할 수 있으며, 렌즈나 프리즘이 형성된 픽셀측 변환부는 애드온(add-on) 형태로 표시패널(100)에 부착할 수 있다.

픽셀측 변환부와 표시패널의 발광체(서브픽셀들)의 거리는 렌즈의 경우 렌즈 초점거리(L)에 해당하여 10~30um의 오더를 가질 수 있다. 프리즘의 경우에도 유사한 크기의 거리를 가질 수 있다.

물론, 표시패널(100) 내에 픽셀측 변환부가 포함되도록 표시패널(100)을 제조할 수 있다. 예를 들어, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 렌즈나 프리즘을 각 서브픽셀 상에 일체로 배치할 수 있다.

서브픽셀의 폭 또는 서브픽셀의 폭 및 높이에 모두 대응하도록 렌즈 또는 프리즘을 배치할 경우, 하나의 렌즈(프리즘)에 하나의 서브 픽셀이 존재한다. 그 결과 렌즈의 초점거리 상에 표시패널의 서브픽셀이 배치되며 렌즈를 통과한 빛은 중첩되지 않고 평행광으로 출사된다.

또한 렌즈나 프리즘의 크기가 픽셀 사이즈 정도이므로 초점거리가 짧아지며, 표시패널 내에 삽입하거나 표시패널에 애드온 방식으로 부착할 수 있다.

정리하면 다음과 같다. 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부가 표시패널 상에 결합된 구성을 보여주는 도면이다. 다수의 서브픽셀이 표시패널(100)에 배치되고, 표시패널의 내측 또는 외측에 픽셀측 변환부(210a, 210b, 210c)가 배치된다. 일 실시예로 표시패널(100)은 기판(도 2의 SUB) 상에 오목한 형태로 배치된 다수의 서브픽셀들을 포함할 수 있다.

이들 픽셀측 변환부(210a, 210b, 210c)는 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함한다. 예를 들어 도 4의 경우에는 1개의 서브픽셀에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈가 광학소자로 각각 배치되며, 도 5의 경우에는 1개의 서브픽셀에 대응하여 하나의 마이크로 프리즘이 광학소자로 각각 배치된다.

도 6의 경우에는 광학소자로 마이크로 프리즘이 배치되는데, 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 서브픽셀들에 대응하여 하나의 마이크로 프리즘이 배치될 수 있다.

다음으로 동공측 변환부에 대해 살펴본다. 동공측 변환부는 표시패널(100)에서 출광된 빛을 동공으로 집중시키도록 한다. 일 실시예로 도 4 내지 도 6에서 살펴본 픽셀측 변환부(210a, 210b, 210c)를 통과한 빛을 하나의 특정한 지점(동공 또는 망막 등)으로 집중시킨다.

이를 위해 동공측 변환부는 볼록 렌즈(convex lens)를 일 실시예로 한다. 또는 동공측 변환부는 프레넬 렌즈(Fresnel lens), 회절광학소자(Diffractive Optical Element, DOE), 홀로그래픽 광학소자(holographic optical element, HOE) 등을 일 실시예로 한다. 이들 광학 소자들의 재료는 플라스틱이거나 글래스가 될 수 있다. 동공측 변환부의 광학 소자 역시 필름 형태로도 제작될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 동공측 변환부로 볼록 렌즈가 포함된 도면이다.

다수의 서브픽셀들이 배치된 표시패널(100)과 표시패널(100)에 결합하여 서브픽셀의 발산광을 직선광으로 변환하는 픽셀측 변환부(200)가 배치된다. 그리고 픽셀측 변환부(200)에서 발생한 평행광들을 눈동자(20)로 집중시키기 위해 집중광으로 변환하는 동공측 변환부로 볼록 렌즈(310)가 배치되었다.

볼록 렌즈(310)는 눈동자(20)의 동공 중심에 초점이 맺히도록 하는 광이 눈동자(20)의 수정체의 두께에 상관없이 망막에 선명하게 맺히도록 한다. 그 결과 동공측 변환부의 구성으로 표시패널(100)에서 출력된 빛은 레티나 디스플레이(Retina Display) 에서 출력된 빛과 같이 선명하게 인지될 수 있다.

볼록 렌즈(310) 외에도 다양한 광학 소자들이 표시패널(100)의 광을 집중광으로 변환시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 동공측 변환부로 프레넬 렌즈가 포함된 도면이다. 프레넬 렌즈(320)가 배치된 경우이다. 이외에도 회절 광학 소자(DOE), 홀로그래픽 광학소자(HOE) 등이 프레넬 렌즈(320)와 같은 방식으로 결합될 수 있다.

그리고 전술한 픽셀측 변환부와 동공측 변환부는 일체로 결합하여 하나의 광학 소자로 구성할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀측 변환부와 다양한 종류의 동공측 변환부가 결합한 도면이다. 동공측 변환부는 픽셀측 변환부와 일체로 결합하여 하나의 광학 장치를 구성할 수 있다.

또한, 픽셀측 변환부 역시 표시패널의 외측면에 애드온 형태로 결합될 수 있다.

31은 볼록 렌즈인 동공측 변환부(310)와 마이크로 렌즈로 구성된 픽셀측 변환부(210a)가 결합한 도면이다.

32는 프레넬 렌즈인 동공측 변환부(320)와 마이크로 렌즈로 구성된 픽셀측 변환부(210a)가 결합한 도면이다.

33은 회절 광학 소자(DOE)인 동공측 변환부(330)와 프리즘으로 구성된 픽셀측 변환부(210b)가 결합한 도면이다.

도 9의 31, 32, 33을 실시예로 하는 픽셀측 변환부와 동공측 변환부로 구성되는 개인 몰입형 광학장치는 별도로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 광학장치들은 표시패널과 별도로 인접하게 배치될 수도 있고 표시패널에 접착하듯이 결합될 수도 있다.

이하 도 10 및 도 11에서 동공측 변환부와 픽셀측 변환부의 결합을 살펴본다. 설명의 편의를 위해 픽셀측 변환부의 마이크로 렌즈나 마이크로 프리즘의 크기가 다소 크게 도시되었다. 그러나, 이들 마이크로 렌즈나 마이크로 프리즘은 실제 구현될 경우 서브픽셀의 크기에 대응하여 구성된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 동공측 변환부와 표시패널의 결합을 보여주는 도면이다.

도 10의 320a는 프레넬 렌즈의 수직 절단면을 보여주며, 320b는 프레넬 렌즈의 전면을 보여준다. 프레넬 렌즈의 원형에 대응하여 표시패널과 이를 포함하는 픽셀측 변환부가 원형으로 구성될 수 있다. 픽셀측 변환부(210a)는 마이크로 렌즈의 형태로 구성될 수 있다. 물론, 마이크로 프리즘들이 마이크로 렌즈 대신 배치될 수 있다. 픽셀측 변환부(210a)은 표시패널(100)과 결합된 상태이다.

도 10의 320b와 210a가 일체로 접착할 경우, 양쪽 동공에 맞추어 배치될 수 있다. 또는 320b는 210a와 이격하여 배치될 수 있다. 이 경우에도 양쪽 동공에 맞추어 배치될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 동공측 변환부를 표시패널에 맞추어 절단한 도면이다.

320b는 프레넬 렌즈의 전면을 보여준다. 35는 프레넬 렌즈(320b)이 결합하는 표시패널의 크기이다. 표시패널이 사각형인 경우, 프레넬 렌즈(320b)를 35에서 지시하는 선을 따라 컷팅한다. 그 결과 320c에서 지시하는 바와 같이 프레넬 렌즈는 표시패널과 동일한 크기의 직사각형 형상을 가질 수 있다.

그리고 픽셀측 변환부(210b)는 마이크로 프리즘의 형태로 구성될 수 있다. 물론, 마이크로 렌즈들이 마이크로 프리즘 대신 배치될 수 있다. 픽셀측 변환부(210b)은 표시패널(100)과 결합된 상태이다.

도 11의 경우, 일반적인 스마트폰에 활용할 수 있도록 동공측 변환부를 사각형으로 절단하여 사용할 수 있다.

물론, 동공측 변환부 역시 인셀(In cell) 형태로 포토 공정을 이용하여 OLED 인캡슐레이션 상에 제작할 수도 있다.

도 10 및 도 11의 동공측 변환부와 픽셀측 변환부는 일체로 결합할 수도 있고, 별도로 구성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 보여주는 도면이다. 밴드(BD)는 표시장치(10)를 고정시키는 구성요소이며 백커버(BC)는 표시패널(100r, 100l)을 포함하는 디스플레이 모듈(DM)과, 동공측 변환부(300)를 고정시키는 구성요소이다. 프레임(FR)은 표시패널(100r, 100l)에서 발생한 빛이 외부로 나가지 않도록 차단하는 구성요소이다.

도 12에서 외부의 빛을 차단하는 프레임(FR)과 표시패널을 고정시키는 백커버(BC) 등을 통합하여 커버부로 지칭한다. 커버부의 구성은 표시패널의 형상이나 동공측 변환부의 위치 등에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

두 개의 표시패널(100r, 100l)이 좌측 및 우측에 배치된다. 이들 표시패널(100r, 100l)은 픽셀측 변환부가 일체로 배치된다. 그리고 이들 표시패널(100r, 100l)에서 출력된 영상을 동공으로 집중시키기 위한 동공측 변환부(300)는 좌측 동공에 대응하는 좌측 동공측 변환부(300l) 및 우측 동공에 대응하는 우측 동공측 변환부(300r)로 구성된다. 동공측 변환부(300)는 백커버(BC)에 고정되기 위한 구성요소를 더 포함할 수 있다.

그리고 디스플레이 모듈(DM) 역시 하나 또는 두 개의 표시패널로 구성될 수 있다. 즉, 표시패널이 양안 쪽에 각각 배치될 수 있다. 좌측 동공측 변환부(300l)에 대응하는 좌측 표시패널(100l), 우측 동공측 변환부(300r)에 대응하는 우측 표시패널(100r)이 각각 구성될 수 있다. 또는 하나의 표시패널이 좌측 동공측 변환부(300l)에 대응하는 표시영역과 우측 동공측 변환부(300r)에 대응하는 표시영역으로 구분될 수 있다.

도 12에서 좌측 동공측 변환부(300l) 및 우측 동공측 변환부(300r)에 대응하지 않는 표시패널의 영역에는 서브픽셀이 배치되지 않을 수 있다.

전술한 표시장치를 구현할 경우, 레티나 디스플레이를 구현할 수 있다. 이 경우, 수정체의 조절이 필요 없어 자연스러운 3차원 영상의 구현이 가능하므로 카메라와 연결 시 의료용, 야간용으로 사용할 수 있다. 또한, 동공측 변환부의 초점 길이를 제어할 수 있도록 눈과의 거리를 조절하는 구성요소가 표시장치(10)에 포함될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시패널 내에 광학 소자들이 배치된 구성을 보여주는 도면이다. 표시패널(100)은 다양한 구성을 가질 수 있는데, 도 13의 실시예는 기판(101) 상에 회로층(102), 전계발광소자(103), 봉지층(104), 그리고 커버기판(110)으로 구성된 것을 일 실시예로 한다. 회로층(102)은 각 서브픽셀의 발광을 제어하는 트랜지스터 및 이와 관련된 배선 등이 배치된다. 전계발광소자(103)는 회로층(102)에 연결되는 전자적 구성요소와, 픽셀의 발광 영역을 정의하는 뱅크 등이 배치된다. 전계발광소자(103)에서 뱅크의 개구 영역에는 전계발광 다이오드가 배치될 수 있다.

그리고 봉지층(Encapsulation layer)(104)은 전계발광소자(103) 상에 배치되어 외부의 산소 등의 물질이 전계발광물질과 회로를 구성하는 전자적 구성요소의 소재변질을 방지하는 보호 기능을 제공한다. 영상을 표시하는 서브 픽셀 영역(SP)은 다양하게 정의될 수 있는데, 전계발광 물질의 발광영역을 서브 픽셀 영역으로 정의할 수도 있고, 하나의 서브픽셀과 관련하여 전계발광 물질이 배치된 영역과 회로 소자들이 배치된 영역을 모두 포함하여 서브 픽셀 영역으로 정의할 수 있다.

그리고 서브 픽셀에 대응하여 봉지층(104) 상에 픽셀측 변환부가 배치될 수 있다. 도 13에는 마이크로 렌즈(210a)가 배치된 실시예이지만, 마이크로 렌즈 대신 마이크로 프리즘이 배치될 수도 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 소자들이 배치된 구성을 보여주는 도면이다.

전술한 구성과 동일하며, 픽셀측 변환부 외에도 동공측 변환부가 배치된 구성이다. 동공측 변환부가 커버기판(110)의 일면에 형성된 것으로 커버기판(110)의 일면에는 프레넬 렌즈와 같은 동공측 변환부(320)가 형성되어 있다. 동공측 변환부(320)는 픽셀측 변환부(210a)를 통과한 서브픽셀의 빛을 일정한 지점으로 집중시킨다.

따라서, 도 14와 같은 구성은 표시패널에 일체로 픽셀측 변환부(210a) 및 동공측 변환부(320)가 구성된 실시예이다.

전술한 표시장치, 표시패널 또는 광학장치를 적용할 경우, 두께 저감으로 착용감 및 디자인 상의 차별화를 가져올 수 있다. 종래의 무겁고 두꺼운 VR(Virtual Reality) 장치와 달리, 본 발명의 실시예를 적용할 경우, 표시패널과 동공 사이의 거리를 줄일 수 있다.

또한, 좌측/우측 영상이 각각 정확하게 양안에 입력되도록 하여 어지러움증을 제거할 수 있다. 기존의 방식은 좌우에 다른 영상을 표시하는 양안시차 방식으로 초점거리의 조절이 불가능하여 양안 시차 조정 충돌(Vergence-Accommodation conflict, VAC)이 발생하여 장시간 착용시 어지럼증 유발할 수 있다.

그러나, 본 명세서에서 제안하는 방식은 수정체의 두께에 상관없이 망막에 선명하게 상이 맺히므로 양안 시차 조정에서의 불일치가 발생하지 않아 어지럼증이 없다.

특히, 본 명세서에서 제안하는 방식은 레티나 디스플레이 방식으로, 수정체의 두께 조절이 필요 없이 상이 망막에 선명하게 맺히므로 근시나 난시에 상관없이 사용가능한 기술이다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

10: 개인 몰입형 표시장치
100: 표시패널
200, 201, 210: 픽셀측 변환부
300, 310, 320, 330: 동공측 변환부

Claims (17)

1. 다수의 서브픽셀들이 배치된 표시패널;
   상기 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 상기 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하며 상기 표시패널의 내측 또는 외측에 배치된 픽셀측 변환부;
   상기 픽셀측 변환부를 통과한 빛을 집중시키는 동공측 변환부를 포함하는, 개인 몰입형 표시장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 N은 1이며,
   상기 광학소자는 마이크로 렌즈 또는 마이크로 프리즘 중 어느 하나인, 개인 몰입형 표시장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 광학소자는 마이크로 프리즘이며, 상기 N은 2 이상인 것을 특징으로 하는, 개인 몰입형 표시장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 동공측 변환부는
   볼록 렌즈, 프레넬 렌즈, 회절 광학 소자, 홀로그래픽 광학소자 중 어느 하나를 포함하는, 개인 몰입형 표시장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 동공측 변환부는 상기 픽셀측 변환부와 일체로 결합되며,
   상기 픽셀측 변환부는 상기 표시패널의 외측면에 애드온 형태로 결합되는, 개인 몰입형 표시장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 서브픽셀은 상기 픽셀측 변환부를 향하여 오목한 형태인, 개인 몰입형 표시장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 서브픽셀은 유기발광층을 포함하며,
   상기 유기발광층을 발광시키는 제1전극 및 상기 제1전극 상에 배치된 유기발광층, 상기 유기발광층 상에 배치된 제2전극이 오목한 형상인, 개인 몰입형 표시장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 동공측 변환부는 좌측 동공에 대응하는 좌측 동공측 변환부 및 우측 동공에 대응하는 우측 동공측 변환부를 포함하며,
   상기 표시패널은 상기 좌측 동공측 변환부에 대응하는 좌측 표시패널과, 상기 우측 동공측 변환부에 대응하는 우측 표시패널을 포함하는, 개인 몰입형 표시장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 표시장치는 외부로부터 빛을 차단하고 상기 표시패널을 고정시키는 커버부를 더 포함하는, 개인 몰입형 표시장치.
   
10. 기판;
    상기 기판 상에 오목한 형태로 배치된 다수의 서브픽셀;
    상기 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 상기 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하는 픽셀측 변환부를 포함하는 개인 몰입형 표시패널.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 N은 1이며,
    상기 광학소자는 마이크로 렌즈 또는 마이크로 프리즘 중 어느 하나인, 개인 몰입형 표시패널.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 광학소자는 마이크로 프리즘이며, 상기 N은 2 이상인 것을 특징으로 하는, 개인 몰입형 표시패널.
    
13. 기판;
    상기 기판 상에 오목한 형태로 배치된 다수의 서브픽셀;
    상기 서브픽셀 상에 봉지층이 배치되며, 상기 봉지층에는 상기 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 상기 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하는 픽셀측 변환부; 및
    상기 픽셀측 변환부 상에 배치된 커버기판을 포함하는, 개인 몰입형 표시패널.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 커버기판의 일면에 상기 픽셀측 변환부를 통과한 빛을 집중시키는 동공측 변환부가 형성된 것을 포함하는, 개인 몰입형 표시패널.
    
15. 다수의 서브픽셀들이 배치된 표시패널의 N개의 서브픽셀의 크기에 대응하여 상기 서브픽셀에서 출광된 빛을 직진광으로 변환시키는 다수의 광학소자를 포함하는 픽셀측 변환부;
    상기 픽셀측 변환부를 통과한 빛을 집중시키는 동공측 변환부를 포함하는, 개인 몰입형 광학장치.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 N은 1이며,
    상기 광학소자는 마이크로 렌즈 또는 마이크로 프리즘 중 어느 하나인, 개인 몰입형 광학장치.
    
17. 제15항에 있어서,
    상기 광학소자는 마이크로 프리즘이며, 상기 N은 2 이상인 것을 특징으로 하는, 개인 몰입형 광학장치.

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