JP6777622B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関するものである。

ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、ＨＭＤ）は、ユーザの頭に眼鏡やヘルメットの形態で着用し、ユーザの目前の近い距離に焦点を形成する映像表示装置である。ヘッドマウントディスプレイは、バーチャルリアリティ（Virtual Reality、ＶＲ）又は拡張現実（Augmented Reality、ＡＲ）を具現することができる。

図１は、ヘッドマウントディスプレイによる仮想映像の具現化の一例を示す図である。図１を参照すると、ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの目が位置する接眼レンズｌｅｎｓと映像を表示する表示モジュールを備えることができる。ヘッドマウントディスプレイは、表示モジュールの映像ｄｉｓを表示する場合、ユーザが接眼レンズｌｅｎｓを通じて仮想映像を見ることができるようするために、映像を表示する表示モジュールと、ユーザの目ｅｙｅとの間に接眼レンズｌｅｎｓを配置し、接眼レンズｌｅｎｓの焦点距離ｆ内に表示モジュールを配置する。ここで、接眼レンズｌｅｎｓと表示モジュールとの間の距離Ｓ１によって、ユーザの目ｅｙｅと仮想映像ＶＩの表示位置との間の距離Ｓ２を定めることができる。接眼レンズｌｅｎｓの焦点距離ｆ、接眼レンズｌｅｎｓと表示モジュールとの間の距離Ｓ１、及びユーザの目ｅｙｅと仮想映像ＶＩの表示位置との間の距離Ｓ２は、次式（１）のように設定することができる。

式（１）を参照すると、ユーザの目ｅｙｅと仮想映像ＶＩの表示位置との間の距離Ｓ２は、接眼レンズｌｅｎｓの焦点距離と接眼レンズｌｅｎｓと表示モジュール間の距離Ｓ１によって変わり得る。接眼レンズｌｅｎｓと表示モジュールとの間の距離Ｓ１が近くなるほど、ユーザの目ｅｙｅと仮想映像ＶＩの表示位置との間の距離Ｓ２が長くなるので、仮想映像ＶＩの大きさが大きくなる。これにより、仮想映像ＶＩの大きさが大きくなりすぎる場合には、表示モジュールのブラックマトリックスが拡大され、格子形態に見える問題が発生し得る。したがって、このような問題を回避するために、接眼レンズｌｅｎｓと表示モジュールとの間の距離Ｓ１は、接眼レンズｌｅｎｓの焦点距離ｆ内で所定の距離だけ離隔する。

一方、最近のヘッドマウントディスプレイは、ユーザが容易に携帯することができるように薄い厚さに製作されている。しかし、接眼レンズｌｅｎｓと表示モジュールとの間の距離Ｓ１が所定の距離だけ離れていなければならないので、厚さを減らすことは難しい。

特開２０１７−１０３２２６号公報

本発明は、ヘッドマウントディスプレイの厚さを減らすことができるヘッドマウントディスプレイを提供する。

本発明の一観点によるヘッドマウントディスプレイは、レンズと、レンズに映像を提供する表示モジュール収納部とを備える。表示モジュール収納部は、映像を表示する表示モジュールと、表示モジュールとレンズの間に配置され、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させる第１λ／４板と、第１λ／４板とレンズとの間に配置され、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させる第２λ／４板と、第２λ／４板とレンズとの間に配置され、第１直線偏光を通過させて第１直線偏光と交差する第２直線偏光を反射する反射偏光板と、第１λ／４板と第２λ／４板との間に配置される半透過板とを含む。

本発明の他の観点によるヘッドマウントディスプレイは、一対のレンズと、一対のレンズに映像を提供する表示モジュール収納部とを備えるヘッドマウントディスプレイにおいて、映像を表示し、第１直線偏光を出力する表示モジュールと、第１直線偏光を第１円偏光に変換する第１λ／４板と、第１円偏光を通過させ、第２円偏光の一部を反射する半透過板と、第１円偏光を第２直線偏光に変換し、第２直線偏光を第２円偏光に変換し、第２円偏光を第１直線偏光に変換する第２λ／４板と、第２直線偏光を反射して、一対のレンズに到達するように第１直線偏光を通過させる反射偏光板を備える。

本発明のさらに他の観点によるヘッドマウントディスプレイは、一対のレンズと、一対のレンズに映像を提供する表示モジュール収納部とを備えるヘッドマウントディスプレイにおいて、映像を表示し、第１直線偏光を出力する表示モジュールと、表示モジュールとレンズとの間に配置された第１λ／４板と、第１λ／４板とレンズとの間に配置された第２λ／４板と、第２λ／４板とレンズとの間に配置され、第１直線偏光を通過させ、第１直線偏光と交差する第２直線偏光を反射させる反射偏光板と、第１λ／４板と第２λ／４板との間に配置された半透過板とを備え、表示モジュールとレンズとの間の距離は、ａ＋ｂ＋ｃであり、表示モジュールに表示された映像と半透過板との間の光路長は、ａ＋２ｂ又はａ＋３ｂ＋ｃであり、ａは表示モジュールと第２λ／４板との間の距離であり、ｂは第２λ／４板と反射偏光板との間の距離であり、ｃは反射偏光板とレンズとの間の距離であり、ａ＋２ｂ又はａ＋３ｂ＋ｃはａ＋ｂ＋ｃよりも大きい。

本発明によれば、表示モジュール収納部の厚さに比べて表示モジュールに表示された映像が所定の焦点距離を有するレンズに到達するまでの光路長を長くすることができる。その結果、本発明によれば、表示モジュール収納部の厚さを減らしても、表示モジュールに表示された映像が所定の焦点距離を有するレンズに到達するまでの光路長を元来と同じように維持することができる。したがって、本発明によれば、表示モジュール収納部の厚さを減らすことができ、これにより、ヘッドマウントディスプレイの厚さを減らすことができる。

ヘッドマウントディスプレイによる仮想映像の具現化の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係るヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。 本発明の一実施例に係るヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。 図２ａ及び図２ｂの表示モジュール収納部の一例を示す図である。 図３の表示モジュール収納部の構成を分解して例示する図である。 図３に示された表示モジュール収納部の光変換過程を示す流れ図である。 図３の表示モジュールの一例を示す図である。 図６の表示パネルの画素を示す回路図である。 図２ａ及び図２ｂの表示モジュール収納部の他の例を示す図である。 図８の表示モジュール収納部の構成を分解して例示する図である。 図８に示された表示モジュール収納部の光変換過程を示す流れ図である。

明細書全体にわたって同一の参照番号は、実質的に同一の構成要素を意味する。以下の説明では、本発明の技術分野において公知の構成と機能又は詳細な説明は、本発明の主要な構成と関連がない場合に省略することができる。本明細書で記述する用語の意味は、次のように理解されなければならない。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図と共に詳細に後述する実施例を参照すると明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されるものであり、単に本出願の実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであり、本発明は、請求項の範疇によってのみ定義される。

本発明の実施例を説明するために図に開示された形状、大きさ、比率、角度、数などは例示的なものであるため、本発明は、図に示された事項に限定されるものではない。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指す。また、本発明を説明するに当たり、関連する公知技術に対する詳細な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断された場合、その詳細な説明は省略する。

本明細書で言及した「備える」、「有する」、「からなる」などが使用されている場合は、「〜だけ」が使用されていない限り、他の部分が追加され得る。構成要素を単数で表現する場合は、特に明示的な記載事項がない限り、複数が含まれる場合を含む。

構成要素を解釈するに当たり、別途の明示的な記載がなくても誤差の範囲を含むものと解釈する。

位置関係に対する説明である場合には、例えば、「〜上に」、「〜上部に」、「〜下部に」、「〜隣に」など２つの部分の位置関係が説明されている場合は、「直に」又は「直接」が使用されていない限り、２つの部分の間に１つ以上の他の部分が位置することもできる。

時間の関係に対する説明である場合には、例えば、「〜後に」、「〜に続いて」、「〜次に」、「〜前に」などで時間的前後関係が説明されている場合は、「直ぐに」又は「直接」が使用されていない限り連続していない場合も含み得る。

第１、第２などがさまざまな構成要素を記述するために使用されるが、このような構成要素はこのような用語によって制限されない。このような用語は、ただ１つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用されるものである。したがって、以下に記載されている第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素であり得る。

「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」及び「Ｚ軸方向」は、互いの関係が垂直からなる幾何学的な関係だけに解釈してはならず、本発明の構成は、機能的に作用することができる範囲内より広い方向性を有することを意味し得る。

「少なくとも１つ」の用語は、１つ以上の関連項目から提示可能なすべての組み合わせを含むものと理解されなければならない。たとえば、「第１項目、第２項目及び第３項目のうち少なくとも１つ」の意味は、第１項目、第２項目又は第３項目のそれぞれのみならず、第１項目、第２項目及び第３項目の中で２つ以上から提示することができるすべての項目の組み合わせを意味し得る。

本発明のいくつかの実施例のそれぞれの特徴は、部分的又は全体的に互いに結合又は組み合わせ可能で、技術的に様々な連動及び駆動が可能である。また、各実施例は、互いに独立的に実施することもでき、連関関係で共に実施することもできる。

以下、添付の図を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図２ａ及び図２ｂは、本発明の一実施例に係るヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。図２ａは、ヘッドマウントディスプレイ１０の表示モジュール収納部２０の背面が見えるように示し、図２ｂは、ヘッドマウントディスプレイ１０の表示モジュール収納部２０の前面が見えるように示している。

図２ａ及び図２ｂを参照すると、本発明の一実施例に係るヘッドマウントディスプレイ１０は、表示モジュール収納部２０、第１接眼レンズ３０、第２接眼レンズ４０、及びメガネフレームアーム７０を備える。

本発明の一実施例に係るヘッドマウントディスプレイ１０は、図２ａ及び図２ｂに示すように、ユーザが簡単に装着したりはずしたりすることができるようメガネフレームアーム７０を備えた眼鏡の形態に具現した例を示したが、これに限定されない。つまり、ヘッドマウントディスプレイ１０は、メガネフレームアーム７０の代わりに、頭に装着することができる頭装備バンドを備えることができる。

表示モジュール収納部２０は、映像を表示する表示モジュールと、表示モジュールに表示された映像を、第１及び第２接眼レンズ３０、４０に提供するための光学手段とを備える。表示モジュール収納部２０に対する詳細な説明は、図３及び図８を参照して後述する。

第１及び第２接眼レンズ３０、４０は、表示モジュール収納部２０の背面に配置することができる。第１接眼レンズ３０は、ユーザの左眼が位置する左眼レンズであり得、第２接眼レンズ４０は、ユーザの右眼が位置する右眼レンズであり得る。これにより、ユーザは、第１及び第２接眼レンズ３０、４０を通じて表示モジュール収納部２０の表示モジュールに表示される映像を見ることができる。

本発明の実施例は、表示モジュール収納部２０の表示モジュールに表示される映像を、第１及び第２接眼レンズ３０、４０を通じてユーザに提供することができる。その結果、本発明の実施例は、表示モジュール収納部２０の表示モジュールによって表示される仮想映像をユーザに提供することができる。すなわち、本発明の実施例は、バーチャルリアリティを具現することができる。

図３は、図２ａ及び図２ｂの表示モジュール収納部の一例を示す図である。図４は、図３の表示モジュール収納部の構成を分解して例示する図である。

図３及び図４は、表示モジュール収納部をその一側面から見た側面図に相当する。図３及び図４は、本発明の一形態に係る第１接眼レンズ３０と、第１接眼レンズ３０に映像を提供するための表示モジュール収納部の構成を示している。本発明の一例による、第２接眼レンズ４０及び第２接眼レンズ４０に映像を提供するための表示モジュール収納部の構成は、図３及び図４に示す構成と実質的に同一であるため説明を省略する。

図３及び図４を参照すると、表示モジュール収納部２０は、表示モジュール２１０、第１λ／４板２２０、ハーフミラー２３０、第２λ／４板２４０、反射偏光板２５０、及び偏光板２７０を備える。

表示モジュール２１０は、映像を表示する表示装置であり得る。例えば、表示モジュール２１０は、液晶表示装置、有機発光表示装置、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon substrate）、ＯＬＥＤｏＳ（Organic Light Emitting Device on Silicon substrate）、又はＬＥＤｏＳ（Light Emitting Diode on Silicon substrate）のような表示装置で具現することができる。以下では、説明の便宜上、表示モジュール２１０が液晶表示装置である場合を例示したが、本発明の実施例は、これに限定されない。表示モジュール２１０の詳細な説明は、図６及び図７を参照して後述する。

第１λ／４板２２０、ハーフミラー２３０、第２λ／４板２４０、及び反射偏光板２５０は、表示モジュール２１０と、第１接眼レンズ３０との間に配置することができる。

第１λ／４板２２０は、表示モジュール２１０とハーフミラー２３０との間に配置する。第１λ／４板２２０は、ハーフミラー２３０の一面に付着することができる。第１λ／４板２２０は、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させる。

ハーフミラー２３０は、第１λ／４板２２０と第２λ／４板２４０との間に配置する。ハーフミラー２３０の一面には、第１λ／４板２２０を付着することができる。ハーフミラー２３０の他面には、第２λ／４板２４０を付着することができる。

ハーフミラー２３０は、光の一部を透過させ、光の他の一部を反射させる半透過板であり得る。例えば、ハーフミラー２３０は、一面に半透過金属膜が形成されたガラスであり得る。半透過金属膜は、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、又はマグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）との合金のような半透過金属物質（Semi-transmissive Conductive Material）で形成することができる。

第２λ／４板２４０は、ハーフミラー２３０と反射偏光板２５０との間に配置する。第２λ／４板２４０は、ハーフミラー２３０の他面に付着することができる。第２λ／４板２４０は、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させる。

反射偏光板２５０は、第２λ／４板２４０と偏光板２７０との間に配置する。反射偏光板２５０は、偏光板２７０の一面に付着することができる。反射偏光板２５０は、第１直線偏光を通過させ、第１直線偏光と交差する第２直線偏光を反射する。第１直線偏光は、垂直方向（Ｙ軸方向）に振動する垂直偏光であり、第２直線偏光は水平方向（Ｘ軸方向又はＺ軸方向）に振動する水平偏光であり得る。例えば、反射偏光板２５０は、ＡＰＦ（Advanced Polarizing Film）又はＤＢＥＦ（Dual Bright Enhanced Film）であり得るが、これに限定されない。

偏光板２７０は、反射偏光板２５０と第１接眼レンズ３０との間に配置する。偏光板２７０は、第１接眼レンズ３０の一面に付着することができる。偏光板２７０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を遮断する。偏光板２７０によって反射偏光板２５０から漏洩する第２直線偏光を遮断することができる。

第１接眼レンズ３０は、凸レンズ又はフレネルレンズであり得る。一方、第１接眼レンズ３０の一面には、反射偏光板２５０を付着するので、第１接眼レンズ３０の一面は、反射偏光板２５０の付着を容易にするために、平らに形成することができる。この場合には、第１接眼レンズ３０の他面に凸レンズ又はフレネルレンズを形成することができる。

図５は、図３に示した表示モジュール収納部の光変換過程を示す流れ図である。以下では、図４及び図５を参照して表示モジュール収納部の光変換過程を詳細に説明する。特に、表示モジュール収納部の光変換過程は、光の偏光特性を利用するものであるので、これを中心に詳しく説明することにする。なお、図４においては、第１直線偏光を縦方向の両矢印で示し、第２直線偏光を横方向の両矢印で示している。

最初に、第１直線偏光が表示モジュール２１０から出力することができる。図４及び図５は、第１直線偏光が、垂直方向（Ｙ軸方向）に振動する垂直偏光であるとして説明している。表示モジュール２１０から出力した第１直線偏光は、第１λ／４板２２０に向かう。（図５のステップＳ１０１）

第二に、表示モジュール２１０から出力した第１直線偏光は、第１λ／４板２２０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第１直線偏光は、第１円偏光Ｌに変換される。図４及び図５では、第１円偏光Ｌが左円偏光であるとして説明している。第１λ／４板２２０によって変換された第１円偏光Ｌは、ハーフミラー２３０に向かう。（図５のステップＳ１０２）

第三に、ハーフミラー２３０は、光の一部を透過させ、光の他の一部を反射させることができるので、第１λ／４板２２０によって変換された第１円偏光Ｌの一部はハーフミラー２３０を通過する。ハーフミラー２３０を通過した第１円偏光Ｌは、第２λ／４板２４０に向かう。（図５のステップＳ１０３）

第四に、ハーフミラー２３０を通過した第１円偏光Ｌは、第２λ／４板２４０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第１円偏光Ｌは第２直線偏光に変換される。図４及び図５は、第２直線偏光が水平方向（Ｘ軸方向又はＺ軸方向）に振動する水平偏光であるとして説明している。第２λ／４板２４０によって変換された第２直線偏光は、反射偏光板２５０に向かう。（図５のステップＳ１０４）

第五に、反射偏光板２５０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を反射させるので、第２λ／４板２４０によって変換された第２直線偏光は、反射偏光板２５０によって反射する。また、反射偏光板２５０によって反射せずに漏洩する第２直線偏光は、偏光板２７０によって遮断することができる。反射偏光板２５０によって反射した第２直線偏光は、第２λ／４板２４０に向かう。（図５のステップＳ１０５）

第六に、反射偏光板２５０によって反射した第２直線偏光は、第２λ／４板２４０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第２直線偏光は第２円偏光Ｒに変換される。図４及び図５では、第２円偏光Ｒが右円偏光であるとして説明している。第２λ／４板２４０によって変換された第２円偏光Ｒは、ハーフミラー２３０に向かう。（図５のステップＳ１０６）

第七に、ハーフミラー２３０は、光の一部を透過させ、光の別の一部を反射することができるので、第２λ／４板２２０によって変換された第２円偏光Ｒの一部はハーフミラー２３０によって反射する。ハーフミラー２３０によって反射した第２円偏光Ｒは、第２λ／４板２４０に向かう。（図５のステップＳ１０７）

第八に、ハーフミラー２３０によって反射した第２円偏光Ｒは、第２λ／４板２４０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第２円偏光Ｒは、第１直線偏光に変換される。第２λ／４板２４０によって変換された第１直線偏光は、反射偏光板２５０に向かう。（図５のステップＳ１０８）

第九に、反射偏光板２５０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を反射させるので、第２λ／４板２４０によって変換された第１直線偏光は、反射偏光板２５０を通過する。また、偏光板２７０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を遮断するので、第２λ／４板２４０によって変換された第１直線偏光は偏光板２７０を通過する。反射偏光板２５０及び偏光板２７０を通過した第１直線偏光は、第１接眼レンズ３０に到達することができる。したがって、ユーザは、第１接眼レンズ３０を通じて表示モジュール２１０の映像を見ることができる。（図５のステップＳ１０９）

表示モジュール２１０と第２λ／４板２４０との間の距離を「ａ」とし、第２λ／４板２４０と反射偏光板２５０との間の距離を「ｂ」とし、反射偏光板２５０と第１接眼レンズ３０との間の距離を「ｃ」とするとき、表示モジュール２１０から第１接眼レンズ３０までの距離は、「ａ＋ｂ＋ｃ」に該当するが、表示モジュール２１０に表示された映像が所定の焦点距離を有する第１接眼レンズ３０に到達するまでの光路長は、「ａ＋３ｂ＋ｃ」に該当することができる。ここで、表示モジュール２１０から第１接眼レンズ３０までの距離は、表示モジュール収納部の厚さＤ１として定義することができる。すなわち、本発明の実施例は、表示モジュール収納部の厚さＤ１に比べて、表示モジュール２１０に表示された映像が所定の焦点距離を有する第１接眼レンズ３０に到達するまでの光路長を長くすることができる。その結果、本発明の実施例は、表示モジュール収納部の厚さＤ１を減らしても、表示モジュール２１０に表示された映像が第１接眼レンズ３０に到達するまでの光路長を元来のように維持することができる。したがって、本発明の実施例は、表示モジュール収納部の厚さＤ１を減らすことができ、これにより、ヘッドマウントディスプレイの厚さを減らすことができる。

図６は、図３の表示モジュールの一例を示す図である。図７は、図６の表示パネルの画素を示す回路図である。

以下では、図６及び図７を参照して表示モジュール２１０について詳細に説明する。

図６及び図７を参照すると、表示モジュール２１０は、表示パネル１１０、ソースドライブ集積回路（Integrated Circuit、以下「ＩＣ」とする）１３０、軟性フィルム１４０、回路基板１５０、タイミング制御部１６０、及びバックライトユニットを備える。

表示パネル１１０は、上部基板１１２、下部基板１１１、及びそれらの間に介在する液晶層を備える。表示パネル１１０の下部基板１１１には、データラインとゲートラインとが交差するように配置される。データラインとゲートラインとの交差構造により、表示パネル１１０には、画素Ｐがマトリックス形態に配置される。画素Ｐのそれぞれは、データラインのうちのいずれか１つ、及びゲートラインのうちのいずれか１つに接続することができる。これにより、画素Ｐは、ゲートラインにゲート信号が供給される時にデータラインのデータ電圧が供給され、供給されたデータ電圧によって、所定の明るさで発光する。

例えば、画素Ｐのそれぞれは、図７のように、トランジスタＴ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ及びストレージキャパシタＣｓｔを含むことができる。トランジスタＴは、半導体工程によって形成される薄膜トランジスタであり得る。トランジスタＴは、第ｋ（ｋは正の整数）のゲートラインＧｋのゲート信号に応答して、第ｊ（ｊは正の整数）のデータラインＤｊのデータ電圧を画素電極ＰＥに供給する。これにより、画素Ｐのそれぞれは、画素電極ＰＥに供給されたデータ電圧と共通電極ＣＥに供給された共通電圧の電位差によって発生する電界によって液晶層ＬＣの液晶を駆動してバックライトユニットから入射する光の透過量を調整することができる。共通電極ＣＥは、共通ラインＣＬから共通電圧が供給される。また、ストレージキャパシタＣｓｔは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に設けられて画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間の電圧差を一定に維持する。

表示パネル１１０の上部基板１１２上には、ブラックマトリックス及びカラーフィルタを形成することができる。ただし、液晶表示装置がＣＯＴ（Color filter On TFT array）方式で形成される場合には、ブラックマトリックス及びカラーフィルタは、下部基板１１１上に形成することができる。

共通電極ＣＥは、ＴＮ（Twisted Nematic）モード及びＶＡ（Vertical Alignment）モードのような垂直電界駆動方式の場合、上部基板１１２上に形成することができる。または、共通電極ＣＥは、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード及びＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードのような水平電界駆動方式の場合に、画素電極ＰＥと共に下部基板１１１上に形成することができる。本発明の液晶表示装置は、ＴＮモード、ＶＡモード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモードだけでなく、どのような液晶モードでも具現することができる。

表示パネル１１０の上部基板１１２には、第１偏光板１１３が付着し、下部基板１１１には、第２偏光板１１４が付着する。第１偏光板１１３の光透過軸は、第２偏光板１１４の光透過軸と交差又は直交する。この場合、第１偏光板１１３は第１直線偏光を通過させ、第２偏光板１１４は第２直線偏光を透過させることができる。また、液晶と接する上部基板１１２及び下部基板１１１の内面には、液晶のプレチルト角を設定するための配向膜を形成することができる。

表示パネル１１０は、画素が形成されて映像を表示する表示領域と、映像を表示しない非表示領域とに区分することができる。表示領域には、ゲートライン、データライン、及び画素を形成することができる。非表示領域には、ゲート駆動部及びパッドを形成することができる。

ゲート駆動部は、タイミング制御部１６０から入力するゲート制御信号に応じてゲートラインにゲート信号を供給する。ゲート駆動部は、表示パネル１１０の表示領域の一側又は両側外側の非表示領域にＧＩＰ（Gate driver In Panel）方式で形成することができる。または、ゲート駆動部は、駆動チップに製作して軟性フィルムに実装してＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式で表示パネル１１０の表示領域の一側又は両側外側の非表示領域に付着することもできる。

ソース駆動ＩＣ１３０は、タイミング制御部１６０からのデジタルビデオデータ及びソース制御信号が入力する。ソース駆動ＩＣ１３０は、ソース制御信号によって、デジタルビデオデータをアナログデータ電圧に変換してデータラインに供給する。ソース駆動ＩＣ１３０が駆動チップに製作されている場合には、ＣＯＦ（Chip On Film）又はＣＯＰ（Chip On Plastic）方式で軟性フィルム１４０に実装することができる。

表示パネル１１０の非表示領域には、データパッドのようなパッドを形成することができる。軟性フィルム１４０には、パッドとソース駆動ＩＣ１３０とを接続する配線、パッドと回路基板１５０の配線とを連結する配線を形成することができる。軟性フィルム１４０は、異方性導電フィルムを用いて、パッド上に付着し、これにより、パッドと軟性フィルム１４０の配線とが接続することができる。

回路基板１５０は、軟性フィルム１４０に付着することができる。回路基板１５０は、駆動チップに具現された多数の回路を実装することができる。例えば、回路基板１５０には、タイミング制御部１６０を実装することができる。回路基板１５０は、プリント回路基板又はフレキシブルプリント回路基板であり得る。

タイミング制御部１６０は、回路基板１５０のケーブルを通じて外部のシステムボードからデジタルビデオデータ及びタイミング信号が入力する。タイミング制御部１６０は、タイミング信号に基づいて、ゲート駆動部１２０の動作タイミングを制御するためのゲート制御信号及びソース駆動ＩＣ１３０を制御するためのソース制御信号を発生する。タイミング制御部１６０は、ゲート制御信号をゲート駆動部に供給し、ソース制御信号をソース駆動ＩＣ１３０に供給する。

バックライトユニットは、表示パネル１１０の背面に配置され、表示パネル１１０の背面に均一な光を照射する。バックライトユニットは、エッジ型又は直下型で実装することができる。エッジ型バックライトユニットは、表示パネル１１０の下に複数の光学シートと導光板を配置して導光板の側面に複数の光源を配置する構造を有する。直下型バックライトユニットは、表示パネル１１０の下に複数の光学シート及び拡散板を配置して拡散板の下に複数の光源を配置する構造を有する。

バックライトユニットは、光源、光源を実装する光源回路基板、導光板又は拡散板、反射シート、及び光学シートを備えることができる。バックライトユニットは、光源からの光を導光板又は拡散板と光学シートを通じて均一な面光源に変換して表示パネル１１０に光を照射する。

図８は、図２ａ及び図２ｂの表示モジュール収納部の他の例を示す図である。図９は、図８の表示モジュール収納部の構成を分解して例示する図である。

図８及び図９は、表示モジュール収納部をその一側面から見た側面図に相当する。図８及び図９は、本発明の他の形態に係る第１接眼レンズ３０と、第１接眼レンズ３０に映像を提供するための表示モジュール収納部の構成を示している。本発明の他の例による、第２接眼レンズ４０及び第２接眼レンズ４０に映像を提供するための表示モジュール収納部の構成は、図８及び図９に示す構成と実質的に同一であるため説明を省略する。

図８及び図９を参照すると、表示モジュール収納部２０は、表示モジュール２１０、第１λ／４板２２０、メニスカスレンズ２６０、第２λ／４板２４０、反射偏光板２５０、及び偏光板２７０を備える。

図８及び図９に示した表示モジュール２１０、第１λ／４板２２０、第２λ／４板２４０、反射偏光板２５０、及び偏光板２７０は、図３及び図４を参照して説明したのと実質的に同一なので、これらに対する詳細な説明は省略する。

メニスカスレンズ２６０は、第１λ／４板２２０と第２λ／４板２４０との間に配置する。メニスカスレンズ２６０の第１面には、第１λ／４板２２０を付着することができる。メニスカスレンズ２６０の第２面には、第２λ／４板２４０を付着することができる。

メニスカスレンズ２６０は、光の一部を透過させ、光の他の一部を反射させる半透過板であり得る。メニスカスレンズ２６０は、第１λ／４板２２０が向かい合う（又は付着する）第１面の曲率と第２λ／４板２４０が向かい合う（又は付着する）第２面の曲率とを同一に形成する。これにより、メニスカスレンズ２６０は、光を透過させる場合には光を屈折させず、光を反射させる場合には光を屈折させることができる。例えば、メニスカスレンズ２６０は、図９のように光を反射させる場合、第２面の曲率によって光を屈折させることができる。これにより、メニスカスレンズ２６０は、光を反射させる場合、第２面の曲率によって所定の焦点距離が形成されるように光を屈折させることができる。この場合、第１接眼レンズ３０は、凸レンズのように所定の焦点距離を有するレンズで具現する必要はない。すなわち、第１接眼レンズ３０は、平面レンズ又は平面ガラスで形成することができる。

図１０は、図８に示した表示モジュール収納部の光変換過程を示す流れ図である。

以下では、図９及び図１０を参照して表示モジュール収納部の光変換過程を詳細に説明する。特に、表示モジュール収納部の光変換過程は、光の偏光特性を利用するものなので、これを中心に詳しく説明する。なお、図９においては、第１直線偏光を縦方向の両矢印で示し、第２直線偏光を横方向の両矢印で示している。

最初に、第１直線偏光が表示モジュール２１０から出力することができる。図９及び図１０は、第１直線偏光は、垂直方向（Ｙ軸方向）に振動する垂直偏光であるとして説明している。表示モジュール２１０から出力した第１直線偏光は、第１λ／４板２２０に向かう。（図１０のステップＳ２０１）

第二に、表示モジュール２１０から出力した第１直線偏光は、第１λ／４板２２０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第１直線偏光は、第１円偏光Ｌに変換される。図９及び図１０は、第１円偏光Ｌが左円偏光であるとして説明している。第１λ／４板２２０によって変換された第１円偏光Ｌは、メニスカスレンズ２６０に向かう。（図１０のステップＳ２０２）

第三に、メニスカスレンズ２６０は、光の一部を透過させ、光の他の一部を反射させることができるので、第１λ／４板２２０によって変換された第１円偏光Ｌの一部は、メニスカスレンズ２６０を通過する。メニスカスレンズ２６０を通過した第１円偏光Ｌは、第２λ／４板２４０に向かう。（図１０のステップＳ２０３）

第四に、メニスカスレンズ２６０を通過した第１円偏光Ｌは、第２λ／４板２４０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第１円偏光（L）は、第２直線偏光に変換される。図９及び図１０は、第２直線偏光が水平方向（Ｘ軸方向又はＺ軸方向）に振動する水平偏光であるとして説明している。第２λ／４板２４０によって変換された第２直線偏光は、反射偏光板２５０に向かう。（図１０のステップＳ２０４）

第五に、反射偏光板２５０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を反射させるので、第２λ／４板２４０によって変換された第２直線偏光は、反射偏光板２５０によって反射する。また、反射偏光板２５０によって反射せずに漏洩する第２直線偏光は、偏光板２７０によって遮断することができる。反射偏光板２５０によって反射した第２直線偏光は、第２λ／４板２４０に向かう。（図１０のステップＳ２０５）

第六に、反射偏光板２５０によって反射した第２直線偏光は、第２λ／４板２４０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第２直線偏光は第２円偏光Ｒに変換される。図９及び図１０は、第２円偏光Ｒが右円偏光であるとして説明している。第２λ／４板２４０によって変換された第２円偏光Ｒは、メニスカスレンズ２６０に向かう。（図１０のステップＳ２０６）

第七に、メニスカスレンズ２６０は、光の一部を透過させ、光の他の一部を反射させることができるので、第２λ／４板２２０によって変換された第２円偏光Ｒの一部は、メニスカスレンズ２６０によって反射する。メニスカスレンズ２６０によって反射した第２円偏光Ｒは、第２λ／４板２４０に向かう。

メニスカスレンズ２６０は、図９のように光を反射させる場合、第２面の曲率によって光を屈折させることができる。これにより、メニスカスレンズ２６０は、光を反射させる場合、第２面の曲率によって所定の焦点距離が形成されるように光を屈折させることができる。この場合、第１接眼レンズ３０は、凸レンズのように所定の焦点距離を有するレンズで実装する必要はない。すなわち、第１接眼レンズ３０は、平面レンズ又は平面ガラスで形成することができる。（図１０のステップＳ２０７）

第八に、メニスカスレンズ２６０によって反射した第２円偏光Ｒは、第２λ／４板２４０によってλ／４だけ位相が遅延するので、第２円偏光Ｒは、第１直線偏光に変換される。第２λ／４板２４０によって変換された第１直線偏光は、反射偏光板２５０に向かう。（図１０のステップＳ２０８）

第九に、反射偏光板２５０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を反射させるので、第２λ／４板２４０によって変換された第１直線偏光は、反射偏光板２５０を通過する。また、偏光板２７０は、第１直線偏光を通過させ、第２直線偏光を遮断するので、第２λ／４板２４０によって変換された第１直線偏光は偏光板２７０を通過する。反射偏光板２５０及び偏光板２７０を通過した第１直線偏光は、第１接眼レンズ３０に到達することができる。したがって、ユーザは、第１接眼レンズ３０を通じて表示モジュール２１０の映像を見ることができる。（図１０のステップＳ２０９）

表示モジュール２１０と第２λ／４板２４０との間の距離を「ａ」とし、第２λ／４板２４０と反射偏光板２５０との間の距離を「ｂ」とし、反射偏光板２５０と第１接眼レンズ３０との間の距離を「ｃ」とするとき、表示モジュール２１０から第１接眼レンズ３０までの距離は、「ａ＋ｂ＋ｃ」に該当するが、表示モジュール２１０に表示された映像が所定の焦点距離を有するメニスカスレンズ２６０に到達するまでの光路長は、「ａ＋２ｂ」に該当することができる。ここで、表示モジュール２１０から第１接眼レンズ３０までの距離は、表示モジュール収納部の厚さＤ１として定義することができ、第２λ／４板２４０と反射偏光板２５０との間の距離ｂは、反射偏光板２５０と第１接眼レンズ３０との間の距離ｃより長い。すなわち、本発明の実施例は、表示モジュール収納部の厚さＤ１に比べて、表示モジュール２１０に表示された映像が所定の焦点距離を有するメニスカスレンズ２６０に到達するまでの光路長を長くすることができる。その結果、本発明の実施例は、表示モジュール収納部の厚さＤ１を減らしても、表示モジュール２１０に表示された映像が所定の焦点距離を有するメニスカスレンズ２６０に到達するまでの光路長を元来のように維持することができる。したがって、本発明の実施例は、表示モジュール収納部の厚さＤ１を減らすことができ、これにより、ヘッドマウントディスプレイの厚さを減らすことができる。

以上、添付の図を参照して、本発明の実施例をさらに詳細に説明したが、本発明は、必ずしもこのような実施例で限定されるわけではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で多様に変形して実施することができる。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例により、本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。したがって、以上で記述した実施例は、すべての面で例示的なものであり限定的ではないと理解されなければならない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

１０：ヘッドマウントディスプレイ
２０：表示モジュール収納部
３０：第１接眼レンズ
４０：第２接眼レンズ
７０：メガネフレームアーム
１１０：表示パネル
１１１：下部基板
１１２：上部基板
１２０：ゲート駆動部
１３０：ソース駆動ＩＣ
１４０：軟性フィルム
１５０：回路基板
１６０：タイミングコントローラー
２１０：表示モジュール
２２０：第１λ／４板
２３０：ハーフミラー
２４０：第２λ／４板
２５０：反射偏光板
２６０：メニスカスレンズ

Claims (21)

1. レンズと、
   前記レンズに映像を提供する表示モジュール収納部とを備え、
   前記表示モジュール収納部が、
   映像を表示する表示モジュールと、
   前記表示モジュールと前記レンズとの間に配置され、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させる第１λ／４板と、
   前記第１λ／４板と前記レンズとの間に配置され、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させる第２λ／４板と、
   前記第２λ／４板と前記レンズとの間に配置され、第１直線偏光を通過させて前記第１直線偏光と交差する第２直線偏光を反射する反射偏光板と、
   前記第１λ／４板と前記第２λ／４板との間に配置される半透過板と
   を含み、
   前記第１λ／４板は前記半透過板の一面に付着され、前記第２λ／４板は前記半透過板の他面に付着されていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記半透過板が、光の一部を透過させ、前記光の他の一部を反射する半透過金属膜を含むハーフミラーであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記レンズの一面には前記反射偏光板が付着され、前記レンズの他面は凸レンズ又はフレネルレンズで形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記半透過板が、光の一部を透過させ、前記光の他の一部を反射するメニスカスレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記メニスカスレンズが、前記第１λ／４板と向き合う第１面と前記第２λ／４板と向き合う第２面とを備え、前記第１面の曲率は、前記第２面の曲率と同一であることを特徴とする請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記メニスカスレンズが、前記第１λ／４板と向き合う第１面と前記第２λ／４板と向き合う第２面を備え、前記第１面及び前記第２面は、前記第１λ／４板の方向に凸であることを特徴とする請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記第２λ／４板と向き合う前記レンズの一面には、前記反射偏光板が付着することを特徴とする請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記表示モジュールが、
   前記映像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルの上部基板上に配置された第１偏光板と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記第１偏光板が、前記第１直線偏光を通過させることを特徴とする請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
10. 前記表示モジュールが、前記表示パネルの下部基板上に配置された第２偏光板をさらに備え、
    前記第２偏光板が、前記第２直線偏光を通過させることを特徴とする請求項９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
11. 前記反射偏光板と前記レンズとの間に配置され、前記第１直線偏光を通過させて前記第２直線偏光を遮断する偏光板をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
12. 一対のレンズと前記一対のレンズに映像を提供する表示モジュール収納部とを備えるヘッドマウントディスプレイにおいて、
    映像を表示し、第１直線偏光を出力する表示モジュールと、
    前記第１直線偏光を第１円偏光に変換する第１λ／４板と、
    前記第１円偏光の一部分を通過させる一方で前記第１円偏光のその他の部分を反射し、第２円偏光の一部分を反射する一方で前記第２円偏光のその他の部分を通過させる半透過板と、
    前記第１円偏光を第２直線偏光に変換し、前記第２直線偏光を前記第２円偏光に変換し、前記第２円偏光を前記第１直線偏光に変換する第２λ／４板と、
    前記第２直線偏光を反射して、前記一対のレンズに到達するように前記第１直線偏光を通過させる反射偏光板と
    を備え、
    前記第１λ／４板は前記半透過板の一面に付着され、前記第２λ／４板は前記半透過板の他面に付着されていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
13. 前記半透過板が、光の一部を透過させ、前記光の他の一部を反射する半透過金属膜を有するハーフミラーを備えることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
14. 前記反射偏光板が前記レンズの一面に付着し、前記レンズの他の面は凸レンズ又はフレネルレンズで形成されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
15. 前記半透過板が、光の一部を透過させて前記光の他の一部を反射するメニスカスレンズを備えることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
16. 前記メニスカスレンズが、前記第１λ／４板と向き合う第１面と前記第２λ／４板と向き合う第２面を備え、前記第１面の曲率は、前記第２面の曲率と同一であることを特徴とする請求項１５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
17. 前記メニスカスレンズが、前記第１λ／４板と向き合う第１面と前記第２λ／４板と向き合う第２面を備え、前記第１面と前記第２面は、前記第１λ／４板の方向に凸であることを特徴とする請求項１５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
18. 前記第２λ／４板と向き合う前記レンズの一面には、前記反射偏光板が付着することを特徴とする請求項１２記載のヘッドマウントディスプレイ。
19. 前記表示モジュールが、
    前記映像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネルの上部基板上に配置された第１偏光板と
    を備えることを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
20. 前記表示モジュールが、前記表示パネルの下部基板上に配置された第２偏光板をさらに備え、
    前記第２偏光板が、前記第２直線偏光を通過させることを特徴とする請求項１９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
21. 前記反射偏光板と前記レンズとの間に配置され、前記第１直線偏光を通過させて前記第２直線偏光を遮断する偏光板をさらに備える請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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