KR20240026065A - Display apparatus - Google Patents
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Abstract
개시된 디스플레이 장치는, 영상을 표시하는 광을 출사하는 디스플레이 소자; 상기 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관; 상기 도파관에 구비되어 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러; 상기 입력 커플러로 입사되는 광의 입사각을 동일하게 만들어 주도록 구성된 텔레센트릭 어셈블리; 및 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러;를 포함한다.The disclosed display device includes a display element that emits light that displays an image; a waveguide including a first surface on which the light is incident, and a second surface opposing the first surface; an input coupler provided in the waveguide to input the light into the waveguide; a telecentric assembly configured to equalize the angle of incidence of light incident on the input coupler; and an output coupler that outputs the light propagating within the waveguide to the outside.
Description
예시적인 실시 예는 광 균일도를 높인 디스플레이 장치에 관한 것이다.An exemplary embodiment relates to a display device with improved light uniformity.
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. Virtual reality is a technology that allows people to experience life-like experiences in a computer-generated virtual world. Augmented reality is a technology that allows virtual images to be mixed with the physical environment or space of the real world. Near-eye displays, which are implemented as virtual reality displays or augmented reality displays, focus virtual images in space using a combination of optical and stereoscopic images. In these display devices, display resolution and image processing are important.
증강 현실 안경과 같은 증강 현실 장치로 도파관에 기반한 광학계가 연구 개발되고 있다. 종래의 도파관은 자유곡면 반사나 멀티미러 반사를 이용하여 도파관 내부에 광을 입력시키거나, 회절 광학 소자나 홀로그래픽 광학 소자와 같은 입력-커플링 회절 소자를 이용하여 도파관 내부에 광을 입력시킨다. 자유 곡면 반사나 멀티 미러 반사를 이용하는 경우, 구조가 단순하고 광전달 효율이 높을 수 있으나, 시야각에 한계가 있고 도파관을 박형화하는데 어려움이 있다. 또한, 도파관을 통해 전파되는 광의 균일도가 낮아 화질이 저하될 수 있다.Optical systems based on waveguides are being researched and developed as augmented reality devices such as augmented reality glasses. Conventional waveguides input light into the waveguide using free-form reflection or multi-mirror reflection, or input light into the waveguide using an input-coupling diffractive element such as a diffractive optical element or a holographic optical element. When using free-form reflection or multi-mirror reflection, the structure can be simple and light transmission efficiency can be high, but there is a limit to the viewing angle and it is difficult to make the waveguide thinner. Additionally, image quality may deteriorate due to low uniformity of light propagating through the waveguide.
예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 영상을 표시하는 광을 출사하는 디스플레이 소자를 포함한다. 도파관은 상기 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함한다. 입력 커플러는 상기 도파관에 구비되어 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시킨다. 텔레센트릭 어셈블리는 상기 디스플레이 소자와 상기 도파관 사이에 구비된 것으로, 상기 입력 커플러로 입사되는 광의 입사각을 동일하게 만들어 주도록 구성된다. 출력 커플러는 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시킨다.A display device according to an example embodiment includes a display element that emits light that displays an image. The waveguide includes a first surface on which the light is incident, and a second surface opposing the first surface. An input coupler is provided in the waveguide to input the light into the waveguide. The telecentric assembly is provided between the display element and the waveguide and is configured to equalize the angle of incidence of light incident on the input coupler. The output coupler outputs light propagating within the waveguide to the outside.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치에서 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 도파관의 영역에 따른 출력 커플러의 회절 효율을 나타낸 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 두 개의 디스플레이 소자를 포함한 예를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 I-I 단면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치에서 하나의 디스플레이 소자에서 형성된 영상 광을 두 개의 경로로 보내는 예를 도시한 것이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치에서 증강 현실 디스플레이 장치를 구현한 예를 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 실시 예에 따른 전자 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 10은 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 사용자가 착용한 예를 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows a display device according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical path in a display device according to an exemplary embodiment.
Figure 3 shows the diffraction efficiency of the output coupler according to the area of the waveguide of the display device according to an exemplary embodiment.
Figure 4 shows a display device according to one embodiment.
Figure 5 shows an example in which a display device according to an embodiment includes two display elements.
Figure 6 is a cross-sectional view taken along line II of Figure 5.
FIG. 7 illustrates an example of sending image light generated from one display element through two paths in a display device according to an embodiment.
FIG. 8 illustrates an example of implementing an augmented reality display device in a display device according to an embodiment.
Figure 9 schematically shows an electronic device according to an example embodiment.
FIG. 10 illustrates an example in which a user wears a display device according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 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.Hereinafter, display devices according to various embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only to distinguish one component from another.
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. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary. Additionally, the size or thickness of each component in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Additionally, when a predetermined material layer is described as existing on a substrate or another layer, the material layer may exist in direct contact with the substrate or other layer, or a third layer may exist in between. In addition, since the materials forming each layer in the examples below are illustrative, other materials may be used.
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.In addition, terms such as “... unit” and “module” used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. .
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.The specific implementations described in this embodiment are examples and do not limit the technical scope in any way. For the sake of brevity of the specification, descriptions of conventional electronic components, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connections or connection members of lines between components shown in the drawings exemplify functional connections and/or physical or circuit connections, and in actual devices, various functional connections or physical connections may be replaced or added. Can be represented as connections, or circuit connections.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. The use of the term “above” and similar referential terms may refer to both the singular and the plural.
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.The steps comprising the method may be performed in any suitable order unless explicitly stated that they must be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (e.g., etc.) is simply for explaining the technical idea in detail, and unless limited by the claims, the scope of rights is not limited by these terms.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.Figure 1 illustrates a display device according to an exemplary embodiment.
디스플레이 장치(100)는 영상을 표시하는 광을 출사하는 디스플레이 소자(110), 디스플레이 소자(110)로부터의 광을 전송하는 도파관(130), 디스플레이 소자(110)와 도파관(130) 사이에 구비된 텔레센트릭 어셈블리(120), 광을 도파관(130) 내로 입력시키는 입력 커플러(140) 및 도파관(130) 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러(150)를 포함한다.The
디스플레이 소자(110)는, LCD, LCoS(Liquid Crystal on Silicon), OLED 디스플레이, LED 디스플레이, 또는 프로젝터 등을 포함할 수 있다. 디스플레이 소자(110)는 2차원 영상 또는 3차원 영상을 형성하도록 영상 신호를 처리할 수 있다. 또는, 디스플레이 소자(110)는 홀로그램 영상을 형성하기 위해 CGH(computed generated holography)를 포함할 수 있다. The
디스플레이 소자(110)에서 출력된 영상은 도파관(130)으로 입사되고, 도파관(130)을 통해 사용자의 눈(E)으로 전달될 수 있다. 본 명세서에서 영상은 해당 영상을 표시하는 영상 광의 개념을 포함하는 것으로 한다.The image output from the
텔레센트릭 어셈블리(120)는 입력 커플러(140)로 입사되는 광의 입사각을 모든 위치에서 동일하게 만들어 주도록 구성될 수 있다. 텔레센트릭 어셈블리(120)는 제1 렌즈(121), 제1 렌즈(121)로부터 이격되게 배치된 제2 렌즈(122), 제1 렌즈(121)와 제2 렌즈(122) 사이에 구비된 광학 필터(123)를 포함할 수 있다. 광학 필터(123)는 예를 들어, 핀홀 구조를 포함할 수 있다. 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통과한 광은 평행광이 되어 입력 커플러(140)에 대해 동일한 입사각을 가지고 입사될 수 있다. 예를 들어, 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통과한 광은 입력 커플러(140)에 수직 입사할 수 있다.The
디스플레이 소자(110)에서 나온 광이 확산 없이 텔레센트릭 어셈블리(120)에 입사 될 수 있다. 일반적으로 디스플레이 소자에서 나온 광을 확산시키기 위해 디스플레이 소자에 확산판을 구비하지만, 본 실시 예의 디스플레이 소자(110)는 확산판을 구비하지 않고 디스플레이 소자(110)에서 나온 광이 확산 없이 진행하도록 한다. 디스플레이 소자(110)에서 나온 광이 확산되지 않고 직진하므로 디스플레이 소자(110)의 각 픽셀에서 나온 광들이 직진 광선으로 전파될 수 있다. 픽셀은 디스플레이 소자에서 영상을 형성하기 위한 기본 단위를 나타낼 수 있다. 디스플레이 소자(110)에서 나온 광이 확산 없이 직진하므로, 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통과한 광이 디스플레이 소자(110)의 면적과 같은 단면적을 가지고 입력 커플러(140)에 입사될 수 있다. 디스플레이 소자(110)의 면적은 디스플레이 소자(110)에서 영상을 형성하는데 사용되는 유효 면적을 나타낼 수 있다. 다시 말하면, 디스플레이 소자(110)에서 나온 광 다발의 단면 폭이 디스플레이 소자(110)의 폭(W1)과 같은 폭을 가질 수 있다. 디스플레이 소자(110)의 폭(W1)은 디스플레이 소자(110)의 유효 면적의 가로 방향(x 방향) 또는 사용자가 영상을 시청하는 방향을 기준으로 가로 방향(x 방향) 폭을 나타낼 수 있다. Light emitted from the
디스플레이 소자(110)에서 나온 직진 광선이 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통해 입력 커플러(140)에 입사 될 때, 디스플레이 소자(110)의 각 픽셀에 대응되는 광이 팽행광으로 입력 커플러(140)에 입사 되므로 입력 커플러(140)에 입사되는 광의 입사각이 모두 동일할 수 있다. 입력 커플러(140)에 입사되는 광의 입사각이 모두 동일하므로 디스플레이 소자(110)의 각 픽셀에 대응되는 광들의 입력 커플러(140)에서의 회절각(θ)과 도파관(130)에서의 반사 회수가 동일할 수 있다. 따라서, 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상이 전체 픽셀에서 동일한 광세기와 품질을 가지고 복제 및 전파될 수 있다. When a straight ray from the
일반적인 디스플레이 장치의 경우, 디스플레이 소자 앞에 확산판(diffuser)이 구비되므로, 광이 확산판을 맞은 뒤에 디스플레이 소자를 투과함에 따라 디스플레이 소자의 각 픽셀에서 광이 확산된다. 따라서, 각 픽셀 대응 광들이 입력 커플러에 서로 다른 각도로 입사하기 때문에 도파관에서 서로 다른 각도로 전파할 수 있다. 그러므로, 도파관의 위치에 따라 광의 세기가 달라질 수 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 예시적인 실시 예에서는 광이 확산 없이 디스플레이 소자(110)를 투과하도록 함으로써, 디스플레이 소자(110)의 각 픽셀에서부터 나오는 광이 퍼지지 않고 얇은 직선 광선 형태로 전파하게 된다. 그리고, 텔레센트릭 어셈블리(120)는 얇은 직선 광선으로 전파하는 각 픽셀 대응 광을 광학 필터(123)를 이용하여 한번 더 정제할 수 있다. 이렇게 정제된 각 픽셀 대응 광들은 제2 렌즈(122)를 투과함에 따라 모든 위치에서 평행광 형태로 입력 커플러(140)에 입사될 수 있다. 디스플레이 소자(110)의 각 픽셀로부터 나온 광들이 하나의 평행한 광 다발을 만들며 진행하기 때문에 입력 커플러(140)에 입사된 광의 입사각이 모두 같고, 이에 따라 입력 커플러(140)에 의해 회절되어 나오는 회절각(θ)도 역시 모두 같게 될 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(140)에 입사되는 광은 입력 커플러(140)에 대해 수직 입사할 수 있다. In the case of a general display device, a diffuser is provided in front of the display element, so the light is diffused in each pixel of the display element as the light passes through the display element after hitting the diffuser. Accordingly, because the light corresponding to each pixel is incident on the input coupler at different angles, it may propagate at different angles in the waveguide. Therefore, the intensity of light may vary depending on the location of the waveguide. To solve this problem, in an exemplary embodiment, light passes through the
상술한 구조에 따라 도파관(130)은 다음 식을 만족하는 두께 t를 가지도록 구성될 수 있다.According to the above-described structure, the
t = W1 / 2 tan(θ) <식 1>t = W1 / 2 tan(θ) <Equation 1>
여기서, W1는 디스플레이 소자(110)의 폭을, θ는 입력 커플러(140)에서 회절되는 광의 회절각을 나타낸다.Here, W1 represents the width of the
한편, 이하에서는 디스플레이 소자(110)의 각 픽셀 대응 광들을 필드(field)라고 지칭하기로 한다.Meanwhile, hereinafter, the lights corresponding to each pixel of the
상술한 바와 같이 디스플레이 소자(110)에서 나온 광이 확산 없이 출광하여 텔레센트릭 어셈블리(120)에 의해 평행광으로 입력 커플러(140)에 입사하므로, 디스플레이 소자(110)의 폭(W1)과, 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통과한 광의 단면 폭과, 입력 커플러(140)의 폭(W2)이 같을 수 있다. 광의 단면 폭은 x 방향 폭을 나타낼 수 있고, 입력 커플러(140)의 폭(W2)은 디스플레이 소자(110)의 폭(W1)과 같은 방향의 유효 폭을 나타낼 수 있다. 유효 폭은 광이 들어오는 면적의 가로 방향(x 방향) 폭을 나타낼 수 있다. 가로 방향(x 방향)은 시청자가 영상을 보는 것을 기준으로 수평 방향을 나타낼 수 있다.As described above, the light from the
도파관(130)은 광이 입사되는 제1 면(131)과, 제1 면(131)에 대향하는 제2면(132)을 포함할 수 있다. 입력 커플러(140)가 제1 면(131)과 제2면(132) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 도 1에서는 입력 커플러(140)가 제1 면(131)에 구비된 예를 도시하였다. 입력 커플러(140)는 예를 들어, 회절 광학 소자 또는 홀로그램 광학 소자를 포함할 수 있다.The
출력 커플러(150)는 도파관(130)의 제1 면(131) 및 제2 면(132) 중 어느 한 면에 구비된 방향 선택 확산판(151)과, 방향 선택 확산판(151)과 마주보도록 도파관(130)의 다른 면에 구비된 렌즈 어레이(153)를 포함할 수 있다. 방향 선택 확산판(151)은 특정 각도로 들어오는 광만을 확산시키고 나머지 다른 각도로 들어오는 광은 그대로 투과시킬 수 있다. 방향 선택 확산판(151)은 홀로그래픽 광학소자 (holographic optical elements, HOEs) 혹은 체적 그레이팅 (volume grating, VG)을 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 방향 선택 확산판(151)에 도달하는 필드들의 일부는 확산되고 나머지 일부는 다시 전반사하며 도파관(130)으로 전파되기 때문에, 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 소자(110)에 의해 형성된 영상이 복제됨과 동시에 각 필드들이 확산하는 효과를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서는 입력 커플러(140)에서 회절 된 광이 모두 같은 각도로 전파되기 때문에 도파관(130)을 통해 전달되는 영상 광이 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상과 동일한 사이즈를 가지고 복제될 수 있다.The output coupler 150 faces the direction
한편, 디스플레이 소자(110)에 의해 형성된 영상이 시청자에게 표시되기 위해서는 각각의 필드가 모두 넓은 범위로 퍼져서 시청자에게 전달되어야 한다. 예시적인 실시 예에서는 각 필드들이 디스플레이 소자(110)에서 출사된 그대로 얇은 광선 형태로 전파되기 때문에 렌즈 어레이(153)가 각 필드를 넓은 영역으로 퍼뜨려 시청자의 눈(E)으로 들어가도록 할 수 있다. 즉, 렌즈 어레이(153)는 각 필드들이 모두 넓은 평행광 형태를 가지고 사용자에게 전파되도록 할 수 있다. 이 때 모든 필드가 같은 각도로 전파되고, 같은 회수로 회절되기 때문에, 영상 광이 같은 세기로 사용자에게 전달될 수 있다. 따라서, 사용자는 균일한 밝기를 가지는 영상을 시청할 수 있다. Meanwhile, in order for the image formed by the
다시 도 1을 참조하면, 렌즈 어레이(153)는 복수 개의 렌즈(152)를 포함할 수 있고, 복수 개의 렌즈(152)는 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상 광이 복제되는 위치에 대응되게 구비될 수 있다. 예를 들어, 영상 광이 도파관(130)을 통해 전달됨에 따라 제1 영역(pos1), 제2 영역(pos2), 제3 영역(pos3), 제4 영역(pos4), 제5 영역(pos5), 제6 영역(pos6)에 복제 영상을 표시할 수 있다. 복제 영상의 개수는 여기에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 렌즈 어레이(153)의 각 렌즈(152)가 복제 영상에 대응되게 구비될 수 있다. 따라서, 렌즈(152)의 폭(W3)이 디스플레이 소자(110)의 폭(W1)과 같을 수 있다.Referring again to FIG. 1, the
한편, 방향 선택 확산판(151)은 도파관(130)의 입구에서 출구쪽으로 갈수록 회절 효율이 증가하게 구성된 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 방향 선택 확산판(151)은 도파관(130)에서 광이 전파되는 방향(x 방향)을 따라 회절 효율이 점점 증가하게 구성된 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다. 도 3은 도파관(130)의 각 영역에 대한 방향 선택 확산판(151)의 회절 효율을 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 방향 선택 확산판(151)은 제1 영역(pos1)의 회절 효율(e1) < 제2 영역(pos2)의 회절 효율(e2)<제3 영역(pos3)의 회절 효율(e4)<제4 영역(pos4)의 회절 효율(e4) < 제5 영역(pos5)의 회절 효율(e5)의 관계를 가지도록 구성될 수 있다. 이와 같이 방향 선택 확산판(151)의 회절 효율을 조절함으로써 도파관(130)에서 광이 전파되는 방향으로 광 세기가 균일하게 되도록 할 수 있다. Meanwhile, the direction
도 4는 다른 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.Figure 4 shows a display device according to another embodiment.
도 4에서 도 1과 동일한 참조 번호를 사용한 구성 요소는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.Components using the same reference numerals as in FIG. 1 in FIG. 4 are substantially the same as those described with reference to FIG. 1 , and therefore detailed description thereof will be omitted here.
디스플레이 장치(200)는 도파관(130)에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러(250)를 포함한다. 출력 커플러(250)는 도파관(130)의 제1 면(131) 및 제2 면(132) 중 하나에 구비된 편광체적 그레이팅(251), 도파관(130)의 다른 면에 구비된 편광 변조층(255) 및 렌즈 어레이(253)를 포함할 수 있다. 편광체적 그레이팅(251)은 특정 편광에만 반응할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광은 반사하고, 제2 편광은 투과할 수 있다. 편광체적 그레이팅(251)은 예를 들어, S 편광은 반사하고, P 편광은 투과하거나, 우원편광은 반사하고, 좌원편광은 투과하도록 구성될 수 있다. 편광 변조층(255)은 영역 별로 편광 정도를 변조할 수 있다. 편광 변조층(255)은 액정과 같은 비등방성 물질을 포함할 수 있고, 비등방성 물질의 회전 정도에 따라 편광 정도 또는 편광 변조율이 조절될 수 있다. 편광 변조층(255)에서 변조된 편광에 따라 편광체적 그레이팅(251)에서 회절되는 회절 효율이 달라질 수 있다. 이를 통해 편광체적 그레이팅(251)에서 회절되는 광의 효율을 조절하여, 밝기 균일도를 용이하게 높일 수 있다. The
편광 변조층(255)의 편광 정도를 조절함으로써, 편광체적 그레이팅(251)은 제1 영역(pos1)의 회절 효율(e1) < 제2 영역(pos2)의 회절 효율(e2)<제3 영역(pos3)의 회절 효율(e4)<제4 영역(pos4)의 회절 효율(e4) < 제5 영역(pos5)의 회절 효율(e5) < 제6 영역(pos6)의 회절 효율(e6)의 관계를 가질 수 있다. 이와 같이 편광체적 그레이팅(251)의 회절 효율을 조절함으로써 도파관(130)에서 광이 전파되는 방향으로 광 세기가 균일하게 되도록 할 수 있다. By adjusting the degree of polarization of the
편광 변조층(255) 아래 렌즈 어레이(253)가 구비될 수 있다. 렌즈 어레이(253)는 각 필드를 넓은 영역으로 퍼뜨려 시청자의 눈(E)으로 들어가도록 할 수 있다.A
도 5 및 도 6은 입력 커플러가 2개 구비된 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 5는 디스플레이 장치의 평면도를, 도 6은 도 5의 I-I 단면도이다.Figures 5 and 6 schematically show a display device equipped with two input couplers. FIG. 5 is a plan view of the display device, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 5 .
도 5 및 도 6에서 도 1과 동일한 참조 번호를 사용한 구성 요소는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.Components using the same reference numerals as in FIG. 1 in FIGS. 5 and 6 are substantially the same as those described with reference to FIG. 1 , and therefore detailed descriptions thereof are omitted here.
디스플레이 장치(100A)는 제1 광(Ll)을 출사하는 제1 디스플레이 소자(111) 및 제2 광(L2)을 출사하는 제2 디스플레이 소자(112)를 포함하고, 제1 디스플레이 소자(111)가 도파관(130)의 일측으로 제1 광(L1)을 입사시키도록 배치되고, 제2 디스플레이 소자(112)가 도파관(130)의 타측으로 제2 광(L2)을 입사시키도록 배치될 수 있다. 제1 디스플레이 소자(111)에 대응되게 제1 입력 커플러(141)가 도파관(130)에 구비되고, 제2 디스플레이 소자(112)에 대응되게 제2 입력 커플러(142)가 도파관(130)에 구비될 수 있다. 제1 입력 커플러(141)와 제2 입력 커플러(142)가 도파관(130)의 일면에 대각선 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. The
제1 디스플레이 소자(111)와 도파관(130) 사이에 제1 텔레센트릭 어셈블리(1201)가 배치되고, 제2 디스플레이 소자(112)와 도파관(130) 사이에 제2 텔레센트릭 어셈블리(1202)가 배치될 수 있다. 제1 텔레센트릭 어셈블리(1201)와 제2 텔레센트릭 어셈블리(1202)의 구성 및 작용 효과는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.A first
제1 입력 커플러(141)에서 회절된 제1 광(L1)을 방향 선택 확산판(151)으로 향하도록 광 경로를 변환하는 제1 광 경로 변환기(145)가 더 구비될 수 있다. 그리고, 제2 입력 커플러(142)에서 회절된 제2 광(L2)을 방향 선택 확산판(151)으로 향하도록 광 경로를 변환하는 제2 광 경로 변환기(146)가 더 구비될 수 있다. A first
디스플레이 장치(100A)에서는 제1 디스플레이 소자(111)로부터 나온 제1 광(L1)과 제2 디스플레이 소자(112)로부터 나온 제2 광(L2)이 각각 도파관(130)의 양측에서 대칭적으로 전파되므로 방향 선택 확산판(151)에서 광의 전파 방향을 따라 회절 효율이 감소되는 것을 양쪽 방향에서 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 방향 선택 확산판(151)의 회절 효율을 조절하지 않더라도 도파관(130)을 따라 전파되는 광 세기의 균일도를 높일 수 있다.In the
도 7은 다른 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.Figure 7 shows a display device according to another embodiment.
디스플레이 장치(100B)는 하나의 디스플레이 소자(110)에서 나온 영상 광을 두개의 경로로 분할하여 도파관(130)으로 보내는 실시 예를 나타낸 것이다.The
도 7에서 도 1 및 도 6과 동일한 참조 번호를 사용한 구성 요소는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.Components using the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 6 in FIG. 7 are substantially the same as those described with reference to FIG. 1 , and therefore detailed description thereof will be omitted here.
디스플레이 장치(100B)는 디스플레이 소자(110)에서 나온 광을 제1 광 경로(P1)와 제2 광 경로(P2)로 분할하는 광학 소자(160)를 더 포함할 수 있다. 광학 소자(160)는 예를 들어, S편광은 투과하고, P편광은 반사하는 편광 빔스프리터나 일부 광은 투과하고, 일부 광은 반사하는 빔스프리터를 포함할 수 있다.The
제1 광 경로(P1)와 제2 광 경로(P2)에 각각 텔레센트릭 어셈블리(120)가 구비될 수 있으며, 편의상 텔레센트릭 어셈블리(120)를 단순화해서 도시하였다. 도파관(130)의 일 면에 제1 방향 선택 확산판(154)과 제2 방향 선택 확산판(155)이 적층될 수 있다. 제1 방향 선택 확산판(154)은 제1 입력 커플러(141)에서 반사된 제1 광(L1)을 회절시키고, 제2 방향 선택 확산판(155)은 제2 입력 커플러(142)에서 반사된 제2 광(L2)을 회절시킬 수 있다. A
디스플레이 장치(100B)는 하나의 디스플레이 소자(110)에서 나온 영상 광을 두 개의 광 경로로 나누어 도파관(130)의 양쪽에서 대칭적으로 전파되도록 할 수 있다. 그럼으로써, 제1 방향 선택 확산판(154)과 제2 방향 선택 확산판(155)에서 각각 광의 전파 방향을 따라 회절 효율이 감소되는 것을 양쪽 방향에서 광을 전파시킴으로써 회절 효율 감소를 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 방향 선택 확산판(151)의 회절 효율을 조절하지 않더라도 도파관(130)을 따라 전파되는 광 세기의 균일도를 높일 수 있다.The
도 8은 다른 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다.Figure 8 shows a display device according to another exemplary embodiment.
도 8에서 도 1과 동일한 참조 번호를 사용한 구성 요소는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.Components using the same reference numerals as in FIG. 1 in FIG. 8 are substantially the same as those described with reference to FIG. 1 , and therefore detailed description thereof will be omitted here.
디스플레이 장치(300)는 도파관(130)에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러(350)를 포함한다. 출력 커플러(350)는 도파관(130)의 제1 면(131) 및 제2 면(132) 중 하나에 구비된 편광체적 그레이팅(351), 도파관(130)의 다른 면에 구비된 기하 위상 렌즈 어레이(353)를 포함할 수 있다. The
그리고, 텔레센트릭 어셈블리(120)와 도파관(130) 사이에 제1 원편광기(305)가 더 구비될 수 있다. 또는, 제1 원편광기(305)가 디스플레이 소자(110)와 텔레센트릭 어셈블리(120) 사이에 배치되는 것도 가능하다. 제1 원편광기(305)는 입사 광의 편광을 원편광으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 원편광기(305)가 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통과하여 입사한 광 중 우원편광만을 통과시킬 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 원편광기(305)가 좌원편광만을 통과시키는 것도 가능하다. 제1 원편광기(305)는 후술할 출력 커플러(350)와 제2 원편광기(355)와의 조합에 따라 우원편광 또는 좌원편광을 통과시킬 수 있다.Additionally, a first
편광체적 그레이팅(351)으로부터 이격되어 제2 원편광기(355)가 구비될 수 있다. 제2 원편광기(355)는 제1 원편광기(355)에 동작하는 원편광과 반대 방향의 원편광을 통과시키도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 원편광기(355)는 편광체적 그레이팅(351)에 동작하는 원편광과 반대 방향 원편광에 대해 동작하도록 구성될 수 있다. 제2 원편광기(355)는 디스플레이 장치(300)의 외부로부터 도파관(130)쪽으로 들어오는 광을 선택적으로 투과시킴으로써 사용자가 디스플레이 장치(300)를 착용한 상태에서 외부의 실물을 보도록 할 수 있다. 즉, 디스플레이 장치(300)는 증강 현실 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. A second
디스플레이 장치(300)의 동작에 대해 설명한다.The operation of the
디스플레이 소자(110)에 의해 형성된 영상 광이 텔레센트릭 어셈블리(120)를 통해 제1 원편광기(305)로 입사한다. 제1 원편광기(305)는 예를 들어, 입사 광 중 우원편광만을 통과시켜 도파관(130)에 입사시킬 수 있다. 우원편광이 입력 커플러(140)에서 반사되어 도파관(130)을 통해 전파되고, 편광체적 그레이팅(351)으로 입사될 수 있다. 편광체적 그레이팅(351)은 특정 편광만을 회절시키고 다른 편광을 직진 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 편광체적 그레이팅(351)은 우원편광을 회절시키고, 좌원편광을 직진 투과시킬 수 있다. 그러므로, 편광체적 그레이팅(351)으로 입사된 우원편광의 영상 광이 편광체적 그레이팅(351)에 의해 회절되어 기하 위상 렌즈 어레이(353)로 입사한다. Image light formed by the
기하 위상 렌즈 어레이(353)는 특정 편광에 대해서는 렌즈로 동작하는 반면 특정 편광에 대한 켤레 편광에 대해서는 투명한 소자로 동작할 수 있다. 기하 위상 렌즈 어레이(353)는 켤례 편광인 좌원편광과 우원편광의 빛을 이용하여 증강현실을 구현할 수 있다. 우원편광의 영상 광이 기하 위상 렌즈 어레이(353)에 입사하면, 기하 위상 렌즈 어레이(353)는 우원편광에 대해 렌즈로 동작할 수 있다. 따라서, 영상 광이 기하 위상 렌즈 어레이(353)에 의해 확산되어 시청자의 눈에 입사할 수 있다.Geometric phased
한편, 외부로부터 제2 원편광기(355)로 입사한 외부 광은 제2 원편광기(355)에 의해 좌원편광만이 통과될 수 있다. 좌원편광은 편광체적 그레이팅(351)으로 입사되고, 편광체적 그레이팅(351)은 좌원평광을 직진 투과시킬 수 있다. 좌원편광은 도파관(130)을 통과해 기하 위상 렌즈 어레이(353)로 입사된다. 기하 위상 렌즈 어레이(353)는 좌원편광에 대해서는 투명한 소자로 동작하여 좌원편광을 직진 투과시킬 수 있다. 상술한 과정에 의해 디스플레이 장치(300)의 외부에서 들어온 광이 사용자의 눈으로 들어와 실물 영상을 볼 수 있다.Meanwhile, only left circularly polarized external light incident on the second
상술한 바와 같이 본 실시 예의 디스플레이 장치(300)는 디스플레이 소자(110)로부터 나온 영상과 디스플레이 장치(300) 외부로부터의 실물 영상을 같이 볼 수 있는 증강현실 디스플레이 장치로 구현될 수 있다.As described above, the
예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 텔레센트릭 어셈블리를 포함하여 디스플레이 소자에서 출광하는 광을 동일한 각도를 가지고 도파관에 입사 시킴으로써 광 균일도를 높일 수 있다. 개시된 디스플레이 장치는 착용식 또는 비착용식으로 구현될 수 있다.The display device according to an exemplary embodiment includes a telecentric assembly and can increase light uniformity by allowing light emitted from the display element to enter the waveguide at the same angle. The disclosed display device can be implemented as wearable or non-wearable.
도 9는 예시적인 실시 예에 따른 전자 장치의 블록도를 도시한 것이다. 전자 장치(400)는 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치(420)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(420)는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시 예들을 포함할 수 있다. 전자 장치(400)는 네트워크 환경(470) 내에 구비될 수 있다. 네트워크 환경(470)에서 전자 장치(400)는 네트워크(450)(근거리 무선 통신 네트워크 또는 원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(455), 예를 들어 스마트 폰과 통신하거나, 서버(460)와 통신할 수 있다.Figure 9 shows a block diagram of an electronic device according to an exemplary embodiment. The
전자 장치(400)는 영상을 표시하는 디스플레이 장치(420)와, 영상을 처리하는 이미지 프로세서(430)를 포함할 수 있다. 그리고, 전자 장치(400)는 네트워크(450)를 통해 다른 전자 장치(455)나 서버(460)와 통신할 수 있는 통신 모듈(440)을 포함할 수 있다. 다른 전자 장치(455)로부터 송출되는 영상을 통신 모듈(440)을 통해 전달 받아 디스플레이 장치(420)에서 표시할 수 있다. 한편, 이미지 프로세서(430)는 최적화를 적용한 홀로그램 생성 알고리즘을 이용하여 가상 영상의 위치 별 수차를 고려하여 광학 수차를 보상할 수 있다.The
도 10은 사용자가 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 안경으로 착용한 예를 도시한 것이다. 안경형 디스플레이 장치는 영상을 제공하는 디스플레이 소자(410), 디스플레이 소자(410)에서 제공된 영상을 사용자의 눈으로 전달하는 디스플레이 장치(420)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(420)는 안경의 글라스에 적용될 수 있다. 여기서, 디스플레이 소자(410)를 디스플레이 장치(420)와 독립적으로 도시하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 디스플레이 장치(420) 내에 디스플레이 소자(410)가 포함될 수 있다.FIG. 10 illustrates an example in which a user wears a display device with glasses according to an exemplary embodiment. The glasses-type display device may include a
예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 가상 현실(Virtual Reality: VR) 장치, 증강 현실(Augmented Reality: AR), 혼합 현실(Mixed Reality: MR) 장치, 헤드업 디스플레이 장치, 평판 디스플레이 장치 등에 적용될 수 있다. 가상 현실은 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 실제 주변 상황과 상호작용을 하는 것처럼 만들어주는 기술이고, 증강 현실은 실제 공간에 가상 정보를 실시간으로 증강하여 사용자가 증강된 가상 정보와 상호 작용함으로써 작업 효율성을 향상시킬 수 있다. 혼합 현실(MR)은 가상 현실(VR)과 증강 현실(AR)을 포함하는 개념으로, 현실 공간과 가상 공간을 혼합하여 현실의 물건과 가상의 물건이 실시간으로 영향을 주고받는 새로운 공간을 구축할 수 있다. 가상 현실의 장점인 몰입도와 증강 현실의 장점인 현실감을 결합해 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)나 스마트 글래스 등의 형태로 다양한 분야에 적용될 수 있다. The display device according to the exemplary embodiment may be applied to a virtual reality (VR) device, an augmented reality (AR) device, a mixed reality (MR) device, a head-up display device, a flat panel display device, etc. . Virtual reality is a technology that makes it seem like people are interacting with their actual surroundings without directly experiencing environments that are difficult to experience on a daily basis, and augmented reality augments virtual information in real space in real time so that users can use the augmented virtual information. Work efficiency can be improved by interacting with. Mixed reality (MR) is a concept that includes virtual reality (VR) and augmented reality (AR). It mixes real space and virtual space to build a new space where real and virtual objects interact in real time. You can. It can be applied to various fields in the form of head-mounted displays (HMDs) or smart glasses by combining the immersion, which is the advantage of virtual reality, and the realism, which is the advantage of augmented reality.
예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는, 영상을 표시하는 광을 출사하는 디스플레이 소자; 상기 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관; 상기 도파관에 구비되어 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러; 상기 디스플레이 소자와 상기 도파관 사이에 구비된 것으로, 상기 입력 커플러로 입사되는 광의 입사각을 동일하게 만들어 주도록 구성된 텔레센트릭 어셈블리; 및 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러;를 포함한다.A display device according to an exemplary embodiment includes a display element that emits light that displays an image; a waveguide including a first surface on which the light is incident, and a second surface opposing the first surface; an input coupler provided in the waveguide to input the light into the waveguide; a telecentric assembly provided between the display element and the waveguide and configured to equalize the angle of incidence of light incident on the input coupler; and an output coupler that outputs the light propagating within the waveguide to the outside.
상기 디스플레이 소자에서 나온 광이 확산 없이 상기 텔레센트릭 어셈블리(120)에 입사되고, 상기 텔레센트릭 어셈블리(120)에 의해 상기 광이 상기 디스플레이 소자의 면적과 같은 단면적을 가지고 상기 입력 커플러에 입사되도록 구성될 수 있다. The light from the display element is incident on the
상기 도파관은 다음 식을 만족하는 두께 t를 가지도록 구성될 수 있다. <식>The waveguide may be configured to have a thickness t that satisfies the following equation. <expression>
t = W1/ 2 tan(θ)t = W1/ 2tan(θ)
여기서, W1은 상기 디스플레이 소자의 폭을, θ는 상기 입력 커플러에서 회절되는 광의 회절각을 나타낸다.Here, W1 represents the width of the display element, and θ represents the diffraction angle of light diffracted from the input coupler.
상기 텔레센트릭 어셈블리가 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈로부터 이격되게 배치된 제2 렌즈, 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 구비된 광학 필터를 포함할 수 있다. The telecentric assembly may include a first lens, a second lens disposed to be spaced apart from the first lens, and an optical filter provided between the first lens and the second lens.
상기 출력 커플러가 상기 도파관의 제1 면 및 제2 면 중 어느 한 면에 구비된 방향 선택 확산판과, 상기 도파관의 다른 면에 구비된 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. The output coupler may include a direction-selective diffusion plate provided on one of the first and second surfaces of the waveguide, and a lens array provided on the other side of the waveguide.
상기 방향 선택 확산판은 상기 도파관에서의 광의 전파 방향을 따라 회절 효율이 증가하도록 구성된 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다. The direction selective diffusion plate may include a holographic pattern configured to increase diffraction efficiency along the direction of propagation of light in the waveguide.
상기 출력 커플러가 상기 도파관의 제1 면 및 제2 면 중 하나에 구비된 편광체적 그레이팅과, 상기 도파관의 다른 면에 구비된 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. The output coupler may include a polarization volume grating provided on one of the first and second sides of the waveguide and a lens array provided on the other side of the waveguide.
상기 도파관과 상기 렌즈 어레이 사이에 편광 변조 층이 더 구비될 수 있다.A polarization modulation layer may be further provided between the waveguide and the lens array.
상기 출력 커플러가 상기 도파관의 제1 면 및 제2 면 중 하나에 구비된 편광체적 그레이팅과, 상기 도파관의 다른 면에 구비된 기하 위상 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. The output coupler may include a polarization volume grating provided on one of the first and second surfaces of the waveguide and a geometric phase lens array provided on the other side of the waveguide.
상기 편광체적 그레이팅으로부터 이격되게 원편광기가 더 구비되고, 상기 원편광기는 상기 편광체적 그레이팅에 동작하는 원편광과 반대 방향 원편광에 대해 동작하도록 구성될 수 있다. A circular polarizer may be further provided to be spaced apart from the polarization volume grating, and the circular polarizer may be configured to operate on circularly polarized light in an opposite direction to the circularly polarized light operating on the polarization volume grating.
상기 텔레센트릭 어셈블리와 도파관 사이에 원편광기가 더 구비될 수 있다.A circular polarizer may be further provided between the telecentric assembly and the waveguide.
상기 디스플레이 소자가 제1 광을 출사하는 제1 디스플레이 소자 및 제2 광을 출사하는 제2 디스플레이 소자를 포함하고, 상기 제1 디스플레이 소자가 상기 도파관의 일측으로 상기 제1 광을 입사시키도록 배치되고, 상기 제2 디스플레이 소자가 상기 제2 광을 상기 도파관의 타측으로 입사시키도록 배치될 수 있다. The display element includes a first display element emitting first light and a second display element emitting second light, and the first display element is arranged to make the first light incident on one side of the waveguide. , the second display element may be arranged to make the second light incident on the other side of the waveguide.
상기 입력 커플러가 상기 제1 디스플레이 소자에 대응되게 구비된 제1 입력 커플러와, 상기 제2 디스플레이 소자에 대응되게 구비된 제2 입력 커플러를 포함할 수 있다. The input coupler may include a first input coupler provided to correspond to the first display element and a second input coupler provided to correspond to the second display element.
상기 디스플레이 소자에서 나온 광을 제1 광 경로와 제2 광 경로로 분할하는 광학 소자가 더 구비될 수 있다. An optical element that splits the light emitted from the display element into a first optical path and a second optical path may be further provided.
상기 입력 커플러가 상기 제1 광 경로로 전달된 광이 입사되는 제1 입력 커플러와, 상기 제2 광 경로로 전달된 광이 입사되는 제2 입력 커플러를 포함할 수 있다. The input coupler may include a first input coupler into which the light transmitted through the first optical path is incident, and a second input coupler into which the light transmitted through the second optical path is incident.
상기 출력 커플러가 상기 제1 입력 커플러를 통해 상기 도파관에 입사된 제1 광을 출력시키는 제1 방향 선택 확산판과, 상기 제2 입력 커플러를 통해 상기 도파관에 입사된 제2 광을 출력시키는 제2 방향 선택 확산판을 포함할 수 있다. a first direction selective diffusion plate in which the output coupler outputs the first light incident on the waveguide through the first input coupler, and a second diffusion plate on which the output coupler outputs the second light incident on the waveguide through the second input coupler. It may include a direction selective diffusion plate.
상기 디스플레이 소자의 폭이 상기 입력 커플러의 폭과 같을 수 있다. The width of the display element may be the same as the width of the input coupler.
상기 출력 커플러가 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 렌즈 어레이가 복수 개의 렌즈를 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 각각의 폭이 상기 디스플레이 소자의 폭과 같을 수 있다.The output coupler may include a lens array, the lens array may include a plurality of lenses, and a width of each of the plurality of lenses may be equal to the width of the display element.
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 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The above-described embodiments are merely illustrative, and various modifications and other equivalent embodiments can be made by those skilled in the art. Therefore, the true scope of technical protection according to the exemplary embodiments should be determined by the technical idea described in the following patent claims.
100,100A,100B,200,300: 디스플레이 장치
110,111,112:디스플레이 소자
120,121,122:텔레센ㅌ릭 어셈블리
130:도파관
140,141,142:입력 커플러
150,250:350:출력 커플러
151:방향 선택 확산판
153,253:렌즈 어레이
251,351:편광체적 그레이팅
255:편광 변조층
305,355:원편광기
353:기하 위상 렌즈 어레이100,100A,100B,200,300: Display device
110,111,112: Display element
120,121,122:Telesenic assembly
130:Waveguide
140,141,142: Input coupler
150,250:350:Output coupler
151: Direction selection diffusion plate
153,253:Lens array
251,351: Polarization volume grating
255: Polarization modulation layer
305,355: Circular polarizer
353:Geometric phase lens array
Claims (18)
상기 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관(130);
상기 도파관에 구비되어 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러(140);
상기 디스플레이 소자와 상기 도파관 사이에 구비된 것으로, 상기 입력 커플러로 입사되는 광의 입사각을 동일하게 만들어 주도록 구성된 텔레센트릭 어셈블리(120); 및
상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러(150);를 포함하는, 디스플레이 장치.A display element 110 that emits light to display an image;
A waveguide 130 including a first surface on which the light is incident and a second surface opposing the first surface;
an input coupler 140 provided in the waveguide to input the light into the waveguide;
a telecentric assembly 120 provided between the display element and the waveguide and configured to equalize the angle of incidence of light incident on the input coupler; and
A display device comprising: an output coupler 150 that outputs light propagating within the waveguide to the outside.
상기 디스플레이 소자(110)에서 나온 광이 확산 없이 상기 텔레센트릭 어셈블리(120)에 입사되고, 상기 텔레센트릭 어셈블리(120)에 의해 상기 광이 상기 디스플레이 소자의 면적과 같은 단면적을 가지고 상기 입력 커플러에 입사되도록 구성되는, 디스플레이 장치.According to claim 1,
The light emitted from the display element 110 is incident on the telecentric assembly 120 without diffusion, and the light has a cross-sectional area equal to the area of the display element due to the telecentric assembly 120 and is connected to the input coupler. A display device configured to be incident on.
상기 도파관(130)은 다음 식을 만족하는 두께 t를 가지도록 구성된, 디스플레이 장치.
<식>
t = W1/ 2 tan(θ)
여기서, W1은 상기 디스플레이 소자의 폭을, θ는 상기 입력 커플러에서 회절되는 광의 회절각을 나타낸다.According to claim 1 or 2,
The waveguide 130 is configured to have a thickness t that satisfies the following equation.
<expression>
t = W1/ 2tan(θ)
Here, W1 represents the width of the display element, and θ represents the diffraction angle of light diffracted from the input coupler.
상기 텔레센트릭 어셈블리(120)가 제1 렌즈(121), 상기 제1 렌즈(121)로부터 이격되게 배치된 제2 렌즈(122), 상기 제1 렌즈(121)와 제2 렌즈(122) 사이에 구비된 광학 필터(123)를 포함하는, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 3,
The telecentric assembly 120 includes a first lens 121, a second lens 122 spaced apart from the first lens 121, and a space between the first lens 121 and the second lens 122. A display device including an optical filter 123 provided in .
상기 출력 커플러(150)가 상기 도파관(130)의 제1 면 및 제2 면 중 어느 한 면에 구비된 방향 선택 확산판(151)과, 상기 도파관(130)의 다른 면에 구비된 렌즈 어레이(153)를 포함하는, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 4,
The output coupler 150 includes a direction selection diffusion plate 151 provided on one of the first and second surfaces of the waveguide 130, and a lens array provided on the other side of the waveguide 130 ( 153), including a display device.
상기 방향 선택 확산판(151)은 상기 도파관(130)에서의 광의 전파 방향을 따라 회절 효율이 증가하도록 구성된 홀로그램 패턴을 포함하는, 디스플레이 장치.According to clause 5,
The direction selective diffusion plate (151) includes a holographic pattern configured to increase diffraction efficiency along the direction of propagation of light in the waveguide (130).
상기 출력 커플러(250)가 상기 도파관(130)의 제1 면 및 제2 면 중 하나에 구비된 편광체적 그레이팅(251)과, 상기 도파관(130)의 다른 면에 구비된 렌즈 어레이(253)를 포함하는, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 4,
The output coupler 250 includes a polarization volume grating 251 provided on one of the first and second sides of the waveguide 130 and a lens array 253 provided on the other side of the waveguide 130. Including, a display device.
상기 도파관(130)과 상기 렌즈 어레이(253)사이에 편광 변조 층(255)을 더 구비한, 디스플레이 장치.According to clause 7,
A display device further comprising a polarization modulation layer (255) between the waveguide (130) and the lens array (253).
상기 출력 커플러(350)가 상기 도파관(130)의 제1 면 및 제2 면 중 하나에 구비된 편광체적 그레이팅(351)과, 상기 도파관(130)의 다른 면에 구비된 기하 위상 렌즈 어레이(353)를 포함하는, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 4,
The output coupler 350 includes a polarization volume grating 351 provided on one of the first and second sides of the waveguide 130, and a geometric phase lens array 353 provided on the other side of the waveguide 130. ), including a display device.
상기 편광체적 그레이팅(351)으로부터 이격되게 원편광기(355)가 더 구비되고, 상기 원편광기(355)는 상기 편광체적 그레이팅(351)에 동작하는 원편광과 반대 방향 원편광에 대해 동작하도록 구성된, 디스플레이 장치.According to clause 9,
A circular polarizer 355 is further provided to be spaced apart from the polarization volume grating 351, and the circular polarizer 355 is configured to operate on circular polarization opposite to the circular polarization operating on the polarization volume grating 351, Display device.
상기 텔레센트릭 어셈블리(120)와 도파관(130) 사이에 원편광기(305)가 더 구비된, 디스플레이 장치.According to clause 9,
A display device further comprising a circular polarizer (305) between the telecentric assembly (120) and the waveguide (130).
상기 디스플레이 소자(110)가 제1 광을 출사하는 제1 디스플레이 소자(111) 및 제2 광을 출사하는 제2 디스플레이 소자(112)를 포함하고, 상기 제1 디스플레이 소자가 상기 도파관의 일측으로 상기 제1 광을 입사시키도록 배치되고, 상기 제2 디스플레이 소자가 상기 제2 광을 상기 도파관의 타측으로 입사시키도록 배치된, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 4,
The display element 110 includes a first display element 111 that emits first light and a second display element 112 that emits second light, and the first display element is positioned on one side of the waveguide. A display device arranged to make first light incident, and wherein the second display element is arranged to make the second light incident to the other side of the waveguide.
상기 입력 커플러(140)가 상기 제1 디스플레이 소자(111)에 대응되게 구비된 제1 입력 커플러(141)와, 상기 제2 디스플레이 소자(112)에 대응되게 구비된 제2 입력 커플러(142)를 포함하는, 디스플레이 장치.According to claim 12,
The input coupler 140 includes a first input coupler 141 provided to correspond to the first display element 111, and a second input coupler 142 provided to correspond to the second display element 112. Including, a display device.
상기 디스플레이 소자(110)에서 나온 광을 제1 광 경로와 제2 광 경로로 분할하는 광학 소자(160)를 더 포함하는, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 4,
A display device further comprising an optical element 160 that splits the light emitted from the display element 110 into a first optical path and a second optical path.
상기 입력 커플러(140)가 상기 제1 광 경로로 전달된 광이 입사되는 제1 입력 커플러(141)와, 상기 제2 광 경로로 전달된 광이 입사되는 제2 입력 커플러(142)를 포함하는, 디스플레이 장치.According to claim 14,
The input coupler 140 includes a first input coupler 141 into which the light transmitted through the first optical path is incident, and a second input coupler 142 into which the light transmitted through the second optical path is incident. , display device.
상기 출력 커플러(150)가 상기 제1 입력 커플러(141)를 통해 상기 도파관(130)에 입사된 제1 광을 출력시키는 제1 방향 선택 확산판(154)과, 상기 제2 입력 커플러(142)를 통해 상기 도파관(130)에 입사된 제2 광을 출력시키는 제2 방향 선택 확산판(155)을 포함하는, 디스플레이 장치.According to claim 15,
A first direction selection diffusion plate 154 through which the output coupler 150 outputs the first light incident on the waveguide 130 through the first input coupler 141, and the second input coupler 142 A display device comprising a second direction selective diffusion plate 155 that outputs the second light incident on the waveguide 130 through.
상기 디스플레이 소자(110)의 폭이 상기 입력 커플러(140)의 폭과 같은, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 16,
A display device wherein the width of the display element (110) is equal to the width of the input coupler (140).
상기 출력 커플러(150)가 렌즈 어레이(153)를 포함하고, 상기 렌즈 어레이(153)가 복수 개의 렌즈(152)를 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 각각의 폭이 상기 디스플레이 소자의 폭과 같은, 디스플레이 장치.According to any one of claims 1 to 17,
A display wherein the output coupler 150 includes a lens array 153, the lens array 153 includes a plurality of lenses 152, and the width of each of the plurality of lenses is equal to the width of the display element. Device.
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