KR101908178B1 - 웨어러블 디스플레이 장치 - Google Patents

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유에트 윙 리
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하이맥스 디스플레이, 인크.
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Abstract

웨어러블 디스플레이 장치는 전면을 가진 반사형 광 변조기와, 광 변조기의 전면에 배치된 광 가이드 플레이트와, 서로 다른 컬러의 복수의 단색광원 및 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광 가이드 플레이트는 서로 마주보는 제1 및 제2 주요 표면을 가지고, 제1 및 제2 주요 표면과 연결된 광 입사 표면을 가지며, 광 가이드 플레이트는 광 입사 표면에서 수신된 광을 제1 주요 표면을 통해 변조를 위한 광 변조기를 향하여 지향시킨다. 단색광원은 순차적인 방식으로 서로 다른 컬러의 광을 발산할 수 있다. 광학 어셈블리는 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면에 인접하여 배치되고, 광 입사 표면에 걸쳐 단색광원의 각각에 의해 발산된 광을 통합하고 분산시키도록 구성된다.

Description

웨어러블 디스플레이 장치{WEARABLE DISPLAY APPARATUS}
관련 출원(들)에 대한 상호-참조
본 출원은 2015년 5월 4일에 출원된 미국 가출원 번호 62/156,388에 대한 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 웨어러블 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드-장착된 시스템에서 사용되는 것과 같은 마이크로디스플레이는 일반적으로, 액정 패널을 포함하고, 광을 액정 패널로 방사하는 조명 장치를 포함한다. 액정 패널은 입사광을 변조하여, 이미지를 생성할 수 있고, 이는 디스플레이를 위해 광학을 통해 사용자의 눈으로 전송된다.
알려진 접근법에 따르면, 액정 패널상에 구비된 컬러 필터에 조명되는 백색광을 사용함에 의해, 마이크로디스플레이는 컬러 이미지를 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 접근법은 픽셀 당 적어도 3개의 컬러 필터링된 서브-픽셀을 필요로하므로, 이는 일반적으로, 3배 더 큰 크기를 요한다. 결과적으로, 컬러 필터를 사용하는 마이크로디스플레이는 일반적으로 더 큰 광학을 요하고, 컬러 필터링된 서브-픽셀사이의 전기적 상호작용 때문에 열악한 컬러 품질을 나타낸다.
또 다른 공지된 접근법은 개선된 디스플레이 성능을 제공하고, 마이크로디스플레이의 크기를 줄이기 위해 필드 순차 컬러 디스플레이 기술을 사용하는 것으로 구성된다. 필드 순차 컬러 디스플레이에 따르면, 컬러 이미지는 적색, 녹색 및 청색의 주요 컬러에 기초한 컬러 필드로 구분된다. 각각의 컬러 필드가 마이크로디스플레이에 의해 개별적으로 이미지화됨에 따라, 대응되는 컬러 광원이 턴온된다. 이들 컬러 필드가 빠른 순서로 디스플레이될 때, 전체 컬러 이미지는 사용자에 의해 지각될 수 있다. 필드 순차 컬러 디스플레이가 공간적으로 구분되는 복수의 광원(즉, 서로 다른 컬러의)을 사용하는 것을 요하기 때문에, 문제점 하나는 조명 광이 균일하게 분산되지 않을 수 있다는 것, 즉, 광 변조기에 조명되는 각각의 컬러 광의 공간적 분산이 해당 광원의 서로 다른 위치 때문에 상이할 수 있다는 것이다.
그러므로, 적어도 상기 문제점을 해결할 수 있는 개선된 웨어러블 디스플레이 장치에 대한 요구가 있다.
본 출원은 감소된 치수를 가지고, 상이한 컬러의 복수의 점형 단색광원을 사용하여 광 변조기를 조명할 수 있는 웨어러블 디스플레이 장치를 기술한다.
일 실시예에서, 웨어러블 디스플레이 장치는 전면을 가진 반사형 광 변조기와, 광 변조기의 전면에 배치된 광 가이드 플레이트와, 서로 다른 컬러의 복수의 단색광원 및 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광 가이드 플레이트는 서로 마주보는 제1 및 제2 주요 표면을 가지고, 제1 및 제2 주요 표면과 연결된 광 입사 표면을 가지며, 광 가이드 플레이트는 광 입사 표면에서 수신된 광을 제1 주요 표면을 통해 변조를 위한 광 변조기를 향하여 지향시킨다. 단색광원은 순차적인 방식으로 서로 다른 컬러의 광을 발산할 수 있다. 광학 어셈블리는 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면에 인접하여 배치되고, 단색광원의 각각에 의해 발산된 광을 균질화하고 광 입사 표면에 걸쳐 분산시키도록 구성된다.
도 1은 웨어러블 디스플레이 장치의 실시예를 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 2는 웨어러블 디스플레이 장치에서 실행되는 이미징 파트의 예시적인 구성을 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 이미징 파트의 구성을 나타내는 분해도이다.
도 4는 도 2에서 도시된 이미징 파트에서 사용되는 광학 인테그레이터 로드를 나타내는 개략도이다.
도 5는 광학 인테그레이터 로드의 광 입구 윈도우의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 6 및 7은 광학 인테그레이터 로드의 광 출구 윈도우의 예시적인 단면을 나타내는 개략도이다.
도 8은 도 2에 도시된 이미징 파트에서 사용되는 광 가이드 부재를 나타내는 개략도이다.
도 9는 이미징 파트의 변형 실시예를 나타내는 개략도인데, 단색광원의 두 세트는 광 가이드 플레이트의 두 반대 측면에 각각 구비된다.
도 10은 도 9에서 도시된 이미징 파트에서 사용되는 광 가이드 부재를 나타내는 개략도이다.
도 11 - 13은 웨어러블 디스플레이 장치의 이미징 파트 내에서, 복수의 단색광원에서부터 발산된 광을 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면까지 전달하기 위한 광학 어셈블리의 다른 실시예를 나타내는 간략화된 개략도이다.
도 1은 눈 근처의 디스플레이를 위한 헤드-장착된 시스템과 같은 휴대용 시스템에서 실행될 수 있는 웨어러블 디스플레이 장치(100)의 실시예를 나타내는 간략화된 개략도이다. 웨어러블 디스플레이 장치(100)는 이미징 파트(102)와 광학 모듈(104)을 포함할 수 있다. 이미징 파트(102)는 수신된 데이터에 기초한 이미지 광(L2)을 생성할 수 있고, 광학 모듈(104)은 이미지 광선을 수집하여, 사용자의 눈에 디스플레이 하기 위한 균일한 조명이 있는 투사된 이미지(PI)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 광학 모듈(104)은 투사 렌즈, 필드 렌즈, 빔 스프리터, 프리즘, 반사 요소 등을 포함할 수 있다.
도 2는 웨어러블 디스플레이 장치(100) 내의 이미징 파트(102)의 예시적인 구성을 나타내는 간략화된 개략도이고, 도 3은 도 2에서 도시된 이미징 파트(102)의 구성을 나타내는 분해도이다. 도 2 및 3을 참조하면, 이미징 파트(102)는 한 세트의 복수의 단색광원(112A, 112B 및 112C), 반사형 광 변조기(114), 광 가이드 플레이트(116), 편광기(118) 및 단색광원(112A, 112B 및 112C)으로부터 방사된 광을 광 가이드 플레이트(116)로 전달하기 위한 광학 어셈블리(120)를 포함한다.
각각의 단색광원(112A, 112B 및 112C)은 상이한 컬러의 조명 광을 방사할 수 있다. 일 실시예에서, 단색광원(112A, 112B 및 112C)은 예시적으로 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드일 수 있다. 그러나, 단색광원(112A, 112B 및 112C)은 다른 컬러의 단색광원을 포함할 수 있다는 것도 당업자는 인식할 것이다. 일 실시예에서, 필드 순차 컬러 디스플레이가 적용될 수 있고, 단색광원(112A, 112B 및 112C)은 상이한 컬러의 광(가령, 적색, 녹색 및 청색)을 순차적인 방식으로 방사할 수 있다. 각각의 단색광원(112A, 112B 및 112C)에 의해 방사된 단색광은 개별 컬러 이미지를 형성하기 위하여, 광 변조기(114)를 조명하는데 사용될 수 있다. 단색광원(112A, 112B 및 112C)이 빠르게 순차적으로 활성화되면서, 이들 컬러 이미지의 디스플레이는 전체 컬러 이미지로 사람 관측자에 의해 인지될 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 광 변조기(114)는 전면(114F)과 후면(114B)을 가진다. 일 실시예에서, 광 변조기(114)는 실리콘상의 액정(liquid crystal on silicon, LCOS) 패널일 수 있는데, 이는 실리콘 기판(106)과 투명한 기판(108) 사이에 샌드위치된 액정(105)을 포함할 수 있다. 실리콘 기판(106)은 구동 회로 및 구동 회로와 전기적으로 연결된 픽셀 전극의 어레이로 형성될 수 있다. 수신된 이미지 데이터에 따라서, 광 변조기(114)는, 렌더링된 이미지를 운반하는 이미지 광(L2)을 형성하고 나서, 디스플레이를 위해 전면(114F)을 향해 이미지 광(L2)을 반사하기 위하여, 전면(114F)에서 수신된 조명 광(L1)의 편광 상태를 변조할 수 있다. 일 실시예에서, 광 변조기(114)는 마이크로디스플레이일 수 있고, 이는 웨어러블 장치에 특히 적절할 수 있다.
광 가이드 플레이트(116)는 유리 또는 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)등과 같은 투명한 수지, 특히 낮은 복굴절 재료로 제조될 수 있다. 광 가이드 플레이트(116)는 서로에 대해 반대편에 있는 두 개의 주요 표면(122 및 124) 및 두 개의 주요 표면(122 및 124)과 각각 연결된 광 입사 표면(light incidence surface, 126)을 가진 평면 가이드이다. 광 입사 표면(126)은 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116A)을 따라 연장되고, 측면(116A)에 인접한 광 가이드 플레이트(116)의 두 개의 반대 측면(116B와 116C) 사이에서 구획된다. 광 가이드 플레이트(116)는 광 변조기(116)와 편광기(118) 사이의 위치에 있는 광 변조기(114)의 전면(114F)에 위치되고, 두 개의 주요 표면(122 및 124)은 광 변조기(114)와 편광기(118)를 향해 각각 배향된다. 광 가이드 플레이트(116)는 광 입사 표면(126)에서 조명 광(L1)을 수신하고, 상기 조명 광(L1)을 광 변조기(114)와 평행한 평면으로 전파하며, 상기 조명 광(L1)을 주요 표면(122)을 통해 광 변조기(114)를 향해 재지향하여 변조되도록 할 수 있다. 또한, 광 가이드 플레이트(116)는 광 변조기(114)로부터 출력된 이미지 광(L2)을 주요 표면(122)에서 수신할 수 있고, 상기 이미지 광(L2)을 주요 표면(124)을 통해 편광기(118)로 전송할 수 있다.
편광기(118)는 반사형일 수 있는데, 즉, 편광기는 하나의 편광 상태(가령, p-편광된 부분)를 가진 변조된 이미지 광(L2)의 일부를 전송하고, 또 다른 편광 상태(가령, s-편광된 부분)를 가진 이미지 광의 일부를 반사할 수 있다. 대안적으로, 편광기(118)는 흡수형일 수 있는데, 즉, 편광기는 하나의 편광 상태(가령, p-편광된 부분)를 가진 변조된 이미지 광(L2)의 일부를 전송하고, 또 다른 편광 상태(가령, s-편광된 부분)를 가진 이미지 광의 일부를 흡수할 수 있다. 편광기(118)에서 나온 광의 일부는 도 1에 도시된 광학 모듈(104)을 향해 이동할 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 광학 어셈블리(120)는 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)에 인접하여 배치된다. 광학 어셈블리(120)는 단색광원(112A, 112B 및 112C)의 각각에 의해 발산된 단색광을 균질화하고, 균질화된 광을 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)에 걸쳐 조명 광(L1)으로 분산될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 어셈블리(120)는 광학 인테그레이터 로드(130), 광 가이드 부재(132), 광학 인테그레이터 로드(130)와 광 가이드 부재(132) 사이에 배치된 확산 시트(134) 및 광 가이드 부재(132)와 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126) 사이에 배치된 편광기(136)를 포함할 수 있다.
도 2와 3과 관련하여, 도 4는 광학 인테그레이터 로드(130)만 나타낸 개략도이다. 도 2-4를 참조하면, 광학 인테그레이터 로드(130)는 일반적으로 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116B)을 따라 연장될 수 있는데, 상기 광 가이드 플레이트는, 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)에 위치된 측면(116A)과 인접한다. 광학 인테그레이터 로드(130)는 광 입구 윈도우(138), 길쭉한 부분(140), 모퉁이 부분(142) 및 광 출구 윈도우(144)를 가질 수 있다. 광학 인테그레이터 로드(130)의 내부는 복수의 반사형 측벽을 가져서, 광학 인테그레이터 로드(130)를 통해 전파되는 동안에, 임의의 단색광원(112A, 112B 및 112C)으로부터의 광이 내부 반사될 수 있다.
광학 인테그레이터 로드(130)의 광 입구 윈도우(138)는 길쭉한 부분(140)의 말단에 형성되고, 단색광원(112A, 112B 및 112C)에 인접하여 위치된다. 광 입구 윈도우(138)의 단면은 임의의 원하는 모양을 가질 수 있다. 도 5는 광 입구 윈도우(138)가 예시적으로 직사각형 단면을 가진 일 실시예를 도시한다. 그러나, 광 입구 윈도우(138)가 직사각형 단면으로 제한되지 않고, 그 밖의 다른 단면 모양이 적합할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
광학 인테그레이터 로드(130)의 길쭉한 부분(140)은 일반적으로 축(X1)을 따라 연장되고, 광 입구 윈도우(138)의 반대편의 측의 모퉁이 부분(142)에 연결된다. 모퉁이 부분(142)은 길쭉한 부분(140)의 측면에 배치된 광 출구 윈도우(144)를 향해 광을 안내하기 위해, 길쭉한 부분(140)의 축(X1)에 대해 각도(C)로 기울어진 축(X2)을 따라 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 모퉁이 부분(142)의 각도(C)는 약 40도 내지 약 50도, 가령 약 45도 일 수 있다.
광학 인테그레이터 로드(130)의 광 출구 윈도우(144)는 모퉁이 부분(142)과 연결되고, 축(X1)을 따라 광 입구 윈도우(138)로부터 먼 위치의 길쭉한 부분(140)의 측면에 개방된다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 광 출구 윈도우(144)는 광학 인테그레이터 로드(130)에서 나온 광 전파를 광 가이드 부재(132)를 향해 안내하기 위해, 길쭉한 부분(140)으로부터 옆으로 돌출될 수 있다. 광 출구 윈도우(144)의 단면은 광 입구 윈도우(138)의 단면과 유사하거나 상이한 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6은 광 출구 윈도우(144)의 단면이 직사각형 모양을 가지는 실시예를 도시하고, 도 7은 광 출구 윈도우(144)의 단면이 광 입구 윈도우(138)의 모양과 상이한 다각형 모양(가령, 팔각형)을 가진 또 다른 실시예를 도시한다.
도 2와 3과 관련하여, 도 8은 광 가이드 부재(132)만 나타내는 개략도이다. 도 2, 3 및 8을 참조하면, 광 가이드 부재(132)는 광 가이드 플레이트(116)의 두 개의 마주보는 면(116B 및 116C) 사이에 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)을 따라 배열될 수 있다. 광 가이드 부재(132)는 1.52 내지 2.2의 굴절률을 가질 수 있다. 광 가이드 부재(132)를 제조하기 위해 적절한 재료의 예시는, 유리 또는 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 투명한 수지를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 광 가이드 부재(132)는 서로 마주보는 두 개의 주요 표면(146 및 148)을 가질 수 있는데, 광 진입 표면(light entering surface, 150)은 광 가이드 부재(132)의 말단부(132A)에 두 개의 주요 표면(146 및 148)에 각각 연결된다. 광 가이드 부재(132)는 주요 표면(146)이 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)을 향해 배향되고, 그 근처에 위치되며, 광 진입 표면(150)은 광학 인테그레이터 로드(130)의 광 출구 윈도우(144)를 향해 배향되고, 그 근처에 위치된다.
도 3 및 8을 참조하면, 광 가이드 부재(132)는 광 가이드 부재의 말단(132A)에서 말단(132B)까지 연장되는 광 가이드 부재(132)의 길이를 따라 분산된 복수의 광학 구조물(154)을 더 포함한다. 광학 구조물(154)은 광 가이드 부재(132)를 통해 이의 주요 표면(146)을 향하여 이동하는 광을 반사 및 재지향하도록 구성된다. 일 실시예에서, 광학 구조물(154)은 광 가이드 부재(132)의 주요 표면(148)상에 형성된 그루브(156)일 수 있다. 각각의 그루브(156)는 그루브(156)의 바닥(156C)에서 서로 교차하는 두 개의 경사진 측벽(156A 및 156B)에 의해 형성되는 V-형 모양을 가질 수 있다. 각각의 그루브(156)는 주요 표면(144)의 평면에 수직이고, 그루브(156)의 바닥(156C)을 관통하는 축으로 정의된 기준 축(Y)을 가질 수 있다. 두 개의 측벽(156A 및 156B)은 실질적으로 평면이고, 기준 축(Y)의 두 측면에서 두 개의 방향(Z1 및 Z2)을 따라 각각 연장되고, 측벽(156A)은 광 진입 표면(150)을 향해 배향되고, 측벽(156B)은 광 진입 표면(150)과 반대편인 광 가이드 부재(132)의 다른 말단(132B)을 향해 배향된다.
각각의 그루브(156)는 비대칭 모양, 즉, 측벽(156A)와 기준 축(Y) 사이의 각도(A1, 0이 아님)가 측벽(156B)와 기준 축(Y) 사이의 각도(A2, 0이 아님)와 상이하다. 좀 더 구체적으로, 측벽(156A)와 기준 축(Y) 사이의 각도(A1)는 약 30도 내지 약 65도, 좀 더 바람직하게는 40도 내지 50도의 범위 일 수 있다. 측벽(156B)와 기준 축(Y) 사이의 각도(A2)는 각도(A1) 보다 작고, 약 0도 내지 약 30도, 좀 더 바람직하게는 0도 내지 15도의 범위일 수 있다.
게다가, 두 개의 측벽(156A 및 156B) 사이에서 차지하는 각각의 그루브(156)의 최대 너비(W)는 적어도 0.1 마이크로미터와 동일하고, 두 개의 이웃하는 그루브(156) 사이의 그루브 주기(P)는 100 마이크로미터 미만이다. 좀 더 구체적으로, 각각의 그루브(156)의 최대 너비(W)는 1 내지 100 마이크로미터일 수 있고, 주기(P)는 1 내지 100 마이크로미터일 수 있고, 그루브 주기(P)는 최대 너비(W) 보다 더 크다. 그루브 주기(P)는 광 가이드 부재(132)의 말단(132A)에서 말단(132B)까지 일정하거나 가변될 수 있다.
도 8을 참조하면, 유전층이나 금속층으로 구성된 멀티층 필름 코팅물(158)은 그루브(156)의 측벽(156A 및 156B)상에 도포될 수 있다. 멀티층 필름 코팅물(158)을 포함하는 층의 예로서는, TiO2, Ta2O5 , Ti3O5, Al2O3, SiO2, MgO 등을 포함할 수 있다. 게다가, 멀티층 필름 코팅물(150) 내의 각각의 층의 두께는 5 나노미터 내지 5000 나노미터일 수 있다. 광 가이드 부재(132)를 통해 이동하는 광이 측벽(156A 및 156B)상에서 반사될 때, 멀티층 필름 코팅물(158)은 편광 선택을 촉진할 수 있다.
일부 실시예에서, 광 가이드 부재(132)는, 광 진입 표면(150)에 위치된 말단(132A)의 반대편인 말단(132B)를 향해 테이퍼되는 모양을 가질 수 있는데, 즉, 두 개의 반대편 주요 표면(146 및 148) 사이에 형성된 광 가이드 부재(132)의 두께는 말단(132A) 근처보다 말단(132B) 근처가 더 작다. 테이퍼된 모양은 광 진입 표면(150)으로부터 멀리 있는 광 가이드 부재(132)의 말단 영역에서 광 전파를 용이하게 할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 광 가이드 부재(132)는 광 진입 표면(150)에서 광을 수신할 수 있고, 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)을 향해 주요 표면(146)을 통해 광을 이동하도록 재지향된다(화살표 R로 개략적으로 도시된 바와 같음). 광 손실을 막기 위해, 적어도 하나의 반사형 측벽(160A)을 가진 커버(160)는 광 가이드 부재(132)를 감쌀 수 있고, 반사형 측벽(160A)은 광 가이드 부재(132)의 주요 표면(148)에 인접하여 배열된다.
도 2 및 3을 다시 참조하면, 확산 시트(134)는 광학 인테그레이터 로드(130)의 광 출구 윈도우(144)와 광 가이드 부재(132)의 광 진입 표면(150) 사이에 삽입된다. 확산 시트(134)는 광 가이드 부재(132)에 들어가는 광 각도의 칼라 의존도를 감소시키는 각도 균질화부를 추가할 수 있고, 이는 수 있다.
도 3을 참조하면, 편광기(136)는 광 가이드 부재(132)의 제1 주요 표면(146)과 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(116C) 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 편광기(136)는 반사형 편광기일 수 있다. 임의의 단색광원(112A, 112B 및 112C)에 의해 발산된 광이 무작위로 편광된 광일 수 있고, 편광기(136)는 광 가이드 부재(132)의 주요 표면(146)에서 나온 광을, 광 입사 표면(126)을 통해 광 가이드 플레이트(116)으로 이동하기 전에, s-편광 상태의 조명 광(L1)을 전환할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 동작 중에, 각각의 단색광원(112A, 112B 및 112C)으로부터 발산된 광은 광학 인테그레이터 로드(130), 확산 시트(134), 광 가이드 부재(132), 편광기(136)를 통해 순차적으로 이동하여 광 경로(E)를 따라 전파할 수 있고, 그리고 나서, 광 입사 표면(126)을 통해 광 가이드 플레이트(116)으로 들어간다. 광 경로(E)에서, 광학 인테그레이터 로드(130)는 단색광원(112A, 112B 및 112C)에 의해 형성된 점형 광원으로부터 발산된 광을 공간적으로 균질화할 수 있고, 확산 시트(134)는 이들 광원으로부터 발산된 광의 각도 균질화부를 추가할 수 있다. 그리고 나서, 광 가이드 부재(132)는 조명 광(L1)으로서, 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)을 따라 일정하게 균질화된 광을 분산할 수 있다. 따라서, 광학 어셈블리(120)는 단색광원(112A, 112B 및 112C)의 각각에 의해 출력된 광이 단색광원(112A, 112B 및 112C)의 위치에 따라 가변되지 않고, 균일한 분산에 따라 광 가이드 플레이트(116)으로 전달되는 것을 보장할 수 있다.
상기 언급된 이미징 파트(102)의 실시예가 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116B)에 배열된 한 세트의 복수의 단색광원(112A, 112B 및 112C)을 제공하면서, 또 다른 세트의 복수의 단색광원을 광 가이드 플레이트(116)의 다른 측면(116C)에 추가하여 광 입사 표면(126)에 전달된 광 밝기를 증가시킬 수 있다. 도 9는 이미징 파트(102')의 변형 실시예를 나타내는 개략도인데, 두 세트의 단색광원이 광 가이드 플레이트(116)의 두 측면(116B 및 116C)에 각각 제공된다. 도 9를 참조하면, 이전에 기술된 바와 같이 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116B)에 배열된 단색광원(112A, 112B 및 112C)에 추가하여, 이미징 파트(102')는 광 가이드 플레이트(116)의 반대 측면(116C)에 또 다른 세트의 복수의 단색광원(162A, 162B 및 162C)을 더 포함한다. 이전에 기술된 단색광원(112A, 112B 및 112C)과 연결된 광학 인테그레이터(130)에 추가하여, 이미징 파트(102')의 광학 어셈블리(120')는 추가적인 단색광원(162A, 162B 및 162C)과 연결된 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116C)를 따라 배열된 또 다른 광학 인테그레이터 로드(164)를 포함한다. 게다가, 광학 어셈블리(120')는 이전에 기술된 광 가이드 부재(132)(도 3에 도시됨)를 대체하는 광 가이드 부재(132')도 포함하고, 광 가이드 부재(132')는 두 개의 광학 인테그레이터로드(130 및 164)와 상호 작동하도록 구성된다.
축가된 광학 인테그레이터 로드(164)는 이전에 기술된 광학 인테그레이터 로드(130)와 유사한 구성일 수 있는데, 이는 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116B)에 배열된 단색광원(112A, 112B 및 112C)과 연결된다. 광학 인테그레이터 로드(130)와 같이, 광학 인테그레이터 로드(164)는 광 입구 윈도우(168), 길쭉한 부분(170), 모퉁이 부분(172) 및 광 출구 윈도우(174)를 포함할 수 있다. 단색광원(162A, 162B 및 162C)은 광학 인테그레이터 로드(164)의 광 입구 윈도우(168)에 인접하여 배치되고, 광학 인테그레이터 로드(164)의 광 출구 윈도우(174)는 광 가이드 부재(132')의 말단(132B)을 향해 배향된다. 이전에 기술된 바와 같이, 확산 시트(176)는 광학 인테그레이터 로드(164)의 광 출구 윈도우(174)와 광 가이드 부재(132')의 말단(132B)의 광 진입 표면(150) 사이에 삽입될 수 있다.
도 9와 관련하여, 도 10은 광학 어셈블리(120')의 광 가이드 부재(132')를 나타내는 개략도이다. 도 9 및 10을 참조하면, 광 가이드 부재(132')는 서로 반대편에 있는 두 개의 주요 표면(146 및 148)을 가지고, 광 가이드 부재(132')의 두 개의 반대편 말단(132A 및 132B)에 각각 형성되고, 두 개의 주요 표면(146 및 148)과 각각 연결된 두 개의 광 진입 표면(150)을 가진다. 광 가이드 부재(132')는 주요 표면(146)이 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126) 근처에 위치되고, 두 개의 광 진입 표면(150)은 광학 인테그레이터 로드(130)의 광 출구 윈도우(144), 그리고 광학 인테그레이터 로드(164)의 광 출구 윈도우(174) 근처에 각각 위치된다.
도 10을 참조하면, 광 가이드 부재(132')는 광 가이드 부재의 말단(132A)에서 말단(132B)까지 연장되는 광 가이드 부재(132')의 길이를 따라 분산된 복수의 광학 구조물(180)을 더 포함한다. 광학 구조물(180)은 광학 반사에 의해 주요 표면(146)을 향해 광 가이드 부재의 두 개의 말단(132A 및 132B)에서 광 가이드 부재(132')에 진입하는 광을 재지향하도록 구성된다. 일 실시예에서, 광학 구조물(180)은 광 가이드 부재(132')의 주요 표면(148)상에 형성된 그루브(182)일 수 있다. 각각의 그루브(182)는 그루브(182)의 바닥(182C)에서 서로 교차하는 두 개의 경사진 측벽(182A 및 182B)에 의해 형성되는 V-형 모양을 가질 수 있다. 각각의 그루브(182)는 주요 표면(144)의 평면에 수직이고, 그루브(182)의 바닥(182C)을 관통하는 축으로 정의된 기준 축(Y)을 가질 수 있다. 두 개의 측벽(182A 및 182B)은 실질적으로 평면이고, 기준 축(R)의 두 측면에서 두 개의 방향(Z1 및 Z2)을 따라 각각 연장된다.
각각의 그루브(182)는 비대칭 모양, 즉, 측벽(182A)와 기준 축(Y) 사이의 각도(B1, 0이 아님)가 측벽(182B)와 기준 축(Y) 사이의 각도(B2, 0이 아님)와 상이하다. 각각의 각도(B1 및 B2)는 약 30도 내지 약 65도, 좀 더 구체적으로 40도 내지 50도의 범위일 수 있다.
게다가, 두 개의 측벽(182A 및 182B) 사이에서 차지하는 각각의 그루브(182)의 최대 너비(W)는 적어도 0.1 마이크로미터와 동일하고, 두 개의 이웃하는 그루브(182) 사이의 그루브 주기(P)는 100 마이크로미터 미만이다. 좀 더 구체적으로, 각각의 그루브(182)의 최대 너비(W)는 1 내지 100 마이크로미터일 수 있고, 주기(P)는 1 내지 100 마이크로미터일 수 있고, 그루브 주기(P)는 최대 너비(W) 보다 더 크다. 그루브 주기(P)는 광 가이드 부재(132')의 말단(132A)에서 말단(132B)까지 일정하거나 가변될 수 있다.
이전에 기술된 바와 같이, 광 가이드 부재(132')는 그루브(182)의 측벽(182A 및 182B)에 증착된 유전층이나 금속층으로 구성된 멀티층 필름 코팅물(158)을 포함할 수 있다. 멀티층 필름 코팅물(158)을 포함하는 층의 예로서는, TiO2, Ta2O5 , Ti3O5, Al2O3, SiO2, MgO 등을 포함할 수 있다. 게다가, 멀티층 필름 코팅물(150) 내의 각각의 층의 두께는 5 나노미터 내지 5000 나노미터일 수 있다.
광학 어셈블리(120')를 사용하여, 단색광원(112A, 112B 및 112C)의 각각으로부터 발산된 광은 광학 인테그레이터 로드(130) 및 확산 시트(134)를 통해 이동하고, 광 가이드 부재(132)에 의해 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)을 향해 재지향된다. 마찬가지로, 단색광원(162A, 162B 및 162C)의 각각으로부터 발산된 광은 광학 인테그레이터 로드(164) 및 확산 시트(176)를 통해 이동하고, 광 가이드 부재(132')에 의해 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)을 향해 재지향된다. 따라서, 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)으로 전달되는 조명 광은 균일하고 증가된 밝기를 가질 수 있다.
상기 언급된 광학 어셈블리(120 및 120')가 광 가이드 부재와 연결된 광학 인테그레이터 로드를 사용하면서, 광학 어셈블리의 다른 구성은 단색광원으로부터 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)으로 발산된 광을 균일한 방식으로 전달할 수 있다. 광학 어셈블리의 일부 다른 예시는 도 11-13에 도시된다.
도 11은 단색광원(112A, 112B 및 112C)으로부터 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)까지 발산된 광을 전달하기 위한 광학 어셈블리(220)의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다. 광학 어셈블리(220)는 커플링 렌즈(222), 파리의 눈 렌즈 어레이(224) 및 프레넬 렌즈(226)을 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(220)의 상기 언급된 모든 구성은 광 입사 표면(126)에 위치된 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116A)에 배열될 수 있다. 단색광원(112A, 112B 및 112C)의 각각으로부터 발산된 광은, 광 입사 표면(126)을 통해 광 가이드 플레이트(116)에 진입하기 전에, 커플링 렌즈(222), 파리의 눈 렌즈 어레이(224) 및 프레넬 렌즈(226)를 통해 순차적으로 이동할 수 있다.
도 12는 단색광원(112A, 112B 및 112C)로부터 발산된 광을 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)으로 전달하는 광학 어셈블리(320)의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다. 광학 어셈블리(320)는 광학 인테그레이터 로드(322), 프레넬 렌즈(324) 및 광학 인테그레이터 로드(322)와 프레넬 렌즈(324) 사이에 삽입된 학산 시트(326)을 포함할 수 있다. 상기 언급된 광학 어셈블리(320)의 모든 구성은 광 입사 표면(126)에 위치된 광 가이드 플레이트(116)의 측면(116A)에 배치될 수 있다. 단색광원(112A, 112B 및 112C)의 각각으로부터 발산된 광은, 광 입사 표면(126)을 통해 광 가이드 플레이트(116)에 진입하기 전에, 광학 인테그레이터 로드(322), 확산 시트(326) 및 프레넬 렌즈(324)를 통해 순차적으로 이동할 수 있다.
도 13은 단색광원(112A, 112B 및 112C)로부터 발산된 광을 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)으로 전달하는 광학 어셈블리(420)의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다. 광학 어셈블리(420)는 광 가이드 부재(422) 및 복수의 이색성 거울(424)을 포함할 수 있다. 광 가이드 부재(422)는 이전에 기술된 광 가이드 부재(132)와 유사한 구조를 예시적으로 가질 수 있다. 광 가이드 부재(422)는 광 가이드 부재(422)의 광 진입 표면(432)이 이색성 거울(424)과 마주하고, 광 진입 표면(432)과 접촉하는 광 가이드 부재(422)의 거울 표면(434)이 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)과 마주하도록 배치될 수 있다. 이색성 거울(424)은 단색광원(112A, 112B 및 112C)으로부터 발산된 광을 광 가이드 부재(422)의 광 진입 표면(432)을 향하도록 지향될 수 있고, 이는 광 가이드 플레이트(116)의 광 입사 표면(126)에 걸쳐 광을 분산시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 구조의 이점은 생생한 컬러, 높은 명암 및 고해상도를 나타낼 수 있는 웨어러블 디스플레이 장치를 제공하기 위한 능력을 포함한다. 게다가, 본 명세서에 기술된 웨어러블 디스플레이 장치는 서로 다른 컬러의 공간적으로 구별되는 복수의 단색광원으로부터 발산된 광을 균일하게 분산시켜서, 광 변조기가 각각의 컬러 광에 의해 균일한 광도로 조명될 수 있도록 한다.
웨어러블 디스플레이 장치의 실시예의 실현은 특정 실시예의 문맥에서 기술되었다. 이들 실시예는 설명적이지 제한적인 의미가 아니다. 많은 변형예, 수정예, 추가예 및 개선예가 가능하다. 이들 및 그 밖의 다른 변형예, 수정예, 추가예 및 개선예는 이하의 청구항에서 기술된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다.

Claims (20)

  1. 전면(114F)을 가진 반사형 광 변조기(114)와,
    광 변조기의 전면에 배치된 광 가이드 플레이트(116) - 상기 광 가이드 플레이트는 서로 마주보는 제1 주요 표면(122)과 제2 주요 표면(124))을 가지고, 제1 및 제2 주요 표면과 연결된 광 입사 표면(126)을 가지며, 광 가이드 플레이트는 광 입사 표면에서 수신된 광(L1)을 제1 주요 표면(122)을 통해 변조를 위해 광 변조기를 향하도록 지향시키며, 광 변조기로부터 출력된 이미지 광(L2)을 제1 주요 표면에서 수신하고 상기 이미지 광을 제2 주요 표면(124)을 통해 전송하도록 구성됨 - 와,
    서로 다른 컬러의 복수의 단색광원(112A, 112B 및 112C) - 단색광원은 순차적인 방식으로 서로 다른 컬러의 광을 발산하도록 구성됨 - 과,
    광 가이드 플레이트의 광 입사 표면에 인접하여 배치된 광학 어셈블리(120) - 광학 어셈블리는 단색광원의 각각에 의해 발산된 광을 균질화하고 광 입사 표면(126)에 걸쳐 분산시키도록 구성되고, 광학 어셈블리는 광 입사 표면을 따라 배치된 광 가이드 부재를 포함함 - 를 포함하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 광학 어셈블리는 복수의 반사형 측벽에 의해 경계지어진 내부를 가진 광학 인테그레이터 로드를 더 포함하되, 단색광원의 각각으로부터 나온 광이 광학 인테그레이터 로드를 통해 전파되는 동안, 내부 반사되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 광 입사 표면은 광 가이드 플레이트의 제1 측면에서 제공되고, 광학 인테그레이터 로드는 일반적으로 제1 측면과 접촉한 광 가이드 플레이트의 제2 측면을 따라 연장되며, 광학 인테그레이터 로드는 광 입구 윈도우, 광 출구 윈도우 및 축을 따라 연장되는 길쭉한 부분을 포함하고, 광 입구 윈도우는 길쭉한 부분의 말단에 형성되고, 광 출구 윈도우는 축을 따라 광 입구 윈도우로부터 먼 위치의 길쭉한 부분의 측면에 개방되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 길쭉한 부분은 제1 축을 따라 연장되고, 광학 인테그레이터 로드는 광을 광 출구 윈도우를 향해 지향하기 위한 모퉁이 부분을 더 포함하며, 모퉁이 부분은 제1 축에 대해 40도 내지 50도의 각도로 경사진 제2 축을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 광 입구 윈도우 및 광 출구 윈도우는 서로 다른 모양의 단면을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 광 가이드 부재는, 서로 마주보는 제3 및 제4 주요 표면을 포함하고, 광을 제3 표면을 향해 재지향하도록 구성된 복수의 광학 구조물을 포함하되, 제3 주요 표면은 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면을 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 광학 구조물은 광 가이드 부재의 제4 주요 표면상에 형성된 복수의 그루브를 포함하고, 각각의 그루브는 제4 주요 표면에 수직인 기준 축과, 기준 축의 두 개의 측면에 연장된 제1 및 제2 측벽을 가지며, 제1 측벽과 기준 축 사이에 형성된 제1 각도는 30도 내지 65도이고, 제2 측벽과 기준 축 사이에 형성된 제2 각도는 0도 내지 30도인 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 광 가이드 부재는, 광 진입 표면에 제공된 제1 말단 및 제1 말단과 마주보는 제2 말단을 가지고, 광 가이드 부재는 제2 말단을 향해 테이퍼된 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 광학 어셈블리는 광학 인테그레이터 로드, 및 광학 인테그레이터 로드와 광 가이드 부재 사이에 배치된 확산 시트를 더 포함하되, 각각의 단색광원으로부터 발산된 광은 순차적으로 광학 인테그레이터 로드, 확산 시트 및 광 가이드 부재를 통해 이동하고, 광 가이드 부재는 광을 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면을 향해 지향시키는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 광학 어셈블리는 광 가이드 부재와 광 입사 표면 사이에 배치된 반사형 편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 광 가이드 플레이트는 광 입사 표면에 제공된 제1 측면 및 제1 측면과 접촉하는 제2 측면을 포함하되, 광 가이드 부재는 일반적으로 광 가이드 플레이트의 제1 측면을 따라 연장되고, 광학 인테그레이터 로드는 일반적으로 광 가이드 플레이트의 제2 측면을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 광 가이드 플레이트는 광 입사 표면에 제공된 제1 측면 및 제1 측면과 접촉하고 서로 마주보는 제2 및 제3 측면을 포함하되, 서로 다른 컬러의 단색광원은 복수의 제1 단색광원 및 광 가이드 플레이트의 제2 및 제3 측면에 각각 배치된 복수의 제2 단색광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 광학 어셈블리는 제1 및 제2 광학 인테그레이터 로드, 및 광 가이드 부재와 제1 및 제2 광학 인테그레이터 로드 사이에 각각 삽입된 제1 및 제2 확산 시트를 더 포함하되, 각각의 제1 단색광원으로부터 발산된 광은 제1 광학 인테그레이터 로드 및 제1 확산 시트를 통해 이동하고, 광 가이드 부재에 의해 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면을 향해 재지향되고, 각각의 제2 단색광원으로부터 발산된 광은 제2 광학 인테그레이터 로드 및 제2 확산 시트를 통해 이동하고, 광 가이드 부재에 의해 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면을 향해 재지향되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 광 가이드 부재는 광 가이드 플레이트의 제1 측면을 따라 연장되고, 제1 및 제2 광학 인테그레이터 로드는 광 가이드 플레이트의 제2 및 제3 측면을 따라 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 광 가이드 부재는 서로 마주보는 제3 및 제4 주요 표면을 포함하고, 복수의 광학 구조물은 광을 제3 주요 표면을 향해 재지향시키도록 구성되고, 제3 주요 표면은 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면을 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 광학 구조물은 광 가이드 부재의 제4 주요 표면상에 형성된 복수의 그루브를 포함하고, 각각의 그르부는 제4 주요 측면에 수직인 기준 축과, 기준 축의 두 측면에서 연장된 제1 및 제2 측벽을 가지며, 제1 측벽과 기준 축 사이에 형성된 제1 각도 및 제2 측벽과 기준 축 사이에 형성된 제2 각도는 30도 내지 65도인 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 광학 어셈블리는 복수의 이색성 거울을 더 포함하되, 이색성 거울은 단색광원으로부터의 광을 광 가이드 부재의 광 진입 표면을 향해 지향시키고, 광 가이드 부재는 광을 광 가이드 플레이트의 광 입사 표면에 걸쳐 분산시키는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디스플레이 장치.
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