KR100325825B1 - 피로를 저감시킬 수 있는 두부 장착형 디스플레이 장치 및 두부 장착형 디스플레이 장치용 영상 표시 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자의 눈의 피로를 저감시킬 수 있는 두부 장착형 디스플레이 장치에 관한 것이다. 광원(30)에서 발생한 광이 조명 광학계(40)를 거쳐 광 분리 소자(20)에 의해 광이 분리된 후 영상 표시 소자(10)에 입사될 때 그 조명 영역이 유효 표시 영역(11)의 면적보다 5% 더 조명하며, 유효 표시 영역(11)이외의 부분은 조명광을 반사시킬 수 있도록 유채색 처리함으로써 일정한 밝기를 유지하도록 한다. 사용자는 눈의 동공이 일정한 중간 점에서 확대 및 축소하기 때문에 빛이 완전히 차단되어 최대 확대 및 최대 축소를 하는 종래의 장치에 비해 눈의 피로를 현저히 줄일 수 있다. 또한, 영상 표시 소자의 유효 표시 영역 이외의 패키지 부분에 유채색 처리를 함으로써 그 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 피로 저감형 LCD 영상 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HMD에 주로 사용되는 LCD 영상 표시 장치에 있어서 차광 상태에 일정한 밝기를 유지하도록 하여 사용자의 눈의 피로도를 저감시키는 장치에 관한 것이다.
LCD는 Liquid Crystal Display의 약어로서, 액정은 1888년 오스트리아의 F. Reinitzer에 의해 처음 발견되었으며, 1968년 미국 RCA사에 의해 디스플레이에 응용됐다. 1973년에 전자계산기, 전자시계에 적용된 액정은 1986년 이후 STN LCD와 소형 TFT LCD가 실용화됐다. 1990년대 들어 10인치 TFT LCD의 양산화가 실현되면서 노트북PC의 대표적인 디스플레이로 자리잡고 CRT를 대체하는 디스플레이 중 하나로 각광받고 있다. LCD는 전자시계, 전자계산기, 액정TV, 노트북 PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도 표시판 및 운행 시스템 등에 폭넓게 사용되고 있으며, 부피가 적고 소비전력이 적으며 휴대가 가능하여 그 용도가 더욱 확대되고 있다.
LCD는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입해상하 유리판 위 전극의 전압 차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광 스위치 현상을 이용한 소자다. 구동방법에 따라 수동 매트릭스 방식과 능동 매트릭스 방식으로 분류하는 데 수동 매트릭스 방식에는 TN(Twisted Nematic)과 STN(Super Twisted Nematic)이 있으며 능동 매트릭스 방식에는 TFT(Thin Film Transistor) 등이 있다. 특히, TFT LCD는 응답 속도가 빠르고 두께가 얇아 노트북 PC의 모니터로서 일반적으로 사용되고 있으며, 제조 기술의 발달로 화면의 크기도 확대되어 가정용 TV로서도 사용될 수 있을 것으로 전망되고 있다.
한편, 두부 장착형 디스플레이 장치(HMD, Head Mount Display)는 사람이 머리에 장착하는 기구로서 새로운 LCD 영상소자를 사용하고 광학적으로 확대된 영상을 착용자의 눈에 제공함으로써 가시적으로는 대형 화면을 볼 수 있도록 구성된 것으로, 예컨대 미국 특허 제 5,483,307 호는 LCD 영상소자(special light modulator)에서 발생된 이미지를 프로젝션 렌즈로 투사하고 이를 확대한 후 비임 스플리터로 반사시켜 곡선형 반사경으로 이미지를 다시 반사시켜 사람의 눈에 제공하는 장치를 제시한다.
이와 같이 HMD 등에 사용되는 LCD 영상 표시 소자는 크기가 매우 작으면서도 선명한 이미지를 발생시킬 수 있는 것으로, 예컨대 미국 특허 제 4,839,707 호는 개량된 LCMOS LCD를 기술하고 있다. 이 문헌에 따른 LCD는 실리콘 웨이퍼 기판 위에 유전층을 형성하고 그 위에 배치되는 실리콘 디바이스에 의해 이미지를 형성하도록 구성된다.
상술한 LCD 영상 표시소자 및 이를 채용한 HMD 장치는 사용자가 머리에 착용하여 주위의 빛이 차단된 환경에서 사용자의 영상이 형성되기 때문에, 제공되는 영상의 명암에 따라 사용자의 눈에 직접적으로 반응하게 된다. 사람의 눈은 가장 어두운 상태와 가장 밝은 상태에서 눈의 동공의 크기가 최대 8㎜에서 최소 1㎜ 정도의 범위에서 확대와 축소를 반복한다. 따라서, HMD를 착용하여 영상을 보는 사용자 눈의 동공은 제공되는 영상의 명암에 따라 1 내지 8㎜의 범위에서 최소 축소 및 최대 확대의 과정을 연속적으로 반복하므로, 극심한 눈의 피로를 느끼게 된다.
이러한 눈의 피로 때문에 HMD를 장시간 사용할 수 없을 뿐만 아니라 오랜 기간 사용에 의해 시력의 저하를 초래할 염려도 있다. 노약자, 특히 어린이에 있어 급격한 명암의 변화나 섬광 장면은 광 발작을 일으킬 염려도 있는 것이다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 사용자의 눈의 피로를 저감시킬 수 있는 두부 장착형 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 두부 장착형 디스플레이 장치에 사용되는 것으로 사용자의 눈의 피로를 저감시킬 수 있는 영상 표시 소자를 제공하는 것이다.
도 1은 두부 장착형 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2a는 종래의 영상 표시 소자의 조명 영역을 보인 도면,
도 2b는 본 발명에 따라 유효 표시 영역의 5% 이상의 조명 영역을 보인 도면,
도 3a는 흑색 표면 처리된 종래의 영상 표시 소자를 보인 도면,
도 3b는 본 발명에 따라 유채색 처리된 영상 표시 소자를 보인 도면,
도 4a는 동공이 최소 축소된 상태를 나타낸 도면,
도 4b는 동공이 최대 확장된 상태를 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명에 따라 여유 공간에 유채색 발광이 유도되도록 구성된 영상 표시 소자를 나타낸 도면,
도 5b는 도 5a의 A-A선에 따른 단면도,
도 5c는 도 5b의 확대 단면도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 영상 표시 소자 11: 유효 표시 영역
12: 조명 영역 13: 확대 조명 영역
14: 흑색 표면 처리 영역 15: 유채색 표면 처리 영역
20: 광 분리 소자 30: 광원
40: 조명 광학계 50: 결상 광학계
60: 눈
본 발명에 따라서, 광원과, 상기 광원으로부터 발생한 광을 조명하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터 입사되는 광을 소정의 비율로 분리하는 광 분리 소자와, 상기 광 분리 소자로부터 입사되는 광을 입력된 영상 데이터에 따라 반사하여 영상을 표시하는 영상 표시 소자와, 상기 표시된 영상을 상기 광 분리 소자를 거쳐 사용자의 눈에 영상을 제공하는 결상 광학계를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치에 있어서, 상기 조명 광학계가 상기 영상 표시 소자에 광을 조명하되, 상기 유효 표시 영역의 둘레를 에워싸도록 상기 유효 표시 영역의 범위보다 더 조명하고, 그 범위는 상기 유효 표시 영역의 면적보다 5% 더 조명하며, 상기 유효 표시 영역이외의 부분은 조명광을 반사시킬 수 있도록 유채색 처리되는 것을 특징으로 하는 피로를 저감시킬 수 있는 두부 장착형 디스플레이 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 영상 표시 소자(10)의 유효 표시 영역 이외의 부분에 유채색 처리(15)가 되어 있는 두부 장착형 디스플레이 장치용 영상 표시 소자가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 두부 장착형 영상 표시장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다. 광원(30)으로부터 발생된 광은 조명 광학계(40)를 통해 광 분리 소자(20)를 통해 광 분리 소자(20)에 입사되고, 광 분리 소자(20)는 조명 광학계(40)로부터 입사된 광을 소정의 비율로 분리하여 영상 표시 소자(10)로 보낸다. 영상 표시 소자(10)는 입력된 영상 신호에 따라 영상을 표시하고, 영상 표시 소자(10)에 표시된 영상은 광분리 소자(20)를 통해 결상 광학계(50)로 입사된다. 사용자의 눈(60)은 결상 광학계(50)를 통해 나타난 영상을 보게 된다.
상기 눈(60)을 통해 감지되는 영상은 도 2a와 같이 보이게 되는데, 이 때에는 조명광(12)이 유효 표시 영역(11)만을 표시하게 된다. 종래의 영상 표시 소자는 도 3a에 도시된 바와 같이 표면이 흑색(14) 처리되어 있기 때문에, 사용자의눈(60)은 화면의 유효 표시 영역(11)만을 보게 된다. 따라서, 앞에서 설명한 바와 같이 사용자는 영상의 밝기에 의존하여 가장 밝은 상태에서 눈의 동공이 최소 축소되고(도 4a), 가장 어두운 상태에서 최대 확대(도 4b) 되기 때문에, 최소 축소 및 최대 확대의 전범위로 동공의 근육이 작용하므로 쉽게 눈이 피로하게 된다.
도 2b는 본 발명에 따른 표시 소자(10)의 구성을 나타낸 것으로, 표시 소자(10)의 패키지(package:13) 부분, 즉 유효 표시 영역(11)의 둘레까지 조명할 수 있도록 조명 광학계(40)를 설계하고, 표시 소자(10)의 유효 표시 영역(11) 이외의 부분을 유채색(15)으로 처리함으로써 사용자가 표시 소자(10)의 유효 화면 이외의 부분까지 볼 수 있게 한다. 여기서, 조명 광학계(40)는 유효 표시 영역(11)의 둘레를 에워싸도록 조명하되, 그 범위는 상기 유효 표시 영역의 면적보다 5% 더 조명하도록 구성된다.
본 명세서에서 유채색이라 함은 학문적 정의에 불구하고, 백색, 회색 및 각종 천연색을 포함하여 일정한 명도를 나타내는 색으로서, 흑색 이외의 것을 의미한다. 본 발명에 따른 영상 표시 소자(10)는 유효 표시 영역(11) 이외의 부분에 유채색 처리가 되어 일정한 밝기를 제공하는 것이다. 다만, 사람의 눈에 가장 안정감을 주고 피로를 덜 느끼는 색으로서 녹색을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
따라서, 영상 표시 소자(10)로부터 정보가 없는 상태에서도 유효 표시 영역(11)을 초과하여 조명되는 부분 및 유채색 처리된 부분은 가시적으로 볼 수 있기 때문에, 그 부분의 일정한 명도에 의해 동공이 최대 확대되지 아니하고 일정한 크기를 유지할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 일정한 크기로 유지된 동공은 영상 신호에 따라 밝기가 변화하더라도 영상 신호에 따른 밝기와 유효 표시 영역(11)을 초과하여 조명되는 부분 또는 유색 처리된 부분의 밝기를 평균한 값에 적응하는 정도로 동공의 크기가 변화한다.또한, 최대 축소 내지 최대 확대가 아니라 그 어느 중간 정도의 부분(중간점)으로부터 확대되었다가 중간 점으로 회복되고 그 중간 점으로부터 축소되었다가 다시 중간 점으로 회복되기 때문에, 동공의 실제적인 크기 변화는 종래의 표시 소자를 적용한 경우에 최대 및 최소의 크기 변화 약 7㎜보다 훨씬 작은 예컨대 3 내지 5㎜ 정도에 불과하여, 동공의 크기를 조절하는 근육 및 눈 신경의 피로가 적어 전체적으로 눈의 피로도가 현저히 저감되는 것이다.
도 5는 본 발명에 따라서 영상 표시 소자의 여유 공간(Peripheri 또는 Apron)에 소정의 고정 전압을 인가하도록 하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 5a는 통상의 반사형 액정 표시 장치의 표시면을 보인 것으로, 표시 영역(11)은 실제 화면 표시부(16)와 그 주변의 여유 공간(17)을 포함한다. 도 5b는 도 5a의 단면을 나타낸 것이고 도 5c는 그 단면을 확대하여 개략적으로 도시한 것이다.
영상 표시 소자(10)는 표시 영역(11)과, 화면 표시부(16)와, 여유 공간(17)과, 액정(18) 및 커버 글래스(19)로 이루어진다. 화면 표시부(16)는 실제 영상 데이터가 인가되어 그 데이터의 내용에 따라 액정(18)을 구동하는 부분이고, 여유 공간(17)은 소정의 고정 전압이 일정하게 유지된다. 이 때 인가되는 전압은 종래의 소자에서는 흑색으로 유지되도록 인가되지만, 본 발명에 따라서 여유 공간(17)이 백색 또는 기타 흑색 이외의 색을 나타내도록 소정의 고정 전압이 인가된다. 따라서, 이 여유 공간의 발색으로 인해 일정한 밝기가 형성되므로, 영상에만 의존하는 급격한 밝기 변화를 회피하여 사용자의 눈의 피로를 줄일 수 있다.
이상 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치는 외부의 빛이 차단된 어두운 환경에서 오로지 디스플레이 장치의 영상의 밝기에만 의존하여 사용자의 눈의 동공이 확대 또는 축소됨으로써 눈을 혹사하고 쉽게 피로해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치는 사용자가 오래 사용하면서도 피로를 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.
이와 같이 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형, 변경 및 수정을 할 수 있을 것이며, 그러한 변형예, 변경예 및 수정예는 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (4)
- 광원(30)과, 상기 광원(30)으로부터 발생한 광을 조명하는 조명 광학계(40)와, 상기 조명 광학계(40)로부터 입사되는 광을 소정의 비율로 분리하는 광 분리 소자(20)와, 상기 광 분리 소자(20)로부터 입사되는 광을 입력된 영상 데이터에 따라 반사하여 영상을 표시하는 영상 표시 소자(10)와, 상기 표시된 영상을 상기 광 분리 소자(20)를 거쳐 사용자의 눈에 영상을 제공하는 결상 광학계(50)를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치에 있어서,상기 조명 광학계(40)가 상기 영상 표시 소자(10)에 광을 조명하되, 상기 유효 표시 영역(11)의 둘레를 에워싸도록 상기 유효 표시 영역(11)의 범위보다 더 조명하고, 그 범위는 상기 유효 표시 영역(11)의 면적보다 5% 더 조명하며, 상기 유효 표시 영역(11)이외의 부분은 조명광을 반사시킬 수 있도록 유채색 처리되는 것을 특징으로 하는 피로를 저감시킬 수 있는 두부 장착형 디스플레이 장치.
- 청구항2는 삭제 되었습니다.
- 제 1 항에 있어서, 상기 영상 표시 소자(10)의 여유 공간(17)의 전극에 일정 전압을 인가하여 유채색을 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 청구항4는 삭제 되었습니다.
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