KR20210031213A - 헤드마운트 표시장치 - Google Patents

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KR20210031213A
KR20210031213A KR1020190112903A KR20190112903A KR20210031213A KR 20210031213 A KR20210031213 A KR 20210031213A KR 1020190112903 A KR1020190112903 A KR 1020190112903A KR 20190112903 A KR20190112903 A KR 20190112903A KR 20210031213 A KR20210031213 A KR 20210031213A
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KR1020190112903A
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박세현
김선웅
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 영상의 누설을 방지할 수 있는 헤드마운트 표시장치에 관한 것으로, 영상을 출력하는 영상생성부와, 상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 반사하고 외부 사물의 실상이 투과되는 결합부와, 상기 영상생성부와 대향하는 상기 결합부 앞에 배치되어 상기 영상을 편광시키는 제1편광부재와, 상기 결합부의 뒤에 배치되어 상기 제1편광부재에 의해 편광되고 상기 결합부를 투과하는 영상을 차단하는 제2편광부재로 구성된다.

Description

헤드마운트 표시장치{HEAD MOUNTED DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 헤드마운트 표시장치에 관한 것으로, 특히 시스루(see through) 헤드마운트 표시시스템에 관한 것이다.
근래에 신체에 직접 착용될 수 있는 형태의 다양한 웨어러블(Wearable)전자장치들이 개발되고 있다. 그 중에서도 가상현실(Virtual Reality;VR)기기는 사용자의 머리에 장착되어 영상을 표시하는 헤드마운트 표시장치(Head-mounted display apparatus, HMD)로 발전되고 있다. 이러한 헤드마운트 표시장치는 안경형태로 구성되어, 사용자가 안경에 표시되는 영상(image)을 시청함으로써 사용자가 현실감 및 몰입감을 느끼게 한다.
더욱이, 근래에 헤드마운트 표시장치를 투명하게 하여 영상뿐만 아니라 사용자 시점의 외부 실상(real image)을 표시하여 영상과 사용자의 실제 공간의 실상을 합성함으로써 증강현실을 구현하는 시스루(see through) 헤드마운트 표시장치가 제안되고 있다.
그러나, 이러한 시스루 헤드마운트 표시장치는 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, 시스루 헤드마운트 표시장치는 투명한 안경을 통해 사용자가 존재하는 공간의 실상이 사용자에게 전달된다. 반면에, 가상현실 등의 영상 등이 안경에 표시될 때, 투명한 안경을 통하여 광이 외부로 출력되므로, 영상이 안경의 외면에 표시된다. 따라서, 시스루 헤드마운트 표시장치를 타인이 보는 경우 광의 출력에 의해 눈부심을 일으킬 뿐만 아니라, 심지어 현재 사용자가 보고 있는 영상을 타인이 인지함으로써 사용자의 프라이버시를 침해할 수도 있다.
본 발명은 영상의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있는 헤드마운트 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치는 영상을 출력하는 영상생성부; 상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 반사하고 외부 사물의 실상이 투과되는 결합부; 상기 영상생성부와 대향하는 상기 결합부 앞에 배치되어 상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 편광시키는 제1편광부재; 및 상기 결합부의 뒤에 배치되어 상기 제1편광부재에 의해 편광되고 상기 결합부를 투과하는 영상을 차단하는 제2편광부재로 구성된다.
상기 결합부는 투명한 기재와, 상기 기재의 전면 및 후면 중 적어도 하나의 표면에 형성되어 입력되는 광중 일부를 반사하는 반사부재로 구성될 수도 있으며, 상기 결합부는 복수의 투광영역 및 반사영역을 포함할 수도 있다.
상기 제1편광부재는 상기 영상생성부의 전면에 설치되거나 광학부재의 전면 또는 후면, 광학부재의 복수의 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1편광부재는 상기 표시소자의 전면에 배치될 수 있다.
상기 제2편광부재는 상기 결합부의 후면 표면에 형성될 수 있으며, 안경알의 후면 표면에 형성될 수도 있다.
본 발명에서는 표시소자로부터 출력되는 영상을 결합부에서 반사하여 사용자의 동공으로 입력하고 외부 물체의 실상을 결합부에서 투과하여 사용자의 동공으로 입력함으로써, 사용자가 영상과 실상을 합성한 영상을 인식할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 선편광방향이 서로 수직인 제1편광판 및 제2편광판을 각각 결합부의 전면 및 후면에 배치하거나 원편광방향이 서로 반대인 제1편광판 및 제2편광판을 결합부의 전면 및 후면에 배치함으로서, 영상생성부로부터 생성된 영상이 외부로 누설되는 것을 방지함으로써, 누설된 영상에 의한 타인의 눈부심이나 사용자의 프라이버시 침해를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치의 영상생성부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치에서 영상생성부에서 출력된 영상(광)이 결합부에서 반사되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드마운트 표시장치에 구비된 편광판의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드마운트 표시장치에 구비된 편광판의 또 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 헤드마운트 표시장치의 다른 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 헤드마운트 표시장치에서 렌즈에 형성된 편광판의 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 권리의 범위는 첨부된 청구항에 의해 결정되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치(100)를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치(100)는 안경형상으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 사용자의 시선을 격리한 상태에서 영상을 표시함으로써 사용자가 영상을 몰입할 수만 있다면 어떠한 형상으로도 구성될 수 있다.
상기 헤드마운트 표시장치(100)는 안경테(110)와, 안경알(115), 안경지지대(118)와, 영상을 형성하여 영상을 출사하는 영상생성부(130)와, 상기 안경알(115)의 전면에 배치되어 영상생성부(130)로부터 입사되는 영상을 반사하고 외부로부터 입력되는 외광을 투과하여 영상생성부(130)에서 생성된 영상과 실제 외부 물체의 실상을 결합하는 결합부(120)로 구성된다.
상기 안경테(110)에는 안경알(115)이 삽입되어 고정되며, 안경다리가 구비되어 사용자가 헤드마운트 표시장치(100)를 착용할 때 상기 안경다리가 사용자의 귀에 걸려 상기 헤드마운트 표시장치(100)가 사용자의 머리에 고정된다. 이때, 상기 안경테(110)는 안경다리 대신에 헤드밴드(head band)를 구비하여 상기 헤드밴드가 사용자의 머리에 감겨져 헤드마운트 표시장치(100)가 사용자의 머리에 고정될 수도 있다. 다시 말해서, 본 발명의 안경테(110)는 다양한 형식으로 사용자의 머리에 고정될 수 있다.
한편, 안경알을 특정 크기, 예를 들면 전체 안경의 전면 면적보다 작은 크기로 형성되는 대신, 헤드마운트 표시장치(100)의 전면 전체에 안경알이 배치될 수 있다. 즉, 헤드마운트 표시장치(100)의 전면 전체를 스키고글과 같은 투명 플라스틱으로 구성함으로써, 헤드마운트 표시장치(100)의 외관을 미려하게 할 수도 있다.
상기 안경테(110)의 양측에는 각각 영상생성부(130)가 설치된다. 상기 안경테(110)는 스테인레스나 티타늄 등의 물질로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 단단하고 경량의 물질이라면 어떠한 물질로도 형성될 수 있다.
상기 안경알(115)은 투명한 유리나 플라스틱으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 안경알(115)은 헤드마운트 표시장치(100)를 실제의 안경과 같은 형상으로 장식할 뿐만 아니라 외광을 헤드마운트 표시장치(100) 내부로 입력하여 외부 물체의 실상을 표시하도록 한다.
상기 안경알(115)은 안경테(110)의 전면의 일정 영역에 배치되어 헤드마운트 표시장치(100)의 형태를 형성하고 외광을 투과시킨다는 점에서 원형 또는 사각형상의 투명렌즈형상으로 형성될 수 있지만, 안경테(110)의 전면 전체가 안경알로 형성될 수 있으며, 안경알(115) 자체를 삭제하고 해당 영역을 빈공간으로 남겨 놓을 수도 있다.
즉, 안경테(110)의 안경알(115)이 고정되는 위치에 안경알(115)을 제거하여 공동(空洞))으로 남겨 놓아도, 안경테(110)에 의해 헤드마운트 표시장치(100)의 형태가 형성되고 공동을 통해 외광이 헤드마운트 표시장치(100) 내부로 투과되므로, 안경알이 없는 헤드마운트 표시장치(100)를 구성할 수 있다.
상기 안경지지대(118)는 사용자가 헤드마운트 표시장치(100)를 착용할 때, 헤드마운트 표시장치(100)를 지지하여 사용자의 머리에 고정된 헤드마운트 표시장치(100)가 유동하는 것을 방지한다. 이때, 상기 안경지지대(118)는 사용자의 코와 접촉하는 코받침일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니라 사용자의 얼굴 양측면에 밀착되는 밀착수단이나 사용자의 광대뼈에 지지대되는 지지수단일 수도 있다.
상기 결합부(120)는 입사되는 광중 일부는 반사하고 일부는 투과할 수 있다. 이를 위해, 상기 결합부(120)는 투명한 재질의 기재로 구성되고, 일면 또는 양면에는 일부의 광을 반사시키는 반사층이나 반사필름이 배치될 수 있다. 이때, 결합부(120)의 광투과율 및 반사율은 가시광선에 대하여 약 50%로 설정할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 결합부(120)의 광투과율과 반사율은 영상생성부(130)로부터 생성되는 영상과 외부로부터 입력되는 실상의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 헤드마운트 표시장치(100)가 영상생성부(130)로부터 생성되는 영상을 주영상으로 하고 외부의 실상은 단지 배경화면으로 사용하는 경우 결합부(120)의 반사율이 광투과율 보다 높도록 하여 영상생성부(130)로부터 생성되는 영상의 휘도를 배경보다 높게 하는 것이 바람직하다.
반대로, 헤드마운트 표시장치(100)가 외부로부터 입력되는 실상을 주영상으로 하고 영상생성부(130)로부터 생성되는 영상을 부영상으로 하는 경우 결합부(120)의 광투과율이 반사율 보다 높은 것이 바람직하다.
상기 결합부(120)는 투명한 플라스틱이나 수지로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 유리 등으로 형성될 수도 있다.
상기 결합부(120)의 일면 또는 양면에는 설정된 반사율을 가진 반사층 또는 반사필름이 구비되어, 영상생성부(130)로부터 출력되는 영상을 표시함과 동시에 반사하여 사용자의 동공으로 전달하고 외부로부터 입력되는 실상을 투과하여 사용자의 동공에 전달한다. 사용자의 동공으로 전달된 영상 및 실상은 사용자의 뇌에서 합성되어 사용자가 현실과 가상의 세계가 결합된 생생한 영상을 느낄 수 있게 된다.
또한, 상기 결합부(120)는 일부 영역에만 반사층 또는 반사필름을 구비함으로써 투과영역 및 반사영역으로 이루어진 복수의 영역으로 구성될 수 있다. 상기 영상생성부(130)로부터 생성되어 상기 결합부(120)에 입사되는 영상은 반사영역에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력되며, 외부 실물의 실상은 상기 투과영역을 투과하여 사용자의 동공으로 입력된다. 이때, 상기 투과영역과 반사영역의 면적비는 영상생성부(130)로부터 생성되는 영상과 외부로부터 입력되는 실상의 종류에 따라 달라질 수 있다.
안경알(115)은 우안과 좌안에 대응하는 한쌍으로 구성되며, 마찬가지로 상기 결합부(120)는 한쌍의 안경알(115)에 대응하는 한쌍으로 구성된다. 상기 한쌍의 결합부(120) 각각은 한쌍의 안경알(115), 즉 우측 안경알과 좌측 안경알의 전면에 각각 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 결합부(120)는 안경테(110)의 안경다리에 부착될 수도 있고 안경지지대(118)에 부착되어 고정될 수도 있다. 또한, 상기 결합부(120)는 안경알(115)의 크기와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 결합부(120)는 영상생성부(130)로부터 입사되는 영상을 사용자의 동공으로 반사시키므로, 반사된 영상이 사용자의 동공으로 모두 입력될 수만 있다면 상기 결합부(120)의 크기를 다양하게 형성할 수 있다. 사람의 동공은 매우 작은 크기이므로, 상기 결합부(120)는 안경알(115) 보다 작은 크기로 형성할 수 있다.
상기 결합부(120)는 사용자의 동공의 높이와 동일한 위치에 배치된다. 헤드마운트 표시장치(100)를 사용하는 사용자마다 얼굴과 머리의 크기 및 형상이 다르므로 사용자마다 동공의 높이가 다르다. 따라서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 결합부(120)에는 모터와 같은 위치 조작부재가 구비되어, 상기 결합부(120)의 상하의 위치를 미세하게 조작할 수 있게 된다. 이때, 상기 결합부(120)의 높이 조절은 사용자가 수동으로 조절할 수도 있고, 사용자의 동공을 인식하여 자동으로 조절할 수도 있다.
또한, 상기 결합부(120)는 전후, 즉 사용자의 동공과 안경알 사이에서 미세하게 이동 가능하게 설치되어 결합부(120)에서 반사된 영상이 사용자의 동공에서 허상으로 촛점을 맞출 수 있게 된다.
상기 결합부(120)는 설정된 곡률을 가진 곡면형상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 평면으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 결합부(120)는 위치에 따라 다른 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수도 있다.
상기 결합부(120)는 안경알(115)의 전면에 배치되고 영상생성부(130)는 안경테(110)의 안경다리에 배치되므로, 영상생성부(130)에서 출력되는 영상이 상기 결합부(120)에 일정한 각도로 입사된다. 따라서, 상기 일정 각도로 입력된 영상이 상기 결합부(120)에서 반사된 후 결합부(120)의 전면에 위치한 사용자의 동공으로 입력된다.
영상생성부(130)는 영상을 생성하고 생성된 영상을 결합부(120)쪽으로 출력한다. 이때, 한쌍의 영상생성부(130)는 안경테(110)의 양측 안경다리에 배치된다. 영상이 3D 영상인 경우, 우측 안경다리에 배치된 영상생성부(130)는 우안용 영상을 생성하여 결합부(120)로 출력하며, 좌측 안경다리에 배치된 영상생성부(130)는 좌안용 영상을 생성하여 결합부(120)로 출력한다.
우안용 영상은 한쌍의 결합부(120) 중 우측의 결합부(120)에서 반사되어 사용자의 우안으로 입력되고 좌안용 영상은 좌측의 결합부(120)에서 반사되어 사용자의 좌안으로 입력되며, 사용자의 뇌에 의해 우안영상과 좌안영상이 결합되어 사용자가 입체 영상을 인식할 수 있게 된다.
한쌍의 영상생성부(130)는 동일한 구조로 구성되어, 각각 좌안용 영상 및 우안용 영상을 생성하므로, 이하에서는 하나의 영상생성부(130)의 구조에 대해서만 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 영상생성부(130)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 영상생성부(130)는 내부에 수납공간이 형성된 케이스(132)와, 상기 케이스(132) 내부에 배치되어 영상을 생성하는 표시소자(134)와, 상기 표시소자(134)의 전면에 배치되어 표시소자(134)로부터 출력되는 광(즉, 영상)을 확대하고 광학수차를 보정하는 광학부재(140)로 구성된다.
상기 케이스(132)는 대략 원통형상으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 케이스(132)에는 나사 등과 같은 설치수단이 구비되어, 상기 영상생성부(130)가 안경테(110)에 부착 및 설치된다.
상기 표시소자(134)는 케이스(132)의 후단에 배치되어 영상을 출력하며, 출력된 영상은 광학부재(140)로 공급된다. 상기 표시소자(134)에서 출력된 영상이 광학부재(140)를 통해 결합부(120)에 표시되기 위해서는 상기 결합부(120)에서 영상의 촛점이 맞아야 한다. 이를 위해, 상기 표시소자(134)는 광학부재(140)와 설정된 간격 이격되어 배치된다.
상기 케이스(132)의 외부에는 조작부재(136)가 구비되어, 상기 표시소자(134)를 케이스(132)의 전후 방향으로 미세하게 이동시켜 헤드마운트 표시장치(100)의 촛점을 조절할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 케이스(132) 내에는 가이드(guide)가 구비되어 사용자가 상기 조작부재(136)를 조작함에 따라 표시소자(134)의 위치를 수동으로 조절할 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 케이스(132) 내에는 모터가 구비되어 사용자가 조작부재(136)를 조작함에 따라 표시소자(134)의 위치를 자동으로 조절할 수도 있다.
또한, 표시소자(134)의 위치를 조절하는 대신, 광학부재(140)의 위치를 조절함으로써 헤드마운트 표시장치(100)의 촛점을 조절할 수도 있다. 이때, 사용자가 조작부재(136)를 조작하여 상기 광학부재(140)의 위치를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있다.
상기 표시소자(134)로는 다양한 표시소자가 이용될 수 있다. 헤드마운트 표시장치(100)의 표시소자(134)는 작은 크기로 형성되어 안경테(110)에 설치되므로, 소형의 고해상도 표시소자를 적용하는 것이 바람직하다. 이러한 표시소자로는 액정표시소자나 유기 또는 무기전계발광 표시소자와 같은 평판표시소자가 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 현재 알려진 모든 표시소자를 사용할 수 있다.
헤드마운트 표시장치(100)가 3D 영상을 표시할 때, 좌측 및 우측의 영상생성부(130)에 배치된 표시소자(134)는 각각 좌안용 영상과 우안용 영상을 출력한다.
광학부재(140)는 복수의 렌즈(142,144,146)로 구성될 수 있다. 상기 복수의 렌즈(142,144,146)는 표시소자(134)로부터 출력되는 영상을 집광 및 발산하여 평행광을 만들어 결합부(120)에 조사되도록 한다.
도면에서는 상기 광학부재(140)가 3개의 렌즈(142,144,146)로 구성되지만, 이에 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 4개 이상의 렌즈로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 렌즈(142,144,146)로는 각각 볼록렌즈, 오목렌즈, 수차보정을 위한 비구면렌즈 등이 사용될 수 있다. 도면에서는 제1렌즈(142)를 볼록렌즈로 형성하고, 제2렌즈(144)를 오목렌즈로 형성하며, 제3렌즈(146)를 비구면 렌즈로 형성하지만, 본 발명의 광학부재의 렌즈배열이 이러한 배열에 한정되는 것이 아니라 다양한 방식으로 배열될 수 있다.
상기 광학부재(140)의 렌즈(142,144,146) 각각은 프레넬렌즈일 수 있다. 프레넬렌즈는 일반적인 렌즈보다 얇게 만들 수 있으므로, 광학부재의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있게 된다. 따라서, 이러한 프레넬렌즈를 사용함으로써, 헤드마운트 표시장치(100)를 경량화할 수 있게 된다.
또한, 프레넬렌즈는 아크릴 또는 폴리카보네이트와 같은 플라스틱으로 제작함으로써 헤드마운트 표시장치(100) 더욱 경량화할 수 있다. 또한, 넓은 시야특성을 확보할 수 있다. 상기 프레넬렌즈에는 색수차, 특히 측면색수차가 감소하도록 하나 또는 하나 이상의 회절성표면(diffractive surface)을 포함 할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 복수의 렌즈(142,144,146)는 고정장치에 의해 케이스(132) 내부의 원통형 수납공간 내부에 고정될 수 있다.
도 3은 영상생성부(130)에서 출력된 영상이 결합부(120)에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 영상생성부(130)의 표시소자(134)에서 생성된 광(영상)은 광학부재(140)를 거치면서 평행하고 광학수차가 보정된 광(L)으로 되어 결합부(120)로 조사된다. 결합부(120)에서는 조사되는 광(L)을 사용자측으로 반사하며 반사된 광이 사용자의 동공으로 입력되어 사용자가 영상을 인식할 수 있게 된다.
이때, 영상은 영화 등과 같은 일반적인 영상일 수도 있고, 게임이나 교육 등의 가상현실(virtual reality) 콘텐츠일 수도 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 결합부(120)가 입사되는 광(L)을 반사함과 동시에 외부로부터 입사되는 일부의 광을 투과할 수 있으므로, 현실의 외부 물체의 실상에 가상현실의 영상을 결합함으로써 증강현실(augmented reality)를 구현할 수도 있다.
이하에서는 현실의 외부 물체의 실상에 가상현실의 영상을 결합한 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치(100)의 구체적인 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)를 간략하게 나타내는 도면이다.
이때, 헤드마운트 표시장치(100)의 안경테에 영상생성부(130)와 결합부(120)가 결합되는 구성은 도 1에 도시된 구조와 동일하므로, 도면에서는 설명의 편의를 위해 이러한 결합관계는 생략하고 영상생성부(130)와 결합부(120)만을 간략하게 나타내었다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)에서는 영상생성부(130)의 케이스(132) 내부에 표시소자(134)와 광학부재(140)가 배치되며, 상기 영상생성부(130)의 전면에는 결합부(120)가 배치된다.
상기 결합부(120)는 영상생성부(130)로부터 입사되는 영상을 사용자의 동공으로 반사한다. 또한, 상기 결합부(120)는 외부에 실제 존재하는 실물(168)의 실상을 투과시켜 사용자의 동공으로 전달한다. 따라서, 사용자의 눈에는 표시소자(134)에서 생성된 가상현실과 같은 영상과 실물(168)의 실상이 합성되어 현실적이고 생생한 증강현실을 구현할 수 있게 된다.
이때, 상기 영상생성부(130)의 케이스(132)의 전단, 즉 광학부재(140)와 결합부(120) 사이에는 제1편광판(162)이 배치되고 결합부(120)의 후단, 즉 즉, 결합부(120)와 실물(168) 사이에는 제2편광판(164)이 배치되며, 상기 제1편광판(162)의 광투과축과 제2편광판(164)의 광투과축은 서로 수직이다.
상기 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)은 각각 제1지지체, 편광체, 제2지지체로 구성될 수 있다.
상기 제1지지체는 상기 편광체를 보호하기 위한 것으로, 주로 위상지연(retardation)이 없는 일반적인 보호필름(protection film)으로 이루어진다. 이러한 보호필름은 어떠한 것도 사용 가능하지만, 주로 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose;TAC)를 사용한다.
상기 편광체는 자연광을 임의의 편광된 광으로 변환될 수 있는 필름이다. 이때, 상기 편광체는 입사되는 빛을 직교하는 2개의 편광성분으로 나누었을 때, 2개의 편광성분중 하나의 편광성분은 통과시키고 다른 편광성분은 흡수, 반사 또는 산란시키는 기능을 갖는 것이 사용될 수 있다. 상기 편광체에 사용되는 광학필름으로는 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 요오드 또는 2색성 염료를 함유하는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol;PVA)계 수지를 주성분으로 하는 고분자필름을 사용한다.
또한, 제2지지체로는 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose;TAC)을 사용한다.
상기 제1편광판(162)은 케이스(132)의 전단에 부착될 수 있고 케이스(132) 내부의 별도의 수납공간을 형성하여 그 내부에 수납할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2편광판(164)은 결합부(120)와 안경알 사이의 공간에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 실시예에서 제1 및 제2편광판(162,164)을 구비하는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.
본 실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)에서는 증강현실을 구현하기 위해, 표시소자(134)로부터 생성된 영상과 외부 물체의 실상, 예를 들면 외부의 환경등의 실상이 사용자의 동공으로 입력되며, 입력된 영상과 실상이 합성되어 사용자가 증강현실을 체험할 수 있다. 이를 위해, 결합부(12)는 광을 반사할 뿐만 아니라 광의 일부를 투과한다.
즉, 표시소자(134)로부터 생성된 영상이 결합부(120)에 입사될 때, 모든 영상이 상기 결합부(120)에서 반사되는 것이 아니고 일부의 영상은 반사되고 나머지 일부의 영상은 투과된다. 이때, 상기 결합부(120)의 외측에 배치되는 안경알이 투명하므로 상기 결합부(120)를 투과한 영상이 헤드마운트 표시장치(100)의 외측으로 누설된다. 이러한 영상의 누설(또는 광의 누설)은 타인에게 눈부심으로 작용할 뿐만 아니라 심지어 영상이 헤드마운트 표시장치(100)의 외측에 그대로 표시되어 타인이 이 영상을 인식함으로써 사용자의 프라이버를 침해하게 된다.
본 발명에서는 제1 및 제2편광판(162,164)을 구비함으로써 헤드마운트 표시장치(100)의 외측으로의 광누설이 발생하는 것을 방지한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 표시소자(134)에서 생성되어 광학부재(140)를 거친 영상은 제1편광판(162)을 투과하면서 제1방향으로 편광된 영상으로 된다. 이 편광된 영상은 결합부(120)에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력된다. 또한, 결합부(120)에 조사된 제1방향으로 편광된 영상의 일부는 상기 결합부(120)를 투과하여 제2편광판(164)에 도달하게 되는데, 상기 제2편광판(164)의 투과축방향이 제1편광판(162)의 투과축 방향과 수직이므로, 상기 제2편광판(164)으로 입사되는 제1방향으로 편광된 영상의 편광방향이 제2편광판(164)의 광흡수축과 평행하게 되어 입사되는 모든 영상이 제2편광판(164)에 의해 흡수되어, 상기 영상이 헤드마운트 표시장치(100)의 외측으로 누설되지 않는다.
한편, 외부로부터 입사되는 사물(168)의 실상은 제2편광판(164)을 투과하면서 제2방향으로 편광된 후, 상기 결합부(120)에 도달하게 된다. 결합부(120)에서는 일부의 광이 반사되고 일부의 광은 투과하므로, 제2방향으로 편광된 실상의 일부가 상기 결합부(120)를 투과하여 사용자의 동공에 도달하게 된다.
한편, 이 실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)에서는 제1편광판(162)과 제2편광판(164) 사이에 배치되는 결합부(120)가 곡면 또는 평면의 투명한 플라스틱 또는 수지재질로서 구성되는데, 특히 상기 결합부(120)는 등방성을 가지는 것이 바람직하다.
상기 영상생성부(130)에서 생성된 영상은 제1편광판(162)에서 제1방향으로 선편광된 후, 상기 결합부(120)로 입사된다. 상기 결합부(120)가 비등방적인 광학적 특징을 가지는 경우, 편광된 영상이 상기 결합부(120)를 투과할 때 결합부(120)의 비등방성에 의해 영상의 편광이 깨지게 된다. 따라서, 상기 결합부(120)를 투과한 영상이 제2편광판(164)에 의해 완전히 흡수되지 않고 일부의 영상이 헤드마운트 표시장치(100)의 외부로 누설된다.
반면에, 결합부(120)가 등방적인 광학적 특징을 가지는 경우, 결합부(120)를 투과하는 영상의 편광이 깨지지 않게 되므로, 상기 결합부(120)를 투과한 영상이 제2편광판(164)에 의해 완전히 흡수되어 영상이 헤드마운트 표시장치(100)의 외부로 전혀 누설되지 않게 된다.
물론, 상기 결합부(120)의 비등방성을 갖는 경우에도, 상기 결합부(120)의 비등방성 정도에 따라 제1편광판(162)의 광투과축과 제2편광판(164)의 광투과축을 조절함으로써 광의 누설을 방지할 수 있다. 그러나, 결합부(120)의 전체 영역에 걸쳐 비등방성이 균일하게 형성되는 것이 아니며, 더욱이 곡면형상으로 형성되는 결합부(120)의 위치나 곡률에 따라 비등방성정도가 다르므로, 제1편광판(162)의 광투과축과 제2편광판(164)의 광투과축을 조절함으로써 광의 누설을 방지하는데에는 한계가 있었다. 따라서, 비등방성에 의한 광누설을 방지하기 위해서는 결합부(120)가 등방성을 가지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)에서는 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)을 구비함으로써, 영상생성부(130)로부터 생성된 영상은 헤드마운트 표시장치(100) 외부로 누설되지 않도록 하고 외부의 실물(168)에 대한 실상은 헤드마운트 표시장치(100) 내부로 입력시킴으로써, 광누설에 따른 프라이버시를 침해하지 않고도 증강현실을 구현할 수 있게 된다.
한편, 상기 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)은 광을 선형편광시키는 선편광판이 아니라 광을 원형편광시키는 원편광판일 수 있다. 이때, 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)은 서로 반대 방향, 예를 들면 제1편광판(162)은 좌원편광판이고 제2편광판(164)은 우원편광판일 수 있으며, 제1편광판(162)은 우원편광판이고 제2편광판(164)은 좌원편광판일 수도 있다.
이러한 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)은 콜레스테릭 액정 등으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 원편광판을 사용하는 경우, 영상생성부(130)에서 출력된 영상이 상기 제1편광판(162)을 투과하면서 좌원 편광된 영상으로 되며, 결합부(120)에서 좌원 편광된 광의 일부가 반사하여 사용자의 동공으로 입력된다. 또한, 상기 결합부(120)를 투과하는 좌원편광된 광은 우원 편광판인 제2편광판(164)에서 반사되므로, 헤드마운트 표시장치(100)의 외곽으로의 영상누설을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)에 적용되는 편광판(162,164)의 다른 구조를 나타내는 도면이다. 이때의 편광판(162,164)은 표시소자(134)가 액정표시소자인 경우 사용되는 것으로, 상기 제1편광판(162)의 전면(前面)에 λ/4의 광학필름(163)이 부착된다. λ/4의 광학필름(163)은 표시소자(134)를 향하는 제1편광판(162)의 면에 부착되어, λ/4의 광학필름(163)은 표시소자(134)와 제1편광판(162) 사이에 위치한다.
일반적으로 액정표시소자는 상면에 상부 편광판이 구비되므로, 출력되는 영상은 편광된 영상이다. 따라서, 액정표시소자의 상부편광판과 제1편광판(162)의 광투과축이 서로 일치하지 않는 경우, 액정표시소자로부터 출력되는 편광된 영상이 상기 제1편광판(162)에서 일부가 흡수되어 휘도가 저하된다. 심지어 액정표시소자의 상부 편광판과 제1편광판(162)의 광투과축이 수직인 경우 제1편광판(162)에 의해 영상이 완전히 흡수되어 영상이 결합부(120)를 통해 사용자의 동공으로 입력되지 않게 되어 헤드마운트 표시장치(100)가 사용 불가능하게 된다.
반면에, 본 발명과 같이, 제1편광판(162)의 전면에 λ/4의 광학필름(163)이 부착되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 액정표시소자로부터 출력된 편광된 영상이 상기 광학필름(163)에서 좌원편광 또는 우원편광되며, 이 원편광된 광이 다시 제1편광판(162)에서 선편광되어 출력된다. 이때, 제1편광판(162)과 제2편광판(164)의 광투과축이 서로 수직하므로, 상기 제1편광판(162)에서 출력되는 편광된 광이 모두 제2편광판(164)에 의해 흡수되어 광의 누설을 방지할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드마운트 표시장치(100)에 적용되는 편광판(162,164)의 또 다른 구조를 나타내는 도면으로, 상기 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)은 격자(grid) 편광판이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1편광판(162)은 제1지지부재(160)와 상기 제1지지부재(160) 상에 배치되어 복수의 슬릿을 형성하는 복수의 제1패턴(165)으로 구성된다. 이때, 제1패턴(165) 사이의 거리, 즉 슬릿의 간격(t)은 약 45-55nm, 바람직하게는 50nm이고 제1패턴(165)의 피치는 약 180-220nm, 바람직하게는 200nm이다. 따라서, 상기 제1패턴(165)의 피치의 폭이 입사되는 광의 파장, 즉 가시광선의 파장보다 작으므로 입사되는 광중에서 상기 제1패턴(165)의 연장방향, 즉 슬릿의 길이방향과 평행한 편광성분인 S파는 반사하고 수직 편광성분인 P파는 투과하게 된다.
또한, 제2편광판(164)은 제2지지부재(161)와 상기 제2지지부재(160) 상에 배치되어 복수의 슬릿을 형성하는 복수의 제2패턴(167)으로 구성된다. 이때, 제2패턴(167) 사이의 거리, 즉 슬릿의 간격은 약 45-55nm, 바람직하게는 50nm이고 제2패턴(167)의 피치는 약 180-220nm, 바람직하게는 200nm이다. 이때, 제 2 패턴(167)에 형성된 슬릿 방향과 제 1 패턴(165)에 형성된 슬릿의 방향은 서로 수직할 수 있다.
상기 제1지지부재(160) 및 제2지지부재(161)는 각각 투명한 필름이나 유리로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1패턴(165) 및 제2패턴(167)은 각각 금속 또는 폴리머로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 구조의 편광판(162,164)이 구비된 헤드마운트 표시장치(100)에서는, 상기 제2패턴(167)의 연장방향, 즉 슬릿의 길이방향이 입사되는 P파 성분과 평행하므로, 상기 제1편광판(164)을 투과하여 입사되는 모든 광을 반사하게 된다. 따라서, 헤드마운트 표시장치(100)의 외부로 광이 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도면에는 표시하지 않았지만, 이 실시예에 구비되는 편광판은 제1실시예에서 기재된 구조의 편광판을 모두 포함할 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 헤드마운트 표시장치에서는 영상생성부의 광학부재(240) 내부, 복수의 렌즈의 전단에 제1편광판(262)이 배치된다. 또한, 결합부(220)의 후단에 제1편광판(262)의 광투과축과 수직의 광투과축을 가진 제2편광판(264)이 배치된다.
제1실시예와 마찬가지로, 이 실시예에서도 표시소자(234)에서 출력된 영상이 제1편광판(262)에 의해 제1방향으로 편광되며, 편광된 영상의 일부가 결합부(220)에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력되고 영상의 나머지 일부가 결합부(220)를 투과하지만 제1방향으로 편광된 영상이 제2편광판(264)에서 완전히 흡수되므로, 영상생성부로부터 생성된 영상이 헤드마운트 표시장치 외부로 누설되지 않고 외부의 실물에 대한 실상은 헤드마운트 표시장치 내부로 입력시킴으로써, 광누설에 따른 프라이버시를 침해하지 않고도 가상의 영상과 실제 물체의 실상이 합성된 영상을 표시할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 헤드마운트 표시장치의 다른 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 구조의 헤드마운트 표시장치는 도 7에 도시된 구조의 헤드마운트 표시장치와는 제2편광판(264)의 구조만이 다를 뿐 동일한 구조로 형성되므로, 다른 구조에 대해서만 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이 구조의 헤드마운트 표시장치에서는 제2편광판(264)이 결합부(220)의 후면의 표면에 형성되어 영상생성부으로부터 입력되는 영상중 상기 결합부(220)를 투과하는 광은 제2편광판(264)에 의해 완전히 흡수되어 헤드마운트 표시장치 외부로 영상이 누설되지 않는다.
도면에 도시하지 않았지만, 상기 제2편광판(264)은 결합부(220)의 후면 표면에 접착제에 의해 부착될 수 있다. 상기 접착제로는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)를 사용할 수 있다. 상기 PSA는 고분자 경화물을 포함할 수 있다. 상기 PSA는 점착제를 포함하여 필름 형태로 이루어져, 외부에서 제공되는 압력에 응답하여 접착 동작을 수행한다. 상기 점착제로는 크릴계나 고무계의 점착제, 혹은 상기 점착제에 굴절율을 조정하기 위해서 질코니아 등의 미립자를 함유시킨 점착제 등을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 접착제가 PSA에 한정되는 것이 아니다.
또한, 상기 제2편광판(264)은 결합부(220)의 후면 표면에 요오드 또는 2색성 염료를 함유하는 폴리비닐알코올계 수지를 주성분으로 하는 고분자물질을 적층함으로써 형성될 수도 있다.
또한, 제1편광판(262)은 도 5에 도시된 격자구조의 편광판으로 구성되고, 제2편광판(264)은 상기 결합부(220)의 후면 표면에 직접 패턴을 형성함으로써 형성할 수 있다. 이때, 제1편광판(262)에 형성되는 패턴과 결합부(220)의 후면 표면에 형성되는 패턴은 서로 수직방향으로 형성되어, 제1편광판(262)을 투과하는 광의 일부는 결합부(220)에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력되고 제1편광판(262)을 투과하는 광의 나머지 일부는 결합부(220)에 형성된 격자형상의 패턴에 의해 반사되어 헤드마운트 표시장치의 외부로 광누설을 방지할 수 있게 된다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제3실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 제1편광판(362)이 영상생성부의 광학부재(340) 내부에 배치되며, 제2편광판(364)은 결합부재(320)의 외측에 배치된다. 이때, 상기 제2편광판(364)은 필름형태로 구비되어 결합부재(320)와 안경알(도면표시하지 않음) 사이에 기계적으로 배치될 수 있고, 결합부재(320)의 후면 표면에 필름형태로 부착될 수도 있다. 또한, 상기 제2편광판(364)은 결합부재(320)의 후면 표면에 편광물질이 적층되어 형성될 수도 있고 격자형상의 패턴이 형성될 수도 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 이 구조의 헤드마운트 표시장치에서는 제1편광판(362)이 제2렌즈(344)와 제3렌즈(346) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1편광판(362)은 필름형태로 제2렌즈(344)와 제3렌즈(346) 사이의 공간에 배치될 수 있고, 필름형태로 제2렌즈(344)와 제3렌즈(346)의 서로 대향하는 표면중 하나의 표면에 부착될 수도 있다. 또한, 제2렌즈(344)와 제3렌즈(346)의 서로 대향하는 표면중 하나의 표면에 편광물질이 적층됨으로써 형성될 수도 있고, 제2렌즈(344)와 제3렌즈(346)의 서로 대향하는 표면중 하나의 표면에 격자 형상의 복수의 패턴을 형성함으로써 형성될 수도 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 이 구조의 헤드마운트 표시장치에서는 제1편광판(362)이 제1렌즈(342)와 제2렌즈(344) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1편광판(362)은 필름형태로 제2렌즈(342)와 제3렌즈(344) 사이의 공간에 배치될 수 있고, 필름형태로 제1렌즈(342)와 제3렌즈(344)의 서로 대향하는 표면중 하나의 표면에 부착될 수도 있다. 또한, 제1렌즈(342)와 제2렌즈(344)의 서로 대향하는 표면중 하나의 표면에 편광물질이 적층됨으로써 형성될 수도 있고, 제1렌즈(342)와 제2렌즈(344)의 서로 대향하는 표면중 하나의 표면에 격자 형상의 복수의 패턴을 형성함으로써 형성될 수도 있다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 이 구조의 헤드마운트 표시장치에서는 제1편광판(362)이 제1렌즈(342)의 후단, 즉 광학부재(340)의 후단에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1편광판(362)은 필름형태로 제1렌즈(342)의 전면, 즉 표시소자(334)와 제1렌즈(342) 사이의 공간에 배치될 수 있고, 필름형태로 표시소자(334)와 대향하는 제1렌즈(342)의 표면에 부착될 수도 있다. 또한, 표시소자(334)와 대향하는 제1렌즈(342)의 표면에 편광물질이 적층됨으로써 형성될 수도 있고, 표시소자(334)와 대향하는 제1렌즈(342)의 표면에 격자 형상의 복수의 패턴을 형성함으로써 형성될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 헤드마운트 표시장치에서 격자형상의 복수의 패턴이 제2렌즈(344)의 오목렌즈 측에 배치되어 제1편광판(362)이 형성된 구조를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2렌즈(344)의 오목렌즈의 표면에는 수지와 같이 투명한 물질이 적층되어 절연층(349)이 형성되고, 그 위에 복수의 패턴(365)이 형성되어 복수의 슬릿을 형성한다.
상기 절연층(349)은 제2렌즈(344)의 오목한 영역에 형성되어 이 영역을 평탄화한다. 도면에서는 상기 절연층(349)이 제2렌즈(344)의 오목한 영역에만 형성되어 평탄화된 표면이 제2렌즈(344)의 가장자리와 동일한 표면을 형성할 수도 있지만, 절연층(349)이 오목한 영역 보다 더 두껍게 형성되어 평탄화면이 제2렌즈(344)의 가장자리보다 설정 거리 더 높게 형성될 수 있다.
상기 패턴(365)은 금속으로 형성될 수도 있고 폴리머재질로 구성될 수 있다.
상기와 같이, 오목렌즈의 오목한 면에는 평탄화층을 형성한 후 격자 형상의 패턴(365)을 형성하여 제1편광판을 형성하므로, 제1편광판(362)을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 또한, 편평한 면에 복수의 격자를 형성하므로, 오목한 면에 형성되어 오목렌즈의 곡면에 따라 편광특성에 변이가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 이 실시예의 헤드마운트 표시장치에서는 제1편광판(362)와 제2편광판(364) 사이에 배치되는 렌즈가 등방성을 가지도록 형성함으로써, 비등방성 렌즈에 의해 편광된 영상이 깨져 광이 헤드마운트 표시장치 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 헤드마운트 표시장치에서는 제1편광판(462)이 표시소자(434)의 전면에 배치되며, 제2편광판(464)은 결합부(420)의 후면에 배치될 수 있다.
상기 제1편광판(462)의 필름형태로 표시소자(434)의 전면에 부착될 수도 있고, 표시소자(434)의 전면에 편광물질이 적층됨으로써 형성될 수도 있다. 또한, 표시소자(434)의 표면에 격자 형상의 복수의 패턴을 형성함으로써 형성될 수도 있다.
이때, 광학부재(440)에 구비된 렌즈와 결합부(420)는 등방성으로 갖도록 형성되어 비등방성 렌즈에 의해 편광된 영상이 깨져 광이 헤드마운트 표시장치 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 헤드마운트 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 헤드마운트 표시장치에서는 제2편광판(564)이 헤드마운트 표시장치 외측면에 구비될 수 있다. 즉, 제2편광판(564)이 안경테(510)에 의해 고정되는 안경알(515)의 후면 표면에 부착되거나 안경테(564) 전면에 걸쳐 스키고글과 같이 형성되는 투명한 안경알(515) 후면이 전체 표면에 부착될 수 있다.
이때, 상기 제2편광판(564)은 필름형태로 안경알(515) 후면 표면에 부착되어 형성될 수 있고 편광물질이 안경알(515) 후면 표면에 적층되어 형성될 수도 있다. 또한, 격자형상의 복수의 패턴을 안경알(515) 후면 표면에 배치함으로써 형성할 수도 있다.
이 구조의 헤드마운트 표시장치에서도 표시소자(534)에서 출력된 영상이 제1편광판(562)에서 편광된 후 결합부(520)로 입사되며, 결합부(520)에서는 입력되는 광의 일부를 반사하여 사용자의 동공으로 입력한다. 또한, 결합부(520)를 투과하는 광은 상기 제2편광판(564)에 의해 모두 흡수되어 영상이 헤드마운트 표시장치 외부로 누설되지 않는다.
또한, 외부 사물의 실상은 상기 제2편광판(564) 및 결합부(520)를 투과하여 사용자의 동공으로 입력되며, 표시소자(534)의 영상과 외부 사물의 실상이 합성되어 증강현실을 실현할 수 있게 된다.
이때, 도면에서는 제1편광판(562)이 영상생성부(530)의 전면에 배치되지만, 상기 제1편광판(562)은 광학부재(540)의 내부 및 표시소자(534)의 전면에 배치될 수도 있다. 또한, 제1편광판(562)과 제2편광판(564) 사이의 소재들, 예를 들면 렌즈(542,544,546), 결합부(520), 안경알(515)은 모두 등방성으로 구성되어 비등방성에 의해 편광이 깨어져 광이 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 헤드마운트 표시장치에 서로 수직하는 편광판 또는 서로 반대방향의 원편광판을 구비함으로써, 표시소자에서 생성된 영상과 외부 사물의 실상을 결합할 때, 표시소자의 영상이 외부로 누설되어 타인에게 영상이 노출됨으로써 사용자의 프라이버시가 침해되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 다양한 변형예나 본 발명을 기초로 용이하게 창안할 수 있는 구조 등도 본 발명의 범위에 포함되어야만 할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.
110,410 : 안경테 115,515: 안경알
120,220,320,420,520 : 결합부 130,230,330,430,530 : 영상생성부
134,234,334,434,534 : 표시소자 140,240,340,440,540 : 광학부재
162,262,362,462,562 : 제1편광판 164,264,364,464,564 : 제2편광판

Claims (21)

  1. 영상을 출력하는 영상생성부;
    상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 반사하고 외부 사물의 실상이 투과되는 결합부;
    상기 영상생성부와 대향하는 상기 결합부 앞에 배치되어 상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 편광시키는 제1편광부재; 및
    상기 결합부 뒤에 배치되어 상기 제1편광부재에 의해 편광되고 상기 결합부를 투과하는 영상을 차단하는 제2편광부재로 구성된 헤드마운트 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합부는,
    투명한 기재; 및
    상기 기재의 전면 및 후면 중 적어도 하나의 표면에 형성되어 입력되는 광중 일부를 반사하는 반사부재로 이루어진 헤드마운트 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합부는 복수의 투광영역 및 반사영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상생성부가 고정되는 안경테; 및
    상기 안경테의 고정되는 안경알을 더 포함하며,
    상기 결합부는 상기 안경알의 전면에 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 영상생성부의 전면에 설치되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 영상생성부는,
    영상을 생성하는 표시소자; 및
    상기 표시소자와 상기 결합부 사이에 형성된 광학부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운 표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광학부재는 복수의 렌즈를 포함하는 헤드마운트 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 광학부재 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 광학부재와 상기 결합부 사이 또는 상기 광학부재와 상기 표시소자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 광학부재의 복수의 렌즈 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 렌즈의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 결합부와 대향하는 상기 표시소자 표면에 형성되는 헤드마운트 표시장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2편광부재는 상기 결합부의 후면 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  14. 제2항에 있어서, 상기 제2편광부재는 상기 안경알의 후면 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1편광부재 및 상기 제2편광부재의 광투과축 방향은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1편광부재 및 상기 제2편광부재는 서로 반대 방향의 원평광방향을 가진 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1편광부재는 제1방향으로 연장되는 복수의 패턴으로 구성되고 상기 제2편광부재는 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 연장되는 복수의 패턴으로 구성되는 헤드마운트 표시장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1편광부재는,
    오목렌즈의 오목한 영역에 형성된 투명한 절연층; 및
    상기 절연층 위에 배치된 복수의 패턴으로 이루어진 헤드마운트 표시장치
  19. 제1항에 있어서, 상기 표시소자는 유기전계발광 표시소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 표시소자는 액정표시소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1편광부재는 상기 표시소자로부터 제1방향의 광투과축을 가지는 제1편광판과 상기 제1 편광판의 전면에 배치된 λ/4의 광학필름을 포함하며, 상기 제2편광부재는 상기 제1방향과 수직인 제2방향의 광투과축을 가지는 제2편광판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 헤드마운트 표시장치.
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