KR102014982B1 - 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치 - Google Patents

시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 복수의 위치에 서로 다른 영상 정보를 디스플레이하는 지향성 디스플레이부; 상기 복수의 위치에 서로 다른 청각 정보를 전파하는 지향성 스피커부; 상기 지향성 디스플레이부에서의 영상 정보와 상기 지향성 스피커부에서의 청각 정보가 각각 상응하는 위치를 향하도록 제어하는 중앙 제어부;를 포함한다.

Description

시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치{Display apparatus for visul/audio multiplexed display}
본 개시는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 디스플레이 장치의 활용도가 매우 높아지고 있다.
일반적인 디스플레이 장치의 경우, 여러 사용자가 한 가지 영상을 보도록 설계되며, 여러 사용자가 상이한 방향에서 동일한 양질의 이미지를 볼 수 있도록 만들어지게 된다.
한편, 각각의 사용자들이 동일 디스플레이 장치로부터 상이한 정보를 볼 수 있는 것이 요구되는 경우도 있다. 예를 들어, 자동차에서 운전자는 위성 네비게이션 데이터를 보고 싶어할 수 있지만 동승자는 영화를 보고 싶어할 수 있다.
이러한 상충되는 요구사항은 서로 다른 정보의 디스플레이에 대해 서로 다른 지향성을 주는 멀티 뷰 디스플레이에 의해 충족될 수 있다. 이 경우, 사용자가 서로 다른 정보의 디스플레이에 대응하는 청각 정보를 얻기 위해, 이어폰을 사용할 수 있지만, 스피커로부터 직접 청각 정보를 얻고 싶을 수도 있다. 이러한 요구의 충족을 위해 필요한 것이 스피커의 지향성이다.
본 개시는 시각 청각 다중 분할 디스플레이를 제공하고자 한다.
일 유형에 따르는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 복수의 위치에 서로 다른 영상 정보를 디스플레이하는 지향성 디스플레이부; 상기 복수의 위치에 서로 다른 청각 정보를 전파하는 지향성 스피커부; 상기 지향성 디스플레이부에서의 영상 정보와 상기 지향성 스피커부에서의 청각 정보가 각각 상응하는 위치를 향하도록 제어하는 중앙 제어부;를 포함한다.
상기 지향성 스피커부는 청각 정보를 담은 음파 또는 초음파를 생성하는 파(wave) 생성기와 상기 음파 생성기로부터 생성된 파를 일방향으로 콜리메이팅하거나, 30도 이내의 방사각으로 발산시키거나 또는 일지점으로 수렴시키는 지향성을 갖는 음향 메타 구조체를 포함할 수 있다.
상기 음파 생성기는 서로 다른 청각 정보에 대응하는 파를 생성하는 제1 음파 생성기와 제2 음파 생성기를 포함하고, 상기 음향 메타 구조체는 상기 제1 및 제2 음파 생성기에서 형성된 파를 상응하는 방향으로 전파하는 제1 및 제2 음향 메타 구조체를 포함할 수 있다.
상기 음향 메타 구조체는 상기 음파 생성기로부터 생성된 파의 진행 경로를 코일 형태로 꼬이게 하는 구조를 갖는 다수의 메타 유닛을 포함할 수 있다.
다수의 메타 유닛 각각은 파가 입사되는 입사부; 파가 출사되는 출사부; 상기 입사부와 출사부 사이에 배치되어 입사된 파의 진행경로를 형성하는 서로 연결된 복수의 채널;을 포함할 수 있다.
상기 입사부에서 상기 출사부까지의 직선 거리는 상기 음파 생성기에서 생성된 파의 파장보다 작을 수 있다.
상기 복수의 채널은 공기(air) 공간을 구획하는 플레이트 구조물로 형성될 수 있다.
상기 플레이트 구조물은 구리, 알루미늄, 스틸, 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
상기 음향 메타 구조체를 이루는 다수의 메타 유닛은 모두 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 음향 메타 구조체는 상기 음파 생성기에서 생성되는 파의 파장 대역에서 굴절률이 거의 0이 되는 구조를 가질 수 있고, 이 경우, 상기 음파 생성기는 상기 음향 메타 구조체의 내부에 배치될 수 있다.
상기 음파 생성기에서 생성되는 파는 초음파이고, 상기 초음파가 상기 음향 메타 구조체를 출사한 후 시청자 또는 그 근처의 물체에 부딪치며 가청 주파수 대역으로 변환될 수 있다.
상기 다수의 메타 유닛은 상기 음파 생성기로부터 생성된 파의 진행 경로를 서로 다른 코일 형태로 꼬이게 하는 서로 다른 구조의 메타 유닛을 복수개 포함할 수 있다.
상기 음향 메타 구조체는 그 중심부에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 변하는 굴절률(graded index) 분포를 갖도록 상기 다수의 메타 유닛의 구조가 정해질 수 있으며, 이 경우, 상기 음파 생성기는 음향 메타 구조체 외부의 일측에 배치될 수 있다.
상기 음파 생성기에서 생성되는 파는 초음파이고, 상기 초음파가 상기 음향 메타 구조체를 출사한 후 시청자 또는 그 근처의 물체에 부딪치며 가청 주파수 대역으로 변환될 수 있다.
상기 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 시청자의 위치를 감지하는 위치 추적 센서를 더 포함하고, 상기 중앙 제어부는 상기 위치 추적 센서로부터 시청자 위치 정보를 전송 받을 수 있다.
또한, 상기 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 상기 중앙 제어부로부터 시청자 위치 정보를 전송 받아 상기 음향 메타 구조체의 지향성을 조절하는 스피커 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 스피커 제어부는 상기 음향 메타 구조체의 지향성을 조절하기 위해, 상기 음향 메타 구조체에 전기장, 열 또는 스트레인을 인가할 수 있다.
상기 지향성 디스플레이부는 화상 형성을 위한 광을 제공하는 조명부; 상기 조명부로부터의 광을 화상 정보에 따라 변조하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널에서 형성된 화상의 지향성을 형성하는 가변 광학 소자;를 포함할 수 있다.
상기 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 복수개의 화상 정보에 따라 상기 디스플레이 패널의 화소를 공간 분할하여 구동하는 디스플레이 제어부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 조명부는 복수의 점광원으로 이루어질 수 있다.
상기 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 복수개의 화상 정보에 따라 상기 디스플레이 패널의 화소를 시분할하여 구동하는 디스플레이 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 시청자의 위치를 감지하는 위치 추적 센서를 더 포함하고, 상기 중앙 제어부는 상기 위치 추적 센서로부터 시청자 위치 정보를 전송 받을 수 있으며, 상기 디스플레이 제어부는 상기 중앙 제어부로부터 시청자 위치 정보를 전송 받아 상기 가변 광학 소자의 지향성을 조절할 수 있다.
상술한 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 다수의 시청자에게 서로 다른 시청각 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치는 시청자의 위치를 감지하는 위치 추적 센서를 더 구비할 수 있으며, 이에 따라, 시청각 정보의 지향성을 미세하게 조절할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보이는 개념도이다.
도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 지향성 스피커부의 개략적인 구성을 보인다.
도 3a는 도 2의 지향성 스피커부에 사용되는 음향 메타 구조체를 이루는 다수의 메타 유닛 하나를 확대하여 보인 단면도이고, 도 3b는 메타 유닛 4개가 하나의 셀을 이룬 구조를 보인 단면도이다.
도 4는 도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 다른 예의 지향성 스피커부의 개략적인 구성을 보인다.
도 5는 도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부의 개략적인 구성을 보인다.
도 6은 도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부의 개략적인 구성을 보인다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 지향성 스피커부에 사용되는 음향 메타 구조체의 세 위치에 배치되는 메타 유닛이 가질 수 있는 코일 패턴의 예들을 보인다.
도 8은 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부의 개략적인 구성을 보인다.
도 9는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부의 개략적인 구성을 보인다.
도 10은 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 지향성 디스플레이부의 개략적인 구성을 보인다.
도 11은 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 지향성 디스플레이부의 개략적인 구성을 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)의 개략적인 구성을 보이는 개념도이다.
시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)는 복수의 시청 위치에 서로 다른 시각, 청각 정보를 디스플레이하는 장치이다. 예를 들어, 제1 시청위치(AU1), 제2 시청위치(AU2), 제3 시청위치(AU3)에 서로 다른 시청각 정보가 제공된다. 이를 위하여 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)는 복수의 위치에 서로 다른 영상 정보를 디스플레이하는 지향성 디스플레이부(1400), 상기 복수의 위치에 서로 다른 청각 정보를 전파하는 지향성 스피커부(1300), 지향성 디스플레이부(1400)에서의 영상 정보와 지향성 스피커부(1300)에서의 청각 정보가 각각 상응하는 위치를 향하도록 제어하는 중앙 제어부(1700)를 포함한다.
또한, 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)는 지향성 디스플레이부(1400)의 제어를 위한 디스플레이 제어부(1800)와 지향성 스피커부(1300)의 제어를 위한 스피커 제어부(1500)를 포함할 수 있다.
또한, 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)는 시청자의 위치를 감지하는 위치 추적 센서(1600)를 더 포함할 수 있다. 중앙 제어부(1700)는 위치 추적 센서(1600)로부터 시청자 위치 정보를 전송 받아, 스피커 제어부(1500) 및 디스플레이 제어부(1800)에 전송한다.
스피커 제어부(1500) 및 디스플레이 제어부(1800)는 중앙 제어부(1700)로부터 전송 받은 시청자 위치 정보에 알맞은 지향성을 갖도록 지향성 스피커부(1300)와 지향성 디스플레이부(1400)를 구동한다.
이하, 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)를 구성하는 지향성 스피커부와 지향성 디스플레이부의 예시적인 구성들을 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 지향성 스피커부(1310)의 개략적인 구성을 보이며, 도 3a는 도 2의 지향성 스피커부(1310)에 사용되는 음향 메타 구조체(310)를 이루는 다수의 메타 유닛(100) 하나를 확대하여 보인 단면도이고, 도 3b는 4개의 메타 유닛(210)(220)(230)(240)이 하나의 셀(200)을 이룬 구조를 보인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 지향성 스피커부(1310)는 청각 정보를 담은 음파 또는 초음파를 생성하는 음파 생성기(AT)와 음파 생성기(AT)에서 생성된 음파를 일방향으로 콜리메이팅 하는 음향 메타 구조체(310)를 포함한다.
메타 물질(meta material)은 자연계에 존재하지 않는 굴절률 특성을 나타내는 물질로, 서브 파장 오더의 크기의 다양한 형상의 패턴을 포함하는 인공적인 원자 단위이다. 메타물질은 전자기파나, 음파 또는 초음파에 대하여 서브파장 포커싱(subwavelength focusing), 음굴절(Negative refraction), 기이한 전송(extraordinary transmission), 보이지 않는 망토(invisibility cloaking)와 같은 새로운 현상들을 나타낼 수 있는 것으로 알려져 있다. 빛과 같은 전자기파에 대해서, 이러한 메타 물질로는 광결정(photonic crystal), 플라즈모닉 구조체(plasmonic structure)와 같은 예가 있고, 음파 및 초음파에 대해서는 음향 결정, 그리고, 공진기(resonator) 기반 혹은 코일(coil) 기반 구조체가 있다.
본 실시예에서는 음파나 초음파와 같이 낮은 주파수 대역의 파에 대해서 높은 효율을 가질 수 있는 메타 물질을 채용하고 있다. 실시예의 음향 메타 구조체(310)는 파의 진행 경로를 코일 형태로 꼬이게 하는 구조를 갖는 다수의 메타 유닛(100)을 포함한다.
도 3a을 참조하면, 메타 유닛(100)은 파가 입사되는 입사부(120), 파가 출사되는 출사부(140), 입사부(120)와 출사부(140) 사이에 배치되어 입사된 파의 진행 경로를 형성하는 서로 연결된 복수의 채널(171, 172, 173, 174, 175, 176, 177)을 포함한다. 복수의 채널(171, 172, 173, 174, 175, 176, 177) 내에서의 파의 진행 방향은 서로 다를 수 있으며, 복수의 채널 각각을 진행하는 파의 합은 입사부(120)에서 출사부(140)로의 방향과 동일할 수 있다. 여기서, 입사부(120)에서 출사부(140)를 향하는 방향을 메타 유닛(100)에 입사된 파의 유효 진행 방향이라고 칭한다.
복수의 채널(171, 172, 173, 174, 175, 176, 177)은 공기(air) 공간을 구획하는 플레이트 구조물(P)로 형성될 수 있으며, 플레이트 구조물(P)은 구리, 알루미늄 또는 스틸과 같은 금속 혹은 폴리머로 이루어질 수 있다.
입사부(120)에서 출사부(140)까지의 직선 거리(a)는 음파 생성기(AT)에서 생성되는 파의 파장보다 작으며, 메타 유닛(100)은 입사부(120)에서 출사부(140)까지의 직선 경로를 코일링하는 구조이다. 이러한 코일링 패턴과, 채널 폭(w), 채널 길이(L), 플레이트 구조물(P)의 두께(t)에 의해, 메타 유닛(100)은 주파수 범위에 따라 다양한 굴절률 특성을 나타낼 수 있다.
실시예의 메타 유닛(100)은 지그 재그 형상의 코일링 경로를 형성하며, 즉, 복수의 채널(171, 172, 173, 174, 175, 176, 177) 중 인접하는 채널에서 파의 진행 경로는 서로 다르게 형성된다. 또한, 메타 유닛(100)은 음파 생성기(AT)에서 생성되는 파의 주파수 대역에서 굴절률이 거의 0(near zero index)이 되는 채널 구조(170)를 가질 수 있다. 이러한 니어 제로 인덱스 구조에서 파가 출사될 때, 파면이 출사면(310a)과 나란하게 변조되며, 즉, 출사면(310a)에 수직인 방향으로 파가 콜리메이팅 된다.
또한, 도 3b와 같이, 파의 유효 진행 방향이 다른 복수개의 메타 유닛이 결합되어 하나의 셀(200)을 형성할 수 있고, 이러한 셀(200) 복수개가 반복되어 음향 메타 구조체(310)를 이룰 수 있다.
도 2a에서는 설명의 편의를 도모하기 위해 4개의 메타 유닛(210, 220, 230, 240)이 결합되어 하나의 셀을 이룬 상태가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 내지 제4 메타유닛(210)(220)(230)(240)은, 도 3a의 메타 유닛(100)에 대한 설명에서 설명한 바와 같이 공간을 코일링하여, 입사된 파가 지그재그로 진행하도록 한다.
제1 내지 제4 메타유닛(210)(220)(230)(240) 각각의 일단은 셀(C)의 중심 지점(C)에 배치되어 상호 연결되어 있다. 제1 내지 제4 메타유닛 (210)(220)(230)(240) 각각은 중심 지점(C)을 기준으로 서로 회전 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 메타유닛(210)을 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 메타 유닛(220)와 일치하고, 제2 메타유닛 (220)을 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제3 메타유닛(230)과 일치하고, 제3 메타유닛 (230)을 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제4 메타유닛(240)과 일치하고, 제4 메타유닛(240)을 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제2 메타유닛(210)과 일치하도록 제1 내지 제4 메타 유닛(210, 220, 230, 240)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 메타유닛(210)와 제3 메타 유닛(230)는 중심 지점(C)을 기준으로 대칭되게 배치되고, 제2 메타 유닛(220)과 제4 메타 유닛(240)는 중심 지점(C)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
제1 메타유닛(210)과 제3 메타유닛(230)에서 파의 유효 진행 방향과 제2 메타유닛(220)과 제4 메타유닛(240)에서 파의 유효 진행 방향은 일치할 수 있다.
셀(200)에 입사된 파는 제1 내지 제4 메타유닛(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나를 진행하여 외부로 출사될 수 있다. 예를 들어, 제1 메타유닛(210)를 통해 외부에서 입사된 파는 제1 메타유닛(210)를 진행 후 중심(C)에서 제2 내지 제4 메타 유닛(220, 230, 240)으로 분산된다. 분사된 각 파는 제2 내지 제4 메타 유닛(220, 230, 240)을 각각 진행하여 외부로 출사될 수 있다. 입사된 파의 특성에 따라 파는 메타 유닛 모두에 분산될 수도 있고, 일부 메타 유닛에만 분산될 수 도 있다.
음파 생성기(AT)에서는 청각 정보를 담은 음파 또는 초음파를 생성하며, 생성된 파가 초음파인 경우, 음향 메타 구조체(310)에서 콜리메이팅 되어 출사된 초음파가 시청자 또는 그 근처의 물체에 부딪치며 가청 주파수 대역으로 변환될 수 있다.
도 4는 도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 다른 예의 지향성 스피커부(1320)의 개략적인 구성을 보인다.
지향성 스피커부(1320)는 제1 음향 메타 구조체(321)와 이의 내부에 배치된 제1 음파 생성기(AT1), 제2 음향 메타 구조체(322)와 이의 내부에 배치된 제2 음파 생성기(AT2), 제3 음향 메타 구조체(323)와 이의 내부에 배치된 제3 음파 생성기(AT3)를 포함한다. 제1 내지 제3 음향메타구조체(321)(322)(323)는 도 2의 음향 메타 구조체(310)와 동일한 구조, 즉, 니어 제로 인덱스를 구현하는 다수의 메타 유닛(100)으로 이루어진 구조를 가질 수 있으며, 각각의 출사면(321a)(322a)(323a)의 법선이 복수의 시청 위치(AU1)(AU2)(AU3)를 향하게 배치되어 있다.
제1 음파 생성기(AT1), 제2 음파 생성기(AT2), 제3 음파 생성기(AT3)에서는 서로 다른 청각 정보를 담은 파를 생성하며, 생성된 파는 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(321)(322)(323) 각각의 출사면(321a)(322a)(323a)에 나란한 파면을 가지도록 콜리메이팅 되어 출사된다. 이에 따라 제1 음파 생성기(AT1), 제2 음파 생성기(AT2), 제3 음파 생성기(AT3)에서 생성된 파는 서로 다른 시청 위치(AU1)(AU2)(AU3)에 도달하게 된다.
도 5는 도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 다른 예의 지향성 스피커부(1330)의 개략적인 구성을 보인다.
지향성 스피커부(1330)는 제1 음향 메타 구조체(331)와 이의 내부에 배치된 제1 음파 생성기(AT1), 제2 음향 메타 구조체(332)와 이의 내부에 배치된 제2 음파 생성기(AT2), 제3 음향 메타 구조체(333)와 이의 내부에 배치된 제3 음파 생성기(AT3)를 포함한다. 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(331)(332)(333)는 도 4의 실시예의 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(321)(322)(323)를 변형한 구조로서, 즉, 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(331)(332)(333)로부터 출사되는 파가 소정 지점을 향해 수렴되는 형태를 갖는다. 이와 같은 구조는 도 4의 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(321)(322)(323)에 채용되는 메타 유닛의 코일링 패턴을 변형하여 얻어질 수 있고, 또는, 도 4의 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(321)(322)(323)와 동일한 구조에 외부로부터 전기장, 열, 또는 스트레인을 인가하여 그 지향성을 변경한 것일 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 음향 메타 구조체로부터 음파가 일방향으로 콜리메이팅 되거나 또는 일 지점을 향해 수렴되는 것을 예시하였지만, 음향 메타 구조체로부터 음파가 소정 범위 내의 작은 방사각, 예를 들어, 30도 이내의 방사각을 가지고 발산하도록, 음향 메타 구조체가 구성될 수도 있다.
도 6은 도 2는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부(1340)의 개략적인 구성을 보인다. 도 7a 내지 도 7c는 도 6의 지향성 스피커부(1340)에 사용되는 음향 메타 구조체(340)의 세 위치(A,B,C)에 배치되는 메타 유닛이 가질 수 있는 코일 패턴의 예들을 보인다.
도 6을 참조하면, 지향성 스피커부(1340)는 음향 메타 구조체(340)와 음향 메타 구조체(340)의 외부 일측에 배치된 음파 생성기(AT)를 포함한다.
음향 메타 구조체(340)는 파의 경로를 코일링 하여 출사하는 다수의 메타 유닛을 포함하는 구조로서, 음파 생성기(AT)에서 생성되어 구면의 파면 형태로 입사된 파를 출사면(340a)에 나란한 파면으로 변형하는 구조를 갖는다. 이를 위하며, 음향 메타 구조체(340)는 음파 생성기(AT)로부터 생성된 파의 진행 경로를 서로 다른 코일 형태로 꼬이게 하는 서로 다른 구조의 메타 유닛을 다수 포함할 수 있다. 또한, 음향 메타 구조체(340)는 중심부에서 가장자리로 갈수록, 음파 생성기(AT)에서 생성되는 파에 대해, 점진적으로 변하는 굴절률(graded index) 분포를 갖도록 다수의 메타 유닛의 구조가 정해질 수 있다. 예를 들어, 중심부는 코일링 정도가 큰 메타 유닛이 배치되고, 가장자리로 갈수록 코일링 정도가 작은 메타 유닛이 배치될 수 있다.
도 7a는 음향 메타 구조체(340)의 A 위치의 메타 유닛이 채용할 수 있는 코일 패턴(CP1)을 보이며, 도 7b 및 도7c는 각각 B 위치 및 C 위치의 메타 유닛이 채용할 수 있는 코일 패턴(CP2)(CP3)을 보인다. 다만, 도시된 코일 패턴의 구체적인 형상은 예시적인 것이며, 다른 형상으로 변형될 수 있다.
도 8은 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부(1350)의 개략적인 구성을 보인다.
지향성 스피커부(1350)는 제1 음향 메타 구조체(351)와 이의 외부 일측에 배치된 제1 음파 생성기(AT1), 제2 음향 메타 구조체(352)와 이의 외부 일측에 배치된 제1 음파 생성기(AT2), 제3 음향 메타 구조체(353)와 이의 외부 일측에 배치된 제3 음파 생성기(AT3)를 포함한다.,
제1 내지 제3 음향 메타 구조체(351)(352)(353)의 구조는 도 6의 음향 메타 구조체(340)와 동일할 수 있으며, 즉, 중심부에서 가장자리로 갈수록 코일링 정도가 작아지는 배치의 다수의 메타 유닛을 포함할 수 있으며, 출사면(351a)(352a)(353a)의 법선이 서로 다른 시청 위치를 향하도록 제1 내지 제3 음향 메타 구조체(351)(352)(353)가 배치되어 있다.
도 9는 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 또 다른 예의 지향성 스피커부(1360)의 개략적인 구성을 보인다.
지향성 스피커부(1360)는 제1 음향 메타 구조체(361)와 이의 외부 일측에 배치된 제1 음파 생성기(AT1), 제2 음향 메타 구조체(362)와 이의 외부 일측에 배치된 제1 음파 생성기(AT2), 제3 음향 메타 구조체(363)와 이의 외부 일측에 배치된 제3 음파 생성기(AT3)를 포함한다.
제1 내지 제3 음향 메타 구조체(361)(362)(363)의 출사면(361a)(362a)(353a)은 서로 나란하며, 각각 구면파 형태로 입사된 파의 파면을 서로 다르게 변조하는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제2 음향 메타 구조체(352)는 도 6의 음향 메타 구조체(340)와 동일할 수 있으며, 즉, 중심부에서 가장자리로 갈수록 코일링 정도가 작아지는 배치의 다수의 메타 유닛을 포함할 수 있다. 제1 음향 메타 구조체(361)는 일 방향으로 코일링 정도가 작아지는 배치의 다수의 메타 유닛을 포함할 수 있고, 제3 음향 메타 구조체(363)는 상기 일 방향과 반대 방향을 따라 코일링 정도가 작아지는 배치의 다수의 메타 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9의 지향성 스피커부(1350)(1360)는 출사되는 파가 일 지점을 향해 수렴되거나 또는 소정 범위내의 작은 방사각, 예를 들어 30도 이내의 방사각으로 발산하는 형태를 갖도록 음향 메타 구조체 (351)(352)(353)(361)(362)(363)에 채용되는 메타 유닛의 코일링 형태가 변형될 수도 있다. 또는, 도 8 및 도 8과 동일한 구조의 음향 메타 구조체(351)(352)(353)(361)(362)(363)를 사용하며, 여기에 외부로부터 전기장, 열, 또는 스트레인을 인가하여 그 지향성을 변경할 수도 있다.
도 10은 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 지향성 디스플레이부(1410)의 개략적인 구성을 보인다.
지향성 디스플레이부(1410)은 화상 형성을 위한 광을 제공하는 조명부(411), 조명부(411)로부터의 광을 화상 정보에 따라 변조하는 디스플레이 패널(412), 디스플레이 패널(412)에서 형성된 화상의 지향성을 형성하는 가변 광학 소자(413)를 포함한다.
디스플레이 제어부(1800)는 복수개의 화상 정보에 따라 디스플레이 패널(412)의 화소를 공간 분할하여 구동할 수 있고, 또한, 중앙 제어부(도 1의 1700)으로부터 전송받은 시청자 위치 정보에 따라 가변 광학 소자(413)의 지향성을 미세 조절할 수 있다.
조명부(411)는 복수의 점광원으로 이루어질 수 있으며, 서로 다른 시청 위치에 서로 다른 디스플레이를 형성하기 위해, 복수의 점광원과 디스플레이 패널(412)의 화소들이 분할되어 구동된다. 즉, 제1 시청위치(AU1)를 향하는 디스플레이를 형성하기 위해 복수의 점광원 일부와 디스플레이 패널(412)의 일부 화소가 사용된다. 또한, 제2 시청위치(AU2) 및 제3 시청위치(AU3)를 향하는 디스플레이를 형성하기 위해 나머지 점광원들과 디스플레이 패널(412)의 나머지 화소들이 나누어 사용된다.
도 11은 도 1의 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치(1000)에 채용될 수 있는 지향성 디스플레이부(1420)의 개략적인 구성을 보인다.
지향성 디스플레이부(1420)은 화상 형성을 위한 광을 제공하는 조명부(421), 조명부(421)로부터의 광을 화상 정보에 따라 변조하는 디스플레이 패널(422), 디스플레이 패널(423)에서 형성된 화상의 지향성을 형성하는 가변 광학 소자(423)를 포함한다.
디스플레이 제어부(1800)는 복수개의 화상 정보에 따라 디스플레이 패널(422)의 화소를 시간 분할하여 구동할 수 있고, 시분할 형성된 디스플레이가 각기 해당하는 방향을 향하도록 가변 광학 소자(423)의 지향성을 조절할 수 있다.
즉, 제1 시청위치(AU1)를 향할 디스플레이를 형성하기 위해, 이에 대응하는 화상 정보에 따라 디스플레이 패널(422)의 화소가 시각 t1에 구동되고, 다음 시각 t2 및 그 다음 시각 t3에 각각 제2 시청위치(AU2) 및 제3 시청위치(AU3)를 향할 디스플레이를 형성하기 위해 이에 대응하는 화상 정보에 따라 디스플레이 패널(422)의 화소가 구동된다. 여기에 맞추어, 가변 광학 소자(423)는 t1, t2, t3의 시각에 각각 제1 내지 제3 시청위치(AU1)(AU2)(AU3)를 향한 지향성을 형성하도록 조절된다. 또한, 중앙 제어부(도 1의 1700)으로부터 전송받은 시청자 위치 정보에 따라 가변 광학 소자(423)의 지향성을 미세 조절할 수 있다.
이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1000...시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치
1300, 1310, 1320, 1330, 1340, 1350, 1360...지향성 스피커부
1400, 1410, 1420...지향성 디스플레이부
1500...스피커 제어부 1600...위치 추적 센서
1700...중앙 제어부 1800...디스플레이 제어부
100...메타 유닛 310, 340...음향 메타 구조체
210, 220, 230, 240...제1, 제2, 제3, 제4 메타유닛
321, 331, 351, 361...제1 음향 메타 구조체
322, 332, 352, 362...제2 음향 메타 구조체
323, 333, 353, 363...제3 음향 메타 구조체
300, 400...파이버 스캐닝 3차원 프로젝터
411, 421... 조명부 412, 422...디스플레이 패널
413,423...가변 광학 소자

Claims (25)

  1. 복수의 위치에 서로 다른 영상 정보를 디스플레이하는 지향성 디스플레이부;
    상기 복수의 위치에 서로 다른 청각 정보를 전파하는 지향성 스피커부;
    상기 지향성 디스플레이부에서의 영상 정보와 상기 지향성 스피커부에서의 청각 정보가 각각 상응하는 위치를 향하도록 제어하는 중앙 제어부;를 포함하며,
    상기 지향성 스피커부는
    청각 정보를 담은 음파 또는 초음파를 생성하는 파(wave) 생성기와
    상기 음파 생성기로부터 생성된 파를 일방향으로 콜리메이팅하거나, 30도 이내의 방사각으로 발산시키거나 또는 일지점으로 수렴시키는 지향성을 갖는 음향 메타 구조체를 포함하며,
    상기 음향 메타 구조체는
    상기 파 생성기에서 생성된 파의 파장보다 작은 서브 파장의 형상 치수를 가지며, 상기 파의 진행 경로를 코일 형태로 꼬이게 하는 구조를 갖는 다수의 메타 유닛을 포함하는, 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음파 생성기는 서로 다른 청각 정보에 대응하는 파를 생성하는 제1 음파 생성기와 제2 음파 생성기를 포함하고,
    상기 음향 메타 구조체는 상기 제1 및 제2 음파 생성기에서 형성된 파를 상응하는 방향으로 전파하는 제1 및 제2 음향 메타 구조체를 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    다수의 메타 유닛 각각은
    파가 입사되는 입사부;
    파가 출사되는 출사부;
    상기 입사부와 출사부 사이에 배치되어 입사된 파의 진행 경로를 형성하는 서로 연결된 복수의 채널;을 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입사부에서 상기 출사부까지의 직선 거리는 상기 음파 생성기에서 생성된 파의 파장보다 작은 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 공기(air) 공간을 구획하는 플레이트 구조물로 형성되는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플레이트 구조물은 구리, 알루미늄, 스틸 또는 폴리머로 이루어지는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음향 메타 구조체를 이루는 다수의 메타 유닛은 모두 동일한 구조를 가지는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 메타 유닛은 상기 음파 생성기에서 생성되는 파의 주파수 대역에서 굴절률이 거의 0이 되는 구조를 갖는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 음파 생성기는 상기 음향 메타 구조체의 내부에 배치되는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 음파 생성기에서 생성되는 파는 초음파이고,
    상기 초음파가 상기 음향 메타 구조체를 출사한 후 시청자 또는 그 근처의 물체에 부딪치며 가청 주파수 대역으로 변환되는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 메타 유닛은
    상기 음파 생성기로부터 생성된 파의 진행 경로를 서로 다른 코일 형태로 꼬이게 하는 서로 다른 구조의 메타 유닛을 복수개 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 음향 메타 구조체는 그 중심부에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 변하는 굴절률(graded index) 분포를 갖도록 상기 다수의 메타 유닛의 구조가 정해지는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 음파 생성기는 음향 메타 구조체 외부의 일측에 배치되는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 음파 생성기에서 생성되는 파는 초음파이고,
    상기 초음파가 상기 음향 메타 구조체를 출사한 후 시청자 또는 그 근처의 물체에 부딪치며 가청 주파수 대역으로 변환되는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    시청자의 위치를 감지하는 위치 추적 센서를 더 포함하고,
    상기 중앙 제어부는 상기 위치 추적 센서로부터 시청자 위치 정보를 전송 받는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 중앙 제어부로부터 시청자 위치 정보를 전송 받아 상기 음향 메타 구조체의 지향성을 조절하는 스피커 제어부를 더 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 스피커 제어부는
    상기 음향 메타 구조체의 지향성을 조절하기 위해, 상기 음향 메타 구조체에 전기장, 열 또는 스트레인을 인가하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 지향성 디스플레이부는
    화상 형성을 위한 광을 제공하는 조명부;
    상기 조명부로부터의 광을 화상 정보에 따라 변조하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널에서 형성된 화상의 지향성을 형성하는 가변 광학 소자;를 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    복수개의 화상 정보에 따라 상기 디스플레이 패널의 화소를 공간 분할하여 구동하는 디스플레이 제어부를 더 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 조명부는 복수의 점광원으로 이루어지는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    복수개의 화상 정보에 따라 상기 디스플레이 패널의 화소를 시분할하여 구동하는 디스플레이 제어부를 더 포함하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  24. 제21항 내지 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    시청자의 위치를 감지하는 위치 추적 센서를 더 포함하고,
    상기 중앙 제어부는 상기 위치 추적 센서로부터 시청자 위치 정보를 전송 받는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 디스플레이 제어부는 상기 중앙 제어부로부터 시청자 위치 정보를 전송 받아 상기 가변 광학 소자의 지향성을 조절하는 시각 청각 다중 분할 디스플레이 장치.
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