KR20090053316A

KR20090053316A - Head mounted display devices

Info

Publication number: KR20090053316A
Application number: KR1020070120115A
Authority: KR
Inventors: 박광범; 문현찬
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2027-11-23
Also published as: KR100928226B1

Abstract

본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 헤드 마운트 디스플레이 장치의 광 손실을 최소화하고 착용시의 피로감을 줄여 주며 마이크로 디스플레이 패널로부터 생성된 가상 영상뿐만 아니라 바깥의 주변 영상도 볼 수 있도록 하여 주변 위험 상황에 쉽게 대처할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a head mounted display device, and more particularly, to minimize light loss of a head mounted display device, reduce fatigue during wearing, and to view not only a virtual image generated from a micro display panel but also an external surrounding image. The present invention relates to a head mounted display device that can easily cope with an environmental hazard situation.

본 발명의 목적은 영상을 생성하는 마이크로 디스플레이 패널, 상기 마이크로 디스플레이 패널에서 나오는 광 중 특정 편광만을 반사시키는 편광분리기, 상기 편광분리기에서 반사된 선편광을 원편광으로 변환시키거나 입사된 원편광을 선편광으로 변화시키는 위상 지연판, 상기 위상 지연판을 통과한 원편광된 광을 확대하여 다시 위상 지연판으로 보내주는 반투과 오목 반사경 및 주변 광을 개폐할 수 있도록 상기 반투과 오목 반사경의 외측면에 부착된 광 개폐 스위치 패널을 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 의하여 달성된다.An object of the present invention is a micro display panel for generating an image, a polarization separator that reflects only a specific polarization of light emitted from the micro display panel, converts the linearly polarized light reflected from the polarizer into circularly polarized light or the incident circularly polarized light into linearly polarized light A phase transmissive reflector, a transflective concave reflector that enlarges the circularly polarized light passing through the phase retarder and sends it back to the phase retarder, and attached to an outer surface of the transflective concave reflector to open and close the ambient light. A head mounted display device comprising an optical open / close switch panel is achieved.

헤드 마운트 디스플레이 장치(HMD, head mounted display), 위상 지연판, 편 광, 반투과 오목 반사경, 광 개폐 스위치 패널 Head mounted display (HMD), phase delay plate, polarization, transflective reflector, optical switch panel

Description

Head mounted display device

본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 영상을 생성하는 마이크로 디스플레이 패널, 상기 마이크로 디스플레이 패널에서 나오는 광 중 특정 편광만을 반사시키는 편광분리기, 상기 편광분리기를 통과한 선편광을 원편광으로 변환시키거나 원편광을 선편광으로 변화시키는 위상 지연판, 상기 위상 지연판을 통과한 원편광된 광을 확대하여 다시 위상 지연판으로 보내주는 반투과 오목 반사경 및 주변 광을 개폐할 수 있도록 상기 반투과 오목 반사경의 외측면에 부착된 광 개폐 스위치 패널을 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a head mounted display device, and more particularly, a micro display panel for generating an image, a polarization separator for reflecting only a specific polarization of light emitted from the micro display panel, and converting linearly polarized light passing through the polarization separator into circular polarization. Or a semi-transmissive concave reflector for enlarging or transmitting circularly polarized light into linearly polarized light, a semi-transparent concave reflector that enlarges the circularly polarized light passing through the phase retardation plate, and sends it back to the phase retarding plate. A head mounted display device comprising a light open / close switch panel attached to an outer surface of a reflector.

본 발명은 사용자가 머리 또는 얼굴에 착용한 상태에서 마이크로 디스플레이 패널에서 생성된 이미지를 볼 수 있는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a head mounted display device capable of viewing an image generated in a micro display panel while a user wears it on a head or face.

헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mounted Display) 장치는 주로 가상 현실 감을 실현하기 위해 개발되었다. 양쪽 눈에 근접한 위치에 액정 등의 소형 디스플레이가 설치되어 시차를 이용한 입체 영상을 투영한다. 이용자의 머리를 향하고 있는 방향을 자이로 센서 등으로 검출, 움직임에 대응한 영상을 강조함으로써 3차원 공간에 있는 것 같은 체험이 가능하도록 한 것도 있다. 미국 매사추세츠 공과 대학(MIT)의 인공 지능(AI) 연구자 민스키(Marvin Minskey)가 1963년에 개발한 것이 최초의 것으로 알려져 있다. Head mounted display (HMD) devices have been developed primarily to realize a sense of virtual reality. A small display such as liquid crystal is installed at a position close to both eyes to project a stereoscopic image using parallax. In some cases, the user's head is detected by a gyro sensor or the like, and the image corresponding to the movement is emphasized to allow the user to experience in a three-dimensional space. It was first developed by Marvin Minskey, an artificial intelligence (AI) researcher at the Massachusetts Institute of Technology (MIT), in 1963.

현재는 우주 개발, 원자로, 군사 기관 및 의료 기관에서 사용하기 위한 것과 업무용이나 게임용 등 각종 개발이 진행되고 있다.At present, various developments such as for use in space development, nuclear reactors, military institutions and medical institutions, as well as for business and games are underway.

도 1은 종래의 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.1 relates to a conventional head mounted display device.

조명(100)을 통과한 광은 주로 투과형 액정 디스플레이로 구성되는 마이크로 디스플레이 패널(110)을 통과한 후 영상 확대 광학 렌즈(120)에 의해 확대되어 사용자의 눈(130)에 영상이 맺히게 되어 있다.The light passing through the illumination 100 passes through the micro display panel 110 mainly composed of a transmissive liquid crystal display and then is enlarged by the image magnification optical lens 120 to form an image on the eyes 130 of the user.

종래의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 광학계 구성은 도 1과 같이 투과형 LCD 마이크로 디스플레이 패널과 영상 확대 광학 렌즈계가 일직선 상의 광축에 정렬되어 구성되어지며, 마이클 디스플레이에서 만들어진 영상 이미지를 확대 광학계를 통해 확대되어 사용자의 눈으로 가상 이미지를 볼 수 있도록 되어 있다. The optical system of the conventional head-mounted display device is configured such that the transmissive LCD micro display panel and the image magnifying optical lens system are aligned with the optical axis on a straight line, as shown in FIG. You can see the virtual image with your eyes.

그러나, 종래의 헤드 마운트 디스플레이 장치는 마이크로 디스플레이 패널과 렌즈 광학계를 일직선상의 광축에 위치시킴으로써 시스템이 앞쪽으로 돌출되는 형태로 구성되기 때문에 무게 중심이 앞쪽에 있어 사용자가 이러한 구조의 헤드 마운트 디스플레이 장치를 사용하는 경우 얼굴 앞면에 상당한 압박감을 받게 되어 쉽게 피로감을 유발하게 된다. However, since the conventional head mounted display device is configured in such a way that the system protrudes forward by placing the micro display panel and the lens optical system on a straight optical axis, the center of gravity of the head mounted display device allows the user to use the head mounted display device having such a structure. If you do, you will feel a lot of pressure on the front of your face, which will easily cause fatigue.

또한 헤드 마운트 디스플레이 장치의 전방 주변을 볼 수 없고 가상 영상만을 보게 됨으로써 가상 영상에 지나치게 몰입하게 되어 정신적 장애가 유발될 수 있으며, 주변의 위험 상황에 빨리 대처할 수 없다.In addition, by not seeing the front surroundings of the head mounted display device and only viewing the virtual image, the user may be excessively immersed in the virtual image, causing mental disorders, and failing to cope with the surrounding dangerous situation quickly.

예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이 장치를 착용하고 영화 감상을 하면서 걸어가는 경우에 차량이 접근해 오는지 등의 전방 또는 주변의 상황을 알 수 없게 되어 매우 위험할 수 있다.For example, when walking while wearing a head-mounted display device while watching a movie, the situation in front of or around the vehicle, such as whether the vehicle is approaching or not, may be very dangerous.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치의 광학계를 편광분리기, λ/4 위상 지연판과 광 개패(開閉) 스위치 패널이 결합된 반투과 비구면 반사경 렌즈로 구성함으로써 광 효율을 증가시키고 헤드 마운트 디스플레이 장치의 무게 중심을 사용자의 신체 쪽으로 최대한 위치시켜 헤드 마운트 디스플레이 장치의 장시간 사용에 따른 피로를 경감 수 있으며, 헤드 마운트 디스플레이 장치를 통해 마이크로 디스플레이의 가상 영상을 보면서 동시에 광 개폐 스위치 패널을 이용하여 헤드업 디스플레이 밖의 주변 영상도 함께 볼 수 있도록 함으로써 정신적 장애 유발 방지 및 주변의 위험 상황에 빨리 대처할 수 있도록 함에 본 발명의 목적이 있다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention comprises a semi-transparent aspheric reflector lens in which the optical system of the head mounted display device is combined with a polarization separator, a λ / 4 phase retardation plate, and an optical patch switch panel. Increase efficiency and position the center of gravity of the head mounted display device toward the user's body to reduce fatigue caused by long-term use of the head mounted display device. It is an object of the present invention to be able to see the surrounding image outside the head-up display by using a switch panel to prevent the mental disorder and to quickly cope with the dangerous situation around.

본 발명의 상기 목적은 영상을 생성하는 마이크로 디스플레이 패널, 상기 마이크로 디스플레이 패널에서 나오는 광 중 특정 편광만을 반사시키는 편광분리기, 상기 편광분리기에서 반사된 선편광을 원편광으로 변환시키거나 입사된 원편광을 선편광으로 변화시키는 위상 지연판, 상기 위상 지연판을 통과한 원편광된 광을 확대하여 다시 위상 지연판으로 보내주는 반투과 오목 반사경 및 주변 광을 개폐할 수 있도록 상기 반투과 오목 반사경의 외측면에 부착된 광 개폐 스위치 패널을 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 의하여 달성된다.The object of the present invention is a micro display panel for generating an image, a polarization separator that reflects only a specific polarization of light emitted from the micro display panel, converts the linearly polarized light reflected from the polarizer into circularly polarized light or linearly polarized incident Attached to the outer surface of the transflective concave reflector so as to open and close the phase retardation plate to be changed to the light transmissive phase, the circularly polarized light that has passed through the phase retardation plate, and to be sent back to the phase retardation plate and the ambient light. It is achieved by a head-mounted display device comprising a light switching switch panel.

상기 마이크로 디스플레이 패널은 LCD 패널 또는 OLED 패널이 바람직하며 OLED 패널은 편광분리기와 대향된 면에 부착되는 편광판을 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the micro display panel is an LCD panel or an OLED panel, and the OLED panel further includes a polarizing plate attached to a surface opposite to the polarizer.

상기 위상 지연판은 λ/4 위상 지연판이 바람직하다.The phase retardation plate is preferably a λ / 4 phase retardation plate.

상기 반투과 오목 반사경은 광학수차를 최소화하기 위해 비구면으로 이루어지는 것이 바람직하다.The semi-transmissive concave reflector is preferably made of an aspherical surface to minimize optical aberration.

상기 반투과 오목 반사경은 전체가 투명한 재질로 오목 반사경을 만들고 그 내측면에 반투과막이 존재할 수 있다.The semi-transmissive concave reflector may be a concave reflector made of a transparent material as a whole, and a transflective film may exist on an inner surface thereof.

상기 반투과막은 금속 박막 또는 유전체 다층박막이 바람직하며 금속 박막은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 이루어지는 것이 바람직하다.The semi-transmissive film is preferably a metal thin film or a dielectric multilayer thin film, and the metal thin film is preferably made of aluminum (Al) or silver (Ag).

상기 광 개폐 스위치 패널은 플렉서블 LCD 패널이 바람직하다.The optical switch panel is preferably a flexible LCD panel.

상기 광 개폐 스위치 패널은 전면적으로 광을 개폐하거나 구역화되어 부분적으로 광을 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다.The light open / close switch panel may be configured to open or close light entirely or to be zoned to partially open or close light.

본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치는 편광분리기와 λ/4 위상 지연판을 사용함으로써 광 손실을 최소화하여 보다 밝은 화면을 볼 수 있으며, 또한 편광분리기, λ/4 위상 지연판, 반투과 오목 반사경 및 광 개패 스위치 패널을 사용하여 광학계를 구성함으로써 헤드 마운트 디스플레이 장치의 무게중심을 사용자의 몸쪽으로 이동시켜 착용시의 피로감을 줄일 수 있으며, 광 개폐 스위치 패널을 사용하 여 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치 밖의 주변 영상도 함께 볼 수 있기 때문에 사용자 눈의 피로감을 줄이고 주변 위험 상황을 시각적으로 인지할 수 있는 효과가 있다.The head mounted display device of the present invention uses a polarization separator and a λ / 4 phase retardation plate to minimize light loss and thus view a brighter screen, and also a polarization separator, λ / 4 phase retardation plate, transflective concave reflector and light. By configuring the optical system using the open / closed switch panel, the center of gravity of the head mounted display device can be moved toward the user's body to reduce the fatigue of wearing. Because it can also be seen with the user to reduce the fatigue of the eyes can have the effect of visually aware of the danger situation.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 작동 원리를 나타낸 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating an operating principle of a head mounted display device according to the present invention.

편광분리기(210)는 특정 편광만을 반사 또는 투과시키는 성질이 있다. 예를 들면, 광원(205)에서 나온 광 중 P 선편광(215)은 반사시키며, S 선편광은 투과시키는 특성을 갖고 있으며, λ/4 위상 지연판(220)은 선편광을 우(右)원편광 또는 좌(左)원편광의 원편광(225)으로 변환시키는 특성을 갖는다.The polarization separator 210 has a property of reflecting or transmitting only specific polarization. For example, among the light emitted from the light source 205, the P linearly polarized light 215 reflects and the S linearly polarized light is transmitted, and the λ / 4 phase retardation plate 220 has right circularly polarized light or It has a characteristic to convert into left circularly polarized light 225.

따라서, P 선편광(215)은 편광분리기(210)에서 반사되어 λ/4 위상 지연판(220)을 통과하면서 원편광(225)으로 변환되며, 변환된 원편광은 거울면(245)에서 반사되어 편광면의 회전 방향이 반대로 되는 원편광 상태를 유지하며 다시 λ/4 위상 지연판(220)을 통과한 후 처음의 P 선편광(215)과 90°위상 차이가 있는 S 선편광(235)으로 변환된다. 이렇게 변환된 S 선편광은 편광분리기(210)에서 반사되지 않고 투과하게 된다.Accordingly, the P linearly polarized light 215 is reflected by the polarization separator 210 and converted into circularly polarized light 225 while passing through the λ / 4 phase retardation plate 220, and the converted circularly polarized light is reflected by the mirror surface 245. The polarization plane is maintained in a circular polarization state in which the direction of rotation is reversed, and then passed through the λ / 4 phase retardation plate 220 and then converted into an S linear polarization 235 having a 90 ° phase difference from the initial P linear polarization 215. . The converted S linearly polarized light is transmitted through the polarization separator 210 without being reflected.

도 3은 본 발명에 따른 헤트 마운트 디스플레이의 구성을 나타낸 것이다.Figure 3 shows the configuration of the head mounted display according to the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는 영상을 생성해 보내주는 마이크로 디스플레이 패널(200), 편광분리기(210), 위상 지연판(220), 반투과 오목 반사경(240) 및 광 개폐 스위치 패널(250)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the head mounted display device according to the present invention includes a micro display panel 200, a polarization separator 210, a phase retardation plate 220, and a transflective concave reflector 240 for generating and sending an image. And an optical open / close switch panel 250.

마이크로 디스플레이 패널(200)은 1인치 크기 이하가 바람직하며, 고해상도 LCD(Liquid Crystal Display) 패널 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널을 사용한다. The micro display panel 200 is preferably 1 inch or less in size, and uses a high resolution liquid crystal display (LCD) panel or an organic light emitting diode (OLED) panel.

LCD 패널의 경우 패널의 양측면에 편광판이 부착되어 있어 별도의 편광판이 필요없으나, OLED 패널의 경우에는 OLED 패널과 편광분리기 사이에 편광판(도시하지 않음)을 포함하며 편광분리기(210)와 대향된 OLED 패널의 일측면에 부착하는 것이 바람직하다.In the case of the LCD panel, the polarizers are attached to both sides of the panel, so a separate polarizer is not required, but in the case of the OLED panel, a polarizer (not shown) is included between the OLED panel and the polarizer and the OLED is opposed to the polarizer 210. It is preferable to attach to one side of the panel.

한편, LCD 패널은 자체 발광이 아니므로 외부에서 광원이 결합되어야 한다. 즉, 백라이트를 사용한 투과형 LCD 패널 또는 프론트라이트(frontlight)를 사용한 반사형 LCD 패널이 가능하다. OLED 패널은 자체 발광이 가능하기 때문에 별도의 광원이 필요 없으며 헤드 마운트 디스플레이 장치의 광학계를 보다 간단하게, 소형 사이즈로 구성할 수 있다.On the other hand, since the LCD panel is not self-luminescence, the light source must be coupled from the outside. That is, a transmissive LCD panel using a backlight or a reflective LCD panel using a frontlight is possible. Since OLED panels can emit light by themselves, a separate light source is not required, and the optical system of the head mounted display device can be configured more simply and compactly.

마이크로 디스플레이 패널(200)로부터 나온 광(영상) 중 P 선편광된 광은 편광분리기(210)에서 손실없이 반사되고 위상 지연판(220)을 통과한 후 원편광된 광으로 변환된다. 선편광을 원편광으로 변환시키기 위해서는 상기 위상 지연판(220)은 λ/4 위상 지연판이 바람직하다.The P linearly polarized light of the light (image) from the micro display panel 200 is reflected without loss in the polarization separator 210 and passes through the phase retardation plate 220 and then converted into circularly polarized light. In order to convert linearly polarized light into circularly polarized light, the phase retardation plate 220 is preferably a λ / 4 phase retardation plate.

편광 분리기(210)는 마이크로 디스플레이 패널(200)로부터 나온 광의 진행 방향에 대해 소정 각도(대략 45°) 기울어지게 설치한다.The polarization separator 210 is installed to be inclined at a predetermined angle (about 45 °) with respect to the traveling direction of the light emitted from the micro display panel 200.

원편광된 광은 반투과 오목 반사경(240)에서 반사되어 다시 위상 지연판(220)을 통과 후 P 선편광과 90° 위상 차이가 있는 S 선편광된 광으로 변환되며, 이렇게 S 선편광된 광(영상)은 편광분리기(210)에서 반사 없이 통과하여 사람 눈으로 들어가 가상의 확대 영상을 형성하게 된다. The circularly polarized light is reflected by the transflective concave reflector 240 and then passed through the phase retardation plate 220 to be converted into S linearly polarized light having a 90 ° phase difference from the P linearly polarized light. The light passes through the polarization separator 210 without reflection and enters the human eye to form a virtual magnified image.

상기 반투과 오목 반사경(240)은 마이크로 디스플레이에서 생성된 광(영상)의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키는데, 반투과 오목 반사경(240)에서 반사되는 광은 확대된 가상의 영상을 만들며 확대 가상 영상의 광학 수차를 줄이기 위해 반사면을 비구면 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.The transflective concave reflector 240 reflects a part of the light (image) generated by the micro display and transmits the part. The light reflected by the transflective concave reflector 240 creates an enlarged virtual image and enlarges the virtual image. In order to reduce the optical aberration of the reflective surface it is desirable to produce an aspherical shape.

수차에는 색수차(chromatic aberrations)와 단색수차(monochromatic aberrations)가 있으며, 단색수차에는 상을 불명확하게 하여 훼손시키는 구면수차, 코마(coma)와 비점수차(astigmatism)가 있다. 또한 상을 변형시키는 페쯔발 만곡수 차(Petzval field curvature)와 왜곡수차(distortion) 등이 있다.Aberrations include chromatic aberrations and monochromatic aberrations, and monochromatic aberrations include spherical aberration, coma, and astigmatism that make the image unclear and corrupt. In addition, there are Petzval field curvatures and distortions that deform the phase.

이러한 수차를 최소화시키기 위한 반투과 오목 반사경(240)의 설계는 일반적으로 사용되는 광학 설계 프로그램을 이용할 수 있다.The design of the transflective concave reflector 240 to minimize this aberration can utilize a commonly used optical design program.

또한 광 개폐 스위치 패널(250)을 통해서 들어오는 주변 광이 일부 투과할 수 있도록 반투과 오목 반사경은 반투과하는 성질을 가져야 한다. In addition, the transflective concave reflector should have a transflective property so that the ambient light coming through the light open / close switch panel 250 can partially transmit.

이를 위해 상기 반투과 오목 반사경(240)은 투명한 플라스틱 또는 유리와 같은 투명한 물질로 오목 반사경(232)을 만들고 그 오목한 내측면에 반투과막(230)을 형성하여 만들 수 있다.To this end, the transflective concave reflector 240 may be made by forming a concave reflector 232 of a transparent material such as transparent plastic or glass and forming a transflective film 230 on the concave inner surface.

상기 반투과막(230)은 가시광선 영역의 광을 일부는 투과시키나 일부는 반사시키는 역할을 하며 금속박막, 유전체 다층박막, 금속과 유전체의 다층박막 또는 금속과 금속산화물의 다층박막 등으로 형성할 수 있다.The semi-transmissive film 230 transmits part of the visible light region but partially reflects the light, and may be formed of a metal thin film, a dielectric multilayer thin film, a multilayer thin film of metal and dielectric, or a multilayer thin film of metal and metal oxide. Can be.

금속박막으로는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 크롬(Cr) 등이 가능하면 진공증착, 스퍼터링 등의 박막 공정을 이용하여 형성할 수 있다.As the metal thin film, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), chromium (Cr) and the like may be formed using thin film processes such as vacuum deposition and sputtering.

도체 속으로 광이 진행할 때 그 광(전자기파)의 세기는 다음과 같다(Lambert-Beer식).When light propagates into a conductor, the intensity of the light (electromagnetic waves) is as follows (Lambert-Beer type).

여기서, I₀는 도체의 표면에서의 광의 세기, I는 도체의 표면으로부터 거리 가 y인 지점에서의 광의 세기를 의미하며 n_i는 허수굴절율, c는 광속, ω는 각진동수(angular frequency), α는 흡수계수(absorption coefficient) 또는 감쇠계수(attenuation coefficient)를 의미한다.Where I ₀ is the intensity of light at the surface of the conductor, I is the intensity of light at the point y is a distance from the surface of the conductor, n _i is the imaginary refractive index, c is the luminous flux, ω is the angular frequency, α Denotes an absorption coefficient or an attenuation coefficient.

광이 1/α 거리를 이동한 후의 광의 세기는 대략 1/3로 작아지는데 이 거리를 침투깊이(penetration depth)라고 하며, 구리의 경우 100nm의 파장에서 약 0.6nm, 10000nm의 파장에서 약 6nm의 침투깊이를 가진다.After the light travels the 1 / α distance, the light intensity is reduced to about 1/3, which is called the penetration depth. For copper, about 0.6 nm at 100 nm and about 6 nm at 10000 nm It has a penetration depth.

따라서, 상기 Lambert-Beer식(수학식1)을 고려하여 금속박막의 두께를 설계하면 원하는 투과율 내지 반사율을 얻을 수 있고, 입사된 광의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 금속박막을 얻을 수 있다.Therefore, when the thickness of the metal thin film is designed in consideration of the Lambert-Beer equation (Equation 1), a desired transmittance or reflectance can be obtained, and a metal thin film which transmits part of the incident light and reflects part thereof can be obtained.

유전체 다층박막의 경우에도 금속막박과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 유전체 다층박막에는 MgF₂, CeF₃ 등의 불화물, Al₂O₃, TiO₂, SiO₂, Ta₂O₅, ZrO₂ 등의 산화물 또는 ZnS, CdS 등의 황화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 다층박막일 수 있으며 상기 예는 일례에 불과하며 기타 다른 유전체 박막도 가능하다.In the case of the dielectric multilayer thin film, the same effect as that of the metal film thin film can be obtained. The dielectric multilayer thin film contains MgF ₂ , CeF ₃ Fluorides such as Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , SiO ₂ , Ta ₂ O ₅ , ZrO ₂ , or a multilayer thin film containing any one or more of sulfides such as ZnS and CdS. Other dielectric thin films are possible.

반투과 오목 반사경(240)의 바깥쪽 볼록한 면에는 마이크로 디스플레이에서 나오는 영상 외에도 주변 영상을 사용자의 눈으로 왜곡 없이 보기 위해 반투과 오목 반사경의 비구면 형상과 동일한 형상으로 광 개폐 스위치 패널(250)을 형성한다.On the outer convex surface of the transflective concave reflector 240, in addition to the image from the micro display, in order to see the surrounding image without distortion by the user's eyes, the optical switching switch panel 250 is formed in the same shape as the aspherical shape of the transflective concave reflector. do.

이 때, 반투과 오목 반사경(240)의 외측면(광 개페 스위치 패널이 부착되는 면)은 내측면의 형상과 동일하게 하여 반투과 오목 반사경(240)의 전체적인 두께가 각 위치에서 균일하게 유지되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 헤드 마운트 디스플레이 장치 밖의 광이 두께가 균일한 투명한 판을 통과하는 효과를 갖기 때문에 사람 눈으로 헤드 마운트 밖의 주변 영상을 왜곡 없이 마이크로 디스플레이 패널의 확대된 가상 이미지와 함께 볼 수 있게 된다.At this time, the outer surface of the transflective reflector 240 (the surface to which the light opening switch panel is attached) has the same shape as the inner surface so that the overall thickness of the transflective reflector 240 is uniformly maintained at each position. It is preferable. This allows the light outside the head mounted display device to pass through the transparent plate with a uniform thickness so that the human eye can see the surrounding image outside the head mount with the enlarged virtual image of the micro display panel without distortion.

광 개폐 스위치 패널(250)은 패널에 전기가 인가되는지 여부에 따라 광 개폐 스위치 패널을 통과하는 광을 차단 또는 투과되도록 하여 마이크로 디스플레이 영상뿐만 아니라 헤드 마운트 디스플레이 장치 밖의 주변 영상도 함께 볼 수 있게 한다.The light switching switch panel 250 blocks or transmits light passing through the light switching switch panel according to whether electricity is applied to the panel so that the micro display image as well as the surrounding image outside the head mounted display device can be viewed together.

상기 광 개폐 스위치 패널(250)은 LCD 패널이 바람직하며, 액티브 매트릭스 (active matrix) LCD 패널, 패시브 매트릭스(passive matrix) LCD 패널 모두 가능하다. 또한, 전면적으로 광을 개폐하거나 구역화되어 부분적으로 광을 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다.The optical switch panel 250 is preferably an LCD panel, and both an active matrix LCD panel and a passive matrix LCD panel are possible. In addition, the light may be configured to open or close the entire area or to be partially opened and closed.

이렇게 함으로써 마이크로 디스플레이에서 구현된 영상만 몰입하여 봄으로써 발생하는 사용자의 눈의 피로감을 줄일 수 있으며 사용자에게 주변 사항의 갑작스런 변화를 시각적으로 보다 쉽게 인지할 수 있게 해준다.This reduces the user's eye strain caused by immersing and viewing only the image implemented on the micro display and makes it easier for the user to visually recognize sudden changes in the surroundings.

광 개폐 스위치 패널(250)은 유연성 있는 소재를 사용하여 유연성 패널로 제작하여 비구면 오목 반사경의 바깥쪽에 밀착되게 함으로써 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제작시 장치의 크기를 줄일 수 있다.The optical switch panel 250 is made of a flexible panel using a flexible material to be in close contact with the outside of the aspherical concave reflector can reduce the size of the device when manufacturing the head-mounted display device.

예를 들어, 상기 광 개폐 스위치 패널(250)은 플라스틱 기판을 사용한 플렉서블(flexible) LCD 패널이 가능하며 광 개폐 기능만 수행하면 되므로 공정이 복잡 한 액티브 매트리스 LCD 패널보다는 패시브 매트릭스 LCD 패널이 바람직하다.For example, the optical switch panel 250 may be a flexible LCD panel using a plastic substrate, and a passive matrix LCD panel is preferable to an active mattress LCD panel because it only needs to perform an optical switch function.

헤드 마운트 디스플레이 장치는 머리 또는 얼굴 부분에 착용하여 사용하게 된다.특히, 안경 형태로 착용하는 경우 헤드 마운트 디스플레이 장치의 무게로 인해 사용자가 장시간 사용하는 경우 얼굴 부위에 압박을 받아 통증 등을 유발할 수 있기 때문에 가능한 무게를 줄여야하며, 또한 무게 중심을 뒤쪽으로 가도록 설계 제작되어야 한다. 그렇게 하기 위해서는 유연성 있는 투과형 LCD 광 개폐 스위치 패널을 반사경에 밀착하여 제작한다.The head mounted display device is worn on the head or face part. In particular, when the user wears it in the form of glasses, the weight of the head mounted display device may cause pain due to pressure on the face part when the user uses it for a long time. Therefore, the weight should be reduced as much as possible, and it should be designed and manufactured to move the center of gravity backward. To do this, a flexible transmissive LCD light switching switch panel is manufactured in close contact with the reflector.

도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 사용 예를 나타낸 것이다.4 shows an example of use of the head mounted display device according to the present invention.

광 개폐 스위치 패널(250)의 일부 구역에 전기를 인가한 상태(또는 인가하지 않은 상태)에서는 마이크로 디스플레이에서 생성된 영상(300)과 외부 영상(310)을 동시에 볼 수 있도록 할 수 있다(도 4a)In a state in which electricity is applied (or not applied) to a portion of the light switching switch panel 250, the image 300 and the external image 310 generated by the micro display may be simultaneously viewed (FIG. 4A). )

또한, 주변 광이 통과할 수 없도록 광 개폐 스위치 패널(250)을 동작함으로써 마이크로 디스플레이에서 생성된 확대 가상 영상(300)만을 볼 수 있게 하거나(도 4b), 확대 가상 영상 이미지는 중단하고 바깥쪽 주변 영상(310)만을 볼 수 있게 할 수도 있다(도 4c)In addition, by operating the light opening and closing switch panel 250 so that the ambient light can not pass through (see Fig. 4b), only the enlarged virtual image 300 generated in the micro display, or stop the enlarged virtual image image and the outer peripheral It may also be possible to see only the image 310 (FIG. 4C).

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1은 종래의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional head mounted display device.

도 2는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 작동 원리를 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating an operating principle of a head mounted display device according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a head mounted display device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

200 : 마이크로 디스플레이 패널 210 : 편광분리기200: micro display panel 210: polarization separator

220 : 위상 지연판 230 : 반투과막220: phase delay plate 230: semi-permeable membrane

232 : 오목 반사경 240 : 반투과 오목 반사경232: concave reflector 240: transflective concave reflector

250 : 광 개폐 스위치 패널250: optical switch panel

Claims

A micro display panel generating an image;

A polarization separator reflecting only a specific polarization of light emitted from the micro display panel;

A phase delay plate for converting linearly polarized light reflected by the polarization separator into circularly polarized light or converting incident circularly polarized light into linearly polarized light;

A transflective concave reflector that enlarges the circularly polarized light passing through the phase retardation plate and sends it back to the phase retardation plate; And

Light switching switch panel attached to the outer surface of the transflective concave reflector to open and close the ambient light

Head mounted display device comprising a.

The method of claim 1,

And the micro display panel is an LCD panel or an OLED panel.

The method of claim 2,

The OLED panel further comprises a polarizer attached to the surface facing the polarizer.

The method of claim 1,

And the phase retarder is a λ / 4 phase retarder.

The method of claim 1,

The transflective concave reflector is an aspherical surface to minimize optical aberration.

The method of claim 1,

The semi-transmissive concave reflector is a head-mounted display device that is made of a transparent material of the entire transparent material and a transflective film on the inner surface.

The method of claim 6,

The transflective film is a metal thin film or a dielectric multilayer thin film head mounted display device.

The method of claim 7, wherein

The metal thin film is a head-mounted display device made of aluminum (Al) or silver (Ag).

The method of claim 1,

And the optical switch panel is a flexible LCD panel.

The method of claim 1,

And the light switching switch panel is configured to open or close the light in the entire area or to be configured to partially open and close the light.