KR101878981B1 - 표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 평판 표시 패널 및 이를 이용한 개인 몰입형 장치의 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가상 현실 및 증강 현실을 구현하는 표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 평판 표시 패널 및 이를 이용한 개인 몰입형 장치의 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치는, 표시 패널 및 이미징 렌즈를 포함한다. 이미징 렌즈는 표시 패널에서 이미징 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치된다. 표시 패널은, 기판과 표면 플라즈몬 칼라 필터를 포함한다. 기판에는 다수의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배치되어 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 화소 영역에 대응하여 배치되어 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 금속층 및 다수 개의 나노 홀들을 포함한다. 금속층은, 기판 위에 배치된다. 다수 개의 나노 홀들은, 금속층에 형성되어 있다. 나노 홀들은, 시야각 범위에 따라, 직경과 배치 주기가 서로 다르다. 또한, 본 발명에 의한 표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널은, 기판, 유기발광 다이오드와 표면 플라즈몬 칼라 필터를 포함한다. 기판에는 다수의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배치되어 있다. 유기발광 다이오드는, 화소 영역 내에 배치되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 그 사이에 개재된 유기발광 층을 구비한다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 화소 영역에 대응하여 배치되어 있다.

Description

표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 평판 표시 패널 및 이를 이용한 개인 몰입형 장치의 표시장치{Plat Display Panel Having Surface Plasmon Color Filter And Display For Personal Immersion Apparatus Using The Same}

본 발명은 가상 현실(혹은, "Virtual Reality") 및 증강 현실을 구현하는 표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 평판 표시 패널 및 이를 이용한 개인 몰입형 장치의 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 UHD급 내지 4K급의 초 고해상도를 구현하며, 스크린 도어 효과 (Screen Door Effect; 혹은, 모기장 효과)를 제거하여 현실감을 향상시킨 표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 평판 표시 패널 및 이를 이용한 개인 몰입형 장치용 표시장치에 관한 것이다.

가상 현실(virtual reality)이란, 입체 영상 기술을 이용하여 실제 현실과 유사하게 느껴지도록 만들어진 특정한 환경 및/또는 상황을 의미한다. 가상 현실을 제공하기 위해서는 사람이 인지할 수 있는 모든 감각 기관에 실제와 동일한 환경을 느낄 수 있도록 음향, 촉각 및 영상을 제공할 수 있도록 개발되고 있다. 가상 현실 기술들을 집약한 가상 현실 기기는 국방, 건축, 관광, 영화, 멀티미디어, 게임 분야 등에 적용되고 있다.

개인 몰입형 장치는, 가상 현실을 체험하는 일인의 사용자에게 몰입감을 높여주기 위한 가상 현실 기술을 적용한 장치이다. 특히, 시각적 몰입감을 극대화하기 위한 표시장치가 가장 중요하게 여겨지고 있다. 예를 들어, HMD(Head Mounted Display), FMD(Face Mounted Display), EGD(Eye Glasses-type Display) 등이 대표적인 개인 몰입형 장치에 적용되는 표시장치이다. 이하, 개인 몰입형 장치의 표시장치를 간단하게 "개인 몰입형 표시장치"라고 표현하기도 한다.

현재까지 개발된 개인 몰입형 장치는 외형 디자인이 고글(goggle) 형태로 개발되어 특정 개인이 사용할 수 있는 구조로 개발되고 있다. 하지만, 영상의 입체감 및 몰입감이 기대만큼 우수하지도 않아 개선의 필요가 증가하고 있다. 또한, 장시간 사용할 경우 피로도가 급증하여 많은 문제점을 안고 있다.

최근에는 스마트폰(smart phone)의 표시장치에서 가상 현실을 구현하기 위하여 입체 영상을 표시하고, 그 스마트폰을 사용자가 HMD 기구에 착용하는 방법이 제안되기도 하였다. 그러나 스마트폰의 표시장치는 가상 현실 최적화 설계가 적용되어 있지 않기 때문에 스마트폰을 이용한 가상 현실 이미지 표시방법은 수준 높은 가상 현실을 구현할 수 없다. 또한, 스마트 폰은 표시장치 이외에도 배터리 등 필수 부품들로 인해 HMD 등에 장착하여 사용하기에는 무게가 너무 무겁다.

따라서, 가볍고, 우수한 화질을 제공하는 개인 몰입형 표시장치에 대한 개발이 필요하다. 특히, 개인 몰입형 장치는 사용자의 안면에 직접 착용하는 장치이므로, 고속 구동에 대응하면서도, 발열이 적은 특성을 가져야 한다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 입체감, 몰입감, 및 피로도 성능을 개선할 수 있는 개인 몰입형 장치의 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 초고 해상도를 구현하여 현실감을 극대화한 개인 몰입형 장치의 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 화소 사이에 배치된 블랙 매트릭스 영역을 최소화하여 격자감을 없애, 몰입감 및 입체감을 극대화한 개인 몰입형 장치의 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치는, 표시 패널 및 이미징 렌즈를 포함한다. 이미징 렌즈는 표시 패널에서 이미징 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치된다. 표시 패널은, 기판과 표면 플라즈몬 칼라 필터를 포함한다. 기판에는 다수의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배치되어 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 화소 영역에 대응하여 배치되어 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 금속층 및 다수 개의 나노 홀들을 포함한다. 금속층은, 기판 위에 배치된다. 다수 개의 나노 홀들은, 금속층에 형성되어 있다. 나노 홀들은, 시야각 범위에 따라, 직경과 배치 주기가 서로 다르다.

일례로, 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함한다. 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 200nm 내지 350nm이며, 배치 주기는 400nm 내지 700nm이다. 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm 내지 300nm이며, 배치 주기는 300nm 내지 600nm이다. 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 100nm 내지 200nm이며, 배치 주기는 200nm 내지 400nm이다.

일례로, 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함한다. 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 210nm이며, 배치 주기는 420nm이다. 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 170nm이며, 배치 주기는 340nm이다. 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm이며, 배치 주기는 300nm이다.

일례로, 시야각 범위는, A 영역, B 영역 및 C 영역을 포함한다. A 영역은, 정면 방향인 0°에서 5°까지의 범위이다. B 영역은, 5°에서 15°까지의 범위이다. C 영역은, 15°에서 25°까지의 범위이다. A 영역, B 영역 및 C 영역에 배치된 나노 홀의 직경과 배치 주기는 서로 다르다.

일례로, A 영역에 배치된 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 210nm이며 배치 주기는 420nm이다. B 영역에 배치된 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 200nm이며 배치 주기는 400nm이다. C 영역에 배치된 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 190nm이며 배치 주기는 380nm이다.

일례로, A 영역에 배치된 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 170nm이며 배치 주기는 340nm이다. B 영역에 배치된 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 160nm이며 배치 주기는 320nm이다. C 영역에 배치된 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm이며 배치 주기는 300nm이다.

일례로, A 영역에 배치된 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm이며 배치 주기는 300nm이다. B 영역에 배치된 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 140nm이며 배치 주기는 280nm이다. C 영역에 배치된 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 130nm이며 배치 주기는 260nm이다.

일례로, 표시 패널은, 화소 영역 내에 배치되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 그 사이에 개재된 유기발광 층을 구비하는 유기발광 다이오드를 더 포함한다. 유기발광 층은 백색광을 발광한다.

또한, 본 발명에 의한 표면 플라즈몬 칼라 필터를 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널은, 기판, 유기발광 다이오드와 표면 플라즈몬 칼라 필터를 포함한다. 기판에는 다수의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배치되어 있다. 유기발광 다이오드는, 화소 영역 내에 배치되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 그 사이에 개재된 유기발광 층을 구비한다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 화소 영역에 대응하여 배치되어 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 금속층 및 다수 개의 나노 홀들을 포함한다. 금속층은, 기판 위에 배치된다. 다수 개의 나노 홀들은, 금속층에 형성되어 있다. 나노 홀들은, 시야각 범위에 따라, 직경과 배치 주기가 서로 다르다.

일례로, 유기발광 층은 백색광을 발광한다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함한다. 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 200nm 내지 350nm이며, 배치 주기는 400nm 내지 700nm이다. 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm 내지 300nm이며, 배치 주기는 300nm 내지 600nm이다. 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 100nm 내지 200nm이며, 배치 주기는 200nm 내지 400nm이다.

일례로, 유기발광 층은 백색광을 발광한다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는, 적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함한다. 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 210nm이며, 배치 주기는 420nm이다. 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 170nm이며, 배치 주기는 340nm이다. 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm이며, 배치 주기는 300nm이다.

일례로, 시야각 범위는, A 영역, B 영역 및 C 영역을 포함한다. A 영역은, 정면 방향인 0°에서 5°까지의 범위이다. B 영역은, 5°에서 15°까지의 범위이다. C 영역은, 15°에서 25°까지의 범위이다. A 영역, B 영역 및 C 영역에 배치된 나노 홀의 직경과 배치 주기는 서로 다르다.

일례로, A 영역에 배치된 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 210nm이며 배치 주기는 420nm이다. B 영역에 배치된 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 200nm이며 배치 주기는 400nm이다. C 영역에 배치된 적색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 190nm이며 배치 주기는 380nm이다.

일례로, A 영역에 배치된 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 170nm이며 배치 주기는 340nm이다. B 영역에 배치된 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 160nm이며 배치 주기는 320nm이다. C 영역에 배치된 녹색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm이며 배치 주기는 300nm이다.

일례로, A 영역에 배치된 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 150nm이며 배치 주기는 300nm이다. B 영역에 배치된 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 140nm이며 배치 주기는 280nm이다. C 영역에 배치된 청색 패턴에 형성된 나노 홀은, 직경이 130nm이며 배치 주기는 260nm이다.

본 발명에 의한 개인 몰입형 표시 장치는, 염료를 사용하지 않고, 표면 플라즈몬 칼라 필터를 사용한다. 그 결과, 화소 사이에 배치되는 블랙 매트릭스의 폭을 최소화하여, 격자감을 해소할 수 있다. 제조 공정이 단순한 표면 플라즈몬 칼라 필터 사용함으로써, 공정 안정성이 매우 높다. 또한, 염료를 사용하지 않고, 광 재생 효율이 높아, 종래 기술 대비 50% 이상 광 투과율이 증가한다. 그 결과, 현실감, 입체감 및 몰입감이 우수한 개인 몰입형 표시 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치를 보여 주는 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 모듈에서 제1 및 제2 표시 패널을 보여 주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 표시 패널 간의 거리를 보여 주는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 장치에 적용한 유기발광 다이오드 표시 패널의 표시 영역을 확대한 평면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 장치에 적용한 표면 플라즈몬 컬러 필터를 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널의 구조를 나타내는 평면도.
도 6은, 도 5에서 절취선 I-I'으로 자른, 표면 플라즈몬 컬러 필터를 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널의 구조를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 표면 플라즈몬 컬러 필터의 구조를 나타내는 평면 확대도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 시야각에 따른 표면 플라즈몬 컬러 필터의 배치 구성을 나타내는 평면도.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 구조를 나타내는 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치는 렌즈 모듈(LM), 표시장치 모듈(DM), 메인 보드(MB), 헤드 기어(HG), 사이드 프레임(혹은, side frame)(SF), 프론트 커버(혹은, front cover)(FC) 등을 포함한다.

표시장치 모듈(DM)은 표시 패널과, 표시 패널을 각각 구동하기 위한 표시패널 구동회로를 포함하여 메인 보드(MB)로부터 수신된 입력 영상을 표시한다. 표시 패널은 사용자의 좌안으로 보이는 제1 표시 패널(PNL1)과, 사용자의 우안으로 보이는 제2 표시 패널(PNL2)로 분리된다. 표시장치 모듈(DM)은 메인 보드(MB)로부터 입력되는 영상 데이터를 표시 패널들(PNL1, PNL2)에 표시한다. 영상 데이터는 가상 현실(Virtual　Reality. VR) 또는 증강 현실(Augmented Reality, AR)의 비디오 이미지를 구현하는 2D/3D 영상 데이터일 수 있다. 표시장치 모듈(DM)은 메인 보드(MB)로부터 입력되는 각종 정보를 텍스트, 기호 등의 형태로 표시할 수 있다.

렌즈 모듈(LM)은 사용자의 좌안 및 우안에 제공되는 화면의 시각을 사용자의 좌안 및 우안의 시야각보다 큰 범위로 제공하는 이미징 렌즈(혹은, Imaging Lens)를 포함한다. 이미징 렌즈는 화면의 시각 범위를 넓히기 위한 초광각 렌즈의 일종인 한 쌍의 어안 렌즈(혹은, Fisheye Lens)를 사용할 수 있다. 한 쌍의 어안 렌즈는 제1 표시 패널(PNL1) 앞에 배치된 좌안 렌즈(LL)와, 제2 표시 패널(PNL2) 앞에 배치된 우안 렌즈(RL)를 포함한다.

메인 보드(MB)는 가상 현실 소프트웨어를 실행하고 좌안 영상과 우안 영상을 표시장치 모듈(DM)에 공급하는 프로세서를 포함한다. 또한, 도면에 도시하지 않았지만, 메인 보드(MB)는 외부 기기와 연결되는 인터페이스 모듈, 센서 모듈 등을 더 포함할 수 있다. 인터페이스 모듈은 Universal serial bus(혹은, USB), High definition　multimedia interface(혹은, HDMI) 등의 인터페이스를 통해 외부 기기와 연결된다. 센서 모듈은 자이로 센서, 가속도 센서 등 다양한 센서를 포함한다.

메인 보드(MB)의 프로세서는 센서 모듈의 출력 신호에 응답하여 좌안 및 우안 영상 데이터를 보정하고 인터페이스 모듈을 통해 수신된 입력 영상의 좌안 및 우안 영상 데이터를 표시장치 모듈(DM)로 전송한다. 프로세서는 2D 영상의 심도나 깊이(혹은, depth) 정보 분석 결과를 바탕으로 표시패널의 해상도에 맞는 좌안 영상과 우안 영상을 생성하여 표시장치 모듈(DM)로 전송할 수 있다.

헤드 기어(HG)는 좌안 렌즈(LL) 및 우안 렌즈(RL) 부분만을 사용자의 눈에 대응하여 노출하는 백 커버(back cover)(BC), 백 커버(BC)에 연결된 밴드(혹은, band)를 포함한다. 헤드 기어(HG)의 백 커버(BC), 사이드 프레임(SF) 및 프론트 커버(FC)는 조립되어 개인 몰입형 장치의 구성 요소들이 배치되는 내부 공간을 확보하고 그 구성 요소들을 보호한다. 구성 요소들은 렌즈 모듈(LM), 표시장치 모듈(DM), 및 메인 보드(MB)를 포함한다. 밴드(BD)는 백 커버(BC)에 연결된다. 사용자는 밴드(BD)로 자신의 머리에 개인 몰입형 장치를 착용한다. 사용자가 개인 몰입형 장치를 자신의 머리에 착용하면, 어안 렌즈들(LL, RL)을 통해 좌안과 우안으로 서로 다른 표시 패널(PNL1, PNL2)을 바라보게 된다.

사이드 프레임(SF)은 헤드 기어(HG)와 프론트 커버(FC) 사이에 고정되어 렌즈 모듈(LM), 표시장치 모듈(DM), 메인 보드(MB)가 배치된 내부 공간의 갭(혹은, gap)을 확보한다. 프론트 커버(FC)는 개인 몰입형 장치의 겉면에 배치된다.

본 발명의 개인 몰입형 장치는 도 1과 같은 HMD(head　mounted display)　구조로 구현될 수 있으나 도 1에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 안경 구조의 EGD(Eye Glasses-type Display)로 설계될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 표시장치 모듈(DM)에서 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2)을 보여 주는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2), 렌즈들(LL, RL) 및 사용자의 양안 사이의 배치관계를 보여 주는 도면이다.

제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2) 각각은 응답속도가 빠르고 색재현 특성이 우수하며 광시야각 특성을 갖는 유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, 혹은 "OLED") 표시 패널로 구현될 수 있다. EGD의 경우에, 표시 패널들(PNL1, PNL2)은 투명 유기발광 다이오드 표시 패널로 구현될 수 있다. 하지만 이에 국한하지 않으며, 액정 표시 패널이나 전기 영동 표시 패널과 같은 평판 표시 패널을 이용할 수도 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 표시 패널(PNL1, PNL2)은 별도로 제작되어 표시장치 모듈(DM) 상에서 일정 거리 떨어져 배치된다. 제1 및 제2 표시 패널(PNL1, PNL2) 각각은, 표시 영역과 비 표시 영역으로 구분된다. 예를 들어, 제1 표시 패널(PNL1)은 중앙부에 배치된 제1 표시 영역(AA1)과 그 주변을 둘러싸는 제1 비 표시 영역(NA1)을 포함한다. 제2 표시 패널(PNL2)도 중앙부에 배치된 제2 표시 영역(AA2)과 그 주변을 둘러싸는 제2 비 표시 영역(NA2)을 포함한다.

제1 및 제2 표시 영역들(AA1, AA2)에는 다수 개의 화소들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 제1 및 제2 비 표시 영역들(NA1, NA2)에는 표시 영역들에 배치된 화소들을 구동하기 위한 구동회로들이 배치되어 있다. 예를 들어, 구동 회로는 DIC(혹은, Drive Integrated Circuit)와 GIP(혹은, Gate In Panel)를 포함한다.

DIC는 타이밍 콘트롤러(혹은, timing controller)와 데이터 구동부가 집적된 IC 칩을 의미한다. GIP는 게이트 구동부와 EM 구동부가 화소 어레이(혹은, 픽셀 어레이: Pixel array)와 함께 동일 기판 상에 집적된 회로를 의미한다. 제1 표시 패널(PNL1)에는 제1 DIC(DIC1)와 제1 GIP(GIP1)가 제1 비 표시 영역(NA1)에 배치되어, 제1 표시 영역(AA1)의 화소들에 좌안 영상을 제공한다. 제2 표시 패널(PNL2)에는 제2 DIC(DIC2)와 제2 GIP(GIP2)가 제2 비 표시 영역(NA2)에 배치되어, 제2 표시 영역(AA2)의 화소들에 우안 영상을 제공한다.

제1 표시 패널(PNL1)의 제1 표시 영역(AA1) 중심과 제2 표시 패널(PNL2)의 제2 표시 영역(AA2) 중심은 사용자의 양안간 거리(Le)와 실질적으로 동일하게 떨어져 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 표시 영역(AA1) 중앙과 제2 표시 영역(AA2) 중앙 간의 거리(Lp)는 Le ± α로 설정될 수 있다. 사용자의 양안간 거리(Le)는, 인종에 따라 약간의 차이가 있을 수 있으나, 좌안 눈동자(LEY)와 우안 눈동자(REY) 사이의 거리로서 대략 6.5cm (= 65mm) 이다. α는 제1 표시 영역(AA1)과 제2 표시 영역(AA2) 사이에 배치되는 표시 패널 구동 회로 부분, 공정 편차 등을 고려한 설계 마진(margin)으로서, Le의 10%로 설정될 수 있다.

제1 표시 영역(AA1) 및 제2 표시 영역(AA2)은 상하 시야각과 좌우 시야각을 고려하여 가로 방향(x)의 길이가 세로 방향(y)의 길이보다 긴 랜드스케이프(landscape) 타입의 화면 비율을 갖는다. 개인 몰입형 표시장치에서, 상하 시야각 보다 좌우 시야각을 넓게 설계할 때 시야각 개선 효과가 크다. 본 발명은 개인 몰입형 표시장치에서 좌우 시야각을 최대로 하기 위하여 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2) 각각을 랜드스케이프(혹은, Landscape) 타입의 OLED 표시 패널로 제작한다.

랜드스케이프 타입의 화면 비율은 가로 방향(x)의 화소(픽셀: Pixel) 개수가 세로 방향(y)의 화소 개수 보다 많고, 가로 방향(x)의 길이가 세로 방향(y)의 길이보다 길다. 한편, 포트레이트(혹은, Portrait) 타입의 화면 비율은 세로 방향(y)의 화소 개수가 가로 방향(x)의 화소 개수보다 많고, 세로 방향(y)의 길이가 가로 방향(x)의 길이보다 길다.

본 출원의 발명자들은 개인 몰입형 장치에서 다양한 표시 패널들을 바꿔가면서 사용자가 느끼는 입체감, 몰입감, 피로감 등을 비교 실험하였다. 이 실험 결과에 의하면, 도 3과 같이 사용자의 양안간 거리만큼 이격된 표시 패널들(PNL1, PNL2)의 표시 영역들(AA1, AA2)이 떨어져 배치될 때 사용자가 느끼는 입체감 개선 효과가 크다는 것을 확인하였다. 표시 패널들(PNL1, PNL2)의 표시 영역들(AA1, AA2)이 분리되고, 그 표시 영역들(AA1, AA2)의 중앙간 거리가 사용자의 좌안(LEY)과 우안(REY)의 이격 거리와 일치될 때 시야각이 넓고 입체감 개선 효과가 크다. 본 발명의 개인 몰입형 기기에서, 제1 표시 영역(AA1)의 중앙이 사용자의 좌안(LEY) 눈동자 중심과 일치하고, 제2 표시 영역(AA2)의 중앙이 사용자의 우안(REY) 눈동자 중심과 일치한다.

포트레이트 타입의 화면 비율에 비하여 랜드스케이프 타입의 화면 비율에서 사용자가 느끼는 입체감이 더 우수하다. 본 발명은 개인 몰입형 장치에 랜드스케이프 타입의 좌안용 표시 패널과 우안용 표시 패널을 분리 배치함으로써 입체감을 높일 수 있다.

좌안 영상이 표시되는 제1 표시 영역(AA1)과, 우안 영상이 표시되는 제2 표시 영역(AA2)이 분리되도록 그 표시 영역들(AA1, AA2)이 서로 분리된 기판들에 1:1로 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 표시 영역(AA1)은 제1 표시 패널(PNL1)의 기판 상에 배치되고, 제2 표시 영역(AA2)은 제2 표시 패널(PNL2)의 기판 상에 배치된다.

다른 예로서, 제1 및 제2 표시 영역(AA1, AA2)들은 하나의 기판 상에서 분리되어 배치될 수 있다. 이 경우, 하나의 표시 패널 상에서 표시 영역들이 분리된다. 여기서, 표시 영역들이 분리되어 있다는 것은 데이터 라인, 게이트 라인(또는 스캔 라인) 및 화소들이 분리되어 있다는 것을 의미한다. 이 경우, 제1 및 제2 표시 영역들은 서로 분리되어 있지만, 동일한 구동 신호 체계로 구동될 수 있기 때문에 표시 패널 구동 회로의 적어도 일부를 공유할 수 있다.

하나의 표시 패널 상에 두 개의 화소 영역들(AA1, AA2)이 분리 배치될 때 입체가 개선 효과 이외에도 다양한 효과를 제공할 수 있다. 종래의 VR 기기 중 하나는, 하나의 표시 패널 상에 하나의 표시 영역을 형성하고, 그 표시 영역에 좌안 영상과 우안 영상을 표시하여 화소 어레이를 분리하지 않는 경우가 있다. 이 종래 기술과 비교할 때, 본 발명은 표시 패널이 분리되든 분리되지 않든, 두 개의 표시 영역들(AA1, AA2)을 분리 배치한다는 점에서 차이가 있다.

이러한 차이로 인하여, 본 발명은 종래 기술에 비하여 표시 영역들의 배치 설계를 더 자유롭게 할 수 있고, 표시 영역들(AA1, AA2) 각각을 사람의 좌안(LEY)과 우안(REY)에 1:1로 배치하여 최적의 시야각 비율을 확보하고, 입체감을 최대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 표시 패널 구조는 생산성 측면에서 볼 때, 표시 영역의 면적을 최소화 및 최적화 할 수 있으므로, 불량율을 낮추어 생산 수율 증가 효과도 더불어 얻을 수 있다.

표시 영역들(AA1, AA2) 사이 간격이 좁아지면 사용자가 인지할 수 있는 화면 사이즈가 작아지므로 표시 영상이 협소해진다.　 표시 영역들(AA1, AA2) 사이 간격이 넓어지면, 사용자의 양안(LEY, REY)과 대응하는 표시 영역들(AA1, AA2)의 중심 위치가 시야 범위 외곽으로 이동하여 몰입도와 입체감 저하가 발생할 수 있다. 사람의 양안간 거리는 65mm 이며, 분리된 표시 영역들(AA1, AA2)의 중심점과 사람의 양안 눈동자(LEY, REY)가 정확하게 일치할 때 사용자가 개인 몰입형 기기에서 입체 영상을 가장 입체감 있게 인지할 수 있다.

표시 영역들(AA1, AA2) 사이 간격이 너무 좁거나 넓어지면, 추가적인 광학적 수단들을 이용하여 시야각을 보상하거나, 영상 처리를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 사용자의 양안간 거리에 맞게 조정할 수도 있다. 그러나 이러한 방법들은 시야각 측면에서 디스플레이 효율 저하를 초래한다. 　 다시 말하여, 본 발명과 같이 표시 영역들(AA1, AA2)을 분리하고 그 표시 영역들(AA1, AA2) 각각의 중심이 사용자의 좌안 눈동자(LEY)와 우안 눈동자(REY)에 1:1로 정확하게 배치될 때 사용자가 가장 정확한 입체 영상을 감상할 수 있다.

개인 몰입형 장치에서, 사용자의 양안(LEY, REY)과 표시 패널(PNL1, PNL2) 사이에 어안 렌즈(LL, RL)가 존재하고, 사용자의 양안(LEY, REY)과 표시 패널(PNL1, PNL2) 사이의 거리는 수 cm 정도로 매우 짧다. 표시 패널(PNL1, PNL2)을 사용자의 양안(LEY, REY)과 인접하여 배치하는 이유는 표시 영상을 사용자의 시야 범위보다 더 넓게 차도록 제공함으로써 영상 화면이 마치 실제 공간과 동일하게 느끼도록 하기 위함이다.

단순히 표시 패널을 사용자의 눈과 인접하게 배치하면, 화면을 아주 가까이서 바라보는 것과 동일하므로, 영상을 제대로 인지할 수 없다. 특히, 표시 패널의 테두리 부분도 인지되어 현실감이 떨어진다. 단순히 표시 패널을 접안하여 배치하는 것을 넘어 현실감을 주기 위해 어안 렌즈(LL, RL)와 같은 이미징 렌즈가 표시 패널(PNL1, PNL2)과 사용자의 양안(LEY, REY) 사이에 배치되어 있다.

사용자가 이미징 렌즈를 통해 표시 패널들 상에서 재현된 영상을 보면, 표시 패널들에서 표시되는 실제 화면보다 4~5배 확대된 영상을 보게 된다. 이러한 근접 시인과 이미징 렌즈 적용 환경에서 표시 패널의 해상도가 낮으면, 화소의 모양이 인지되어 영상의 현실감이 저하된다. 따라서, 개인 몰입형 장치의 표시 장치는 2K 이상의 고해상도를 갖는 것이 바람직하다.

표시 장치의 해상도에 대해서는, 업체마다, 또는 표시 패널의 응용 분야마다 약간씩 차이가 있을 수 있으므로, 여기서는 다음과 같이 정의한다. 특히, 업계에서 전통적으로 표준으로 알려져 있는 HD(High Density)급 해상도인 1280ⅹ720을 기준으로 하여 다음 표 1과 같이 정리한다.

해상도	화소 수 (가로 방향 화소 수 ⅹ 세로방향 화소 수)
1K (HD: High Density)	1280ⅹ720
2K (FHD: Full HD)	1920ⅹ1080
3K (QHD: Quadra HD)	2560ⅹ1440
4K (QHD)	3840ⅹ2160 혹은 4096ⅹ2160
8K (UHD: Ultra HD)	7680ⅹ4320

여기서, K는 1,000을 의미한다. 예를 들어, 1K라 함은, 가로 방향 화소 수가 1,000개 정도되는 해상도를 의미하고, 2K는 2,000개 정도, 4K는 4,000개 정도 그리고 8K는 8,000개 정도되는 해상도를 의미한다. FHD, QHD, UHD는 업체마다 약간씩 다르게 사용하기도 하므로 괄호 안에 참고의 예로 표기하고, 1,000을 나타내는 K로 해상도를 표기하였다.

동일한 해상도를 갖더라도, 표시 패널의 크기에 따라 화소의 크기가 서로 다르다. 예를 들어, 2K의 해상도를 갖는 2.5인치 표시 패널과 5인치 표시 패널에서 화소의 크기는 무시하지 못할 정도의 차이를 갖는다. 따라서, 해상도 이외에 화소 밀도(Pixel Density)도 고려해야 한다. 화소 밀도는 인치당 화소의 개수를 의미하는 PPI(Pixel Per Inch)라는 단위를 사용한다.

예를 들어, 5인치 표시 패널에 1K 해상도를 구현하면, 표시 패널의 가로 방향의 길이는 4인치이므로, 250PPI의 해상도를 갖는다. 5인치 표시 패널에 2K 해상도를 구현하면, 500PPI의 해상도를 갖는다. 한편, 2.5인치 표시 패널에 1K의 해상도를 구현하면, 가로 방향 길이가 2인치가 되므로, 500PPI의 해상도를 갖는다. 마찬가지로, 2.5인치 표시 패널에 2K의 해상도를 구현하면, 1,000PPI의 해상도를 갖는다.

개인 몰입형 장치에서 사용할 표시 장치는, 현실감과 몰입감을 높이기 위해서는 고 해상도이면서, 화소의 크기가 근접 배치 구조에 의해 인지되지 않을 정도로 작은 것이 바람직하다. 따라서, 제1 및 제2 표시 패널들(PNL1, PNL2) 각각의 표시 영역들(AA1, AA2)은 2K 이상의 해상도와 500PPI 이상의 화소 밀도를 갖는 것이 바람직하다.

<제1 실시 예>

지금까지는, 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 전체적인 구조에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 의한 개인 몰입형 장치의 표시장치를 중심으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 장치에 적용한 유기발광 다이오드 표시 패널의 표시 영역을 확대한 평면도이다.

도 4를 참조하면, 유기발광 다이오드 표시 패널은, 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소 영역(PA)들을 포함한다. 화소 영역(PA)은 발광 영역(EA)과 비 발광 영역(BA)으로 구분된다. 발광 영역(EA)은 화소 영역(PA)의 대략 중앙부에 정의되고, 비 발광 영역(BA)은 발광 영역(EA)을 둘러싸고 있다.

발광 영역(EA)에는 애노드 전극, 유기발광 층 및 캐소드 전극이 순차적으로 적층된 유기발광 다이오드가 형성된다. 비 발광 영역(BA)에는 유기발광 다이오드를 구동하는 데 필요한 박막 트랜지스터 및 배선들이 배치되어 있다. 유기발광 다이오드 표시 패널의 종류에 따라 화소 영역의 구조에 다소 차이가 있을 수 있으나, 대략적으로 화소 영역(PA)에서 발광 영역(EA)이 차지하는 면적 비율인 개구율(Aperture Ratio)은 약 10% ~ 20% 정도이다.

유기발광 다이오드 표시 패널은 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성한 후, 그 위에 평탄화 막을 도포한 후, 박막 트랜지스터에 연결된 유기발광 다이오드를 형성한다. 칼라를 구현하기 위해서는, 유기발광 다이오드의 유기 발광층이 적, 녹, 청색을 각각 구현하는 발광 물질로 형성할 수 있다.

이 경우, 유기 발광층을 증착하는 공정은 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask)를 사용하는데, 마스크의 영역 사이에서 혼색을 방지하기 위해서는 마스크 패턴 사이의 간격을 최하 18㎛ 이상 확보하여야 한다. 즉, 화소 영역과 화소 영역 사이에 적어도 18㎛ 이상의 폭을 갖는 블랙 매트릭스가 존재하여야 한다. 이는 격자감을 유발하여(고 해상도 구현이 어려움), 개인 몰입형 장치의 몰입감과 현실감을 저해하는 원인이 될 수 있다.

다른 방법으로, 유기 발광층은 백색을 구현하는 발광 물질을 사용하고, 칼라 필터를 더 형성하여 적, 녹, 청색을 구현하는 방법이 있다. 이 경우, 유기 발광층을 증착하는 공정에서 미세 금속 마스크를 사용하지 않으므로, 고해상도를 구현할 수 있다. 하지만, 적, 녹, 청색의 칼라 필터들을 더 형성하여야 하므로, 제조 공정이 복잡하다. 또한, 칼라 필터는 포토 마스크 공정으로 형성하는데, 적어도 세번 이상의 포토 마스크 공정을 반복해서 사용해야 한다. 이는, 제조 공정 정렬 오차를 유발할 수 있어, UHD급 초고 해상도를 구현하는 것에는 어려움이 있다. 또한, 반복되는 포토 공정으로 인해, 생산 수율이나 신뢰도를 확보하는 데 어려움이 있다.

<제2 실시 예>

유기발광 다이오드 표시 패널은 초박막형 초경량화가 가능한 평판 표시장치이므로, 개인 몰입형 표시장치에 응용하기 아주 적합한 소자이다. 하지만, 개인 몰입형 표시장치는 현실감, 몰입감 및 입체감을 고품질로 제공하여야 한다. 이를 위해서는, 적어도 2K 이상의 초고해상도를 구현할 수 있어야 한다.

이하, 제2 실시 예에서는, 도 5 및 6을 참조하여, 제1 실시 예에 의한 개인 몰입형 표시 장치보다 해상도가 더 높으며, 제조 공정이 더 단순하고, 신뢰도가 더 높은 유기발광 다이오드 표시 패널에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 개인 몰입형 장치용 표시 장치에 적용한 표면 플라즈몬 컬러 필터를 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 6은, 도 5에서 절취선 I-I'으로 자른, 표면 플라즈몬 컬러 필터를 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 개인 몰입형 표시장치에 적용하는 유기발광 다이오드 표시 패널은 기판(SUB) 위에 배치된 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 스위칭 박막 트랜지스터(ST)와 연결된 구동 박막 트랜지스터(DT), 구동 박막 트랜지스터(DT)에 접속된 유기발광 다이오드(OLE)를 포함한다. 스캔 배선(SL), 데이터 배선(DL) 및 구동 전류 배선(VDD)이 기판(SUB) 위에 배치되어 화소 영역을 정의한다. 유기발광 다이오드(OLE)가 화소 영역 내에 형성되면서, 발광 영역을 정의한다.

스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 부위에 형성되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 화소를 선택하는 기능을 한다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)에서 분기하는 게이트 전극(SG)과, 반도체 층(SA)과, 소스 전극(SS)과, 드레인 전극(SD)을 포함한다. 그리고 구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)에 의해 선택된 화소의 유기발광 다이오드(OLE)를 구동하는 역할을 한다.

구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극(SD)과 연결된 게이트 전극(DG)과, 반도체 층(DA), 구동 전류 배선(VDD)에 연결된 소스 전극(DS)과, 드레인 전극(DD)을 포함한다. 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)은 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)과 연결되어 있다. 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에는 유기발광 층(OL)이 개재되어 있다. 캐소드 전극(CAT)은 기저 전압에 연결된다.

도 6을 더 참조하여, 개인 몰입형 표시 장치에 적용한 유기발광 다이오드 표시장치에 대해서 좀 더 상세히 설명한다. 기판(SUB) 상에 스위칭 박막 트랜지스터(ST) 및 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(SG, DG)이 형성되어 있다. 게이트 전극(SG, DG) 위에는 게이트 절연막(GI)이 덮고 있다. 게이트 전극(SG, DG)과 중첩되는 게이트 절연막(GI)의 일부에 반도체 층(SA, DA)이 형성되어 있다. 반도체 층(SA, DA) 위에는 일정 간격을 두고 소스 전극(SS, DS)과 드레인 전극(SD, DD)이 마주보고 형성된다. 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극(SD)은 게이트 절연막(GI)에 형성된 드레인 콘택홀(DH)을 통해 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극(DG)과 접촉한다. 이와 같은 구조를 갖는 스위칭 박막 트랜지스터(ST) 및 구동 박막 트랜지스터(DT)를 덮는 보호막(PAS)이 전면에 도포된다.

이와 같이 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성된 기판은 여러 구성 요소들이 형성되어 표면이 평탄하지 못하고, 단차가 많이 형성되어 있다. 유기발광 층(OL)은 평탄한 표면에 형성되어야 발광이 일정하고 고르게 발산될 수 있다. 따라서, 기판의 표면을 평탄하게 할 목적으로 오버코트 층(OC)(혹은 평탄화 막)을 기판(SUB) 전면에 도포한다.

그리고 오버코트 층(OC) 위에 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극(ANO)이 형성된다. 여기서, 애노드 전극(ANO)은 오버코트 층(OC) 및 보호막(PAS)에 형성된 화소 콘택홀(PH)을 통해 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극(DD)과 연결된다.

애노드 전극(ANO)이 형성된 기판 위에, 발광 영역을 정의하기 위해 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 구동 박막 트랜지스터(DT) 그리고 각종 배선들(DL, SL, VDD)이 형성된 영역 위에 뱅크(BA)를 형성한다. 뱅크(BA)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO)이 발광 영역이 된다. 뱅크(BA)에 의해 노출된 애노드 전극(ANO) 위에 유기발광 층(OL)을 형성한다. 유기발광 층(OL) 위에는 캐소드 전극층(CAT)이 형성된다.

유기발광 층(OL)은 백색광을 발현하는 유기물질로 이루어질 수 있다. 유기발광 층(OL)이 특정한 파장의 빛을 발광하는 것이 아니므로, 기판 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있다.

캐소드 전극(CAT)은 유기발광 다이오드(OLD)에서 기준 전압을 유지하는 전극이다. 유기발광 다이오드(OLD)를 안정적으로 작동하도록 하기 위해서는 기준 전압이 흔들림 없이 안정적인 값을 유지하는 것이 바람직하다. 이를 위해 캐소드 전극(CAT)은 저 저항 금속 물질을 기판(SUB) 전체 면적에 걸쳐 고르게 증착하는 것이 바람직하다.

캐소드 전극(CAT)이 완성된 기판(SUB) 위에 스페이서(SP)가 배치된다. 스페이서(SP)는 비 개구 영역인 뱅크(BA) 위에 형성하는 것이 바람직하다. 스페이서(SP)를 사이에 두고 상부에 인-캡 기판(ENC)이 하부 기판(SUB)과 합착된다. 인-캡 기판(ENC)와 하부 기판(SUB)을 합착하기 위해 그 사이에 접착층 혹은 접착 물질(미도시)이 더 개재될 수 있다.

풀-칼라를 구현하기 위해, 인-캡 기판(ENC) 위에는 표면 플라즈몬(Surface Plasmon) 칼라 필터(PM)가 형성되어 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는 표면 플라즈몬 방식을 이용한 칼라 필터이다. 플라즈몬이란, 입사된 빛의 전기장에 의해 금속막 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다. 표면 플라즈몬 현상이란, 나노 수준의 주기적인 홀 패턴을 갖는 금속막 표면에 빛이 입사할 경우, 특정 파장의 빛과 금속막 표면에 유도된 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 빛을 형성하는 현상을 말한다. 입사된 빛에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 빛만이 홀을 투과할 수 있으며, 나먼지 파장의 빛들은 모두 금속막 표면에 의해 반사된다.

두꺼운 금속막은, 입사광을 투과하지 않는다. 하지만, 금속막에 형성된 나노 홀의 크기, 즉 직경이 입사광의 파장보다 매우 작으면, 투과광의 세기는 현저히 작게된다. 그러나 파장 이하의 작은 나노 홀이라도 금속막에 주기적으로 배열되어 있으면, 표면 플라즈몬의 여기로 인해 입사광의 투과도가 크게 증폭된다.

표면 플라즈몬 칼라 필터(PM)는 유기발광 다이오드 표시 패널의 상부 표면에 배치된다. 따라서, 유기발광 다이오드 표시 패널은 상부 발광형(Top Emission Type)인 것이 바람직하다. 상부 발광형의 경우, 유기발광 다이오드(OLE)의 크기를 화소 영역 내에서 최대한의 크기를 갖도록 형성할 수 있다. 즉, 박막 트랜지스터(ST, DT)들을 덮도록 애노드 전극(ANO)을 형성할 수 있다. 따라서, 표시 패널의 화소 영역(PA)에서 비 발광 영역(BA)이 차지하는 면적을 최소화하고, 발광 영역(EA)이 차지하는 면적을 최대화할 수 있다.

이하, 도 7을 더 참조하여, 표면 플라즈몬 칼라 필터(PM)에 대해 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 표면 플라즈몬 컬러 필터의 구조를 나타내는 평면 확대도이다.

도 7을 참조하면, 플라즈몬 칼라 필터(PM)는 인-캡 기판(ENC) 표면 위에 증착된 금속 박막층(ML)과 금속 박막층(ML)에 형성된 다수 개의 나노 홀(NH)들을 포함한다. 나노 홀(NH)들은 직경 D를 갖고, 일정한 주기, a로 배치되어 있다. 유기발광 다이오드(OLE)에서 출광된 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 방출광은 나노 홀(NH)에 의해, 방출광의 전기장과 플라즈몬이 커플링되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사된다. 그 결과, 나노 홀(NH)의 직경 및 분포 주기에 따라 적색, 녹색 및 청색의 빛을 선택적으로 얻을 수 있다. 또한, 방출광이 나노 폴(NH)들을 투과하면서, 나노 홀(NH) 주변의 빛을 끌어들임에 따라 홀 면적보다 많은 양의 빛이 투과될 수 있다.

플라즈몬 칼라 필터(PM)는 금속 박막층(ML)에 형성 및 분포된 적색 패턴(RP), 녹색 패턴(GP) 및 청색 패턴(BP)에 따른 나노 홀(NH)들을 포함한다. 즉, 어느 한 화소 영역에 배치된 유기발광 다이오드에는 적색 패턴(RP), 녹색 패턴(GP) 및 청색 패턴(BP) 중 어느 하나가 대응되어 배치되어 있다.

적색 패턴(RP), 녹색 패턴(GP) 및 청색 패턴(BP)에는 각각 고유의 직경 D와 배치 주기 a를 갖고 있다. 예를 들어, 아래 표2와 같은 값을 가질 수 있다.

칼라 패턴	적색 패턴(RP)	녹색 패턴(GP)	청색 패턴(BP)
Range of "D"	200 ~ 350nm	150 ~ 300nm	100 ~ 200nm
Best value of "D"	210nm	170nm	150nm
Range of "a"	400 ~ 700nm	300 ~ 600nm	200 ~ 400nm
Best value of "a"	420nm	340nm	300nm

여기서, 금속 박막층(ML)의 두께는 100~300nm 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 150nm인 것이 가장 바람직하다. 또한, 금속 박막층(ML)은 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄(Al)을 이용하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄 이외에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린(Fullerene), 전도성 플라스킥 및/또는 전기 전도성 복합 재료 등이 사용될 수 있다.

표면 플라즈몬 칼라 필터(PM)을 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널은, 백색광을 발광하는 유기발광 층(OL)이 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 개재된 구조를 갖는다. 백색광을 발광하는 백색 유기발광 층(OL)은 기판(SUB) 전체 표면에 걸쳐, 미세 금속 마스크를 사용하지 않고, 기판(SUB)의 전체 표면 위에 도포된다. 따라서, 고 해상도 표시 패널을 설계 및 제작하는 데 유리하다.

또한, 염료 칼라 필터를 여러 번 도포하고 패턴하는 마스크 공정이 필요도 없다. 금속 박막층(ML)에 나노 홀(NH)들을 형성하기만 하면 되므로, 포토 마스크 공정을 여러 번 반복할 필요가 없다. 이와 같이, 제조 공정이 단순하므로, 정렬 오차에 의한 공정 마진을 고려할 필요가 거의 없다. 그러므로 화소 영역 사이에 블랙 매트릭스가 없어도 화소 간의 혼색이 발생하지 않는다.

즉, 표면 플라즈몬 칼라 필터(PM)을 구비한 유기발광 다이오드 표시 패널은, 초고 해상도 구현이 용이하며, 블랙 매트릭스가 필요 없는 구조이다. 이에 영상의 정밀도를 향상하면서 격자감이 인지되지 않아 현실감과 입체감을 극대화 할 수 있다.

<제3 실시 예>

제2 실시 예에서와 같이, 표면 플라즈몬 칼라 필터(PM)를 적용한 유기발광 다이오드 표시 패널을 채택한 개인 몰입형 표시 장치는 현실감과 입체감을 극대화할 수 있다. 하지만, 개인 몰입형 표시 장치는 사용자의 눈과 매우 가깝게 배치된다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 좌안용 표시 패널(PNL1)은 사용자의 좌안(LEY)의 전방 수 cm 앞에, 우안용 표시 패널(PNL2)은 사용자의 우안(REY)의 전방 수 cm 앞에 배치된다. 따라서, 개인 몰입형 표시 장치가 대각선 방향으로 5인치 정도의 작은 면적을 갖지만, 시야각 차이가 매우 큰 편이다. 그 결과, 시야각에 따른 색상 변화가 매우 크게 발생할 수 있다.

이하, 제3 실시 예에서는, 도 8을 참조하여, 평면 플라즈몬 칼라 필터를 사용한 유기발광 다이오드 표시 패널을 적용한 개인 몰입형 표시 장치에서 시야각에 따른 색상 변화를 보상할 수 있는 구조를 제안한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 시야각에 따른 표면 플라즈몬 컬러 필터의 배치 구성을 나타내는 평면도이다.

개인 몰입형 표시 장치는 좌안(LEY)에 대응하는 제1 표시 패널(PNL1)과 우안(REY)에 대응하는 제2 표시 패널(PNL2)을 구비하고 있으나, 이하에서는 편의상 제1 표시 패널(PNL1)에 대해서만 설명한다. 제2 표시 패널(PNL1)에서도 동일하게 적용한다.

도 8을 참조하면, 제1 표시 패널(PNL1)의 정 중앙부와 사용자의 좌안(LEY)은 정렬되어 있다. 다시 설명하면, 제1 표시 패널(PNL1)의 정 중앙부는 좌안(LEY)의 정면 0°에 배치된 것으로 설정한다. 그리고, 정면에서 일정 각도 범위를 시야각 변화 범위로 구분할 수 있다.

예를 들어, 색좌표(Chromaticit coordinates)상에서 좌표 값이 ±0.02 변화되면, 이를 사람이 인지하여 색상이 변화되었다는 것을 인지하는 기준 값으로 할 수 있다. 즉, 색좌표 값이 0.04 변화가 이루어지는 영역을 시야각 범위로 설정하면, 정면 0°를 기준으로, 0°~ 5°를 "A" 영역, 5°~15°를 "B" 영역, 그리고 15°~ 25°를 "C" 영역으로 구분할 수 있다.

표면 플라즈몬 칼라 필터에서, 색상을 결정하는 것은, 나노 홀(NH)의 직경, D와 분포 주기(혹은 나노 홀의 간격), a 이다. 따라서, 나노 홀(NH)의 직경과, 간격을 조정하면, 동일 색상 계열에서도 색도를 다르게 나타낼 수 있다.

예를 들어, 나노 홀(NH)의 직경 10nm, 분포 주기 20nm가 변화할 때마다 색좌표 상에서 좌표 값이 0.04변화할 수 있다. 이를 이용하여, 각 영역별로, 나노 홀(NH)의 패턴을 다르게 형성하여 시야각에 따른 색상 변화를 보상할 수 있다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 도 8에서 "A" 영역, "B" 영역 및 "C" 영역에 배치되는, 적색 패턴(RP), 녹색 패턴(GP) 및 청색 패턴(BP)들의 형상은 다음 표 3과 같을 수 있다.

		적색 패턴(RP)	녹색 패턴(GP)	청색 패턴(BP)
"A" 영역	직경 (D)	210nm	170nm	150nm
	주기(간격) (a)	420nm	340nm	300nm
"B" 영역	직경 (D)	200nm	160nm	140nm
	주기(간격) (a)	400nm	320nm	280nm
"C" 영역	직경 (D)	190nm	150nm	130nm
	주기 (간격) (a)	380nm	360nm	260nm

여기서, 직경(D) 및 주기(a)는 표 2에서 가장 바람직한 경우를 기준으로 하였다. 하지만, 표 2에 기재한 범위 값 중에서 선택한 값을 기준으로 할 수도 있다.

여기서, 시야각에 따라 색좌표가 달라지는 영역을 세 영역으로 나누었으나, 표시 패널과 사용자의 눈 사이의 거리에 따라 더 많은 영역으로 나눌 수도 있다. 또는, 필요하다면, 정면의 화소를 기준으로 점차적으로 직경과 주기가 변화되도록 형성할 수도 있다.

본 발명에 의한 개인 몰입형 표시 장치는, 표면 플라즈몬 칼라 필터를 사용함으로써, 화소 사이에 배치되는 블랙 매트릭스의 폭을 최소화할 수 있다. 그 결과, 격자감을 해소할 수 있고, 현실감 및 입체감을 극대화할 수 있다. 표면 플라즈몬 칼라 필터는 인-캡 기판의 표면에 금속층을 증착하고, 나노 홀 패턴만 형성하면 되므로, 1회의 마스크 공정으로 적색, 청색, 녹색의 칼라 필터를 형성할 수 있다. 그 결과, 제조 공정이 단순하고, 공정 안정성이 매우 높다. 또한, 염료 층을 사용하지 않으므로, 광의 투과율이 적어도 30% 이상 증가하며, 광 재생 효과를 사용하므로, 종래 기술 대비 50% 이상의 투과율이 증가한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

HG: 헤드 기어 LM: 렌즈 모듈
BD: 밴드 BC: 백 커버
LL: 좌안 렌즈 LR: 우안 렌즈
LEN : 이미징 렌즈 ML: 마이크로 편향자
DM: 표시장치 모듈 MB: 메인 보드
PNL1: 제1 표시 패널 PNL2: 제2 표시 패널
SF: 사이드 프레임 FC: 프론트 커버
AA1: 제1 표시 영역 AA2 : 제2 표시 영역
PM: 표면 플라즈몬 칼라 필터 ML: 금속층
NH: 나노 홀 D: 나노 홀의 직경
a: 나노 홀의 배치 주기(간격) RP: 적색 패턴
GP: 녹색 패턴 BP: 청색 패턴

Claims (15)

1. 표시 패널 및 이미징 렌즈를 포함하고,
   상기 이미징 렌즈는 상기 표시 패널에서 상기 이미징 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치되며,
   상기 표시 패널은,
   다수의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배치된 기판; 그리고
   상기 화소 영역에 대응하여 배치된 표면 플라즈몬 칼라 필터를 포함하고,
   상기 표면 플라즈몬 칼라 필터는,
   상기 기판 위에 배치된 금속층; 그리고
   상기 금속층에 형성된 다수 개의 나노 홀들을 포함하고,
   상기 나노 홀들은,
   상기 표시 패널의 정면 중앙에서 벗어난 각도 범위로 정의된 시야각 범위에 따라, 직경과 배치 주기가 서로 다른 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 표면 플라즈몬 칼라 필터는,
   적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함하며,
   상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
   상기 직경이 200nm 내지 350nm이며, 상기 배치 주기는 400nm 내지 700nm이고,
   상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
   상기 직경이 150nm 내지 300nm이며, 상기 배치 주기는 300nm 내지 600nm이고,
   상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
   상기 직경이 100nm 내지 200nm이며, 상기 배치 주기는 200nm 내지 400nm인 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   .
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 표면 플라즈몬 칼라 필터는,
   적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함하며,
   상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
   상기 직경이 210nm이며, 상기 배치 주기는 420nm이고,
   상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
   상기 직경이 170nm이며, 상기 배치 주기는 340nm이고,
   상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
   상기 직경이 150nm이며, 상기 배치 주기는 300nm인 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 시야각 범위는,
   정면 방향인 0°에서 5°까지의 범위인 A 영역;
   5°에서 15°까지의 범위인 B 영역; 그리고
   15°에서 25°까지의 범위인 C 영역을 포함하고,
   상기 A 영역, 상기 B 영역 및 상기 C 영역에 배치된 상기 나노 홀의 상기 직경과 상기 배치 주기는 서로 다른 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 A 영역에 배치된 상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 210nm이며 상기 배치 주기는 420nm이고;
   상기 B 영역에 배치된 상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 200nm이며 상기 배치 주기는 400nm이고;
   상기 C 영역에 배치된 상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 190nm이며 상기 배치 주기는 380nm인 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 A 영역에 배치된 상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 170nm이며 상기 배치 주기는 340nm이고;
   상기 B 영역에 배치된 상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 160nm이며 상기 배치 주기는 320nm이고;
   상기 C 영역에 배치된 상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 150nm이며 상기 배치 주기는 300nm인 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 A 영역에 배치된 상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 150nm이며 상기 배치 주기는 300nm이고;
   상기 B 영역에 배치된 상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 140nm이며 상기 배치 주기는 280nm이고;
   상기 C 영역에 배치된 상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 130nm이며 상기 배치 주기는 260nm인 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 표시 패널은,
   상기 화소 영역 내에 배치되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 그 사이에 개재된 유기발광 층을 구비하는 유기발광 다이오드를 더 포함하고,
   상기 유기발광 층은 백색광을 발광하는 개인 몰입형 장치의 표시 장치.
   
9. 다수의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배치된 기판;
   상기 화소 영역 내에 배치되며, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 그 사이에 개재된 유기발광 층을 구비하는 유기발광 다이오드; 그리고
   상기 화소 영역에 대응하여 배치된 표면 플라즈몬 칼라 필터를 포함하고,
   상기 표면 플라즈몬 칼라 필터는,
   상기 기판 위에 배치된 금속층; 그리고
   상기 금속층에 형성된 다수 개의 나노 홀들을 포함하며,
   상기 나노 홀들은,
   표시 패널의 정면 중앙에서 벗어난 각도 범위로 정의된 시야각 범위에 따라, 직경과 배치 주기가 서로 다른 유기발광 다이오드 표시 패널.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기발광 층은 백색광을 발광하고;
    상기 표면 플라즈몬 칼라 필터는,
    적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함하며,
    상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
    상기 직경이 200nm 내지 350nm이며, 상기 배치 주기는 400nm 내지 700nm이고,
    상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
    상기 직경이 150nm 내지 300nm이며, 상기 배치 주기는 300nm 내지 600nm이고,
    상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
    상기 직경이 100nm 내지 200nm이며, 상기 배치 주기는 200nm 내지 400nm인 유기발광 다이오드 표시 패널.
    
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기발광 층은 백색광을 발광하고;
    상기 표면 플라즈몬 칼라 필터는,
    적색 화소에 배치된 적색 패턴, 녹색 화소에 배치된 녹색 패턴, 및 청색 화소에 배치된 청색 패턴을 포함하며,
    상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
    상기 직경이 210nm이며, 상기 배치 주기는 420nm이고,
    상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
    상기 직경이 170nm이며, 상기 배치 주기는 340nm이고,
    상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은,
    상기 직경이 150nm이며, 상기 배치 주기는 300nm인 유기발광 다이오드 표시 패널.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시야각 범위는,
    정면 방향인 0°에서 5°까지의 범위인 A 영역;
    5°에서 15°까지의 범위인 B 영역; 그리고
    15°에서 25°까지의 범위인 C 영역을 포함하고,
    상기 A 영역, 상기 B 영역 및 상기 C 영역에 배치된 상기 나노 홀의 상기 직경과 상기 배치 주기는 서로 다른 유기발광 다이오드 표시 패널.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 A 영역에 배치된 상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 210nm이며 상기 배치 주기는 420nm이고;
    상기 B 영역에 배치된 상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 200nm이며 상기 배치 주기는 400nm이고;
    상기 C 영역에 배치된 상기 적색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 190nm이며 상기 배치 주기는 380nm인 유기발광 다이오드 표시 패널.
    
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 A 영역에 배치된 상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 170nm이며 상기 배치 주기는 340nm이고;
    상기 B 영역에 배치된 상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 160nm이며 상기 배치 주기는 320nm이고;
    상기 C 영역에 배치된 상기 녹색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 150nm이며 상기 배치 주기는 300nm인 유기발광 다이오드 표시 패널.
    
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 A 영역에 배치된 상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 150nm이며 상기 배치 주기는 300nm이고;
    상기 B 영역에 배치된 상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 140nm이며 상기 배치 주기는 280nm이고;
    상기 C 영역에 배치된 상기 청색 패턴에 형성된 상기 나노 홀은, 상기 직경이 130nm이며 상기 배치 주기는 260nm인 유기발광 다이오드 표시 패널.

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