KR20180074940A

KR20180074940A - 헤드 장착형 디스플레이

Info

Publication number: KR20180074940A
Application number: KR1020160178733A
Authority: KR
Inventors: 이경진; 정성민; 김한석
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-04
Also published as: US20180180889A1; JP6777622B2; CN108241212A; JP2018106160A; US10578873B2

Abstract

본 발명은 헤드 장착형 디스플레이의 두께를 줄일 수 있는 헤드 장착형 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이는 접안렌즈 및 접안렌즈에 영상을 제공하는 표시 모듈 수납부를 구비한다. 표시 모듈 수납부는 영상을 표시하는 표시 모듈, 표시 모듈과 접안렌즈 사이에 배치되며 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 제1 λ/4 판, 제1 λ/4 판과 상기 접안렌즈 사이에 배치되며 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 제2 λ/4 판, 제2 λ/4 판과 접안렌즈 사이에 배치되며 제1 선편광을 통과시키고 제1 선편광과 교차하는 제2 선편광을 반사하는 반사 편광판, 및 제1 λ/4 판과 제2 λ/4 판 사이에 배치되는 반투과판을 포함한다.

Description

헤드 장착형 디스플레이{HEAD MOUNTED DISPLAY}

본 발명은 헤드 장착형 디스플레이에 관한 것이다.

헤드 장착형 디스플레이(Head Mounted Display, HMD)는 사용자의 머리에 안경이나 헬멧 형태로 착용되어, 사용자의 눈 앞에 가까운 거리에 초점이 형성되는 영상 표시 장치이다. 헤드 장착형 디스플레이는 가상현실(Virtual Reality, VR) 또는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 구현할 수 있다.

도 1은 헤드 장착형 디스플레이의 가상 영상 구현을 보여주는 일 예시도면이다. 도 1을 참조하면, 헤드 장착형 디스플레이는 사용자의 눈이 위치하는 접안렌즈(lens)와 영상을 표시하는 표시 모듈을 포함할 수 있다. 헤드 장착형 디스플레이는 표시 모듈의 영상(dis)을 표시하는 경우 사용자가 접안렌즈(lens)를 통해 가상 영상을 볼 수 있도록 하기 위해, 영상을 표시하는 표시 모듈과 사용자의 눈(eye) 사이에 접안렌즈(lens)를 배치하고, 접안렌즈(lens)의 초점 거리(f) 내에 표시 모듈을 배치한다. 이때, 접안렌즈(lens)와 표시 모듈 사이의 거리(S1)에 따라 가상 영상(vi)의 표시 위치(S2)가 정해질 수 있다. 접안렌즈(lens)의 초점거리(f), 접안렌즈(lens)와 표시 모듈 사이의 거리(S1), 및 사용자의 눈(eye)과 가상 영상(vi)의 표시 위치 사이의 거리(S2)는 수학식 1과 같이 설정될 수 있다.

수학식 1을 참조하면, 사용자의 눈(eye)과 가상 영상(vi)의 표시 위치 사이의 거리(S2)는 접안렌즈(lens)의 초점 거리와 접안렌즈(lens)와 표시 모듈 사이의 거리(S1)에 따라 달라질 수 있다. 접안렌즈(lens)와 표시 모듈 사이의 거리(S1)가 가까워질수록 사용자의 눈(eye)과 가상 영상(vi)의 표시 위치 사이의 거리(S2)가 길어지므로, 가상 영상(vi)의 크기가 커지게 된다. 이로 인해, 가상 영상(vi)의 크기가 너무 커지는 경우, 표시 모듈의 블랙 매트릭스가 확대되어 격자 형태로 보이는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해 접안렌즈(lens)와 표시 모듈 사이의 거리(S1)는 접안렌즈(lens)의 초점 거리(f) 내에서 소정의 거리만큼 이격된다.

한편, 최근에 헤드 장착형 디스플레이는 사용자가 용이하게 휴대할 수 있도록 얇은 두께로 제작되고 있다. 하지만, 접안렌즈(lens)와 표시 모듈 사이의 거리(S1)가 소정의 거리만큼 떨어져야 하므로, 두께를 줄이기 어렵다.

본 발명은 헤드 장착형 디스플레이의 두께를 줄일 수 있는 헤드 장착형 디스플레이를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이는 접안렌즈 및 접안렌즈에 영상을 제공하는 표시 모듈 수납부를 구비한다. 표시 모듈 수납부는 영상을 표시하는 표시 모듈, 표시 모듈과 접안렌즈 사이에 배치되며 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 제1 λ/4 판, 제1 λ/4 판과 상기 접안렌즈 사이에 배치되며 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 제2 λ/4 판, 제2 λ/4 판과 접안렌즈 사이에 배치되며 제1 선편광을 통과시키고 제1 선편광과 교차하는 제2 선편광을 반사하는 반사 편광판, 및 제1 λ/4 판과 제2 λ/4 판 사이에 배치되는 반투과판을 포함한다.

본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부의 두께에 비해 표시 모듈에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 렌즈에 도달하기까지의 광 경로 길이를 길게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부의 두께를 줄이더라도, 표시 모듈에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 렌즈에 도달하기까지의 광 경로 길이를 원래와 같이 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부의 두께를 줄일 수 있으며, 이로 인해 헤드 장착형 디스플레이의 두께를 줄일 수 있다.

도 1은 헤드 장착형 디스플레이의 가상 영상 구현을 보여주는 일 예시도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 표시 모듈 수납부의 일 예를 보여주는 예시도면이다.
도 4는 도 3의 표시 모듈 수납부의 구성들을 분해하여 보여주는 예시도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 표시 모듈 수납부의 광 변환 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 도 2의 표시 모듈을 보여주는 일 예시도면이다.
도 7은 도 6의 표시패널의 화소를 보여주는 회로도이다.
도 8은 도 1a 및 도 1b의 표시 모듈 수납부의 다른 예를 보여주는 예시도면이다.
도 9는 도 8의 표시 모듈 수납부의 구성들을 분해하여 보여주는 예시도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 표시 모듈 수납부의 광 변환 과정을 보여주는 흐름도이다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명의 핵심 구성과 관련이 없는 경우 및 본 발명의 기술분야에 공지된 구성과 기능에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 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 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

"X축 방향", "Y축 방향" 및 "Z축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 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 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이를 보여주는 사시도이다. 도 2a는 헤드 장착형 디스플레이(10)의 디스플레이 수납부(20)의 배면이 보여지도록 도시되어 있으며, 도 2b는 헤드 장착형 디스플레이(10)의 디스플레이 수납부(20)의 정면이 보여지도록 도시되어 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display, 10)는 디스플레이 수납부(20), 제1 접안렌즈(30), 제2 접안렌즈(40), 및 안경테 다리(70)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이(10)는 도 2a 및 도 2b와 같이 사용자가 쉽게 입거나 벗을 수 있도록 안경테 다리(70)를 포함하는 안경 형태로 구현된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 헤드 장착형 디스플레이(10)는 안경테 다리(70) 대신에 머리에 장착할 수 있는 머리 장착 밴드를 포함할 수 있다.

디스플레이 수납부(20)는 영상을 표시하는 표시 모듈과 표시 모듈에 표시된 영상을 제1 및 제2 접안렌즈들(30, 40)에 제공하기 위한 광학 수단을 포함한다. 디스플레이 수납부(20)에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 8을 결부하여 후술한다.

제1 및 제2 접안렌즈들(30, 40)은 디스플레이 수납부(20)의 배면에 배치될 수 있다. 제1 접안렌즈(30)는 사용자의 좌안이 위치하는 좌안 렌즈일 수 있으며, 제2 접안렌즈(40)는 사용자의 우안이 위치하는 우안 렌즈일 수 있다. 이로 인해, 사용자는 제1 및 제2 접안렌즈들(30, 40)을 통해 표시 모듈 수납부(20)의 표시 모듈에 표시되는 영상을 볼 수 있다.

본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 표시 모듈에 표시되는 영상을 제1 및 제2 접안렌즈들(30, 40)을 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 표시 모듈에 의해 표시되는 가상 영상을 사용자에게 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 가상현실(Virtual Reality, VR)을 구현할 수 있다.

도 3은 도 2a 및 도 2b의 표시 모듈 수납부의 일 예를 보여주는 예시도면이다. 도 4는 도 3의 표시 모듈 수납부의 구성들을 분해하여 보여주는 예시도면이다.

도 3 및 도 4는 표시 모듈 수납부를 일 측면에서 바라본 일 측면도에 해당한다. 도 3 및 도 4에는 본 발명의 일 예에 따른 제1 접안렌즈(30)와 제1 접안렌즈(30)에 영상을 제공하기 위한 표시 모듈 수납부(20)의 구성들이 도시되어 있다. 본 발명의 일 예에 따라 제2 접안렌즈(40)와 제2 접안렌즈(40)에 영상을 제공하기 위한 표시 모듈 수납부(20)의 구성들은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 실질적으로 동일하므로 생략한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 표시 모듈 수납부(20)는 표시 모듈(210), 제1 λ/4 판(quarter wave plate, 220), 하프 미러(230), 제2 λ/4 판(240), 반사 편광판(250), 및 편광판(270)을 포함한다.

표시 모듈(210)은 영상을 표시하는 표시장치일 수 있다. 예를 들어, 표시 모듈(210)은 액정표시장치(liquid crystal display), 유기발광 표시장치(organic light emitting display device), LCoS(liquid crystal on silicon substrate), OLEDoS(organic light emitting device on silicon substrate), 또는 LEDoS(light emitting diode on silicon substrate)와 같은 표시장치로 구현될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 표시 모듈(210)이 액정표시장치인 것을 예시하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 표시 모듈(210)에 대한 자세한 설명은 도 6 및 도 7을 결부하여 후술한다.

제1 λ/4 판(220), 하프 미러(230), 제2 λ/4 판(240), 및 반사 편광판(250)은 표시 모듈(210)과 제1 접안렌즈(30) 사이에 배치될 수 있다.

제1 λ/4 판(220)은 표시 모듈(210)과 하프 미러(230) 사이에 배치된다. 제1 λ/4 판(220)은 하프 미러(230)의 일면에 부착될 수 있다. 제1 λ/4 판(220)은 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시킨다.

하프 미러(230)는 제1 λ/4 판(220)과 제2 λ/4 판(240) 사이에 배치된다. 하프 미러(230)의 일면에는 제1 λ/4 판(220)이 부착되고, 타면에는 제2 λ/4 판(240)이 부착될 수 있다.

하프 미러(230)는 광의 일부를 투과시키고, 광의 또 다른 일부를 반사시키는 반투과판일 수 있다. 예를 들어, 하프 미러(230)는 일면에 반투과 금속막이 형성된 글라스(glass)일 수 있다. 반투과 금속막은 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 형성될 수 있다.

제2 λ/4 판(240)은 하프 미러(230)와 반사 편광판(250) 사이에 배치된다. 제2 λ/4 판(240)은 하프 미러(230)의 타면에 부착될 수 있다. 제2 λ/4 판(240)은 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시킨다.

반사 편광판(250)은 제2 λ/4 판(240)과 편광판(270) 사이에 배치된다. 반사 편광판(250)은 편광판(270)의 일면에 부착될 수 있다. 반사 편광판(250)은 제1 선편광(↕)을 통과시키고, 제1 선편광(↕)과 교차하는 제2 선편광(↔)을 반사시킨다. 제1 선편광(↕)은 수직 방향(y축 방향)으로 진동하는 수직 편광이고, 제2 선편광(↔)은 수평 방향(x축 방향 또는 z축 방향)으로 진동하는 수평 편광일 수 있다. 예를 들어, 반사 편광판(250)은 APF 또는 DBEF(dual bright enhanced film)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

편광판(270)은 반사 편광판(250)과 제1 접안렌즈(30) 사이에 배치된다. 편광판(270)은 제1 접안렌즈(30)의 일면에 부착될 수 있다. 편광판(270)은 제1 선편광(↕)을 통과시키고, 제2 선편광(↔)을 차단한다. 편광판(270)으로 인해 반사 편광판(250)에서 누설되는 제2 선편광(↔)은 차단될 수 있다.

제1 접안렌즈(30)는 볼록 렌즈(convex lens) 또는 프레넬 렌즈(fresnel lens)일 수 있다. 한편, 제1 접안렌즈(30)의 일면에는 반사 편광판(250)이 부착되므로, 제1 접안렌즈(30)의 일면은 반사 편광판(250)의 부착을 용이하게 하기 위해 평평하게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 접안렌즈(30)의 타면에 볼록 렌즈(convex lens) 또는 프레넬 렌즈(fresnel lens)가 형성될 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 표시 모듈 수납부의 광 변환 과정을 보여주는 흐름도이다. 이하에서는 도 4와 도 5를 결부하여 표시 모듈 수납부(20)의 광 변환 과정을 상세히 설명한다. 특히, 표시 모듈 수납부(20)의 광 변환 과정은 광의 편광 특성을 이용하는 것이므로, 이를 중심으로 살펴보기로 한다.

첫 번째로, 제1 선편광(↕)이 표시 모듈(210)로부터 출력될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 제1 선편광(↕)은 수직 방향(y축 방향)으로 진동하는 수직 편광인 것으로 설명하였다. 표시 모듈(210)로부터 출력된 제1 선편광(↕)은 제1 λ/4 판(220)으로 향한다. (도 3의 S101)

두 번째로, 표시 모듈(210)로부터 출력된 제1 선편광(↕)은 제1 λ/4 판(220)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제1 선편광(↕)은 제1 원편광(L)으로 변환된다. 도 2 및 도 3에서는 제1 원편광(L)이 좌원 편광인 것으로 설명하였다. 제1 λ/4 판(220)에 의해 변환된 제1 원편광(L)은 하프 미러(230)로 향한다. (도 3의 S102)

세 번째로, 하프 미러(230)는 광의 일부를 투과시키고, 광의 또 다른 일부를 반사시킬 수 있으므로, 제1 λ/4 판(220)에 의해 변환된 제1 원편광(L) 일부는 하프 미러(230)를 통과한다. 하프 미러(230)를 통과한 제1 원편광(L)은 제2 λ/4 판(240)로 향한다. (도 3의 S103)

네 번째로, 하프 미러(230)를 통과한 제1 원편광(L)은 제2 λ/4 판(240)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제1 원편광(L)은 제2 선편광(↔)으로 변환된다. 도 2 및 도 3에서는 제2 선편광(↔)이 수평 방향(x축 방향 또는 z축 방향)으로 진동하는 수평 편광인 것으로 설명하였다. 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제2 선편광(↔)은 반사 편광판(250)으로 향한다. (도 3의 S104)

다섯 번째로, 반사 편광판(250)은 제1 선편광(↕)을 통과시키고 제2 선편광(↔)을 반사시키므로, 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제2 선편광(↔)은 반사 편광판(250)에 의해 반사된다. 또한, 반사 편광판(250)에 의해 반사되지 않고 누설되는 제2 선편광(↔)은 편광판(270)에 의해 차단될 수 있다. 반사 편광판(250)에 의해 반사된 제2 선편광(↔)은 제2 λ/4 판(240)으로 향한다. (도 3의 S105)

여섯 번째로, 반사 편광판(250)에 의해 반사된 제2 선편광(↔)은 제2 λ/4 판(240)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제2 선편광(↔)은 제2 원편광(R)으로 변환된다. 도 2 및 도 3에서는 제2 원편광(R)은 우원 편광인 것으로 설명하였다. 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제2 원편광(R)은 하프 미러(230)로 향한다. (도 3의 S106)

일곱 번째로, 하프 미러(230)는 광의 일부를 투과시키고, 광의 또 다른 일부를 반사시킬 수 있으므로, 제2 λ/4 판(220)에 의해 변환된 제2 원편광(R) 일부는 하프 미러(230)에 의해 반사된다. 하프 미러(230)에 의해 반사된 제2 원편광(R)은 제2 λ/4 판(240)로 향한다. (도 3의 S107)

여덟 번째로, 하프 미러(230)에 의해 반사된 제2 원편광(R)은 제2 λ/4 판(240)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제2 원편광(R)은 제1 선편광(↕)으로 변환된다. 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제1 선편광(↕)은 반사 편광판(250)로 향한다. (도 3의 S108)

아홉 번째로, 반사 편광판(250)은 제1 선편광(↕)을 통과시키고 제2 선편광(↔)을 반사시키므로, 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제1 선편광(↕)은 반사 편광판(250)을 통과한다. 또한, 편광판(270)은 제1 선편광(↕)을 통과시키고 제2 선편광(↔)을 차단하므로, 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제1 선편광(↕)은 편광판(270)을 통과한다. 반사 편광판(250)과 편광판(270)을 통과한 제1 선편광(↕)은 제1 접안렌즈(30)에 도달할 수 있다. 따라서, 사용자는 제1 접안렌즈(30)를 통해 표시 모듈(210)의 영상을 시청할 수 있다. (도 3의 S109)

표시 모듈(210)과 제2 λ/4 판(240) 사이의 거리를 "a"라 하고, 제2 λ/4 판(240)과 반사 편광판(250) 사이의 거리를 "b"라 하며, 반사 편광판(250)과 제1 접안렌즈(30) 사이의 거리를 "c"라 할 때, 표시 모듈(210)로부터 제1 접안렌즈(30)까지의 거리는 "a+b+c"에 해당하나, 표시 모듈(210)에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 제1 접안렌즈(30)에 도달하기까지의 광 경로 길이는 "a+3b+c"에 해당할 수 있다. 이때, 표시 모듈(210)로부터 제1 접안렌즈(30)까지의 거리는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D1)로 정의될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D1)에 비해 표시 모듈(210)에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 제1 접안렌즈(30)에 도달하기까지의 광 경로 길이를 길게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D1)를 줄이더라도, 표시 모듈(210)에 표시된 영상이 제1 접안렌즈(30)에 도달하기까지의 광 경로 길이를 원래와 같이 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D1)를 줄일 수 있으며, 이로 인해 헤드 장착형 디스플레이의 두께를 줄일 수 있다.

도 6은 도 2의 표시 모듈을 보여주는 일 예시도면이다. 도 7은 도 6의 표시패널의 화소를 보여주는 회로도이다.

이하에서는 도 6 및 도 7을 결부하여 표시 모듈(210)에 대하여 상세히 설명한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 표시 모듈(210)은 표시패널(110), 소스 드라이브 집적회로(integrated circuit, 이하 "IC"라 칭함)(130), 연성필름(140), 회로보드(150), 타이밍 제어부(160), 및 백라이트 유닛을 포함한다.

표시패널(110)은 상부 기판(112), 하부 기판(111), 및 그들 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 표시패널(110)의 하부 기판(111)에는 데이터 라인들과 게이트 라인들이 교차되도록 배치된다. 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차 구조에 의해 표시패널(110)에는 화소(P)들이 매트릭스 형태로 배치된다. 화소(P)들 각각은 데이터 라인들 중 어느 하나, 게이트 라인들 중 어느 하나에 접속될 수 있다. 이로 인해, 화소(P)는 게이트 라인에 게이트 신호가 공급될 때 데이터 라인의 데이터 전압을 공급받으며, 공급된 데이터 전압에 따라 소정의 밝기로 발광한다.

예를 들어, 화소(P)들 각각은 도 6과 같이 트랜지스터(T), 화소 전극(PE), 공통 전극(CE) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(T)는 반도체 공정에 의해 형성되는 박막 트랜지스터(thin film transistor)일 수 있다. 트랜지스터(T)는 제k(k는 양의 정수) 게이트 라인(Gk)의 게이트 신호에 응답하여 제j(j는 양의 정수) 데이터 라인(Dj)의 데이터 전압을 화소 전극(PE)에 공급한다. 이로 인해, 화소(P)들 각각은 화소 전극(PE)에 공급된 데이터 전압과 공통 전극(CE)에 공급된 공통 전압의 전위차에 의해 발생되는 전계에 의해 액정층(LC)의 액정을 구동하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 광의 투과량을 조정할 수 있다. 공통 전극(CE)은 공통 라인(CL)으로부터 공통 전압을 공급받는다. 또한, 스토리지 커패시터(Cst)는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이에 마련되어 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 간의 전압 차를 일정하게 유지한다.

표시패널(110)의 상부 기판(112) 상에는 블랙 매트릭스(black matrix)와 컬러필터들(color filters)이 형성될 수 있다. 다만, 액정표시장치가 COT(color filters on tft array) 방식으로 형성되는 경우, 블랙 매트릭스와 컬러필터들은 하부 기판(111) 상에 형성될 수 있다.

공통 전극(CE)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식의 경우 상부 기판(112) 상에 형성될 수 있다. 또는, 공통 전극(CE)은 IPS(In-Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식의 경우에 화소 전극(PE)과 함께 하부 기판(111) 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 액정표시장치는 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다.

표시패널(110)의 상부 기판(112)에는 제1 편광판(113)이 부착되고, 하부 기판(111)에는 제2 편광판(114)이 부착된다. 제1 편광판(113)의 광 투과축은 제2 편광판(114)의 광 투과축과 교차 또는 직교한다. 이 경우, 제1 편광판(113)은 제1 선편광(↕)을 통과시키며, 제2 편광판(114)은 제2 선편광(↔)을 투과시킬 수 있다. 또한, 액정과 접하는 상부 기판(112)과 하부 기판(111)의 내면에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성될 수 있다.

표시패널(110)은 화소들이 형성되어 화상을 표시하는 표시영역과 화상을 표시하지 않는 비표시영역으로 구분될 수 있다. 표시영역에는 게이트 라인들, 데이터 라인들, 및 화소들이 형성될 수 있다. 비표시영역에는 게이트 구동부와 패드들이 형성될 수 있다.

게이트 구동부는 타이밍 제어부(160)로부터 입력되는 게이트 제어신호에 따라 게이트 라인들에 게이트 신호들을 공급한다. 게이트 구동부는 표시패널(110)의 표시영역의 일측 또는 양측 바깥쪽의 비표시영역에 GIP(gate driver in panel) 방식으로 형성될 수 있다. 또는, 게이트 구동부는 구동 칩으로 제작되어 연성필름에 실장되고 TAB(tape automated bonding) 방식으로 표시패널(110)의 표시영역의 일측 또는 양측 바깥쪽의 비표시영역에 부착될 수도 있다.

소스 드라이브 IC(130)는 타이밍 제어부(160)로부터 디지털 비디오 데이터와 소스 제어신호를 입력받는다. 소스 드라이브 IC(130)는 소스 제어신호에 따라 디지털 비디오 데이터를 아날로그 데이터전압들로 변환하여 데이터 라인들에 공급한다. 소스 드라이브 IC(130)가 구동 칩으로 제작되는 경우, COF(chip on film) 또는 COP(chip on plastic) 방식으로 연성필름(140)에 실장될 수 있다.

표시패널(110)의 비표시영역에는 데이터 패드들과 같은 패드들이 형성될 수 있다. 연성필름(140)에는 패드들과 소스 드라이브 IC(130)를 연결하는 배선들, 패드들과 회로보드(150)의 배선들을 연결하는 배선들이 형성될 수 있다. 연성필름(140)은 이방성 도전 필름(antisotropic conducting film)을 이용하여 패드들 상에 부착되며, 이로 인해 패드들과 연성필름(140)의 배선들이 연결될 수 있다.

회로보드(150)는 연성필름(140)들에 부착될 수 있다. 회로보드(150)는 구동 칩들로 구현된 다수의 회로들이 실장될 수 있다. 예를 들어, 회로보드(150)에는 타이밍 제어부(160)가 실장될 수 있다. 회로보드(150)는 인쇄회로보드(printed circuit board) 또는 연성 인쇄회로보드(flexible printed circuit board)일 수 있다.

타이밍 제어부(160)는 회로보드(150)의 케이블을 통해 외부의 시스템 보드로부터 디지털 비디오 데이터와 타이밍 신호를 입력받는다. 타이밍 제어부(60)는 타이밍 신호에 기초하여 게이트 구동부(120)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호와 소스 드라이브 IC(130)들을 제어하기 위한 소스 제어신호를 발생한다. 타이밍 제어부(160)는 게이트 제어신호를 게이트 구동부에 공급하고, 소스 제어신호를 소스 드라이브 IC(130)들에 공급한다.

백라이트 유닛은 표시패널(110)의 배면에 배치되어, 표시패널(110)의 배면에 균일한 광을 조사한다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형으로 구현될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛은 표시패널(110)의 아래에 복수의 광학 시트들과 도광판이 배치되고 도광판의 측면에 복수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 직하형 백라이트 유닛은 표시패널(110)의 아래에 복수의 광학 시트들과 확산판이 배치되고 확산판의 아래에 복수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다.

백라이트 유닛은 광원들, 광원들이 실장되는 광원 회로보드, 도광판 또는 확산판, 반사시트, 및 광학시트들을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛은 광원들로부터의 빛을 도광판 또는 확산판과 광학 시트들을 통해 균일한 면광원으로 변환하여 표시패널(110)에 빛을 조사한다.

도 8은 도 1a 및 도 1b의 표시 모듈 수납부의 다른 예를 보여주는 예시도면이다. 도 9는 도 8의 표시 모듈 수납부의 구성들을 분해하여 보여주는 예시도면이다.

도 8 및 도 9는 표시 모듈 수납부를 일 측면에서 바라본 일 측면도에 해당한다. 도 8 및 도 9에는 본 발명의 다른 예에 따른 제1 접안렌즈(30)와 제1 접안렌즈(30)에 영상을 제공하기 위한 표시 모듈 수납부(20)의 구성들이 도시되어 있다. 본 발명의 다른 예에 따라 제2 접안렌즈(40)와 제2 접안렌즈(40)에 영상을 제공하기 위한 표시 모듈 수납부(20)의 구성들은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 실질적으로 동일하므로 생략한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 표시 모듈 수납부(20)는 표시 모듈(210), 제1 λ/4 판(220), 메니스커스 렌즈(260), 제2 λ/4 판(240), 및 반사 편광판(250)을 포함한다.

도 8 및 도 9에 도시된 표시 모듈(210), 제1 λ/4 판(220), 제2 λ/4 판(240), 및 반사 편광판(250)은 도 3 및 도 4를 결부하여 설명한 바와 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.

메니스커스 렌즈(260)는 제1 λ/4 판(220)과 제2 λ/4 판(240) 사이에 배치된다. 메니스커스 렌즈(260)의 제1 면에는 제1 λ/4 판(220)이 부착되고, 제2 면에는 제2 λ/4 판(240)이 부착될 수 있다.

메니스커스 렌즈(260)는 광의 일부를 투과시키고, 광의 또 다른 일부를 반사시키는 반투과판일 수 있다. 메니스커스 렌즈(260)는 제1 λ/4 판(220)이 마주보는(또는 부착되는) 제1 면의 곡률과 제2 λ/4 판(240)이 마주보는(또는 부착되는) 제2 면의 곡률이 동일하게 형성된다. 이로 인해, 메니스커스 렌즈(260)는 광을 투과시키는 경우 광을 굴절시키지 않으며, 광을 반사시키는 경우 광을 굴절시킬 수 있다. 예를 들어, 메니스커스 렌즈(260)는 도 9와 같이 광을 반사시키는 경우 제2 면의 곡률에 의해 광을 굴절시킬 수 있다. 이에 따라, 메니스커스 렌즈(260)는 광을 반사시키는 경우 제2 면의 곡률에 따라 소정의 초점거리가 형성되도록 광을 굴절시킬 수 있다. 이 경우, 제1 접안렌즈(30)는 볼록 렌즈와 같이 소정의 초점거리를 갖는 렌즈로 구현될 필요가 없다. 즉, 제1 접안렌즈(30)는 평면 렌즈 또는 글라스(glass)로 형성될 수 있다.

도 10은 도 8에 도시된 표시 모듈 수납부의 광 변환 과정을 보여주는 흐름도이다.

이하에서는 도 9와 도 10을 결부하여 표시 모듈 수납부(20)의 광 변환 과정을 상세히 설명한다. 특히, 표시 모듈 수납부(20)의 광 변환 과정은 광의 편광 특성을 이용하는 것이므로, 이를 중심으로 살펴보기로 한다.

두 번째로, 표시 모듈(210)로부터 출력된 제1 선편광(↕)은 제1 λ/4 판(220)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제1 선편광(↕)은 제1 원편광(L)으로 변환된다. 도 2 및 도 3에서는 제1 원편광(L)이 좌원 편광인 것으로 설명하였다. 제1 λ/4 판(220)에 의해 변환된 제1 원편광(L)은 메니스커스 렌즈(260)로 향한다. (도 3의 S102)

세 번째로, 메니스커스 렌즈(260)는 광의 일부를 투과시키고, 광의 또 다른 일부를 반사시킬 수 있으므로, 제1 λ/4 판(220)에 의해 변환된 제1 원편광(L) 일부는 메니스커스 렌즈(260)를 통과한다. 메니스커스 렌즈(260)를 통과한 제1 원편광(L)은 제2 λ/4 판(240)로 향한다. (도 3의 S103)

네 번째로, 메니스커스 렌즈(260)를 통과한 제1 원편광(L)은 제2 λ/4 판(240)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제1 원편광(L)은 제2 선편광(↔)으로 변환된다. 도 2 및 도 3에서는 제2 선편광(↔)이 수평 방향(x축 방향 또는 z축 방향)으로 진동하는 수평 편광인 것으로 설명하였다. 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제2 선편광(↔)은 반사 편광판(250)으로 향한다. (도 3의 S104)

여섯 번째로, 반사 편광판(250)에 의해 반사된 제2 선편광(↔)은 제2 λ/4 판(240)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제2 선편광(↔)은 제2 원편광(R)으로 변환된다. 도 2 및 도 3에서는 제2 원편광(R)은 우원 편광인 것으로 설명하였다. 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제2 원편광(R)은 메니스커스 렌즈(260)로 향한다. (도 3의 S106)

일곱 번째로, 메니스커스 렌즈(260)는 광의 일부를 투과시키고, 광의 또 다른 일부를 반사시킬 수 있으므로, 제2 λ/4 판(220)에 의해 변환된 제2 원편광(R) 일부는 메니스커스 렌즈(260)에 의해 반사된다. 메니스커스 렌즈(260)에 의해 반사된 제2 원편광(R)은 제2 λ/4 판(240)로 향한다.

메니스커스 렌즈(260)는 도 9와 같이 광을 반사시키는 경우 제2 면의 곡률에 의해 광을 굴절시킬 수 있다. 이에 따라, 메니스커스 렌즈(260)는 광을 반사시키는 경우 제2 면의 곡률에 따라 소정의 초점거리가 형성되도록 광을 굴절시킬 수 있다. 이 경우, 제1 접안렌즈(30)는 볼록 렌즈와 같이 소정의 초점거리를 갖는 렌즈로 구현될 필요가 없다. 즉, 제1 접안렌즈(30)는 평면 렌즈 또는 글라스(glass)로 형성될 수 있다. (도 3의 S107)

여덟 번째로, 메니스커스 렌즈(260)에 의해 반사된 제2 원편광(R)은 제2 λ/4 판(240)에 의해 λ/4만큼 위상이 지연되므로, 제2 원편광(R)은 제1 선편광(↕)으로 변환된다. 제2 λ/4 판(240)에 의해 변환된 제1 선편광(↕)은 반사 편광판(250)로 향한다. (도 3의 S108)

표시 모듈(210)과 제2 λ/4 판(240) 사이의 거리를 "a"라 하고, 제2 λ/4 판(240)과 반사 편광판(250) 사이의 거리를 "b"라 하며, 반사 편광판(250)과 제1 접안렌즈(30) 사이의 거리를 "c"라 할 때, 표시 모듈(210)로부터 제1 접안렌즈(30)까지의 거리는 "a+b+c"에 해당하나, 표시 모듈(210)에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 메니스커스 렌즈(260)에 도달하기까지의 광 경로 길이는 "a+2b"에 해당할 수 있다. 이때, 표시 모듈(210)로부터 제1 접안렌즈(30)까지의 거리는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D2)로 정의될 수 있으며, 제2 λ/4 판(240)과 반사 편광판(250) 사이의 거리(b)는 반사 편광판(250)과 제1 접안렌즈(30) 사이의 거리(c)보다 길다. 즉, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D2)에 비해 표시 모듈(210)에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 메니스커스 렌즈(260)에 도달하기까지의 광 경로 길이를 길게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D2)를 줄이더라도, 표시 모듈(210)에 표시된 영상이 소정의 초점거리를 갖는 메니스커스 렌즈(260)에 도달하기까지의 광 경로 길이를 원래와 같이 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 표시 모듈 수납부(20)의 두께(D2)를 줄일 수 있으며, 이로 인해 헤드 장착형 디스플레이의 두께를 줄일 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 헤드 장착형 디스플레이 20: 표시 모듈 수납부
30: 제1 접안렌즈 40: 제2 접안렌즈
70: 안경테 다리 110: 표시패널
111: 하부 기판 112: 상부 기판
120: 게이트 구동부 130: 소스 드라이브 IC
140: 연성필름 150: 회로보드
160: 타이밍 콘트롤러 210: 표시 모듈
220: 제1 λ/4 판 230: 하프 미러
240: 제2 λ/4 판 250: 반사 편광판
260: 메니스커스 렌즈

Claims

접안렌즈; 및
상기 접안렌즈에 영상을 제공하는 표시 모듈 수납부를 구비하고,
상기 표시 모듈 수납부는,
영상을 표시하는 표시 모듈;
상기 표시 모듈과 상기 접안렌즈 사이에 배치되며, 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 제1 λ/4 판;
상기 제1 λ/4 판과 상기 접안렌즈 사이에 배치되며, 입사되는 광의 위상을 λ/4만큼 지연시키는 제2 λ/4 판;
상기 제2 λ/4 판과 상기 접안렌즈 사이에 배치되며, 제1 선편광을 통과시키고, 제1 선편광과 교차하는 제2 선편광을 반사하는 반사 편광판; 및
제1 λ/4 판 및 제2 λ/4 판 사이에 배치되는 반투과판을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 반투과판은 반투과 금속막을 포함하는 하프 미러인 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 2 항에 있어서,
상기 접안렌즈의 일면에는 상기 반사 편광판이 부착되고, 상기 접안렌즈의 타면은 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 반투과판은 상기 제1 λ/4 판 방향으로 볼록한 메니스커스 렌즈인 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 4 항에 있어서,
상기 메니스커스 렌즈는 상기 제1 λ/4 판과 마주보는 제1 면의 곡률과 상기 제2 λ/4 판과 마주보는 제2 면의 곡률이 동일한 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 4 항에 있어서,
상기 접안렌즈는 글라스 또는 평면 렌즈인 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 λ/4 판과 마주보는 상기 접안렌즈의 일면에는 상기 반사 편광판이 부착되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 표시 모듈은,
상기 영상을 표시하는 표시패널; 및
상기 표시패널의 상부 기판 상에 배치된 제1 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 8 항에 있어서,
상기 제1 편광판은 상기 제1 선편광을 통과시키는 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 9 항에 있어서,
상기 표시 모듈은 상기 표시패널의 하부 기판 상에 배치된 제2 편광판을 더 포함하고,
상기 제2 편광판은 상기 제2 선편광을 통과시키는 것을 특징으로 하는 헤드 장착형 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 반사 편광판과 상기 접안렌즈 사이에 배치되며, 상기 제1 선편광을 통과시키고, 상기 제2 선편광을 차단하는 편광판을 더 구비하는 헤드 장착형 디스플레이.