KR20180073151A - 가상 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 초정밀 초미세 렌즈 어레이 부재를 갖는 가상 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공하는 것으로, 가상 영상 디스플레이 장치는 영상 디스플레이 모듈의 전방에 배치된 렌즈 어레이 부재를 구비하며, 렌즈 어레이 부재는 서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 1 렌즈부 및 제 1 렌즈부와 이격되고 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 2 렌즈부를 포함할 수 있다.
Description
본 출원은 가상 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 스마트 폰(smart phone), 스마트 와치(smart watch), 와치 폰(watch phone), 태블릿 PC(Personal Computer), 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 및 UMPC(Ultra Mobile PC) 등과 같이 정보를 표시하기 위한 다양한 형태의 디스플레이 장치가 등장하고 있다.
최근에는 시청자의 머리에 착용하여 영상을 볼 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이 장치(head mounted display device)가 등장하고 있다. 종래의 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 시청자의 눈과 근접하게 배치된 펜던티브 돔(pendentive dome) 형태를 갖는 복수의 마이크로 렌즈로 이루어진 렌즈 어레이 부재를 이용하여 영상 디스플레이 모듈에 표시되는 실제 영상을 확대하여 가상면에 확대된 가상 영상(또는 허상)을 구현함으로써 시청자가 확대된 가상 영상을 볼 수 있도록 한다.
종래의 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 적용되는 렌즈 어레이 부재는 엔드밀 바이트(endmill bite)를 이용한 정밀 기계 가공을 통해 복수의 마이크로 렌즈를 갖는 몰드 프레임을 제작한 후, 몰드 프레임에 레진을 도포하고 경화시키는 과정을 통해 제작된다.
최근, 가상 영상 디스플레이 장치 및 헤드 마운티드 디스플레이 장치 분야에서, 디스플레이의 해상도가 높아짐에 따라 마이크로 렌즈의 크기도 줄어들어야 하므로, 초미세 초정밀 마이크로 렌즈를 갖는 렌즈 어레이 부재가 요구되고 있다.
그러나, 종래의 정밀 기계 가공을 이용한 마이크로 렌즈의 제작 방법은 가공 오차로 인하여 초정밀 초미세 마이크로 렌즈를 제작할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 따라, 마이크로 렌즈의 초정밀 가공의 어려움으로 인하여 가상 영상 디스플레이 장치 및 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 해상도를 높이는데 한계가 있다. 따라서, 초정밀 기계 가공을 필요로 하지 않으면서 고해상도를 갖는 가상 영상 디스플레이 장치 및 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 적용 가능한 초미세 초정밀 렌즈 어레이 부재가 요구되고 있다.
본 출원은 배경이 되는 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초정밀 초미세 렌즈 어레이 부재를 갖는 가상 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 출원에 따른 가상 영상 디스플레이 장치는 영상 디스플레이 모듈의 전방에 배치된 렌즈 어레이 부재를 구비하며, 렌즈 어레이 부재는 서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 1 렌즈부 및 제 1 렌즈부와 이격되고 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 2 렌즈부를 포함할 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 출원에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 제 1 영상을 표시하는 제 1 영상 표시부, 제 2 영상을 표시하는 제 2 영상 표시부, 제 1 영상 표시부와 제 2 영상 표시부 각각에 결합된 헤드 착용부를 포함하고, 제 1 영상 표시부와 제 2 영상 표시부 각각은 가상 영상 디스플레이 장치를 가지며, 가상 영상 디스플레이 장치는 영상 디스플레이 모듈의 전방에 배치된 렌즈 어레이 부재를 구비하며, 렌즈 어레이 부재는 서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 1 렌즈부 및 제 1 렌즈부와 이격되고 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 2 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 출원은 초정밀 기계 가공을 필요로 하지 않으면서 고해상도를 갖는 가상 영상 디스플레이 장치 및 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 적용 가능한 초미세 초정밀 렌즈를 갖는 렌즈 어레이 부재를 제공할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 출원에 따른 가상 영상 디스플레이 장치는 영상 디스플레이 모듈의 고해상도화가 가능하고, 이를 통해 고해상도를 갖는 가상 영상을 구현할 수 있다.
위에서 언급된 본 출원의 효과 외에도, 본 출원의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치를 이용한 가상 영상의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 예에 따른 렌티큘러 렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 선 II-II'의 단면도이다.
도 7은 본 출원의 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 선 III-III'의 단면도이다.
도 9은 도 2 및 도 3에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 5 및 도 6에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 도 7 및 도 8에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점을 나타내는 도면이다.
도 12b는 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점을 나타내는 도면이다.
도 13a는 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점 영역을 나타내는 도면이다.
도 13b는 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점 영역을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15은 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 예에 따른 렌티큘러 렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 선 II-II'의 단면도이다.
도 7은 본 출원의 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 선 III-III'의 단면도이다.
도 9은 도 2 및 도 3에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 5 및 도 6에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 도 7 및 도 8에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점을 나타내는 도면이다.
도 12b는 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점을 나타내는 도면이다.
도 13a는 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점 영역을 나타내는 도면이다.
도 13b는 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점 영역을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15은 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 일 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 출원의 일 예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 출원의 일 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 출원이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 출원을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 출원의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"제1 수평 축 방향", "제2 수평 축 방향" 및 "수직 축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 출원의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 출원의 여러 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 본 출원에 따른 가상 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치를 이용한 가상 영상의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치(100)는 시청자(또는 시청자)의 눈(10)에 근접하도록 배치되어 영상 디스플레이 모듈(110)에 영상을 표시하고, 시청자 눈(10)과 영상 디스플레이 모듈(110) 사이에 배치된 렌즈 어레이 부재(130)를 통해 영상 디스플레이 모듈(110)의 화소들(SP)에 표시되는 실제 영상(RI)을 가상면(VP)으로 확대한다. 이에 따라, 시청자는 렌즈 어레이 부재(130)에 의해 영상 디스플레이 모듈(110)로부터 일정 거리로 이격된 가상면(VP)으로 확대 투사된 가상 영상(VI)을 볼 수 있다. 즉, 영상 디스플레이 모듈(110)로부터의 광은 렌즈 어레이 부재(130)에 의해 확대되어 시청자 눈(10)의 수정체(12)에 입사되고 다시 수정체(12)에 의해 망막(14)으로 포커싱됨으로써 시청자 눈(10)은 가상면(VP)으로 확대 투사된 가상 영상(VI)을 시감하게 된다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치(100)는 영상 디스플레이 모듈(110) 및 렌즈 어레이 부재(130)를 포함한다.
상기 영상 디스플레이 모듈(110)은 실제 영상을 표시하는 것으로, 복수의 화소(SP)를 포함하는 평판 디스플레이 장치로 구현될 수 있다. 여기서, 하나의 화소(SP)는 영상을 표시하는 최소 단위의 영역으로 정의되며, 인접한 적어도 3개의 화소(SP)는 하나의 컬러 영상을 표시하는 단위 화소의 영역으로 정의될 수 있다.
일 예로서, 영상 디스플레이 모듈(110)은 복수의 자발광 화소를 갖는 디스플레이 패널, 및 복수의 자발광 화소를 구동하여 디스플레이 패널에 실제 영상을 표시하는 패널 구동 회로를 포함할 수 있다. 여기서, 자발광 화소는 유기 발광 소자와 마이크로 발광 다이오드 및 전기 영동 소자 등을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 영상 디스플레이 모듈(110)은 복수의 비자발광 화소를 갖는 액정 디스플레이 패널, 복수의 자발광 화소를 구동하여 액정 디스플레이 패널에 실제 영상을 표시하는 액정 패널 구동 회로, 및 액정 디스플레이 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
선택적으로, 영상 디스플레이 모듈(110)은 복수의 자발광 화소를 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치이거나 복수의 자발광 화소 또는 복수의 비자발광 화소를 포함하는 커브드 디스플레이 장치로 구현될 수도 있다.
상기 렌즈 어레이 부재(130)는 영상 디스플레이 모듈(110)의 전방, 즉 표시면(111)의 전방에 배치된다. 다시 말하여, 렌즈 어레이 부재(130)는 영상 디스플레이 모듈(110)과 시청자 사이에 배치된다. 이러한 렌즈 어레이 부재(130)는 영상 디스플레이 모듈(110)의 화소들(SP)에 포커싱되는 초점을 갖는 렌티큘러 렌즈 어레이를 통해 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상을 가상면으로 확대시킨다. 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 렌즈부(LP1) 및 제 2 렌즈부(LP2)를 포함한다.
상기 제 1 렌즈부(LP1)는 서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)를 포함한다.
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 1 수평 축 방향(X)과 나란하도록 길게 연장되고, 제 2 수평 축 방향(Y)을 따라 서로 나란하게 배열된다. 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)는 제 2 수평 축 방향(Y)을 기준으로, 제 1 곡률을 갖는 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 실린드리컬 렌즈일 수 있다. 이러한 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 입사되는 광을 집광, 예를 들어, 제 1 수평 축 방향(X)과 나란한 제 1 라인 빔 형태로 집광한다.
상기 제 2 렌즈부(LP2)는 제 1 렌즈부(LP1)와 이격되고, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)를 포함한다.
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 2 수평 축 방향(Y)과 나란하도록 길게 연장되고, 제 1 수평 축 방향(X)을 따라 서로 나란하게 배열된다. 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)는 제 1 수평 축 방향(X)을 기준으로, 제 2 곡률을 갖는 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 실린드리컬 렌즈일 수 있다. 이러한 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)는 입사되는 광을 집광, 예를 들어, 제 2 수평 축 방향(Y)과 나란한 제 2 라인 빔 형태로 집광한다.
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 간의 교차부의 크기는 영상 디스플레이 모듈(110)에 마련된 적어도 단위 화소의 크기와 동일하게 설정된다.
이와 같은, 렌즈 어레이 부재(130)는 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각이 서로 교차함에 따라 영상 디스플레이 모듈(110)에 마련된 화소(SP)에 표시되는 영상을 일정한 크기로 확대시킨다.
추가적으로, 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 렌즈부(LP1)와 제 2 렌즈부(LP2) 사이에 마련된 베이스 부재(131)를 더 포함한다.
상기 베이스 부재(131)는 제 1 렌즈부(LP1)를 갖는 제 1 면(131a), 및 제 2 렌즈부(LP2)를 갖는 제 2 면(131b)을 포함하도록 일정한 두께로 마련된다. 여기서, 제 2 면(131b)은 제 1 면(131a)과 반대되면서 영상 디스플레이 모듈(110)의 표시면(111)과 마주한다.
상기 제 1 렌즈부(LP1)에 마련된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 베이스 부재(131)의 제 1 면으로부터 볼록하게 돌출된다. 즉, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 2 수평 축 방향(Y)을 기준으로, 제 1 곡률을 가지면서 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가지도록 베이스 부재(131)의 제 1 면으로부터 볼록하게 돌출된다.
상기 제 2 렌즈부(LP2)에 마련된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 베이스 부재(131)의 제 2 면으로부터 볼록하게 돌출된다. 즉, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 1 수평 축 방향(X)을 기준으로, 제 2 곡률을 가지면서 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가지도록 베이스 부재(131)의 제 2 면으로부터 볼록하게 돌출된다.
이와 같은, 본 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치(100)는 영상 디스플레이 모듈(110)에 실제 영상을 표시하고, 렌즈 어레이 부재(130)의 제 1 렌즈부(LP1)와 제 2 렌즈부(LP2) 각각의 렌티큘러 렌즈(LL1, LL2) 각각을 통해 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상을 가상면으로 확대시킴으로써 실제 영상으로부터 확대된 3차원 가상 영상을 통해 사용자에게 증강현실을 제공할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 예에 따른 렌티큘러 렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 내지 도 4c에서, 제 1 렌티큘러 렌즈는 설명의 편의를 위해 제 2 렌티큘러 렌즈와 나란하도록 회전시켜 도시한 것이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 서로 동일한 폭(W)과 높이(H)를 가질 수 있다. 즉, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 서로 동일한 곡률을 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)의 초점(f1)과 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)의 초점(f2)은 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭(LG)만큼의 초점 편차(?f)가 발생되고, 이러한 초점 편차(?f)는 가상 영상의 가장자리 부분의 선명도를 저하시킨다. 또한, 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각에 의한 집광 영역(CA)에 있어서, 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭(LG)에 의해 제 1 수평 축 방향(X)의 집광 길이와 제 2 수평 축 방향(Y)의 집광 길이 간의 길이 편차가 발생하게 되고, 이러한 집광 영역(CA)의 길이 편차는 실제 영상을 원하는 크기로 확대시킬 수 없게 된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 베이스 부재(131)의 제 1 면으로부터 제 1 높이(H1)를 가지며, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 베이스 부재(131)의 제 2 면으로부터 제 1 높이(H1)보다 높은 제 2 높이(H2)를 갖는다. 즉, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭(LG)을 기반으로, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각의 제 1 곡률보다 큰 제 2 곡률을 갖는다. 이때, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 제 2 폭(W2)은 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각의 제 1 폭(W1)과 동일하게 설정된다. 이에 따라, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 초점 길이는 제 2 곡률에 의해 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭(LG)만큼 감소하게 되고, 이로 인하여 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 초점(f2)은 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각의 초점(f1)과 일치될 수 있다.
따라서, 본 예는 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각의 초점(f1)과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 초점(f2) 간의 초점 편차(?f)를 방지하고, 이를 통해 초점 편차(?f)로 인하여 가상 영상의 가장자리 부분에서 발생되는 선명도 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 예는 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각에 의한 제 1 수평 축 방향(X)의 집광 길이와 제 2 수평 축 방향(Y)의 집광 길이를 동일하게 함으로써 실제 영상을 원하는 크기로 확대시킬 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 베이스 부재(131)의 제 1 면으로부터 제 1 폭(W1)를 가지며, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 베이스 부재(131)의 제 2 면으로부터 제 1 폭(W1)보다 좁은 제 2 폭(W2)를 갖는다. 즉, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각의 크기는 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭(LG)을 기반으로, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각보다 큰 크기를 갖는다. 다시 말하여, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭(LG)을 기반으로, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 제 2 곡률보다 작은 제 1 곡률을 갖는다. 이때, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각의 제 1 높이(H1)는 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 제 2 높이(H2)와 동일하게 설정된다. 이에 따라, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각에 의한 제 1 수평 축 방향(X)의 집광 길이는 제 1 폭(W1)에 의해 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각에 의한 제 1 수평 축 방향(X)의 집광 길이와 동일하게 됨으로써 하나의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 하나의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)의 교차부에 의해 집광되는 집광 영역은 정사각 형태를 가지게 된다. 따라서, 본 예는 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각에 의한 제 1 수평 축 방향(X)의 집광 길이와 제 2 수평 축 방향(Y)의 집광 길이를 동일하게 함으로써 실제 영상을 원하는 크기로 확대시킬 수 있다.
도 5는 본 출원의 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 선 II-II'의 단면도로서, 이는 도 2에 도시된 렌즈 어레이 부재를 변경한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 투명 플레이트(133), 제 2 투명 플레이트(135), 및 투명 접합층(137)을 포함한다.
상기 제 1 투명 플레이트(133)는 투명 접합층(137)에 접합되는 제 1 면(133a) 및 제 1 면(133a)과 반대되면서 평탄한 제 2 면(133b)을 포함한다. 이러한 제 1 투명 플레이트(133)는 투명 재질, 유리 재질로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 제 1 투명 플레이트(133)는 서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)를 갖는 제 1 렌즈부(LP1)를 포함한다.
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 2 수평 축 방향(Y)을 기준으로, 제 1 투명 플레이트(133)의 제 1 면(133a)로부터 제 1 곡률을 갖는 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가지도록 오목하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 실린드리컬 렌즈일 수 있다. 상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 1 투명 플레이트(133)에 대한 식각 공정에 의해 제 1 투명 플레이트(133)의 제 1 면(133a)로부터 오목하게 마련될 수 있다. 이러한 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 입사되는 광을 집광, 예를 들어, 제 1 수평 축 방향(X)과 나란한 제 1 라인 빔 형태로 집광한다.
상기 제 2 투명 플레이트(135)는 투명 접합층(137)에 접합되는 제 1 면(135a) 및 제 1 면(135a)과 반대되면서 평탄한 제 2 면(135b)을 포함한다. 이러한 제 2 투명 플레이트(135)는 투명 재질, 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 제 1 투명 플레이트(133)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 제 2 투명 플레이트(135)는 제 1 렌즈부(LP1)와 이격되고, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)를 포함한다.
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 2 수평 축 방향(Y)과 나란하도록 길게 연장되고, 제 1 수평 축 방향(X)을 따라 서로 나란하게 배열된다. 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)는 제 1 수평 축 방향(X)을 기준으로, 제 2 투명 플레이트(135)의 제 1 면(135a)로부터 제 2 곡률을 갖는 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가지도록 오목하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 실린드리컬 렌즈일 수 있다. 상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 2 투명 플레이트(135)에 대한 식각 공정에 의해 제 2 투명 플레이트(135)의 제 1 면(135a)로부터 오목하게 마련될 수 있다. 이러한 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 입사되는 광을 집광, 예를 들어, 제 2 수평 축 방향(Y)과 나란한 제 2 라인 빔 형태로 집광한다.
상기 제 2 투명 플레이트(135)의 제 2 면(135b)에 가장 인접한 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)와 제 2 투명 플레이트(135)의 제 2 면(135b) 사이의 거리(L)는 렌즈 어레이 부재(130)와 영상 디스플레이 모듈(110)에 마련되는 광학 갭의 역할을 하며, 이러한 광학 갭은 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상의 확대 비율을 결정한다. 상기 제 2 투명 플레이트(135)의 두께는 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상의 확대 비율에 따라 설정된다.
상기 투명 접합층(137)은 제 1 렌즈부(LP1)와 제 2 렌즈부(LP2) 사이에 충진된다. 이러한 투명 접합층(137)은 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135)를 대향 합착시킨다.
일 예에 따른 투명 접합층(137)은 입사되는 광의 굴절시키기 위해, 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135) 각각보다 높은 굴절율을 갖는다. 일 예에 따른 투명 접합층(137)은 1.5를 초과하는 굴절율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135) 각각이 유리 재질로 이루어지는 경우, 투명 접합층(137)은 1.7 이상의 굴절율을 가질 수 있다. 이러한 투명 접합층(137)은 고굴절 무기 입자와 광개시제 및 첨가제를 포함할 수 있다. 여기서, 고굴절 무기 입자는 우레탄 아크릴레이트 등의 모노머와 지르코늄(zirconium), 이산화티타늄(TiO2), 또는 하프늄(hafnium) 등의 파우더를 포함할 수 있다.
추가적으로, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 투명 접합층(137)의 두께에 따른 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭을 기반으로, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각과 상이한 높이, 폭, 또는 곡률을 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 1 투명 플레이트(133)의 제 1 면(133a)으로부터 제 1 높이를 가지며, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 2 투명 플레이트(131)의 제 2 면(135a)으로부터 제 1 높이보다 높은 제 2 높이를 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각보다 작은 곡률을 가질 수 있다.
이와 같은, 본 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 렌즈부(LP1)와 제 2 렌즈부(LP2) 각각의 렌티큘러 렌즈(LL1, LL2) 각각을 통해 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상을 가상면으로 확대시킨다. 또한, 본 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 및 제 2 투명 플레이트(133, 135) 각각의 제 2 면이 평탄면으로 이루어짐에 따라 영상 디스플레이 모듈(110) 간의 조립이 용이할 수 있다.
도 7은 본 출원의 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7에 도시된 선 III-III'의 단면도로서, 이는 도 6에 도시된 렌즈 어레이 부재의 렌티큘러 렌즈를 변경한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 투명 플레이트(133), 제 2 투명 플레이트(135), 및 투명 접합층(137)을 포함한다.
상기 제 1 투명 플레이트(133)는 투명 접합층(137)에 접합되는 제 1 면(133a) 및 제 1 면(133a)과 반대되면서 평탄한 제 2 면(133b)을 포함한다. 이러한 제 1 투명 플레이트(133)는 투명 재질, 유리 재질로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 제 1 투명 플레이트(133)는 서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)를 갖는 제 1 렌즈부(LP1)를 포함한다.
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 2 수평 축 방향(Y)을 기준으로, 제 1 투명 플레이트(133)의 제 1 면(133a)로부터 제 1 곡률을 갖는 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가지도록 볼록하게 돌출될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 실린드리컬 렌즈일 수 있다. 상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 1 투명 플레이트(133)에 대한 식각 공정에 의해 제 1 투명 플레이트(133)의 제 1 면(133a)로부터 볼록하게 마련될 수 있다. 이러한 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 입사되는 광을 집광, 예를 들어, 제 1 수평 축 방향(X)과 나란한 제 1 라인 빔 형태로 집광한다.
상기 제 2 투명 플레이트(135)는 투명 접합층(137)에 접합되는 제 1 면(135a) 및 제 1 면(135a)과 반대되면서 평탄한 제 2 면(135b)을 포함한다. 이러한 제 2 투명 플레이트(135)는 투명 재질, 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 제 1 투명 플레이트(133)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 제 2 투명 플레이트(135)는 제 1 렌즈부(LP1)와 이격되고, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)를 포함한다.
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 2 수평 축 방향(Y)과 나란하도록 길게 연장되고, 제 1 수평 축 방향(X)을 따라 서로 나란하게 배열된다. 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)는 제 1 수평 축 방향(X)을 기준으로, 제 2 투명 플레이트(135)의 제 1 면(135a)로부터 제 2 곡률을 갖는 반원 또는 반타원 형태의 단면을 가지도록 볼록하게 돌출될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 실린드리컬 렌즈일 수 있다. 상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 2 투명 플레이트(135)에 대한 식각 공정에 의해 제 2 투명 플레이트(135)의 제 1 면(135a)로부터 볼록하게 마련될 수 있다. 이러한 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 입사되는 광을 집광, 예를 들어, 제 2 수평 축 방향(Y)과 나란한 제 2 라인 빔 형태로 집광한다.
상기 제 2 투명 플레이트(135)의 제 2 면(135b)에 가장 인접한 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)와 제 2 투명 플레이트(135)의 제 2 면(135b) 사이의 거리(L)는 렌즈 어레이 부재(130)와 영상 디스플레이 모듈(110)에 마련되는 광학 갭의 역할을 하며, 이러한 광학 갭은 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상의 확대 비율을 결정한다. 상기 제 2 투명 플레이트(135)의 두께는 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상의 확대 비율에 따라 설정된다.
상기 투명 접합층(137)은 제 1 렌즈부(LP1)와 제 2 렌즈부(LP2) 사이에 충진된다. 이러한 투명 접합층(137)은 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135)를 대향 합착시킨다.
일 예에 따른 투명 접합층(137)은 입사되는 광의 굴절시키기 위해, 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135) 각각보다 높은 굴절율을 갖는다. 일 예에 따른 투명 접합층(137)은 1.5를 초과하는 굴절율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135) 각각이 유리 재질로 이루어지는 경우, 투명 접합층(137)은 전술한 예와 동일하게 1.7 이상의 굴절율을 가질 수 있다.
추가적으로, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 투명 접합층(137)의 두께에 따른 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 사이의 렌즈 갭을 기반으로, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각과 상이한 높이, 폭, 또는 곡률을 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 제 1 투명 플레이트(133)의 제 1 면(133a)으로부터 제 1 높이를 가지며, 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 제 2 투명 플레이트(135)의 제 2 면(135a)으로부터 제 1 높이보다 높은 제 2 높이를 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각은 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각보다 작은 곡률을 가질 수 있다.
이와 같은, 본 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 렌즈부(LP1)와 제 2 렌즈부(LP2) 각각의 렌티큘러 렌즈(LL1, LL2) 각각을 통해 영상 디스플레이 모듈(110)에 표시되는 실제 영상을 가상면으로 확대시킨다. 또한, 본 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 제 1 및 제 2 투명 플레이트(133, 135) 각각의 제 2 면이 평탄면으로 이루어짐에 따라 영상 디스플레이 모듈(110) 간의 조립이 용이할 수 있다.
도 9은 도 2 및 도 3에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하여 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 반대되는 구조를 갖는 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(211)을 포함하는 제 1 몰드 프레임(210), 및 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각과 반대되는 구조를 갖는 복수의 제 2 음각 렌즈 패턴(231)을 포함하는 제 2 몰드 프레임(230) 각각을 제작한다. 여기서, 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(211)과 복수의 제 2 음각 렌즈 패턴(231) 각각은 평판 프레임에 대한 식각 공정 및 롤 공정을 통해 제작될 수 있다.
이어서, 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(211)과 복수의 제 2 음각 렌즈 패턴(231) 각각이 서로 이격되면서 마주하도록 제 1 몰드 프레임(210)과 제 2 몰드 프레임(230)을 배치한다.
이어서, 제 1 몰드 프레임(210)과 제 2 몰드 프레임(230) 사이에 투명 베이스 물질(250), 예를 들어 고분자 수지 물질을 주입하고 투명 베이스 물질(250)을 경화시킨다.
이어서, 경화된 투명 베이스 물질(250)로부터 제 1 몰드 프레임(210)과 제 2 몰드 프레임(230) 각각을 분리함으로써 도 2에 도시된 렌즈 어레이 부재를 제조한다.
이와 같은, 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법은 초정밀 기계 가공 공정을 필요로 하지 않으면서 초정밀 초미세 렌티큘러 렌즈를 갖는 렌즈 어레이 부재를 제작할 수 있다.
도 10은 도 5 및 도 6에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하여 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5 및 도 6에 도시된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)를 갖는 제 1 투명 플레이트(133), 및 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)를 갖는 제 2 투명 플레이트(135) 각각에 제작한다. 여기서, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각은 평판 형태의 투명 플레이트에 대한 식각 공정을 통해 제작될 수 있다.
이어서, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1)와 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각이 서로 이격되면서 마주하도록 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135)를 배치한다.
이어서, 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135) 사이에 투명 접합 물질(137a), 예를 들어 고굴절 수지 물질을 주입하고 투명 접합 물질(137a)을 경화시켜 투명 접합층(137)을 형성함으로써 도 5에 도시된 렌즈 어레이 부재를 제조한다.
이와 같은, 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법은 초정밀 기계 가공 공정을 필요로 하지 않으면서 초정밀 초미세 렌티큘러 렌즈를 갖는 렌즈 어레이 부재를 제작할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 7 및 도 8에 도시된 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하여 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5 및 도 6에 도시된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 반대되는 구조를 갖는 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(311)을 포함하는 제 1 몰드 프레임(310), 및 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(311)과 마주하는 내부면(331)이 평탄면으로 이루어진 제 2 몰드 프레임(330) 각각을 제작한다. 이러한 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(211)과 복수의 제 2 음각 렌즈 패턴(231) 각각은 평판 프레임에 대한 식각 공정 및 롤 공정을 통해 제작될 수 있다.
이어서, 도 11a에 도시된 바와 같이, 복수의 제 1 음각 렌즈 패턴(311)과 내부면(331)이 서로 이격되면서 마주하도록 제 1 몰드 프레임(310)과 제 2 몰드 프레임(330)을 배치한다.
이어서, 제 1 투명 플레이트(133)와 제 2 투명 플레이트(135) 사이에 투명 베이스 물질(330), 예를 들어 고굴절 수지 물질 또는 유리 용해 물질을 주입하고 투명 베이스 물질(330)을 경화시킨다.
이어서, 경화된 투명 베이스 물질(330)로부터 제 1 몰드 프레임(310)과 제 2 몰드 프레임(330) 각각을 분리함으로써 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 1 투명 플레이트를 제작한다.
이어서, 동일한 방법을 통해서, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 반대되는 구조를 갖는 복수의 제 2 음각 렌즈 패턴을 포함하는 제 3 몰드 프레임 및 복수의 제 2 음각 렌즈 패턴과 마주하는 내부면이 평탄면으로 이루어진 제 4 몰드 프레임(또는 제 2 몰드 프레임) 각각을 마련한 다음, 제 3 몰드 프레임와 제 4 몰드 프레임(330)을 배치하고 그 사이에 투명 베이스 물질을 주입한 후 경화시킨다.
이어서, 경화된 투명 베이스 물질로부터 제 3 및 제 4 몰드 프레임 각각을 분리함으로써 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 2 투명 플레이트를 제작한다.
이어서, 도 11b에 도시된 바와 같이, 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈와 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각이 서로 이격되면서 마주하도록 제 1 투명 플레이트와 제 2 투명 플레이트를 배치한다.
이어서, 제 1 투명 플레이트와 제 2 투명 플레이트 사이에 투명 접합 물질을 주입하고 투명 접합 물질을 경화시켜 투명 접합층을 형성함으로써 도 7에 도시된 렌즈 어레이 부재를 제조한다.
이와 같은, 일 예에 따른 렌즈 어레이 부재의 제조 방법은 초정밀 기계 가공 공정을 필요로 하지 않으면서 초정밀 초미세 렌티큘러 렌즈를 갖는 렌즈 어레이 부재를 제작할 수 있다.
도 12a는 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점을 나타내는 도면이고, 도 12b는 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점을 나타내는 도면이다. 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 시뮬레이션에서는 단일 마이크로 렌즈(ML)에 입사되는 광의 입사 각도를 0도(수직 입사)에서 40도(측면 입사)까지 10도 단위로 변경하여 입사 각도별 초점을 측정하였고, 본 출원의 렌즈 어레이 부재에 대한 시뮬레이션에서는 제 1 렌티큘러 렌즈에 입사되는 광의 입사 각도를 0도(수직 입사)에서 40도(측면 입사)까지 10도 단위로 변경하여 입사 각도별 초점을 측정하였다.
도 12a 및 도 12b에서 알 수 있듯이, 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)의 초점은 일반적인 마이크로 렌즈(ML)와 동일한 초점을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 서로 교차하도록 마련된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 집광에 의해 일반적인 마이크로 렌즈(ML)와 동일한 초점을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 13a는 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점 영역을 나타내는 도면이고, 도 13b는 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재에 대한 광의 입사 각도에 따른 초점 영역을 나타내는 도면이다. 일반적인 마이크로 렌즈에 대한 시뮬레이션에서는 단일 마이크로 렌즈(ML)에 입사되는 광의 입사 각도를 0도(수직 입사)에서 40도(측면 입사)까지 10도 단위로 변경하여 입사 각도별 초점 영역을 측정하였고, 본 출원의 렌즈 어레이 부재에 대한 시뮬레이션에서는 제 1 렌티큘러 렌즈에 입사되는 광의 입사 각도를 0도(수직 입사)에서 40도(측면 입사)까지 10도 단위로 변경하여 입사 각도별 초점 영역을 측정하였다.
도 13a 및 도 13b에서 알 수 있듯이, 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)의 초점 영역은 일반적인 마이크로 렌즈(ML)와 동일한 초점 영역을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 예에 따른 렌즈 어레이 부재(130)는 서로 교차하도록 마련된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2) 각각의 집광에 의해 일반적인 마이크로 렌즈(ML)와 동일한 초점 영역을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은, 본 예에 따른 가상 영상 디스플레이 장치(100)는 서로 교차하도록 마련된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈(LL1) 각각과 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈(LL2)를 갖는 렌즈 어레이 부재(130)를 포함함으로써 영상 디스플레이 모듈의 고해상도화가 가능하고, 이를 통해 고해상도를 갖는 가상 영상을 구현할 수 있다.
이상과 같은, 본 출원의 예들에 따른 가상 영상 디스플레이 장치(100)는 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 구성하는 좌안 영상 표시부 및 우안 영상 표시부 각각의 디스플레이 장치로 사용되거나 디지털 카메라의 디스플레이 장치로 사용됨으로써 실제 영상으로부터 확대된 가상 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 14는 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 14를 참조하면, 본 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 제 1 영상 표시부(510), 제 2 영상 표시부(520), 및 헤드 착용부(530)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 영상 표시부(510)는 사용자의 좌안에 근접하도록 배치되고, 제 1 실제 영상을 확대하여 확대된 제 1 가상 영상을 사용자의 좌안에 제공한다. 예를 들어, 상기 제 1 영상 표시부(510)는 사용자의 좌안에 근접하도록 배치되고, 좌안용 실제 영상을 확대하여 확대된 좌안용 가상 영상(VI_L)을 사용자의 좌안에 제공한다.
상기 제 2 영상 표시부(520)는 사용자의 우안에 근접하도록 배치되고, 제 1 영상과 동일하거나 다른 제 2 실제 영상을 확대하여 확대된 제 2 가상 영상을 사용자의 우안에 제공한다. 예를 들어, 상기 제 2 영상 표시부(520)는 사용자의 우안에 근접하도록 배치되고, 우안용 실제 영상을 확대하여 확대된 우안용 가상 영상(VI_R)을 사용자의 우안에 제공한다.
상기 제 1 및 제 2 영상 표시부(510, 520) 각각은 평면 형태의 커버 프레임(511, 521), 및 커버 프레임(511, 521)의 내측면과 결합된 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)를 포함할 수 있다.
일 예에 따른 커버 프레임(511, 521)은 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)로 입사되는 광을 차단하기 위해 불투명 재질로 이루어질 수 있다. 다른 예에 따른 커버 프레임(511, 521)은 사용자 눈의 전방에 배치되는 평판 형태의 전면 커버부, 및 사용자 눈의 주변과 직접적으로 마주하는 전면 커버부의 가장자리에 마련된 테두리 커버부를 포함할 수 있다. 전면 커버부는 불투명 재질로 이루어질 수 있다. 테두리 커버부는 외부광이 사용자 눈 쪽으로 입사되는 것을 최소화함으로써 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)에 표시되는 영상의 시인성을 개선한다.
상기 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)는 커버 프레임(511, 521)의 내측면, 즉 전면 커버부의 내측면에 결합되고, 실제 영상을 확대하여 확대된 가상 영상을 구현한다. 일 예로서, 제 1 영상 표시부(510)의 가상 영상 디스플레이 장치(513)와 제 2 영상 표시부(520)의 가상 영상 디스플레이 장치(523)는 동일한 실제 영상을 표시하여 확대 투사할 수 있으며, 이 경우 사용자는 2차원 실제 영상으로부터 확대된 2차원 가상 영상을 시청할 수 있다. 다른 예로서, 제 1 영상 표시부(510)의 가상 영상 디스플레이 장치(513)는 좌안 실제 영상을 표시하여 확대 투사하고, 제 2 영상 표시부(520)의 가상 영상 디스플레이 장치(523)는 우안 실제 영상을 표시하여 확대 투사할 수 있으며, 이 경우, 사용자는 좌안 실제 영상으로부터 확대된 좌안 가상 영상(VI_L)과 우안 실제 영상으로부터 확대된 우안 가상 영상(VI_R)으로부터 확대된 3차원 가상 영상을 시청할 수 있다.
상기 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)는 도 1 내지 도 8에 도시된 가상 영상 디스플레이 장치(100)과 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 헤드 착용부(530)는 사용자 머리에 착용 가능하도록 제 1 및 제 2 영상 표시부(510, 520) 각각과 결합된다. 예를 들어, 헤드 착용부(530)는 헤드 장착 밴드, 안경 다리 형태, 또는 헬멧 형태를 가질 수 있다.
추가적으로, 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 제 1 및 제 2 영상 표시부(510, 520) 각각을 지지하는 지지 프레임을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 헤드 착용부(530)는 사용자 머리에 착용 가능하도록 지지 프레임과 결합된다.
이와 같은, 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 본 출원에 따른 가상 영상 디스플레이 장치(100)를 통해 실제 영상으로부터 선명하게 확대된 3차원 가상 영상을 통해 사용자에게 증강현실을 제공할 수 있다.
도 15은 본 출원의 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 설명하기 위한 평면도로서, 이는 도 14에 도시된 일 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에서 커버 프레임의 형상을 변경한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 커버 프레임 및 이와 관련된 구성에 대해서만 설명하기로 하고, 나머지 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 15를 참조하면, 본 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에서, 커버 프레임(511, 521)은 유선형 디자인 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 커버 프레임(511, 521)은 곡면 형태로 둥글게 형성되어 사용자 눈과 마주하는 유선형 전면 커버부, 및 사용자 눈의 주변과 직접적으로 마주하는 전면 커버부의 가장자리에 마련된 테두리 커버부를 포함할 수 있다. 유선형 전면 커버부는 불투명 재질로 이루어질 수 있다. 테두리 커버부는 외부광이 사용자 눈 쪽으로 입사되는 것을 최소화함으로써 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)에 표시되는 영상의 시인성을 개선한다.
상기 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)는 커버 프레임(511, 521)의 내측면, 즉 유선형 전면 커버부의 내측면에 결합되고, 실제 영상을 확대하여 확대된 가상 영상을 구현한다. 가상 영상 디스플레이 장치(513, 523)는 곡면 형태를 가지도록 유선형 전면 커버부의 내측면과 결합되는 것을 제외하고는 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
이와 같은, 본 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 도 14에 도시된 헤드 마운티드 디스플레이 장치와 동일한 효과를 제공하되, 유선형 디자인 구조를 갖는 커버 프레임(511, 521)으로 인하여 미감이 증진된 디자인을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 본 출원은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 출원의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 출원의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 513, 523: 가상 영상 디스플레이 장치 110: 영상 디스플레이 모듈
130: 렌즈 어레이 부재 131: 베이스 부재
133: 제 1 투명 플레이트 135: 제 2 투명 플레이트
510: 제 1 영상 표시부 511, 521: 커버 프레임
520: 제 2 영상 표시부 530: 헤드 착용부
130: 렌즈 어레이 부재 131: 베이스 부재
133: 제 1 투명 플레이트 135: 제 2 투명 플레이트
510: 제 1 영상 표시부 511, 521: 커버 프레임
520: 제 2 영상 표시부 530: 헤드 착용부
Claims (17)
- 복수의 화소를 갖는 영상 디스플레이 모듈; 및
상기 영상 디스플레이 모듈의 전방에 배치된 렌즈 어레이 부재를 구비하며,
상기 렌즈 어레이 부재는,
서로 나란하게 배열된 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 1 렌즈부; 및
상기 제 1 렌즈부와 이격되고 상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 교차하도록 서로 나란하게 배열된 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈를 갖는 제 2 렌즈부를 포함하는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 어레이 부재는 상기 제 1 렌즈부와 상기 제 2 렌즈부 사이에 마련된 베이스 부재를 더 포함하며,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 베이스 부재의 제 1 면으로부터 볼록하게 돌출되고,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 베이스 부재의 제 1 면과 반대되면서 상기 영상 디스플레이 모듈과 마주하는 제 2 면으로부터 볼록하게 돌출된, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 제 1 곡률을 가지며,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 1 곡률보다 큰 제 2 곡률을 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 베이스 부재의 제 1 면으로부터 제 1 높이를 가지며,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 베이스 부재의 제 2 면으로부터 상기 제 1 높이보다 높은 제 2 높이를 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 제 1 폭을 가지며,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각과 상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 베이스 부재로부터 동일한 높이를 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 5 항에 있어서,
하나의 제 1 렌티큘러 렌즈와 상기 제 2 렌티큘러 렌즈 간의 교차부에 의해 집광되는 집광 영역은 정사각 형태를 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 어레이 부재는,
상기 제 1 렌즈부를 갖는 제 1 투명 플레이트;
상기 제 1 렌즈부와 마주하는 상기 제 2 렌즈부를 갖는 제 2 투명 플레이트; 및
상기 제 1 렌즈부와 상기 제 2 렌즈부 사이에 충진된 접합층을 포함하는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 투명 플레이트 각각은 상기 접합층에 접합되는 제 1 면 및 상기 제 1 면과 반대되면서 평탄한 제 2 면을 포함하며,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 1 투명 플레이트의 제 1 면으로부터 오목하게 마련되며,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 2 투명 플레이트의 제 1 면으로부터 오목하게 마련된, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 투명 플레이트 각각은 유리 재질인, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 접합층은 상기 제 1 및 제 2 투명 플레이트 각각보다 높은 굴절율을 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 제 1 곡률을 가지며,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 1 곡률보다 큰 제 2 곡률을 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 투명 플레이트 각각은 상기 접합층에 접합되는 제 1 면 및 상기 제 1 면과 반대되면서 평탄한 제 2 면을 포함하며,
상기 복수의 제 1 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 1 투명 플레이트의 제 1 면으로부터 볼록하게 마련되며,
상기 복수의 제 2 렌티큘러 렌즈 각각은 상기 제 2 투명 플레이트의 제 1 면으로부터 볼록하게 마련된, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 접합층은 상기 제 1 및 제 2 투명 플레이트 각각보다 높은 굴절율을 갖는, 가상 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 가상 영상 디스플레이 장치를 포함하는, 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
- 제 1 영상을 표시하는 제 1 영상 표시부;
제 2 영상을 표시하는 제 2 영상 표시부;
상기 제 1 영상 표시부와 상기 제 2 영상 표시부 각각에 결합된 헤드 착용부를 포함하고,
상기 제 1 영상 표시부와 상기 제 2 영상 표시부 각각은 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 가상 영상 디스플레이 장치를 포함하는, 헤드 마운티드 디스플레이 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 영상 표시부와 상기 제 2 영상 표시부 각각은 유선형 디자인 구조를 가지면서 상기 가상 영상 디스플레이 장치를 지지하는 커버 프레임을 포함하며,
상기 가상 영상 디스플레이 장치는 곡면 형태를 가지도록 상기 커버 프레임의 내측면과 결합된, 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |