WO2019221425A1

WO2019221425A1 - 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치

Info

Publication number: WO2019221425A1
Application number: PCT/KR2019/005190
Authority: WO
Inventors: 김동하; 김영일; 손병수; 서계원
Original assignee: 주식회사 에픽옵틱스
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-11-21
Also published as: KR20190131707A; KR102070606B1; US20210405386A1

Abstract

본 발명은 이미지를 형성해 전방으로 출력하는 출력유닛, 상기 출력유닛의 전방에 배치되어 출력되는 상기 이미지를 투과시키며 전방으로 전달하는 렌즈유닛, 길게 형성되어 적어도 한 쌍의 마주보는 전반사면을 가지며 일부가 상기 출력유닛과 상기 렌즈유닛 사이에 배치되고, 일측에서 조명광이 입사되어 적어도 1회 이상의 내부 전반사를 통해 타측으로 이동하는 전달경로가 형성된 가이드유닛 및 상기 전달경로상에 배치되어, 기 설정된 패턴을 가지며 입사되는 상기 조명광을 상기 출력유닛에 기 설정된 각도로 전달하는 회절유닛을 포함하며, 상기 회절유닛은 입사되는 상기 조명광의 특성에 대응하여 선택적으로 굴절 또는 반사하여 기 설정된 방향에 전달하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치가 개시된다.

Description

회절유닛을 이용한 디스플레이 장치

본 발명은 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 기 설정된 DOE패턴을 통해 특성을 변화시킨 조명광을 출력유닛으로 전달함으로써 렌즈유닛의 크기를 용이하게 조절할 수 있는 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근 가상현실 또는 증강현실에 대한 기술이 많이 개발되고 있으며, 고글 형태로 사용자가 직접 착용하여 사용이 가능한 디스플레이 장치들이 이미 상용화 되고 있다.

이러한 장치 중에서 현재 증강현실이 각광받고 있으며, 증강현실은 실제 우리가 보는 환경에 가상 이미지를 얹어 가상의 물체가 현실에 함께 존재하는 것처럼 보이게 하는 기술을 말한다.

일반적으로 이러한 증강현실 기기는 사용자가 두부에 직접 착용하여 시야의 전방에 렌즈가 배치되도록 구비되기 때문에 무게나 크기의 저감이 매우 중요하다.

최근에는 이러한 증강현실 기기 또는 광학 기기 등에서 이미지를 출력하는 디스플레이 장치로 DLP나 액정표시장치 등이 많이 사용되고 있다.

하지만, 액정표시장치(LCD)나 DLP 등의 사용 시 조명광이 필수적으로 사용되며, 이때 조명광을 알맞은 각도로 전달하기 위해 다양한 형태의 렌즈나 미러 또는 프리즘 등이 구비되어 조명광의 이동경로 또는 굴절 등을 조절한다.

여기서, 상기 조명광을 올바르게 전달하기 위해서는 렌즈나 미러 또는 프리즘이 디스플레이장치와 인접하게 배치되어야 하기 때문에 일정 수준 이상의 공간이 필요하다.

그러나 조명광을 전달하는 렌즈나 미러의 크기가 한정적이며 이에 따라 출력유닛과 투과렌즈 사이의 이격거리가 제한적으로 형성된다.

이와 같이 출력유닛과 투과렌즈 사이의 이격거리가 제한적으로 선택됨에 따라 이에 대응하여 투과렌즈의 크기가 결정된다. 특히 복수 개의 미러나 렌즈 도는 프리즘 등을 이용하여 조명광을 전달하는 경우 이들의 크기로 인해 출력유닛과 투과렌즈 사이의 이격거리가 증가하게 되고 이에 연동하여 투과렌즈 자체의 크기가 함께 증가하는 문제점이 있다.

그리고 이는 디스플레이 장치의 크기와 직결되며 소형화를 위해 이러한 문제점의 해결이 시급하다.

본 발명의 목적은 종래의 디스플레이 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 이미지의 출력을 위한 조명광이 기 설정된 DOE패턴을 경유하여 전달됨으로써, 조명광의 전달을 위한 가이드유닛의 크기를 선택적으로 조절하여 장치 전체의 크기에 대한 제약을 줄일 수 있는 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치를 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 이미지를 형성해 전방으로 출력하는 출력유닛, 상기 출력유닛의 전방에 배치되어 출력되는 상기 이미지를 투과시키며 전방으로 전달하는 렌즈유닛, 길게 형성되어 적어도 한 쌍의 마주보는 전반사면을 가지며 일부가 상기 출력유닛과 상기 렌즈유닛 사이에 배치되고, 일측에서 조명광이 입사되어 적어도 1회 이상의 내부 전반사를 통해 타측으로 이동하는 전달경로가 형성된 가이드유닛 및 상기 전달경로상에 배치되어, 기 설정된 패턴을 가지며 입사되는 상기 조명광을 상기 출력유닛에 기 설정된 각도로 전달하는 회절유닛을 포함하며, 상기 회절유닛은 입사되는 상기 조명광의 특성에 대응하여 선택적으로 굴절 또는 반사하여 기 설정된 방향에 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드유닛은 광 투과성소재가 일체로 구성되어 서로 마주보는 상기 전반사면을 포함하며, 입사된 상기 조명광이 상기 회절유닛을 경유해 상기 출력유닛으로 전달되도록 할 수 있다.

또한, 상기 가이드유닛은 길이방향에 따른 일측 끝단부에 구비되어 상기 전반사면과 소정 각도 경사를 가지며 입사된 상기 조명광을 반사하는 보조전반사면을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 회절유닛은 입사되는 상기 조명광의 특성에 따라 선택적으로 기 설정된 패턴에 대응하여 굴절 또는 반사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회절유닛은 상기 전달경로상에서 입사된 상기 조명광을 투과시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회절유닛은 상기 가이드유닛 내부에서 상기 전반사면상에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회절유닛은 상기 전달경로상에서 입사된 상기 조명광을 반사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회절유닛은 제1DOE패턴을 가지며 상기 전달경로를 따라 상기 가이드유닛의 타측에서 상기 출력유닛과 인접하게 배치되는 제1회절부 및 상기 가이드유닛 내부에서 상기 제1회절부와 이격되어 제2DOE패턴을 가지는 제2회절부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회절유닛은 홀로그램 광학 소자(HOE)를 포함하여, 입사되는 상기 조명광의 특성에 대응해 기 설정된 방향으로 굴절 또는 반사할 수 있다.

또한, 상기 출력유닛은 입사되는 조명광의 적어도 일부를 선택적으로 반사하며 이미지를 형성해 전방으로 전달할 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 가이드유닛의 내부에 상기 회절유닛을 구비하여 상기 가이드유닛 자체가 얇게 형성되더라도 안정적으로 출력유닛에 상기 조명광을 전달할 수 있다.

둘째, 회절유닛에 의해 상기 가이드유닛의 크기 자체를 줄일 수 있으며, 이와 연동하여 상기 렌즈유닛과 상기 출력유닛 사이의 이격거리를 줄여 장치 전체를 소형화 할 수 있다.

본 발명의 효과들은 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치에서 출력유닛의 구조를 나타낸 도면;

도 2는 도 1의 출력유닛에 의해 조명광이 반사되는 상태를 나타낸 도면;

도 3은 본 발명에 따른 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치 구성을 나타낸 도면;

도 4는 도 3의 회절유닛의 원리를 나타낸 도면;

도 5는 도 3의 회절유닛의 원리를 나타낸 다른 형태의 도면

도 6는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 의해 출력유닛에서 이미지가 출력되는 상태를 나타낸 도면;

도 7은 종래의 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면;

도 8은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 회절유닛의 종류에 따른 배치형태를 나타낸 도면; 및

도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 회절유닛이 복수 개로 구성된 상태를 나타낸 도면.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통하여 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정형태로 한정하려는 것이 아니라 본 실시예를 통해서 좀더 명확한 이해를 돕기 위함이다.

또한, 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치의 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 출력유닛의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 출력유닛에 의해 조명광이 반사되는 상태를 나타낸 도면이다.

그리고, 도 3은 본 발명에 따른 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3의 회절유닛의 원리를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 회절유닛의 원리를 나타낸 다른 도면이다.

본 발명에 따른 회절유닛(400)을 이용한 디스플레이 장치는 출력유닛(100)에 조명광을 특정 형태로 전달하여 이미지가 전방으로 출력될 수 있도록 하는 장치이다.

여기서, 이미지를 출력하기 위한 구성으로 액정디스플레이(LCD)나 마이크로 미러를 이용한 DLP 또는 LCOS 등이 사용되며, 상기 조명광을 전달 받아 이미지를 전방으로 출력한다.

따라서, 디스플레이 장치에서 이미지를 구현하기 위해서는 상기 미러의 위치에 정확하게 광을 전달하는 것이 필요하다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치 구성에 대해 개략적으로 살펴보면, 크게 출력유닛(100), 렌즈유닛(200), 가이드유닛(300) 및 회절유닛(400)을 포함한다.

상기 출력유닛(100)은 사용자에게 전달되는 이미지를 전방으로 출력하는 구성으로, 외부로부터 전달되는 상기 조명광을 투과 또는 반사하여 이미지를 출력한다.

구체적으로, 상기 출력유닛(100)은 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 출력유닛(100)이 상기 조명광을 전달받아 이를 이용하여 전방으로 상기 이미지를 출력한다. 여기서, 상기 출력유닛(100)은 상기 조명광을 전달받아 반사하는 형태로 상기 이미지를 출력하도록 구성되어 있으며, 이와 달리 상기 출력유닛(100)에서 상기 조명광을 반사하지 않고 투과하는 형태로 하여 전방으로 이미지를 출력할 수도 있다.

본 실시예에서 상기 출력유닛은 복수 개의 틸팅미러(120)를 포함하며, 상기 틸팅미러(120)가 선택적으로 조명광을 반사함으로써 이미지를 형성하여 전방으로 출력하는 구성이다.

구체적으로, 상기 출력유닛(100)은 복수 개의 상기 틸팅미러(120)가 각각의 픽셀에 해당하며, 입사되는 조명광의 일부를 선택적으로 반사한다. 이때, 상기 틸팅미러(120)는 각각이 독립적으로 구동하며 입사되는 조명광의 종류에 따라 틸팅하며 반사여부를 조절할 수 있다.

여기서, 상기 틸팅미러(120)는 상기 픽셀에 각각 구비되며 독립적으로 틸팅 각도가 조절됨으로써 선택적으로 이미지를 구성하는 조명광을 반사한다. 그리고 상기 틸팅미러(120)는 구성 상 제한적인 각도로 틸팅되기 때문에 입사되는 조명광을 전방으로 반사하기 위해 일정 수준의 각도로 상기 조명광이 입사되어야 한다.

본 발명에서 상기 출력유닛(100)은 후술하는 가이드유닛(300)에 의해 전달되는 조명광을 상기 틸팅미러(120)가 반사하여 상기 렌즈유닛(200)으로 전달함으로써 해당 픽셀에서 이미지를 구성하는 요소를 출력한다 이때, 상기 조명 광은 LED 또는 레이저 등을 이용하 RGB로 이루어져 반복하여 입사되며, 각각에 대해 상기 틸팅미러에 의해 반사여부가 조절되어 전방으로 이미지를 형성할 수 있다.

따라서, 상기 출력유닛(100)은 도시된 바와 같이 복수 개의 상기 틸팅미러(120)가 구비되며 각각에는 독립적으로 구동하여 틸팅각도를 조절하는 틸팅수단(110)이 구비된다.

이와 같이 상기 출력유닛(100)은 상기 틸팅미러(120)의 동작에 의해 선택적으로 조명광을 반사하며 픽셀의 출력 여부를 조절하고 전방으로 이미지를 구성하여 출력할 수 있도록 한다.

한편, 상기 출력유닛(100)은 본 실시예와 달리 상기 조명광을 반사하여 상기 이미지를 출력하지 않고 상기 조명광을 투과시키며 상기 이미지를 전방으로 출력하도록 구성될 수도 있다.

특히 상기 출력유닛(100)이 투과성 LCD등으로 이루어지는 경우 상기 조명광이 필수적이며 후술하는 상기 가이드유닛(300)으로부터 상기 조명광을 전달받아 상기 전방으로 상기 이미지를 출력할 수 있다.

이와 같이 상기 출력유닛(100)은 상기 조명광을 전달받아 반사 또는 투과시킴으로써 상기 이미지를 전방으로 출력하여 후술하는 상기 렌즈유닛(200)으로 전달할 수 있다.

상기 렌즈유닛(200)은 상기 출력유닛(100)의 전방에 배치되어 출력되는 이미지를 투과시키며 사용자가 상기 이미지를 인식할 수 있도록 전달한다.

상기 렌즈유닛(200)은 상기 출력유닛(100)에서 출력되는 이미지를 확산 및 굴절시켜 사용자가 인식할 수 있도록 하는 구성으로, 본 발명에서는 프로젝션 렌즈(Projection lens)로 구성된다.

구체적으로 상기 렌즈유닛(200)은 광 투과성 소재로 상기 출력유닛(100)에서 출력된 상기 이미지의 전달 경로상에 배치되어 상기 이미지를 굴절 및 확산시켜 전방으로 전달한다.

이때 상기 렌즈유닛(200)은 상기 출력유닛(100)에서 출력되는 이미지를 사용자가 올바르게 인식할 수 있도록 적어도 하나 이상이 연속하여 배치될 수 있으며, 그 형태가 다양하게 구성될 수도 있다.

이와 같이 상기 렌즈유닛(200)은 상기 출력유닛(100)에서 후술하는 상기 가이드유닛(300)을 통해 전달되는 조명광을 선택적으로 반사하여 형성되는 이미지를 사용자가 인식할 수 있도록 전달한다.

한편, 상기 가이드유닛(300)은 상기 출력유닛(100)으로 상기 조명광을 전달하기 위한 구성으로, 내부에 전달경로가 형성되며 기 설정된 길이로 길게 형성된다.

구체적으로 상기 가이드유닛(300)은 길게 형성되어 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 전반사면(310)을 가지며, 상기 전반사면(310) 사이에는 상기 조명광이 길이방향을 따라 이동하는 전달경로가 형성된다.

이때, 상기 전반사면(310)은 적어도 한 쌍으로 구성되어 기 설정된 이격거리를 가지며 상호 이 격 배치되고, 일측에서 전달된 상기 조명광이 상기 전달경로를 따라 반사를 반복하며 타측으로 전달된다. 여기서, 상기 가이드유닛(300)은 내부에 상기 회절유닛(400)이 구비되어 상기 조명광을 일정 각도로 반사 또는 굴절시키도록 구성된다.

본 발명에서 상기 가이드유닛(300)은 외부의 공기 대비 상대적으로 굴절률이 높은 광 투과성 소재로 내부가 채워져 상기 전달경로가 형성되며, 복수 개의 전반사면(310)을 가지도록 구성되고, 이에 따라 상기 조명광이 1회 이상 내부 전반사를 통해 길이방향을 따라 전달된다. 그리고, 상기 전반사면(310) 중 적어도 어느 하나는 상기 조명광이 이동하는 경로상에 배치되어 반사 또는 굴절할 수 있도록 배치된다.

그리고 상기 가이드유닛(300)의 일측에는 별도의 광원(미도시)이 구비되어 상기 조명광이 상기 전반사면(310)에 의해 내부 전반사하며, 상기 가이드유닛(300)을 따라 이동하도록 입사된다.

일반적으로 전반사가 일어나기 위해서는 밀한 매질에서 소한 매질로 전달되며, 임계각도보다 큰 각도로 상기 전반사면(310)에 입사되어야 한다.

따라서, 본 발명과 같이 상기 가이드유닛(300)이 광 투과성 소재로 구성되는 경우, 상기 전달경로는 외부보다 상대적으로 밀도가 큰 채워진 상태이며 본 실시예에서는 상기 전반사면(310)과 동일한 소재로 상기 전달경로가 채워진 상태이다.

즉, 상기 가이드유닛(300)은 유리나 합성수지 등의 소재가 일체로 구성되며, 서로 마주보는 한 쌍의 상기 전반사면(310)이 형성된다.

이와 같이 구성된 상기 가이드유닛(300)의 일측을 통해 상기 조명광이 내부로 입사되어, 상기 전달경로를 따라 전반사하며 타측으로 전달된다.

그리고 상기 가이드유닛(300)의 타측에서 상기 전달경로를 따라 전달된 상기 조명광에 의해 상기 출력유닛(100)에서 출력되는 이미지가 사용자의 시야로 전달할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 가이드유닛(300)은 사각 형태의 단면 형상을 가지며, 내부에 상기 전반사면(310)이 형성되어 있으나, 이와 달리 원형 또는 다각형 등 다양한 형태의 단면 형상을 가지도록 구성될 수도 있다.

이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가이드유닛(300)을 따라 이동한 상기 조명 광은 상기 전반사면(310)에 의해 상기 출력유닛(100)으로 전달되고, 상기 출력유닛(100)은 상기 조명광의 일부를 선택적으로 반사하며 상기 이미지를 전방으로 출력한다.

따라서, 본 발명에 따른 가이드유닛(300)은 서로 마주보도록 배치된 적어도 한 쌍의 상기 전반사면(310)을 가지며, 광 투과성 소재가 일체로 형성되어 내부에서 광의 전반사가 일어날 수 있도록 형성된다.

이와 같이 상기 가이드유닛(300)은 광원으로부터 출사된 상기 조명광을 상기 출력유닛(100)으로 전달함으로써, 상기 출력유닛(100)이 상기 이미지를 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.

한편, 상기 회절유닛(400)은 상기 가이드유닛(300) 내부에 구비되며 기 설정된 패턴을 통해 입사되는 상기 조명광을 특정 방향으로 반사 및 굴절시켜 전달한다.

구체적으로 상기 회절유닛(400)은 적어도 하나 이상으로 구성되어 상기 전달경로상에 배치되며, 상기 조명광이 상기 가이드유닛(300) 내에서 상기 회절유닛(400)을 경유하며 굴절 또는 반사한다. 여기서, 상기 회절유닛(400)은 입사되는 상기 조명광의 특성에 대응하여 선택적으로 굴절 또는 반사하여 기 설정된 방향에 전달한다.

본 발명에 따른 회절유닛(400)은 시트 형태로 형성되어 표면에 기 설정된 DOE패턴이 형성되며, 상기 조명광이 전달되는 경로상에서 광을 반사 또는 굴절시킬 수 있도록 구성된다.

여기서, DOE란 (Diffractive optical element) 회절 광학 소자를 의미하는 것으로, 렌즈나 시트의 표면에 특정 패턴을 형성하여 회절 효과를 얻을 수 있도록 한다. 이러한 DOE패턴을 가지는 렌즈나 시트의 경우 입사된 광이 회절하여 특정 형태를 가지거나 또는 특정방향으로 전달된다.

이와 같이 상기 회절유닛(400)은 입사되는 광의 특성에 따라 선택적으로 설정된 형태의 광으로 변환하여 반사 또는 굴절시킨다.

본 실시예에서 상기 회절유닛(400)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전반사면(310)상에 구비되며, 상기 조명광을 반사하는 형태로 구성된다. 이때, 상기 회절유닛(400)은 시트형태로 형성되어 출력유닛(100)과 마주보는 위치의 전반사면(310)상에 배치되어 상기 조명광을 반사할 수 있도록 구성된다.

이에 따라, 상기 전반사면(310)을 통해 내부전반사하며 이동하는 상기 조명 광은 상기 가이드유닛(300)의 타측에서 상기 회절유닛(400)에 의해 반사함과 동시에 수렴되는 형태로 상기 출력유닛(100)으로 전달된다.

즉, 상기 조명 광은 상기 가이드유닛(300) 내부에서 반사하며 별도의 특성 변화가 없다가 상기 회절유닛(400)을 경유함에 따라 광 특성이 변화하여 이동한다. 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 상기 회절유닛(400)에 의해 상기 조명광이 수렴되는 형태로 변화한다.

이때, 상기 회절유닛(400)에는 일반적인 DOE(Diffractive Optical Element)의 패턴이 형성되는 입사되는 광을 기 설정된 패턴에 대응해 회절하며 특정 방향으로 반사 또는 굴절시킨다.

예를 들어 도 4 및 도 5를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 일반적인 평행광의 경우 렌즈를 경유하며 수렴광 형태로 굴절하여 초점이 형성되고, 초점을 지나 발산되어 다시 동일한 렌즈를 통과하는 경우 평행광 형태로 변화된다.

이때, 도 4에서 D영역에 해당하는 형상의 패턴을 별도로 설정하여 해당 영역에서 평행광을 입사하는 경우, 초점(P)의 위치는 변화하지 않지만, 평행광이 전부 일측으로 편향되어 굴절되는 것을 알 수 있다.

이와 같은 원리를 참조하여 평행광을 렌즈가 아닌 전반사면(310)으로 변경하고, 이와 동시에 전반사면(310)의 표면에 상술한 D영역의 패턴을 형성함으로써 도 5에 도시된 바와 같이 입사된 광이 일측으로 편향되어 반사함과 동시에 수렴광 형태로 변형될 수 있다.

이는 도시된 바와 같이 상기 전반사면(310)에 형성된 패턴이 D영역의 기능을 하는 DOE패턴으로 형성되어 있기 때문이며, 이에 대응하여 입사되는 평행광이 기 설정된 방향으로 편향되어 수렴광 형태로 반사하게 된다.

본 실시예에서 상기 회절유닛(400)은 DOE(Diffractive optical element)의 일종인 HOE(Holographic Optical Element)패턴을 회절패턴으로 가지며, 홀로그램의 원리를 이용해 상기 조명광을 반사 및 굴절시킨다.

여기서 상기 HOE패턴은 일반적으로 두 가지 형태의 기준광과 물체광이 서로 만나서 간섭을 일으키는 지점의 간섭무늬를 패턴으로 형성한 것이며, 상기 간섭무늬에 의해 형성된 HOE패턴에 기준광 또는 물체광 중 어느 하나가 입사되면, 나머지 회절 및 간섭에 의해 나머지 하나의 광 형태로 반사된다.

따라서, 본 발명에서 회절유닛(400)의 경우 평행광 형태로 입사되는 상기 조명광이 기준광에 대응하고, 굴절광 형태로 편향되어 반사된 상기 조명 광은 물체광에 대응한다고 볼 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 상기 출력유닛(100), 상기 렌즈유닛(200), 상기 가이드유닛(300) 및 상기 회절유닛(400)을 포함하며, 상기 광원에서 출력된 상기 조명광이 상기 가이드유닛(300) 내부에서 전반사를 하며 이동하고 상기 회절유닛(400)에 의해 광 특성이 변화한 상태로 상기 미러유닛(100)에 전달된다.

그리고, 상기 가이드유닛(300)과 상기 회절유닛(400)에 의해 한정된 공간에서 상기 조명광을 상기 출력유닛(100)으로 전달함으로써 상기 출력유닛(100)이 상기 이미지를 전방으로 출력한다.

이에 따라, 상기 출력유닛(100)과 상기 렌즈유닛(200) 간의 이격거리를 최소화시킴으로써 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 전체적인 크기를 감소시켜 소형화가 용이하도록 구성할 수 있다.

이어서, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치와 종래의 디스플레이 장치의 차이에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 6는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 의해 출력유닛에서 이미지가 출력되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 종래의 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 6를 살펴보면, 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타낸 것으로, 상기 가이드유닛(300)이 길게 형성되어 타측이 상기 출력유닛(100)과 상기 렌즈유닛(200) 사이에 배치된다. 그리고 길이방향에 따른 상기 가이드유닛(300)의 타측에 인접한 상기 회절유닛(400)이 배치되어 상기 조명광이 수렴광 형태로 상기 출력유닛(100)에 전달되도록 한다.

여기서, 상기 조명 광은 상기 가이드유닛(300) 내부에서 전반사를 하며 이동하기 때문에 상기 가이드유닛(300) 자체의 두께를 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 상기 출력유닛(100)과 상기 렌즈유닛(200) 사이의 이 격 거리를 감소시킬 수 있다.

구체적으로, 도시된 바와 같이 상기 가이드유닛(300)의 크기를 조절하여 상기 렌즈유닛(200)과 상기 출력유닛(100) 사이에 배치하며, 이에 따라 상기 렌즈유닛(200)과 상기 출력유닛(100) 사이의 이격거리는 A1이 된다.

그리고, A1의 길이에 대응하여 상기 렌즈유닛(200)의 폭이 L1으로 구성된다. 여기서, 상기 렌즈유닛(200)은 상술한 바와 같이 상기 출력유닛(100)에서 반사되어 형성된 이미지를 사용자가 인식할 수 있도록 전달하는 구성으로, 상기 출력유닛(100)에서 멀어질수록 상기 이미지가 확산되며 이에 대응하는 폭을 가지게 된다.

즉, 상기 가이드유닛(300)의 크기에 따라 상기 렌즈유닛(200)과 상기 출력유닛(100) 사이의 이격거리가 결정되며, 이에 따라 상기 렌즈유닛(200)의 폭이 결정된다.

한편, 도 7은 종래의 디스플레이 장치의 일례를 나타낸 것으로, 본 발명의 가이드유닛(300) 대신 적어도 하나 이상의 프리즘과 렌즈 등을 포함하여 구성된다.

구체적으로, 종래의 디스플레이 장치는 복수 개의 렌즈 또는 프리즘의 조합을 통해 상기 이미지의 출력방향과 교차되는 방향으로부터 상기 조명광을 전달받아 굴절 및 반사를 통해 출력유닛(100)으로 전달하도록 구성된다.

이때, 상기 조명광의 전달을 위해 배치되는 프리즘이나 반사미러(20)가 사용되며, 이들의 조합 시 상기 출력유닛(100)의 전방에 일정 이상의 공간이 확보되어야 한다.

예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 디스플레이 장치는 광원에서 전달되는 광을 반사하기 위한 반사미러(20) 및 반사미러(20)에서 반사된 광을 전방으로 전달하는 시야렌즈(10)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 반사미러(20)와 상기 시야렌즈(10)는 일반적인 광학 렌즈와 미러로 구성되기 때문에 광원에서 입사되는 상기 조명광을 상기 출력유닛(100)으로 올바르게 전달하기 위해서는 기하광학적 특성을 이용하여 입사각을 구성한다. 이때, 프리즘이나 렌즈 등의 특성에 의해 반사미러(20)와 시야렌즈(10)의 크기나 위치가 조절된다.

이에 따라, 종래의 디스플레이 장치는 상술한 본 발명의 실시예와 달리 상기 반사미러(20)와 상기 시야렌즈(10)를 통해 상기 조명광을 전달하고 있으며 상기 출력유닛(100)과 상기 렌즈유닛(200) 간의 이 격 거리는 A2가된다. 그리고 상기 출력유닛(100)과 상기 렌즈유닛(200) 간의 거리인 A2 길이에 대응하여 상기 렌즈유닛(200)의 폭이 L2로 결정된다.

여기서 A2는 상기 조명광의 전달을 위해 복수 개의 프리즘 또는 렌즈를 사용한 상태이기 때문에 본 발명의 구성에 의한 렌즈유닛(200)과 출력유닛(100)의 이격거리 A1보다 상대적으로 큰 길이를 가진다.

특히 본 발명의 경우 단순한 렌즈나 프리즘의 조합이 아니라 얇은 형태의 가이드유닛(300)을 이용함으로써 렌즈유닛(200)과 출력유닛(100)간의 이격거리를 비약적으로 줄여서 A1의 거리를 가질 수 있다.

따라서, 종래의 디스플레이 장치에서 렌즈유닛(200)의 폭인 L2는 본 발명의 렌즈유닛(200)의 폭인 L1에 비해 상대적으로 크게 형성될 수밖에 없으며, 이에 따라 장치 자체의 크기가 증가한다.

하지만, 본 출원발명은 상술한 바와 같이 상기 가이드유닛(300)의 내부에 상기 회절유닛(400)을 구비하여 상기 가이드유닛(300) 자체가 얇게 형성되더라도 안정적으로 출력유닛(100)에 상기 조명광을 전달할 수 있다.

따라서, 본 출원발명은 회절유닛(400)에 의해 상기 가이드유닛(300)의 크기 자체를 줄일 수 있으며, 이와 연동하여 상기 렌즈유닛(200)과 상기 출력유닛(100) 사이의 이격거리를 줄여 장치 전체를 소형화 할 수 있다.

이어서, 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 가이드유닛(300)의 변형된 형태에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 회절유닛(400)의 종류에 따른 배치형태를 나타낸 도면이고, 도 9은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 회절유닛(400)이 복수 개로 구성된 상태를 나타낸 도면이다.

도 8을 살펴보면, 상술한 실시예와 달리 상기 회절유닛(400)이 상기 조명광을 반사하는 것이 아니라 투과시키는 형태로 형성된다.

구체적으로, 상기 회절유닛(400)은 상기 전반사면(310)상에 구비되기는 하지만 상기 출력유닛(100)과 마주보는 전반사면(310)이 아니라 동일한 형태로 바라보는 위치에 구비되며, 전달되는 광의 굴절시켜 투과되도록 한다.

여기서, 투과되는 상기 조명 광은 가이드유닛(300)의 타측에서 상기 가이드유닛(300)도 함께 투과하여 상기 출력유닛(100)으로 전달된다. 즉, 상기 회절유닛(400)은 상술한 실시예와 달리 광을 굴절시켜 투과하는 형태의 DOE패턴이 형성되어 상기 가이드유닛(300)상에 알맞은 위치로 배치될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 상기 회절유닛(400)은 입사되는 광을 반사 도는 굴절 시킬 수 있으며, 특성에 따라 배치 위치도 조절될 수 있다. 특히 본 실시예에서 상기 회절유닛(400)은 상기 전반사면(310)상에 구비되어 있으나, 이와 달리 상기 조명광의 전달경로상에서 투과시킬 수 있는 위치에 배치될 수도 있다.

한편, 도 9 내지 도 12를 살펴보면 상술한 실시예와 달리 상기 회절유닛(400)이 복수 개로 구성될 수도 있다.

구체적으로, 상기 회절유닛(400)은 상기 출력유닛(100)과 인접하게 배치된 제1회절부(410) 및 상기 제1회절부(410)와 이격된 제2회절부(420)를 포함한다.

제1회절부(410)는 제1DOE패턴을 가지며 상기 전달경로를 따라 상기 가이드유닛(300)의 타측에 구비되며 상기 조명광을 투과 또는 반사시킬 수 있도록 구성된다. 여기서, 상기 제1DOE패턴은 전방에서 유입되는 평행광 형태의 상기 이미지를 수렴광으로 변형하여 상기 출력유닛(100)으로 전달한다.

한편, 상기 제2회절부(420)는 상기 가이드유닛(300)의 일측에 구비되며 상기 가이드유닛(300)으로 입사된 광을 내부에서 전반사가 일어날 수 있도록 굴절 또는 반사하며, 안정적으로 상기 제1회절부(410)로 전달될 수 있도록 한다. 여기서, 상기 제2회절부(420)는 상기 제1회절부(410)와 별도의 제2DOE패턴이 형성되어 이에 대응하여 상기 조명광이 굴절 또는 반사한다.

이때, 본 실시예에서 상기 제1DOE패턴 및 상기 제2DOE패턴이 홀로그램 광학 소자(HOE)를 포함하는 형태로 형성되어 있으나, 이와 달리 어느 하나만 홀로그램 광학 소자를 포함하여 구성될 수도 있다. 이는 상기 가이드유닛(300)의 길이나 형상 또는 전반사면(310)의 배치 등에 따라 선택적으로 변형될 수 있다.

이와 같이 상기 회절유닛(400)은 복수 개로 구성될 수 있으며, 일례로 본 실시예와 같이 제1회절부(410) 및 제2회절부(420)를 포함한다.

본 실시예에 따른 상기 회절유닛(400)에 대해 보다 상세하게 살펴보면 도 9의 경우 상기 제1회절부(410) 및 상기 제2회절부(420) 모두 상기 조명광을 반사하는 구조로 구성되어 있으며, 이에 따라 상기 가이드유닛(300)에서 상기 조명광이 타측으로 이동 후 상기 출력유닛(100)으로 전달된다.

이에 반하여 도 10을 살펴보면, 상기 제1회절부(410)는 반사형태로 형성되고, 상기 제2회절부(420)는 투과형으로 형성되며 각각 상기 전반사면(310)상에 구비된다. 이때, 상기 제1회절부(410)와 상기 제2회절부(420)는 도시된 바와 같이 상기 전반사면(310)상에 구비되어 각각 상기 조명광을 투과 및 반사한다.

한편, 이와 달리 도 11을 살펴보면, 상기 제1회절부(410)는 반사형으로 형성되고 상기 제2회절부(420)는 투과형으로 형성된다. 하지만, 상술한 형태와 달리 상기 제2회절부(420)가 상기 전반사면(310)이 아닌 상기 가이드유닛(300)의 측면에 형성되어 상기 조명광을 상기 가이드유닛(300) 내부로 입사시킨다.

이와 같이 상기 회절유닛(400)은 상기 제1회절부(410) 및 상기 제2회절간삽부를 포함하는 복수 개로 구성되어 각각 독립적으로 상기 조명광을 반사 또는 굴절시키며 상기 출력유닛(100)으로 전달한다.

물론 이와 달리 상기 회절유닛(400)이 제1회절부(410) 및 상기 제2회절부(420) 뿐만 아니라 추가적으로 더 많은 개수로 구성되어 각각 독립적으로 상기 조명광을 반사 및 굴절시킬 수도 있다.

추가적으로, 도 12를 살펴보면 상기 회절유닛(400)은 하나로 구성되어 있으나 상기 가이드유닛(300)에 별도의 보조전반사면(320)을 더 포함한다.

구체적으로 상기 보조전반사면(320)은 상기 가이드유닛(300)의 일측에서 경사를 가지도록 형성되어 입사되는 조명광을 상기 가이드유닛(300) 내부로 반사한다. 이때, 상기 보조전반사면(320)은 상기 가이드유닛(300)의 길이방향을 따라 일정 각도 경사진 형태로 형성되어 있기 때문에 상기 조명광이 입사되는 각도와 수직이 아닌 각도로 배치되어 반사한다.

이와 같이 상기 가이드유닛(300) 및 상기 회절유닛(400)은 다양한 형태로 형성되어 입사되는 상기 조명광을 기 설정된 패턴으로 변환하여 상기 출력유닛(100)으로 전달한다. 그리고 상기 가이드유닛(300)은 상기 회절유닛(400)의 존재로 인해 작은 크기로도 상기 조명광이 내부전반사를 통해 길이방향을 따라 이동하며 상기 출력유닛(100)으로 전달될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명한 실시예 외에도 본 발명의 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그러므로 본 실시예는 특정형태로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

(부호의 설명)

100: 출력유닛

120: 틸팅미러

200: 렌즈유닛

300: 가이드유닛

310: 전반사면

320: 보조전반사면

400: 회절유닛

410: 제1회절부

420: 제2회절부

Claims

이미지를 형성해 전방으로 출력하는 출력유닛;

상기 출력유닛의 전방에 배치되어 출력되는 상기 이미지를 투과시키며 전방으로 전달하는 렌즈유닛;

길게 형성되어 적어도 한 쌍의 마주보는 전반사면을 가지며 일부가 상기 출력유닛과 상기 렌즈유닛 사이에 배치되고, 일측에서 조명광이 입사되어 적어도 1회 이상의 내부 전반사를 통해 타측으로 이동하는 전달경로가 형성된 가이드유닛; 및

상기 전달경로상에 배치되어, 기 설정된 패턴을 가지며 입사되는 상기 조명광을 상기 출력유닛에 기 설정된 각도로 전달하는 회절유닛; 을 포함하며,

상기 회절유닛은 입사되는 상기 조명광의 특성에 대응하여 선택적으로 굴절 또는 반사하여 기 설정된 방향에 전달하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 가이드유닛은,

광 투과성소재가 일체로 구성되어 서로 마주보는 상기 전반사면을 포함하며,

입사된 상기 조명광이 상기 회절유닛을 경유해 상기 출력유닛으로 전달되는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 가이드유닛은,

길이방향에 따른 일측 끝단부에 구비되어 상기 전반사면과 소정 각도 경사를 가지며 입사된 상기 조명광을 반사하는 보조전반사면을 더 포함하는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 회절유닛은,

입사되는 상기 조명광의 특성에 따라 선택적으로 기 설정된 패턴에 대응하여 굴절 또는 반사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제4항에 있어서,

상기 회절유닛은,

상기 전달경로상에서 입사된 상기 조명광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제4항에 있어서,

상기 회절유닛은,

상기 가이드유닛 내부에서 상기 전반사면상에 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제6항에 있어서,

상기 회절유닛은

상기 전달경로상에서 입사된 상기 조명광을 반사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제4항에 있어서,

상기 회절유닛은,

제1DOE패턴을 가지며 상기 전달경로를 따라 상기 가이드유닛의 타측에서 상기 출력유닛과 인접하게 배치되는 제1회절부; 및

상기 가이드유닛 내부에서 상기 제1회절부와 이격되어 제2DOE패턴을 가지는 제2회절부;

를 포함하는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 회절유닛은 홀로그램 광학 소자(HOE)를 포함하여, 입사되는 상기 조명광의 특성에 대응해 기 설정된 방향으로 굴절 또는 반사하는 회절유닛을 이용한 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 출력유닛은,

입사되는 상기 조명광의 적어도 일부를 선택적으로 반사하며 이미지를 형성해 전방으로 전달하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.