KR20220081162A

KR20220081162A - 포비티드 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20220081162A
Application number: KR1020200170745A
Authority: KR
Inventors: 이창건; 문석일; 성기영; 이홍석; 홍종영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20220179214A1; EP4016170A1; CN114624881A

Abstract

포비티드 디스플레이 장치가 개시된다.
개시된 포비티드 디스플레이 장치는, 2차원 영상을 형성하는 제1 디스플레이 패널과 3차원 영상을 가지는 홀로그램 영상을 형성하는 제2 디스플레이 패널을 포함하고, 상기 2차원 영상을 제1 시야각 범위로 전달하고, 상기 홀로그램 영상을 상기 제1 시야각보다 작은 제2 시야각 범위로 전달하도록 구성될 수 있다.

Description

포비티드 디스플레이 장치{Foveated display apparatus}

예시적인 실시예는 좁은 시야각의 고해상도 영상과 넓은 시야각의 저해상도 영상을 제공하는 포비티드 디스플레이 장치에 관한 것이다.

가상 현실은 컴퓨터로 만든 가상의 세계에서 사람이 실제와 같은 체험을 할 수 있도록 하는 기술이다. 증강 현실은 가상의 이미지가 현실 세계의 물리적 환경 또는 공간과 혼합될 수 있게 하는 기술이다. 가상 현실 디스플레이 또는 증강 현실 디스플레이가 구현되는 근안 디스플레이(near-eye displays)는 광학 및 입체영상의 조합을 이용하여 공간 내에 가상 이미지를 포커싱한다. 이러한 디스플레이 장치에서, 디스플레이 해상도 및 영상 프로세싱이 중요하다.

근안 디스플레이 장치를 통해 사용자에게 디스플레이 되는 영상은 매우 상세한 그래픽을 포함하는 가상 이미지 또는 현실 이미지를 포함할 수 있다. 근안 디스플레이 장치는 소프트웨어 방식을 이용하여 영상을 처리하는데 있어서 영상 처리 계산량이 많아 영상 처리가 지연되는 경우가 있다. 계산량을 줄이기 위해, 사람의 시야 중심의 포비아 영역(fovea area)에는 고해상도 영상을 제공하고, 나머지 주변 영역(peripheral area)에는 저해상도 영상을 제공하는 포비티드 디스플레이(foveated display)가 개발되고 있다.

예시적인 실시 예는 포비티드 디스플레이 장치를 제공한다.

예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는, 2차원 영상을 형성하는 제1 디스플레이 패널; 3차원 영상을 가지는 홀로그램 영상을 형성하는 제2 디스플레이 패널; 상기 2차원 영상을 제1 시야각 범위로 전달하는 도광판; 및 상기 홀로그램 영상을 상기 제1 시야각보다 작은 제2 시야각 범위로 전달하는 홀로그래픽 광학 소자;를 포함할 수 있다.

상기 2차원 영상이 저해상도의 주변 영상을 포함하고, 상기 홀로그램 영상이고해상도의 포비아 영상을 포함할 수 있다.

상기 2차원 영상이 단일 깊이 영상을 포함하고, 상기 홀로그램 영상이 다중 깊이 영상을 포함할 수 있다.

상기 제2 시야각이 20도 이하의 범위를 가질 수 있다.

상기 도광판이 광이 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 또는 제2 면의 일 측에 입력 커플러가 더 구비될 수 있다.

상기 도광판이 광이 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 또는 제2 면의 일 측에 출력 커플러가 더 구비될 수 있다.

상기 도광판이 광이 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 제1 면 또는 제2 면에 구비될 수 있다.

상기 제2 디스플레이 패널은 LED 디스플레이, OLED 디스플레이, LCD 또는 LCoS를 포함할 수 있다.

상기 제2 디스플레이 패널에 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 제2 디스플레이 패널에 입사되도록 반사하고, 상기 제2 디스플레이 패널에서 반사된 광을 투과시키는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터를 통과한 광을 필터링하는 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 필터를 통과한 광을 상기 홀로그래픽 광학 소자로 향하도록 하는 광경로 변환기를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 디스플레이 패널에 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 조사되어 상기 제2 디스플레이 패널을 통과한 광을 필터링하는 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 도광판이 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 서브 도광판이 더 구비되고, 상기 제1 디스플레이 패널이 상기 제2 면에 대향하여 구비되고, 상기 제2 디스플레이 패널에서 형성된 상기 홀로그램 영상이 상기 서브 도광판을 통해 전달되도록 구성될 수 있다.

상기 서브 도광판이 일 측에 경사진 입사면을 포함하고, 상기 홀로그램 영상이 상기 입사면에 입사되도록 구성될 수 있다.

상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 도광판과 서브 도광판 사이에 구비되거나 상기 서브 도광판의 출사면에 구비될 수 있다.

상기 제1 디스플레이 패널과 상기 제2 디스플레이 패널이 일체형으로 구성되고, 상기 제1 디스플레이 패널과 제2 디스플레이 패널에 광을 조사하는 광원이 구비되고, 상기 제1 디스플레이 패널과 상기 광원 사이에 제1 빔스플리터가, 상기 제2 디스플레이 패널과 상기 광원 사이에 제2 빔스플리터가 더 구비될 수 있다.

상기 포비티드 디스플레이 장치가 상기 제1 빔스플리터에서 반사된 2차원 영상이 상기 도광판으로 입사하고, 상기 제2 빔스플리터에서 반사된 홀로그램 영상이 상기 홀로그래픽 광학 소자에 입사하도록 구성될 수 있다.

상기 포비티드 디스플레이 장치가 상기 2차원 영상이 상기 도광판을 경유하여 전달되고, 상기 홀로그램 영상이 상기 도광판을 경유하지 않고 상기 홀로그래픽 광학 소자에 전달되도록 구성될 수 있다.

상기 포비티드 디스플레이 장치가 상기 2차원 영상과 홀로그램 영상이 순차적으로 또는 동시에 표시되고 합성되어 하나의 영상이 표시되도록 구성될 수 있다.

상기 포비티드 디스플레이 장치가 상기 홀로그램 영상이 표시되는 영역을 제어하기 위한 MEMS 미러, 갈바노 미러, 액정 렌즈, 액정 빔 디플렉터, 기하학 위상 렌즈, 메타 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 포비티드 디스플레이 장치가 사용자의 동공을 추적하는 동공 추적기를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 2차원 영상을 제공하는 디스플레이 패널과 3차원 홀로그램 영상을 제공하는 디스플레이 패널을 이용하여 좁은 시야각의 고해상도 영상과 넓은 시야각의 저해상도 영상을 제공할 수 있다.

예시적인 실시예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 포비아 영역에만 고해상도 영상을 제공하므로 영상 처리를 위한 계산량을 줄일 수 있어 영상 표시 속도를 높일 수 있고, 3차원 영상을 효율적으로 제공할 수 있다.

도 1은 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 사람의 시야 각에 따른 Number of receptors를 나타낸 그래프이다.
도 3은 포비티드 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 포비티드 디스플레이 장치의 일부 구성을 변경한 예를 도시한 것이다.
도 6은 도 4에 도시된 포비티드 디스플레이 장치의 일부 구성을 변경한 다른 예를 도시한 것이다.
도 7은 다른 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 안경형 증강 현실 장치에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 안경형 가상 현실 장치에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 자동차용 헤드 업 디스플레이에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 모바일 장치에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 12는 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 태블릿에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 13은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 노트북에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 14는 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 컴퓨터 모니터에 적용된 예를 도시한 것이다.
도15는 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 다중 폴더 디스플레이에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 16은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 사이니지에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 17은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 스마트 와치에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 18은 다양한 실시예에 따른 디스플레이 장치를 포함하는 전자 장치의 블록도를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 포비티드 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 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. 또한, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.

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.

본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 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.

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.

방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

포비티드 디스플레이 장치(100)는 2차원 영상을 형성하는 제1 디스플레이 패널(110)과, 3차원 영상을 가지는 홀로그램 영상을 형성하는 제2 디스플레이 패널(120)과, 2차원 영상을 전달하는 도광판(130)과, 홀로그램 영상을 전달하는 홀로그래픽 광학 소자(125)를 포함할 수 있다.

2차원 영상은 예를 들어 단일 깊이를 가지는 영상을 포함할 수 있고, 홀로그램 영상을 다중 깊이를 가지는 영상을 포함할 수 있다. 따라서, 홀로그램 영상은 3차원 영상을 표시할 수 있다. 제1 디스플레이 패널(110)과 제2 디스플레이 패널(120)은 이격되어 구비될 수 있다. 제1 디스플레이 패널(110)은 예를 들어, LCD, LCoS(Liquid Crystal on Silicon), OLED 디스플레이, 또는 LED 디스플레이를 포함할 수 있다. 제1 디스플레이 패널(110)은 2차원 영상을 형성하도록 영상 신호를 처리할 수 있다. 제2 디스플레이 패널(120)은 예를 들어, LCD, LCoS(Liquid Crystal on Silicon), OLED 디스플레이, 또는 LED 디스플레이를 포함할 수 있다. 제2 디스플레이 패널(120)은 3차원 영상을 형성하도록 영상 신호를 처리할 수 있다. 제2 디스플레이 패널(120)은 홀로그램 영상을 형성하기 위해 CGH(computed generated holography)를 포함할 수 있으며, 2차원 영상에 비해 상대적으로 많은 양의 영상 신호와 계산을 처리할 수 있다.

제1 디스플레이 패널(110)에서 출력된 2차원 영상은 도광판(130)으로 입사되고, 도광판(130)을 통해 사용자의 눈(E)으로 전달될 수 있다. 본 명세서에서 영상은 해당 영상을 표시하는 영상 광의 개념을 포함하는 것으로 한다. 2차원 영상은 제1 시야각 범위(θ1)를 가지고 전달될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(125)는 홀로그램 영상을 제2 시야각 범위(θ2)를 가지고 전달되도록 할 수 있다. 제2 시야각 범위(θ2)는 제1 시야각 범위(θ1)보다 작을 수 있다. 제2 시야각 범위(θ2)는 예를 들어, 0보다 크고 20도 이하의 범위를 가질 수 있다. 제2 시야각 범위(θ2)는 상대적으로 작고, 제2 디스플레이 패널(120)이 제1 디스플레이 패널(110)과 같거나 유사한 화소수를 가질 때, 제2 시야각을 가지고 표시되는 홀로그램 영상은 2차원 영상에 비해 상대적으로 고해상도의 영상일 수 있다. 홀로그램 영상은 포비아 영역에 표시되고, 2차원 영상은 포비아 영역의 주변 영역에 표시될 수 있다. 따라서, 포비아 영역에 표시된 홀로그램 영상이 고해상도로 제공되므로 사용자가 영상을 입체적으로 볼 수 있다.

홀로그래픽 광학 소자(125)는 특정 각도와 특정 파장을 가지고 입사하는 광에 대해서만 반응할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학 소자(125)는 입사한 광을 협시야각을 가지고 출력되도록 할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 광학 소자(125)는 예를 들어, 얇은 필름 위에 홀로그램 정보가 기록되도록 구성될 수 있으며, 매우 얇기 때문에 광학 장치 내에 배치시키기 쉽고, 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(125)는 예를 들어, 도광판(130)의 제1 면(131)에 접촉하여 결합될 수 있다. 즉, 도광판(130)에 홀로그래픽 광학 소자(125)를 부착하여 일체화시킬 수 있다. 하지만, 홀로그래픽 광학 소자(125)의 위치가 여기에 한정되는 것은 아니다.

도광판(130)의 일 측에 입력 커플러(input coupler)(135)가 더 구비될 수 있다. 입력 커플러(135)는 예를 들어, 도광판(130)의 일 면의 일부에 구비될 수 있다. 도광판(130)은 예를 들어 영상이 사용자의 눈(E)으로 출사되는 제1 면(131)과, 제1 면(131)에 마주하는 제2 면(132)을 포함할 수 있다. 입력 커플러(135)는 예를 들어, 제1 면(131)의 일부에 구비될 수 있다. 또는, 입력 커플러(135)는 제2 면(131)에 구비되는 것도 가능하다. 입력 커플러(135)는 광이 도광판(130) 내부로 커플링되도록 할 수 있다. 입력 커플러(135)는 광이 전반사되면서 도광판(130)의 내부를 진행하도록 안내할 수 있다.

또한, 도광판(130)의 타 측에 출력 커플러(output coupler)(138)가 구비될 수 있다. 출력 커플러(138)는 도광판(130)을 통해 진행한 광이 도광판(130) 외부로 출력되도록 할 수 있다. 출력 커플러(138)는 예를 들어, 제1 면(131)에 구비되고, 입력 커플러(135)와 이격되어 구비될 수 있다. 하지만, 출력 커플러(138)의 위치가 여기에 한정되는 것은 아니고, 출력 커플러(138)가 제2 면(132)에 구비되는 것도 가능하다. 입력 커플러(135)와 출력 커플러(138)는 예를 들어, 회절 소자를 포함할 수 있으며, 도광판(130)에 양각 구조를 가지고 구비되거나 음각 구조를 가지고 구비될 수 있다.

제1 디스플레이 패널(110)과 입력 커플러(135) 사이에 제1 렌즈(140)가 더 구비될 수 있다. 제1 렌즈(140)는 제1 디스플레이 패널(110)에서 나온 2차원 영상을 확대할 수 있다. 제2 디스플레이 패널(120)과 홀로그래픽 광학 소자(125) 사이에 제2 렌즈(150)가 더 구비될 수 있다. 하지만, 렌즈의 개수나 위치는 여기에 한정되지 않는다.

포비티드 디스플레이 장치(100)는 홀로그램 영상이 표시되는 영역을 제어하기 위한 빔 스티어링 소자(155)를 더 포함할 수 있다. 빔 스티어링 소자(155)는 예를 들어, MEMS 미러, 갈바노 미러, 액정 렌즈, 액정 빔 디플렉터, 기하학 위상 렌즈, 메타 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 빔 스티어링 소자(155)는 제2 디스플레이 패널(120)과 홀로그래픽 광학 소자(125) 사이에 배치될 수 있다.

한편, 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치(100)는 사용자의 동공을 추적하는 동공 추적기(160)를 더 포함할 수 있다. 동공 추적기(160)는 제1 디스플레이 패널(110)과 제2 디스플레이 패널(120)에 연결될 수 있다. 동공 추적기(160)에 의해 추적된 동공의 위치에 따라 제1 디스플레이 패널(110)에 의해 형성되는 2차원 영상과 제2 디스플레이 패널(120)에 의해 형성되는 홀로그램 영상의 위치가 달라질 수 있다.

사람의 눈은 시세포가 가장 밀도 높게 분포하고 있는 포비아(fovea) 근처에서 가장 해상력이 좋으며, 포비아 주변 영역에서는 해상력이 상대적으로 낮다. 도 2는 사람의 눈을 통해서 보는 시야 각에 따른 Number of receptors를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 사람이 눈을 통해서 디테일한 사물을 구분할 때 포비아 영역을 이용하는 것을 알 수 있다.

따라서, 사람의 시야의 모든 영역에 대하여 해상도를 높이는 것은 비효율적이고, 사람이 집중하여 민감하게 보는 포비아 영역(foveated region)에는 상대적으로 높은 해상도의 영상을 제공하고 나머지 주변 영역(peripheral region)에 대해서는 상대적으로 낮은 해상도의 영상을 제공함으로써, 고해상도와 영상 처리 계산량의 감소 양쪽을 만족시킬 수 있다.

도 3은 포비티드 디스플레이 장치(foveated display apparatus)의 개념적인 동작 모습을 나타낸 것이다. 포비티드 디스플레이 장치(100)는 동공 추적기(160)를 사용해 사람의 시선을 측정하고, 사람의 동공 부분에 고해상도의 3차원 영상이 제공되도록 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 사람의 시야에는 사람의 동공에 대응되는 포비아 영역(fovea area)과 포비아 영역 주변의 주변 영역이 있을 수 있다. 예를 들어, t=t1일 때와, t=t2일 때의 포비아 영역과 주변 영역이 다를 수 있다. 포비티드 디스플레이 장치에서는 포비아 영역에는 상대적으로 좁은 시야각을 가지는 고해상도 영상을 제공하고, 주변 영역에는 상대적으로 넓은 시야각을 가지는 저해상도 영상을 제공할 수 있다. 포비티드 디스플레 장치(100)에서는 포비아 영역의 영상으로 고해상도의 영상을 제공하고, 주변 영역의 영상으로 저해상도의 영상을 제공하여 영상 처리에 사용되는 계산량을 줄일 수 있다. 또한, 예시적인 실시 예에서는 포비아 영역에 고해상도의 3차원 영상을 포함하는 홀로그램 영상을 제공하여 입체감을 높일 수 있다.

홀로그래픽 광학 소자만을 활용하는 대부분의 증강 현실 장치들은 디스플레이에서 나오는 평행광 혹은 발산하는 빛이 홀로그래픽 광학 소자를 맞고 회절된 뒤 하나의 점으로 수렴하게 된다. 따라서, 증강 현실 장치의 사용자가 가상 영상을 관측할 수 있는 영역인 아이박스(eyebox)가 하나의 점으로 제한된다. 이런 경우, 사용자가 빛이 모이는 점에 정확하게 눈이 위치해야만 영상을 관측 가능하고, 눈이 회전하거나 안경 장치가 얼굴에서 조금이라도 흔들리면 영상이 보이지 않게 된다. 또한, 이렇게 아이박스가 점으로 제한되면 안경을 착용한 뒤 영상이 보이는 점을 사용자의 눈 간격에 맞도록 조절해주는 컬리브레이션(calibration) 과정이 필요하기 때문에, 하나의 안경 장치를 눈 간격이 다양한 사용자들이 사용하기에 어려움이 있다. 하지만, 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치(100)는 이러한 문제를 해결할 수 있으며, 이에 대해서 설명한다.

도광판(130)은 제1 디스플레이 패널(110)에 의해 형성된 2차원 영상이 상대적으로 넓은 제2 시야각(θ2)을 가지고 표시되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제2 시야각(θ2)이 60도 이상의 범위를 가질 수 있다. 도광판(130)은 넓은 아이박스(eyebox)를 제공하기 때문에 예를 들어, 안경형 증강 현실 장치에 적용될 수 있다. 하지만, 도광판으로만 된 증강 현실 장치의 경우에, 도광판은 영상의 깊이가 일반적으로 무한대에 고정되어 있고, 영상의 깊이를 독립적으로 조절하기 어렵다. 따라서, 도광판으로만 된 증강 현실 장치에서 영상의 깊이를 조절하기 위해, 예를 들어, 도광판의 앞쪽과 뒤쪽에 가상 영상을 특정 깊이로 가져오기 위한 추가적인 광학 소자가 필요하다. 이와 같이 추가적인 광학 소자가 구비되는 경우, 도광판의 두께가 얇음에도 불구하고 추가적인 광학 소자로 인하여 전체적인 크기가 증가할 수 있다. 또한, 도광판 방식의 경우 깊이가 고정되어 있기 때문에 초점과 폭주 사이의 불일치로 인하여 증강 현실 환경에서 사용자가 어지러움 증을 일으킬 수 있다.

이러한 점을 고려하여, 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치(100)에서는 홀로그램 영상을 제공하여 사용자가 다중 깊이의 3차원 영상을 어지러움 없이 볼 수 있도록 할 수 있다. 홀로그램 영상의 경우, CGH(computer-generated hologram) 영상의 계산을 통해서 영상의 깊이를 소프트웨어적으로 조절할 수 있고, 광학 왜곡 등을 해결할 수 있다. 그런데, 홀로그램 영상은 시야 각을 증가시키기 어렵고, 시야 각이 증가하면 아이박스(eyebox)의 크기가 감소함에 따라 시청 영역이 제한되며 깊이 표현력이 감소할 수 있다. 즉, 홀로그램 영상은 시야 각과 아이박스의 크기가 트레이드 오프 관계에 있다.

따라서, 예시적인 실시예에 따른 포비티드 디스플레이 장치(100)에서는 홀로그램 영상의 이러한 특성을 이용하여 홀로그램 영상을 전체 시야가 아니라 포비아 영역에만 제공하고, 나머지 주변 영역에는 2차원 영상을 제공함으로써 상대적으로 좁은 시야각의 홀로그램 영상과 상대적으로 넓은 시야각의 2차원 영상을 포비트이드(foveated) 디스플레이 형태로 결합시킬 수 있다. 도광판(130)을 통하여 상대적으로 넓은 시야각의 주변(peripheral) 영역에 2차원 영상을 표시하고, 홀로그래픽 방식을 채용한 홀로그램 영상을 상대적으로 좁은 시야각의 포비아 영역에 표시할 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 영상이 표시되는 제1 시야각(θ1)은 20도 이하의 범위를 가지고, 2차원 영상이 표시되는 제2 시야각(θ2)은 예를 들어 60도 이상의 범위를 가질 수 있다. 제1 시야각(θ1)이 20도 이하의 좁은 시야각을 가지더라도, 제1 시야각(θ1)을 가지는 홀로그램 영상이 포비아 영역에 표시되는 것은 가능하며, 제1 시야각(θ1)이 상대적으로 작으므로 고해상도의 영상을 제공할 수 있다. 따라서, 사용자가 눈으로 주로 인식하는 포비아 영역에서 깊이감 있는 고해상도의 영상을 눈의 피로감 없이 볼 수 있다. 그리고, 포비아 영역의 주변에 있는 주변 영역은 포비아 영역에 비해 사용자가 상대적으로 덜 민감하게 인식하므로 주변 영역에는 상대적으로 넓은 시야각을 가지는 2차원 영상을 표시하여도 사용자가 해상도의 차이를 거의 인식하지 않고 영상을 볼 수 있다. 이와 같이 포비아 영역과 주변 영역에 해상도 차이를 두고 영상을 표시함으로써 홀로그램 영상의 계산량을 줄이면서 깊이감 있는 3차원 영상을 제공할 수 있다. 또한, 홀로그램 영상의 시야 각이 좁아지는 대신 아이박스를 증가시킬 수 있다. 따라서, 사용자의 두 눈 사이의 거리가 사람마다 다른 것을 넓은 아이박스를 이용하여 커버할 수 있다.

또한, 도광판(130)은 고정 초점을 제공하나, 홀로그래픽 광학 소자(138)는 CGH 계산을 통해 다양한 초점 정보를 제공하는 것이 가능하므로, 안구 질환자 등의 안구 상태에 따라서 알맞은 형태로 영상을 사전에 보정하는 것이 가능하다.

도 4는 다른 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

포비티드 디스플레이 장치(200)는 2차원 영상을 형성하는 제1 디스플레이 패널(210)과, 3차원 영상을 가지는 홀로그램 영상을 형성하는 제2 디스플레이 패널(220)과, 2차원 영상을 전달하는 도광판(230)과, 홀로그램 영상을 전달하는 홀로그래픽 광학 소자(225)를 포함할 수 있다.

2차원 영상은 포비아 영역의 주변 영역에 표시되고, 2차원 영상은 도광판(230)을 통해 전달되어 상대적으로 넓은 제1 시야각을 가지고 사용자의 눈으로 들어올 수 있다. 홀로그램 영상은 포비아 영역에 표시되고, 홀로그래픽 광학 소자(225)를 통해 상대적으로 좁은 제2 시야각을 가지고 사용자의 눈으로 들어올 수 있다.

제1 디스플레이 패널(210)과 도광판(230) 사이에 제1 렌즈(240)가 더 구비될 수 있다. 제1 렌즈(240)는 예를 들어, 퓨리어 트랜스폼 렌즈(fourier transformation lens)를 포함할 수 있다. 퓨리어 트랜스폼 렌즈는 제1 디스플레이 패널(210)에서 형성된 2차원 영상의 공간 정보를 각도 성분으로 변환시켜 줌으로써 도광판(230) 내부로 영상 정보를 입사시켜 줄 수 있다. 제1 디스플레이 패널(210)과 도광판(230) 사이에 입력 커플러(235)가 더 구비될 수 있다. 입력 커플러(235)는 2차원 영상을 도광판(230)에 커플링시킬 수 있다. 도광판(230)이 영상이 사용자의 눈(E)으로 출사되는 제1 면(231)과, 제1 면(231)에 마주보는 제2 면(232)을 포함할 수 있다. 입력 커플러(235)가 예를 들어, 제1 면(231)에 구비될 수 있다.

도광판(230)의 다른 쪽 끝에는 출력 커플러(238)가 더 구비될 수 있다. 출력 커플러(238)가 제1 면(231)에 입력 커플러(235)로부터 이격되어 구비될 수 있다. 출력 커플러(238)는 도광판(230)을 통해 전파된 2차원 영상 정보가 사용자의 눈(E)을 향해 출사되도록 안내할 수 있다.

도광판(230)의 한 쪽 면에 홀로그래픽 광학 소자(225)가 구비될 수 있다. 제2 디스플레이 패널(220)에서 형성된 홀로그램 영상은 홀로그래픽 광학 소자(225)로 입사되고, 홀로그래픽 광학 소자(225)에 의해 좁은 시야각을 가지고 재생되어 사용자의 눈(E)의 포비아 영역으로 들어올 수 있다.

홀로그램 영상 재생 광학계는 광원(215)과, 광원(215)으로부터 나온 광을 제2 디스플레이 패널(220)로 향하도록 반사시키는 빔스플리터(224)를 포함할 수 있다. 또한, 빔스플리터(224)는 제2 디스플레이 패널(220)에서 출사된 홀로그램 영상을 통과시킬 수 있다. 여기서, 제2 디스플레이 패널(220)은 반사형 패널일 수 있다. 예를 들어, 제2 디스플레이 패널(220)은 LED 디스플레이, OLED 디스플레이, LCoS를 포함할 수 있다.

빔스플리터(224)와 홀로그래픽 광학 소자(225) 사이의 광 경로 상에 렌즈와, 필터(226)가 더 구비될 수 있다. 필터(226)는 컴퓨터 생성 홀로그램을 재생하기 위한 스페이셜 필터(spatial filter)일 수 있다.

예를 들어, 빔스플리터(224)와 필터(226) 사이에 제1 렌즈(225)가 구비되고, 필터(226)와 홀로그래픽 광학 소자(225) 사이에 제2 렌즈(227)와 제3 렌즈(228)가 구비될 수 있다. 하지만, 렌즈의 개수와 위치는 여기에 한정되지 않는다.

한편, 필터(226)와 홀로그래픽 광학 소자(238) 사이에 광경로 변환기(229)가 더 구비될 수 있다. 광경로 변환기(229)는 광의 경로를 변환하기 위한 미러일 수 있다. 광경로 변환기(229)는 제2 디스플레이 패널(220)과 홀로그래픽 광학 소자(238) 사이의 공간적 활용을 위해 채용될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(238)는 도광판(230)의 일 면에 직접적으로 결합될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(238)는 예를 들어, 출력 커플러(238)와 중첩되어 구비될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(238)가 출력 커플러(238)의 중앙부에 구비될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(238)는 예를 들어, 도광판(230)에 광이 입사되는 광 입사면의 일부에 구비될 수 있다.

도 4에서는 제1 디스플레이 패널(210)과 제2 디스플레이 패널(220)이 도광판(230)에 대해 같은 방향에 구비될 수 있다. 하지만, 제1 디스플레이 패널(210)과 제2 디스플레이 패널(220)의 위치가 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 디스플레이 패널(210)과 제2 디스플레이 패널(220)이 도광판(230)에 대해 서로 반대 방향에 배치되는 것도 가능하다.

도 5는 도 4에 도시된 포비티드 디스플레이 장치에서 광원의 위치를 변경한 것이다. 도 5에서 도 4와 동일한 참조 번호를 사용한 구성 요소는 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가지므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

포비티드 디스플레이 장치(200A)에서는 입력 커플러(235a)가 도광판(230)의 제2 면(232)에 구비되고, 출력 커플러(238a)가 입력 커플러(235a)와 이격되어 제2 면(232)에 구비될 수 있다. 그리고, 광원(215)이 제2 디스플레이 패널(220a)에 광을 조사하고, 광이 제2 디스플레이 패널(220a)을 통과하면서 홀로그램 영상이 형성될 수 있다. 제2 디스플레이 패널(220a)은 예를 들어, 투과형 패널일 수 있다. 제2 디스플레이 패널(220a)은 LCD를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 광원(215)과 제2 디스플레이 패널(220a)이 일렬로 배치될 수 있다. 광원(215)과 빔스플리터(224) 사이에 제4 렌즈(222)가 더 구비될 수 있다.

홀로그램 영상의 경우 컴퓨터 생성 홀로그램(computer-generated hologram)이 잘 재생될 수 있도록 스페이셜 필터(226)를 포함하는데, 재생된 홀로그램 영상이 공기 중으로 전파되어 도광판에 결합된 홀로그래픽 광학 소자(225)에 의해 좁은 시야각을 가지고 사용자 눈의 동공에 들어갈 수 있다. 본 실시 예에서는 제1 디스플레이 패널(210)과 제2 디스플레이 패널(220)이 독립적으로 이격되어 구비되어 있으므로, 2차원 영상을 표시하는 광학계와 홀로그램 영상을 표시하는 광학계를 분리하여 설계할 수 있다.

도 6은 다른 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 도시한 것이다. 도 6은 도 4에 도시된 포비티드 디스플레이 장치의 일부 구성을 변경한 것이다. 도 6에서 도 4와 동일한 참조 번호를 사용한 구성 요소는 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가지므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

포비티드 디스플레이 장치(200B)에서는 제1 디스플레이 패널(210)이 도광판(230)의 제2 면(232)을 향하도록 구비될 수 있다. 입력 커플러(235a)와 출력 커플러(238a)가 도광판(230)의 제2 면(232)에서 이격되어 구비될 수 있다. 도광판(230)의 제1 면(231)에 서브 도광판(250)이 구비될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(225)가 예를 들어, 도광판(230)과 서브 도광판(250) 사이에 구비될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(225)가 서브 도광판(250)에 구비된 리세스(253)에 구비될 수 있다. 하지만, 리세스가 도광판(250)에 구비되는 것도 가능하다. 또는, 홀로그래픽 광학 소자(225)가 서브 도광판(250)의 출사면(255)에 구비되는 것도 가능하다.

제2 디스플레이 패널(220)은 도광판(230)에 대해 경사진 방향으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 디스플레이 패널(220)에 대해 수직한 방향(A)이 도광판(230)의 제2 면(232)에 대해 수직한 방향(B)과 평행하지 않도록 제2 디스플레이 패널(220)이 배치될 수 있다. 제2 디스플레이 패널(220)이 도광판(230)의 위치와 중첩되지 않도록 배치되고 도광판(230)에 대해 사선 방향으로 배치될 수 있다.

서브 도광판(250)은 예를 들어, 도광판(230)에 접촉하여 결합될 수 있다. 그리고, 서브 도광판(250)은 일 측에 경사면(252)을 구비할 수 있다. 경사면(252)은 제2 디스플레이 패널(220)에 대응하여 구비될 수 있다. 예를 들어, 경사면(252)이 제2 디스플레이 패널(220)에 대해 평행하게 구비될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 제2 디스플레이 패널(220)로부터 나온 홀로그램 영상이 경사면(252)에 입사할 수 있다. 본 실시 예에서는 홀로그램 영상이 서브 도광판(250)을 통해 전파되므로, 예를 들어, 포비티드 디스플레이 장치가 안경형 디스플레이에 적용되는 경우, 안경 착용자의 얼굴 모양에 관계 없이 영상을 표시할 수 있다. 경사면(252)이 서브 도광판(250)의 일 측에 구비되어 있으나, 경사면(252)의 구성이 여기에 한정되지 않고 경사면을 가진 별도의 프리즘으로 구현되는 것도 가능하다.

도 7은 다른 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

포비티드 디스플레이 장치(300)는 2차원 영상과, 3차원 영상을 가지는 홀로그램 영상을 형성하는 디스플레이 패널(310)과, 2차원 영상을 전달하는 도광판(330)과, 홀로그램 영상을 전달하는 홀로그래픽 광학 소자(350)를 포함할 수 있다.

디스플레이 패널(310)은 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)을 포함할 수 있다. 제1 디스플레이 패널(311)이 2차원 영상을 형성하고, 제2 디스플레이 패널(312)이 홀로그램 영상을 형성할 수 있다. 본 실시 예에서는 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)이 일체형으로 구비될 수 있다. 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)이 일체형으로 구비되어 있으나, 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)은 독립적으로 영상 처리를 할 수 있다. 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)이 병렬 배치되어 있다. 도 7에서는 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)이 일체형으로 형성된 예를 도시하였으나, 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)이 독립적으로 구비되고, 접촉하거나 인접하여 병렬 배치되는 것도 가능하다.

디스플레이 패널(310)에 광을 조사하는 광원(330)이 구비될 수 있다. 대향하여 제1 빔스플리터(341)와 제2 빔스플리터(342)가 구비될 수 있다. 제1 디스플레이 패널(311)과 광원(330) 사이에 제1 빔스플리터(321)가 구비되고, 제2 디스플레이 패널(312)과 광원(330) 사이에 제2 빔스플리터(322)가 구비될 수 있다. 제1 빔스플리터(321)와 제2 빔스플리터(322)가 병렬 배치될 수 있다. 또한, 제1 빔스플리터(321)와 제2 빔스플리터(322)가 접촉하여 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다.

제1 빔스플리터(321)와 제2 빔스플리터(322)는 일부 광은 반사하고, 일부 광은 투과할 수 있다. 따라서, 광원(330)에서 나온 광이 제1 빔스플리터(321)와 제2 빔스플리터(322)를 통과하여 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)에 입사될 수 있다. 입사된 광을 이용하여 제1 디스플레이 패널(311)에서는 2차원 영상을 형성하고, 제2 디스플레이 패널(312)에서는 홀로그램 영상을 형성할 수 있다.

제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)은 반사형일 수 있다. 따라서, 제1 디스플레이 패널(311)에서 형성된 2차원 영상이 제1 빔스플리터(341)로 반사되고, 제2 디스플레이 패널(312)에서 형성된 홀로그램 영상이 제2 빔스플리터(342)로 반사될 수 있다. 2차원 영상이 제1 빔스플리터(341)에서 반사되어 도광판(330)으로 입사될 수 있다. 3차원 영상이 제2 빔스플리터(312)에서 반사되어 2차원 영상이 반사되어 나간 방향과 반대 방향으로 진행할 수 있다.

도광판(330)은 광이 사용자의 눈(E)을 향해 출력되는 제1 면(331)과, 제1 면(331)과 마주보는 제2 면(332)을 포함할 수 있다. 입력 커플러(335)가 제1 면(331)의 일 측에 구비되고, 출력 커플러(338)가 제1 면(331)의 타 측에 입력 커플러(335)로부터 이격되어 구비될 수 있다. 입력 커플러(335)와 출력 커플러(338)가 제2 면(332)에 구비되는 것도 가능하다. 본 실시 예에서는 입력 커플러(335)와 출력 커플러(338)가 도광판(330)에 음각 구조로 구비될 수 있다.

광원(330)과 제1 빔스플리터(321), 제2 빔스플리터(322) 사이에 제1 렌즈(341)가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(341)가 광원(330)으로부터 나온 광을 콜리메이팅할 수 있다.

제1 빔스플리터(321)와 입력 커플러(335) 사이에 제2 렌즈(342)가 구비될 수 있다. 제2 렌즈(342)는 예를 들어, 제1 빔스플리터(321)에서 출력된 2차원 영상을 확대하여 입력 커플러(335)에 입사하도록 할 수 있다. 입력 커플러(335)로 입사한 2차원 영상은 도광판(330)을 통해 출력 커플러(338)로 전달되고 광시야각을 가지고 사용자의 눈(E)의 주변 영역에 표시될 수 있다.

제2 빔스플리터(322)로부터 나온 홀로그램 영상을 홀로그래픽 광학 소자(350)를 향하도록 광 경로를 변환하는 광경로 변환기(347)가 더 구비될 수 있다. 광경로 변환기(347)는 예를 들어 미러를 포함할 수 있고, 도 7에서는 하나의 광경로 변환기(347)가 구비되었으나 필요에 따라 복수 개의 광경로 변환기가 구비되는 것도 가능하다.

제2 빔스플리터(322)와 홀로그래픽 광학 소자(350) 사이의 광 경로 상에 필터(346)가 더 구비될 수 있다. 필터(346)는 예를 들어 퓨리어 트랜스폼 필터를 포함할 수 있다. 또한, 제2 빔스플리터(322)와 홀로그래픽 광학 소자(350) 사이의 광 경로 상에 제3 렌즈(345)가 더 구비될 수 있다. 제3 렌즈(345)는 제2 빔스플리터(322)에서 나온 광이 필터(346)를 통과할 수 있도록 광을 집속시킬 수 있다. 이와 같이 제2 빔스플리터(322)에서 출사된 홀로그램 영상이 필터(346)와 광 경로 변환기(347)를 거쳐 홀로그래픽 광학 소자(350)에 입사할 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(350)는 홀로그램 영상의 시야각을 좁혀 사용자의 눈(E)의 포비아 영역에 들어가도록 할 수 있다. 따라서, 홀로그램 영상은 고해상도를 가지고 사용자의 눈(E)의 포비아 영역에 제공될 수 있다.

본 실시 예에서는 제1 디스플레이 패널(311)과 제2 디스플레이 패널(312)이 병렬 배치되고, 2차원 영상을 위한 광학계와 홀로그램 영상을 위한 광학계가 콤팩트하게 배치될 수 있다.

예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 넓은 시야각을 가지는 저해상도의 2차원 영상과, 좁은 시야각을 가지는 고해상도의 홀로그램 영상을 순차적으로 또는 동시에 제공하고, 사용자는 2차원 영상과 홀로그램 영상이 합성된 자연스러운 입체적 영상을 볼 수 있다.

포비티드 디스플레이 장치에는 포비티드 렌더링 기술이 적용될 수 있다. 포비티드 렌더링은 사용자의 눈동자의 움직임을 따라가며, 실제 시야처럼 보여주는 가상 현실 또는 증강 현실 기술이다. 사람이 어떤 방향이나 사물을 보고 있을 때, 시야 중심에 들어온 부분은 고해상도로 선명하게 보이고, 주변 부분은 저해상도로 보이게 하여 영상 처리 계산 량을 줄이고, 영상 처리 속도를 높일 수 있다.

앞서 설명한 다양한 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 증강 현실 안경(augmented reality glasses), 가상 현실 안경 혹은 헤드업 디스플레이 (head-up display, HUD) 등의 다양한 장치에 적용할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 엔터테인먼트, 교육, 의학 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

도 8은 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치가 증강 현실 안경(400)에 적용된 예를 도시한 것이다. 본 개시에서, 증강 현실(Augmented Reality; AR)은 현실 세계의 물리적 환경 공간이나 현실 객체 상에 가상 이미지를 오버레이(overlay)하여 함께 보여주는 것을 의미할 수 있다. 본 개시에서, 증강 현실 장치(Augmented Reality Device)라 함은 증강 현실을 표현할 수 있는 장치로서, 사용자가 안면부(顔面部)에 착용하는 안경 형상의 증강 현실 안경 장치(Augmented Reality Glasses)뿐만 아니라, 두부(頭部)에 착용하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display; HMD)나 증강 현실 헬멧(Augmented Reality Helmet) 등을 포괄한다.

본 개시에서, 현실 장면(real scene)이란 관찰자 또는 사용자가 증강 현실 장치를 통해서 보는 현실 세계의 장면으로서, 현실 객체(real world object)(들)를(을) 포함할 수 있다. 가상 영상(virtual image)은 광학 시스템을 통해 생성되는 영상을 나타낼 수 있다. 가상 영상은 정적 이미지와 동적 이미지를 모두 포함할 수 있다. 이러한 가상 영상은 현실 장면과 함께 관측되며, 현실 장면 속의 현실 객체에 대한 정보나 증강 현실 장치의 동작에 대한 정보나 제어 메뉴 등을 보여주는 영상일 수 있다. 가상 객체(virtual object)는 가상 영상의 일부 영역으로 표현될 수 있다. 가상 객체는 현실 객체와 관련된 정보를 나타낼 수 있다. 가상 객체는 예를 들어, 문자, 숫자, 기호, 아이콘, 이미지, 및 애니메이션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 9는 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치가 가상 현실 안경(500)에 적용된 예를 도시한 것이다. 도 10은 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치가 자동차에 적용된 예를 도시한 것이다. 디스플레이 장치가 자동차용 헤드업 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치(600)는 자동차의 일 영역에 구비된 포비티드 디스플레이 장치(610)와, 포비티드 디스플레이 장치(610)에서 생성된 영상을 운전자가 볼 수 있도록 광의 경로를 변환하는 적어도 하나 이상의 광경로 변경 부재(620)를 포함할 수 있다.

도 11은 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치(710)가 모바일 장치(700)에 적용된 예를 도시한 것이다. 포비티드 디스플레이 장치(710)는 도 1 내지 8을 참조하여 설명한 디스플레이 장치가 적용될 수 있다.

다양한 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 도 12에 도시된 바와 같이 태블릿 또는 스마트 태블릿(720)에 적용될 수 있다. 또한, 다양한 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치는 도 13에 도시된 바와 같이 노트북 컴퓨터(730)에 적용될 수 있고, 또한, 도 14에 도시된 바와 같이 컴퓨터 모니터나 TV 등에 적용될 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이 다양한 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치(751)가 다중 폴더 디스플레이(750)에 적용될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이 다양한 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치가 사이니지(760), 대형 전광판, 극장 스크린 등에서 사용되는 대형 디스플레이에 적용될 수도 있다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 다양한 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치가 스마트 와치(770)에 적용될 수 있다.

도 18은, 예시적인 실시 예에 따른 포비티드 디스플레이 장치를 포함하는 전자 장치의 블록도를 나타낸 것이다.

도 18을 참조하면, 네트워크 환경(8200) 내에 전자 장치(8201)가 구비될 수 있다. 네트워크 환경(8200)에서 전자 장치(8201)는 제1 네트워크(8298)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(8202)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(8299)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(8204) 및/또는 서버(8208)와 통신할 수 있다. 전자 장치(8201)는 서버(8208)를 통하여 전자 장치(8204)와 통신할 수 있다. 전자 장치(8201)는 프로세서(8220), 메모리(8230), 입력 장치(8250), 음향 출력 장치(8255), 디스플레이 장치(8260), 오디오 모듈(8270), 센서 모듈(8276), 인터페이스(8277), 햅틱 모듈(8279), 카메라 모듈(8280), 전력 관리 모듈(8288), 배터리(8289), 통신 모듈(8290), 가입자 식별 모듈(8296), 및/또는 안테나 모듈(8297)을 포함할 수 있다. 전자 장치(8201)에는, 이 구성요소들 중 일부가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(8276)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 디스플레이 장치(8260)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.

프로세서(8220)는, 소프트웨어(프로그램(8240) 등)를 실행하여 프로세서(8220)에 연결된 전자 장치(8201) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(8220)는 다른 구성요소(센서 모듈(8276), 통신 모듈(8290) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(8232)에 로드하고, 휘발성 메모리(8232)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(8234)에 저장할 수 있다. 프로세서(8220)는 메인 프로세서(8221)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(8223)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(8223)는 메인 프로세서(8221)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.

보조 프로세서(8223)는, 메인 프로세서(8221)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(8221)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(8221)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(8221)와 함께, 전자 장치(8201)의 구성요소들 중 일부 구성요소(디스플레이 장치(8260), 센서 모듈(8276), 통신 모듈(8290) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(8223)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(8280), 통신 모듈(8290) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.

메모리(2230)는, 전자 장치(8201)의 구성요소(프로세서(8220), 센서모듈(8276) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(8240) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(8230)는, 휘발성 메모리(8232) 및/또는 비휘발성 메모리(8234)를 포함할 수 있다.

프로그램(8240)은 메모리(8230)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(8242), 미들 웨어(8244) 및/또는 어플리케이션(8246)을 포함할 수 있다.

입력 장치(8250)는, 전자 장치(8201)의 구성요소(프로세서(8220) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(8201)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(8250)는, 리모트 컨트롤러, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.

음향 출력 장치(8255)는 음향 신호를 전자 장치(8201)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(8255)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.

디스플레이 장치(8260)는 전자 장치(8201)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 장치(8260)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(8260)는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 포비티드 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(8260)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.

오디오 모듈(8270)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(8270)은, 입력 장치(8250)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(8255), 및/또는 전자 장치(8201)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(8102) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.

센서 모듈(8276)은 전자 장치(8201)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(8276)은, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.

인터페이스(8277)는 전자 장치(8201)가 다른 전자 장치(전자 장치(8102) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(8277)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.

연결 단자(8278)는, 전자 장치(8201)가 다른 전자 장치(전자 장치(8102) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(8278)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있다.

햅틱 모듈(8279)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(8279)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.

카메라 모듈(8280)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(8280)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(8280)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.

전력 관리 모듈(8288)은 전자 장치(8201)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(8388)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.

배터리(8289)는 전자 장치(8201)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(8289)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.

통신 모듈(8290)은 전자 장치(8201)와 다른 전자 장치(전자 장치(8102), 전자 장치(8104), 서버(8108) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(8290)은 프로세서(8220)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 모듈(8290)은 무선 통신 모듈(8292)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(8294)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(8298)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(8299)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(8292)은 가입자 식별 모듈(8296)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(8298) 및/또는 제2 네트워크(8299)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(8201)를 확인 및 인증할 수 있다.

안테나 모듈(8297)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(8297)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(8290)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(8298) 및/또는 제2 네트워크(8299)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(8290)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(8297)의 일부로 포함될 수 있다.

구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.

명령 또는 데이터는 제2 네트워크(8299)에 연결된 서버(8108)를 통해서 전자 장치(8201)와 외부의 전자 장치(8204)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(8202, 8204)은 전자 장치(8201)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(8201)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(8202, 8204, 8208) 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(8201)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(8201)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

110,210,311:제1 디스플레이 패널
120,220,312:제2 디스플레이 패널
130,230,330:도광판
135,235,235a,335:입력 커플러
138,238,238a,338:출력 커플러
θ1:제1 시야각, θ2: 제2 시야각

Claims

2차원 영상을 형성하는 제1 디스플레이 패널;
3차원 영상을 가지는 홀로그램 영상을 형성하는 제2 디스플레이 패널;
상기 2차원 영상을 제1 시야각 범위로 전달하는 도광판; 및
상기 홀로그램 영상을 상기 제1 시야각보다 작은 제2 시야각 범위로 전달하는 홀로그래픽 광학 소자;를 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 2차원 영상이 저해상도의 주변 영상을 포함하고, 상기 홀로그램 영상이 고해상도의 포비아 영상을 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 2차원 영상이 단일 깊이 영상을 포함하고, 상기 홀로그램 영상이 다중 깊이 영상을 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 시야각이 20도 이하의 범위를 가지는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 도광판이 광이 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 또는 제2 면의 일 측에 입력 커플러가 더 구비된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 도광판이 광이 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 또는 제2 면의 일 측에 출력 커플러가 더 구비된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 도광판이 광이 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 제1 면 또는 제2 면에 구비된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 디스플레이 패널은 LED 디스플레이, OLED 디스플레이, LCD 또는 LCoS를 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 디스플레이 패널에 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 제2 디스플레이 패널에 입사되도록 반사하고, 상기 제2 디스플레이 패널에서 반사된 광을 투과시키는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터를 통과한 광을 필터링하는 필터를 더 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제9 항에 있어서,
상기 필터를 통과한 광을 상기 홀로그래픽 광학 소자로 향하도록 하는 광경로 변환기를 더 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 디스플레이 패널에 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 조사되어 상기 제2 디스플레이 패널을 통과한 광을 필터링하는 필터를 더 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 도광판이 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면에 서브 도광판이 더 구비되고, 상기 제1 디스플레이 패널이 상기 제2 면에 대향하여 구비되고, 상기 제2 디스플레이 패널에서 형성된 상기 홀로그램 영상이 상기 서브 도광판을 통해 전달되도록 구성된, 포비티드 디스플레이 장치.
제12 항에 있어서,
상기 서브 도광판이 일 측에 경사진 입사면을 포함하고, 상기 홀로그램 영상이 상기 입사면에 입사되도록 구성된, 포비티드 디스플레이 장치.
제12 항에 있어서,
상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 도광판과 서브 도광판 사이에 구비되거나 상기 서브 도광판의 출사면에 구비된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 디스플레이 패널과 상기 제2 디스플레이 패널이 일체형으로 구성되고, 상기 제1 디스플레이 패널과 제2 디스플레이 패널에 광을 조사하는 광원이 구비되고, 상기 제1 디스플레이 패널과 상기 광원 사이에 제1 빔스플리터가, 상기 제2 디스플레이 패널과 상기 광원 사이에 제2 빔스플리터가 더 구비된, 포비티드 디스플레이 장치.
제15 항에 있어서,
상기 제1 빔스플리터에서 반사된 2차원 영상이 상기 도광판으로 입사하고, 상기 제2 빔스플리터에서 반사된 홀로그램 영상이 상기 홀로그래픽 광학 소자에 입사하도록 구성된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1 항에 있어서,
상기 2차원 영상이 상기 도광판을 경유하여 전달되고, 상기 홀로그램 영상이 상기 도광판을 경유하지 않고 상기 홀로그래픽 광학 소자에 전달되도록 구성된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 2차원 영상과 홀로그램 영상이 순차적으로 또는 동식에 표시되고 합성되어 하나의 영상이 표시되도록 구성된, 포비티드 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 홀로그램 영상이 표시되는 영역을 제어하기 위한 MEMS 미러, 갈바노 미러, 액정 렌즈, 액정 빔 디플렉터, 기하학 위상 렌즈, 메타 렌즈 중 적어도 하나를 포함하는, 포비티드 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
사용자의 동공을 추적하는 동공 추적기가 더 구비된, 포비티드 디스플레이 장치.