KR20200107027A - 증강 현실 제공 장치 - Google Patents

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KR20200107027A
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박정우
권재중
이현섭
정수빈
하주화
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

증강 현실 제공 장치는 렌즈 및 상기 렌즈 내에 구비된 반사 미러를 포함하는 렌즈 모듈; 및 상기 렌즈의 적어도 일 측면 상에 배치되고, 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함한다. 상기 렌즈는, 상기 디스플레이 모듈과 마주하고 상기 이미지를 수신하는 측면; 및 상기 반사 미러를 통해 반사된 이미지를 출사시키는 출사면을 포함하고, 상기 측면은 하나 이상의 경사면을 포함한다.

Description

증강 현실 제공 장치{DEVICE FOR PROVIDING AUGMENTED REALITY}
본 발명은 증강 현실 제공 장치에 관한 것이다.
증강 현실은 사용자의 눈으로 보이는 현실의 이미지에 가상의 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 기술을 가리킨다. 가상의 이미지는 텍스트 또는 그래픽 형태의 이미지가 될 수 있으며, 실제 영상은 장치의 시야에 관찰된 실제 물체에 관한 정보가 될 수 있다.
증강 현실은 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display, HMD), 헤드 업 디스플레이(Head-Up Display, HUD) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 증강 현실이 헤드 마운트 디스플레이를 이용하여 구현되는 경우, 사용자가 용이하게 휴대할 수 있을 뿐만 아니라, 쉽게 입거나 벗을 수 있도록 안경 형태로 제공될 수 있다.
증강 현실 제공 장치는 증강 현실을 구현하기 위한 가상의 이미지를 제공하기 위한 디스플레이 장치를 포함한다. 최근에는 사용자의 눈에 보여지는 디스플레이 장치의 영역, 즉 사용자의 뷰 영역(Field of View, FOV)을 넓히려는 요구가 있다.
따라서, 본 발명은 두께를 감소시키면서 뷰 영역(FOV)을 확장시킬 수 있는 증강 현실 제공 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치는 렌즈 및 상기 렌즈 내에 구비된 반사 미러를 포함하는 렌즈 모듈; 및 상기 렌즈의 적어도 일 측면 상에 배치되고, 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함한다. 상기 렌즈는, 상기 디스플레이 모듈과 마주하고 상기 이미지를 수신하는 측면; 및 상기 반사 미러를 통해 반사된 이미지를 출사시키는 출사면을 포함하고, 상기 측면은 하나 이상의 경사면을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치는 렌즈 및 상기 렌즈 내에 구비된 반사 모듈을 포함하는 렌즈 모듈; 및 상기 렌즈의 적어도 일 측면 상에 배치되고, 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함한다. 상기 렌즈는, 상기 디스플레이 모듈과 마주하고 상기 이미지를 수신하는 측면; 및 상기 반사 모듈을 통해 반사된 이미지를 출사시키는 출사면을 포함하고, 상기 측면은 적어도 하나의 곡면을 포함한다.
본 발명에 따른 증강 현실 제공 장치는 디스플레이 모듈이 구비되는 렌즈의 측면이 하나 이상의 경사면을 갖거나 또는 곡면 형상을 갖도록 가공 처리됨으로써, 렌즈의 폭보다 큰 디스플레이 모듈을 입사면에 배치시킬 수 있고, 그 결과 증강 현실 제공 장치의 두께를 증가시키지 않으면서, FOV를 확장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치를 포함하는 전자 장치의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 증강 현실 제공 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a는 도 3의 I 부분에서 디스플레이 모듈의 결합 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a의 디스플레이 모듈이 렌즈에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5a는 도 4a에 도시된 제1 경사면을 촬영하여 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 4a에 도시된 제2 경사면을 촬영하여 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈의 형상을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 증강 현실 제공 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 화소의 회로도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의됩니다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치를 포함하는 전자 장치의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 사용자에게 증강 현실 이미지를 제공할 수 있는 전자 장치(300)는 사용자의 헤드에 장착할 수 있는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 안경 타입으로 이루어질 수 있다. 전자 장치(300)는 제1 증강 현실 제공 장치(100a), 제2 증강 현실 제공 장치(100b) 및 이들을 결합하기 위한 프레임(200)을 포함할 수 있다.
제1 증강 현실 제공 장치(100a)는 사용자의 우안에 증강 현실 이미지를 제공하기 위한 장치이고, 제2 증강 현실 제공 장치(100b)는 사용자의 좌안에 증강 현실 이미지를 제공하기 위한 장치일 수 있다. 제1 및 제2 증강 현실 제공 장치(100a, 100b)는 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다.
프레임(200)은 제1 및 제2 증강 현실 제공 장치(100a, 100b)에 각각 결합되어, 제1 및 제2 증강 현실 제공 장치(100a, 100b)를 보호한다. 프레임(200)은 사용자가 착용 가능한 형상을 가질 수 있다. 도 1에서는 전자 장치(300)가 안경 타입으로 이루어진 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 밴드 타입 등 사용자가 착용 가능한 다양한 형태로 적용 가능하다.
제1 및 제2 증강 현실 제공 장치(100a, 100b)는 실질적으로 동일한 형상을 갖고, 동일한 구동 원리로 동작한다. 이하 도면을 참조하여 서술되는 증강 현실 제공 장치는 제1 및 제2 증강 현실 제공 장치(100a, 100b)에 모두 적용 가능함은 당연하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치(100)는 렌즈 모듈(LM) 및 디스플레이 모듈(DM)을 구비한다.
렌즈 모듈(LM)은 렌즈(LS) 및 반사 모듈(RM1~RM4)을 포함한다. 렌즈(LS)는 유리(glass) 또는 플라스틱(plastic)으로 투명 또는 반투명하게 형성될 수 있다. 이로 인해, 사용자는 렌즈(LS)를 통해 현실의 이미지를 볼 수 있다. 렌즈(LS)는 사용자의 시력을 고려하여 소정의 굴절력을 가질 수 있다.
렌즈(LS)는 서로 마주하는 두 개의 밑면(ES, FS), 및 두 개의 밑면(ES, FS)을 연결하는 측면들로 이루어진 십면체 형상을 가질 수 있다. 그러나, 렌즈(LS)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 렌즈(LS)는 다각형상의 두 개의 밑면 및 이들을 연결하는 측면들로 이루어진 다면체로 형성될 수 있다. 또한, 렌즈(LS)는 다면체 이외에 원기둥, 타원기둥, 반원기둥, 반타원기둥과 같이 다른 형태로 형성될 수도 있다.
렌즈(LS)의 측면들 중 적어도 한 측면은 다면 구조를 가질 수 있다. 다면 구조를 갖는 적어도 한 측면은 디스플레이 모듈(DM)와 인접하여 디스플레이 모듈(DM)로부터 이미지를 수신하는 측면일 수 있다. 따라서, 이하에서는 상기한 측면을 입사면(IS)으로 지칭한다. 즉, 입사면(IS)은 다면 구조를 가질 수 있다. 입사면(IS)은 제1 방향(DR1)으로 배열된 복수의 면을 포함할 수 있다. 입사면(IS)은 제1 방향(DR1)과 직교하는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.
렌즈 모듈(LM)은 복수의 반사 모듈(RM1~RM4)을 포함한다. 복수의 반사 모듈(RM1~RM4)은 입사면(IS)을 따라 제2 방향(DR2)으로 배열될 수 있다. 도 2에서는 렌즈 모듈(LM)이 제1 내지 제4 반사 모듈(RM1~RM4)을 포함하는 구조를 도시하였으나, 반사 모듈(RM1~RM4)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 각 반사 모듈(RM1~RM4)은 복수의 반사 미러(RIM1~RIM3)를 포함한다. 복수의 반사 미러(RIM1~RIM3)는 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다. 본 발명의 일 예로, 각 반사 모듈(RM1~RM4)이 제1 내지 제3 반사 미러(RIM1~RIM3)를 포함하는 구조를 도시하였으나, 반사 미러(RIM1~RIM3)의 개수 역시 이에 한정되지 않는다.
반사 미러들(RIM1~RIM3)은 디스플레이 모듈(DM)에 표시되는 가상의 이미지를 반사하여 사용자의 눈(HE)의 망막에 한 점으로 맺히도록 한다. 이로 인해, 사용자가 렌즈(LS)를 통해 현실의 이미지에 초점을 맞추고 있더라도 가상 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다. 즉, 사용자가 현실의 이미지에 맞춰진 초점을 이동시키지 않더라도, 가상의 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다.
각 반사 미러(RIM1~RIM3)의 크기는 동공의 크기보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어 각 반사 미러(RIM1~RIM3)의 직경은 대략 4mm 이하로 형성될 수 있다. 이 경우, 사용자는 현실의 이미지에 초점을 맞추고 있기 때문에, 반사 미러들(RIM1~RIM3)을 인지하기 어렵다. 하지만, 반사 미러들(RIM1~RIM3)의 크기가 작아질수록 디스플레이 모듈(DM)에 의해 사용자의 눈(HE)에 제공되는 가상의 이미지의 휘도도 감소할 수 있다. 따라서, 반사 미러들(RIM1~RIM3)의 크기는 이를 고려하여 설정될 수 있다.
반사 미러들(RIM1~RIM3)의 크기가 동공의 크기보다 작은 경우, 반사 미러들(RIM1~RIM3)은 핀홀 효과를 갖는다. 따라서, 제1 내지 제3 반사 미러들(RIM1~RIM3) 각각은 핀 미러(pin mirror)로 칭해질 수도 있다. 디스플레이 모듈(DM)에 표시되는 가상의 이미지가 반사 미러들(RIM1~RIM3)에 의해 반사될 경우, 초점 심도(depth of field)가 깊어진다.
본 발명의 일 예로, 제1 내지 제3 반사 미러(RIM1~RIM3)는 은(Ag)과 같이 반사율이 높은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 도 2에서는 반사 미러들(RIM1~RIM3)이 원형의 플레이트 형상을 갖는 것을 도시하였으나, 원형 이외에 타원형 또는 다각형의 플레이트 형상을 가질 수도 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 반사 미러들(RIM1~RIM3)은 곡면 형상을 가질 수 있다.
사용자의 눈(HE)에 보여지는 디스플레이 모듈(DM)의 영역, 즉 사용자의 뷰 영역(Field of View, FOV)을 넓히기 위해서는 렌즈 모듈(LM)에 구비되는 반사 모듈(RM1~RM4)의 개수 및 각 반사 모듈(RM1~RM4)에 구비되는 반사 미러(RIM1~RIM3)의 개수를 증가시킬 수 있다.
디스플레이 모듈(DM)은 증강 현실을 구현하기 위한 가상의 이미지를 표시한다. 디스플레이 모듈(DM)는 렌즈(LS)의 입사면(IS)에 인접하여 배치되고, 디스플레이 모듈(DM)에 표시된 이미지는 입사면(IS)을 통해 렌즈 모듈(LM)로 제공될 수 있다.
디스플레이 모듈(DM)은 유연성을 가짐으로써 구부러질 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(DM)은 플렉서블 유기전계발광 표시장치(organic light emitting display)일 수 있다.
도 2에서는 디스플레이 모듈(DM)이 렌즈(LS)의 측면들 중 하나의 측면 상에 배치된 구조를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 디스플레이 모듈(DM)은 렌즈(LS)의 두 개 이상의 측면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 디스플레이 모듈(DM)은 이미지를 표시하는 복수의 표시부를 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(DM)과 렌즈(LS)의 입사면(IS) 사이에는 기능 모듈이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 기능 모듈은 집광 기능, 반사방지 기능 및 접착 기능 등을 갖는 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 증강 현실 제공 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4a는 도 3에 도시된 렌즈 모듈에 디스플레이 모듈이 결합되기 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a의 디스플레이 모듈이 렌즈 모듈에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 렌즈(LS)는 반사 미러들(RIM1~RIM3)을 통해 반사된 이미지를 출사시키는 출사면(ES) 및 출사면(ES)과 반대하는 대향면(FS)을 포함할 수 있다. 출사면(ES)과 대향면(FS)은 다수의 측면에 의해서 서로 연결될 수 있다. 렌즈(LS)의 측면들 중 일측면에 인접하여 디스플레이 모듈(DM)이 배치된다. 여기서, 일측면은 디스플레이 모듈(DM)에 표시되는 가상의 이미지가 입사되는 입사면(IS)으로 정의된다. 즉, 디스플레이 모듈(DM)로부터 출력된 이미지는 입사면(IS)을 통해 렌즈 모듈(LM)로 제공된다.
입사면(IS)은 적어도 하나의 경사면을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 입사면(IS)은 기준면(SS1), 제1 경사면(SS2) 및 제2 경사면(SS3)을 포함한다.
기준면(SS1)은 출사면(ES) 및 대향면(FS)에 수직한 면으로 정의될 수 있다. 기준면(SS1)의 일측은 대향면(FS)에 연결될 수 있다. 제1 경사면(SS2)은 기준면(SS1)에 대해서 기울어지고, 일측이 기준면(SS1)에 연결될 수 있다. 제2 경사면(SS3)은 기준면(SS1)에 대해 기울어지고, 일측이 제1 경사면(SS2)에 연결되고, 타측이 출사면(ES)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)은 출사면(ES)과 기준면(SS1) 사이에 배치될 수 있다.
도 3 내지 도 4b에서는 출사면(ES)과 기준면(SS1) 사이에 두 개의 경사면(SS2, SS3)이 배치된 구조를 본 발명의 일 예로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 출사면(ES)과 기준면(SS1) 사이에는 하나의 경사면 또는 세 개 이상의 경사면이 배치될 수 있다.
제1 경사면(SS2)은 기준면(SS1)에 대해서 제1 각도(θ1)로 기울어지고, 제2 경사면(SS3)은 기준면(SS1)에 대해 제2 각도(θ2)로 기울어질 수 있다. 여기서, 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 각도(θ2)는 제1 각도(θ1)보다 클 수 있다.
도 2 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 입사면(IS)에 인접하여 디스플레이 모듈(DM)이 배치된다. 디스플레이 모듈(DM)의 제1 방향(DR1)으로의 폭(W1)은 렌즈(LS)의 제1 방향(DR1)으로의 폭(W2)보다 클 수 있다. 즉, 디스플레이 모듈(DM)이 렌즈(LS)에 결합되기 전, 디스플레이 모듈(DM)을 제1 방향(DR1)으로 펼쳤을 때, 디스플레이 모듈(DM)의 폭(W1)은 렌즈(LS)의 폭(W2)보다 크다.
도 3 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(DM)이 렌즈(LS)에 결합되면, 디스플레이 모듈(DM)은 기준면(SS1), 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)에 대응하도록 배치될 수 있다. 즉, 디스플레이 모듈(DM)은 기준면(SS1), 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)을 따라 절곡될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 디스플레이 모듈(DM)은 제1 표시 영역(DA1), 제2 표시 영역(DA2) 및 제3 표시 영역(DA3)을 포함할 수 있다. 제1 표시 영역(DA1)은 입사면(IS)의 기준면(SS1)에 대응하여 배치된다. 제2 표시 영역(DA2)은 제1 표시 영역(DA1)으로부터 제3 각도(θ3)로 절곡되어, 입사면(IS)의 제1 경사면(SS2)에 대응하여 배치된다. 제3 표시 영역(DA3)은 제2 표시 영역(DA2)으로부터 제4 각도(θ4)로 절곡되어, 입사면(IS)의 제2 경사면(SS2)에 대응하여 배치된다. 여기서, 제3 각도(θ3)는 제1 각도(θ1)와 동일한 크기를 갖고, 제4 각도(θ4)는 제2 각도(θ2)와 동일한 크기를 가질 수 있다.
이처럼, 디스플레이 모듈(DM)이 다면 구조를 갖는 입사면(IS)을 따라 절곡된 형상으로 렌즈 모듈(LM)에 결합됨으로써, 렌즈(LS)의 폭보다 큰 폭의 디스플레이 모듈(DM)이 채용되더라도, 렌즈(LS)의 폭(즉, 두께)을 증가시킬 필요가 없이 디스플레이 모듈(DM)의 전체 이미지를 사용자의 눈(HE)으로 제공할 수 있다. 이로써, 증강 현실 제공 장치(100)의 전체적인 두께가 증가하는 것을 방지하면서, FOV를 확장시킬 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제1 반사 모듈(RM1)은 제1 내지 제3 반사 미러(RIM1~RIM3)를 포함한다. 제1 내지 제3 반사 미러(RIM1~RIM3)는 서로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 제1 반사 미러(RIM1)는 기준면(SS1)을 통해 입사되는 제1 이미지(IM1)를 출사면(ES)으로 반사한다. 제2 반사 미러(RIM2)는 제1 경사면(SS2)을 통해 입사되는 제2 이미지(IM2)를 출사면(ES)으로 반사한다. 제3 반사 미러(RIM3)는 제2 경사면(SS3)을 통해 입사되는 제3 이미지(IM3)를 출사면(ES)으로 반사한다.
제1 반사 미러(RIM1)는 대향면(FS)에 대해서 제5 각도(θ5)로 기울어져 배치되고, 제2 반사 미러(RIM2)는 대향면(FS)에 대해서 제6 각도(θ6)로 기울어져 배치될 수 있다. 제3 반사 미러(RIM3)는 대향면(FS)에 대해서 제7 각도(θ7)로 기울어져 배치될 수 있다. 여기서, 제5 내지 제7 각도(θ5~θ7)는 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
제1 표시 영역(DA1)으로부터 출력된 제1 이미지(IM1)는 기준면(SS1)을 통과한 후 대부분 제1 반사 미러(RIM1)로 직접 제공된다. 즉, 제1 이미지(IM1)의 대부분은 대향면(FS) 및 출사면(ES) 등에 의해 굴절되지 않고, 제1 반사 미러(RIM1)로 직접 제공된다. 제5 각도(θ5)는 제1 반사 미러(RIM1)로 입사된 제1 이미지(IM1)를 최대로 사용자의 눈(HE)으로 입사시킬 수 있도록 설정될 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제5 각도(θ5)는 대략 45°일 수 있다.
한편, 제2 표시 영역(DA2)으로부터 출력된 제2 이미지(IM2)의 대부분은 대향면(FS) 및 출사면(ES) 등에 의해 전반사된 후 제2 반사 미러(RIM2)로 제공될 수 있다. 제6 각도(θ6)는 렌즈(LS)에 의해 내부 반사된 제2 이미지(IM2)가 제2 반사 미러(RIM2)에 의해 최대로 사용자의 눈(HE)으로 제공될 수 있도록 설정될 수 있다. 제6 각도(θ6)는 제1 경사면(SS2)의 제1 각도(θ1) 및 렌즈(LS)의 굴절률 등에 따라 달라질 수 있다.
제3 표시 영역(DA3)으로부터 출력된 제3 이미지(IM3)의 대부분은 대향면(FS) 및 출사면(ES) 등에 의해 전반사된 후 제3 반사 미러(RIM3)로 제공될 수 있다. 제7 각도(θ7)는 렌즈(LS)에 의해 내부 반사된 제3 이미지(IM3)가 제3 반사 미러(RIM3)에 의해 최대로 사용자의 눈(HE)으로 제공될 수 있도록 설정될 수 있다. 제7 각도(θ7)는 제2 경사면(SS3)의 제2 각도(θ2) 및 렌즈(LS)의 굴절률 등에 따라 달라질 수 있다.
이처럼, 제5 내지 제7 각도(θ5~θ7)는 대응하는 표시 영역(DA1~DA3)으로부터 입사된 이미지(IM1~IM3)를 사용자의 눈(HE)에 제공할 수 있도록 설정될 수 있다. 또한, 반사 미러들(RIM1~RIM3) 사이의 이격 거리는 달라질 수 있다. 즉, 도 3에서는 반사 미러들(RIM1~RIM3)이 등 간격으로 이격된 구조를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 반사 미러들(RIM1~RIM3) 사이의 이격 거리는 대응하는 표시 영역(DA1~DA3)으로부터 입사된 이미지(IM1~IM3)를 사용자의 눈(HE)에 제공할 수 있도록 설정될 수 있다.
각 반사 미러(RIM1~RIM3)는 디스플레이 모듈(DM)의 대응하는 표시 영역(DA1~DA3)에 표시되는 가상의 제1 내지 제3 이미지(IM1~IM3)를 사용자의 눈(HE)의 망막에 한 점으로 맺히도록 한다. 이로 인해, 사용자가 렌즈(LS)를 통해 현실의 이미지에 초점을 맞추고 있더라도 가상 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다. 즉, 사용자가 현실의 이미지에 맞춰진 초점을 이동시키지 않더라도, 가상의 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다.
이상, 입사면(IS)이 적어도 하나의 경사면(SS2, SS3)을 갖는 구조를 설명하였다. 입사면(IS)에 적어도 하나의 경사면(SS2, SS3)이 제공된 렌즈(LS)를 형성하기 위해서, 사면체 형상을 갖는 렌즈 본체의 일측면을 가공할 수 있다. 렌즈 본체의 형상을 가공하는 방법에는 휠(wheel) 가공 방식, 레이저 가공 방식, 유도 가열을 통한 에지 박리 방식 등이 이용될 수 있다. 상기한 형상 가공 방식을 통해 입사면(IS)에 적어도 하나의 경사면(SS2, SS3)이 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기한 방식을 통해 형성된 적어도 하나의 경사면(SS2, SS3)은 10nm 이하의 표면 조도를 가질 수 있다.
도 5a는 도 4a에 도시된 제1 경사면을 촬영하여 나타낸 도면이고, 도 5b는 도 4a에 도시된 제2 경사면을 촬영하여 나타낸 도면이다.
형상 가공 처리가 되지 않은 기준면(SS1)은 대략 0.2nm 내지 0.5nm의 표면 조도를 가질 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 형상 가공 처리되어 형성된 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)은 기준면(SS1)보다 높은 표면 조도를 가질 수 있다. 그러나, 기준면(SS1), 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 표면 조도는 10nm 이하일 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)은 대략 0.2nm 내지 2nm의 표면 조도를 갖질 수 있다.
또한, 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 표면 조도 품질을 향상시키기 위한 가공 공정이 추가될 수 있다. 즉, 형상 가공 처리 후, 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)에 2차 가공 공정을 실시하여 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 표면 조도를 향상시킬 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈을 나타낸 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6a를 참조하면, 렌즈 모듈(LM1)은 제1 렌즈(LS1), 제2 렌즈(LS2) 및 반사 모듈(RM)을 포함할 수 있다. 반사 모듈(RM)은 제1 렌즈(LS1) 및 제2 렌즈(LS2) 사이에 배치된 복수의 반사 미러(RIM1, RIM2, RIM3)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈(LS1)는 제1 대향면(FS1) 및 제1 출사면(ES1)을 포함하고, 이들을 연결하는 복수의 제1 측면을 포함한다. 복수의 제1 측면들 중 일면(IS)은 다면 구조를 갖는다. 다면 구조를 갖는 일면(IS)에 인접하여 디스플레이 모듈(DM, 도 3에 도시됨)이 배치될 수 있다. 상기한 일면(IS)은 디스플레이 모듈(DM)로부터 이미지를 수신하는 입사면일 수 있다. 복수의 측면들 중 입사면(IS)과 반대하는 반대면(FES)은 곡면 구조를 가질 수 있다. 반대면(FES)은 제2 렌즈(LS2)와 결합되는 제1 결합면일 수 있다.
제2 렌즈(LS2)는 제2 대향면(FS2) 및 제2 출사면(ES2)을 포함하고, 이들을 연결하는 복수의 제2 측면을 포함한다. 복수의 제2 측면들 중 일면은 제1 렌즈(LS1)와 결합되는 제2 결합면(SES)일 수 있다. 제2 결합면(SES)은 제1 결합면(FES)과 동일한 곡면 구조를 가질 수 있다.
제1 결합면(FES)과 제2 결합면(SES) 사이에는 복수의 반사 미러(RIM1~FIM3)가 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 결합면(FES, SES) 중 어느 하나의 면 상에 은과 같은 반사 물질을 형성하여 복수의 반사 미러(RIM1~FIM3)를 형성할 수 있다. 복수의 반사 미러(RIM1~FIM3)는 증착, 프린트, 코팅 등의 방식으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 결합면(FES, SES) 사이에는 제1 렌즈(LS1)와 제2 렌즈(LS2)를 결합시키기 위한 접착층(AL)이 더 구비될 수 있다. 접착층(AL)은 광학적으로 투명할 수 있다. 접착층(AL)은 액상의 접착물질이 도포된 후, 경화되어 제조된 접착층이거나, 별도로 제조된 접착시트일 수 있다. 예를 들어, 접착층(AL)은 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA), 광학 투명 접착제(optical clear adhesive, OCA), 또는 광학 투명 레진(optical clear resin, OCR)일 수 있다.
제1 및 제2 렌즈(LS1, LS2)가 결합되면, 제1 및 제2 대향면(FS1, FS2)은 연결되어 하나의 대향면(FS)을 형성하고, 제1 및 제2 출사면(ES1, ES2)은 연결되어 하나의 출사면(ES)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 대향면(FS1, FS2)이 연결되어 형성된 대향면(FS)은 도 3에 도시된 대향면(FS)에 대응하고, 제1 및 제2 출사면(ES1, ES2)이 연결되어 형성된 출사면(ES)은 도 3에 도시된 출사면(ES)에 대응할 수 있다.
반사 미러들(RIM1~RIM3)이 형성되는 결합면의 곡률은 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 경사 각도에 따라 달라질 수 있다. 반사 미러들(RIM1~RIM3)이 제2 결합면(SES)에 형성되는 경우, 제2 결합면(SES)은 제1 반사 미러(RIM1)가 배치되는 제1 영역(A1), 제2 반사 미러(RIM2)가 배치되는 제2 영역(A2) 및 제3 반사 미러(RIM3)가 배치되는 제3 영역(A3)으로 구분될 수 있다. 제1 내지 제3 영역(A1~A3)에서 제2 결합면(SS3)의 곡률은 서로 상이할 수 있고, 특히 제2 및 제3 영역(A1, A2)의 곡률은 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 경사 각도에 따라 달라질 수 있다. 제1 결합면(FES)은 제2 결합면(SES)과 동일한 형상을 가질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 렌즈(LS1)의 제1 결합면(FES) 및 제2 렌즈(LS2)의 제2 결합면(SES) 각각은 다면 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제1 결합면(FES)은 제1 서브 결합면(S1), 제2 서브 결합면(S2) 및 제3 서브 결합면(S3)을 포함할 수 있다. 제2 결합면(SES)은 제4 서브 결합면(S4), 제5 서브 결합면(S5) 및 제6 서브 결합면(S6)을 포함할 수 있다. 제1 서브 결합면(S1), 제2 서브 결합면(S2) 및 제3 서브 결합면(S3) 각각이 제1 대향면(FS)과 이루는 각도는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 마찬가지로, 제4 서브 결합면(S4), 제5 서브 결합면(S5) 및 제6 서브 결합면(S6) 각각이 제2 대향면(FS2)과 이루는 각도는 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
제1 결합면(FES)과 제2 결합면(SES) 사이에는 복수의 반사 미러(RIM1~FIM3)가 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 결합면(FES, SES) 중 어느 하나의 면 상에 은과 같은 반사 물질을 형성하여 복수의 반사 미러(RIM1~FIM3)를 형성할 수 있다. 복수의 반사 미러(RIM1~FIM3)가 제2 결합면(SES)에 형성되는 경우, 제1 반사 미러(RIM1)는 제4 서브 결합면(S4) 상에 형성되고, 제2 반사 미러(RIM2)는 제5 서브 결합면(S5) 상에 형성되며, 제3 반사 미러(RIM3)는 제6 서브 결합면(S6) 상에 형성될 수 있다.
제4 서브 결합면(S4), 제5 서브 결합면(S5) 및 제6 서브 결합면(S6) 각각이 제2 대향면(FS2)과 이루는 각도(R_θ1, R_θ2, R_θ3)는 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 경사 각도에 따라 달라질 수 있다. 특히 제5 및 제6 서브 결합면(S5, S6)이 제2 대향면(FS2)과 이루는 각도(R_θ2, R_θ3)는 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)의 경사 각도에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 제1 결합면(FES)은 제2 결합면(SES)과 동일한 형상을 갖는 구조를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 결합면(FES)은 제2 결합면(SES)과 달리 곡면 형상을 가질 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈의 형상을 나타낸 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈(LS3)의 입사면(IS3)은 곡면 구조를 가질 수 있다. 도 3 내지 도 4b에 도시된 입사면(IS)은 하나 이상의 경사면(SS2, SS3)을 포함하는 반면, 도 7a에 도시된 입사면(IS3)은 전체적으로 곡면 형상을 가질 수 있다. 즉, 입사면(IS3)은 렌즈 본체의 두 개의 면(즉, 하나의 측면 및 하나의 밑면)을 곡면 처리하여 형성될 수 있다. 곡면 처리 방법에는 휠(wheel) 가공, 레이저 가공 등의 가공 방식을 이용될 수 있다.
디스플레이 모듈(DM)은 입사면(IS3)의 형상을 따라 배치될 수 있다. 따라서, 렌즈(LS3)의 폭(W2)보다 넓은 폭(W1)을 갖는 디스플레이 모듈(DM)을 입사면(IS3)에 배치시킬 수 있다. 즉, 입사면(IS3)은 렌즈(LS1)의 폭(W2)보다 넓은 폭(W1)을 갖는 표시 영역으로부터 이미지를 수신할 수 있다. 이로써, 렌즈(LS3)의 두께를 증가시키지 않으면서 증강 현실 제공 장치의 FOV를 확장시킬 수 있다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈의 형상을 나타낸 단면도이며, 도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈의 형상을 나타낸 단면도이다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈(LS4)의 입사면(IS4)은 3개의 경사면(SS2, SS3, SS4)을 포함할 수 있다. 즉, 입사면(IS4)은 기준면(SS1), 제1 내지 제3 경사면(SS2~SS4)을 포함한다. 제1 및 제2 경사면(SS2, SS3)은 기준면(SS1)과 출사면(ES) 사이에 배치되고, 제3 경사면(SS4)은 기준면(SS1)과 대향면(FS) 사이에 배치될 수 있다. 제3 경사면(SS4)은 기준면(SS1)에 대해서 소정 각도로 기울어질 수 있으며, 제3 경사면(SS4)은 제1 경사면(SS2)보다 작거나 같은 각도록 기준면(SS1)에 대해서 기울어질 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 제3 경사면(SS4)이 입사면(IS4)에 구비되면, 각 반사 모듈(RM1~RM4, 도 3 참조)에는 제3 경사면(SS4)에 대응하는 반사 미러가 더 추가될 수 있다. 제3 경사면에 대응하는 반사 미러의 각도는 제3 경사면(SS4)을 통해 입사되는 이미지가 사용자의 눈(HE, 도 3 참조)으로 제공될 수 있도록 설정될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈(LS5)의 입사면(IS5)은 곡면 형상을 가질 수 있다. 도 7c에 도시된 입사면(IS5)은 도 7a의 입사면(IS3)과 달리, 렌즈 본체의 세 개의 면(즉, 하나의 측면 및 두 개의 밑면)을 곡면 처리하여 형성될 수 있다. 곡면 처리 방법에는 휠(wheel) 가공, 레이저 가공 등의 가공 방식을 이용될 수 있다. 따라서, 도 7a의 렌즈(LS3)의 대향면(FS)의 일부가 입사면(IS5)에 포함될 수 있다. 이로써, 입사면(IS5)은 도 7a의 입사면(IS3)에 비하여 넓은 폭을 가질 수 있다.
디스플레이 모듈(DM)은 입사면(IS5)의 형상을 따라 배치될 수 있다. 따라서, 렌즈(LS5)의 폭(W2)보다 넓은 폭(W3)을 갖는 디스플레이 모듈(DM)을 입사면(IS5)에 배치시킬 수 있다. 즉, 입사면(IS5)은 렌즈(LS5)의 폭(W2)보다 넓은 폭(W3)을 갖는 표시 영역으로부터 이미지를 수신할 수 있다. 이로써, 렌즈(LS5)의 두께를 증가시키지 않으면서 증강 현실 제공 장치의 FOV를 확장시킬 수 있다.
도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈의 형상을 나타낸 단면도이다.
도 7d를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈(LS6)의 입사면(IS6)은 하나 이상의 곡면(CS1, CS2)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 입사면(IS6)은 제1 곡면(CS1) 및 제2 곡면(CS2)을 포함한다.
제1 곡면(CS1)은 볼록한 곡면 형상을 갖고, 일측이 대향면(FS)에 연결될 수 있다. 제2 곡면(CS2)은 렌즈(LS6)의 내측으로 오목하게 함몰되어 오목한 곡면 형상을 갖고, 일측이 제1 곡면(CS1)에 연결되고, 타측이 출사면(ES)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 곡면(CS1, CS2)은 서로 연결되고, 대향면(FS)과 출사면(ES) 사이에 배치될 수 있다.
도 7d에서는 대향면(FS)과 출사면면(ES) 사이에 두 개의 곡면(CS1, CS2)이 배치된 구조를 본 발명의 일 예로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 대향면(FS)과 출사면(ES) 사이에는 세 개 이상의 곡면이 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치의 분해 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 증강 현실 제공 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강 현실 제공 장치(105)는 렌즈 모듈(LM), 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)을 구비한다.
렌즈 모듈(LM)은 렌즈(DLS), 복수의 상부 반사 모듈(RM1~RM4) 및 복수의 하부 반사 모듈(RM5~RM7)을 포함한다. 렌즈(DLS)는 유리(glass) 또는 플라스틱(plastic)으로 투명 또는 반투명하게 형성될 수 있다.
렌즈(DLS)는 서로 마주하는 두 개의 밑면(ES, FS), 및 두 개의 밑면(ES, FS)을 연결하는 측면들로 이루어진 십면체 형상을 가질 수 있다. 렌즈(DLS)의 측면들 중 적어도 두 측면은 다면 구조를 가질 수 있다. 다면 구조를 갖는 적어도 한 측면은 제1 디스플레이 모듈(DM1)와 인접하여 제1 디스플레이 모듈(DM1)로부터 이미지를 수신하는 측면일 수 있다. 다면 구조를 갖는 적어도 다른 한 측면은 제2 디스플레이 모듈(DM2)와 인접하여 제2 디스플레이 모듈(DM2)로부터 이미지를 수신하는 측면일 수 있다. 따라서, 이하에서는 제1 디스플레이 모듈(DM1)과 인접한 측면을 제1 입사면(UIS)으로 지칭하고, 제2 디스플레이 모듈(DM2)과 인접한 측면을 제2 입사면(LIS)으로 지칭한다. 즉, 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS) 각각은 다면 구조를 가질 수 있다. 제1 입사면(UIS)은 제1 방향(DR1)으로 배열된 복수의 면을 포함하고, 제1 방향(DR1)과 직교하는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 제2 입사면(LIS)은 제1 방향(DR1)으로 배열된 복수의 면을 포함하고, 제2 방향(DR2)으로 제1 입사면(UIS)과 나란하게 연장될 수 있다.
제1 디스플레이 모듈(DM1)은 증강 현실을 구현하기 위한 가상의 이미지를 표시한다. 제1 디스플레이 모듈(DM1)는 렌즈(LS)의 제1 입사면(UIS)에 인접하여 배치되고, 제1 디스플레이 모듈(DM1)에 표시된 이미지는 제1 입사면(UIS)을 통해 렌즈 모듈(LM)로 제공될 수 있다. 제2 디스플레이 모듈(DM2)은 증강 현실을 구현하기 위한 가상의 이미지를 표시한다. 제2 디스플레이 모듈(DM2)는 렌즈(LS)의 제2 입사면(LIS)에 인접하여 배치되고, 제2 디스플레이 모듈(DM2)에 표시된 이미지는 제2 입사면(LIS)을 통해 렌즈 모듈(LM)로 제공될 수 있다.
복수의 상부 반사 모듈(RM1~RM4)은 제1 입사면(UIS)을 따라 제2 방향(DR2)으로 배열되고, 복수의 하부 반사 모듈(RM5~TM8)은 제2 입사면(LIS)을 따라 제2 방향(DR2)으로 배열될 수 있다. 도 8에서는 렌즈 모듈(LM)이 4개의 상부 반사 모듈(RM1~RM4) 및 4개의 하부 반사 모듈(RM5~TM8)을 포함하는 구조를 도시하였으나, 반사 모듈(RM1~RM8)의 개수는 이에 한정되지 않는다.
각 상부 반사 모듈(RM1~RM4)은 복수의 반사 미러(URIM1~URIM3)를 포함하고, 각 하부 반사 모듈(RM5~TM8)은 복수의 반사 미러(LRIM1~LRIM3)를 포함한다. 복수의 반사 미러(URIM1~URIM3)는 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다. 복수의 반사 미러(URIM1~URIM3)는 제1 방향(DR1)으로 갈수록 제2 입사면(LIS)에 인접하도록 배치될 수 있다. 복수의 반사 미러(LRIM1~LRIM3)는 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다. 복수의 반사 미러(LRIM1~LRIM3)는 제1 방향(DR1)으로 갈수록 제1 입사면(UIS)에 인접하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 각 반사 모듈(RM1~RM8)이 3개 반사 미러를 포함하는 구조를 도시하였으나, 반사 미러의 개수 역시 이에 한정되지 않는다.
상부 반사 미러들(URIM1~URIM3)은 제1 디스플레이 모듈(DM1)에 표시되는 가상의 이미지를 반사하여 사용자의 눈(HE)의 망막에 한 점으로 맺히도록 배치된다. 하부 반사 미러들(LRIM1~LRIM3)은 제2 디스플레이 모듈(DM2)에 표시되는 가상의 이미지를 반사하여 사용자의 눈(HE)의 망막에 한 점으로 맺히도록 배치된다.
이처럼, 사용자가 두 개의 디스플레이 모듈(DM1, DM2)로부터 가상의 이미지를 제공받는 경우, 증강 현실 제공 장치(105)의 FOV가 확장될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 입사면(UIS)은 적어도 하나의 경사면을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제1 입사면(UIS)은 상부 기준면(USS1), 제1 상부 경사면(USS2) 및 제2 상부 경사면(USS3)을 포함한다.
상부 기준면(USS1)은 출사면(ES) 및 대향면(FS)에 수직한 면으로 정의될 수 있다. 상부 기준면(USS1)의 일측은 대향면(FS)에 연결될 수 있다. 제1 상부 경사면(USS2)은 상부 기준면(USS1)에 대해서 기울어지고, 일측이 상부 기준면(USS1)에 연결될 수 있다. 제2 상부 경사면(USS3)은 상부 기준면(USS1)에 대해 기울어지고, 일측이 제1 상부 경사면(USS2)에 연결되고, 타측이 출사면(ES)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 상부 경사면(USS2, USS3)은 출사면(ES)과 상부 기준면(USS1) 사이에 배치될 수 있다.
제2 입사면(LIS)은 제1 입사면(UIS)과 반대측에 위치하고, 적어도 하나의 경사면을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제2 입사면(LIS)은 하부 기준면(LSS1), 제1 하부 경사면(LSS2) 및 제2 하부 경사면(LSS3)을 포함한다.
하부 기준면(LSS1)은 출사면(ES) 및 대향면(FS)에 수직한 면으로 정의될 수 있다. 하부 기준면(LSS1)의 일측은 대향면(FS)에 연결될 수 있다. 제1 하부 경사면(LSS2)은 하부 기준면(LSS1)에 대해서 기울어지고, 일측이 하부 기준면(LSS1)에 연결될 수 있다. 제2 하부 경사면(LSS3)은 하부 기준면(LSS1)에 대해 기울어지고, 일측이 제1 하부 경사면(LSS2)에 연결되고, 타측이 출사면(ES)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 하부 경사면(LSS2, LSS3)은 출사면(ES)과 하부 기준면(LSS1) 사이에 배치될 수 있다.
도 8 및 도 9에서는 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS) 각각의 구조는 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS) 각각은 도 7a 내지 도 7d에 제공된 입사면의 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS)이 동일한 형상을 갖는 구조를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS)은 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
제1 및 제2 입사면(UIS, LIS)의 형상은 도 3에 도시된 입사면(IS)의 형상과 동일하므로, 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)의 제1 방향(DR1)으로의 폭(W1)은 렌즈(LS)의 제1 방향(DR1)으로의 폭(W2)보다 클 수 있다. 즉, 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)이 렌즈(DLS)에 결합되기 전, 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)을 제1 방향(DR1)으로 펼쳤을 때, 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)의 폭(W1)은 렌즈(DLS)의 폭(W2)보다 크다.
제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)은 유연성을 가짐으로써 구부러질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)은 플렉서블 유기전계발광 표시장치일 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)이 렌즈(DLS)에 결합되면, 제1 디스플레이 모듈(DM1)은 제1 입사면(UIS)을 따라 절곡되고, 제2 디스플레이 모듈(DM2)은 제2 입사면(LIS)을 따라 절곡된다. 즉, 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)은 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS)의 형상을 따라 배치될 수 있다. 따라서, 렌즈(DLS)의 폭(W2)보다 넓은 폭(W1)을 갖는 제1 및 제2 디스플레이 모듈(DM1, DM2)을 제1 및 제2 입사면(UIS, LIS)에 각각 배치시킬 수 있다. 이로써, 렌즈(DLS)의 두께를 증가시키지 않으면서 증강 현실 제공 장치(105)의 FOV를 확장시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 평면도이고, 도 11은 도 10에 도시된 화소의 회로도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널의 단면도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 디스플레이 모듈(DM)은 표시패널(DP)을 포함할 수 있다. 표시패널(DP)은 평면상에서 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)으로 정의될 수 있다. 본 실시예에서 비표시영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 테두리를 따라 정의될 수 있다.
표시패널(DP)은 구동회로(GDC), 복수 개의 신호라인들(GL, DL, PL) 및 복수 개의 화소들(PX)을 포함할 수 있다. 복수 개의 화소들(PX)은 표시 영역(DA)에 배치된다. 화소들(PX) 각각은 유기발광 다이오드(OLED)와 그에 연결된 화소 구동회로(PDC)를 포함한다. 구동회로(GDC), 복수 개의 신호라인들(GL, DL, PL), 및 화소 구동회로(PDC)는 도 23에 도시된 회로 소자층(DP-CL)에 포함될 수 있다.
구동회로(GDC)는 쉬프트 레지스터를 포함할 수 있다. 쉬프트 레지스터는 복수 개의 주사 신호들을 각각 생성하는 복수개의 스테이지를 포함하고, 복수 개의 주사 신호들을 후술하는 복수 개의 주사 라인들(GL)에 순차적으로 출력한다. 다른 실시예로, 구동회로(GDC)는 화소 구동회로(PDC)에 또 다른 제어 신호를 더 출력할 수 있다.
구동회로(GDC)는 화소 구동회로(PDC)와 동일한 공정, 예컨대 LTPS(Low Temperature Polycrystalline Silicon) 공정 또는 LTPO(Low Temperature Polycrystalline Oxide) 공정을 통해 형성된 복수 개의 박막 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
복수 개의 신호라인들(GL, DL, PL)은 주사 라인들(GL), 데이터 라인들(DL), 및 전원 라인(PL)을 포함한다. 주사 라인들(GL)은 복수 개의 화소들(PX) 중 대응하는 화소(PX)에 각각 연결되고, 데이터 라인들(DL)은 복수 개의 화소들(PX) 중 대응하는 화소(PX)에 각각 연결된다. 전원 라인(PL)은 복수 개의 화소들(PX)에 연결된다.
디스플레이 모듈(DM)은 표시패널(DP)에 연결된 회로기판(FCB) 및 회로기판(FCB)에 실장된 구동칩(D-IC)을 포함할 수 있다. 회로기판(FCB)은 플렉서블 회로기판일 수 있다.
본 실시예에서, 구동칩(D-IC)이 회로기판(FCB) 상에 실장된 칩 온 필름(COF)구조를 도시하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(DD)은 구동칩(D-IC)이 표시패널(DP) 상에 실장되는 칩 온 패널(COP) 구조를 가질 수 있다.
도 11에는 어느 하나의 주사 라인(GL)과 어느 하나의 데이터 라인(DL), 및 전원 라인(PL)에 연결된 화소(PX)를 예시적으로 도시하였다. 화소(PX)의 구성은 이에 제한되지 않고 변형되어 실시될 수 있다.
유기발광 다이오드(OLED)는 전면 발광형 다이오드이거나, 배면 발광형 다이오드일 수 있다. 화소(PX)는 유기발광 다이오드(OLED)를 구동하기 위한 화소 구동회로(PDC)로써 제1 트랜지스터(T1, 또는 스위칭 트랜지스터), 제2 트랜지스터(T2, 또는 구동 트랜지스터), 및 커패시터(Cst)를 포함한다. 제1 전원 전압(ELVDD)은 제2 트랜지스터(T2)에 제공되고, 제2 전원 전압(ELVSS)은 유기발광 다이오드(OLED)에 제공된다. 제2 전원 전압(ELVSS)은 제1 전원 전압(ELVDD)보다 낮은 전압일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 주사 라인(GL)에 인가된 주사 신호에 응답하여 데이터 라인(DL)에 인가된 데이터 신호를 출력한다. 커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(T1)로부터 수신한 데이터 신호에 대응하는 전압을 충전한다.
제2 트랜지스터(T2)는 유기발광 다이오드(OLED)에 연결된다. 제2 트랜지스터(T2)는 커패시터(Cst)에 저장된 전하량에 대응하여 유기발광 다이오드(OLED)에 흐르는 구동전류를 제어한다. 유기발광 다이오드(OLED)는 제2 트랜지스터(T2)의 턴-온 구간 동안 발광한다.
도 11에는 화소 구동회로(PDC)가 2개의 트랜지스터(T1, T2) 및 하나의 커패시터(Cst)를 구비하는 구조가 도시되었으나, 화소 구동회로(PDC)의 구성은 이에 한정되지 않는다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시패널(DP)에서, 베이스층(SUB) 상에 회로 소자층(DP-CL), 표시 소자층(DP-OLED), 및 박막 봉지층(TFE)이 순차적으로 배치될 수 있다.
회로 소자층(DP-CL)은 적어도 하나의 무기막, 적어도 하나의 유기막, 및 회로 소자를 포함한다. 회로 소자층(DP-CL)은 무기막인 버퍼막(BFL), 제1 중간 무기막(10) 및 제2 중간 무기막(20)을 포함하고, 유기막인 중간 유기막(30)을 포함할 수 있다.
무기막들은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시 나이트라이드 및 실리콘 옥사이드 등을 포함할 수 있다. 유기막은 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 실록산계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드계 수지 및 페릴렌계 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 회로 소자는 도전성 패턴들 및/또는 반도체 패턴들을 포함한다.
버퍼막(BFL)은 베이스층(SUB)과 도전성 패턴들 또는 반도체 패턴들의 결합력을 향상시킨다. 별도로 도시되지 않았으나, 이물질이 유입되는 것을 방지하는 배리어층이 베이스층(SUB)의 상면에 더 배치될 수도 있다. 버퍼막(BFL)과 배리어층은 선택적으로 배치/생략될 수 있다.
버퍼막(BFL) 상에 제1 트랜지스터(T1)의 반도체 패턴(OSP1: 이하 제1 반도체 패턴), 제2 트랜지스터(T2)의 반도체 패턴(OSP2: 이하 제2 반도체 패턴)이 배치된다. 제1 반도체 패턴(OSP1) 및 제2 반도체 패턴(OSP2)은 아몰포스 실리콘, 폴리 실리콘, 금속 산화물 반도체에서 선택될 수 있다.
제1 반도체 패턴(OSP1) 및 제2 반도체 패턴(OSP2) 상에 제1 중간 무기막(10)이 배치된다. 제1 중간 무기막(10) 상에는 제1 트랜지스터(T1)의 제어 전극(GE1: 이하, 제1 제어전극) 및 제2 트랜지스터(T2)의 제어 전극(GE2: 이하, 제2 제어전극)이 배치된다. 제1 제어 전극(GE1) 및 제2 제어 전극(GE2)은 주사 라인들(GL, 도 8b 참조)과 동일한 포토리소그래피 공정에 따라 제조될 수 있다.
제1 중간 무기막(10) 상에는 제1 제어 전극(GE1) 및 제2 제어 전극(GE2)을 커버하는 제2 중간 무기막(20)이 배치된다. 제2 중간 무기막(20) 상에 제1 트랜지스터(T1)의 입력전극(DE1: 이하, 제1 입력전극) 및 출력전극(SE1: 제1 출력전극), 제2 트랜지스터(T2)의 입력전극(DE2: 이하, 제2 입력전극) 및 출력전극(SE2: 제2 출력전극)이 배치된다.
제1 입력전극(DE1)과 제1 출력전극(SE1)은 제1 중간 무기막(10) 및 제2 중간 무기막(20)을 관통하는 제1 관통홀(CH1)과 제2 관통홀(CH2)을 통해 제1 반도체 패턴(OSP1)에 각각 연결된다. 제2 입력전극(DE2)과 제2 출력전극(SE2)은 제1 중간 무기막(10) 및 제2 중간 무기막(20)을 관통하는 제3 관통홀(CH3)과 제4 관통홀(CH4)을 통해 제2 반도체 패턴(OSP2)에 각각 연결된다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2) 중 일부는 바텀 게이트 구조로 변형되어 실시될 수 있다.
제2 중간 무기막(20) 상에 제1 입력전극(DE1), 제2 입력전극(DE2), 제1 출력전극(SE1), 및 제2 출력전극(SE2)을 커버하는 중간 유기막(30)이 배치된다. 중간 유기막(30)은 평탄면을 제공할 수 있다.
중간 유기막(30) 상에는 표시 소자층(DP-OLED)이 배치된다. 표시 소자층(DP-OLED)은 화소 정의막(PDL) 및 유기발광 다이오드(OLED)를 포함할 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 중간 유기막(30)과 같이 유기물질을 포함할 수 있다. 중간 유기막(30) 상에 제1 전극(AE)이 배치된다. 제1 전극(AE)은 중간 유기막(30)을 관통하는 제5 관통홀(CH5)을 통해 제2 출력전극(SE2)에 연결된다. 화소 정의막(PDL)에는 개구부(OP)가 정의된다. 화소 정의막(PDL)의 개구부(OP)는 제1 전극(AE)의 적어도 일부분을 노출시킨다.
화소(PX)는 평면 상에서 화소 영역에 배치될 수 있다. 화소 영역은 발광 영역(PXA) 및 발광 영역(PXA)에 인접한 비발광 영역(NPXA)을 포함할 수 있다. 비발광 영역(NPXA)은 발광 영역(PXA)을 에워쌀 수 있다. 본 실시예에서 발광 영역(PXA)은 개구부(OP)에 의해 노출된 제1 전극(AE)의 일부 영역에 대응하게 정의되었다.
정공 제어층(HCL)은 발광 영역(PXA)과 비발광 영역(NPXA)에 공통으로 배치될 수 있다. 별도로 도시되지 않았으나, 정공 제어층(HCL)과 같은 공통층은 복수 개의 화소들(PX)에 공통으로 형성될 수 있다.
정공 제어층(HCL) 상에 발광층(EML)이 배치된다. 발광층(EML)은 개구부(OP)에 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 발광층(EML)은 복수 개의 화소들(PX) 각각에 분리되어 형성될 수 있다. 발광층(EML)은 유기물질 및/또는 무기물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 패터닝된 발광층(EML)을 예시적으로 도시하였으나, 발광층(EML)은 복수 개의 화소들(PX)에 공통적으로 배치될 수 있다. 이때, 발광층(EML)은 백색 광을 생성할 수 있다. 또한, 발광층(EML)은 다층구조를 가질 수 있다.
발광층(EML) 상에 전자 제어층(ECL)이 배치된다. 별도로 도시되지 않았으나, 전자 제어층(ECL)은 복수 개의 화소들(PX)에 공통으로 형성될 수 있다.
전자 제어층(ECL) 상에 제2 전극(CE)이 배치된다. 제2 전극(CE)은 복수 개의 화소들(PX)에 공통적으로 배치된다.
제2 전극(CE) 상에 박막 봉지층(TFE)이 배치된다. 박막 봉지층(TFE)은 복수 개의 화소들(PX)에 공통적으로 배치된다. 본 실시예에서 박막 봉지층(TFE)은 제2 전극(CE)을 직접 커버한다. 본 발명의 일 실시예에서, 박막 봉지층(TFE)과 제2 전극(CE) 사이에는, 제2 전극(CE)을 커버하는 캡핑층이 더 배치될 수 있다. 이때 박막 봉지층(TFE)은 캡핑층을 직접 커버할 수 있다.
도 12는 표시패널(DP)의 일 예를 나타낸 것이며, 본 발명의 표시패널(DP)은 도 12의 구조에 한정되지 않는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 증강 현실 제공 장치 300: 전자장치
LM: 렌즈 모듈 DM: 디스플레이 모듈
RM1~RM4: 반사 모듈 HE: 눈
RIM1~RIM3: 반사 미러 IS: 입사면
ES: 출사면 FS: 대향면
SS1: 기준면 SS2: 제1 경사면
SS3: 제2 경사면 CS1: 제1 곡면
CS2: 제2 곡면

Claims (20)

  1. 렌즈 및 상기 렌즈 내에 구비된 반사 모듈을 포함하는 렌즈 모듈; 및
    상기 렌즈의 적어도 일 측면 상에 배치되고, 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 렌즈는,
    상기 디스플레이 모듈과 마주하고 상기 이미지를 수신하는 측면; 및
    상기 반사 모듈을 통해 반사된 이미지를 출사시키는 출사면을 포함하고,
    상기 측면은 하나 이상의 경사면을 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측면은,
    기준면; 및
    상기 기준면에 대해서 제1 각도로 기울어진 제1 경사면을 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 경사면은 상기 기준면과 상기 출사면 사이에 배치되는 증강 현실 제공 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반사 모듈은,
    상기 기준면을 통해 입사되는 이미지를 상기 출사면으로 반사하기 위한 제1 반사 미러; 및
    상기 제1 경사면을 통해 입사되는 이미지를 상기 출사면으로 반사하기 위한 제2 반사 미러를 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 반사 미러와 상기 제2 반사 미러는 서로 다른 각도로 기울어진 증강 현실 제공 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 기준면 및 상기 제1 경사면의 표면 조도는 10nm 이하인 증강 현실 제공 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 측면은,
    상기 기준면에 대해서 제2 각도로 기울어진 제2 경사면을 더 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 경사면은 상기 기준면과 상기 출사면 사이에 배치되고,
    상기 제2 각도는 상기 제1 각도보다 큰 증강 현실 제공 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사 모듈은,
    상기 기준면을 통해 입사되는 이미지를 상기 출사면으로 반사하기 위한 제1 반사 미러;
    상기 제1 경사면을 통해 입사되는 이미지를 상기 출사면으로 반사하기 위한 제2 반사 미러; 및
    상기 제2 경사면을 통해 입사되는 이미지를 상기 출사면으로 반사하기 위한 제3 반사 미러를 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 반사 미러는 서로 다른 각도로 기울어진 증강 현실 제공 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 기준면, 상기 제1 경사면 및 상기 제2 경사면의 표면 조도는 10nm 이하인 증강 현실 제공 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 기준면은 상기 출사면과 실질적으로 수직한 증강 현실 제공 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는,
    제1 렌즈; 및
    상기 제1 렌즈와 결합되는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 반사 모듈은 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 배치되는 증강 현실 제공 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 상기 제2 렌즈와 결합되기 위한 제1 결합면을 포함하고, 상기 제2 렌즈는 상기 제1 결합면과 마주하는 제2 결합면을 포함하며,
    상기 반사 모듈은 상기 제1 및 제2 결합면 중 어느 하나에 제공되는 증강 현실 제공 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 제1 결합면과 상기 제2 결합면 사이에 개재되어 상기 제1 및 제2 렌즈를 결합시키기 위한 접착층을 더 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 결합면 각각은,
    곡면 형상을 갖는 증강 현실 제공 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 결합면 각각은,
    다수의 경사면을 포함하고, 각 경사면의 경사 각도가 서로 상이한 증강 현실 제공 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 모듈은,
    유기발광 표시장치를 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 모듈은,
    플렉서블 디스플레이 모듈을 포함하는 증강 현실 제공 장치.
  20. 렌즈 및 상기 렌즈 내에 구비된 반사 모듈을 포함하는 렌즈 모듈; 및
    상기 렌즈의 적어도 일 측면 상에 배치되고, 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 렌즈는,
    상기 디스플레이 모듈과 마주하고 상기 이미지를 수신하는 측면; 및
    상기 반사 모듈을 통해 반사된 이미지를 출사시키는 출사면을 포함하고,
    상기 측면은 적어도 하나의 곡면을 포함하는 증강 현실 제공 장치.
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