KR20230174355A - 표시 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

표시 장치 및 표시 장치 제조 방법이 개시된다. 표시 장치는 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널; 제2 해상도를 갖고, 상기 제1 표시 패널에 임베디드된 제2 표시 패널; 및 상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈를 포함하고, 상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높다.

Description

표시 장치 및 그 제어방법{DISPLAY DEVICE, HEAD MOUNT DISPLAY DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 표시 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치들 중에는 신체에 착용할 수 있는 형태로 제공되는 전자 장치들이 있다. 이러한 전자 장치들은 통상적으로 웨어러블 디바이스(wearable device)라고 칭해진다. 웨어러블 전자 장치는 신체에 직접 착용되어, 이동성(portability) 및 사용자의 접근성(Accessibility)이 향상될 수 있다.
상기의 웨어러블 전자 장치의 일 예로서, 착용자의 두부 또는 머리에 장착할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이(헤드 마운트 전자 장치)가 있다. HMD는 증강 현실(argumented reality, AR)을 제공하는 씨-스루(see-through) 형태와 가상 현실(virtual reality, VR)을 제공하는 씨-클로즈드(see-closed) 형태로 크게 구분할 수 있다.
이러한 헤드 마운트 디스플레이와 같은 근안 디스플레이(near-eye display)는 넓은 시야(field of view: FOV)에 걸쳐 고해상도 이미지가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 작은 면적의 고해상도 표시 패널과 넓은 면적의 저해상도 표시 패널을 이용하여 사용자에게 고해상도 이미지를 인식가능하게 하는 표시 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널; 제2 해상도를 갖고, 상기 제1 표시 패널에 임베디드된 제2 표시 패널; 및 상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈를 포함하고, 상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널; 제2 해상도를 갖는 제2 표시 패널; 상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈; 사용자의 시선의 방향을 검출하는 눈 추적부; 및 상기 시선의 방향에 기초하여 상기 제2 표시 패널로부터 출광되는 광의 방향을 제어하는 광 조향기를 포함하고, 상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널; 제2 해상도를 갖고, 두께 방향으로 상기 제1 표시 패널과 중첩하지 않는 제2 표시 패널; 상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈; 사용자의 시선의 방향을 검출하는 눈 추적부; 및 상기 제2 표시 패널로부터 출광되는 광 경로 상에 배치되어 상기 시선의 방향에 기초하여 상기 제2 표시 패널로부터 출광되는 광의 방향을 제어하는 광경로 변경 부재를 포함하고, 상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높다.
일 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법은 눈 추적부가 사용자의 동공 위치를 검출하는 단계; 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널에 입력되는 영상신호와 제2 해상도를 갖는 제2 표시 패널에 입력되는 영상신호를 동기화하는 단계; 검출된 동공 위치에 기초하여 전체영상에서 중심시에 대응하는 영상을 제2 표시 패널의 표시 영상으로 생성하는 단계; 및 상기 제1 표시 패널은 전체영상을 표시하고 상기 제2 표시 패널은 상기 제2 표시 영상을 표시하는 단계를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 작은 면적의 고해상도 표시 패널을 이용하여 사용자에게 고해상도 영상을 인식하게 할 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a는 망막과 중심와를 도시하면서 눈을 예시한다.
도 1b 및 도 1c는 한쪽 눈에 대한 시야를 설명하기 위한 단면도와 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 표시 장치의 표시부의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 I-I'의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 표시 패널과 렌즈 프레임의 전면에 배치된 다채널 렌즈를 보여주는 정면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 다채널 렌즈를 구체적으로 보여주는 일 측면 및 타 측면 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 다채널 렌즈의 미러 코팅 영역들을 구체적으로 보여주는 정면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 다채널 렌즈의 미러 코팅 영역들을 구체적으로 보여주는 배면 사시도이다.
도 12는 도 8의 B-B'에 따라 절취된 표시부의 평면도와 단면도이다.
도 13a 내지 도 13d는 도 8의 A-A'에 따라 절취된 표시부의 단면도이다.
도 14는 도 13에서 출광되는 광을 표시한 도면이다.
도 15는 다른 변형예에 따른 표시부의 분해 사시도이다.
도 16은 도 15의 표시부의 평면도이다.
도 17는 도 16의 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 18은 도 17의표시 패널로부터 출사하는 광을 나타낸 단면도이다.
도 19는 다른 변형예에 따른 표시부의 단면도이다.
도 20은 도 19의 표시 패널로부터 출사되는 광을 표시한 표시부의 단면도이다.
도 21 및 도 22는 도 19의 변형예이다.
도 23은 표시 장치의 고스트 영상 표시 경로와 원인을 설명하기 위한 단면도이다.
도 24는 고스트 광을 방지하기 위한 실시예에 따른 표시부의 단면도이고, 도 25는 상세한 설명도이다.
도 26은 일 실시예에 따른 표시 장치 제어 방법의 순서도이다.
도 27은 다른 실시예에 따른 표시 장치 제어 방법의 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1a는 망막과　중심와를 도시하면서 눈을 예시한다.　
도 1a를 참조하여 사람의 망막(retina)은 시각 센서들을 갖는 눈(예를 들면, 인간, 뷰어 등)의 내부 표면의 실질적인 부분을 지칭한다. 중심와(fovea)는 각막과 수정체의 중심에서 일직선상에 위치하고, 가장 시야가 선명하고 눈에서 가장 민감한 컬러 수신이 가능한 다수의 시각 세포들이 밀집된 망막의 비교적 작은 중간 부분을 말한다. 중심와는 중심와의 중심으로부터 대략 2° 도의 시야를 갖는다. 중심와의 중심으로부터 20°보다 더 멀리 떨어지면 거의 10의 1승배 만큼 감소한다.
일 실시예에서, 표시장치는, 더 넓은 시야에 걸쳐 더 낮은 해상도 이미지를 제공하는 제1 표시 패널과, 좁은 시야에 걸쳐 더 높은 해상도 이미지를 제공하는 제2 표시 패널을 포함한다.
도 1b 및 도 1c는 한쪽 눈에 대한　시야를 설명하기 위한 단면도와 평면도이다. 일 실시 형태에서 후술되는 표시장치(1)의 제2 표시 패널(도 4의 DP2)는 시선 벡터(GV)를 중심에 두도록 위치 결정된다. 시선 벡터(GV)는 눈의 시야의 중심을 정의한다.
제2 표시 패널(도 4의 DP2)은 제1 표시 패널(도 4의 DP1) 보다 더 좁은 시야인 α를 갖고, 제1 표시 패널(도 4의 DP1)은 더 넓은 시야 β를 갖는다.
α는 최소 시야 1° 내지 30° 사이일 수 있다. β는 60° 내지 110° 사이일 수 있다.
도 1c를 참조하면, 시선벡터(GV)를 중심에 두도록 위치 결정된 경우, 제2 표시 패널(DP2)에 의한 영상 표시 영역인 제2 표시 영역은 시선벡터(GV)를 중심으로 한 원형(a)으로 나타낼 수 있다. 제1 표시 패널에 의한 영상 표시 영역인 제1 표시 영역은 지2 표시 영역을 둘러싼 외부 영역(b)으로 나타낼 수 있다. 제1 표시 영역과 제2 표시 영역은 중첩되지 않을 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 블록도이고, 도 3은 다른 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 표시 장치(100)는 버스(110), 프로세서(120), 메모리(130), 및 표시부(150)를 포함할 수 있다.
버스(110)는 전술한 구성요소들을 서로 연결하고, 전술한 구성요소들 간의 통신(예: 제어 메시지)을 전달하는 회로일 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 버스(110)를 통해 전술한 다른 구성요소들(예: 메모리 130, 입출력 인터페이스 140, 표시부 150 등)로부터 요청(request) 또는 데이터 또는 신호를 수신하고, 그에 따라 연산 또는 데이터를 처리하여 구성 요소들을 제어할 수 있다.
프로세서(120)는, 다른 구성 요소들(예: 메모리 130, 표시부 150 또는 눈 추정부 160 등)로부터 획득한 정보 중 적어도 일부를 처리하고, 이를 다양한 방법으로 사용에게 제공할 수 있다.
예를 들어 프로세서(120)는 후술되는 표시부(150)의 제1 표시 패널(DP1)에 입력되는 영상신호와 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상신호를 동기화한다. 또한, 프로세서(120)는 전체 영상에서 중심시에 대응하는 영상을 컷아웃하고 컷아웃된 영상을 제2 표시 패널에 제공한다. 제2 표시 패널은 중심시에 대응하여 컷아웃된 영상을 표시한다. 여기서 중심시는 중심와 및 중심와 주변의 시각을 의미한다. 후술되는 주변시는 중심시 외부에 대응하는 시각을 의미한다. 이로써 제1 표시 패널(DP1)에 표시되는 제1 표시 영상과 제2 표시 패널(DP2)에 표시되는 제2 표시 영상이 간섭하는 것을 방지한다. 또한, 프로세서(120)는 제1 표시 패널(DP1)에 표시되는 제1 표시 영상과 제2 표시 패널(DP2)에 표시되는 제2 표시 영상을 랜더링한다. 이로써 제1 표시 패널(DP1)에 표시되는 제1 표시 영상과 제2 표시 패널(DP2)에 표시되는 제2 표시 영상이 하나의 완전한 VR 영상으로 표시된다.
메모리(130)는, 프로세서(120) 또는 다른 구성요소들(예: 입출력 인터페이스 140, 표시 부재 150, 눈 추적부 160 등)로부터 수신되거나, 프로세서(120) 또는 다른 구성요소들에 의해 생성된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(130)는, 예를 들면, 커널(131), 미들웨어(132), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface)(133) 또는 어플리케이션(134) 등의 프로그래밍 모듈들을 포함할 수 있다. 전술한 각각의 프로그래밍 모듈들은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.
커널(131)은 나머지 다른 프로그래밍 모듈들, 예를 들면, 미들웨어(132), API(133) 또는 어플리케이션(134)에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스 110, 프로세서 120 또는 메모리 130 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(131)은 미들웨어(132), API(133) 또는 어플리케이션(134)에서 표시 장치(100)의 개별 구성요소에 접근하여 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(132)는 API(133) 또는 어플리케이션(134)이 커널(131)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어(132)는 어플리케이션(134)로부터 수신된 작업 요청들과 관련하여, 예를 들면, 어플리케이션(134) 중 적어도 하나의 어플리케이션에 표시 장치(100)의 시스템 리소스(예: 버스 110, 프로세서 120 또는 메모리 130 등)를 사용할 수 있는 우선 순위를 배정하는 등의 방법을 이용하여 작업 요청에 대한 제어(예: 스케쥴링 또는 로드 밸런싱)을 수행할 수 있다.
API(133)는 어플리케이션(134)이 커널(131) 또는 미들웨어(132)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예를 들면, 파일 제어, 창 제어, 화상 처리 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 어플리케이션(134)은 SMS/MMS 어플리케이션, 이메일 어플리케이션, 달력 어플리케이션, 알람 어플리케이션, 건강 관리(health care) 어플리케이션(예: 운동량 또는 혈당 등을 측정하는 어플리케이션) 또는 환경 정보 어플리케이션(예: 기압, 습도 또는 온도 정보 등을 제공하는 어플리케이션) 등을 포함할 수 있다.
표시부(150)(또는, 디스플레이 모듈)는 사용자에게 각종 정보(예: 멀티미디어 데이터 또는 텍스트 데이터 등)를 표시할 수 있다. 예를 들자면, 표시부(150)는 표시 패널(예: LCD(Liquid Crystal Display) 패널 또는 OLED(Organic Light-Emitting Diode) 패널) 및 DDI(Display Driver IC)를 포함할 수 있다. DDI는 표시 패널의 화소를 조절해 컬러를 나타내도록 할 수 있다. 예를 들자면, DDI는 디지털 신호를 RGB 아날로그 값으로 전환해 표시 패널에 전달해 주는 회로를 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 표시부(150)는 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP 2)을 포함할 수 있다. 제1 표시 패널은 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 패널을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 제2 표시 패널(DP2)은 OLEDoS(Organic Light Emitting Diodes on Silicone) 패널 또는 LEDoS(Light Emitting Diodes on Silicone)을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
OLED 패널, OLEDoS(Organic Light Emitting Diodes on Silicone) 패널 또는 LEDoS(Light Emitting Diodes on Silicone)은 화소 영역들(또는, 화소들)의 컬러를 구현하기 위한 패널 회로를 포함할 수 있다. 패널 회로는 화면 상에 배열되는 다수의 OLED 발광 소자들의 배열을 포함하고 있고, OLED 발광 소자 각각은 화소를 형성할 수 있다. OLED 발광 소자는 캐소드(Cathode) 전극과 아노드(Anode) 전극 사이에 유기 발광 물질을 증착시킨 구조로 이루어져 있다. 전류는 두 전극들 사이의 유기 발광 물질에 흐르게 되고, 유기 발광 물질은 전계 발광 현상을 이용하여 빛을 낼 수 있다.
OLED 패널, OLEDoS(Organic Light Emitting Diodes on Silicone) 패널 또는 LEDoS(Light Emitting Diodes on Silicone)은 3색(Red, Green, Blue) 독립화소방식, 색변환 방식(CCM), 컬러 필터 방식 등을 이용하여 컬러를 구현할 수 있다. 예를 들자면, OLED 패널, OLEDoS(Organic Light Emitting Diodes on Silicone) 패널 또는 LEDoS(Light Emitting Diodes on Silicone)은 세 가지 컬러(Red, Green, Blue)를 가지는 OLED 발광 소자들의 조합으로 도트(하나의 색을 표현하는 단위)를 표현할 수 있다.
OLED 패널, OLEDoS(Organic Light Emitting Diodes on Silicone) 패널 또는 LEDoS(Light Emitting Diodes on Silicone)은 PMOLED(Passive Matrix Organic Light Emitting Diodes) 패널 또는 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 패널 중 하나일 수 있다. 예를 들자면, AMOLED 패널은 AMOLED 발광 소자마다 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 내장하여 각 AMOLED 발광 소자의 발광 여부를 개별적으로 제어할 수 있다. 여기서, 박막트랜지스터에 순방향의 전압을 가하면, 일정 문턱 전압 이상에서 전류는 유기 발광 물질로 흐르고, 유기 발광 물질은 빛을 내게 될 수 있다. 여기서, 유기 발광 물질로 흐르는 전류가 많을 수록 유기 발광 물질은 더 밝은 빛을 낼 수 있다. 반대로, 박막트랜지스터에 역박향 전압을 가하면, 전류는 유기 발광 물질로 거의 흐르지 않고, 유기 발광 물질은 빛을 낼 수 없다.
OLED 패널은 다수의 화소(pixel) 영역들 및 블랙 매트릭스 영역을 포함할 수 있다. 다수의 화소 영역들 각각은 화상을 형성하는 최소의 단위일 수 있다. 다수의 화소 영역들은, 대체적으로, 동일한 형상이고, 행 방향(예: X 축 방향)으로 또는 열 방향(예: Y 축 방향)으로 나란히 규칙적으로 배열될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 하나의 색을 표현하는 단위인 하나의 도트(dot)는 세 개의 컬러(Red, Green, Blue)의 빛을 낼 수 있는 화소 영역들(예: Red 화소 영역, Green 화소 영역 및 Blue 화소 영역)을 포함하는 화소 군(pixel group)을 이룰 수 있다. 화소 군(예: 세 개의 화소 영역들)은 행 방향(예: X 축 방향)으로 또는 열 방향(예: Y 축 방향)으로 반복적으로 배열될 수 있다. 또한, 화소 군은 세 개의 화소 영역들에 국한되지 않고 그 이상의 개수의 화소 영역들을 포함할 수도 있다. 상술한 유기 발광 물질은 화소 영역들에 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스 영역은 화소 영역들과 분리되어 있고, 화소 영역들을 구분할 수 있다. 예를 들자면, 블랙 매트릭스 영역은 컬러 필터의 블랙 매트릭스를 포함하거나 또는, AMOLED 발광 소자들 사이를 분리하는 세퍼레이터(separator)를 포함할 수도 있다. 상술한 박막트랜지스터 및 이와 관련하는 회로(예; 화소의 컬러를 구현하기 위한 OLED 패널 회로)의 적어도 일부는 블랙 매트릭스 영역에 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 표시 장치(200)는 눈 추적부(160)를 더 포함할 수 있다.
눈 추적부(160)는 광원(161) 및 카메라 센서(162)를 포함할 수 있다. 광원(161)은 적외선을 출광하고, 카메라 센서(162)는 적외선 스캔이 가능한 센서로서 동공에 반사되는 적외선의 반사되는 방향을 기록한다. 눈 추적부(160)는 카메라 센서(162)에 의해 기록되는 데이터에 근거하여 안구 또는 동공의 위치를 연산한다. 눈 추적부(160)는 알려진 다양한 시선 추적 메커니즘이 사용될 수도 있다.
또한, 프로세서(120)는, 눈 추적부(160)에 의해 검출된 동공의 위치 또는 시선에 기초하여 제2 표시 패널의 영상을 사용자의 시선의 중심을 향해 지향시킨다.
예를 들어 프로세서(120)는 후술되는 표시부(150)의 제1 표시 패널의 영상과 제2 표시 패널의 영상을 동기화한다. 또한, 프로세서(120)는 전체 영상에서 중심시에 대응하는 영상을 컷아웃하고 컷아웃된 영상을 제2 표시 패널에 제공한다. 제2 표시 패널은 중심시에 대응하여 컷아웃된 영상을 표시한다. 또한 프로세서(120)는 영상에서 중심시에 대응하는 영상을 컷아웃하고 남은 나머지 영상은 제1 표시 패널에 제공한다. 이로써, 제1 표시 패널의 제1 표시 영상과 제2 표시 패널의 제2 표시 영상은 중첩되지 않는다.
이를 위해 표시장치(1)의 표시부(150)는 후술하는 광 조향기 및 편광 제어부재 등을 더 포함할 수 있다. 후술하는 광 조향기 및 편광 제어부재는 도 15 내지 도 25를 통해 후술한다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 표시 장치의 표시부의 분해 사시도이다.
이하의 표시 장치(1)는 사용자의 머리에 장착되어 사용자에게 화상 또는 영상이 표시되는 화면을 제공하는 헤드 마운트 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
헤드 마운트 디스플레이 장치는 실제 외부의 사물들에 기초하여 증강 현실을 제공하는 씨-스루(see-through) 타입 및 외부의 사물과는 독립된 화면으로 사용자에게 가상 현실을 제공하는 씨-클로즈드(see-closed) 타입을 포함할 수 있다. 이하에서, 씨-클로즈드 타입의 헤드 마운트 디스플레이 장치가 예시되나, 이에 제한되지 않는다.
도 4 및 5를 참조하면, 표시 장치(1)는 메인 프레임(MF), 표시부(DP), 다채널 렌즈(LS) 및 커버 프레임(CF)을 포함할 수 있다.
메인 프레임(MF)은 사용자의 얼굴에 착용될 수 있다. 메인 프레임(MF)은 사용자의 머리(얼굴)의 형상에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 메인 프레임(MF)에는 제1 다채널 렌즈(LS1), 제2 다채널 렌즈(LS2), 표시부(DP) 및 커버 프레임(CF)을 실장할 수 있다. 메인 프레임(MF)은 표시부(DP), 제1 다채널 렌즈(LS1), 제2 다채널 렌즈(LS2)가 수납될 수 있는 공간이나 구조를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 메인 프레임(MF)은 장착을 용이하게 하기 위한 스트랩 또는 띠와 같은 구조물을 더 포함할 수 있고, 메인 프레임(MF)에는 제어부, 영상 처리부 및 렌즈 수납부 등이 더 실장될 수 있다.
표시부(DP)는 화상 및/또는 영상을 표시한다. 표시부(DP)는 화상 및/또는 영상이 표시되는 전면(DP_FS) 및 상기 전면(DP_FS)의 반대인 배면(DP_RS)을 포함할 수 있다. 표시부(DP)의 전면(DP_FS)으로부터 화상 및/또는 영상의 제공을 위한 광이 출광될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 표시부(DP)의 전면(DP_FS) 상에는 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)가 배치될 수 있다.
표시부(DP)는 메인 프레임(MF)에 고정된 상태로 구비될 수도 있고, 착탈 가능하게 구비될 수도 있다. 표시부(DP)는 표시 장치(1)의 설계, 예를 들면, 표시 장치(1)의 타입에 따라 불투명, 투명 또는 반투명하게 구성될 수 있다.
표시부(DP)는 제1 표시 영역을 갖는 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 영역을 갖는 제2 표시 패널(DP2)을 포함할 수 있다. 제1 표시 영역은 제2 표시 영역 보다 더 넓을 수 있다. 제1 표시 패널(DP1)은 더 넓은 시야에 걸쳐 더 낮은 해상도 이미지를 제공하고, 제2 표시 패널(DP2)은 좁은 시야에 걸쳐 더 높은 해상도 이미지를 제공할 수 있다. 제1 표시 패널(DP1)은 주변시에 대응하고, 제2 표시 영역은 중심시에 대응할 수 있다.
제2 표시 패널(DP2)의 시야는 1°보다 더 크다. 일 실시예에서, 제2 표시 패널(DP2)의 시야는 1°와 20° 사이에 있다.
제1 표시 패널(DP1)의 시야는 20°-80° 사이의 시야를 가질 수 있다.
제2 표시 패널(DP2)은 제1 표시 패널(DP1)의 PPI(Pixels Per Inch) 보다 2배 많은 PPI(Pixels Per Inch)를 갖는다. 예를 들어, 제1 표시 패널(DP1)은 1000ppi이상이고, 제2 표시 패널(DP2)의 PPI는 2000ppi이상이다.
제1 표시 패널(DP1)은 좌안과 우안에 대응하는 2개의 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 표시 패널(DP2)은 좌안과 우안에 대응하는 2개의 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 제4 서브 표시 패널(DP2-2)을 포함할 수 있다.
제2 표시 패널(DP2)은 제1 표시 패널(DP1)의 중앙부에 임베디드된 형태일 수 있다. 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)은 각각 제1 표시 패널(DP1)의 전면(DP_FS)에서 배면(DP_RS)을 관통하는 관통홀(TH1, TH2)을 포함할 수 있다. 관통홀은 HIAA(hall in active area) 기술을 적용하여 형성할 수 있다. 제3 서브 표시 패널(DP2-1)은 제1 서브 표시 패널(DP1-1)의 제1 관통홀(TH1)에 임베디드될 수 있다. 이로써 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 제1 서브 표시 패널(DP1-1)은 동일 평면상에 배치된다. 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 제1 서브 표시 패널(DP1-1)은 서로 중첩되지 않는다.
또한 제4 서브 표시 패널(DP2-2)은 제2 서브 표시 패널(DP1-2)의 제2 관통홀(TH2)에 임베디드될 수 있다. 이로써 제4 서브 표시 패널(DP2-2)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)은 동일 평면상에 배치된다. 제4 서브 표시 패널(DP2-2)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)은 서로 중첩되지 않는다.
제3 서브 표시 패널(DP2-1)은 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 같은 중심을 갖고, 제4 서브 표시 패널(DP2-2)은 제2 서브 표시 패널(DP1-2)과 같은 중심을 갖는다.
일 실시예에서 제2 표시 패널(DP2)이 원 형상을 가지도록 형성되었으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
일 실시예에서, 표시 장치(1)에 사용자의 양 안에 각각 대응되도록 상호 이격된 2개의 표시 부재가 제공되나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)은 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)에 중첩되도록 배치되는 하나의 표시 부재로 대체될 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 표시 패널(DP1)은 발광 소자(light emitting element)를 포함하는 발광 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 제1 표시 패널(DP1)은 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)를 이용하는 유기 발광 표시 패널, 및 초소형 발광 다이오드(micro LED)를 이용하는 초소형 발광 다이오드 표시 패널, 양자점 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자(Quantum dot Light Emitting Diode)를 이용하는 양자점 발광 표시 패널, 또는 무기 반도체를 포함하는 무기 발광 소자를 이용하는 무기 발광 표시 패널일 수 있다. 이하에서, 표시 패널(300)로 유기 발광 표시 패널이 예시되나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제2 표시 패널(DP2)은 발광 소자(light emitting element)를 포함하는 발광 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 제2 표시 패널(DP2)은 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)를 이용하는 유기 발광 표시 패널, 초소형 발광 다이오드(micro LED)를 이용하는 초소형 발광 다이오드 표시 패널, 반도체 공정을 이용하여 형성된 웨이퍼 기판 상에 유기발광소자를 이용하는 실리콘 온 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes on Silicone), 실리콘 온 발광 다이오드(Light Emitting Diodes on Silicone)일 수 있다. 이하에서, 표시 패널(300)로 유기 발광 표시 패널이 예시되나, 이에 제한되지 않는다. 제2 표시 패널(DP2)은 제1 표시 패널(DP1) 보다 더 높은 해상도를 갖는다.
제2 표시 패널(DP2)에 의해 표시되는 이미지는 중심시(foveal vision)에 대응하는 영역에 표시된다. 제1 표시 패널(DP1)에 의해 표시되는 이미지는 주변시(peripheral vision)에 대응하는 영역에 표시된다.
제1 표시 패널(DP1)은 제1 광을 출광하여 주변시에 대응하는 제1 표시 영역에 제1 표시 영상을 표시할 수 있다. 제2 표시 패널(DP2)은 제2 광을 출광하여 중심시에 대응하는 제2 표시 영역에 제2 표시 영상을 제공할 수 있다. 이를 위하여 전술한 프로세서는 제1 표시 패널(DP1)의 제1 표시영상과 제2 표시 패널(DP1)의 제2 표시 영상을 동기화한다. 제1 표시영상과 제2 표시 영상은 하나의 완전한 VR 영상으로 표시된다. 이 때 중심시에 대응하는 제2 표시 영상이 고해상도로 표시되어 사용자는 전체 VR 영상을 고해상도로 인식할 수 있게 된다.
다채널 렌즈(LS)는 표시부(DP)에서 출사된 광을 통과시켜 사용자에게 제공할 수 있다. 다채널 렌즈(LS1, LS2)는 표시부(DP)에서 출사되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 제공할 수 있다. 복수의 채널은 표시부(DP)로부터 출사된 광을 서로 다른 경로로 통과시켜 사용자에게 제공할 수 있다. 표시부(DP)로부터 출사된 광은 각각의 채널에 입사되어 확대된 상이 사용자의 눈에 포커싱될 수 있다.
다채널 렌즈(LS)는 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)를 포함할 수 있다.
제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)는 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)의 전면(DP1_FS) 상에 배치될 수 있다. 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)는 사용자의 좌안 및 우안의 위치에 상응하여 제1 표시 패널(DP1)의 전면(DP1_FS) 상에 배열될 수 있다. 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)는 메인 프레임(MF) 내부에 수납될 수 있다.
제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)는 표시부(DP)에 표시된 화상 및/또는 영상의 제공을 위한 광을 반사 및/또는 굴절시켜 사용자에게 제공할 수 있다. 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)는 제1 표시 패널(DP1) 및 제2 표시 패널(DP2)에서 출사되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 제공할 수 있다. 복수의 채널은 제1 표시 패널(DP1) 및 제2 표시 패널(DP2)로부터 출사된 광을 서로 다른 경로로 통과시켜 사용자에게 제공할 수 있다. 제1 표시 패널 (DP1) 및 제2 표시 패널(DP2)로부터 출사된 광은 각각의 채널에 입사되어 확대된 상이 사용자의 눈에 포커싱될 수 있다. 상기 복수의 채널은 후술하는 복수의 서브 렌즈(도 7의 'LS11, LS12, LS13, LS14, LS21, LS22, LS23, LS24' 참조)에 의해 구현될 수 있다.
커버 프레임(CF)은 표시부(DP)의 배면(DP_RS) 상에 배치되어 표시부(DP)를 보호할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 표시 장치(1)는 표시 장치(1)의 전체적인 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 도 2에서 전술한 프로세서를 포함하며, 표시부(도 2의 150)를 포함하는 표시장치의 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부는 표시부(150)에 처리된 이미지의 표시 등을 위한 연산을 수행할 수 있다. 제어부는 임베디드 프로세서 등을 포함하는 전용 프로세서 및/또는 중앙 처리 장치 또는 애플리케이션 프로세서 등을 포함하는 범용 프로세서 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 6은 도 5의 I-I'의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제1 표시 패널(DP1)은 기판(SUB1), 기판(SUB) 상에 배치된 박막 트랜지스터층(TFTL), 발광 소자층(EML), 및 박막 봉지층(TFEL)을 포함한다.
기판(SUB1)은 유리, 석영, 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 고분자 물질의 예로는 폴리에테르술폰(polyethersulphone: PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PA), 폴리아릴레이트(polyarylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide: PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene napthalate: PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terepthalate: PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide: PI), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate: CAT), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP) 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 또는, 기판(SUB1)은 금속 재질의 물질을 포함할 수도 있다.
기판(SUB1) 상에는 박막 트랜지스터층(TFTL)이 형성된다. 박막 트랜지스터층(TFTL)은 박막 트랜지스터(12)들, 게이트 절연막(13), 층간 절연막(14), 보호막(15), 및 평탄화막(16)을 포함한다.
기판(SUB)의 일면 상에는 제1 버퍼막(BF1)이 형성될 수 있다. 제1 버퍼막(BF1)은 투습에 취약한 기판(SUB)을 통해 침투하는 수분으로부터 박막 트랜지스터(12)들과 발광 소자층(EML)의 유기 발광층(172)을 보호하기 위해 기판(SUB)의 일면 상에 형성될 수 있다. 제1 버퍼막(BF1)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼막(BF1)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 제1 버퍼막(BF1)은 생략될 수 있다.
제1 버퍼막(BF1) 상에는 박막 트랜지스터(12)가 형성된다. 박막 트랜지스터(12)는 액티브층(121), 게이트 전극(122), 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)을 포함한다. 도 5에서는 박막 트랜지스터(12)가 게이트 전극(122)이 액티브층(121)의 상부에 위치하는 상부 게이트(탑 게이트, top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 박막 트랜지스터(12)들은 게이트 전극(122)이 액티브층(121)의 하부에 위치하는 하부 게이트(보텀 게이트, bottom gate) 방식 또는 게이트 전극(122)이 액티브층(121)의 상부와 하부에 모두 위치하는 더블 게이트(double gate) 방식으로 형성될 수 있다.
제1 버퍼막(BF1) 상에는 액티브층(121)이 형성된다. 액티브층(121)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 인듐, 아연, 갈륨, 주석, 티타늄, 알루미늄, 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 등을 함유하는 이성분계 화합물(ABx), 삼성분계 화합물(ABxCy), 사성분계 화합물(ABxCyDz)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액티브층(121)은 ITZO(인듐, 주석, 티타늄을 포함하는 산화물)나 IGZO(인듐, 갈륨, 주석을 포함하는 산화물)를 포함할 수 있다. 버퍼막과 액티브층(121) 사이에는 액티브층(121)으로 입사되는 외부광을 차단하기 위한 차광층이 형성될 수 있다.
액티브층(121) 상에는 게이트 절연막(13)이 형성될 수 있다. 게이트 절연막(13)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
게이트 절연막(13) 상에는 게이트 전극(122)과 게이트 라인이 형성될 수 있다. 게이트 전극(122)과 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(122)과 게이트 라인 상에는 층간 절연막(14)이 형성될 수 있다. 층간 절연막(14)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
층간 절연막(14) 상에는 소스 전극(123)과 드레인 전극(124)이 형성될 수 있다. 소스 전극(123)과 드레인 전극(124) 각각은 게이트 절연막(13)과 층간 절연막(14)을 관통하는 콘택홀을 통해 액티브층(121)에 접속될 수 있다. 소스 전극(123)과 드레인 전극(124)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
소스 전극(213)과 드레인 전극(124) 상에는 박막 트랜지스터(12)를 절연하기 위한 보호막(15)이 형성될 수 있다. 보호막(15)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
보호막(15) 상에는 박막 트랜지스터(12)로 인한 단차를 평탄하게 하기 위한 평탄화막(16)이 형성될 수 있다. 평탄화막(16)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터층(TFTL) 상에는 발광 소자층(EML)이 형성된다. 발광 소자층(EML)은 발광 소자(17)들과 화소 정의막(18)을 포함한다.
발광 소자(17)들과 화소 정의막(18)은 평탄화막(16) 상에 형성된다. 발광 소자(17)들 각각은 제1 전극(171), 유기 발광층(172), 및 제2 전극(173)을 포함할 수 있다.
제1 전극(171)은 평탄화막(16) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(171)은 보호막(15)과 평탄화막(16)을 관통하는 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(12)의 소스 전극(123)에 접속된다.
유기 발광층(172)을 기준으로 제2 전극(173) 방향으로 발광하는 상부 발광(top emission) 구조에서 제1 전극(171)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금이다.
유기 발광층(172)을 기준으로 제1 전극(171) 방향으로 발광하는 하부 발광(bottom) 구조에서 제1 전극(171)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 전극(171)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
화소 정의막(18)은 서브 화소들(RP, GP, BP)을 정의하는 화소 정의막으로 역할을 하기 위해 평탄화막(16) 상에서 제1 전극(171)을 구획하도록 형성될 수 있다. 화소 정의막(18)은 제1 전극(171)의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있다. 화소 정의막(18)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
서브 화소들(RP, GP, BP) 각각은 제1 전극(171), 유기 발광층(172), 및 제2 전극(173)이 순차적으로 적층되어 제1 전극(171)으로부터의 정공과 제2 전극(173)으로부터의 전자가 유기 발광층(172)에서 서로 결합되어 발광하는 영역을 나타낸다. 서브 화소들(RP, GP, BP) 각각은 발광 소자(17)를 포함할 수 있다.
제1 전극(171)과 화소 정의막(18) 상에는 유기 발광층(172)이 형성된다. 유기 발광층(172)은 유기 물질을 포함하여 소정의 색을 발광할 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층(172)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 물질층, 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 서브 화소(RP)의 유기 발광층(172)은 제1 색의 광을 발광하고, 제2 서브 화소(GP)의 유기 발광층(172)은 제2 색의 광을 발광하며, 제3 서브 화소(BP)의 유기 발광층(172)은 제3 색의 광을 발광할 수 있다. 제1 색은 적색이고, 제2 색은 녹색이며, 제3 색은 청색일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또는, 서브 화소들(RP, GP, BP) 각각의 유기 발광층(172)은 백색 광을 발광할 수 있으며, 이 경우 제1 서브 화소(RP)는 제1 색의 컬러필터층과 중첩하고, 제2 서브 화소(GP)는 제2 색의 컬러필터층과 중첩하며, 제3 서브 화소(BP)는 제3 색의 컬러필터층과 중첩할 수 있다.
제2 전극(173)은 유기 발광층(172) 상에 형성된다. 제2 전극(173)은 유기 발광층(172)을 덮도록 형성될 수 있다. 제2 전극(173)은 서브 화소들(RP, GP, BP)에 공통적으로 형성되는 공통층일 수 있다. 제2 전극(173) 상에는 캡핑층(capping layer)이 형성될 수 있다.
상부 발광 구조에서 제2 전극(173)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 형성될 수 있다. 제2 전극(173)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
하부 발광 구조에서 제2 전극(173)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금이다.
발광 소자층(EML) 상에는 박막 봉지층(TFEL)이 형성된다. 박막 봉지층(TFEL)은 봉지막(19)을 포함한다.
봉지막(19)은 제2 전극(173) 상에 배치된다. 봉지막(19)은 유기 발광층(172)과 제2 전극(173)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 또한, 봉지막(19)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하기 위해 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉지막(19)은 제2 전극(173) 상에 배치된 제1 무기막, 제1 무기막 상에 배치된 유기막, 유기막 상에 배치된 제2 무기막을 포함할 수 있다. 제1 무기막과 제2 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
박막 봉지층(TFEL) 상에는 제2 버퍼막(BF2)이 형성된다. 제2 버퍼막(BF2)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 버퍼막(BF2)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 제2 버퍼막(BF2)은 생략될 수 있다.
도 7은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제2 표시 패널(DP2)은 반도체 회로 기판(P110)과 발광 소자층(P120)을 포함할 수 있다.
반도체 회로 기판(P110)은 제1 기판(SUB11), 복수의 화소 회로부(PXC)들, 화소 전극(111)들, 제1 패드(PD1), 공통 연결 전극(CCE)의 제1 공통 연결 전극(CCE1), 및 제1 절연막(INS1)을 포함할 수 있다.
제1 기판(SUB1)은 실리콘 웨이퍼 기판일 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 단결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
복수의 화소 회로부(PXC)들 각각은 제1 기판(SUB11)에 배치될 수 있다. 복수의 화소 회로부(PXC)들 각각은 반도체 공정을 이용하여 형성된 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 회로를 포함할 수 있다. 복수의 화소 회로부(PXC)들 각각은 반도체 공정으로 형성된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 화소 회로부(PXC)들 각각은 반도체 공정으로 형성된 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다.
복수의 화소 회로부(PXC)들은 제2 표시 영역에 배치될 수 있다. 복수의 화소 회로부(PXC)들 각각은 그에 대응되는 화소 전극(111)에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 화소 회로부(PXC)들과 복수의 화소 전극(111)들은 일대일로 대응되게 연결될 수 있다. 복수의 화소 회로부(PXC)들 각각은 화소 전극(111)에 화소 전압 또는 애노드 전압을 인가할 수 있다.
화소 전극(111)들 각각은 그에 대응되는 화소 회로부(PXC) 상에 배치될 수 있다. 화소 전극(111)들 각각은 화소 회로부(PXC)로부터 노출된 노출 전극일 수 있다. 즉, 화소 전극(111)들 각각은 화소 회로부(PXC)의 상면으로부터 돌출될 수 있다. 화소 전극(111)들 각각은 화소 회로부(PXC)와 일체로 형성될 수 있다. 화소 전극(111)들 각각은 화소 회로부(PXC)로부터 화소 전압 또는 애노드 전압을 공급받을 수 있다. 화소 전극(111)들은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
제1 절연막(INS1)은 화소 전극(111)들이 배치되지 않은 제1 기판(SUB11) 상에 배치될 수 있다. 제1 절연막(INS1)은 실리콘 산화막(SiO2), 알루미늄 산화막(Al2O3), 또는 하프늄 산화막(HfOx)과 같은 무기막으로 형성될 수 있다.
발광 소자층(P120)은 복수의 발광 영역들(EA1, EA2, EA3)을 포함하여, 광을 발광하는 층일 수 있다. 발광 소자층(P120)은 연결 전극(112)들, 발광 소자(LE)들, 제2 절연막(INS2), 공통 전극(CE), 파장 변환층(QDL), 선택적 반사막(RTF), 반사막(RF), 및 복수의 컬러필터들(CF1, CF2, CF3)을 포함할 수 있다.
연결 전극(112)들 각각은 그에 대응되는 화소 전극(111) 상에 배치될 수 있다. 즉, 연결 전극(112)들은 화소 전극(111)들과 일대일로 대응되게 연결될 수 있다. 연결 전극(112)들은 제조 공정에서 화소 전극(111)들과 발광 소자(LE)들을 접착하기 위한 본딩 금속(bonding metal)의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 연결 전극(112)들은 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는, 연결 전극(112)들은 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 및 주석(Sn) 중 어느 하나를 포함하는 제1 층과 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 및 주석(Sn) 중 다른 하나를 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 층은 제1 층 상에 배치될 수 있다.
발광 소자(LE)들 각각은 연결 전극(112) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(LE)는 제3 방향(DR3)으로 연장되는 수직 발광 다이오드 소자일 수 있다. 즉, 발광 소자(LE)의 제3 방향(DR3)의 길이는 수평 방향의 길이보다 길 수 있다. 수평 방향의 길이는 제1 방향(DR1)의 길이 또는 제2 방향(DR2)의 길이를 가리킨다. 예를 들어, 발광 소자(LE)의 제3 방향(DR3)의 길이는 대략 1 내지 5㎛일 수 있다.
발광 소자(LE)는 마이크로 발광 다이오드(micro light emitting diode) 소자 또는 나노 발광 다이오드(nano light emitting diode)일 수 있다. 발광 소자(LE)는 제3 방향(DR3)에서 제1 반도체층, 전자 저지층, 활성층, 초격자층, 및 제2 반도체층을 포함한다. 제1 반도체층, 전자 저지층, 활성층, 초격자층, 및 제2 반도체층은 제3 방향(DR3)으로 순차적으로 적층될 수 있다.
공통 전극(CE)은 발광 소자(LE)들 각각의 상면, 제1 절연막(INS1)의 상면, 및 제2 절연막(INS2)의 상면 상에 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 발광 소자(LE)들 각각을 완전히 덮도록 배치될 수 있다.
공통 전극(CE)은 투명한 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공통 전극(CE)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함할 수 있다.
광 투과층(TPL)은 제1 발광 영역(EA1)들 각각에서 공통 전극(CE) 상에 배치될 수 있다. 광 투과층(TPL)은 제1 발광 영역(EA1)들 각각에서 제3 방향(DR3)에서 발광 소자(LE)와 중첩할 수 있다. 광 투과층(TPL)은 제1 발광 영역(EA1)들 각각에서 발광 소자(LE)를 완전히 덮도록 배치될 수 있다.
광 투과층(TPL)은 투광성 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 투과층(TPL)은 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 카도계 수지 또는 이미드계 수지 등을 포함할 수 있다.
파장 변환층(QDL)은 제2 발광 영역(EA2)들과 제3 발광 영역(EA3)들 각각에서 공통 전극(CE) 상에 배치될 수 있다. 파장 변환층(QDL)은 제2 발광 영역(EA2)들과 제3 발광 영역(EA3)들 각각에서 제3 방향(DR3)에서 발광 소자(LE)와 중첩할 수 있다. 파장 변환층(QDL)은 제2 발광 영역(EA2)들과 제3 발광 영역(EA3)들 각각에서 발광 소자(LE)를 완전히 덮도록 배치될 수 있다.
파장 변환층(QDL)은 제1 베이스 수지(BRS1)와 제1 파장 변환 입자(WCP1)를 포함할 수 있다. 제1 베이스 수지(BRS1)는 투광성 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 수지(BRS1)는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 카도계 수지 또는 이미드계 수지 등을 포함할 수 있다.
제1 파장 변환 입자(WCP1)는 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광을 제4 광으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 변환 입자(WCP1)는 청색 파장 대역의 광을 노란색 파장 대역의 광으로 변환할 수 있다. 제1 파장 변환 입자(WCP1)는 양자점(QD, quantum dot), 양자 막대, 형광 물질 또는 인광 물질일 수 있다. 양자점은 IV족계 나노 결정, II-VI족계 화합물 나노 결정, III-V족계 화합물 나노 결정, IV-VI족계 나노 결정 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
양자점은 코어 및 코어를 오버 코팅하는 쉘을 포함하는 것일 수 있다. 코어는 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, Ca, Se, In, P, Fe, Pt, Ni, Co, Al, Ag, Au, Cu, FePt, Fe2O3, Fe3O4, Si, 및 Ge 중 적어도 하나일 수 있다. 쉘은 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbS, PbSe 및 PbTe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
파장 변환층(QDL)은 발광 소자(LE)의 광을 랜덤한 방향으로 산란시키기 위한 산란체를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 산란체는 금속 산화물 입자 또는 유기 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물은 산화 티타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 아연(ZnO) 또는 산화 주석(SnO2)일 수 있다. 또한, 유기 입자는 아크릴계 수지 또는 우레탄계 수지를 포함할 수 있다. 산란체의 직경은 수 내지 수십 나노미터일 수 있다.
선택적 반사막(RTF)은 제1 발광 영역(EA1)들 각각에서 광 투과층(TPL)의 측면들 상에 배치되는 반면에, 제2 발광 영역(EA2)들과 제3 발광 영역(EA3)들 각각에서 파장 변환층(QDL)의 상면과 측면들 상에 배치될 수 있다. 선택적 반사막(RTF)은 제2 발광 영역(EA2)들과 제3 발광 영역(EA3)들 각각에서 파장 변환층(QDL)을 완전히 덮도록 배치될 수 있다. 선택적 반사막(RTF)은 제1 절연막(INS1) 상에 배치된 공통 전극(CE) 상에 배치될 수 있다.
선택적 반사막(RTF)은 제2 발광 영역(EA2)들과 제3 발광 영역(EA3)들 각각에서 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광(LT1) 중에서 파장 변환층(QDL)의 제1 파장 변환 입자(WCP1)에 의해 변환되지 않은 제1 광(LT1)을 반사하며, 제1 파장 변환 입자(WCP1)에 의해 변환된 제4 광(LT4)을 투과시킨다. 선택적 반사막(RTF)에 의해 반사된 제1 광(LT1)은 파장 변환층(QDL)에 재입사하므로, 파장 변환층(QDL)의 제1 파장 변환 입자(WCP1)에 의해 제4 광(LT4)으로 변환될 수 있다. 또한, 제4 광(LT4)은 제2 광(LT2)과 제3 광(LT3)이 혼합된 광이므로, 제2 광(LT2)은 제2 컬러필터(CF2)를 투과할 수 있다. 그러므로, 선택적 반사막(RTF)으로 인해, 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광(LT1)이 파장 변환층(QDL)의 제1 파장 변환 입자(WCP1)에 의해 제4 광(LT4)으로 변환되는 효율을 높일 수 있다.
반사막(RF)은 광 투과층(TPL)의 측면들과 파장 변환층(QDL)의 측면들 상에 배치된 선택적 반사막(RTF) 상에 배치될 수 있다. 또한, 반사막(RF)은 제1 절연막(INS1) 상에 배치된 공통 전극(CE) 상에 배치될 수 있다. 반사막(RF)은 발광 소자(LE)로부터 발광된 광 중에서 상부 방향이 아니라 상하좌우 측면 방향으로 진행하는 광을 반사하는 역할을 한다. 반사막(RF)은 알루미늄(Al)과 같은 반사율이 높은 금속 물질을 포함할 수 있다. 반사막(RF)의 두께는 대략 0.1㎛일 수 있다.
복수의 컬러필터들(CF1, CF2, CF3)은 제1 컬러필터(CF1)들, 제2 컬러필터(CF2)들, 및 제3 컬러필터(CF3)들을 포함할 수 있다.
제1 컬러필터(CF1)들 각각은 제1 발광 영역(EA1)에서 광 투과층(TPL) 상에 배치될 수 있다. 제1 컬러필터(CF1)들 각각은 제1 광을 투과시키고, 제2 광과 제3 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러필터(CF1)들 각각은 청색 파장 대역의 광을 투과시키고, 녹색 및 적색 파장 대역의 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 그러므로, 제1 컬러필터(CF1)들 각각은 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광을 투과시킬 수 있다. 즉, 제1 발광 영역(EA1)에서 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광은 별도의 파장 변환층에 의해 변환되지 않으며, 광 투과층(TPL)을 통해 제1 컬러필터(CF1)를 투과할 수 있다. 따라서, 제1 발광 영역(EA1)들 각각은 제1 광을 발광할 수 있다.
제2 컬러필터(CF2)들 각각은 제2 발광 영역(EA2)에서 파장 변환층(QDL) 상에 배치될 수 있다. 제2 컬러필터(CF2)들 각각은 제2 광을 투과시키고, 제1 광과 제3 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 예를 들어, 제2 컬러필터(CF2)들 각각은 녹색 파장 대역의 광을 투과시키고, 청색 및 적색 파장 대역의 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 그러므로, 제2 컬러필터(CF2)들 각각은 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광 중에서 파장 변환층(QDL)에 의해 변환되지 않은 제1 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 또한, 제2 컬러필터(CF2)들 각각은 파장 변환층(QDL)에 의해 변환된 제4 광 중에서 녹색 파장 대역에 해당하는 제2 광을 투과시키고, 청색 파장 대역에 해당하는 제3 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 따라서, 제2 발광 영역(EA1)들 각각은 제2 광을 발광할 수 있다.
제3 컬러필터(CF3)들 각각은 제3 발광 영역(EA3)에서 파장 변환층(QDL) 상에 배치될 수 있다. 제3 컬러필터(CF3)들 각각은 제3 광을 투과시키고, 제1 광과 제2 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 예를 들어, 제3 컬러필터(CF3)들 각각은 적색 파장 대역의 광을 투과시키고, 청색 및 녹색 파장 대역의 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 그러므로, 제3 컬러필터(CF3)들 각각은 발광 소자(LE)로부터 발광된 제1 광 중에서 파장 변환층(QDL)에 의해 변환되지 않은 제1 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 또한, 제3 컬러필터(CF3)들 각각은 파장 변환층(QDL)에 의해 변환된 제4 광 중에서 적색 파장 대역에 해당하는 제3 광을 투과시키고, 녹색 파장 대역에 해당하는 제2 광을 흡수 또는 차단할 수 있다. 따라서, 제3 발광 영역(EA3)들 각각은 제3 광을 발광할 수 있다.
복수의 컬러필터들(CF1, CF2, CF3) 사이에는 블랙 매트릭스가 배치될 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 제1 컬러필터(CF1)와 제2 컬러필터(CF2) 사이, 제2 컬러필터(CF2)와 제3 컬러필터(CF3) 사이, 및 제1 컬러필터(CF1)와 제3 컬러필터(CF3) 사이에 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스는 카본 블랙 등의 무기 흑색 안료나 유기 흑색 안료를 포함할 수 있다.
한편, 제조 공정을 간소화하기 위해, 도 5에서는 제1 발광 영역(EA1)들 각각에서 광 투과층(TPL) 대신에 파장 변환층(QDL)이 배치될 수도 있다.
또한, 도 7에서는 일 실시예에 따른 표시 장치가 반도체 공정을 이용하여 형성된 기판(SUB11) 상에 발광 다이오드 소자들을 배치한 LEDoS(Light Emitting Diode on Silicon)인 것을 중심으로 설명하였으나, 본 명세서의 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 도 1에 도시된 표시 패널과 렌즈 프레임의 전면에 배치된 다채널 렌즈를 보여주는 정면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 다채널 렌즈를 구체적으로 보여주는 일 측면 및 타 측면 사시도이다.
도 8, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제1 및 제2 다채널 렌즈(LS1,LS2)는 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2) 각각의 전면에 배치되며, 각각 사용자의 양 안에 상응하는 지점에 위치할 수 있다. 예를 들면, 표시 패널(DP)은 평면상에서 좌우 방향(도 8의 수평 방향)으로 긴 대략적인 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 다채널 렌즈(LS1,LS2)는 표시 패널(DP)의 중심을 기준으로 대칭되도록 배치되고, 제1 및 제2 다채널 렌즈(LS1,LS2)는 실질적으로 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 및 제2 다채널 렌즈(LS1,LS2)는 복수의 서브 렌즈(LS11, LS12, LS13, LS14, LS21, LS22, LS23, LS24)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 다채널 렌즈(LS1)는 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(LS12), 제3 서브 렌즈(LS13) 및 제4 서브 렌즈(LS14)를 포함할 수 있다. 제2 다채널 렌즈(LS2)는 제5 서브 렌즈(LS21), 제6 서브 렌즈(LS22), 제7 서브 렌즈(LS23) 및 제8 서브 렌즈(LS24)를 포함할 수 있다. 다만, 복수의 서브 렌즈(LS11, LS12, LS13, LS14, LS21, LS22, LS23, LS24)의 개수는 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제2 다채널 렌즈(LS2)는 제1 다채널 렌즈(LS1)와 실질적으로 동일하거나 유사하므로, 이하 제1 다채널 렌즈(LS1)를 중심으로 설명한다.
도 9에 도시된 제1 다채널 렌즈(LS1)는 평면상에 대략적으로 원형의 형상을 가질 수 있다. 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(LS12), 제3 서브 렌즈(LS13) 및 제4 서브 렌즈(LS14)는 평면상에서 상기 원형의 중심을 둘러싸도록, 예를 들면, 클로버 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(LS12), 제3 서브 렌즈(LS13) 및 제4 서브 렌즈(LS14)는 각각 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심을 기준으로 우측 상단, 좌측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 배치될 수 있다. 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(LS12), 제3 서브 렌즈(LS13) 및 제4 서브 렌즈(LS14)는 상호 일체로 연결될 수도 있고, 상호 분리될 수도 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 도 9a는 사용자의 눈에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 일측을 도시한 사시도이다. 그리고 도 9b는 표시 패널(DP)의 영상 표시면에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 타측을 도시한 사시도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제1 다채널 렌즈(LS1)의 단면은 대략적인 반구 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 메인 프레임(MF) 또는 사용자의 눈에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 일측은 볼록한 형상으로 형성되고, 표시 패널(DP)에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 타측은 오목한 형상으로 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 다채널 렌즈(LS2)는 단면이 대략적인 반구 형상으로 형성되며, 제5 서브 렌즈(LS21), 제6 서브 렌즈(LS22), 제7 서브 렌즈(LS23) 및 제8 서브 렌즈(LS24)는 평면상에서 제2 다채널 렌즈(LS2)의 중심을 둘러싸는 원형상 또는 클로버 형상으로 배치될 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 다채널 렌즈의 미러 코팅 영역들을 구체적으로 보여주는 정면도이다. 그리고 도 11은 도 9에 도시된 다채널 렌즈의 미러 코팅 영역들을 구체적으로 보여주는 배면 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 다채널 렌즈(LS1)에 형성된 제1 내지 제4 서브 렌즈(LS11, LS12, LS13, LS14)의 전면이나 배면은 미러 코팅 영역일 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 서브 렌즈(LS11, LS12, LS13, LS14) 각각에 구분되는 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)에는 반사 물질이 형성되거나 코팅될 수 있다.
제1 내지 제4 서브 렌즈(LS11, LS12, LS13, LS14) 각각에 구분되는 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)은 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심부인 제1 다채널 렌즈(LS1)의 오목 형상부와 대향된다. 이에 따라, 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)은 제1 다채널 렌즈(LS1)의 배면으로부터 입사되는 영상 표시 광을 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심부인 오목 형상부 방향으로 반사시킬 수 있다.
또한, 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심부이면서도 제1 다채널 렌즈(LS1)의 배면인 오목 형상부에는 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)과 대향되는 제1 내지 제4 이너 코팅 영역(MI11,MI12,MI13,MI14)이 정의된다. 그리고, 제1 내지 제4 이너 코팅 영역(MI11,MI12,MI13,MI14)에도 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)과 동일하게 반사 물질이 형성되거나 코팅된다. 이에 따라, 제1 내지 제4 이너 코팅 영역(MI11,MI12,MI13,MI14)은 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)으로부터 반사된 영상 표시 광을 전면 방향인 사용자의 안구 방향으로 반사시킬 수 있다.
제1 다채널 렌즈(LS1)의 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)과 제1 내지 제4 이너 코팅 영역(MI11,MI12,MI13,MI14) 형성 구조는 제2 다채널 렌즈(LS2)에도 동일하게 적용된다.
도 12는 도 8의 B-B'에 따라 절취된 표시부의 평면도와 단면도이고, 도 13a 내지 도 13d는 도 8의 A-A'에 따라 절취된 표시부의 단면도이다. 도 14는 도 13a에서 출광되는 광을 표시한 도면이다.
도 13a는 제1 표시 패널(DP1)에 제2 표시 패널(DP2)이 임베디드된 일 예를 나타낸 단면도이고, 도 13b 내지 도 13d는 도 13a의 변형예로서, 제2 표시 패널(DP2)가 제1 표시 패널(DP1)에 임베디드되지 않고, 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP2)이 일렬로 배치될 수 있다.
도 13b와 같이, 제2 표시 패널(DP2)이 제1 표시 패널(PD1)과 다채널 렌즈(LS1) 사이에 배치될 수 있다. 제1 표시 패널(PD1)은 제2 표시 패널(DP2)과 중첩되는 영역에 관통홀이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 표시 패널(PD1)의 영상과 제2 표시 패널(DP2)의 동일 영역의 영상이 중첩되지 않는다.
도 13c와 같이, 제2 표시 패널(DP2)은 제1 표시 패널(DP1)의 후면에 배치될 수 있다. 제1 표시 패널(PD1)은 제2 표시 패널(DP2)과 중첩되는 영역에 관통홀이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 표시 패널(PD1)의 영상과 제2 표시 패널(DP2)의 동일 영역의 영상이 중첩되지 않는다.
도 13d와 같이, 제2 표시 패널(DP2)이 제1 표시 패널(PD1)과 다채널 렌즈(LS1) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 프로세서는 제2 표시 패널(DP2)과 중첩되는 제1 표시 패널(PD1)의 영상을 컷 아웃하여 영상의 중첩을 방지한다.
도 5, 도 8, 도 12, 도 13a 내지 도 14를 참조하면, 복수의 서브 렌즈(LS11, LS12, LS13, LS14, LS21, LS22, LS23, LS24)는 각각 제1 표시 패널(DP)의 전면(DP_FS)으로부터 출사되는 광이 지나가는 복수의 채널을 제공할 수 있다. 제1 표시 패널(DP1)의 전면(DP_FS)의 서로 다른 영역으로부터 출사되는 광(IMG1, IMG1', IMG2, IMG2')은 각각의 채널을 서로 다른 경로로 통과할 수 있다. 또한, 제1 서브 렌즈(LS11)는 제1 서브 표시 패널(DP1-1)의 일 영역(예를 들면, 도 5의 표시 패널(DP)의 상단)에서 출사되는 광(IMG1)과 제3 서브 표시 패널(DP2-1)의 일 영역(예를 들면, 도 5의 표시 패널(DP)의 상단)에서 출사되는 광(IMG2)이 지나가는 채널을 제공한다. 제4 서브 렌즈(LS14)는 제1 서브 표시 패널(DP1-1)의 일 영역(예를 들면, 도 5의 표시 패널(DP)의 하단)에서 출사되는 광(IMG1') 및 제3 서브 표시 패널(DP2-1)의 일 영역(예를 들면, 도 5의 표시 패널(DP2)의 하단)에서 출사되는 광(IMG2')이 지나가는 채널을 제공한다. 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP2-1)의 일 영역 및 타 영역은 각각 제1 서브 렌즈(L11)와 중첩되는 영역 및 제4 서브 렌즈(L14)와 중첩되는 영역을 포함할 수 있다.
상기 광(IMG1, IMG1', IMG2, IMG2')은 각각 하나의 완전한 VR 영상의 구성을 위한 부분 영상 및/또는 부분 화상을 포함할 수 있다.
제1 다채널 렌즈(LS1)와 안구 사이의 거리는 약 10~15mm일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
마찬가지로, 도시되지는 않았으나, 제2 서브 렌즈(L12) 및 제4 서브 렌즈(L14)는 각각 제2 서브 표시 패널(DP1-2) 및 제4 서브 표시 패널(DP1-4)의 서로 다른 영역들에서 출사되는 광이 지나가는 채널을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 서브 렌즈(L11, L12, L13, L14, L21, L22, L23, L24)를 통과하는 광은 2회의 굴절 및 2회의 반사를 거쳐 사용자에게 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 14를 참조하면, 제2 표시 패널(DP2)에서 출사하는 광(IMG2)은 주로 사용자의 눈의 시야의 중심을 향해 지향된다. 일 실시형태에서, 제2 표시 패널(DP2)의 FOV(Field of View)는 1°보다 더 크다. 일 실시형태에서, 눈동자의 움직에 의해 중심시 위치의 변동을 고려한 마진 α를 추가할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서 제2 표시 패널(DP2)의 FOV에 대응하는 범위를 1°와 20° 사이로 할 수 있다.
제1 표시 패널(DP1)에서 출사하는 광(IMG1)은 사용자의 눈의 중심시의 외각인 주변시를 향해 지향된다.
일 예로, 제1 표시 패널(DP1)에서 출사되는 제1 광(IMG1, IMG1')에 의해 주변시에 대응하는 제1 표시 영상이 표시되고, 제1 표시 패널(DP1)에서 출사되는 제2 광(IMG2, IMG2')에 의해 중심시에 대응하는 제2 표시 영상이 표시된다.
다른 변형예에서 제1 표시 패널(DP1)은 서로 다른 해상도를 갖는 복수의 영역을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 표시 패널(DP2)의 둘레를 따라 일정 영역의 주변 영역을 정의할 수 있다. 주변 영역은 중심시 보다 낮은 해상도를 갖고 주변시 보다 높은 해상도를 갖도록 형성할 수 있다. 도 15는 다른 변형예에 따른 표시부의 분해 사시도이고, 도 16은 도 15의 표시부의 평면도이고, 도 17는 도 16의 A-A'을 따라 절단한 단면도이다. 도 18은 도 17의 표시부로부터 출사하는 광을 나타낸 단면도이다.
도 3, 도 15 내지 도 17을 참조하면, 표시장치(100)는 광 조향기(BD)와 눈 추적부(160)를 포함한다.
표시부는 제1 표시 패널(DP1) 및 제2 표시 패널(DP2)을 포함할 수 있다. 제1 표시 패널(DP1)은 좌안과 우안에 대응하는 2개의 제1 서브 표시 패널(DP1-1)과 제2 서브 표시 패널(DP1-2)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 표시 패널(DP2)은 좌안과 우안에 대응하는 2개의 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 제4 서브 표시 패널(DP2-2)을 포함할 수 있다.
제2 표시 패널(DP2)은 제1 표시 패널(DP1)의 후면에 배치된다. 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP2)은 두께 방향으로 중첩되도록 배치된다.
제3 서브 표시 패널(DP2-1)은 제1 서브 표시 패널(DP1-1)의 후면 중앙에 배치되고, 제4 서브 표시 패널(DP2-2)은 제2 서브 표시 패널(DP1-2)의 후면 중앙에 배치된다.
여기서, 제1 표시 패널(DP1)은 투명한 표시 패널이다. 제1 표시 패널(DP1)의 기판은 유리 등으로 이루어진 투명한 기판 위에 투명한 물질로 형성되어, 제1 표시 패널(DP1)의 후면에 배치되는 제2 표시 패널(DP1)로부터 출사되는 광이 제1 표시 패널(DP1)을 투과할 수 있다. 이러한 경우, 제1 표시 패널(DP1)의 영상과 제2 표시 패널(DP2)의 영상이 중첩될 수 있으므로, 도 3에서 전술한 프로세서는 전체영상에서 제2 표시 패널(DP2)이 표시하는 중심시에 대응하는 제2 표시 영상의 위치를 정의하고, 정의된 제2 표시 영상의 위치를 컷 아웃하는 영상 정보를 표시부에 제공한다. 표시부는 제1 표시 패널(DP1)의 컷아웃하는 영상 정보에 기초하여 제1 표시 패널(DP1)에 컷아웃을 포함한 제1 표시 영상을 표시한다. 즉, 제1 표시 영상은 상기 제2 표시 패널의 표시 영상과 중첩되는 영역이 컷아웃된 영상이다. 이로써 제1 표시 영상과 제2 표시 영상은 겹치지 않는다. 또한 프로세서는 제1 표시 패널(DP1)에 의해 표시되는 제1 표시 영상과 제2 표시 패널(DP2)에 의해 표시되는 제2 표시 영상을 동기화하고 랜더링하여 하나의 완전한 영상을 제공한다.
표시장치(100)는 눈 추적부(도 3의 160)를 더 포함할 수 있다. 눈 추적부(160)는 사용자의 눈동자 또는 시선벡터를 추적할 수 있다. 일 실시예에서 눈 추적부(160)는 카메라 기반일 수 있다. 예를 들어, 눈 추적부(160)는 적외선 스캐닝 카메라 센서일 수 있다. 다른 실시예에서 다른 눈 추적 메커니즘이 사용될 수 있다. 눈 추적부(160)는 스캐닝된 데이터에 기반하여 사용자의 시야의 중심을 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 눈 추적부(160)는 메인 프레임(MF)(사용자의 안구)에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)의 각 일측에 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제어부는 도 3에서 전술한 프로세서를 포함하며, 프로세서는 표시부(150) 및 눈 추적부(160)를 포함하는 표시장치의 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 눈 추적부(160)에 의해 획득된 이미지의 분석, 사용자의 동공 위치 및 중심시 위치를 추적하기 위한 연산을 수행할 수 있다.
도 15 내지 도 18을 참조하면 눈 추적부(160)는 하나 이상의 적외선 카메라와 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다.
복수의 적외선 카메라(도 15 및 도 16의 'C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8' 참조)는 커버 프레임(CF)과 표시부(DP) 사이에 개재될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 예로 다채널 렌즈의 외측 또는 표시 패널(DP) 배치될 수도 있다.
제어부는 복수의 적외선 광원(도 15의 'L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8' 참조) 및 복수의 적외선 카메라(도 15 및 도 16의 'C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8' 참조) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 적외선 카메라(도 15 및 도 16의 'C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8' 참조)에 의해 획득된 이미지의 분석, 사용자의 동공(PP) 위치의 산출, 상기 이미지에 기초한 이미지 프로세싱(이미지 매핑) 및 표시 패널(DP)에 처리된 이미지의 표시 등을 위한 연산을 수행할 수 있다. 제어부는 임베디드 프로세서 등을 포함하는 전용 프로세서 및/또는 중앙 처리 장치 또는 애플리케이션 프로세서 등을 포함하는 범용 프로세서 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 적외선 광원(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8)은 제1 다채널 렌즈(LS1) 및 제2 다채널 렌즈(LS2)에 배치될 수 있다. 복수의 적외선 광원(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8)은 메인 프레임(MF)(도는 사용자의 눈)에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 볼록한 일측 및 제2 다채널 렌즈(LS2)의 볼록한 일측 상에 배치될 수 있다.
복수의 적외선 광원(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8)은 제1 적외선 광원(L1), 제2 적외선 광원(L2), 제3 적외선 광원(L3), 제4 적외선 광원(L4), 제5 적외선 광원(L5), 제6 적외선 광원(L6), 제7 적외선 광원(L7) 및 제8 적외선 광원(L8)을 포함할 수 있다.
제1 적외선 광원(L1), 제2 적외선 광원(L2), 제3 적외선 광원(L3), 제4 적외선 광원(L4), 제5 적외선 광원(L5), 제6 적외선 광원(L6), 제7 적외선 광원(L7) 및 제8 적외선 광원(L8)은 각각 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(L12), 제3 서브 렌즈(L13), 제4 서브 렌즈(LS14), 제5 서브 렌즈(L21), 제6 서브 렌즈(L22), 제7 서브 렌즈(L23) 및 제8 서브 렌즈(L24)에 배치될 수 있다.
평면상에서 제1 적외선 광원(L1), 제2 적외선 광원(L2), 제3 적외선 광원(L3) 및 제4 적외선 광원(L4)은 제1 다채널 렌즈(LS1)의 경계를 기준으로 내측에 위치하고, 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심을 둘러싸도록 배치되고, 제5 적외선 광원(L5), 제6 적외선 광원(L6), 제7 적외선 광원(L7) 및 제8 적외선 광원(L8) 역시 제2 다채널 렌즈(LS2)의 경계를 기준으로 내측에 위치하고, 제2 다채널 렌즈(LS2)의 중심을 둘러싸도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 복수의 적외선 광원(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8)은 표시부(DP)로부터 사용자의 안구가 위치하는 방향으로 연장하는 서브 렌즈들의 경사면 상에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하의 두께 방향은 표시부(DP)의 두께 방향 및/또는 다채널 렌즈(LS)의 광축 방향을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자의 동공(PP) 위치를 검출하기 위한 수단으로 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)가 예시되나, 이에 제한되지 않는다. 표시 장치(1)는 사용자의 동공(PP) 위치를 검출할 수 있는 다양한 종류의 센서를 포함할 수 있다.
복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 표시부(DP)의 배면(DP_RS) 상에 배치될 수 있다. 복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 후술하는 표시부(DP)의 복수의 투과 영역과 각각 중첩되도록 배치될 수 있다.
복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 적외선 광원으로부터 출사되어 사용자의 동공(PP)에서 반사된 적외선을 센싱할 수 있다. 복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)에 의해 센싱된 자외선에 의해 사용자의 동공(PP)의 정확한 위치가 산출될 수 있다.
복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 적외선을 센싱할 수 있는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 수신된 적외선에 기초하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 각각의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)의 전방의 이미지를 캡쳐하고, 상기 캡쳐된 이미지로부터 사용자의 동공(PP)의 위치에 기초하여 사용자가 응시하고 있는 방향이 산출될 수 있다.
복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)는 제1 적외선 카메라(C1), 제2 적외선 카메라(C2), 제3 적외선 카메라(C3), 제4 적외선 카메라(C4), 제5 적외선 카메라(C5), 제6 적외선 카메라(C6), 제7 적외선 카메라(C7) 및 제8 적외선 카메라(C8)를 포함할 수 있다.
제1 적외선 카메라(C1), 제2 적외선 카메라(C2), 제3 적외선 카메라(C3), 제4 적외선 카메라(C4), 제5 적외선 카메라(C5), 제6 적외선 카메라(C6), 제7 적외선 카메라(C7) 및 제8 적외선 카메라(C8)는 각각 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(L12), 제3 서브 렌즈(L13), 제4 서브 렌즈(LS14), 제5 서브 렌즈(L21), 제6 서브 렌즈(L22), 제7 서브 렌즈(L23) 및 제8 서브 렌즈(L24)와 두께 방향으로 중첩되도록 배치될 수 있다.
제1 적외선 카메라(C1), 제2 적외선 카메라(C2), 제3 적외선 카메라(C3) 및 제4 적외선 카메라(C4)는 평면상에서 제1 다채널 렌즈(LS1)의 경계에 인접하여 배치될 수 있다.
제1 적외선 카메라(C1), 제2 적외선 카메라(C2), 제3 적외선 카메라(C3) 및 제4 적외선 카메라(C4)는 평면상에서 제1 다채널 렌즈(LS1)의 경계와 두께 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 제1 다채널 렌즈(LS1)의 경계는 표시부(DP)의 전면(DP_FS)에 인접 또는 밀착되는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 엣지 및/또는 표시부(DP)의 전면(DP_FS)에 대향하는 제1 다채널 렌즈(LS1)의 타측의 최외곽 테두리를 의미할 수 있다. 상기 제1 다채널 렌즈(LS1)의 경계는 표시부(DP)의 전면(DP_FS)에 인접 또는 밀착되는 제1 서브 렌즈(LS11), 제2 서브 렌즈(L12), 제3 서브 렌즈(L13) 및 제4 서브 렌즈(LS14)의 각 엣지를 포함할 수 있다.
다만, 이에 제한되지 않으며, 제1 적외선 카메라(C1), 제2 적외선 카메라(C2), 제3 적외선 카메라(C3) 및 제4 적외선 카메라(C4)는 평면상에서 제1 다채널 렌즈(LS1)의 경계를 기준으로 내측에 배치될 수도 있다.
제5 적외선 카메라(C5), 제6 적외선 카메라(C6), 제7 적외선 카메라(C7) 및 제8 적외선 카메라(C8)도 제2 다채널 렌즈(LS2)를 기준으로 각각 제1 적외선 카메라(C1), 제2 적외선 카메라(C2), 제3 적외선 카메라(C3) 및 제4 적외선 카메라(C4)와 실질적으로 동일하거나 유사한 방식으로 배치될 수 있다.
사용자의 응시 방향 및/또는 사용자의 동공(PP)의 위치에 따라 사용자의 동공(PP)으로부터 반사된 적외선이 수신되는 적외선 카메라가 달라질 수 있다.
예를 들면, 사용자가 제1 서브 렌즈(LS11)가 위치하는 방향으로 응시하면, 제1 적외선 광원(L1)으로부터 출사된 적외선은 사용자의 동공(PP)에서 반사되어 제1 적외선 카메라(C1)로 수신될 수 있다. 또 다른 예를 들면, 사용자가 제4 서브 렌즈(LS14)가 위치하는 방향으로 응시하면, 제4 적외선 광원(L4)으로부터 출사된 적외선은 사용자의 동공(PP)에서 반사되어 제4 적외선 카메라(C4)로 수신될 수 있다. 마찬가지로, 도시되지는 않았으나, 사용자가 제2 서브 렌즈(L12)가 위치하는 방향 또는 제3 서브 렌즈(L13)가 위치하는 방향으로 응시한 경우, 제2 적외선 카메라(C2) 또는 제4 적외선 카메라(C4)로 사용자의 동공(PP)에서 반사된 적외선이 수신될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 복수의 적외선 광원(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8) 및 복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)가 제1 다채널 렌즈(LS1)와 사용자의 안구 사이에 배치되지 않고, 제1 다채널 렌즈(LS1) 상 또는 표시부(DP)의 배면(DP_RS) 상에 배치됨으로써, 슬림한 두께를 구현할 수 있다.
복수의 투과 영역은 각각 표시부(DP)의 전면(DP_FS)으로 입사하는 광의 대부분을 투과할 수 있다. 복수의 투과 영역은 각각 표시부(DP)의 전면(DP_FS)으로 입사하는 광 중 특정 파장 대역의 광, 예를 들면, 적외선만을 투과할 수도 있다. 복수의 투과 영역을 투과한 광은 표시부(DP)의 배면(DP_RS) 상에 배치된 적외선 카메라로 전달될 수 있다.
표시장치(1)는 광 조향기(BD)를 더 포함할 수 있다. 광 조향기(BD)는 제2 표시 패널(DP2)의 광의 출력방향을 제어하여 표시 영상을 시선벡터의 중심으로 이동할 수 있다. 광 조향기(BD)는 디플렉터(Deflector)일 수 있다. 디플렉터의 굴절각은 5°이상이다.
광 조향기(BD1, BD2)는 제2 표시 패널(DP2)과 다채널 렌즈(LS1, LS2) 사이에 개재될 수 있다. 광 조향기(BD1, BD2)는 제2 표시 패널(DP2)과 제1 표시 패널(DP1) 사이에 개재될 수 있다. 광 조향기(BD1, BD2)는 제2 표시 패널(DP2)과 두께 방향으로 중첩하게 배치될 수 있다.
광 조향기(BD1, BD2)는 제2 표시 패널(DP2)의 형상과 대응하도록 원 형상을 가지도록 형성되었으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제2 표시 패널(DP2)의 형상에 따라 다양한 변형예를 가질 수 있다.
제어부는 광 조향기(BD1, BD2)의 광 조향 각도를 제어할 수 있다. 제어부는 사용자의 시선벡터에 기초하여 제2 표시 패널(DP2)으로부터 출력되는 광의 방향을 조절하기 위한 연산을 수행할 수 있다.
광 조향기(BD1, BD2)는 제1 광 조향기(BD1)와 제2 광 조향기(BD2)를 포함할 수 있다. 제1 광 조향기(BD1)는 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 제1 다채널 렌즈(LS1) 사이에 개재될 수 있다. 제1 광 조향기(BD1)는 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 중첩된다. 제1 광 조향기(BD1)는 제3 서브 표시 패널(DP2-1)에서 출사되는 광의 방향을 조정한다. 제1 광 조향기(BD1)는 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 접촉할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 제1 광 조향기(BD1)는 제3 서브 표시 패널(DP2-1)과 이격하여 배치될 수 있다. 제1 광 조향기(BD1)는 제3 서브 표시 패널(DP2-1)의 형상과 대응하도록 원 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
제2 광 조향기(BD2)는 제4 서브 표시 패널(DP2-2)과 제2 다채널 렌즈(LS2) 사이에 개재될 수 있다. 제2 광 조향기(BD2)는 제4 서브 표시 패널(DP2-2)과 중첩된다. 제2 광 조향기(BD2)는 제4 서브 표시 패널(DP2-2)에서 출사되는 광의 방향을 조정한다. 제2 광 조향기(BD2)는 제4 서브 표시 패널(DP2-2)과 접촉할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 제2 광 조향기(BD2)는 제4 서브 표시 패널(DP2-2)과 이격하여 배치될 수 있다. 제2 광 조향기(BD2)는 제4 서브 표시 패널(DP2-2)의 형상과 대응하도록 원 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 눈 추적부(160)를 통해 사용자의 시야의 중심으로 고해상도인 제2 표시 패널(DP2)에 의해 표시되는 이미지를 지향시킬 수 있다.
도 19는 다른 변형예에 따른 표시부의 단면도이고, 도 20은 도 19의 표시 패널로부터 출사되는 광을 표시한 표시부의 단면도이고, 도 21 및 도 22는 도 19의 변형예이다.
도 19 내지 도 22의 변형예에서는 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP2)이 동일한 평면 상에 배치되지 않는다. 예를 들어, 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP2)은 서로 수직하게 배치될 수 있다. 제1 표시 패널(DP1)의 전면(DP1_FS)과 제2 표시 패널(DP2)의 전면(DP2_FS)이 서로 수직하게 배치될 수 있다.
제2 표시 패널(DP2)에서 출사된 광 경로 상에 경로 변경을 위한 부재들이 배치된다. 광 경로 변경을 위한 부재들은 한 개의　렌즈를 포함할 수도 있고, 필요에 따라 복수개의　렌즈들을 포함할 수 있다. 예컨대 광 경로 변경을 위한 부재는 볼록렌즈, 한쪽 면이 평평한 볼록렌즈　및/또는　오목렌즈　등을 포함할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 하프미러(ML)와 오목미러(CCL)가 제2 표시 패널(DP2)에서 출사된 광 경로 상에 위치한다.
제2 표시 패널(DP2), 하프 미러(half mirror;ML) 및 오목미러(CCL)는 순차적으로 배치된다. 즉 하프미러(ML)는 제2 표시 패널(DP2)과 오목미러(CCL) 사이에 배치된다. 하프미러(ML)는 입사되는 빛을 투과시키는 일면, 일면의 반대이고 빛을 반사하는 타면을 갖는 렌즈(또는 거울)을 의미한다. 하프미러(ML)는 빛을 투과시키는 일면으로 제1 표시 패널(DP1) 및 제2 표시패널(DP2)의 광이 입사된다. 하프미러(ML)의 타면과 마주하는 제2 표시 패널의 광 경로 상에 오목미러(CCL)가 배치된다. 따라서, 오목미러(CCL)에 입사되어 반사되는 제2 표시 패널의 광은 하프미러(ML)의 타면에 입사되고 반사된다.
하프미러(ML)는 제2 표시 패널(DP2)로부터 출사된 광은 투과시키고, 오목미러(CCL)로부터 반사되어 나오는 광은 안구방향으로 반사시킨다.
일 실시예에서 제2 표시 패널(DP2)은 120 Hz이고, 하프미러(ML)는 240 Hz로 온/오프 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
오목미러(CCL)는 비구면 처리를 하여 구면 수차로 인한 왜곡을 방지할 수 있다.
하프미러(ML)는 다채널 렌즈(LS1)와 안구 사이에 배치될 수 있다. 하프미러(ML)는 제1 표시 패널(DP1)로부터 출사된 광은 투과시킨다.
하프미러(ML)는 제2 표시 패널(DP2)과 제1 표시 패널(DP1)로부터 각각 출력되는 광을 결합시켜 사용자의 눈으로 전달할 수 있다. 이로써 사용자는 하나의 완전하고 고해상도의 영상을 인식할 수 있다.
다른 변형예에서는 도 21 및 도 22를 참조하면 제2 표시 패널(DP2)과 하프미러(ML) 사이에 하나 이상의 광 배율 부재를 포함할 수 있다.
제2 표시 패널(DP2)은 두께 방향으로 상기 제1 표시 패널과 중첩하지 않는다. 따라서 제2 표시 패널(DP2)의 제2 표시 영상과 제1 표시 패널(DP1)의 제1 표시 영상 사이의 거리감이 상이할 수 있다. 이를 조정하기 위하여, 제2 표시 패널(DP2)의 광 진행방향에 하나 이상의 광 배율 부재를 배치할 수 있다.
광 배율 부재는 볼록렌즈(CVL)와 오목렌즈(미도시) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에서 제2 표시 패널(DP2)과 하프미러(ML) 사이에 볼록렌즈(CVL)가 더 위치할 수 있다. 볼록렌즈(CVL)는 제2 표시 패널(DP2)로부터 출사된 광을 소정의 배율로 확대하는 기능을 수행할 수　있다. 이로써, 볼록렌즈(CVL)는 제2 표시 패널(DP2)의 영상의 깊이감을 조절한다. 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP2) 사이의 깊이감의 차이를 조정할 수 있다. 볼록렌즈(CVL)는 제2 표시 패널(DP2)로부터 출사된 광을 소정의 배율로 확대하는 기능을 수행할 수　있다.
도 23은 표시 장치의 고스트 영상 표시 경로와 원인을 설명하기 위한 단면도이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 제2 표시 패널(DP2)로부터 출사되어 하프미러(ML)로 입사되는 광은 바람직하게는 투과되어 오목미러(CCL)로 진행한다. 또한, 제1 표시 패널(DP1)로부터 출사되어 하프미러(ML)로 입사되는 광은 바람직하게는 투과되어 안구방향으로 진행한다. 이와 같이 하프미러(ML)를 투과해야 하는 광이 일부 반사되어 다채널 렌즈(LS1)으로 입사된다. 도 11 및 도 22를 참조하면 제1 다채널 렌즈(LS1)로 입사되는 광이 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14) 및 제1 내지 제4 미러 코팅 영역(M11,M12,M13,M14)에서 반사되면, 계획되지 않은 광 경로들이 형성되고 고스트 영상이 보여지게 된다.
도 19 내지 도 13에서와 같이, 제1 표시 패널(DP1)과 제2 표시 패널(DP2)이 동일평면 상에 배치되지 않는 경우에도, 눈 추적부(160)에 의해 동공의 위치를 추적할 수 있다. 눈 추적부(160)는 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명한 눈 추적부(160)와 시질적으로 동일하거나 유사하므로 중복 설명은 생략한다.
프로세서는 눈 추적부(160)에 의해 검출된 동공의 위치에 기초하여 하프미러(ML)의 각도를 조정하여 제2 표시 패널(DP2)의 제2 표시영상이 중심시에 대응하도록 조정한다.
일 실시예에서, 하프미러(ML)의 각도 전자기력, 압전력(piezoelectric force) 등에 의해 변경될 수 있다.
이하, 도 24 및 도 25를 참조하면, 제1 표시 패널(DP1) 및 제2 표시 패널(DP2)중 어느 하나 이상으로부터 출사되어 하프미러(ML)로부터 반사되어 발생되는 계획하지 않은 고스트 영상을 방지하기 위해 편광 제어부재를 더 채택할 수 있다.
하프미러(ML)의 반사면에 반사편광필름을 부착할 수 있다. 다른 변형예에서 하프미러(ML)를 대신하여 반사편광자가 배치될 수 있다.
또한, 하프미러(ML)와 평행하도록 위상지연소자(RT)를 배치할 수 있다. 위상지연소자(RT)는 제2 표시 패널(DP2)의 광경로 상에 하프미러(ML)와 오목미러(CCL) 사이에 배치된다. 위상지연소자(RT)는 리타더일 수 있다.
이를 통해 고스트 영상이 사용자에게 인식되지 않게 된다.
도 26은 일 실시예에 따른 표시 장치 제어 방법의 순서도이다.
상기 표시 장치(1) 제어 방법은 헤드 마운트 디스플레이 제어 방법을 포함할 수 있다. 상기 표시 장치(1) 제어 방법은 상술한 제어부에 의해 수행될 수 있다.
상기 표시 장치(1) 제어 방법은 헤드 마운트 디스플레이 제어 방법을 포함할 수 있다. 상기 표시 장치(1) 제어 방법은 상술한 제어부에 의해 수행될 수 있다.
단계 S110에서 프로세서는 제1 표시 패널(DP1)에 입력되는 영상신호와 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상신호를 동기화한다. 동기화를 위해 먼저, 기준 영상을 정한다. 일 실시예에서 기준 영상은 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상으로 하되 이에 한정하는 것은 아니다. 매 프레임마다 기준영상인 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상과 제1 표시 패널(DP1)에 입력되는 영상이 동기화가 이루어질 수 있다.
단계 S120에서 프로세서는 제2 표시 패널(DP2)의 제2 표시영상을 생성한다. 표시영상은 제2 표시 패널(DP2)에 의해 표시되는 영상으로, 사용자에게 인식되는 화상 및/또는 영상을 의미할 수 있다. 프로세서는 전체영상에 중심시 영역에 대응하는 영상을 분리한다. 분리된 중심시 영역에 대응하는 영상이 제2 표시 패널(DP2)의 제2 표시영상이 된다.
단계 S130에서 제2 표시 패널(DP2)은 제2 표시영상을 표시하고, 제1 표시 패널(DP1)은 전체영상을 표시한다.
제1 표시 패널(DP1)의 중심영역에 제2 표시 패널(DP2)이 임베디드된 실시예에서는 제1 표시 패널(DP1)의 전체 영상에서 제2 표시영상에 대응하는 영상을 컷아웃할 필요가 없다.
도 27은 다른 실시예에 따른 표시 장치 제어 방법의 순서도이다.
도 27은 눈 추적부를 포함하는 표시장치의 제어방법을 설명한다.
상기 표시 장치 제어 방법은 헤드 마운트 디스플레이 제어 방법을 포함할 수 있다. 상기 표시 장치 제어 방법은 상술한 제어부에 의해 수행될 수 있다.
단계 S210에서, 눈 추적부(160)는 사용자의 동공 위치를 검출한다.
일 실시예에서 제1 표시 패널(DP1)에 마련된 카메라를 통해 동공(PP)에서 반사되는 적외선을 수신하고 수신된 적외선에 기초하여 사용자의 동공(PP)의 위치를 검출할 수 있다.
도 15 및 도 17을 더 참조하면, 제1 표시 패널(DP1)의 배면(DP_RS) 상에 투과 영역(TR)과 각각 중첩되도록 배치되는 복수의 적외선 카메라(C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8)로 사용자의 동공(PP)의 위치를 검출하여, 사용자가 어느 방향을 응시하고 있는지 판단할 수 있다.
한편, 사용자가 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심을 응시하는 경우, 제1 적외선 카메라(C1) 내지 제4 적외선 카메라(C4)에 사용자의 동공(PP)에서 반사된 적외선이 수신되지 않아 사용자의 동공(PP)이 검출되지 않을 수 있다. 이 경우, 사용자의 동공(PP)의 좌표는 (0,0)으로 판단될 수 있다.
반면에, 사용자가 제1 다채널 렌즈(LS1)의 중심 영역 외의 영역을 응시하는 경우, 제1 적외선 카메라(C1) 내지 제4 적외선 카메라(C4) 중 적어도 하나에서 사용자의 동공(PP)이 검출될 수 있다.
예를 들면, 사용자가 제1 다채널 렌즈(LS1)가 위치하는 방향을 응시하는 경우, 제1 적외선 카메라(C1)에 사용자의 동공(PP)이 검출될 수 있다. 이 경우, 사용자의 동공(PP)의 좌표는 제1 사분면(P1_1)(예를 들면, (3,1))에 위치하는 것으로 판단될 수 있다.
단계 S220에서, 프로세서는 제1 표시 패널(DP1)에 입력되는 영상신호와 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상신호를 동기화한다. 동기화를 위해 먼저, 기준 영상을 정한다. 일 실시예에서 기준 영상은 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상으로 하되 이에 한정하는 것은 아니다. 매 프레임마다 기준영상인 제2 표시 패널(DP2)에 입력되는 영상과 제1 표시 패널(DP1)에 입력되는 영상이 동기화가 이루어질 수 있다.
단계 S230에서 프로세서는 제2 표시 패널(DP2)의 제2 표시영상과 제1 표시 패널(DP1)의 제1 표시영상을 생성한다. 프로세서는 전체영상에 단계 S210에서 검출된 동공 위치에 기초하여 중심시 영역에 대응하는 영상을 분리한다. 분리된 중심시 영역에 대응하는 영상이 제2 표시 패널(DP2)의 제2 표시영상이 되고 분리된 중심시 영역 이외의 영역에 대응하는 여상이 제1 표시 패널(DP1)의 제1 표시영상이 된다. 다른 변형예에서, 제1 표시 패널(DP1)의 제1 표시 영상에 중심시 영역의 분리에 의해 생성된 엣지에 블러처리를 수행할 수 있다.
단계 S240에서 제2 표시 패널(DP2)은 중심시에 대응하는 영역에 제2 표시영상을 표시하고, 제1 표시 패널(DP1)은 주변시에 대응하는 영역에 제1 표시영상을 표시한다.
다만, 표시 장치(1) 제어 방법은 상기 예시에 제한되지 않으며, 상기 단계의 적어도 일부가 생략되거나, 본 명세서의 다른 기재를 참조하여 적어도 하나 이상의 다른 단계를 더 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 표시 장치
DP1: 제1 표시 패널
DP2 : 제2 표시 패널
LS: 다채널 렌즈
MF: 메인 프레임
CF: 커버 프레임

Claims (24)

  1. 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널;
    제2 해상도를 갖는 제2 표시 패널; 및
    상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높은 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 표시 패널은 제1 표시 패널의 PPI(Pixels Per Inch) 보다 2배 많은 PPI를 갖는 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 표시 패널은 좌안에 대응하는 제1 서브 표시 패널과 우안에 대응하는 제2 서브 표시 패널을 포함하고,
    상기 제2 표시 패널은 좌안에 대응하는 제3 서브 표시 패널과 우안에 대응하는 제4 서브 표시 패널을 포함하는 표시장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 서브 표시 패널과 제2 서브 표시 패널은 각각 20° 내지 80°의 시야각을 갖고,
    상기 제3 서브 표시 패널과 제4 서브 표시 패널은 각각 1° 내지 20°의 시야각을 갖는 표시장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 서브 표시 패널은 중심에 관통홀을 갖고 상기 제1 서브 표시 패널은 상기 관통홀에 임베디드되고,
    상기 제4 서브 표시 패널은 중심에 관통홀을 갖고 상기 제2 서브 표시 패널과 상기 관통홀에 임베디드되는 표시장치.
  6. 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널;
    제2 해상도를 갖는 제2 표시 패널;
    상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈;
    사용자의 시선의 방향을 검출하는 눈 추적부; 및
    상기 시선의 방향에 기초하여 상기 제2 표시 패널로부터 출광되는 광의 방향을 제어하는 광 조향기
    를 포함하고,
    상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높은 표시장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 표시 패널은 제1 표시 패널의 PPI(Pixels Per Inch) 보다 2배 많은 PPI를 갖는 표시장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 표시 패널은 투명 표시 패널이고,
    상기 제2 표시 패널은 상기 일면의 반대인 타면에 배치되고,
    상기 제2 표시 패널로부터 출광된 광은 상기 제1 표시 패널을 투과하여 진행하는 표시장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 표시 패널은 제1 표시 영상을 표시하고,
    상기 제2 표시 패널은 제2 표시 영상을 표시하며,
    상기 제1 표시 영상은 상기 제2 표시 영상과 중첩되는 영역이 컷아웃된 영상인 표시장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 광 조향기는 상기 제1 표시 패널과 상기 제2 표시 패널 사이에 배치되는 표시장치.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 광 조향기는 디플렉터(Deflector)인 표시장치
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 눈 추적부는,
    상기 제1 표시 패널의 상기 일면 상에 배치되고 적외선을 출광하는 복수의 적외선 광원; 및
    상기 적외선 광원으로부터 출광되고 관찰자의 동공에 반사되는 적외선을 감지하는 복수의 적외선 카메라를 포함하는 표시장치.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 표시 패널은 상기 일면으로 입사하는 적외선을 투과하는 투과영역을 포함하고,
    상기 복수의 적외선 카메라는 상기 제1 표시 패널의 상기 타면 상에 상기 투과 영역과 중첩되도록 배치되는 표시장치.
  14. 제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널;
    제2 해상도를 갖고, 두께 방향으로 상기 제1 표시 패널과 중첩하지 않는 제2 표시 패널;
    상기 제1 표시 패널의 일면 상에 배치되고, 상기 제1 표시 패널의 상기 일면으로부터 출광되는 광을 통과시키는 복수의 채널을 포함하는 제1 다채널 렌즈와 제2 다채널 렌즈;
    사용자의 시선의 방향을 검출하는 눈 추적부; 및
    상기 제2 표시 패널로부터 출광되는 광 경로 상에 배치되어 상기 시선의 방향에 기초하여 상기 제2 표시 패널로부터 출광되는 광의 방향을 제어하는 광경로 변경 부재를 포함하고,
    상기 제2 해상도는 상기 제1 해상도 보다 높은 표시장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 표시 패널은 제1 표시 패널의 PPI(Pixels Per Inch) 보다 2배 많은 PPI를 갖는 표시장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 광경로 변경 부재는 하프미러(ML) 및 오목미러(CCL)를 포함하는 표시장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 하프미러(ML)는 상기 제2 표시 패널과 상기 오목미러(CCL) 사이에 배치되며, 상기 제2 표시 패널로부터 입사되는 광은 투과시키고 상기 오목미러(CCL)로부터 반사되어 입사되는 광은 반사시키는 표시장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 표시 패널과 상기 하프미러(ML) 사이에 하나 이상의 광 배율 부재를 더 포함하는 표시장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 광 배율 부재는 볼록렌즈, 오목렌즈 중 어느 하나 인 표시장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 하프미러의 상기 오목미러로부터 반사되는 광이 입사되는 면에 배치되는 반사편광필름; 및
    상기 하프미러와 평행하도록 배치되는 위상지연소자를 더 포함하는 표시장치.
  21. 제14 항에 있어서,
    상기 광경로 변경 부재는 반사편광자 및 상기 반사편광자와 평행하도록 배치되는 위상지연소자를 더 포함하는 표시장치.
  22. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 표시 패널은 제1 표시 영상을 표시하고,
    상기 제2 표시 패널은 제2 표시 영상을 표시하며,
    상기 제1 표시 영상은 상기 제2 표시 영상과 중첩되는 영역이 컷아웃된 영상인 표시장치.
  23. 눈 추적부가 사용자의 동공 위치를 검출하는 단계;
    제1 해상도를 갖는 제1 표시 패널에 입력되는 영상신호와 제2 해상도를 갖는 제2 표시 패널에 입력되는 영상신호를 동기화하는 단계;
    검출된 동공 위치에 기초하여 전체영상에서 중심시에 대응하는 영상을 제2 표시 패널의 표시 영상으로 생성하는 단계; 및
    상기 제1 표시 패널은 전체영상을 표시하고 상기 제2 표시 패널은 상기 제2 표시 영상을 표시하는 단계
    를 포함하는 표시장치의 제어방법.
  24. 제23 항에 있어서, 제2 표시 영상을 표시하는 단계는,
    프로세서는 상기 전체영상에서 상기 제2 표시 영상과 중첩되는 영상을 컷아웃한 제1 표시 영상을 생성하고, 생성된 제1 표시 영상을 통해 표시하는 표시장치의 제어방법.
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