KR20200001863A

KR20200001863A - 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20200001863A
Application number: KR1020180074919A
Authority: KR
Inventors: 이창건; 김윤태; 성기영; 서원택; 이홍석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-07
Also published as: KR102664392B1; US11243396B2; CN110727107A; CN110727107B; US20200004018A1; EP3588167A1

Abstract

디스플레이 장치 및 이를 포함하는 전자기기에 관해 개시되어 있다. 개시된 디스플레이 장치는 제1 광학 결합기, 제2 광학 결합기, 제1 영상형성소자, 제2 영상형성소자 및 공유 광학계를 포함할 수 있다. 상기 공유 광학계는 상기 제1 영상형성소자와 제1 광학 결합기 사이 및 상기 제2 영상형성소자와 제2 광학 결합기 사이에 공유된 광경로를 제공할 수 있다. 상기 제1 영상형성소자는 상기 제2 광학 결합기 상에 배치되거나 상기 제2 광학 결합기에 가깝게 배치될 수 있고, 상기 제2 영상형성소자는 상기 제1 광학 결합기 상에 배치되거나 상기 제1 광학 결합기에 가깝게 배치될 수 있다. 상기 공유 광학계는 가변 광학 소자를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 장치{Display apparatus}

개시된 실시예들은 디스플레이 장치, 보다 상세하게는 다중영상을 디스플레이할 수 있는 광결합기 타입 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근, 가상 현실(virtual reality)(VR)을 구현할 수 있는 전자기기 및 디스플레이 장치가 개발되면서, 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 가상 현실(VR)의 다음 단계로 증강 현실(augmented reality)(AR) 및 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 실현할 수 있는 기술도 연구되고 있다.

증강 현실(AR)은, 완전 가상 세계를 전제로 하는 가상 현실(VR)과는 달리, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐(결합하여) 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시키는 디스플레이 기술이다. 가상 현실(VR)이 게임이나 가상 체험과 같은 분야에만 한정적으로 적용이 가능했다면, 증강 현실(AR)은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 증강 현실(AR)은 유비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(internet of things)(IoT) 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 증강 현실(AR)은 현실 세계와 부가 정보(가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실(MR)의 일례라 할 수 있다.

증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는 디스플레이 장치를 개발함에 있어서, 다양한 광학적 성능 개선/확보, 폼 팩터(form factor) 감소, 무게 감소, 편의성 개선, 설계 자유도 개선 등 다양한 요건들이 고려되어야 한다.

증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 디스플레이 장치(광결합기 타입 디스플레이 장치)를 제공한다.

작은 폼 팩터(form factor)를 가지면서도, 높은 설계 자유도를 갖고 우수한 광학적 성능을 용이하게 확보할 수 있는 디스플레이 장치(광결합기 타입 디스플레이 장치)를 제공한다.

가변 초점 등 가변 특성을 용이하게 구현할 수 있고, 시야각 등 광학 성능을 개선하는데 유리한 디스플레이 장치(광결합기 타입 디스플레이 장치)를 제공한다.

상기 디스플레이 장치를 포함하는 전자기기를 제공한다.

일 측면(aspect)에 따르면, 제1 광학 결합기; 상기 제1 광학 결합기와 이격된 제2 광학 결합기; 상기 제1 광학 결합기에 제1 영상을 제공하기 위한 제1 영상형성소자; 상기 제2 광학 결합기에 제2 영상을 제공하기 위한 제2 영상형성소자; 및 상기 제1 및 제2 광학 결합기와 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 배치된 공유 광학계;를 포함하고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 영상형성소자와 상기 제1 광학 결합기 사이 및 상기 제2 영상형성소자와 상기 제2 광학 결합기 사이에 공유된 광경로를 제공하는, 광결합기 타입 디스플레이 장치(optical combiner-type display apparatus)가 제공된다.

상기 제1 영상형성소자는 상기 제2 광학 결합기 상에 배치되거나 상기 제1 광학 결합기보다 상기 제2 광학 결합기에 가깝게 배치될 수 있고, 상기 제2 영상형성소자는 상기 제1 광학 결합기 상에 배치되거나 상기 제2 광학 결합기보다 상기 제1 광학 결합기에 가깝게 배치될 수 있으며, 상기 제1 영상은 상기 공유 광학계를 통해서 상기 제1 광학 결합기로 제공될 수 있고, 상기 제2 영상은 상기 공유 광학계를 통해서 상기 제2 광학 결합기로 제공될 수 있다.

상기 제1 영상형성소자와 상기 제1 광학 결합기 사이의 제1 광경로와 상기 제2 영상형성소자와 상기 제2 광학 결합기 사이의 제2 광경로는 상기 공유 광학계 내에서 상호 교차할 수 있다.

상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 광학 결합기 상에 이들을 연결하는 광학적 브리지(optical bridge) 형태로 배치될 수 있다.

상기 공유 광학계는 상기 제1 영상형성소자에서 제공되는 상기 제1 영상과 상기 제2 영상형성소자에서 제공되는 상기 제2 영상이 상기 공유 광학계를 통해서 광학적으로 동일한 과정 또는 실질적 동일한 과정을 겪도록 구성될 수 있다.

상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자에 대해서 대칭 구조 또는 실질적 대칭 구조를 가질 수 있다.

상기 공유 광학계는 굴절 광학 부재, 편광 광학 부재, 반사 광학 부재, 회절 광학 부재 및 가변 광학 부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 공유 광학계는 가변 광학 소자를 포함할 수 있다.

상기 가변 광학 소자는 상기 공유 광학계의 광학적 중심부에 위치할 수 있고, 상기 가변 광학 소자를 중심으로 상기 제1 영상형성소자와 상기 제2 영상형성소자는 광학적 대칭 관계를 이룰 수 있다.

상기 가변 광학 소자는 가변 초점 특성을 가질 수 있다.

상기 가변 광학 소자는 렌즈 타입의 가변 소자 및 미러 타입의 가변 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 중 적어도 하나의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 상기 가변 광학 소자의 광학적 특성을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 촬상소자를 더 포함할 수 있고, 상기 촬상소자의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 상기 가변 광학 소자의 광학적 특성을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 상기 가변 광학 소자의 특성을 시간에 따라 연속적 또는 비연속적으로 변조하도록 구성될 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는, 상기 공유 광학계 외부에 배치된 것으로, 상기 제1 광학 결합기 측에 배치된 제1 별도 광학계 및 상기 제2 광학 결합기 측에 배치된 제2 별도 광학계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 별도 광학계는 상기 제1 광학 결합기의 입사부 측 및 상기 제2 영상형성소자의 출사부 측 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 광학 부재를 포함할 수 있고, 상기 제2 별도 광학계는 상기 제2 광학 결합기의 입사부 측 및 상기 제1 영상형성소자의 출사부 측 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 광학 부재를 포함할 수 있다.

상기 제2 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 배치된 제1 반투과형 편광자(transflective polarizer); 및 상기 제1 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 배치된 제2 반투과형 편광자;가 더 구비될 수 있다.

상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(quarter wave film)를 포함할 수 있다.

상기 공유 광학계는 상기 제2 광학 결합기에 인접한 제1 반투과형 편광자 및 상기 제1 광학 결합기에 인접한 제2 반투과형 편광자를 포함할 수 있고, 상기 제1 반투과형 편광자 상에 상기 제1 영상형성소자가 배치될 수 있고, 상기 제2 반투과형 편광자 상에 상기 제2 영상형성소자가 배치될 수 있으며, 상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 상기 제1 반투과형 편광자와 상기 제1 영상형성소자 사이에 제1 선편광; 상기 제2 반투과형 편광자와 상기 제2 영상형성소자 사이에 제2 선편광자; 상기 공유 광학계와 상기 제1 광학 결합기 사이에 제1 미러; 및 상기 공유 광학계와 상기 제2 광학 결합기 사이에 제2 미러;를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF를 포함할 수 있다.

상기 공유 광학계는 상기 제2 광학 결합기에 인접한 제1 반투과형 편광자 및 상기 제1 광학 결합기에 인접한 제2 반투과형 편광자를 포함할 수 있고, 상기 제1 반투과형 편광자 상에 상기 제1 영상형성소자가 배치될 수 있고, 상기 제2 반투과형 편광자 상에 상기 제2 영상형성소자가 배치될 수 있으며, 상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 상기 제1 반투과형 편광자와 상기 제1 영상형성소자 사이에 제1 선편광자; 상기 제2 반투과형 편광자와 상기 제2 영상형성소자 사이에 제2 선편광자; 상기 제1 반투과형 편광자를 사이에 두고 제1 영상형성소자와 마주하고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재; 상기 제2 반투과형 편광자를 사이에 두고 제2 영상형성소자와 마주하고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재; 상기 공유 광학계와 상기 제1 광학 결합기 사이에 제1 미러; 및 상기 공유 광학계와 상기 제2 광학 결합기 사이에 제2 미러;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 광학 결합기와 제1 영상형성소자 사이에 제1 반투과형 편광자; 상기 제1 광학 결합기와 제2 영상형성소자 사이에 제2 반투과형 편광자; 상기 제1 반투과형 편광자와 제1 영상형성소자 사이에 제1 선편광자; 상기 제2 반투과형 편광자와 제2 영상형성소자 사이에 제2 선편광자; 상기 제2 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 공유 광학계와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재; 및 상기 제1 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 공유 광학계와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재;를 구비할 수 있다.

상기 제2 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 제1 반투과형 편광자; 상기 제1 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 제2 반투과형 편광자; 상기 제1 영상형성소자와 상기 제2 반투과형 편광자 사이에 제1 선편광자; 상기 제2 영상형성소자와 상기 제1 반투과형 편광자 사이에 제2 선편광자; 상기 제1 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 제1 광학 결합기와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재; 및 상기 제2 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 제2 광학 결합기와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재;를 구비할 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하도록 구성될 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus)일 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD) 장치일 수 있다.

상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이 장치일 수 있다.

상기 제1 및 제2 광학 결합기 중 하나는 사용자의 좌안에 대응될 수 있고, 다른 하나는 우안에 대응될 수 있다.

증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 우수한 성능의 디스플레이 장치(광결합기 타입 디스플레이 장치)를 구현할 수 있다. 작은 폼 팩터(form factor)를 가지면서도, 높은 설계 자유도를 갖고 우수한 광학적 성능을 용이하게 확보할 수 있는 광결합기 타입 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 가변 초점 등 가변 특성을 용이하게 구현할 수 있고, 시야각 등 광학 성능을 개선하는데 유리한 광결합기 타입 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 상기 디스플레이 장치를 포함하는 다양한 전자기기/광학기기를 구현할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치(optical combiner-type display apparatus)의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.
도 2는 비교예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 21은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 22는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 광학 결합기의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 광학 결합기의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 25 및 도 26은 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 보여주는 도면이다.

이하, 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치(광결합기 타입 디스플레이 장치) 및 이를 포함하는 전자기기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 일 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치(optical combiner-type display apparatus)의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 광결합기 타입 디스플레이 장치는 제1 광학 결합기(optical combiner)(이하, 제1 결합기)(10A), 제1 결합기(10A)와 이격된 제2 광학 결합기(이하, 제2 결합기)(10B), 제1 결합기(10A)에 제1 영상을 제공하기 위한 제1 영상형성소자(image forming device)(30A) 및 제2 결합기(10B)에 제2 영상을 제공하기 위한 제2 영상형성소자(30B)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 장치는 제1 및 제2 결합기(10A, 10B)와 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B) 사이에 배치된 공유 광학계(20)를 포함할 수 있다. 공유 광학계(20)는 제1 영상형성소자(30A)와 제1 결합기(10A) 사이 및 제2 영상형성소자(30B)와 제2 결합기(10B) 사이에 공유된 광경로를 제공할 수 있다.

제1 결합기(10A) 및 제2 결합기(10B)는 사용자의 양안에 각각 대응하도록 배치될 수 있다. 제1 결합기(10A)는 좌안에 대응하는 좌측 결합기일 수 있고, 제2 결합기(10B)는 우안에 대응하는 우측 결합기일 수 있다. 제1 결합기(10A)는 제1 영상형성소자(30A)로부터 제공되는 제1 영상을 사용자의 좌안에 제공하면서 이와 다른 경로로부터 다른 영상을 좌안에 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 결합기(10B)는 제2 영상형성소자(30B)로부터 제공되는 제2 영상을 사용자의 우안에 제공하면서 이와 다른 경로로부터 다른 영상을 우안에 제공할 수 있다.

제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)는, 예컨대, LED(light emitting diode) 디스플레이 소자나 OLED(organic LED) 디스플레이 소자를 포함할 수 있다. 영상형성소자(30A, 30B)를 이용해서 구현하는 영상은 3D(three-dimensional) 영상이거나 2D(two-dimensional) 영상일 수 있고, 여기서, 상기 3D 영상은 홀로그램(hologram) 영상, 스테레오(stereo) 영상, 라이트 필드(light field) 영상, IP(integral photography) 영상 등일 수 있다. 영상형성소자(30A, 30B)는 일종의 디스플레이(display) 소자 또는 마이크로-디스플레이(micro-display) 소자라고 할 수 있다. 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)는 공간 광변조기(spatial light modulator)(SLM)를 포함할 수 있다. 상기 공간 광변조기(SLM)는 투과형 광변조기 또는 반사형 광변조기이거나, 반투과형 광변조기일 수도 있다. 구체적인 예로, 공간 광변조기(SLM)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 패널, LCD(liquid crystal display) 패널, DLP(digital light projection) 패널 등을 포함할 수 있다. 여기서, DLP 패널은 DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)의 구성은 전술한 바에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다.

제1 영상형성소자(30A)는 제2 결합기(10B) 상에 배치되거나 제1 결합기(10A)보다 제2 결합기(10B)에 가깝게 배치될 수 있다. 제2 영상형성소자(30B)는 제1 결합기(10A) 상에 배치되거나 제2 결합기(10B)보다 제1 결합기(10A)에 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)는 제1 및 제2 결합기(10A, 10B)에 대해서 '교차 배열'될 수 있다. 제1 영상형성소자(30A)로부터 제1 영상은 공유 광학계(20)를 통해서 제1 결합기(10A)로 제공될 수 있고, 제2 영상형성소자(30B)로부터 제2 영상은 공유 광학계(20)를 통해서 제2 결합기(10B)로 제공될 수 있으며, 제1 영상형성소자(30A)와 제1 결합기(10A) 사이의 제1 광경로와 제2 영상형성소자(30B)와 제2 결합기(10B) 사이의 제2 광경로는 공유 광학계(20) 내에서 상호 교차할 수 있다.

공유 광학계(20)는 제1 영상형성소자(30A)에서 제공되는 제1 영상과 제2 영상형성소자(30B)에서 제공되는 제2 영상이 공유 광학계(20)를 통해서 광학적으로 동일한 과정 또는 실질적 동일한 과정을 겪도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 공유 광학계(20)는 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)에 대해서 대칭 구조(광학적인 대칭 구조) 또는 실질적 대칭 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)로부터 출발한 영상이 동일한 광학 특성을 가질 수 있다. 공유 광학계(20)는 굴절 광학 부재, 편광 광학 부재, 반사 광학 부재, 회절 광학 부재 및 가변 광학 부재(가변 광학 소자) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공유 광학계(20)가 가변 광학 소자(variable optical device)를 포함하는 경우, 상기 가변 광학 소자는 공유 광학계(20)의 광학적 중심부에 위치할 수 있다. 상기 가변 광학 소자를 중심으로 제1 영상형성소자(30A)와 제2 영상형성소자(30B)는 광학적 대칭 관계를 이룰 수 있다. 이에 대해서는 추후에 보다 상세히 설명한다.

도 2는 비교예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 비교예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치는 제1 결합기(1A)와 이에 대응하는 제1 영상형성소자(3A) 및 이들 사이에 배치된 제1 광학계(2A)를 포함하고, 제2 결합기(1B)와 이에 대응하는 제2 영상형성소자(3B) 및 이들 사이에 배치된 제2 광학계(2B)를 포함한다. 사용자의 양안에 각각 독립적인 영상형성소자(3A, 3B)와 독립적인 광학계(2A, 2B)가 결합되어 양안에 대해 영상을 각각 표현한다.

비교예의 기술에서는 기본적으로 단안에 대해 설계가 각각 진행되기 때문에, 양안에 대한 시스템을 만들어주기 위해서는, 단안에 대한 광학 시스템이 한 쌍을 이룬다. 따라서, 대칭되는 광학 시스템이 한 쌍으로 들어가야 하고, 광학 소자의 개수가 단안 시스템에 비하여 두 배가 된다. 그뿐 아니라, 가변 초점 혹은 광시야각 등의 광학 성능을 확보하기 위해서는, 특수한 광학 소자들이 두 개씩 추가되어야 하고, 광학 소자 개수가 늘어나면 폼 팩터(form factor)와 무게가 배가된다.

그러나 도 1과 같은 실시예에 따른 디스플레이 장치의 경우, 양안의 시스템에 대하여 광학 소자(들)을 공유할 수 있는 광경로를 확보할 수 있기 때문에, 폼 팩터(form factor)와 무게를 감소시키면서 다양한 광학 성능을 향상시키는데 유리할 수 있다. 공유된 광경로 상에 위치한 광학 소자(들)을 공통적으로 이용할 수 있어서, 단안에 독립적으로 광학계를 구성하는 경우에 비하여 광학 소자의 개수를 줄일 수 있고, 아울러, 공유된 광경로가 충분히 길 수 있기 때문에, 설계 자유도가 개선되고, 광학 성능 향상에 유리하며, 특수 광학 소자의 적용도 용이할 수 있다.

도 3은 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예는 디스플레이 장치가 공유 광학계(25) 내에 가변 광학 소자(22)를 포함하는 경우를 보여준다. 가변 광학 소자(22)는 공유 광학계(25)의 광학적 중심부에 위치할 수 있다. 가변 광학 소자(22)는 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)에 의해 공유된 소자이다. 가변 광학 소자(22)는, 예컨대, 가변 초점 특성을 가질 수 있다. 다시 말해, 가변 광학 소자(22)는 다중 초점 특성을 가질 수 있다. 가변 광학 소자(22)의 광학적 특성(곡률, 초점, 광밀도 등)은 전기적, 기계적 혹은 광학적으로 변조될 수 있다.

본 실시예에서 공유 광학계(25)는 가변 광학 소자(22)의 일측에 배치된 제1 고정 광학 부재(21) 및 가변 광학 소자(22)의 타측에 배치된 제2 고정 광학 부재(23)를 더 포함할 수 있다. 제1 고정 광학 부재(21) 및 제2 고정 광학 부재(23)는 고정된 광학적 특성을 갖는 소자일 수 있다. 이들(21, 23)은 가변 광학 소자(22)에 대하여 대칭적인 구조(광학적 대칭 구조)를 이룰 수 있다. 제1 및 제2 고정 광학 부재(21, 23)를 구비시키는 것은 선택적인(optional) 것이다.

도 2와 같은 비교예에서, 양안에 대하여 가변 초점(다중 초점) 특성을 구현하기 위해서는 가변 광학 소자가 양쪽에 요구되어 크기와 복잡도가 증가하게 된다. 이와 달리, 도 3과 같이 공유 광학계(25)의 광학적 중심부에 가변 광학 소자(22)를 위치시키고, 이를 중심으로 양쪽으로 대칭된 광학 구조를 가지게 하면 하나의 가변 광학 소자(22)가 공유되어 양안에 가변 초점(다중 초점) 특성을 구현하는 것이 가능하다.

부가해서, 가변 광학 소자(22)의 광학적 특성은 시간에 따라 연속적 또는 비연속적으로 변조할 수 있다. 가변 광학 소자(22)의 광학적 특성은 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B) 중 적어도 하나의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 제어할 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)의 신호 피드백(feedback)에 따라서 가변 광학 소자(22)의 광학적 특성을 변조할 수 있다. 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)로부터 제공되는 영상의 특성에 따라서, 가변 광학 소자(22)의 광학적 특성을 실시간으로 변조할 수 있다.

도 1 및 도 3의 실시예들에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 결합기(10A, 10B) 중 하나는 사용자의 좌안에, 다른 하나는 우안에 대응될 수 있고, 제1 및 제2 결합기(10A, 10B)를 통해서 사용자가 마주하는 전경의 이미지(즉, 현실 세계의 영상)를 보면서 동시에 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)로부터 제공되는 가상의 영상(디스플레이 영상)(즉, 가상 현실 또는 가상 정보)을 볼 수 있다. 실시예들에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치는 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus)일 수 있다. 제1 및 제2 결합기(10A, 10B)는 투시형 광학계일 수 있고 제1 및 제2 영상형성소자(30A, 30B)로부터 제공되는 가상의 영상을 사용자의 양안에 제공할 수 있다. 실시예들에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD) 장치일 수 있다. 실시예들에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이 장치일 수 있다.

실시예에 따르면, 작은 폼 팩터(form factor)를 가지면서도 우수한 광학적 성능을 용이하게 확보할 수 있는 광결합기 타입 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 공유된 광경로가 충분히 길 수 있기 때문에, 설계 자유도가 개선되고, 광학 성능 향상에 유리할 수 있다. 가변 초점 등 가변 특성을 용이하게 구현할 수 있고, 시야각(field of view) 및 시역(eyebox)의 확장 및 깊이 표현 개선 등 다양한 광학 성능을 개선하는데 유리한 광결합기 타입 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 아울러, 가상 영상과 실제 세계의 영상 사이의 정합 특성 및 시각적 편안함이 개선될 수 있고, 실감 있는 3차원 영상을 표현할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치의 사이즈(부피)를 줄일 수 있고, 착용 편의성을 개선할 수 있으며, 다양한 디자인을 구현할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 광결합기 타입 디스플레이 장치는 서로 이격된 제1 및 제2 결합기(C10, C20)를 포함할 수 있고, 제1 결합기(C10)에 제1 영상을 제공하기 위한 제1 영상형성소자(D10) 및 제2 결합기(C20)에 제2 영상을 제공하기 위한 제2 영상형성소자(D20)를 포함할 수 있다. 제1 영상형성소자(D10)는 제2 결합기(C20) 상에 배치되거나 제1 결합기(C10)보다 제2 결합기(C20)에 가깝게 배치될 수 있다. 제2 영상형성소자(D20)는 제1 결합기(C10) 상에 배치되거나 제2 결합기(C20)보다 제1 결합기(C10)에 가깝게 배치될 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 제1 및 제2 결합기(C10, C20)와 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20) 사이에 배치된 공유 광학계(S10)를 포함할 수 있다. 공유 광학계(S10)는 제1 및 제2 결합기(C10, C20) 상에 이들을 연결하는 광학적 브리지(optical bridge) 형태로 배치될 수 있다. 공유 광학계(S10)는 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20)에 대해서 대칭 구조 또는 실질적 대칭 구조를 가질 수 있다. 구체적인 예로, 공유 광학계(S10)는 제1 렌즈부(L10)와 제2 렌즈부(L20) 및 이들 사이에 제3 렌즈부(L30)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈부(L10)는 제1 결합기(C10) 상에 혹은 그와 인접하게 배치될 수 있고, 제2 렌즈부(L20)는 제2 결합기(C20) 상에 혹은 그와 인접하게 배치될 수 있으며, 제3 렌즈부(L30)는 공유 광학계(S10)의 중심부 또는 광학적 중심부에 위치할 수 있다. 제3 렌즈부(L30)는 릴레이(relay) 렌즈계일 수 있다. 제1 내지 제3 렌즈부(L10, L20, L30) 각각의 형상이나 렌즈 매수(개수)는 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다.

본 실시예의 디스플레이 장치는 제2 영상형성소자(D20)와 공유 광학계(S10) 사이에 배치된 제1 반투과형 편광자(transflective polarizer)(TR10) 및 제1 영상형성소자(D10)와 공유 광학계(S10) 사이에 배치된 제2 반투과형 편광자(TR20)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR10, TR20)는, 예컨대, WGP(wire grid polarizer)일 수 있다. 본 실시예에서 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR10, TR20)는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR10, TR20)는 공유 광학계(S10)에 포함된 것으로 여길 수도 있다.

제1 영상형성소자(D10)로부터 생성된 제1 영상은 제2 반투과형 편광자(TR20)를 투과하여, 공유 광학계(S10)를 거쳐, 제1 반투과형 편광자(TR10)에 의해 반사되어 제1 결합기(C10)로 입력될 수 있다. 제2 영상형성소자(D20)로부터 생성된 제2 영상은 제1 반투과형 편광자(TR10)를 투과하여, 공유 광학계(S10)를 거쳐, 제2 반투과형 편광자(TR20)에 의해 반사되어 제2 결합기(C20)로 입력될 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR10, TR20) 각각에 의해 반사 또는 투과되는 광의 편광 방향이 제어될 수 있다.

공유 광학계(S10)를 양안의 영상이 공유하기 때문에, 독립적으로 광학계를 구성하는 것에 비하여 효과적인 광학 설계가 가능하다. 또한, 한쪽의 디스플레이 영상이 반대쪽 결합기로 들어가기 때문에, 긴 광경로를 확보할 수 있어, 광학 성능 향상을 위한 광학 부재의 추가 측면 및 시야각 확대, 시역(eyebox)(field of vision) 확대, 깊이 표현 등의 측면에서 유리하다. 이때, 반대쪽 결합기로 영상을 입사시켜주기 위해, 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR10, TR20)는 서로 다른 편광의 광을 반사하도록 구성될 수 있다.

도 5는 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 공유 광학계(S20)는 공유된 광경로의 광학적 중심부에 가변 광학 소자(V30)를 포함할 수 있다. 가변 광학 소자(V30)는 가변 초점(다중 초점) 특성을 가질 수 있고, 렌즈 타입의 가변 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가변 광학 소자(V30)의 굴절력은 전기적, 기계적 혹은 광학적인 방식으로 변조될 수 있고, 가변 광학 소자(V30)의 곡률반경(r)은 0보다 크거나 작거나 무한대가 될 수 있다. 가변 광학 소자(V30)의 광학적 특성(곡률, 초점, 광밀도 등)은 연속적 혹은 불연속적으로(즉, discrete 하게) 변화될 수 있다.

가변 광학 소자(V30)가 공유 광학계(S20)의 중심에 위치하고, 이를 중심으로 광학계(S20)가 대칭되도록 설계된 경우, 가변 광학 소자(V30)의 변조에 의한 효과를 양쪽의 디스플레이 영상이 동일하게 겪게 된다. 따라서, 가변 광학 소자(V30)의 변조에 의하여 디스플레이 영상의 광경로가 변화되고, 광학 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 가변 광학 소자(V30)의 곡률이 변화하여 초점거리가 변하게 되면, 디스플레이의 허상이 맺히는 깊이가 변하기 때문에, 다중 초점 특성을 구현할 수 있다. 가변 광학 소자(V30)의 광학적 특성은 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20) 중 적어도 하나의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 제어할 수 있다. 또는, 가변 광학 소자(V30)의 광학적 특성은 별도로 구비된 촬상소자(미도시)의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 제어할 수도 있다.

도 6은 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 공유 광학계(S30)는 그의 광학적 중심부에 가변 광학 소자(V35)를 포함할 수 있다. 가변 광학 소자(V35)는 미러(mirror) 타입의 가변 소자를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 가변 광학 소자(V35)는 제1 미러(M1)와 이와 대향하는 제2 미러(M2) 및 이들 사이에 배치된 반투과형 부재(TR1)를 포함할 수 있다. 제1 미러(M1)는 평판형일 수 있고, 제2 미러(M2)는 광집속을 위한 오목한 형태를 가질 수 있다. 제1 미러(M1)와 제2 미러(M2) 사이의 상대적인 위치 관계를 변화시키는 등의 방법으로 가변 광학 소자(V35)의 특성을 변조할 수 있다. 미러 타입의 가변 광학 소자(V35)를 이용할 경우, 가변 광학 소자(V35)의 중심부는 공유 광학계(S30)의 물리적 센터 라인으로부터 일정 거리만큼 시프트(shift)된 라인에 위치할 수 있다. 이는 좌우 영상의 광경로의 차이를 보상하기 위한 것으로, 이를 통해, 가변 광학 소자(V35)는 공유 광학계(S30)의 광학적 중심부에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20)는 가변 광학 소자(V35)를 중심으로 광학적 대칭 상태가 될 수 있다. 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20)는 가변 광학 소자(V35)에 대해 구조적으로는 비대칭적인 구조를 갖지만, 광학적으로는 대칭 상태일 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 가변 광학 소자(V30, V35)의 구성은 예시적인 것이고, 본원의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 그 밖에 다양한 구성을 갖는 가변 광학 소자가 공유 광학계(S20, S30)에 적용될 수 있다.

도 7은 다른 실시예에 따른 광결합기 타입 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예는 도 4의 구성에서 변형된 것이다. 본 실시예에서 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR11, TR21)는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S10a)는 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20) 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(quarter wave film)(W11, W21)를 포함할 수 있다. 제1 QWF(W11)와 제2 QWF(W21) 사이에 제3 렌즈부(L30)가 배치될 수 있다. QWF는 위상지연막(retardation film)일 수 있고, 한 쌍의 QWF(W11, W21)를 이용해서, 90°만큼 편광을 회전할 수 있다.

양쪽의 반투과형 편광자(TR11, TR21)가 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성된 경우, 공유 광학계(S10a) 내부에 한 쌍의 QWF(W11, W21)를 대칭적으로 삽입하여, 영상의 편광을 회전시켜 반대쪽 반투과형 편광자(TR11, TR21)에서 반사되어 결합기(C10, C20)로 입사하도록 만들 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치의 광학 요소들이 광학적으로 대칭되기 때문에, 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 8은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 디스플레이 장치는 제1 및 제2 결합기(C10, C20)의 중심을 연결하는 선에 대해 평행하게 배치된 제1 및 제2 영상형성소자(D12, D22)를 포함할 수 있고, 제1 영상형성소자(D12)는 제2 결합기(C20)에 인접하게, 제2 영상형성소자(D22)는 제1 결합기(C10)에 인접하게 배치될 수 있다. 디스플레이 장치는 공유 광학계(S12)를 더 포함할 수 있고, 공유 광학계(S12)는 제2 결합기(C20)에 인접한 제1 반투과형 편광자(TR12) 및 제1 결합기(C10)에 인접한 제2 반투과형 편광자(TR22)를 포함할 수 있다. 제1 반투과형 편광자(TR12) 상에 제1 영상형성소자(D12)가 배치될 수 있고, 제2 반투과형 편광자(TR22) 상에 제2 영상형성소자(D22)가 배치될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 제1 반투과형 편광자(TR12)와 제1 영상형성소자(D12) 사이에 제1 선편광자(linear polarizer)(P12), 제2 반투과형 편광자(TR22)와 제2 영상형성소자(D22) 사이에 제2 선편광자(P22), 공유 광학계(S12)와 제1 결합기(C10) 사이에 제1 미러(MR12) 및 공유 광학계(S12)와 제2 결합기(C20) 사이에 제2 미러(MR22)를 더 포함할 수 있다. 제1 미러(MR12) 및 제2 미러(MR22)는 단순 미러(simple mirror)일 수 있다. 공유 광학계(S12)는 제1 렌즈부(L12), 제2 렌즈부(L22) 및 제3 렌즈부(L32)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 디스플레이 장치는 제1 및 제2 영상형성소자(D12, D22)가 결합기들(C10, C20) 상에 수평 방향으로 위치하고, 제1 및 제2 영상형성소자(D12, D22)로부터 영상이 공유 광학계(S12)를 지나 반대편 결합기(C10, C20)로 입사하는 구조일 수 있다. 이때, 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR12, TR22)는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 선편광자(P12, P22)는 서로 다른 방향으로 광을 편광시키도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 영상형성소자(D12, D22)가 결합기들(C10, C20) 상에 수평 방향으로 위치하므로, 수직 방향으로 배열하는 형태에 비하여 디스플레이 장치의 가로 방향의 폭이 감소할 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예는 도 8의 구성에서 변형된 것이다. 본 실시예에서 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR13, TR23)는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S12a)는 제1 및 제2 영상형성소자(D12, D22) 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(W13, W23)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 QWF(W13, W23)에 의해, 이들을 통과하는 광의 편광이 90°만큼 회전할 수 있다. 제1 및 제2 선편광자(P13, P23)는 광을 동일한 방향으로 편광시키도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 광학 요소들이 광학적으로 대칭되기 때문에, 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 10은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 10을 참조하면, 디스플레이 장치는 제1 및 제2 결합기(C10, C20) 상에 구비된 제1 및 제2 영상형성소자(D14, D24)를 포함할 수 있다. 공유 광학계(S14)는 제2 결합기(C20)에 인접한 제1 반투과형 편광자(TR14) 및 제1 결합기(C10)에 인접한 제2 반투과형 편광자(TR24)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR14, TR24)의 배치 방향은 도 8의 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR12, TR22)와 다를 수 있다. 디스플레이 장치는 제1 반투과형 편광자(TR14)와 제1 영상형성소자(D14) 사이에 제1 선편광자(P14), 제2 반투과형 편광자(TR24)와 제2 영상형성소자(D24) 사이에 제2 선편광자(P24), 제1 반투과형 편광자(TR14)를 사이에 두고 제1 영상형성소자(D14)와 마주하고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재(M14 + W14) 및 제2 반투과형 편광자(TR24)를 사이에 두고 제2 영상형성소자(D24)와 마주하고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재(M24 + W24)를 포함할 수 있다. 상기 제1 반사 부재(M14 + W14)는 제1 반사경(M14) 및 제1 QWF(W14)를 포함할 수 있고, 광이 제1 QWF(W14)를 두 번 통과하면서 편광 회전이 발생할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 제2 반사 부재(M24 + W24)는 제2 반사경(M24) 및 제2 QWF(W24)를 포함할 수 있고, 광이 제2 QWF(W24)를 두 번 통과하면서 편광 회전이 발생할 수 있다. 제1 및 제2 반사경(M14, M24)은 집속 미러 부재일 수 있고, 오목 미러 형태를 가질 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR14, TR24)는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있고, 제1 및 제2 선편광자(P14, P24)는 서로 다른 방향으로 광을 편광시키도록 구성될 수 있다. 디스플레이 장치는 공유 광학계(S14)와 제1 결합기(C10) 사이에 제1 미러(MR14) 및 공유 광학계(S14)와 제2 결합기(C20) 사이에 제2 미러(MR24)를 더 포함할 수 있고, 제1 및 제2 미러(MR14, MR24)는 단순 미러일 수 있다. 공유 광학계(S14)는 제1 렌즈부(L14), 제2 렌즈부(L24) 및 제3 렌즈부(L34)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 디스플레이 장치는 제1 및 제2 영상형성소자(D14, D24)가 결합기들(C10, C20) 상에 수평 방향으로 위치하고, 공유된 광경로를 더욱 증가시키기 위해 편광 회전을 일으키는 제1 반사 부재(M14 + W14) 및 제2 반사 부재(M24 + W24)를 삽입함으로써, 광학 성능을 개선할 수 있다.

도 11은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 실시예는 도 10의 구성에서 변형된 것이다. 본 실시예에서 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR15, TR25)는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S14a)는 제1 및 제2 영상형성소자(D14, D24) 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(W35, W45)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 QWF(W35, W45)는 제3 QWF(W35) 및 제4 QWF(W45)라 할 수 있다. 제1 및 제2 선편광자(P15, P25)는 광을 동일한 방향으로 편광시키도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 광학 요소들이 광학적으로 대칭되기 때문에, 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 12는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 12를 참조하면, 디스플레이 장치는 제1 및 제2 결합기(C10, C20) 상에 구비된 제1 및 제2 영상형성소자(D16, D26)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치는 제2 결합기(C20)와 제1 영상형성소자(D16) 사이에 제1 반투과형 편광자(TR16), 제1 결합기(C10)와 제2 영상형성소자(D26) 사이에 제2 반투과형 편광자(TR26), 제1 반투과형 편광자(TR16)와 제1 영상형성소자(D16) 사이에 제1 선편광자(P16), 제2 반투과형 편광자(TR26)와 제2 영상형성소자(D26) 사이에 제2 선편광자(P26), 제2 반투과형 편광자(TR26)를 사이에 두고 공유 광학계(S16)와 마주하도록 배치되고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재(M16 + W16) 및 제1 반투과형 편광자(TR16)를 사이에 두고 공유 광학계(S16)와 마주하도록 배치되고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재(M26 + W26)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 반사 부재(M16 + W16)는 제1 반사경(M16) 및 제1 QWF(W16)를 포함할 수 있고, 상기 제2 반사 부재(M26 + W26)는 제2 반사경(M26) 및 제2 QWF(W26)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR16, TR26)는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있고, 제1 및 제2 선편광자(P16, P26)는 서로 다른 방향으로 광을 편광시키도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S16)는 제1 렌즈부(L16), 제2 렌즈부(L26) 및 제3 렌즈부(L36)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR16, TR26)는 공유 광학계(S16)에 포함된 것으로 여길 수 있고, 또한, 경우에 따라서는, 제1 반사 부재(M16 + W16)와 제2 반사 부재(M26 + W26)도 공유 광학계(S16)에 포함된 것으로 여길 수 있다.

본 실시예의 디스플레이 장치는 제1 및 제2 영상형성소자(D16, D26)가 결합기들(C10, C20) 상에 수평 방향으로 위치하고, 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR16, TR26)에 의해 반사된 영상이 반대편의 반사 부재(M16 + W16 or M26 + W26)에 의해 편광 회전을 겪고, 결합기(C10, C20)로 들어가는 구조이다. 본 실시예에 따르면, 공유된 광경로가 길게 확보될 수 있다.

도 13은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예는 도 12의 구성에서 변형된 것이다. 본 실시예에서 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR17, TR27)는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S16a)는 제1 및 제2 영상형성소자(D16, D26) 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(W37, W47)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 QWF(W37, W47)는 제3 QWF(W37) 및 제4 QWF(W47)라 할 수 있다. 제1 및 제2 선편광자(P17, P27)는 광을 동일한 방향으로 편광시키도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 광학 요소들이 광학적으로 대칭되기 때문에, 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 14는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 14를 참조하면, 디스플레이 장치는 제1 및 제2 결합기(C10, C20) 상에 수직하게 배치된 제1 및 제2 영상형성소자(D18, D28)를 포함할 수 있다. 제1 영상형성소자(D18)는 제2 결합기(C20) 상에, 제2 영상형성소자(D28)는 제1 결합기(C10) 상에 배치될 수 있다. 디스플레이 장치는 제2 영상형성소자(D28)와 공유 광학계(S18) 사이에 제1 반투과형 편광자(TR18), 제1 영상형성소자(D18)와 공유 광학계(S18) 사이에 제2 반투과형 편광자(TR28), 제1 영상형성소자(D18)와 제2 반투과형 편광자(TR28) 사이에 제1 선편광자(P18), 제2 영상형성소자(D28)와 제1 반투과형 편광자(TR18) 사이에 제2 선편광자(P28), 제1 반투과형 편광자(TR18)를 사이에 두고 제1 결합기(C10)와 마주하도록 배치되고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재(M18 + W18) 및 제2 반투과형 편광자(TR28)를 사이에 두고 제2 결합기(C20)와 마주하도록 배치되고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재(M28 + W28)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 반사 부재(M18 + W18)는 제1 반사경(M18) 및 제1 QWF(W18)를 포함할 수 있고, 상기 제2 반사 부재(M28 + W28)는 제2 반사경(M28) 및 제2 QWF(W28)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR18, TR28)는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있고, 제1 및 제2 선편광자(P18, P28)는 서로 다른 방향으로 광을 편광시키도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S18)는 제1 렌즈부(L18), 제2 렌즈부(L28) 및 제3 렌즈부(L38)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR18, TR28)는 공유 광학계(S18)에 포함된 것으로 여길 수 있고, 또한, 경우에 따라서는, 제1 반사 부재(M18 + W18)와 제2 반사 부재(M28 + W28)도 공유 광학계(S18)에 포함된 것으로 여길 수 있다.

본 실시예의 디스플레이 장치는 제1 및 제2 영상형성소자(D18, D28)가 결합기들(C10, C20) 상에 수직 방향으로 위치하고, 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR18, TR28)에 의해 반사된 영상이 반사 부재(M18 + W18 or M28 + W28)에 의해 편광 회전을 겪고, 결합기(C10 or C20)로 들어가는 구조이다. 본 실시예에 따르면, 공유된 광경로가 길게 확보될 수 있다.

도 15는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 실시예는 도 14의 구성에서 변형된 것이다. 본 실시예에서 제1 및 제2 반투과형 편광자(TR19, TR29)는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 공유 광학계(S18a)는 제1 및 제2 영상형성소자(D18, D28) 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(W39, W49)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 선편광자(P19, P29)는 광을 동일한 방향으로 편광시키도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 광학 요소들이 광학적으로 대칭되기 때문에, 균일도를 향상시킬 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 디스플레이 장치는 공유 광학계 외부에 배치된 적어도 하나의 독립 광학계(별도 광학계)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 장치는 제1 결합기(C10) 측에 배치된 제1 별도 광학계 및 제2 결합기(C20) 측에 배치된 제2 별도 광학계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 별도 광학계는 제1 결합기(C10)의 입사부 측 및 제2 영상형성소자(D20)의 출사부 측 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 광학 부재를 포함할 수 있다. 상기 제2 별도 광학계는 제2 결합기(C20)의 입사부 측 및 제1 영상형성소자(D10)의 출사부 측 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 광학 부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 별도 광학계를 적용한 예가 도 16 내지 도 21에 도시되어 있다.

도 16 내지 도 21은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 제1 결합기(C10)의 입사부 측에 제1 추가 광학 부재(L40)가 더 구비될 수 있고, 제2 결합기(C20)의 입사부 측에 제2 추가 광학 부재(L50)가 더 구비될 수 있다. 도 16은 도 4에서 변형된 것이고, 도 17은 도 7에서 변형된 것이다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 제2 영상형성소자(D20)의 출사부 측에 제3 추가 광학 부재(L60)가 더 구비될 수 있고, 제1 영상형성소자(D10)의 출사부 측에 제4 추가 광학 부재(L70)가 더 구비될 수 있다. 도 18은 도 4에서 변형된 것이고, 도 19는 도 7에서 변형된 것이다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 제1 결합기(C10) 측에 제1 추가 광학 부재(L40) 및 제3 추가 광학 부재(L60)가 더 구비될 수 있고, 제2 결합기(C20) 측에 제2 추가 광학 부재(L50) 및 제4 추가 광학 부재(L70)가 더 구비될 수 있다.

도 16 내지 도 21의 실시예에서와 같이, 제1 및 제2 결합기(C10, C20) 측에 적어도 하나의 독립적인 광학 부재를 구비시킴으로써, 디스플레이 장치의 광학 성능을 더욱 개선할 수 있다.

도시하지는 않았지만, 도 7 내지 도 21의 실시예에서 공유 광학계 내에 도 5 및 도 6 등을 참조하여 설명한 가변 광학 소자를 적용할 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 21의 실시예에서 제1 및 제2 영상형성소자, 예컨대, 도 4의 제1 및 제2 영상형성소자(D10, D20)는 실제 영상형성소자일 수 있지만, 경우에 따라서는, 가상(virtual or imaged) 영상형성소자일 수도 있다. 상기 가상 영상형성소자는 실제 영상형성소자에 의해 형성되는 가상 이미지(virtual image)일 수 있다. 제1 영상형성소자(D10)가 제1 가상 영상형성소자이고, 제2 영상형성소자(D20)가 제2 가상 영상형성소자인 경우, 상기 제1 가상 영상형성소자에 인접한 제1 실제 영상형성소사가 더 구비될 수 있고, 제2 가상 영상형성소자에 인접한 제2 실제 영상형성소자가 더 구비될 수 있다. 그 밖에도, 도 4 내지 도 21의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성은 다양하게 변화될 수 있다.

도 22는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 22를 참조하면, 디스플레이 장치는 제1 결합기(C100), 제2 결합기(C200), 제1 영상형성소자(D100), 제2 영상형성소자(D200) 및 공유 광학계(S100)를 포함할 수 있다. 제1 영상형성소자(D100)는 제2 결합기(C200) 상에 배치되거나 이에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 영상형성소자(D200)는 제1 결합기(C100) 상에 배치되거나 이와 인접하게 배치될 수 있다. 공유 광학계(S100)는 제1 영상형성소자(D100)와 제2 영상형성소자(D200) 사이에 구비될 수 있고, 제1 및 제2 결합기(C100, C200) 상에 이들을 연결하는 광학적 브리지(optical bridge) 형태로 배치될 수 있다.

디스플레이 장치는 적어도 하나의 촬상소자(A1, A2)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 촬상소자(A1)는 제1 결합기(C100) 내에 혹은 이와 인접하게 배치될 수 있고, 제2 촬상소자(A2)는 제2 결합기(C200) 내에 혹은 이와 인접하게 배치될 수 있다. 촬상소자(A1, A2)는 사용자의 눈을 추적하기 위한 카메라 소자일 수 있다. 사용자의 눈을 추적하여 그에 따라, 디스플레이 영상을 제어할 수 있다. 공유 광학계(S100)가 가변 광학 소자를 포함하는 경우, 제1 및 제2 촬상소자(A1, A2) 중 적어도 하나의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 상기 가변 광학 소자의 광학적 특성을 제어할 수 있다. 제1 및 제2 촬상소자(A1, A2) 중 어느 하나는 구비되지 않을 수도 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 촬상소자(A1, A2) 중 어느 하나만 사용할 수도 있다. 또한, 사용자의 눈을 추적하기 위한 촬상소자(A1, A2)를 사용하는 대신에, 다른 용도의 외부 카메라 소자를 사용할 수도 있고, 상기 외부 카메라 소자의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 상기 가변 광학 소자의 광학적 특성을 제어할 수도 있다.

도 23은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 광학 결합기의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 23을 참조하면, 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 광학 결합기(이하, 결합기)(11)는 반투과막(transflective film)(5)을 포함할 수 있다. 반투과막(5)은 WGP(wire grid polarizer), 빔스플리터(beam splitter), 편광 빔스플리터(polarization beam splitter) 또는 반투과 기능을 갖는 유리나 플라스틱 등일 수 있다. 반투과막(5)의 경사 각도는 예시적인 것이고 달라질 수 있다.

결합기(11)는 복수의 경로에 따른 복수의 영상을 사용자의 시각 기관(ocular organ)(1), 즉, 눈(eye)(1)으로 전달하는 역할을 할 수 있다. 참조번호 2는 동공(pupil)을 나타낸다. 결합기(11)는 복수의 경로에 따른 복수의 영상을 사용자의 동공(5)으로 전달할 수 있다. 예컨대, 제1 경로의 광(L1)에 의한 제1 영상과 제2 경로의 광(L2)에 의한 제2 영상을 사용자의 시각 기관(1)으로 전달/가이드할 수 있다. 제1 경로의 광(L1)은 반투과막(5)에 의해 반사된 광일 수 있고, 제2 경로의 광(L2)은 반투과막(5)을 투과한 광일 수 있다.

제1 경로의 광(L1)에 의해 전달되는 상기 제1 영상은 상기 디스플레이 장치 내에서 형성 및 제공된 영상일 수 있다. 상기 제1 영상은 영상형성소자(미도시)에 의해 제공된 '디스플레이 영상'으로 가상의 현실 또는 가상의 정보를 포함할 수 있다. 제2 경로의 광(L2)에 의해 전달되는 상기 제2 영상은 상기 디스플레이 장치를 통해서 상기 사용자가 마주하는 외부의 영상일 수 있다. 상기 제2 영상은 상기 사용자가 마주하는 전경의 이미지를 포함할 수 있고, 소정의 배경 피사체(background subject)를 포함할 수 있다. 이러한 제2 영상은 현실 세계의 영상일 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다.

도 24는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 광학 결합기의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 24를 참조하면, 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 광학 결합기(이하, 결합기)(12)는 반투과 부재(6), 미러 부재(7) 및 파장판(wave plate)(8)을 포함할 수 있다. 파장판(8)이 반투과 부재(6)와 미러 부재(7) 사이에 배치될 수 있다. 반투과 부재(6)는 WGP(wire grid polarizer)이거나 빔스플리터(beam splitter), 편광 빔스플리터(polarization beam splitter) 등일 수 있다. 미러 부재(7)는 오목 미러일 수 있고, 파장판(8)은 QWF(quarter wave film)일 수 있다.

제1 경로의 광(L1')은 반투과 부재(6)를 투과하여, 파장판(8)을 거쳐 미러 부재(7)에 의해 반사된 후에 반투과 부재(6)에 의해 반사되어 사용자의 동공(2)으로 전달될 수 있다. 제2 경로의 광(L2')은 반투과 부재(6)를 투과하여 사용자의 동공(2)으로 전달될 수 있다.

도 23 및 도 24에서 설명한 결합기(11, 12)의 구체적인 구성은 예시적인 것이고, 본원의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 다양한 광학 결합기의 구성을 실시예에 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 23 및 24에 표현된 광학 결합기(11, 12) 이외에도 회절 광학 기반의 광학 결합기, 홀로그래픽 광학 소자의 광학 결합기 등을 실시예에 적용할 수 있다.

다양한 실시예들에 따른 디스플레이 장치(광결합기 타입 디스플레이 장치)의 적어도 일부는 웨어러블(wearable) 장치를 구성할 수 있다. 다시 말해, 상기 디스플레이 장치는 웨어러블 장치에 적용될 수 있다. 일례로, 상기 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD)에 적용될 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display)에 적용될 수 있다. 도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 보여주는 도면이다. 도 25 및 도 26의 전자기기는 안경형 디스플레이, HMD의 예시이다. 도 25 및 도 26과 같은 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어(혹은, 연결되어) 동작될 수 있다. 실시예에 따른 디스플레이 장치는 도 25 및 도 26과 같은 웨어러블 기기에 한정되지 않고, 디스플레이 장치의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 본원의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용할 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다른 분야에도 적용할 수 있다. 다시 말해, 증강 현실(AR)이나 혼합 현실(MR)이 아니더라도, 복수의 영상을 동시에 볼 수 있는 멀티영상 디스플레이에 본원의 다양한 실시예의 사상들이 적용될 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 및 도 3 내지 도 26을 참조하여 설명한 디스플레이 장치의 구성은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 디스플레이 장치의 공유 광학계의 구성 및 독립(별도) 광학계들의 구성은 다양하게 변화될 수 있고, 상기 디스플레이 장치의 적용 분야도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10A : 제1 광학 결합기 10B : 제2 광학 결합기
20, 25 : 공유 광학계 21 : 제1 고정 광학 부재
22 : 가변 광학 소자 23 : 제2 고정 광학 부재
30A : 제1 영상형성소자 30B : 제2 영상형성소자
A1 : 촬상소자 A2 : 제2 촬상소자
C10 : 제1 광학 결합기 C20 : 제2 광학 결합기
D10 : 제1 영상형성소자 D20 : 제2 영상형성소자
S10∼S30 : 공유 광학계 L10, L20, L30 : 렌즈부
TR10 : 제1 반투과형 편광자 TR20 : 제2 반투과형 편광자
V30, V35 : 가변 광학 소자 W11, W21 : QWF
P12, P22 : 선편광자 MR12, MR22 : 미러
M14, M24 : 반사경 W14, W24 : QWF
L1, L1' : 제1 경로의 광 L2, L2' : 제2 경로의 광

Claims

제1 광학 결합기;
상기 제1 광학 결합기와 이격된 제2 광학 결합기;
상기 제1 광학 결합기에 제1 영상을 제공하기 위한 제1 영상형성소자;
상기 제2 광학 결합기에 제2 영상을 제공하기 위한 제2 영상형성소자; 및
상기 제1 및 제2 광학 결합기와 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 배치된 공유 광학계;를 포함하고,
상기 공유 광학계는 상기 제1 영상형성소자와 상기 제1 광학 결합기 사이 및 상기 제2 영상형성소자와 상기 제2 광학 결합기 사이에 공유된 광경로를 제공하는, 광결합기 타입 디스플레이 장치(optical combiner-type display apparatus).
제 1 항에 있어서,
상기 제1 영상형성소자는 상기 제2 광학 결합기 상에 배치되거나 상기 제1 광학 결합기보다 상기 제2 광학 결합기에 가깝게 배치되고,
상기 제2 영상형성소자는 상기 제1 광학 결합기 상에 배치되거나 상기 제2 광학 결합기보다 상기 제1 광학 결합기에 가깝게 배치되며,
상기 제1 영상은 상기 공유 광학계를 통해서 상기 제1 광학 결합기로 제공되고, 상기 제2 영상은 상기 공유 광학계를 통해서 상기 제2 광학 결합기로 제공되는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 영상형성소자와 상기 제1 광학 결합기 사이의 제1 광경로와 상기 제2 영상형성소자와 상기 제2 광학 결합기 사이의 제2 광경로는 상기 공유 광학계 내에서 상호 교차하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 광학 결합기 상에 이들을 연결하는 광학적 브리지(optical bridge) 형태로 배치된 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 상기 제1 영상형성소자에서 제공되는 상기 제1 영상과 상기 제2 영상형성소자에서 제공되는 상기 제2 영상이 상기 공유 광학계를 통해서 광학적으로 동일한 과정 또는 실질적 동일한 과정을 겪도록 구성된 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자에 대해서 대칭 구조 또는 실질적 대칭 구조를 갖는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 굴절 광학 부재, 편광 광학 부재, 반사 광학 부재, 회절 광학 부재 및 가변 광학 부재 중 적어도 하나를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 가변 광학 소자를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가변 광학 소자는 상기 공유 광학계의 광학적 중심부에 위치하고,
상기 가변 광학 소자를 중심으로 상기 제1 영상형성소자와 상기 제2 영상형성소자는 광학적 대칭 관계를 이루는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가변 광학 소자는 가변 초점 특성을 갖는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가변 광학 소자는 렌즈 타입의 가변 소자 및 미러 타입의 가변 소자 중 적어도 하나를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 영상형성소자 중 적어도 하나의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 상기 가변 광학 소자의 광학적 특성을 제어하도록 구성된 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 촬상소자를 더 포함하고,
상기 촬상소자의 신호에 종속되거나 이와 동기화된 전기적 신호를 이용해서 상기 가변 광학 소자의 광학적 특성을 제어하도록 구성된 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가변 광학 소자의 특성을 시간에 따라 연속적 또는 비연속적으로 변조하도록 구성된 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공유 광학계 외부에 배치된 것으로,
상기 제1 광학 결합기 측에 배치된 제1 별도 광학계; 및
상기 제2 광학 결합기 측에 배치된 제2 별도 광학계; 중 적어도 하나를 더 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 별도 광학계는 상기 제1 광학 결합기의 입사부 측 및 상기 제2 영상형성소자의 출사부 측 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 광학 부재를 포함하고,
상기 제2 별도 광학계는 상기 제2 광학 결합기의 입사부 측 및 상기 제1 영상형성소자의 출사부 측 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 광학 부재를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 배치된 제1 반투과형 편광자(transflective polarizer); 및
상기 제1 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 배치된 제2 반투과형 편광자;를 더 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되거나, 또는,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF(quarter wave film)를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 상기 제2 광학 결합기에 인접한 제1 반투과형 편광자 및 상기 제1 광학 결합기에 인접한 제2 반투과형 편광자를 포함하고,
상기 제1 반투과형 편광자 상에 상기 제1 영상형성소자가 배치되고,
상기 제2 반투과형 편광자 상에 상기 제2 영상형성소자가 배치되며,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 상기 제1 반투과형 편광자와 상기 제1 영상형성소자 사이에 제1 선편광; 상기 제2 반투과형 편광자와 상기 제2 영상형성소자 사이에 제2 선편광자; 상기 공유 광학계와 상기 제1 광학 결합기 사이에 제1 미러; 및 상기 공유 광학계와 상기 제2 광학 결합기 사이에 제2 미러;를 더 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되거나, 또는,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 광학계는 상기 제2 광학 결합기에 인접한 제1 반투과형 편광자 및 상기 제1 광학 결합기에 인접한 제2 반투과형 편광자를 포함하고,
상기 제1 반투과형 편광자 상에 상기 제1 영상형성소자가 배치되고,
상기 제2 반투과형 편광자 상에 상기 제2 영상형성소자가 배치되며,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 상기 제1 반투과형 편광자와 상기 제1 영상형성소자 사이에 제1 선편광자; 상기 제2 반투과형 편광자와 상기 제2 영상형성소자 사이에 제2 선편광자; 상기 제1 반투과형 편광자를 사이에 두고 제1 영상형성소자와 마주하고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재; 상기 제2 반투과형 편광자를 사이에 두고 제2 영상형성소자와 마주하고 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재; 상기 공유 광학계와 상기 제1 광학 결합기 사이에 제1 미러; 및 상기 공유 광학계와 상기 제2 광학 결합기 사이에 제2 미러;를 더 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되거나, 또는,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF를 더 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 광학 결합기와 제1 영상형성소자 사이에 제1 반투과형 편광자;
상기 제1 광학 결합기와 제2 영상형성소자 사이에 제2 반투과형 편광자;
상기 제1 반투과형 편광자와 제1 영상형성소자 사이에 제1 선편광자;
상기 제2 반투과형 편광자와 제2 영상형성소자 사이에 제2 선편광자;
상기 제2 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 공유 광학계와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재; 및
상기 제1 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 공유 광학계와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재;를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되거나, 또는,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 제1 반투과형 편광자;
상기 제1 영상형성소자와 상기 공유 광학계 사이에 제2 반투과형 편광자;
상기 제1 영상형성소자와 상기 제2 반투과형 편광자 사이에 제1 선편광자;
상기 제2 영상형성소자와 상기 제1 반투과형 편광자 사이에 제2 선편광자;
상기 제1 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 제1 광학 결합기와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제1 반사 부재;
상기 제2 반투과형 편광자를 사이에 두고 상기 제2 광학 결합기와 마주하도록 배치되고, 편광 회전을 일으키도록 구성된 제2 반사 부재;를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 서로 다른 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되거나, 또는,
상기 제1 및 제2 반투과형 편광자는 동일한 편광 방향의 광을 반사하도록 구성되고, 상기 공유 광학계는 상기 제1 및 제2 영상형성소자 사이에 대칭적으로 배열된 한 쌍의 QWF를 포함하는 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하도록 구성된 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus)인 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD) 장치인 광결합기 타입 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광결합기 타입 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이 장치이고,
상기 제1 및 제2 광학 결합기 중 하나는 사용자의 좌안에 대응되고, 다른 하나는 우안에 대응되는 광결합기 타입 디스플레이 장치.