KR20210149522A - 확장된 시야각을 제공하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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이홍석
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Abstract

확장된 시야각을 제공할 수 있는 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 디스플레이 장치는, 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 및 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 입력 커플러에 영상을 제공하는 영상 제공 장치;를 포함한다. 여기서, 상기 입력 커플러는 상기 영상 제공 장치로부터 제공되는 영상을 상기 도광판 내에 서로 다른 각도로 진행시키는 복수의 서브 입력 커플러를 포함할 수 있다.

Description

확장된 시야각을 제공하는 디스플레이 장치 {Display apparatus providing expanded viewing angle}
개시된 실시예들은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확장된 시야각을 제공할 수 있는 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. 이러한 증강 현실(AR)은 현실 세계와 부가적인 정보(가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실(MR)의 일례라고 할 수 있다.
증강 현실 디스플레이 장치는, 예컨대, 안경형 디스플레이 장치, 헤드 마운트형 디스플레이 장치, 고글형 디스플레이 장치 등과 같은 근안 디스플레이 장치로 제작되고 있다. 이러한 근안 증강 현실 디스플레이 장치(augmented reality near-eye display)를 작고 가볍게 제작하기 위하여 다양한 광학 구조가 연구되고 있다.
확장된 시야각을 제공할 수 있는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 및 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 입력 커플러에 영상을 제공하는 영상 제공 장치;를 포함하며, 상기 입력 커플러는 상기 영상 제공 장치로부터 제공되는 영상을 상기 도광판 내에 서로 다른 각도로 진행시키는 복수의 서브 입력 커플러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 제공 장치는 상기 복수의 서브 입력 커플러에 각각 대응하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원;을 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기는 상기 복수의 표시 영역 사이의 비표시 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기는 상기 복수의 표시 영역에서 동일한 영상을 각각 표시하거나 또는 시점이 상이한 영상을 각각 표시하도록 동작할 수 있다.
상기 영상 제공 장치는 상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 배치되어 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자를 더 포함할 수 있다.
상기 회절 격자의 크기는 상기 공간 광변조기의 크기보다 클 수 있다.
상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 상기 회절 격자에 의해 -1차 회절된 조명광이 입사하는 제 1 표시 영역, 상기 회절 격자에 의해 0차 회절된 조명광이 입사하는 제 2 표시 영역, 및 상기 회절 격자에 의해 +1차 회절된 조명광이 입사하는 제 3 표시 영역을 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 제 1 표시 영역, 제 2 표시 영역, 및 제 3 표시 영역을 포함하며, 상기 복수의 서브 입력 커플러는 상기 제 1 표시 영역에 의해 -1차 회절된 영상이 입사하는 제 1 서브 입력 커플러, 상기 제 2 표시 영역에 의해 0차 회절된 영상이 입사하는 제 2 서브 입력 커플러, 및 상기 제 3 표시 영역에 의해 +1차 회절된 영상이 입사하는 제 3 서브 입력 커플러를 포함할 수 있다.
상기 제 1 표시 영역의 크기는 상기 제 1 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 제 2 표시 영역의 크기는 상기 제 2 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 및 제 3 표시 영역의 크기는 상기 제 3 서브 입력 커플러의 크기보다 클 수 있다.
다른 예에서 상기 영상 제공 장치는, 상기 복수의 서브 입력 커플러에 각각 대응하며 서로 분리된 복수의 공간 광변조기; 및 상기 복수의 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 서브 입력 커플러는 상기 도광판의 표면 상에서 2차원 배열되어 있으며, 상기 복수의 공간 광변조기는 상기 복수의 서브 입력 커플러와 마주하는 동일 평면 상에서 2차원 배열될 수 있다.
상기 광원은 상기 복수의 공간 광변조기에 각각 가간섭성 조명광을 제공하는 복수의 광원을 포함할 수 있다.
상기 복수의 광원은 서로 다른 색상의 조명광을 각각 제공할 수 있다.
다른 예에서 상기 영상 제공 장치는 상기 복수의 서브 입력 커플러에 순차적으로 또는 동시에 영상을 제공하는 영상 스캐너를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 입력 커플러는 복수의 서브 입력 커플러를 포함하는 제 1 입력 커플러; 및 복수의 서브 입력 커플러를 포함하는 제 2 입력 커플러;를 포함하고, 상기 영상 제공 장치는 상기 제 1 입력 커플러에 대향하여 배치되는 공간 광변조기 및 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원을 포함하는 제 1 영상 제공 장치; 및 상기 제 2 입력 커플러에 대향하여 배치되는 영상 스캐너를 포함하는 제 2 영상 제공 장치;를 포함할 수 있다.
상기 도광판은 상기 입력 커플러와 상기 출력 커플러 사이의 광경로에 배치된 중간 커플러를 더 포함하며, 상기 입력 커플러는 상기 입력 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 중간 커플러는 상기 중간 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 출력 커플러는 상기 출력 커플러에 입력된 빛을 제 1 방향 및 제 2 방향에 수직한 제 3 방향으로 상기 도광판 외부로 출력시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 디스플레이 장치는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형으로 제작된 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.
다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 및 상기 입력 커플러에 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 영상을 제공하는 영상 제공 장치;를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 영상 제공 장치는, 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및 상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 배치되어 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함할 수 있다.
상기 회절 격자의 크기는 상기 공간 광변조기의 크기보다 크고, 상기 공간 광변조기의 크기는 상기 입력 커플러의 크기보다 클 수 있다.
상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 상기 회절 격자에 의해 -1차 회절된 조명광이 입사하는 제 1 표시 영역, 상기 회절 격자에 의해 0차 회절된 조명광이 입사하는 제 2 표시 영역, 및 상기 회절 격자에 의해 +1차 회절된 조명광이 입사하는 제 3 표시 영역을 포함할 수 있다.
상기 입력 커플러는, 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 1 서브 입력 커플러, 상기 공간 광변조기의 제 2 표시 영역에 대응하는 제 2 서브 입력 커플러, 및 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 3 서브 입력 커플러를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러는 상기 공간 광변조기로부터 제공되는 영상을 상기 도광판 내에 서로 다른 각도로 진행시킬 수 있다.
상기 제 1 표시 영역의 크기는 상기 제 1 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 제 2 표시 영역의 크기는 상기 제 2 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 및 제 3 표시 영역의 크기는 상기 제 3 서브 입력 커플러의 크기보다 클 수 있다.
상기 회절 격자는 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 대응하며 조명광을 서로 다른 방향으로 회절시키는 복수의 회절 격자를 포함할 수 있다.
다른 예에서, 상기 영상 제공 장치는, 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및 상기 공간 광변조기와 상기 입력 커플러 사이에 배치되어 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역으로부터 상기 입력 커플러에 입사하는 영상의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 제 1 표시 영역, 제 2 표시 영역, 및 제 3 표시 영역을 포함하고, 상기 회절 격자는 상기 제 1 표시 영역의 영상을 -1차 회절시켜 상기 입력 커플러에 진행시키고, 상기 제 2 표시 영역의 영상을 0차 회절시켜 상기 입력 커플러에 진행시키고, 상기 제 3 표시 영역의 영상을 +1차 회절시켜 상기 입력 커플러에 진행시킬 수 있다.
상기 회절 격자의 크기는 상기 입력 커플러의 크기보다 클 수 있다.
다른 예에서, 상기 영상 제공 장치는, 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함하며, 상기 도광판은 상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 배치되어 있으며, 상기 회절 격자는 상기 광원과 상기 도광판 사이에 배치되어 있고, 상기 공간 광변조기는 반사형 공간 광변조기일 수 있다.
다른 예에서, 상기 영상 제공 장치는, 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 서로 분리된 복수의 공간 광변조기; 상기 복수의 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및 상기 광원과 상기 복수의 공간 광변조기 사이에 배치되어 상기 복수의 공간 광변조기에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함할 수 있다.
다른 예에서, 상기 영상 제공 장치는, 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 영상 스캐너; 및 상기 복수의 영상 스캐너와 상기 입력 커플러 사이에 배치되어 상기 복수의 영상 스캐너로부터 상기 입력 커플러에 입사하는 영상의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함할 수 있다.
다른 예에서, 상기 영상 제공 장치는 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원;을 포함하며, 상기 복수의 표시 영역에서 서로 다른 차수의 회절광에 의해 형성된 영상이 상기 입력 커플러에 입사하도록 상기 공간 광변조기가 배치될 수 있다.
상기 공간 광변조기의 크기는 상기 입력 커플러의 크기보다 클 수 있다.
상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 -1차 회절광에 의해 형성된 영상을 상기 입력 커플러에 제공하는 제 1 표시 영역, 0차 회절광에 의해 형성된 영상을 상기 입력 커플러에 제공하는 제 2 표시 영역, 및 +1차 회절광에 의해 형성된 영상을 상기 입력 커플러에 제공하는 제 3 표시 영역을 포함할 수 있다.
상기 입력 커플러는, 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 1 서브 입력 커플러, 상기 공간 광변조기의 제 2 표시 영역에 대응하는 제 2 서브 입력 커플러, 및 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 3 서브 입력 커플러를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 작고 가벼운 디스플레이 장치, 특히 근안 증강 현실 디스플레이 장치를 제작할 수 있다.
또한, 개시된 실시예에 따른 디스플레이 장치는 도광판의 내부를 상이한 각도로 진행하는 복수의 영상을 제공함으로써 넓은 시야를 구현할 수 있다. 이와 동시에, 개시된 실시예에 따른 디스플레이 장치는 총천연색 영상을 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 입력 커플러와 공간 광변조기의 구성을 보다 상세하게 보인다.
도 3은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 영상 제공 장치의 구성을 개략적으로 예시적으로 보인다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 공간 광변조기의 구성을 예시적으로 보인다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 19 내지 도 21은 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 예시적으로 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 확장된 시야각을 제공하는 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 다수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이런 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)는 입력 커플러(130)와 출력 커플러(140)를 구비하는 도광판(110) 및 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되어 입력 커플러(130)에 영상을 제공하는 영상 제공 장치를 포함할 수 있다.
도광판(110)은 빛을 전달하는 광도파로의 역할을 할 수 있도록 가시광선에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도광판(110)은 유리, PMMA(Poly methyl methacrylate), 또는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 등과 같은 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 도광판(110)은 납작하고 평평한 평판 형태를 가질 수 있다. 도광판(110)은 제 1 표면(110a) 및 제 1 표면(110a)에 마주하는 제 2 표면(110b)을 포함할 수 있다. 도광판(110)의 제 1 표면(110a)에는 입사광을 도광판(110)의 내부로 경사지게 유도하기 위한 입력 커플러(130) 및 도광판(110)의 내부에서 경사지게 진행하는 빛을 도광판(110)의 외부로 출력하기 위한 출력 커플러(140)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(130)는 도광판(110)의 제 1 표면(110a)의 한쪽 가장자리에 배치될 수 있으며 출력 커플러(140)는 도광판(110)의 제 1 표면(110a)의 다른 쪽 가장자리에 배치될 수 있다.
입력 커플러(130)는 입력 커플러(130)에 입사하는 빛을 도광판(110)의 내부로 경사지게 안내하도록 구성된다. 도광판(110)의 내부로 안내된 빛은 도광판(110)의 제 1 표면(110a)과 제 2 표면(110b)에서 반복적으로 전반사되면서 도광판(110)의 내부를 따라 진행하게 된다. 출력 커플러(140)는 출력 커플러(140)에 경사지게 입사하는 빛을 도광판(110)의 외부로 출력하도록 구성된다. 출력 커플러(140)는 소정의 입사각 범위 내에서 그의 표면에 경사지게 입사하는 빛에만 작용하고, 그의 표면에 수직하게 입사하는 빛에는 작용하지 않도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 출력 커플러(140)는 그의 표면에 수직하게 입사하는 빛에 대해서는 단순히 투명한 평판의 역할을 할 수 있다.
이러한 입력 커플러(130)와 출력 커플러(140)는 회절 광학 소자(diffractive optical element; DOE) 또는 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical element; HOE)로 이루어질 수 있다. 회절 광학 소자(DOE)는 다수의 주기적인 미세한 격자 패턴을 포함한다. 회절 광학 소자(DOE)의 다수의 격자 패턴은 회절 격자의 역할을 하여 입사광을 회절시킨다. 특히, 격자 패턴들의 크기, 높이, 주기 등에 따라서, 특정한 각도 범위로 입사하는 빛을 회절시켜 소멸 간섭과 보강 간섭을 발생시킴으로써 빛의 진행 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학소자(HOE)는 격자 패턴 대신에 굴절률이 상이한 재료들의 주기적인 미세한 패턴들을 포함한다. 홀로그래픽 광학 소자(HOE)는 회절 광학 소자(DOE)와 단지 구성의 차이만이 있을 뿐이며 동작 원리는 회절 광학 소자(DOE)와 동일할 수 있다.
이러한 도광판(110)의 구성에서, 입력 커플러(130)로 입사한 빛은 출력 커플러(140)를 통해 도광판(110)의 외부로 나오게 된다. 또한, 입력 커플러(130)에 의해 커플링 되는 각도 범위 내에서 입력 커플러(130)로 입사하여 출력 커플러(140)를 통해 출력되는 빛의 방향성이 유지될 수 있다. 따라서, 도광판(110)은 영상 제공 장치로부터 제공되는 영상을 관찰자의 눈(E)에 전달할 수 있다.
영상 제공 장치는 공간 광변조기(121) 및 공간 광변조기(121)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120)을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(121)는 도시되지 않은 영상 처리 프로세서(image processor)로부터 제공되는 홀로그램 데이터 신호, 예를 들어 CGH(computer generated hologram) 데이터 신호를 기초로 홀로그램 패턴을 표시할 수 있다. 광원(120)으로부터 방출되어 공간 광변조기(121)에 입사하는 가간섭성 조명광은 공간 광변조기(121)의 화면에 표시된 홀로그램 패턴에 의해 회절되며, 회절된 조명광의 소멸 간섭 및 보강 간섭을 통해 영상이 재생될 수 있다. 영상은 일반적인 2차원 영상일 수도 있고 또는 입체감을 갖는 3차원 홀로그래픽 영상일 수도 있다.
이러한 공간 광변조기(121)의 화면에 표시된 홀로그램 패턴에 따라 빛이 회절되는 방향이 변하기 때문에, 공간 광변조기(121)를 이용하면 재생된 영상이 진행하는 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(121)는 시점이 상이한 복수의 영상들을 시분할 방식을 이용하여 서로 다른 방향으로 입력 커플러(130)에 제공할 수 있다. 그러면 시점이 상이한 복수의 영상들은 입력 커플러(130)에 서로 다른 입사각으로 입사하게 되며, 도광판(110)을 지나 출력 커플러(140)를 통해 서로 다른 각도로 관찰자의 눈(E)에 전달된다. 따라서, 공간 광변조기(121)와 입력 커플러(130) 사이에 빛의 진행 방향을 바꾸기 위한 별도의 렌즈 광학계를 배치할 필요가 없다. 렌즈 광학계가 없으면 공간 광변조기(121)를 입력 커플러(130)의 바로 앞에 배치할 수가 있어서 디스플레이 장치(100)의 부피를 작게 구현하는 것이 가능하다.
공간 광변조기(121)에 입사한 빛이 회절되어 간섭될 수 있도록, 광원(120)은 가간섭성 빛을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 빛을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(120)으로 사용할 수 있다. 또한, 광원(120)은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)일 수도 있다. 발광 다이오드는 레이저보다는 공간 간섭성(spatial coherence)이 낮지만, 빛이 어느 정도의 공간 간섭성만을 가지고 있다면 공간 광변조기(121)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 어떤 광원(120)이라도 사용이 가능하다.
한편, 재생된 영상이 진행하는 각도 범위는 일반적으로 공간 광변조기(121)의 회절각 한계에 의해 제한될 수 있다. 공간 광변조기(121)의 회절각 한계를 넘어 디스플레이 장치(100)의 시야각을 더 확장하기 위하여, 입력 커플러(130)는 공간 광변조기(121)로부터 제공되는 영상을 도광판(110) 내에 서로 다른 각도로 기울여 진행시키는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)를 포함할 수 있다. 도 1에는 예시적으로 3개의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)가 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)의 개수는 필요에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)는 서로 인접하여 나란히 배치될 수 있다. 도 1에는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)가 서로 완전히 떨어져 있는 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 인접한 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)들이 간격 없이 서로 붙어서 배치될 수도 있다.
복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)는 입사광을 서로 다른 각도로 기울이도록 구성될 수 있다. 예컨대, 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c) 중에서 제 1 서브 입력 커플러(130a)는 공간 광변조기(121)로부터 입사하는 영상의 진행 방향을 제 1 각도만큼 기울여서 도광판(110) 내에 제공할 수 있다. 또한, 제 2 서브 입력 커플러(130b)는 공간 광변조기(121)로부터 입사하는 영상의 진행 방향을 제 1 각도와 다른 제 2 각도만큼 기울여서 도광판(110) 내에 제공하고, 제 3 서브 입력 커플러(130c)는 공간 광변조기(121)로부터 입사하는 영상의 진행 방향을 제 1 각도 및 제 2 각도와 다른 제 3 각도만큼 기울여서 도광판(110) 내에 제공할 수 있다. 이를 위하여, 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)들은 상이한 패턴들을 갖는 회절 광학 소자(DOE) 또는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)로 이루어질 수 있다.
그러면 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 각각 입사한 영상들은 도광판(110) 내에서 서로 다른 각도로 진행하게 되며, 출력 커플러(140)를 통해 서로 다른 각도로 출사하게 된다. 예컨대, 제 1 서브 입력 커플러(130a)에 입사하여 출력 커플러(140)로부터 출사한 영상(L11), 제 2 서브 입력 커플러(130b)에 입사하여 출력 커플러(140)로부터 출사한 영상(L12), 및 제 3 서브 입력 커플러(130c)에 입사하여 출력 커플러(140)로부터 출사한 영상(L13)은 서로 다른 출사각을 갖는다. 따라서, 영상(L11, L12, L13)들은 관찰자의 눈(E)에 서로 다른 각도로 입사하여 관찰자의 눈(E)의 망막 상의 서로 다른 영역(E1, E2, E3)에 포커싱되므로 관찰자는 넓은 시야각을 갖는 영상을 감상할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 출력 커플러(140)의 폭(W2)이 입력 커플러(130)의 폭보다 더 크다. 예를 들어, 출력 커플러(140)의 폭(W2)은 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)의 폭(W11, W12, W13)의 합보다 크다. 따라서, 관찰자가 영상을 감상할 수 있는 시야창의 넓이가 확장될 수 있다. 예를 들어, 관찰자의 눈(E)이 도광판(110) 상의 특정한 한 점에만 고정될 필요가 없으며, 출력 커플러(140)의 폭(W2)의 범위 내에 관찰자의 눈(E)이 위치하면 영상을 충분히 감상할 수 있다.
또한, 출력 커플러(140)가 그의 표면에 경사지게 입사하는 빛에 대해서만 회절 격자로서 작용하고 수직하게 입사하는 빛을 그대로 투과시키기 때문에, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)는, 예컨대, 근안(near-eye) AR 디스플레이 장치일 수 있다. 예를 들어, 관찰자의 눈(E)에는 공간 광변조기(121)에 의해 재생된 영상(L11, L12, L13)과 출력 커플러(140)를 수직으로 투과한 외부의 전경을 담은 빛(L20)이 함께 보일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 장치(100)의 입력 커플러(130)와 공간 광변조기(121)의 구성을 보다 상세하게 보이는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 공간 광변조기(121)는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 각각 대응하는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(121)의 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)은 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)와 각각 일대일로 대응할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(121)는 제 1 서브 입력 커플러(130a)에 대응하는 제 1 표시 영역(121a), 제 2 서브 입력 커플러(130b)에 대응하는 제 2 표시 영역(121b), 및 제 3 서브 입력 커플러(130c)에 대응하는 제 3 표시 영역(121c)을 포함할 수 있다.
공간 광변조기(121)는 2차원 배열된 복수의 화소를 포함한다. 하나의 공간 광변조기(121)를 복수의 영역으로 논리적으로 분할하여 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 각각 할당할 수 있다. 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)은 각각 2차원 배열된 복수의 화소를 포함하며 독립적으로 홀로그램 패턴을 표시할 수 있다. 예를 들어, 도시되지 않은 영상 처리 프로세서의 제어에 따라 공간 광변조기(121)는 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 각각 독립적으로 홀로그램 패턴을 표시할 수 있다.
제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)은 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)와 마주하여 배치된다. 또한, 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)은 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)의 폭(W11, W12, W13)과 같거나 또는 그보다 약간 작은 폭을 가질 수 있다. 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)의 폭(W11, W12, W13)들은 서로 동일할 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 서로 다르게 설계될 수도 있다.
제 1 표시 영역(121a)에 의해 재생되는 영상은 제 1 서브 입력 커플러(130a)에 입사한 후에 도광판(110)의 내부로 안내되며, 제 2 표시 영역(121b)에 의해 재생되는 영상은 제 2 서브 입력 커플러(130b)에 입사한 후에 도광판(110)의 내부로 안내되고, 제 3 표시 영역(121c)에 의해 재생되는 영상은 제 3 서브 입력 커플러(130c)에 입사한 후에 도광판(110)의 내부로 안내될 수 있다. 그런 후, 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 의해 각각 재생되는 영상들은 서로 다른 각도로 출력 커플러(140)로부터 출사되어 관찰자의 눈(E)의 망막 상의 서로 다른 영역(E1, E2, E3)에 각각 포커싱될 수 있다. 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 의해 각각 재생되는 영상들은 서로 동일한 영상일 수도 있지만, 서로 다른 시점을 갖는 영상일 수도 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(121)는 영상 처리 프로세서의 제어에 따라 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)에서 동일한 영상을 각각 재생하거나 또는 시점이 상이한 영상을 각각 재생하도록 동작할 수 있다.
인접한 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)들 사이에 간격이 존재하는 경우에, 공간 광변조기(121)의 인접한 표시 영역(121a, 121b, 121c)들 사이에도 간격이 존재할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(121)는 제 1 표시 영역(121a)과 제 2 표시 영역(121b) 사이, 및 제 2 표시 영역(121b)과 제 3 표시 영역(121c) 사이에 배치된 비표시 영역(121d)을 더 포함할 수 있다. 각각의 비표시 영역(121d)은 공간 광변조기(121)의 복수의 화소들을 포함할 수 있다. 비표시 영역(121d)에 할당된 공간 광변조기(121)의 화소들은 영상 처리 프로세서의 제어에 따라 홀로그램 패턴을 표시하지 않도록 동작할 수 있다.
도 2에는 하나의 공간 광변조기(121)가 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)으로 논리적으로 분할된 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 각각 대응하는 물리적으로 별개인 복수의 공간 광변조기를 사용할 수도 있다. 또한, 공간 광변조기뿐만 아니라 광원도 역시 물리적으로 별개인 복수의 광원을 사용할 수도 있다.
예를 들어, 도 3은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 영상 제공 장치는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 각각 대응하며 서로 분리된 복수의 공간 광변조기(121R, 121G, 121B), 및 복수의 공간 광변조기(121R, 121G, 121B)에 각각 가간섭성 조명광을 제공하는 복수의 광원(120R, 120G, 120B)을 포함할 수 있다. 복수의 광원(120R, 120G, 120B)은 서로 다른 색상의 조명광을 각각 제공할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(120R)은 그에 대응하는 제 1 공간 광변조기(121R)에 적색광을 제공할 수 있고, 제 2 광원(120G)은 그에 대응하는 제 2 공간 광변조기(121G)에 녹색광을 제공할 수 있고, 제 3 광원(120B)은 그에 대응하는 제 3 공간 광변조기(121B)에 청색광을 제공할 수 있다. 그러면 디스플레이 장치는 총천연색의 영상을 관찰자에게 제공할 수 있다.
서로 다른 색상의 조명광을 각각 제공하는 복수의 광원(120R, 120G, 120B)은 도 2에 도시된 실시예에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(120R)은 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 적색광을 제공하도록 배치될 수 있다. 또한 제 2 광원(120G)은 공간 광변조기(121)의 제 2 표시 영역(121b)에 녹색광을 제공하도록 배치되고, 제 3 광원(120B)은 공간 광변조기(121)의 제 3 표시 영역(121c)에 청색광을 제공하도록 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 3개의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)가 일차원 배열된 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 공간 광변조기(121)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 커플러(130)는 도광판(110)의 표면 상에서 2차원 배열된 복수의 서브 입력 커플러를 포함할 수 있다. 또한, 공간 광변조기(121)는 복수의 서브 입력 커플러와 마주하는 동일 평면 상에서 2차원 배열된 복수의 개별적인 공간 광변조기를 포함할 수 있다. 대신에, 하나의 공간 광변조기(121)가 2차원 배열된 복수의 표시 영역으로 논리적으로 분할될 수도 있다. 도 4에는 예시적으로 3×3 배열된 서브 입력 커플러와 공간 광변조기가 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 2×2, 2×3, 4×4 등의 다양한 배열이 선택될 수 있다. 복수의 서브 입력 커플러들은 모두 상이한 각도로 입사광을 도광판(110) 내에 커플링시킬 수도 있지만, 일부의 서브 입력 커플러들은 서로 동일한 각도로 입사광을 도광판(110) 내에 커플링시키도록 설계될 수도 있다.
상술한 공간 광변조기(121)는 조명광을 투과시키면서 변조하는 투과형 공간 광변조기이지만, 반드시 투과형 공간 광변조기만이 사용되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 5를 참조하면, 영상 제공 장치는 입력 커플러(130)에 대향하여 배치된 빔스플리터(125), 빔스플리터(125)의 일측면에 배치된 광원(120), 및 빔스플리터(125)의 다른 측면에 배치된 공간 광변조기(123)를 포함할 수 있다. 공간 광변조기(123)는 조명광을 반사하면서 변조하는 반사형 공간 광변조기이다.
빔스플리터(125)는 광원(120)으로부터 입사하는 빛을 반사하여 공간 광변조기(123)에 전달하고, 공간 광변조기(123)로부터 입사하는 빛을 투과시켜 입력 커플러(130)에 전달하도록 구성된다. 이러한 빔스플리터(125)는, 예를 들어, 단순히 입사광의 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과시키는 반투과 미러일 수 있다. 그 대신에, 빔스플리터(125)는 편광 선택성을 갖는 편광 빔스플리터일 수도 있다. 예를 들어, 빔스플리터(125)는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 반사하고 제 1 선평광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수도 있다.
도 5에 도시된 공간 광변조기(123)도 도 2에 도시된 것과 같은 복수의 표시 영역을 포함할 수 있다. 대신에, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 개별적인 공간 광변조기(123)가 빔스플리터(125)의 동일 표면에 배치될 수 있다. 또한, 서로 다른 색상의 조명광을 각각 제공하는 복수의 광원(120)이 빔스플리터(125)의 동일 표면에 배치될 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 지금까지는 영상 제공 장치가 광원과 공간 광변조기를 포함하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 영상 제공 장치는 하나의 영상 스캐너(150)를 포함할 수 있다. 영상 스캐너(150)는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 순차적으로 또는 동시에 영상을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 영상 스캐너(150)는 디스플레이 패널, 빔 스캐닝 유닛, 및 프로젝터를 포함할 수 있다. 이러한 영상 스캐너(150)는 2차원 컬러 영상을 직접 생성하여 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 시분할 방식에 따라 순차적으로 스캐닝할 수 있다. 또는,영상 스캐너(150)는 복수의 영상을 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)에 동시에 제공할 수도 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 7을 참조하면, 영상 제공 장치는 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 영상을 입력 커플러(130)에 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 입력 커플러(130)는 하나의 단일한 회절 광학 소자(DOE) 또는 하나의 단일한 홀로그래픽 광학 소자(HOE)로 이루어질 수 있다. 그러면, 복수의 영상이 하나의 단일한 입력 커플러(130)에 서로 다른 입사각으로 입사할 수 있다. 입력 커플러(130)에 의해 커플링되어 도광판(110)의 내부를 진행하는 영상의 진행 각도는 입력 커플러(130)에 대한 영상의 입사각에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 입력 커플러(130)에 서로 다른 입사각으로 입사한 복수의 영상은 도광판(110)의 내부를 서로 다른 각도로 진행한 후에, 출력 커플러(140)를 서로 다른 각도로 출사할 수 있다.
본 실시예에 따른 영상 제공 장치는, 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되며 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함하는 공간 광변조기(121), 공간 광변조기(121)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120), 및 광원(120)과 공간 광변조기(121) 사이에 배치된 회절 격자(122)를 포함할 수 있다. 회절 격자(122)는 공간 광변조기(121)의 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 서로 다르게 만들도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 회절 격자(122)는 입사광을 0차 및 고차 회절시켜 서로 다른 방향으로 진행시키는 주기적인 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(122)는 회절 광학 소자(DOE) 또는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 광원(120)으로부터 방출된 조명광 중에서 회절 격자(122)에 의해 0차 회절된 빛은 공간 광변조기(121)의 중앙에 있는 제 2 표시 영역(121b)에 수직하게 입사할 수 있다. 또한, 조명광 중에서 회절 격자(122)에 의해 -1차 회절된 빛은 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 우측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 또한, 조명광 중에서 회절 격자(122)에 의해 +1차 회절된 빛은 공간 광변조기(121)의 제 3 표시 영역(121c)에 좌측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다.
그런 후, 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 의해 재생되는 영상은 입력 커플러(130)에 우측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있으며, 제 2 표시 영역(121b)에 의해 재생되는 영상은 입력 커플러(130)에 수직하게 입사할 수 있고, 제 3 표시 영역(121c)에 의해 재생되는 영상은 입력 커플러(130)에 좌측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 따라서, 공간 광변조기(121)의 제 1 내지 제 3 표시 영역(121a, 121b, 121c)에서 각각 재생되는 복수의 영상들이 입력 커플러(130)에 서로 다른 각도로 입사할 수 있다.
위와 같은 동작을 구현하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 회절 격자(122)의 크기는 공간 광변조기(121)의 크기보다 크다. 또한, 공간 광변조기(121)의 크기는 입력 커플러(130)의 크기보다 크다. 특히, 입력 커플러(130)의 폭은 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)의 중심과 제 3 표시 영역(121c)의 중심 사이의 간격보다 작을 수 있다. 또한, 광원(120)으로부터 방출된 조명광의 빔폭은 회절 격자(122)의 크기와 같거나 또는 그보다 약간 작다. 특히, 광원(120)으로부터 방출된 조명광의 빔폭은 공간 광변조기(121)의 크기보다 크다. 또한, 입력 커플러(130)의 중심, 공간 광변조기(121)의 중심, 회절 격자(122)의 중심, 및 조명광의 중심이 일치하도록 입력 커플러(130), 공간 광변조기(121), 회절 격자(122), 및 광원(120)이 배치될 수 있다.
이러한 구성에서, 회절 격자(122)에 의해 0차 회절된 조명광의 일부가 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)이나 제 3 표시 영역(121c)에 입사할 수도 있다. 그러나, 회절 격자(122)에 의해 0차 회절되어 제 1 표시 영역(121a)이나 제 3 표시 영역(121c)을 투과한 조명광은 입력 커플러(130)에 입사하지 않는다. 이와 마찬가지로, 회절 격자(122)에 의해 -1차 회절되어 제 2 표시 영역(121b)이나 제 3 표시 영역(121c)을 투과한 조명광은 입력 커플러(130)에 입사하지 않으며, 회절 격자(122)에 의해 +1차 회절되어 제 1 표시 영역(121a)이나 제 2 표시 영역(121b)을 투과한 조명광은 입력 커플러(130)에 입사하지 않는다. 따라서, 회절 격자(122)에 의해 0차 회절된 조명광 중에서 제 2 표시 영역(121b)을 투과한 조명광만이 입력 커플러(130)와 도광판(110)을 지나 관찰자의 눈(E)에 도달할 수 있으며, -1차 회절된 조명광 중에서 제 1 표시 영역(121a)을 투과한 조명광만이 입력 커플러(130)와 도광판(110)을 지나 관찰자의 눈(E)에 도달할 수 있고, +1차 회절된 조명광 중에서 제 3 표시 영역(121c)을 투과한 조명광만이 입력 커플러(130)와 도광판(110)을 지나 관찰자의 눈(E)에 도달할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 8을 참조하면, 입력 커플러(130)는 입사광을 도광판(110) 내에 서로 다른 각도로 커플링시키는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)를 포함할 수 있다. 예컨대, 입력 커플러(130)는 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 대응하는 제 1 서브 입력 커플러(130a), 제 2 표시 영역(121b)에 대응하는 제 2 서브 입력 커플러(130b), 및 제 3 표시 영역(121c)에 대응하는 제 3 서브 입력 커플러(130c)를 포함할 수 있다. 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)의 크기는 제 1 서브 입력 커플러(130a)의 크기보다 크고, 제 2 표시 영역(121b)의 크기는 제 2 서브 입력 커플러(130b)의 크기보다 크고, 제 3 표시 영역(121c)의 크기는 제 3 서브 입력 커플러(130c)의 크기보다 클 수 있다. 도 8에 도시된 영상 제공 장치의 구성은 도 7에 도시된 영상 제공 장치의 구성과 동일할 수 있다.
본 실시예에서, 회절 격자(122)에 의해 -1차 회절되어 제 1 표시 영역(121a)을 투과한 조명광은 제 1 서브 입력 커플러(130a)를 통해 도광판(110) 내에 커플링될 수 있다. 또한, 회절 격자(122)에 의해 0차 회절되어 제 2 표시 영역(121b)을 투과한 조명광은 제 2 서브 입력 커플러(130b)를 통해 도광판(110) 내에 커플링될 수 있으며, 회절 격자(122)에 의해 +1차 회절되어 제 3 표시 영역(121c)을 투과한 조명광은 제 3 서브 입력 커플러(130c)를 통해 도광판(110) 내에 커플링될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에 따르면, 공간 광변조기(121)가 독립적으로 구동되는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함하고, 입력 커플러(130)가 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 각각 대응하는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)를 포함하기 때문에, 도 8에 따른 디스플레이 장치는 총천연색의 영상을 관찰자에게 제공할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 9를 참조하면, 영상 제공 장치는 복수의 표시 영역을 갖는 하나의 공간 광변조기 대신에 물리적으로 분리된 복수의 개별적인 공간 광변조기(121)를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 나머지 구성은 도 7에서 설명한 것과 동일하다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 10을 참조하면, 영상 제공 장치는 하나의 회절 격자 대신에 공간 광변조기(121)의 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 대응하는 복수의 회절 격자(122a, 122b, 122c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 영상 제공 장치는 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 대응하는 제 1 회절 격자(122a), 제 2 표시 영역(121b)에 대응하는 제 2 회절 격자(122b), 및 제 3 표시 영역(121c)에 대응하는 제 3 회절 격자(122c)를 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 나머지 구성은 도 7에서 설명한 것과 동일하다.
제 1 내지 제 3 회절 격자(122a, 122b, 122c)는 조명광을 서로 다른 방향으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회절 격자(122a)는 조명광의 대부분을 우측으로 약간 경사지게 회절시켜 제 1 표시 영역(121a)에 입사시킬 서 있다. 또한, 제 2 회절 격자(122b)는 조명광의 대부분을 정면으로 회절시켜 제 2 표시 영역(121b)에 입사시킬 수 있으며, 제 3 회절 격자(122c)는 조명광의 대부분을 좌측으로 약간 경사지게 회절시켜 제 3 표시 영역(121c)에 입사시킬 수 있다. 이를 위하여, 제 1 내지 제 3 회절 격자(122a, 122b, 122c)는 서로 다른 주기적인 회절 패턴을 포함할 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 11을 참조하면, 영상 제공 장치는 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함하는 공간 광변조기(121), 공간 광변조기(121)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120), 및 입력 커플러(130)와 공간 광변조기(121) 사이에 배치된 회절 격자(122)를 포함할 수 있다.
회절 격자(122)의 크기는 입력 커플러(130)의 크기보다 크다. 공간 광변조기(121)의 크기는 회절 격자(122)의 크기와 같거나 또는 그보다 약간 작을 수 있다. 그러면, 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에서 재생된 영상 중에서 회절 격자(122)에 의해 -1차 회절된 영상이 입력 커플러(130)에 우측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 또한, 제 2 표시 영역(121b)에서 재생된 영상 중에서 회절 격자(122)에 의해 0차 회절된 영상이 입력 커플러(130)에 수직하게 입사할 수 있으며, 제 3 표시 영역(121c)에서 재생된 영상 중에서 회절 격자(122)에 의해 +1차 회절된 영상이 입력 커플러(130)에 좌측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 따라서, 공간 광변조기(121)의 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)으로부터 입력 커플러(130)에 각각 입사하는 복수의 영상의 진행 방향이 서로 다를 수 있다. 도 11에 도시된 디스플레이 장치의 설명하지 않은 나머지 구성은 도 7에서 설명한 디스플레이 장치의 구성과 동일하다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 12를 참조하면, 영상 제공 장치는 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함하는 공간 광변조기(121), 공간 광변조기(121)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120), 및 입력 커플러(130)와 공간 광변조기(121) 사이에 배치되며 공간 광변조기(121)의 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 각각 대응하는 복수의 회절 격자(122a, 122b, 122c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 영상 제공 장치는 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 대응하는 제 1 회절 격자(122a), 제 2 표시 영역(121b)에 대응하는 제 2 회절 격자(122b), 및 제 3 표시 영역(121c)에 대응하는 제 3 회절 격자(122c)를 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 3 회절 격자(122a, 122b, 122c)는 입사광을 서로 다른 방향으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회절 격자(122a)는 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에서 재생된 영상을 우측으로 약간 경사지게 회절시켜 입력 커플러(130)에 입사시킬 서 있다. 또한, 제 2 회절 격자(122b)는 제 2 표시 영역(121b)에서 재생된 영상을 정면으로 회절시켜 입력 커플러(130)에 입사시킬 수 있으며, 제 3 회절 격자(122c)는 제 3 표시 영역(121c)에서 재생된 영상을 좌측으로 약간 경사지게 회절시켜 입력 커플러(130)에 입사시킬 수 있다. 이를 위하여, 제 1 내지 제 3 회절 격자(122a, 122b, 122c)는 서로 다른 주기적인 회절 패턴을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 디스플레이 장치의 설명하지 않은 나머지 구성은 도 11에서 설명한 디스플레이 장치의 구성과 동일하다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 13을 참조하면, 영상 제공 장치는 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되며 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c), 및 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)와 입력 커플러(130) 사이에 배치되어 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)로부터 입력 커플러(130)에 입사하는 영상의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자(122)를 포함할 수 있다. 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)는 제 1 영상 스캐너(150a), 제 2 영상 스캐너(150b), 및 제 3 영상 스캐너(150c)를 포함할 수 있다.
제 1 영상 스캐너(150a)에서 생성된 영상 중에서 회절 격자(122)에 의해 -1차 회절된 영상은 입력 커플러(130)에 우측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 또한, 제 2 영상 스캐너(150b)에서 생성된 영상 중에서 회절 격자(122)에 의해 0차 회절된 영상은 입력 커플러(130)에 수직하게 입사할 수 있으며, 제 3 영상 스캐너(150c)에서 생성된 영상 중에서 회절 격자(122)에 의해 +1차 회절된 영상은 입력 커플러(130)에 좌측 방향으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 따라서, 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)로부터 입력 커플러(130)에 각각 입사하는 복수의 영상의 진행 방향이 서로 다를 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 하나의 회절 격자(122) 대신에 도 12에 도시된 복수의 회절 격자(122a, 122b, 122c)를 사용할 수도 있다. 다시 말해, 도 12에 도시된 공간 광변조기(121)와 광원(120)을 도 13에 도시된 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)로 대체할 수 있다. 이 경우, 제 1 영상 스캐너(150a)는 제 1회절 격자(122a)에 대향하여 배치되고, 제 2 영상 스캐너(150b)는 제 2 회절 격자(122b)에 대향하여 배치되고, 제 3 영상 스캐너(150c)는 제 3 회절 격자(122c)에 대향하여 배치될 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 14를 참조하면, 영상 제공 장치는 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되며 복수의 표시 영역(123a, 123b, 123c)을 갖는 공간 광변조기(123), 공간 광변조기(123)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120), 및 공간 광변조기(123)의 복수의 표시 영역(123a, 123b, 123c)에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자(122)를 포함할 수 있다. 도광판(110)은 광원(120)과 공간 광변조기(123) 사이에 배치되어 있으며, 회절 격자(122)는 광원(120)과 도광판(110) 사이에 배치되어 있다. 공간 광변조기(123)는 조명광을 반사하면서 변조하는 반사형 공간 광변조기이다.
회절 격자(122)에 의해 -1차 회절된 조명광은 공간 광변조기(123)의 제 1 표시 영역(123a)에서 반사되어 입력 커플러(130)에 우측으로 약간 경사지게 입사할 수 있다. 회절 격자(122)에 의해 0차 회절된 조명광은 입력 커플러(130)를 통과한 후에 공간 광변조기(123)의 제 2 표시 영역(123b)에서 반사되어 입력 커플러(130)에 수직으로 입사할 수 있다. 입력 커플러(130)는 공간 광변조기(123)로부터 오는 방향으로 진행하는 입사광만을 커플링시키고 회절 격자(122)로부터 오는 방향으로 진행하는 입사광은 투과시키도록 구성될 수 있다. 회절 격자(122)에 의해 +1차 회절된 조명광은 공간 광변조기(123)의 제 3 표시 영역(123c)에서 반사되어 입력 커플러(130)에 좌측으로 약간 경사지게 입사할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 15를 참조하면, 영상 제공 장치는 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되며 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함하는 공간 광변조기(121), 및 공간 광변조기(121)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120)을 포함할 수 있다.
공간 광변조기(121)는 그 내부의 물리적인 화소 구조로 인해 주기적인 회절 격자의 역할도 할 수 있다. 따라서, 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에서 재생되는 영상은 공간 광변조기(121) 내부의 물리적인 화소 구조로 인해 0차 회절된 회절광에 의해 형성된 영상 및 ±1차 이상의 고차 회절된 회절광에 의해 형성된 영상을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(121)는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에서 서로 다른 차수의 회절광에 의해 형성된 영상이 입력 커플러(130)에 입사하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에서 재생되는 영상 중에서 -1차 회절된 영상이 입력 커플러(130)에 우측으로 약간 경사지게 입사하고, 제 2 표시 영역(121b)에서 재생되는 영상 중에서 0차 회절된 영상이 입력 커플러(130)에 수직으로 입사하고, 제 3 표시 영역(121c)에서 재생되는 영상 중에서 +1차 회절된 영상이 입력 커플러(130)에 좌측으로 약간 경사지게 입사하도록, 공간 광변조기(121)가 배치될 수 있다. 이를 위하여, 공간 광변조기(121)의 크기는 입력 커플러(130)의 크기보다 크다. 또한, 제 2 표시 영역(121b)의 중심이 입력 커플러(130)의 중심과 일치하도록 공간 광변조기(121)가 배치될 수 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 16을 참조하면, 입력 커플러(130)는 입사광을 도광판(110) 내에 서로 다른 각도로 커플링시키는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(130)는 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에 대응하는 제 1 서브 입력 커플러(130a), 제 2 표시 영역(121b)에 대응하는 제 2 서브 입력 커플러(130b), 및 제 3 표시 영역(121c)에 대응하는 제 3 서브 입력 커플러(130c)를 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 영상 제공 장치의 구성은 도 15에 도시된 영상 제공 장치의 구성과 동일할 수 있다.
본 실시예에서, 공간 광변조기(121)의 제 1 표시 영역(121a)에서 재생되는 영상 중에서 -1차 회절된 영상이 제 1 서브 입력 커플러(130a)에 입사할 수 있다. 또한, 제 2 표시 영역(121b)에서 재생되는 영상 중에서 0차 회절된 영상이 제 2 서브 입력 커플러(130b)에 입사할 수 있다. 그리고, 제 3 표시 영역(121c)에서 재생되는 영상 중에서 +1차 회절된 영상이 제 3 서브 입력 커플러(130c)를 통해 도광판(110) 내에 커플링될 수 있다. 이를 위해, 제 1 표시 영역(121a)의 크기는 제 1 서브 입력 커플러(130a)의 크기보다 크고, 제 2 표시 영역(121b)의 크기는 제 2 서브 입력 커플러(130b)의 크기보다 크고, 제 3 표시 영역(121c)의 크기는 제 3 서브 입력 커플러(130c)의 크기보다 클 수 있다.
도 16에 도시된 실시예에 따르면, 공간 광변조기(121)가 독립적으로 구동되는 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)을 포함하고, 입력 커플러(130)가 복수의 표시 영역(121a, 121b, 121c)에 각각 대응하는 복수의 서브 입력 커플러(130a, 130b, 130c)를 포함하기 때문에, 도 16에 따른 디스플레이 장치는 총천연색의 영상을 관찰자에게 제공할 수 있다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 입력 커플러(130)와 영상 제공 장치의 구성을 예시적으로 보인다. 도 17을 참조하면, 영상 제공 장치는 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되며 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)를 포함할 수 있다. 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c)는 입력 커플러(130)에 대해 서로 다른 각도로 영상을 입사시키도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 영상 스캐너(150a, 150b, 150c) 중에서 제 1 영상 스캐너(150a)는 입력 커플러(130)에 우측으로 약간 경사지게 영상을 입시키도록 배치될 수 있으며, 제 2 영상 스캐너(150b)는 입력 커플러(130)에 수직하게 영상을 입시키도록 배치될 수 있고, 제 3 영상 스캐너(150c)는 입력 커플러(130)에 좌측으로 약간 경사지게 영상을 입시키도록 배치될 수 있다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 18을 참조하면, 디스플레이 장치(200)는 도광판(110), 제 1 영상 제공 장치(210), 및 제 2 영상 제공 장치(220)를 포함할 수 있다. 도광판(110)은 제 1 영상 제공 장치(210)에 대응하는 제 1 입력 커플러(130), 제 2 영상 제공 장치(220)에 대응하는 제 2 입력 커플러(132), 제 1 중간 커플러(131), 제 2 중간 커플러(133), 출력 커플러(140)를 포함할 수 있다. 제 1 영상 제공 장치(210)는 제 1 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되며, 제 2 영상 제공 장치(220)는 제 2 입력 커플러(132)에 대향하여 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 입력 커플러(130, 132)는 상술한 실시예들에 따른 입력 커플러의 구성을 가질 수 있다.
제 1 중간 커플러(131)는 제 1 입력 커플러(130)와 출력 커플러(140) 사이의 광경로에 배치되며, 제 2 중간 커플러(133)은 제 2 입력 커플러(132)와 출력 커플러(140) 사이의 광경로에 배치된다. 제 1 입력 커플러(130)는 그에 입사된 영상이 도광판(110) 내에서 제 1 중간 커플러(131)를 향해 -y 방향으로 진행하도록 구성될 수 있다. 제 1 중간 커플러(131)는 제 1 입력 커플러(130)로부터 온 영상이 도광판(110) 내에서 출력 커플러(140)를 향해 -y 방향에 수직한 +x 방향으로 진행하도록 구성된다. 출력 커플러(140)는 제 1 중간 커플러(131)로부터 온 영상을 -y 방향 및 +x 방향에 수직한 +z 방향을 따라 도광판(110)의 외부로 출력시키도록 구성된다. 또한, 제 2 입력 커플러(132)는 그에 입사된 영상이 도광판(110) 내에서 제 2 중간 커플러(133)를 향해 -y 방향으로 진행하도록 구성될 수 있다. 제 2 중간 커플러(133)는 제 2 입력 커플러(132)로부터 온 영상이 도광판(110) 내에서 출력 커플러(140)를 향해 -y 방향에 수직한 -x 방향으로 진행하도록 구성된다. 그리고, 출력 커플러(140)는 제 2 중간 커플러(133)로부터 온 영상을 -y 방향 및 -x 방향에 수직한 +z 방향을 따라 도광판(110)의 외부로 출력시키도록 구성된다.
제 1 및 제 2 중간 커플러(131, 133)는 시야창을 y 방향으로 확장하는 역할을 한다. 이를 위해, y 방향을 따른 제 1 및 제 2 중간 커플러(131, 133)의 폭은 y 방향을 따른 제 1 및 제 2 입력 커플러(130, 132)의 폭보다 클 수 있다. x 방향을 따른 제 1 및 제 2 중간 커플러(131, 133)의 폭은 x 방향을 따른 제 1 및 제 2 입력 커플러(130, 132)의 폭과 동일하다. 출력 커플러(140)는 시야창을 x 방향으로 확장하는 역할을 한다. 이를 위해, x 방향을 따른 출력 커플러(140)의 폭은 x 방향을 따른 제 1 및 제 2 중간 커플러(131, 133)의 폭보다 크다. 그리고, y 방향을 따른 출력 커플러(140)의 폭은 y 방향을 따른 제 1 및 제 2 중간 커플러(131, 133)의 폭과 동일하다. 따라서, 시야창이 서로 수직한 2개의 방향으로 각각 확장되어 더욱 넓어질 수 있다.
제 1 영상 제공 장치(210)는 제 1 입력 커플러(130)에 대향하여 배치되는 공간 광변조기(121) 및 공간 광변조기(121)에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원(120)을 포함할 수 있다. 제 1 영상 제공 장치(210)는 추가적으로 회절 격자(122)를 더 포함할 수도 있다. 제 1 영상 제공 장치(210)는, 예를 들어, 도 1 내지 도 5, 도 7 내지 도 12, 및 도 14 내지 도 16에 도시된 영상 제공 장치들 중에 하나일 수 있다. 제 2 영상 제공 장치(220)는 제 2 입력 커플러(132)에 대향하여 배치되는 영상 스캐너(150)를 포함할 수 있다. 제 2 영상 제공 장치(220)는, 예를 들어, 도 6, 도 13, 및 도 17에 도시된 영상 제공 장치들 중에 하나일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 디스플레이 장치는 증강 현실 또는 혼합 현실을 구현하는데 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 19 내지 도 21은 상술한 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 예시적으로 도시한다. 도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치는 웨어러블(wearable) 장치를 구성할 수 있다. 다시 말해, 디스플레이 장치는 웨어러블 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(HMD; head mounted display)에 적용될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display), 고글형 디스플레이(goggle-type display) 등에 적용될 수 있다. 도 19 내지 도 21에 도시된 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어 동작될 수도 있다. 이러한 디스플레이 장치는 가상의 현실을 제공하거나 또는 가상의 영상과 외부의 실제 전경을 함께 제공할 수 있는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.
상술한 확장된 시야각을 제공하는 디스플레이 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200.....디스플레이 장치 110.....도광판
120.....광원 121.....공간 광변조기
122.....회절 격자 125.....빔 스플리터
130, 132.....입력 커플러 131, 133.....중간 커플러
140.....출력 커플러 150.....영상 스캐너

Claims (34)

  1. 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 및
    상기 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 입력 커플러에 영상을 제공하는 영상 제공 장치;를 포함하며,
    상기 입력 커플러는 상기 영상 제공 장치로부터 제공되는 영상을 상기 도광판 내에 서로 다른 각도로 진행시키는 복수의 서브 입력 커플러를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 복수의 서브 입력 커플러에 각각 대응하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 및
    상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원;을 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 상기 복수의 표시 영역 사이의 비표시 영역을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 상기 복수의 표시 영역에서 동일한 영상을 각각 표시하거나 또는 시점이 상이한 영상을 각각 표시하도록 동작하는 디스플레이 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 배치되어 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 크기는 상기 공간 광변조기의 크기보다 큰 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 상기 회절 격자에 의해 -1차 회절된 조명광이 입사하는 제 1 표시 영역, 상기 회절 격자에 의해 0차 회절된 조명광이 입사하는 제 2 표시 영역, 및 상기 회절 격자에 의해 +1차 회절된 조명광이 입사하는 제 3 표시 영역을 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 제 1 표시 영역, 제 2 표시 영역, 및 제 3 표시 영역을 포함하며,
    상기 복수의 서브 입력 커플러는 상기 제 1 표시 영역에 의해 -1차 회절된 영상이 입사하는 제 1 서브 입력 커플러, 상기 제 2 표시 영역에 의해 0차 회절된 영상이 입사하는 제 2 서브 입력 커플러, 및 상기 제 3 표시 영역에 의해 +1차 회절된 영상이 입사하는 제 3 서브 입력 커플러를 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 표시 영역의 크기는 상기 제 1 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 제 2 표시 영역의 크기는 상기 제 2 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 및 제 3 표시 영역의 크기는 상기 제 3 서브 입력 커플러의 크기보다 큰 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 복수의 서브 입력 커플러에 각각 대응하며 서로 분리된 복수의 공간 광변조기; 및
    상기 복수의 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원;을 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 입력 커플러는 상기 도광판의 표면 상에서 2차원 배열되어 있으며, 상기 복수의 공간 광변조기는 상기 복수의 서브 입력 커플러와 마주하는 동일 평면 상에서 2차원 배열되어 있는 디스플레이 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 복수의 공간 광변조기에 각각 가간섭성 조명광을 제공하는 복수의 광원을 포함하는 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 광원은 서로 다른 색상의 조명광을 각각 제공하는 디스플레이 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는 상기 복수의 서브 입력 커플러에 순차적으로 또는 동시에 영상을 제공하는 영상 스캐너를 포함하는 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 커플러는:
    복수의 서브 입력 커플러를 포함하는 제 1 입력 커플러; 및
    복수의 서브 입력 커플러를 포함하는 제 2 입력 커플러;를 포함하고,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 제 1 입력 커플러에 대향하여 배치되는 공간 광변조기 및 상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원을 포함하는 제 1 영상 제공 장치; 및
    상기 제 2 입력 커플러에 대향하여 배치되는 영상 스캐너를 포함하는 제 2 영상 제공 장치;를 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 입력 커플러와 상기 출력 커플러 사이의 광경로에 배치된 중간 커플러를 더 포함하며,
    상기 입력 커플러는 상기 입력 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 중간 커플러는 상기 중간 커플러에 입력된 빛이 상기 도광판 내에서 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 진행하도록 구성되고, 상기 출력 커플러는 상기 출력 커플러에 입력된 빛을 제 1 방향 및 제 2 방향에 수직한 제 3 방향으로 상기 도광판 외부로 출력시키도록 구성되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형으로 제작된 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치인 디스플레이 장치.
  18. 입력 커플러 및 출력 커플러를 구비하는 도광판; 및
    상기 입력 커플러에 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 영상을 제공하는 영상 제공 장치;를 포함하는 디스플레이 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및
    상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 배치되어 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 크기는 상기 공간 광변조기의 크기보다 크고, 상기 공간 광변조기의 크기는 상기 입력 커플러의 크기보다 큰 디스플레이 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 상기 회절 격자에 의해 -1차 회절된 조명광이 입사하는 제 1 표시 영역, 상기 회절 격자에 의해 0차 회절된 조명광이 입사하는 제 2 표시 영역, 및 상기 회절 격자에 의해 +1차 회절된 조명광이 입사하는 제 3 표시 영역을 포함하는 디스플레이 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 입력 커플러는, 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 1 서브 입력 커플러, 상기 공간 광변조기의 제 2 표시 영역에 대응하는 제 2 서브 입력 커플러, 및 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 3 서브 입력 커플러를 포함하며,
    상기 제 1 내지 제 3 서브 입력 커플러는 상기 공간 광변조기로부터 제공되는 영상을 상기 도광판 내에 서로 다른 각도로 진행시키는 디스플레이 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 표시 영역의 크기는 상기 제 1 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 제 2 표시 영역의 크기는 상기 제 2 서브 입력 커플러의 크기보다 크고, 및 제 3 표시 영역의 크기는 상기 제 3 서브 입력 커플러의 크기보다 큰 디스플레이 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 대응하며 조명광을 서로 다른 방향으로 회절시키는 복수의 회절 격자를 포함하는 디스플레이 장치.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및
    상기 공간 광변조기와 상기 입력 커플러 사이에 배치되어 상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역으로부터 상기 입력 커플러에 입사하는 영상의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함하는 디스플레이 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 제 1 표시 영역, 제 2 표시 영역, 및 제 3 표시 영역을 포함하고,
    상기 회절 격자는 상기 제 1 표시 영역의 영상을 -1차 회절시켜 상기 입력 커플러에 진행시키고, 상기 제 2 표시 영역의 영상을 0차 회절시켜 상기 입력 커플러에 진행시키고, 상기 제 3 표시 영역의 영상을 +1차 회절시켜 상기 입력 커플러에 진행시키는 디스플레이 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 크기는 상기 입력 커플러의 크기보다 큰 디스플레이 장치.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및
    상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함하며,
    상기 도광판은 상기 광원과 상기 공간 광변조기 사이에 배치되어 있으며,
    상기 회절 격자는 상기 광원과 상기 도광판 사이에 배치되어 있고,
    상기 공간 광변조기는 반사형 공간 광변조기인 디스플레이 장치.
  29. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 서로 분리된 복수의 공간 광변조기;
    상기 복수의 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원; 및
    상기 광원과 상기 복수의 공간 광변조기 사이에 배치되어 상기 복수의 공간 광변조기에 각각 입사하는 조명광의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함하는 디스플레이 장치.
  30. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는:
    상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 영상 스캐너; 및
    상기 복수의 영상 스캐너와 상기 입력 커플러 사이에 배치되어 상기 복수의 영상 스캐너로부터 상기 입력 커플러에 입사하는 영상의 진행 방향을 다르게 만드는 회절 격자;를 포함하는 디스플레이 장치.
  31. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 제공 장치는 상기 입력 커플러에 대향하여 배치되며 상기 복수의 영상을 각각 제공하는 복수의 표시 영역을 포함하는 공간 광변조기; 및
    상기 공간 광변조기에 가간섭성 조명광을 제공하는 광원;을 포함하며,
    상기 복수의 표시 영역에서 서로 다른 차수의 회절광에 의해 형성된 영상이 상기 입력 커플러에 입사하도록 상기 공간 광변조기가 배치되어 있는 디스플레이 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 크기는 상기 입력 커플러의 크기보다 큰 디스플레이 장치.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 복수의 표시 영역은 -1차 회절광에 의해 형성된 영상을 상기 입력 커플러에 제공하는 제 1 표시 영역, 0차 회절광에 의해 형성된 영상을 상기 입력 커플러에 제공하는 제 2 표시 영역, 및 +1차 회절광에 의해 형성된 영상을 상기 입력 커플러에 제공하는 제 3 표시 영역을 포함하는 디스플레이 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 입력 커플러는, 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 1 서브 입력 커플러, 상기 공간 광변조기의 제 2 표시 영역에 대응하는 제 2 서브 입력 커플러, 및 상기 공간 광변조기의 제 1 표시 영역에 대응하는 제 3 서브 입력 커플러를 포함하는 디스플레이 장치.
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