KR20230044656A - 디스플레이 모듈 및 이를 포함하는 웨어러블 전자 장치 - Google Patents

디스플레이 모듈 및 이를 포함하는 웨어러블 전자 장치 Download PDF

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KR20230044656A
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Abstract

디스플레이 모듈 및 이를 포함하는 웨어러블 전자 장치가 개시된다. 개시된 디스플레이 모듈은, 기판과, 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자와, 기판의 일면에 형성되어 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽과, 각 셀에 형성되어 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부를 구비한 반사층과, 출광부에 대응하는 위치에 배치되며 출광부에서 출사된 광을 집광하는 마이크로 렌즈를 포함하고, 출광부의 폭은 격벽에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작을 수 있다. 그 외에도 다양한 실시 예들이 가능하다.

Description

디스플레이 모듈 및 이를 포함하는 웨어러블 전자 장치{DISPLAY MODULE AND WEARABLE ELECTRONIC DEVICE INCULDING THE SAME}
본 개시는 디스플레이 모듈 및 이를 포함하는 웨어러블 전자 장치에 관한 것이다.
휴대 목적의 전자 장치는 일반적으로 평판형 디스플레이 장치와 배터리를 탑재하고 있으며, 바형, 폴더형, 슬라이딩형의 외관을 가지고 있었다. 최근에는 전자통신 기술이 발달함에 따라 전자 장치가 소형화되어, 손목(wrist)이나 두부(head)와 같은 신체의 일부에 착용할 수 있는 웨어러블(wearable) 전자 장치가 상용화되기에 이르렀다.
웨어러블 전자 장치는 시계나 안경과 같은 형태를 가져 휴대성이 좋고, 소형화된 장치 내부에 이동 통신 단말기와 같이 다양한 기능이 집약됨에 따라 소비자의 욕구를 충족시키고 있다.
웨어러블 전자 장치 중에서 안경 형태와 유사하게 두부에 착용하는 AR(augmented reality) 글래스는 다수의 발광 소자가 실장된 소형 디스플레이를 포함한다. 이러한 발광 소자는 사방으로 퍼지는 형태의 램버시안(lambertian) 발광각 특성을 가진다.
그런데 AR 글래스에 포함된 프로젝션 렌즈(projection lens)를 통해 AR 글래스의 회절 광학계에 전달되는 발광 소자의 유효 광량은 전체 광량에서 극히 일부분(예: 전체 광량의 대략 6% 이하)에 불과하다. 이로 인해 종래의 AR 글래스는 발광 소자의 휘도가 낮아 이미지나 영상을 또렷하게 표시하기 어려웠다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 각 서브 픽셀 구조에 마련된 출광부의 폭을 서브 픽셀 내부의 폭보다 좁게 하여 출광부를 통해 출사되는 광을 정면으로 모아 줌에 따라 전체 광량을 크게 높일 수 있는 디스플레이 모듈을 포함하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈은, 기판; 상기 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자; 상기 기판의 일면에 형성되어 상기 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽; 각 셀에 형성되어 상기 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부를 구비한 반사층; 및 상기 출광부에 대응하는 위치에 배치되며 상기 출광부에서 출사된 광을 집광하는 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 출광부의 폭은 상기 격벽에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 웨어러블 전자 장치는, 기판과, 상기 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자와, 상기 기판의 일면에 형성되어 상기 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽과, 각 셀에 형성되어 상기 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부를 구비한 반사층과, 상기 상기 격벽에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작은 폭을 가지는 출광부에 대응하는 마이크로 렌즈를 포함하는 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈에서 출사되는 광을 집광하는 프로젝션 렌즈; 및 상기 프로젝션 렌즈에서 출사되는 광을 일측에서 입사하여 타측으로 출사하는 회절 광학부재를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 환경 내의 웨어러블 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조에 의해 광이 전방으로 모아져 출사되는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조에서 마이크로 렌즈의 초점 거리, 마이크로 렌즈와 출광부 사이의 간격 및 출광부의 폭 간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조의 제조 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조의 각 제조 과정을 보여주는 도면들이다.
도 8은 디스플레이 모듈과 프로젝션 렌즈를 나타낸 개략도이다.
도 9는 도 8에 표시된 LC 부분을 나타낸 확대도이다.
도 10은 도 8에 표시된 LL 부분을 나타낸 확대도이다.
도 11은 도 8에 표시된 LR 부분을 나타낸 확대도이다.
도 12 내지 도 20은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조를 나타내는 단면도들이다.
도 21 내지 도 24는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈의 픽셀 단위의 구조를 나타낸 단면도들이다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있으며, 동일한 구성의 중복 설명은 되도록 생략하기로 한다.
본 개시의 실시 예에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 개시의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시의 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 개시된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시 예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2, 제3과 같은 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 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, 다수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 와 같은 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 "모듈" 혹은 "부"는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 다수의 "모듈" 혹은 다수의 "부"는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 "모듈" 혹은 "부"를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.　그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참고하여, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 환경 내의 웨어러블 전자 장치의 블록도이다. 참고로, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 본 개시의 다양한 실시 예에 의한 기기(device)를 '전자 장치'로 통칭하였으나, 다양한 실시 예의 기기는 전자 장치, 무선 통신 장치, 디스플레이 장치, 또는 휴대용 통신 장치일 수 있다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 웨어러블 전자 장치(101)는 제1 네트워크(188)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(189)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(171), 센서 모듈(172), 햅틱 모듈(173), 카메라 모듈(174), 배터리(175), 전력 관리 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 통신 모듈(180), 가입자 식별 모듈(186), 또는 안테나 모듈(187)을 포함할 수 있다.
어떤 실시 예에서는, 웨어러블 전자 장치(101)에는, 이 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(172), 카메라 모듈(174), 또는 안테나 모듈(187))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(101)는 다양한 영상을 표시할 수 있다. 여기에서, 영상은 정지 영상 및 동영상을 포함하는 개념이며, 웨어러블 전자 장치(101)는 방송 콘텐츠, 멀티미디어 콘텐츠 등과 같은 다양한 영상을 표시할 수 있다. 또한, 웨어러블 전자 장치(101)는 유저 인터페이스(UI) 및 아이콘을 표시할 수도 있다. 예를 들면, 디스플레이 모듈(160)은 디스플레이 드라이버 IC(미도시)를 포함하고, 프로세서(120)로부터 수신된 영상 신호에 기초하여 영상을 표시할 수 있다. 일 예로, 디스플레이 드라이버 IC는 프로세서(120)로부터 수신된 영상 신호에 기초하여 다수의 서브 픽셀들의 구동 신호를 생성하고, 구동 신호에 기초하여 다수의 서브 픽셀들의 발광을 제어함으로써 영상을 표시할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 웨어러블 전자 장치(101)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(120)는 하나 또는 다수의 프로세서들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 프로세서(120)는 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션(instruction)을 실행함으로써, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(101)의 동작을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 디지털 영상 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP)), 마이크로 프로세서(microprocessor), GPU(graphics processing unit), AI(artificial Intelligence) 프로세서, NPU (neural processing unit), TCON(time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(system on chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서(120)에 연결된 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 다른 구성요소들 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 다양한 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 웨어러블 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(172) 또는 통신 모듈(180))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(172), 또는 통신 모듈(180))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(174) 또는 통신 모듈(180))의 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준 지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 다수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 메모리(130)는 웨어러블 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(172))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(330)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 입력 모듈(150)은 웨어러블 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 웨어러블 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등)등이 더 구비될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 웨어러블 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 웨어러블 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 웨어러블 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(172)은 웨어러블 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(172)은, 예를 들면, 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 위치 센서, 자이로스코프 센서를 포함할 수 있다. 또한, 사용자의 생체 신호, 예를 들어, ECG(ELECTROCARDIOGRAPHY), GSR(GALVANIC SKIN REFLEX) 및 맥파(pulse wave) 등과 같은 생체 신호를 검출하기 위한 센서들을 구비할 수도 있다. 이 외에도, 온도 센서, 습도 센서, 적외선 센서, 기압 센서, 근접 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 컬러 센서, 조도 센서 등이 더 포함될 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 햅틱 모듈(173)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 햅틱 모듈(173)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 카메라 모듈(174)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 카메라 모듈(174)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전력 관리 모듈(175)은 웨어러블 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 관리 모듈(175)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리(176)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 배터리(176)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 인터페이스(177)는 웨어러블 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연결 단자(178)는 그를 통해서 웨어러블 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 통신 모듈(180)은 웨어러블 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(180)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통신 모듈(180)은 무선 통신 모듈(182)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(184)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(188)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(189)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 다수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(182)은 가입자 식별 모듈(186)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제1 네트워크(188) 또는 제2 네트워크(189)와 같은 통신 네트워크 내에서 웨어러블 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 통신 모듈(182)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(182)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(182)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(182)은 웨어러블 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제2 네트워크(189))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 모듈(182)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(187)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(187)은 다수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있고, 제1 네트워크(188) 또는 제2 네트워크(189)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(180)에 의하여 상기 다수의 안테나들로부터 선택될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(187)은 다수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있고, 또 다른 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(187)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(187)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제2 면(예: 윗면 또는 측면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 다수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
신호 또는 전력은 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(180)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시 예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(187)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들 간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(189)에 연결된 서버(108)를 통해서 웨어러블 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104) 간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 웨어러블 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 웨어러블 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 웨어러블 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 웨어러블 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 웨어러블 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 웨어러블 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제2 네트워크(189) 내에 포함될 수 있다. 웨어러블 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(101)는 디스플레이 모듈(160)과, 디스플레이 모듈(160)에 실장된 다수의 발광 소자에서 출사된 광이 입사되는 프로젝션 렌즈(110)와, 프로젝션 렌즈(110)에서 모아진 광이 입사되는 회절 광학부재(111)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)에서 출사되는 광은 후술하는 마이크로 렌즈(270, 도 3 참조)를 통해 집광되어 프로젝션 렌즈(110)로 입사된다. 프로젝션 렌즈(110)로 입사된 광은 회절 광학부재(111)를 통해 사용자의 눈으로 투사될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)의 크기는 프로젝션 렌즈(110)의 광 입사면과 같거나 작은 크기를 가질 수 있다. 디스플레이 모듈(160)의 다수의 발광 소자로부터 출사된 광은 프로젝션 렌즈(110)의 광 입사면을 통해 프로젝션 렌즈(110) 내부로 입사된다.
일 실시 예에 따르면, 회절 광학부재(111)는 투명한 재질(예를 들면, 유리)로 이루어진 광 도파관으로 이루어질 수 있다. 회절 광학부재(111)는 일측과 타측에 각각 제1 회절 격자(diffraction　grating)(113)와 제2 회절 격자(115)가 배치될 수 있다. 제1 회절 격자(113)는 프로젝션 렌즈(110)의 출사면에 대응하도록 배치될 수 있으며, 프로젝션 렌즈(110)의 출사면으로부터 출사된 광을 회절 광학부재(111) 내부로 입사시킨다. 제2 회절 격자(115)는 회절 광학부재(111)의 내부를 통과한 광을 회절 광학부재(111) 외부로 출사시킨다. 제2 회절 격자(115)는 웨어러블 전자 장치(101)를 사용자의 두부(head)에 착용한 상태에서 대략 사용자의 눈(117)을 향해 광을 출사하는 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 개시의 디스플레이 모듈(160)에 구비된 서브 픽셀 구조(200, 도 3 참조)는 발광 소자(220)에서 출사되는 광이 넓게 퍼져 나가지 않고 정면으로 집광 시킬 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 모듈(160)의 각 서브 픽셀 구조(200)에서부터 출사되는 광은 대부분 프로젝션 렌즈(110)의 입사면을 벗어나지 않고 프로젝션 렌즈(110)의 입사면으로 집광될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 일 실시 예에 따른 서브 픽셀 구조(200)를 설명한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조에 의해 광이 전방으로 모아져 출사되는 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조에서 마이크로 렌즈의 초점 거리, 마이크로 렌즈와 출광부 사이의 간격 및 출광부의 폭 간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 모듈(160)은 기판(210)과, 기판에 배열된 다수의 발광 소자들(220)과, 각 발광 소자에서 방출되는 광을 프로젝션 렌즈(110)의 광 입사면으로 투사하는 마이크로 렌즈(270)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기판(210)은 투명한 유리 재질(주성분은 SiO2)로 이루어질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 투명한 또는 반투명 폴리머로 형성될 수도 있다. 이 경우, 폴리머는 PES(polyether sulfone), PI(polyimide), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate) 등과 같은 절연성 유기물일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기판(210)은 다수의 TFT(thin film transistor, 미도시)들이 제공된다. 본 개시에서 TFT는 특정 구조나 타입으로 한정되지 않는다, 예를 들면, 본 개시에서 인용된 TFT는 a-Si(amorphous silicon) TFT, LTPS(low temperature polycrystalline silicon) TFT, LTPO(low temperature polycrystalline oxide) TFT, HOP(hybrid oxide and polycrystalline silicon) TFT, LCP (liquid crystalline polymer) TFT, OTFT(organic TFT), 또는 그래핀(graphene) TFT 등과 같은 형태로 구현될 수 있는 기판을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 다수의 발광 소자들(220)은 예를 들면, 무기 발광 소자로서 약 50㎛ 이하의 크기를 가지는 마이크로 LED(light emitting diode)일 수 있다. 다른 예에 따르면, 다수의 발광 소자들(220)은 무기 발광 소자로서 약 3㎛ 이하의 크기를 가지는 마이크로 LED일 수 있다. 이 경우, 마이크로 LED는 발광면의 반대면에 양극 전극(positive electrode) 및 음극 전극(negative electrode)이 모두 배치된 플립칩(flip chip) 타입일 수 있다. 다만, 이에 한정하지 않으며, 래터럴칩(lateral chip) 타입, 또는 버티컬칩(vertical chip) 타입을 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 다양한 실시 예에 따르면, 기판(210)에 적용되는 발광 소자는 무기 발광 소자에 한정되지 않고 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 다수의 발광 소자들(220)은 기판(210) 상에 격자 배열로 배치될 수 있다. 하지만, 다수의 발광 소자들(220)의 기판 상 배열이 반드시 격자 배열로 제한될 필요는 없다. 예를 들면, 다수의 발광 소자들은 펜타일(pentile) RGBG 방식으로 배열될 수 있다. 펜타일 RGBG 방식은 인간이 청색을 덜 식별하고 녹색을 가장 잘 식 별하는 특성을 이용하여 적색, 녹색, 및 청색의 서브 픽셀의 개수를 1:2:1(RGBG)의 비율로 배열하는 방식이다. 펜 타일 RGBG 방식은 수율을 높이고 단가를 낮추며 소화면에서 고해상도를 구현할 수 있어 효과적이다.
일 실시 예에 따르면, 다수의 발광 소자들(220)은 복수의 픽셀들을 구비한다. 하나의 픽셀은 서로 다른 광을 출사하는 다수의 서브 픽셀들(201, 202, 203, 도 21 참조)을 포함할 수 있다. 여기서, 부재 번호 201은 청색 광을 출사하는 서브 픽셀이고, 부재 번호 202는 적색 광을 출사하는 서브 픽셀이고, 부재 번호 203은 녹색 광을 출사하는 서브 픽셀일 수 있다. 하나의 '서브 픽셀'과 하나의 '발광 소자'는 동일한 구성을 의미하는 용어이므로 본 개시에서 혼용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 각 발광 소자(220)는 각각 제1 반도체층, 제2 반도체층, 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; metal organic chemical vapor deposition), 화학 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; plasma-enhanced chemical vapor deposition) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 반도체층은 예를 들어, p형 반도체층(anode, 산화 전극)을 포함할 수 있다. p형 반도체층은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 반도체층은 예를 들어, n형 반도체층(cathode, 환원 전극)을 포함할 수 있다. n형 반도체층은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 한편, 발광 소자는 전술한 구성으로 한정되지 않으며 예를 들면, 제1 반도체층이 n형 반도체층을 포함하고, 제2 반도체층이 p형 반도체층을 포함할 수도 있다. 활성층은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 활성층은 반도체 물질, 예컨대 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 다결정 실리콘(poly crystalline silicon)을 포함할 수 있다. 그러나 본 실시예는 이에 한정되지 않고 유기 반도체 물질 등을 함유할 수 있으며, 단일 양자 우물(SQW: single quantum well) 구조 또는 다중 양자 우물(MQW: multi quantum well) 구조로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 각 발광 소자(220)는 각각 발광면(221)의 반대면에 제1 전극 및 제2 전극이 배치될 수 있다. 제1 전극이 양극 전극이면, 제2 전극은 음극 전극일 수 있다. 제1 및 제2 전극은 Au 또는 Au를 함유한 합금으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 각 발광 소자(220)는 발광면(221)과 발광 소자(220)의 측면(223)으로도 각각 광이 출사될 수 있다. 발광 소자(220)의 측면(223)에는 경우에 따라 측면(223)을 보호하기 위한 패시베이션층이 형성될 수 있다. 패시베이션층이 투명도가 낮고 반사율이 높은 경우 측면(223)으로 출사되는 광량은 크게 줄어들 수 있고, 측면(223)으로 출사되었던 광은 패시베이션층에 반사되어 발광면(221)으로 출사될 수 있다. 일 실시 예에서, 패시베이션층은 무기 절연막(예: 실리콘 산화물(SiO2)) 및/또는 유기 절연막(예: 일반 범용고분자(PMMA, PS))을 포함할 수 있다. 예를 들면, 무기 절연막과 유기 절연막의 복합 적층 구조로, 패시베이션층을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기판(210) 상에는 소정 높이를 가지는 격벽(230)이 배치될 수 있다. 격벽(230)은 예를 들면, 격자 배열로 형성됨에 따라 다수의 셀(231, 도 7c 참조)을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 격벽(230)에 의해 기판(210) 상에 마련되는 다수의 셀에는 발광 소자(220)가 하나씩 배치되고, 발광 소자(220)의 제1 전극 및 제2 전극과 각각 전기적으로 접속되는 제1 기판 전극 패드 및 제2 기판 전극 패드가 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 기판 전극 패드는 기판(210)에 구비된 TFT 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 격벽(230)은 폴리아크릴계 수지(polyacrylates resin), 폴리이미드계 수지(polyimides resin)등의 유기물 또는 실리카 계열의 무기물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 격벽(230)은 인접 발광 소자들(220) 간의 간섭을 줄여 명암비를 개선하고 블랙 시감 확보를 위해서 광학 밀도가 높으며 반사율이 낮은 블랙 계열을 색상을 가지는 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 격벽(230)을 이루는 소재는 가시광(visible light)의 전체 파장 영역(예를 들면, 390nm~700nm)에서 약 9%이하의 반사율을 가질 수 있다. 이러한 격벽(230)은 예를 들면, 블랙 매트릭스의 역할을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서브 픽셀 구조(200)는 발광 소자(220)에서 발산되는 광을 반사하여 출광부(247)를 통해 마이크로 렌즈(270)로 출사시키는 반사층(240)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반사층(240)은 하부 반사층(241), 측부 반사층(243) 및 상부 반사층(245)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 하부 반사층(241)은 발광 소자(220)를 덮지 않는 상태로 기판(210)의 상면에 형성될 수 있다. 이 경우, 하부 반사층(241)의 일부는 격벽(230)에 의해 형성되는 셀(231, 도 7c 참조) 내에 배치될 수 있다. 하부 반사층(241)의 나머지 부분의 상면에는 격벽(230)이 위치할 수 있다. 측부 반사층(243)은 격벽(230)의 측면에 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상부 반사층(245)은 셀(231)의 개구에 형성되며, 셀(231) 내에서 수차례 반사된 광이 셀(231) 외부로 출사할 수 있도록 출광부(247)를 형성할 수 있다. 출광부(247)는 셀(231)의 개구보다 작은 크기를 가질 수 있다. 상부 반사층(245)은 대략 발광 소자(220)를 향하도록 배치될 수 있어, 광을 발광 소자(220), 측부 반사층(243) 또는 하부 반사층(245)으로 반사시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 반사층(240)은 높은 광 반사율을 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 반사층(240)은 금속층, 금속 산화물을 함유한 수지층 또는 분산 브래그 반사층(distributed bragg reflection layer)일 수 있다. 격벽(230)을 덮는 반사층(240)의 두께는 대략 100nm 내지 500nm일 수 있다. 상기 금속층은 Al, Au, Ag, Pt, Ni, Cr, Ti, 또는 Cu 일 수 있다. 상기 금속 산화물을 함유한 수지층은 티타늄 산화물을 함유한 수지층일 수 있다. 상기 분산 브래그 반 사층은 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 수 내지 수백 회, 예를 들면 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 분산 브래그 반사층을 구성하는 절연층은 각각 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물 및 그 조합일 수 있다.
도 4를 참조하면, 발광 소자(220)에서 출사된 광은 반사층(240) 내에서 수차례 반사된 후 출광부(247)를 통해 마이크로 렌즈(270)로 집광된 후 정면(예를 들면, 프로젝션 렌즈(110)의 입사면을 향하는 방향)으로 출사될 수 있다. 이 경우, 출광부(247)를 통해 출사되는 광은 도 4의 램버시안 방출 그래프(G1)와 같이 정면으로 출사되는 광량이 최대가 된다.
일 실시 예에 따르면, 반사층(240)의 의해 둘러싸인 부분의 폭이 넓고 출구가 좁은 대략 항아리 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 셀(231)의 내부에서 넓게 퍼진 광은 출광부(247)를 통해 출사함으로써 점 광원처럼 압축되는 효과가 있다. 따라서, 출광부(247)를 통해 출사되는 광은 정면을 향해 좁은 발산각을 유지한 상태로 프로젝트 렌즈(110)의 입사면을 향할 수 있다.
도 5를 참조하면, 출광부(247)의 폭(X)은 마이크로 렌즈(270)의 초점 거리(F)와, 마이크로 렌즈(270) 및 출광부(247) 사이의 간격(D)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 출광부(247)의 폭(X)은 하기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
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예를 들면, 마이크로 렌즈의 초점 거리(F)가 2㎛이고, 마이크로 렌즈(270) 및 출광부(247) 사이의 간격(D)이 1㎛인 경우, 출광부(247)의 폭(X)은 상기 수학식 1에 의해 0.5㎛가 될 수 있다. 이 경우, 반사층(240)(예: 상부 반사층(245))으로부터 기판(210)의 상면까지의 거리(H)가 3㎛이고, 격벽(230)의 측면 경사각(α)이 83.3°일 수 있다. 여기서, 반사층(240)(예: 상부 반사층(245))으로부터 기판(210)의 상면까지의 거리(H)와 격벽(230)의 측면 경사각(α)은 변경될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 출광부(247)는 평면 상에서 바라볼 때 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 셀(231)의 내부는 투명한 광학 물질로 이루어진 제1 광학층(250)으로 채워질 수 있다. 제1 광학층(250)은 발광 소자(220)의 발광면(221)과 측면(223)을 모두 덮도록 배치되거나 적어도 발광 소자(220)의 발광면(221)을 덮을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 광학층(250)은 발광 소자(220)에서 출사된 광의 투과율, 반사율 및 굴절률에 영향을 주지 않거나 최소화할 수 있는 투명 물질로 이루어질 수 있다. 또는, 제1 광학층(250)은 굴절 및 반사를 통해 광의 출사 방향이 셀(231)의 개구를 향하도록 하여 낭비되는 광을 최소화하고 휘도를 향상시킬 수 있는 광학 필름 소재와 같은 물질을 채택할 수 있다.
마이크로 렌즈(270)와 격벽(230) 사이에는 제2 광학층(260)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 광학층(260) 전술한 제1 광학층(250)과 같은 재질로 이루어질 수 있다.
마이크로 렌즈(270)는 예를 들면, 박막의 시트 형태로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이에 포함될 다수의 마이크로 렌즈들 중 하나이다. 이 경우, 다수의 마이크로 렌즈들 간의 피치는 디스플레이 모듈에 구비된 다수의 서브 픽셀들 간 피치와 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 다수의 마이크로 렌즈는 각각 하나의 서브 픽셀에 대응하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 다수의 마이크로 렌즈들은 초점 거리가 모두 동일하게 형성될 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않고 다수의 마이크로 렌즈들은 마이크로 렌즈 어레이의 중앙 영역, 에지 영역 등 영역 별로 다른 초점 거리를 가질 수도 있다.
마이크로 렌즈 어레이는 전술한 바와 같이 시트 형태로 제작한 후, 제2 광학층(260) 상에 라미네이팅 방식으로 부착할 수 있다.
하지만 이에 국한되지 않고 마이크로 렌즈 어레이는 다양한 방식에 의해 제작될 수 있다. 예를 들면, 마이크로 렌즈 어레이는 고온 리플로우(high temperature reflow) 방식, 그레이 스케일 마스크 포토리소그래피(grayscale mask photolithography) 방식, 몰딩/임프린팅(molding/imprinting) 방식, 건식 패턴 전사(dry etching pattern transfer) 방식 등으로 형성할 수 있다.
고온 리플로우 방식은 다수의 발광 소자가 배열된 기판 상에 다수의 발광 소자를 덮는 제2 광학층(260)을 형성하고, 제2 광학층(260) 상에 감광성 폴리머로 이루어진 광학층을 적층하며, 광학층에 각 마이크로 렌즈에 대응하는 셀들을 형성하여 소정 시간 동안 광학층을 가열하면 광학층이 녹아 액체 상태로 되어 표면 장력에 의해 소정 곡률을 가지는 다수의 마이크로 렌즈들을 형성하는 방식이다. 이 경우, 평탄화층은 광학 물질로 이루어지거나 광학접착제일 수 있다. 평탄화층은 지정된 대역의 광(예를 들면, 자외선)에 반응하여 경화되는 물질로서, 예를 들어, OCA(optical clear adhesive), OCR(optical clear resin) 또는 SVR(super view resin) 등을 포함할 수 있다. 또는 평탄화층은 고온 또는 고습의 환경에서도 고투명성을 유지할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
그레이 스케일 마스크 포토리소그래피 방식은 마스크를 제2 광학층(260) 위에 배치하고 노광 및 현상하여 제2 광학층(260)의 상면을 다수의 마이크로 렌즈로 성형하는 방식이다.
몰딩/임프린팅 방식은 다수의 마이크로 렌즈에 대응하는 돔 형상의 홈이 다수 형성된 스탬프를 소정 온도 하에서 제2 광학층(260)을 가압함으로써, 제2 광학층(260)의 상면을 다수의 마이크로 렌즈로 성형하는 방식이다.
건식 패턴 전사 방식은 플라즈마 에칭으로 광학층을 다수의 마이크로 렌즈로 성형하는 방식이다.
전술한 다양한 방식에 의해 다수의 마이크로 렌즈를 성형하기 전에, 다수의 마이크로 렌즈가 성형될 위치는 각 마이크로 렌즈에 대응하는 발광 소자의 위치와 정렬하는 과정이 선행될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조의 제조 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조의 각 제조 과정을 보여주는 도면들이다.
이하, 도면을 참조하여 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈(160)에 구비된 서브 픽셀 구조(200)의 제조 과정을 설명한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 발광 소자(220)가 실장된 기판(210)의 상면에 하부 반사층(241)을 소정 두께로 형성한다(61). 이 경우, 하부 반사층(241)은 스퍼터링 공정, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정을 순차적으로 진행하여 발광 소자(220)를 덮지 않고 기판(210)의 상면에 증착될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 기판(210) 상에 발광 소자(220)를 둘러싸는 셀(231)을 형성하는 격벽(230)을 형성한다(62). 이 경우, 셀(231)의 상부에 형성된 개구는 크기는 발광 소자(220)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
도 7d를 참조하면, 격벽(230)의 측면에 측부 반사층(243)을 형성한다(63). 측부 반사층(243)은 증착 공정을 통해 격벽(230)의 측면에 소정 두께로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 측부 반사층(243)과 하부 반사층(241)은 동일한 물질로 형성될 수 있다. 하지만, 측부 반사층(243)은 디스플레이 모듈(160)의 제조 조건 등에 따라 서로 다른 물질로 형성되는 것도 가능하다.
도 7e를 참조하면, 격벽(230)에 의해 형성된 셀(231)에 제1 광학층(250)을 형성한다(64). 제1 광학층(250)은 투명한 광학 물질로 셀(231)의 상단까지 채울 수 있다. 제1 광학층(250)을 이루는 광학 물질의 일부가 셀(231)의 상단보다 높게 돌출 부분이 형성되는 경우, 평탄화 공정(예: CMP(chemical mechanical polishing) 공정)을 통해 격벽(230)의 상면과 대략 일치할 때까지 상기 돌출 부분을 제거할 수 있다.
도 7f를 참조하면, 평탄화 처리된 제1 광학층(250)의 상면에 상부 반사층(245)을 형성한다(65). 상부 반사층(245)은 상부 반사층(245)을 이루는 금속 물질을 스퍼터링 공정 등을 통해 소정 두께로 형성할 수 있다. 이 경우, 상부 반사층(245)에 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정을 수행하여 출광부(247)를 형성할 수 있다. 출광부(247)의 폭(X, 도 5 참조)은 전술한 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상부 반사층(245)은 하부 반사층(241) 및 측부 반사층(243)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 하지만, 상부 반사층(245)은 디스플레이 모듈(160)의 제조 조건 등에 따라 서로 다른 물질로 형성되는 것도 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 반사층(240)은 순차적으로 형성된 하부 반사층(241), 측부 반사층(243) 및 상부 반사층(245)으로 이루어질 수 있다. 또한, 측부 반사층(243)은 하단이 하부 반사층(241)의 상면과 연결될 수 있고, 출광부(247)가 형성된 상부 반사층(245)은 측부 반사층(243)의 상단과 연결될 수 있다. 이에 따라, 대략 반사층(240)은 항아리 형태로 이루어질 수 있다.
도 7g를 참조하면, 격벽(230), 상부 반사층(245), 및 출광부(247)를 통해 노출된 제1 광학층(250)을 함께 덮는 제2 광학층(260)을 형성한다(66). 제2 광학층(260)의 두께는 마이크로 렌즈(270) 및 출광부(247) 사이의 간격(D, 도 5 참조)에 해당할 수 있다.
도 7h를 참조하면, 제2 광학층(260)의 상면에 마이크로 렌즈(270)를 배치한다(67). 마이크로 렌즈(270)는 별도로 형성한 시트 형태로 이루어진 경우, 라미네이팅 공정을 통해 제2 광학층(260)의 상면에 부착할 수 있다. 또는, 전술한 고온 리플로우(high temperature reflow) 방식, 그레이 스케일 마스크 포토리소그래피(grayscale mask photolithography) 방식, 몰딩/임프린팅(molding/imprinting) 방식, 건식 패턴 전사(dry etching pattern transfer) 방식 등을 통해 제2 광학층(260)의 상면에 직접 형성할 수 있다.
도 8은 디스플레이 모듈과 프로젝션 렌즈를 나타낸 개략도이고, 도 9는 도 8에 표시된 LC 부분을 나타낸 확대도이고, 도 10은 도 8에 표시된 LL 부분을 나타낸 확대도이고, 도 11은 도 8에 표시된 LR 부분을 나타낸 확대도이다.
도 8을 참조하면, 디스플레이 모듈(160)의 중앙부(LC)에 위치한 서브 픽셀에서 발산되는 광은 본 개시의 일 실시 예에 따른 서브 픽셀 구조(200)에 위해 전방으로 집중하여 출광될 수 있다. 이 경우, 디스플레이 모듈(160)의 좌측단(161)에 인접한 좌측부(LL)나 디스플레이 모듈(160)의 우측단(163)에 인접한 우측부(LR)에 위치한 서브 픽셀에서 발산되는 광은 일부가 프로젝션 렌즈(110)의 입사면을 벗어나는 영역으로 출사될 수 있다. 따라서, 디스플레이 모듈(160) 상의 서브 픽셀의 위치에 따라 출사되는 광의 방향을 적절히 조절하여 디스플레이 모듈(160)에서 발산되는 전체 광량의 대부분을 프로젝션 렌즈(110)의 입사면으로 입사할 수 있다. 본 개시에 따른 웨어러블 전자 장치(101)는 이를 통해 발광 소자(220)의 휘도를 향상시킬 수 있으므로 이미지 또는 영상을 또렷하게 표시할 수 있다.
이와 같이 출사되는 광의 방향을 조절하는 것은 출광부(247)의 위치를 변경하는 것으로서 구현할 수 있으며, 이에 대해 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다.
도 9를 참조하면, 디스플레이 모듈(160)의 중앙부(LC)에 위치한 서브 픽셀 구조(200-1)에서는, 출광부(247)의 중심을 지나는 가상의 제1 축(A1)이 마이크로 렌즈(270)의 중심을 지나는 제2 축(A2)과 일치한다. 이 경우, 발광 소자(220)의 중심, 출광부(247)의 중심, 및 마이크로 렌즈(270)의 중심을 모두 동축 상에 위치할 수 있다. 이에 따라, 램버시안 방출 그래프(G2)를 참조하면, 정면으로 출사되는 광의 방향이 대략 제1 및 제2 축(A1, A2) 방향을 향한다.
도 10을 참조하면, 디스플레이 모듈(160)의 좌측부(LL)에 위치한 서브 픽셀 구조(200-2)에서는, 출광부(247')의 중심을 지나는 가상의 제1 축(A1)이 마이크로 렌즈(270)의 중심을 지나는 제2 축(A2)에 대하여 좌측으로 편향된다. 이 경우, 발광 소자(220)의 중심과 마이크로 렌즈(270)의 중심이 일치하지만, 출광부(247')이 중심은 발광 소자(220)의 중심 및 마이크로 렌즈(270)의 중심으로부터 좌측으로 소정 거리 편향될 수 있다. 램버시안 방출 그래프(G3)를 참조하면, 정면으로 출사되는 광의 방향이 대략 우측 방향으로 편향된다.
이와 같이, 서브 픽셀 구조(200-2)에 포함된 발광 소자(220)에서 출사된 광은 좌측으로 편향된 출광부(247')를 거쳐 마이크로 렌즈(270)로 집광된 후 우측 방향으로 경사지게 출사된다. 따라서, 서브 픽셀 구조(200-2)의 발광 소자(220)에서 출사된 전체 광량 중 프로젝션 렌즈(110)의 입사면의 좌측단을 벗어나 프로젝션 렌즈(110)의 입사면으로 입사되지 않는 광량을 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도면에 도시하지는 않았으나, 발광 소자(220)에서 출사된 광을 우측 방향으로 경사지게 출사시키기 위해, 출광부(247')의 중심과 발광 소자(220)의 중심을 일치시킨 상태에서 마이크로 렌즈(270)의 중심이 출광부(247')의 중심으로부터 우측으로 소정 거리 편향되게 배치할 수 있다.
도 11을 참조하면, 디스플레이 모듈(160)의 우측부(LR)에 위치한 서브 픽셀 구조(200-3)에서는, 출광부(247'')의 중심을 지나는 가상의 제1 축(A1)이 마이크로 렌즈(270)의 중심을 지나는 제2 축(A2)에 대하여 우측으로 편향된다. 이 경우, 발광 소자(220)의 중심과 마이크로 렌즈(270)의 중심은 일치하지만, 출광부(247'')이 중심은 발광 소자(220)의 중심 및 마이크로 렌즈(270)의 중심으로부터 우측으로 소정 거리 편향될 수 있다. 램버시안 방출 그래프(G4)를 참조하면, 정면으로 출사되는 광의 방향이 대략 좌측 방향으로 편향된다.
이와 같이, 서브 픽셀 구조(200-3)에 포함된 발광 소자(220)에서 출사된 광은 우측으로 편향된 출광부(247'')를 거쳐 마이크로 렌즈(270)로 집광된 후 좌측 방향으로 경사지게 출사된다. 따라서, 서브 픽셀 구조(200-3)의 발광 소자(220)에서 출사된 전체 광량 중 프로젝션 렌즈(110)의 입사면의 우측단을 벗어나 프로젝션 렌즈(110)의 입사면으로 입사되지 않는 광량을 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도면에 도시하지는 않았으나, 발광 소자(220)에서 출사된 광을 좌측 방향으로 경사지게 출사시키기 위해, 출광부(247'')의 중심과 발광 소자(220)의 중심을 일치시킨 상태에서 마이크로 렌즈(270)의 중심이 출광부(247'')의 중심으로부터 좌측으로 소정 거리 편향되게 배치할 수 있다.
이하, 본 개시에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조의 다양한 실시 예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 12 내지 도 20은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈의 서브 픽셀 구조를 나타내는 단면도들이다. 도 12 내지 도 20에 도시된 서브 픽셀 구조들을 설명함에 있어, 전술한 서브 픽셀 구조(200)와 동일한 구성들에 대해서는 서브 픽셀 구조(200)의 각 구성과 동일한 부재번호를 부여하고 설명을 생략한다.
도 12를 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200a)는 전술한 서브 픽셀 구조(200)와 대부분 동일하며, 다만 상부 반사층(245a)이 대략 수평으로 형성되지 않고 상방향(마이크로 렌즈(270)를 향하는 방향)으로 돌출된 구조가 전술한 서브 픽셀 구조(200)와 상이하다. 예를 들면, 상부 반사층(245a)은 출광부(247a)에 인접한 측이 측부 반사층(243)에 인접한 측보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라 상부 반사층(245a)은 출광부(247a) 측으로 상향 경사지게 배치될 수 있다.
이 경우, 반사층(240a)은 광이 반사되는 셀(231)의 내부의 폭보다 출광부(247a)의 폭이 좁게 형성되어 있으므로, 대략 항아리 형태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 출광부(247a)를 통해 출사되는 광은 대부분 마이크로 렌즈(270)로 집중하여 입사될 수 있다.
도 13을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200b)는 반사층(240)에 의해 둘러싸인 공간이 제1 광학층(250) 대신 색변환층(280)이 채워질 수 있다. 예를 들면, 색변환층(280)은 양자점(quantum dot) 및 감광성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 양자점은 발광 소자(220)의 입사광을 흡수하고, 입사광과 다른 대역의 파장을 갖는 광을 등방성으로 방출할 수 있다. 감광성 수지는 광 투과성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트(acrylate), 실록산(siloxane) 계 또는 광 투과성 유기 물질로 이루어질 수 있다. 색변환층(280)에 포함된 다수의 양자점은 각각 점 광원으로 기능하면서 광량을 더 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
도 14를 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200c)는 전술한 서브 픽셀 구조(200b)에서 컬러필터층(290)을 더 추가한 구조일 수 있다. 컬러필터층(290)은 염료 또는 안료를 포함하는 유기물일 수 있다. 예를 들면, 컬러필터층(290)은 색변환층(280)의 상면에 적층될 수 있다. 이 경우, 컬러필터층(290)은 색변환층(280)의 상면뿐만 아니라 상부 반사층(245)의 상면에도 형성될 수 있다. 컬러필터층(290)은 색변환층(280)에 의해 완전히 변환되지 못한 누설 광을 차단할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 색변환층(280)에서 출사되는 광은 셀(231)의 내부에서 반사층(240)에 의해 반사된 후 출광부(247)를 통해 출사된 후 컬러필터층(290)을 거쳐 마이크로 렌즈(270)로 입사된다.
도 15를 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200d)는 전술한 서브 픽셀 구조(200)와 대부분 동일하며, 반사층(240d)을 이루는 상부 반사층(245d)의 위치가 상이하다. 예를 들면, 상부 반사층(245d)은 측부 반사층(243)의 상단보다 하측으로 배치될 수 있다. 이 경우, 출광부(247d)를 가지는 상부 반사층(245d)은 제1 광학층(261) 상에 형성될 수 있다. 제1 광학층(261)의 상면에는 제2 광학층(263)이 상부 반사층(245d)을 덮도록 형성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상부 반사층(245d)이 배치되는 위치는 전술한 서브 픽셀 구조(200)의 제2 광학층(260)의 두께에 해당하는 거리만큼 하측으로 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈(270)는 상부 반사층(245d)의 높이를 고려하여 전술한 서브 픽셀 구조(200)의 마이크로 렌즈(270)의 위치보다 하측으로 배치될 수 있다. 이러한 마이크로 렌즈(270)의 위치는 초점 거리(F)와 마이크로 렌즈(270) 및 출광부(247d) 사이의 간격을 고려한 것이다.
다양한 실시 예들에 따르면, 서브 픽셀 구조(200d)의 마이크로 렌즈(270)는 격벽(230)의 상면 및 제2 광학층(263)의 상면에 안착될 수 있다. 이 경우, 제2 광학층(263)의 상면은 격벽(230)의 상면의 높이에 대응하는 높이까지 형성될 수 있다. 이에 따라, 마이크로 렌즈(270)가 안착되는 면은 전체적으로 평탄한 면일 수 있다.
도 16을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200e)는 전술한 서브 픽셀 구조(200d)에서 제1 광학층(261)을 색변환층(280)으로 대체한 구조일 수 있다.
도 17을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200f)는 전술한 서브 픽셀 구조(200e)에서 컬러필터층(290)을 추가한 구조일 수 있다. 컬러필터층(290)은 출광부(247d)에 대응하는 색변환층(280)의 상면에 적층될 수 있다. 이 경우, 컬러필터층(290)은 색변환층(280)의 상면뿐만 아니라 상부 반사층(245d)의 상면에도 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200g)는 전술한 서브 픽셀 구조(200)와 대부분 동일하며, 다만 상부 반사층(245g)이 대략 수평으로 형성되지 않고 하방향(예를 들면, 발광 소자(220)를 향하는 방향)으로 돌출된 구조가 전술한 서브 픽셀 구조(200)와 상이하다. 예를 들면, 상부 반사층(245g)은 출광부(247g)에 인접한 측이 측부 반사층(243)에 인접한 측보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라 상부 반사층(245g)은 출광부(247g) 측으로 하향 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우, 반사층(240g)에 의해 둘러싸인 부분의 하측 폭보다 출광부(247g)의 폭이 좁게 형성되어 있으므로, 출광부(247g)를 통해 출사되는 광은 대부분 마이크로 렌즈(270)로 집중하여 입사될 수 있다.
이에 따라, 출광부(247g)는 전술한 서브 픽셀 구조(200)의 출광부(247)의 높이 보다 낮은 높이에 위치할 수 있다. 예를 들면, 출광부(247g)의 위치는 전술한 서브 픽셀 구조(200)의 제2 광학층(260)의 두께에 해당하는 거리만큼 하측으로 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 광학층(261)은 반사층(240g)에 의해 둘러싸인 공간을 채우도록 형성될 수 있다. 제2 광학층(263)은 제1 광학층(261)의 상면과 상부 반사층(245g)의 상면에 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 광학층(263)의 상면은 격벽(230)의 상면과 동일한 높이로 위치할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 서브 픽셀 구조(200g)에 적용되는 마이크로 렌즈(270)는 출광부(247g)의 높이를 고려하여 전술한 서브 픽셀 구조(200)의 마이크로 렌즈(270)의 위치보다 하측으로 배치될 수 있다. 이러한 마이크로 렌즈(270)의 위치는 초점 거리(F)와 마이크로 렌즈(270) 및 출광부(247g) 사이의 간격을 고려한 것이다.
도 19를 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200h)는 전술한 서브 픽셀 구조(200g)에서 제1 광학층(261)을 색변환층(280)으로 대체한 구조일 수 있다.
도 20을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 서브 픽셀 구조(200i)는 전술한 서브 픽셀 구조(200h)에서 컬러필터층(290)을 추가한 구조일 수 있다. 컬러필터층(290)은 출광부(247g)에 대응하는 색변환층(280)의 상면에 적층될 수 있다.
도 21 내지 도 24는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈의 픽셀 단위의 구조를 나타낸 단면도들이다.
도 21을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈(160)은 하나의 픽셀 단위를 이루는 다수의 서브 픽셀 구조들(201, 202, 203)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 픽셀 구조(201)에서는 청색광을 방출하고, 제2 서브 픽셀 구조(202)에서는 적색광을 방출하고, 제3 서브 픽셀 구조(203)에서는 녹색광을 방출할 수 있다.
제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201, 202, 203)는 모두 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201, 202, 203)는 도 3에 도시된 서브 픽셀 구조(200)와 동일하게 이루어질 수 있다.
이 경우, 각 서브 픽셀 구조(201, 202, 203)에 각각 배치된 각 발광 소자(221, 222, 223)는 서로 다른 색상을 출사한다. 예를 들면, 제1 서브 픽셀 구조(201)의 발광 소자(221)는 청색광을 출사하는 마이크로 LED일 수 있고, 제2 서브 픽셀 구조(202)의 발광 소자(222)는 적색광을 출사하는 마이크로 LED일 수 있고, 제3 서브 픽셀 구조(203)의 발광 소자(223)는 녹색광을 출사하는 마이크로 LED일 수 있다.
도 22를 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 픽셀 단위의 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201a, 202a, 203a)는 모두 동일한 색상의 광(예를 들면, 청색광)을 출사하는 발광 소자(221a, 222a, 223a)를 적용할 수 있다.
이 경우, 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201a, 202a, 203a)는 서로 다른 색상의 광을 방출하기 위해 다른 구조를 채택할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 픽셀 구조(201a)는 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202a, 203a)와 상이하게 이루어질 수 있고, 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202a, 203a)는 동일하게 이루어질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 제1 서브 픽셀 구조(201a)는 도 3에 도시된 서브 픽셀 구조(200)와 동일하게 이루어질 수 있고, 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202a, 203a)는 도 14에 도시된 서브 픽셀 구조(200c)와 동일하게 이루어질 수 있다.
이 경우, 제2 서브 픽셀 구조(202a)는 적색광을 방출할 수 있도록 적색 색변환층(281a)과 적색 컬러필터층(292a)을 적용할 수 있다. 또한, 제3 서브 픽셀 구조(203a)는 녹색광을 방출할 수 있도록 녹색 색변환층(282a)과 녹색 컬러필터층(293a)을 적용할 수 있다.
도 23을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 픽셀 단위의 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201b, 202b, 203b)는 모두 동일한 색상의 광(예를 들면, 청색광)을 출사하는 발광 소자(221b, 222b, 223b)를 적용할 수 있다.
이 경우, 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201b, 202b, 203b)는 서로 다른 색상의 광을 방출하기 위해 다른 구조를 채택할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 픽셀 구조(201b)는 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202b, 203b)와 상이하게 이루어질 수 있고, 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202b, 203b)는 동일하게 이루어질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 제1 서브 픽셀 구조(201b)는 도 15에 도시된 서브 픽셀 구조(200d)와 동일하게 이루어질 수 있고, 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202b, 203b)는 도 17에 도시된 서브 픽셀 구조(200f)와 동일하게 이루어질 수 있다.
이 경우, 제2 서브 픽셀 구조(202b)는 적색광을 방출할 수 있도록 적색 색변환층(281b)과 적색 컬러필터층(292b)을 적용할 수 있다. 또한, 제3 서브 픽셀 구조(203b)는 녹색광을 방출할 수 있도록 녹색 색변환층(282b)과 녹색 컬러필터층(293b)을 적용할 수 있다.
도 24를 참조하면, 다양한 실시 예들에 따른 픽셀 단위의 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201c, 202c, 203c)는 모두 동일한 색상의 광(예를 들면, 청색광)을 출사하는 발광 소자(221c, 222c, 223c)를 적용할 수 있다.
이 경우, 제1 내지 제3 서브 픽셀 구조(201c, 202c, 203c)는 서로 다른 색상의 광을 방출하기 위해 다른 구조를 채택할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 픽셀 구조(201c)는 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202c, 203c)와 상이하게 이루어질 수 있고, 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202c, 203c)는 동일하게 이루어질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 제1 서브 픽셀 구조(201c)는 도 18에 도시된 서브 픽셀 구조(200g)와 동일하게 이루어질 수 있고, 제2 및 제3 서브 픽셀 구조(202c, 203c)는 도 20에 도시된 서브 픽셀 구조(200i)와 동일하게 이루어질 수 있다.
이 경우, 제2 서브 픽셀 구조(202c)는 적색광을 방출할 수 있도록 적색 색변환층(281c)과 적색 컬러필터층(292c)을 적용할 수 있다. 또한, 제3 서브 픽셀 구조(203c)는 녹색광을 방출할 수 있도록 녹색 색변환층(282c)과 녹색 컬러필터층(293c)을 적용할 수 있다.
본 개시는 도 21 내지 도 24에서 설명한 픽셀 단위의 실시 예들에 한정되지 않고, 픽셀 단위를 이루는 다수의 서브 픽셀 구조들이 각각 방출해야 하는 서로 다른 색상에 따라 다양한 서브 픽셀 구조를 조합하는 것이 가능하다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 격벽에 의해 마련되는 셀의 종단면이 대략 항아리 형태로 형성되는 경우, 상부 반사층을 생략하거나 반사층 전체를 생략할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈(160)은 발광 소자에서 출사되는 광을 퍼지지 않고 정면을 향해 집광할 수 있다. 이와 같은 디스플레이 모듈(160)을 적용한 웨어러블 전자 장치(101)는 디스플레이 모듈(160)에서 출사된 고휘도의 광을 이용하여 또렷한 이미지 및 영상을 사용자의 눈으로 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 모듈(160)은, 기판(210)과, 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자(220)와, 다수의 발광 소자를 하나씩 포함하는 다수의 서브 픽셀 구조(200)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 각 서브 픽셀 구조는, 기판의 일면에 형성되어 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽(230)과, 각 셀에 형성되어 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부(247)를 구비한 반사층(240)과, 출광부에 대응하는 위치에 배치되며 출광부에서 출사된 광을 집광하는 마이크로 렌즈(270)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 출광부(247)의 폭은 격벽(230)에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 출광부(247)의 중심을 지나는 제1 축(A1)과 마이크로 렌즈(270)의 중심을 지나는 제2 축(A2)은 서로 동축 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 출광부(247)의 중심을 지나는 제1 축(A1)과 마이크로 렌즈(270)의 중심을 지나는 제2 축(A2)은 서로 평행하게 배치되고, 출광부의 중심은 마이크로 렌즈의 중심에 대하여 편향되게 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 마이크로 렌즈(270)의 중심과 대응하는 발광 소자(220)의 중심은 동축 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 출광부(247)의 중심과 대응하는 발광 소자(220)의 중심은 동축 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 반사층에 의해 형성된 공간에는 제1 광학층(250)이 배치되고, 마이크로 렌즈와 격벽 사이에 제2 광학층(260)이 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 반사층에 의해 형성된 공간에는 색변환층(280)이 배치되고, 마이크로 렌즈와 상기 격벽 사이에 광학층(260)이 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 색변환층(280)은 출광부(247)에 의해 노출되며, 출광부에 대응하는 색변환층의 상면에는 컬러필터층(290)이 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 반사층은, 기판의 상면에 배치된 하부 반사층(241)과, 격벽의 측면에 배치된 측부 반사층(243)과, 출광부를 형성하는 상부 반사층(245)을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상부 반사층(245)은 셀(231)의 개구에 대응하는 높이에 배치돌 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상부 반사층(245a)은 마이크로 렌즈(270) 측으로 상향 돌출되며, 출광부(247a)는 셀(231)의 개구의 높이보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상부 반사층(245g)은 발광 소자(220) 측으로 하향 돌출되며, 출광부(247g)는 셀(231)의 개구의 높이보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상부 반사층(245d)은 셀(231)의 개구보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 다수의 셀들은 픽셀 단위를 이루는 다수의 서브 픽셀 구조(201, 202, 203)를 포함하며, 다수의 서브 픽셀 구조에 각각 배치되는 발광 소자들(221, 222, 223)은 서로 다른 색상의 광을 출사할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 다수의 셀들은 픽셀 단위를 이루는 다수의 서브 픽셀 구조(201a, 202a, 203a)를 포함하며, 다수의 서브 픽셀 구조에 각각 배치되는 발광 소자들(221a, 222a, 223a)은 동일한 색상의 광을 출사하며, 다수의 서브 픽셀 구조들 가운데 일부는 발광 소자에서 출사되는 광의 색상을 변환하기 위한 색변환층(281, 282, 281a, 281b, 281c, 282a, 282b, 282c)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 색변환층(281, 282, 281a, 281b, 281c, 282a, 282b, 282c)을 포함하는 서브 픽셀 구조는 색변환층에서 출사하는 광을 필터링하는 컬러필터층(292a, 292b, 292c, 293a, 293b, 293c)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 격벽(230)은 블랙 계열을 색상을 가지는 소재로 형성됨에 따라, 블랙 매트릭스의 역할을 수행할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 웨어러블 전자 장치(101)는, 기판과, 상기 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자와, 기판의 일면에 형성되어 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽과, 각 셀에 형성되어 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부(247)를 구비한 반사층과, 격벽에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작은 폭을 가지는 출광부에 대응하는 마이크로 렌즈(270)를 포함하는 디스플레이 모듈(160)과, 디스플레이 모듈에서 출사되는 광을 집광하는 프로젝션 렌즈(110)과, 프로젝션 렌즈에서 출사되는 광을 일측에서 입사하여 타측으로 출사하는 회절 광학부재(111)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 웨어러블 전자 장치(101)에 구비된 디스플레이 모듈(160)의 가운데 영역에 위치한 서브 픽셀 구조는 출광부(247)의 중심이 대응하는 마이크로 렌즈(270)의 중심과 동축 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 웨어러블 전자 장치(101)에 구비된 디스플레이 모듈(160)의 에지에 인접한 영역에 위치한 서브 픽셀 구조는 출광부(247)의 중심이 대응하는 마이크로 렌즈(270)의 중심에 대하여 편향되게 배치될 수 있다.
이상에서는 본 개시의 다양한 실시예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 본 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되서는 안될 것이다.
101: 웨어러블 전자 장치
160: 디스플레이 모듈
200: 서브 픽셀 구조
210: 기판
230: 격벽
240: 반사층
245: 상부 반사층
270: 마이크로 렌즈

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자;
    상기 기판의 일면에 형성되어 상기 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽;
    각 셀에 형성되어 상기 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부를 구비한 반사층; 및
    상기 출광부에 대응하는 위치에 배치되며 상기 출광부에서 출사된 광을 집광하는 마이크로 렌즈;를 포함하고,
    상기 출광부의 폭은 상기 격벽에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작은, 디스플레이 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출광부의 중심과 상기 마이크로 렌즈의 중심은 동축 상에 배치된, 디스플레이 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출광부의 중심은 상기 마이크로 렌즈의 중심에 대하여 편향되게 배치된, 디스플레이 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈의 중심과 대응하는 발광 소자의 중심은 동축 상에 배치된, 디스플레이 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 출광부의 중심과 대응하는 발광 소자의 중심은 동축 상에 배치된, 디스플레이 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사층에 의해 형성된 공간에는 제1 광학층이 배치되고,
    상기 마이크로 렌즈와 상기 격벽 사이에 제2 광학층이 배치된, 디스플레이 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사층에 의해 형성된 공간에는 색변환층이 배치되고,
    상기 마이크로 렌즈와 상기 격벽 사이에 광학층이 배치된, 디스플레이 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 색변환층은 상기 출광부에 의해 노출되며,
    상기 출광부에 대응하는 상기 색변환층의 상면에는 컬러필터층이 배치된, 디스플레이 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은,
    상기 기판의 상면에 배치된 하부 반사층;
    상기 격벽의 측면에 배치된 측부 반사층; 및
    상기 출광부를 형성하는 상부 반사층;을 포함하는, 디스플레이 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 반사층은 상기 셀의 개구에 대응하는 높이에 배치된, 디스플레이 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부 반사층은 상기 마이크로 렌즈 측으로 상향 돌출되며,
    상기 출광부는 상기 셀의 개구의 높이보다 높은 위치에 배치된, 디스플레이 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상부 반사층은 상기 발광 소자 측으로 하향 돌출되며,
    상기 출광부는 상기 셀의 개구의 높이보다 낮은 위치에 배치된, 디스플레이 모듈.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 상부 반사층은 상기 셀의 개구보다 낮은 위치에 배치된, 디스플레이 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    다수의 셀들은 픽셀 단위를 이루는 다수의 서브 픽셀 구조를 포함하며,
    상기 다수의 서브 픽셀 구조에 각각 배치되는 발광 소자들은 서로 다른 색상의 광을 출사하는, 디스플레이 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    다수의 셀들은 픽셀 단위를 이루는 다수의 서브 픽셀 구조를 포함하며,
    상기 다수의 서브 픽셀 구조에 각각 배치되는 발광 소자들은 동일한 색상의 광을 출사하며,
    상기 다수의 서브 픽셀 구조들 가운데 일부는 상기 발광 소자에서 출사되는 광의 색상을 변환하기 위한 색변환층을 더 포함하는, 디스플레이 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 색변환층을 포함하는 서브 픽셀 구조는 상기 색변환층에서 출사하는 광을 필터링하는 컬러필터층을 더 포함하는, 디스플레이 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 블랙 계열을 색상을 가지는 소재로 형성된, 디스플레이 모듈.
  18. 기판과, 상기 기판의 일면에 실장된 다수의 발광 소자와, 상기 기판의 일면에 형성되어 상기 다수의 발광 소자를 각각 둘러싸는 다수의 셀을 형성하는 격벽과, 각 셀에 형성되어 상기 셀의 개구를 일부 개방하는 출광부를 구비한 반사층과, 상기 상기 격벽에 의해 형성되는 공간의 폭보다 작은 폭을 가지는 출광부에 대응하는 마이크로 렌즈를 포함하는 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈에서 출사되는 광을 집광하는 프로젝션 렌즈; 및
    상기 프로젝션 렌즈에서 출사되는 광을 일측에서 입사하여 타측으로 출사하는 회절 광학부재;를 포함하는, 웨어러블 전자 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈의 가운데 영역에 위치한 서브 픽셀 구조는 출광부의 중심이 대응하는 마이크로 렌즈의 중심과 동축 상에 배치된, 웨어러블 전자 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈의 에지에 인접한 영역에 위치한 서브 픽셀 구조는 출광부의 중심이 대응하는 마이크로 렌즈의 중심에 대하여 편향되게 배치된, 웨어러블 전자 장치.
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