KR102346624B1 - 착용형 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

착용형 디스플레이 장치의 일 실시예는, 사용자의 안구 전방에 위치하고, 입사되는 광의 경로를 조절하여 상기 안구에 디스플레이되는 허상이 도달하도록 하는 제1프리즘; 상기 제1프리즘과 결합하여 사용자의 안구에 도달하는 실상의 왜곡을 줄이는 제2프리즘; 및 상기 제1프리즘과 상기 제2프리즘 사이에 개재되어 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성을 증가시키는 코팅층;을 포함할 수 있다.

Description

착용형 디스플레이 장치{WEARABLE DISPLAY APPARATUS}

실시예는, 재생되는 영상에 대한 시인성을 증가시킬 수 있는 착용형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

HMD(Head Mounted Display) 등의 착용형 디스플레이 장치는 비행기의 고도, 속도 등의 비행 정보를 조종사가 알 수 있게 하기 위해 탄생한 장치이다. 일반 상업용 제품은 1990년대에 개발되었으며, 1997년 이후로 상용화 제품이 나오면서 많은 주목을 받고 있다.

착용형 디스플레이 장치는 안경처럼 머리에 착용하여 사용자의 눈의 전방에 대형화된 영상이 놓이고, 이를 사용자가 볼 수 있도록 한 장치로서 여기에 사용되는 디스플레이는 1인치 이하의 크기를 가지는 것이 일반적이며 고급 광학 기술이 적용되어 약 100배에 가까운 확대화면을 볼 수 있다.

착용형 디스플레이 장치와 같은 주변기기의 기술 개발 및 상용화로 웨어러블(wearable) 컴퓨팅 산업의 성장도 기대되고 있다. 현재까지의 착용형 디스플레이 장치는 주로 영화나 게임을 즐기기 위해 개발되었지만 최근에는 컴퓨터 시스템의 고성능화, 소형화, LCD, LED 등으로 대표되는 디스플레이 장치 및 영상 통신 기술의 급속한 발전으로 웨어러블 모니터로서의 연구 개발이 이루어지고 있으며 상용화된 제품도 출시되었다.

착용형 디스플레이 장치 시장은 과거 상대적으로 높은 가격으로 인해 시장에서 많은 어려움을 겪었으나 웨어러블 컴퓨터 산업에 편승해 시장이 크게 성장할 것으로 기대된다. 착용형 디스플레이 장치는 산업현장, 자동차, 항공기, 선박 등 대형기기의 정비 현장, 물류 창고 등은 물론 자동차 경주와 같은 스포츠 엔터테인먼트 분야로까지 확장될 것으로 기대된다.

특히, 프로세서 및 소프트웨어 기술의 발전은 컴퓨팅 장치의 소형화를 가능하게 하고 있으며, 착용형 디스플레이 장치는 단순히 영상을 디스플레이해주는 장치에 그치지 않고 스마트폰과 같은 개인용 컴퓨팅 장치로 발전될 것으로 예상되고 있다.

착용형 디스플레이 장치는 사용자가 육안으로 전방의 실제 사물의 이미지 즉, 실상과, 재생되는 가상의 이미지 즉, 허상의 영상을 볼 수 있는 구조이다. 따라서, 허상이 투영되는 부위의 주위가 밝을 경우 허상의 영상은 사용자가 시각적으로 인식할 수 있는 정도 즉, 시인성이 떨어질 수 있다. 반대로 허상이 투영되는 부위의 주위가 어두울 경우에도 시인성이 떨어질 수 있다.

따라서, 실시예는, 재생되는 영상에 대한 시인성을 증가시킬 수 있는 착용형 디스플레이 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

착용형 디스플레이 장치의 일 실시예는, 사용자의 안구 전방에 위치하고, 입사되는 광의 경로를 조절하여 상기 안구에 디스플레이되는 허상이 도달하도록 하는 제1프리즘; 상기 제1프리즘과 결합하여 사용자의 안구에 도달하는 실상의 왜곡을 줄이는 제2프리즘; 및 상기 제1프리즘과 상기 제2프리즘 사이에 개재되어 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성을 증가시키는 코팅층;을 포함할 수 있다.

상기 코팅층은 포토크로믹(photochromic) 재질로 형성되는 것일 수 있다.

상기 코팅층과 상기 제1프리즘 사이에 상기 광의 경로를 상기 안구방향으로 변경하는 반사층이 개재되는 것일 수 있다.

상기 코팅층 및 상기 반사층은 상기 제1프리즘과 상기 제2프리즘이 서로 결합하는 각각의 단부 중 허상을 형성하는 광이 도달하는 경사면 전체 또는 일부에 형성되는 것일 수 있다.

상기 반사층은 상기 제1프리즘의 단부에 형성되고, 상기 코팅층은 상기 제2프리즘의 단부에 형성되는 것일 수 있다.

상기 반사층은 상기 제1프리즘 단부에 형성되는 제1홈에 안착되고, 상기 코팅층은 상기 제2프리즘 단부에 형성되는 제2홈에 안착되는 것일 수 있다.

상기 반사층과 상기 코팅층 사이에는 접착물질이 개재되는 것일 수 있다.

상기 반사층과 상기 코팅층 사이에는 공간부가 형성되는 것일 수 있다.

착용형 디스플레이 장치의 다른 실시예는, 사용자의 안구 전방에 위치하고, 입사되는 광의 경로를 조절하여 상기 안구에 디스플레이되는 허상이 도달하도록 하는 제1프리즘; 상기 제1프리즘과 결합하여 사용자의 안구에 도달하는 실상의 왜곡을 방지하는 제2프리즘; 상기 허상을 형성하는 광의 경로 후방에 위치하는 코팅층; 및 상기 광경로의 전방에 위치하는 반사층;을 포함할 수 있다.

상기 제1프리즘은, 상기 제2프리즘과 접촉하는 부위의 양측에 상기 제2프리즘과 결합을 위해 형성되는 한쌍의 함몰부; 및 상기 함몰부 사이에 형성되고 상기 허상을 형성하는 광이 도달하는 제1경사면;을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제1경사면에는 상기 반사층이 적어도 일부 배치되는 것일 수 있다.

상기 제2프리즘은, 상기 제1프리즘과 접촉하는 부위의 양측에 상기 제1프리즘과 결합을 위해 상기 함몰부와 대응하는 부위에 형성되는 한쌍의 돌출부; 및 상기 돌출부 사이에 형성되고 상기 제1경사면과 대응하는 부위인 제2경사면;을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제2경사면에는 상기 코팅층이 적어도 일부 배치되는 것일 수 있다.

착용형 디스플레이 장치의 또 다른 실시예는, 영상이 재생되는 디스플레이부; 상기 디스플레이부로 광을 전송하거나 상기 디스플레이부로부터 재생된 영상을 형성하는 광을 전송받고, 상기 디스플레이부로부터 전송받는 상기 재생된 영상을 형성하는 광의 경로를 조절하는 빔분사부; 상기 빔분사부로부터 전송받은 영상을 확대하는 렌즈; 상기 렌즈로부터 전송되는 영상을 사용자의 안구에 허상의 형태로 도달시키는 제1프리즘; 상기 제1프리즘과 결합하여 사용자의 안구에 도달하는 실상의 왜곡을 방지하는 제2프리즘; 및 상기 제1프리즘과 상기 제2프리즘 사이에 개재되어 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성을 증가시키는 코팅층;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1프리즘과 상기 코팅층 사이에 개재되고, 상기 허상을 형성하는 광의 경로를 상기 안구방향으로 변경하는 반사층을 더 포함하고, 상기 반사층은 표면적은 상기 코팅층의 표면적과 동일하거나 상기 코팅층의 표면적보다 큰 것일 수 있다.

실시예에 의하면, 허상인 영상을 형성하는 광경로의 전방에 반사층이 배치되고 상기 광경로의 후방에 코팅층이 배치되므로, 반사층이 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성이 증가되는 효과가 있다.

또한, 반사층과 코팅층은 제1프리즘과 제2프리즘의 단부 중 가장자리 부위에 의해 둘러싸인 제1경사면과 제2경사면 각각에 도포되는 방식으로 배치되므로 프리즘의 외부로 노출되지 않는다. 이에 따라, 특히 코팅층의 외부노출로 인한 스크래치의 발생, 파손 등을 현저히 줄일 수 있으므로 코팅층의 내구성이 증가되는 효과가 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 착용형 디스플레이 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 착용형 디스플레이 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 착용형 디스플레이 장치에서 허상을 형성하는 광의 경로를 나타낸 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제1프리즘을 나타낸 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제2프리즘을 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 코팅층과 반사층의 배치를 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9는 다른 실시예에 따른 코팅층과 반사층의 배치를 나타낸 단면도이다.
도 10 및 도 11은 또 다른 실시예에 따른 코팅층과 반사층의 배치를 나타낸 단면도이다.
도 12 및 도 13은 또 다른 실시예에 따른 코팅층과 반사층의 배치를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.

실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.

또한, 도면에서는 직교 좌표계(x, y, z)를 사용할 수 있다. 도면에서 x축과 y축은 광축에 대하여 수직한 평면을 의미하는 것으로 편의상 광축 방향(z축 방향)은 제1방향, x축 방향은 제2방향, y축 방향은 제3방향이라고 지칭할 수 있다.

실시예의 착용형 디스플레이 장치는 인간의 신체 중 안경처럼 착용이 가능하고, 외부의 장치로부터 전송받는 영상을 인간이 장소에 비교적 제한 없이 볼 수 있는 장치이다. 영상을 전송하는 소스가 되는 장치는 스마트폰 기타 모바일 기기 등이 될 수 있으며, 상기 착용형 디스플레이 장치와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

이때, 실시예의 착용형 디스플레이 장치를 착용하기 위해 안경에 탈착식으로 결합하거나, 안경처럼 사용자가 착용할 수 있도록 하는 별도의 착용기구가 결합할 수도 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 착용형 디스플레이 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 착용형 디스플레이 장치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 착용형 디스플레이 장치에서 허상을 형성하는 광의 광경로를 나타낸 평면도이다.

실시예의 착용형 디스플레이 장치는 광원부(10), 도광부(11), 빔분사부(12), 디스플레이부(13), 편광판(14), 렌즈(15), 제1프리즘(16), 제2프리즘(17)을 포함할 수 있다.

또한, 실시예의 착용형 디스플레이 장치는 상기의 각 구성 하나의 묶음으로 결합하기 위해 베이스(18), 커버부재(19), 체결부(22)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예의 착용형 디스플레이 장치는 외부의 장치와 전기적으로 연결하고, 상기 외부의 장치로부터 재생할 영상을 전송받을 수 있도록 인쇄회로기판(20), 커넥터(21)를 포함할 수 있다.

광원부(10)는 인쇄회로기판(20)과 전기적으로 연결되고, 상기 인쇄회로기판(20)을 통해 외부장치로부터 전송받은 재생의 대상인 영상을 최초로 광의 형태로 조사하는 역할을 한다. 광원부(10)는 광을 조사하는 장치로 다양한 것으로 구성할 수 있고, 예를 들어 내구성이 뛰어나고, 발열이 적으며, 크기가 작은 LED를 사용하여 구성할 수 있다.

도광부(11)는 상기 광원부(10)로부터 조사되는 영상을 빔분사부(12)로 향하도록 광경로를 조절하는 역할을 할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 도광부(11)를 중심으로 보면 광원부(10)와 빔분사부(12)는 서로 대략적으로 직각방향으로 위치한다. 따라서, 광원부(10)로부터 조사되는 영상을 형성하는 광이 빔분사부(12)로 향하도록 하기 위해, 도광부(11)는 그 내부의 적절한 위치에 적절한 각도로 구비되는 복수의 격자가 형성될 수 있다.

또한, 상기 도광부(11)는 상기 격자가 형성됨으로 인해 광원부(10)로부터 조사되는 광을 빔분사부(12)에 균일하게 분포시키는 역할을 할 수 있다. 따라서 도광부(11)로부터 균일하게 조사되는 광은 상기 도광부(11)와 인접한 상기 빔분사부(12)의 면에 균일하게 입사될 수 있다.

빔분사부(12)는 상기 도광부(11)로부터 입사되는 광을 상기 디스플레이부(13)에 조사하고, 상기 디스플레이부(13)에서 사용자가 육안으로 구체적으로 볼 수 있도록 재생되는 영상을 다시 받아 렌즈(15)로 조사하는 역할을 할 수 있다.

즉, 상기 빔분사부(12)는 상기 디스플레이부(13)로 광을 전송하거나 상기 디스플레이부(13)로부터 재생된 영상을 형성하는 광을 전송받고, 상기 디스플레이부(13)로부터 전송받는 상기 재생된 영상을 형성하는 광의 경로를 조절할 수 있다.

이러한 광경로를 형성하기 위해 빔분사부(12)는 예를 들어 분극 빔분사기(PBS, Polarizing Beam Splitter)로 형성될 수 있다. 상기 분극 빔분사기는 복수의 격자를 결합하여 형성하고, 각 격자에는 광을 반사 및/또는 회절시킬 수 있는 코팅층(100)을 형성하여 제작할 수 있다.

디스플레이부(13)는 상기 빔분사부(12)로부터 입사되는 광을 사용자가 육안으로 그 형체를 구체적으로 감지할 수 있는 영상으로 재생하는 역할을 한다. 상기 디스플레이부(13)는 예를 들어, 재생된 영상을 다시 빔분사부(12)로 조사하는 반사형 디스플레이가 사용될 수 있다.

이러한 반사형 디스플레이는 예를 들어, Lcos 방식이 있다. Lcos 방식은 반사형 디스플레이로서 입사되는 광을 반사시켜 영상를 재생하는 방식이다. Lcos 방식에서 디스플레이 소자로는 실리콘 기판을 주로 사용하며 소형의 디스플레이 화면에 고해상도의 이미지 표시가 가능하다.

편광판(14)은 상기 디스플레이부(13)로부터 입사되는 영상을 형성하는 광을 편광시키는 역할을 할 수 있다. 편광판(14)은 입사되는 영상을 형성하는 광의 성분 중 p파의 광을 투과시키고, s파를 흡수하는 역할을 할 수 있다.

이때, p파는 광의 입사평면에 수평한 방향으로 진동하는 광파이고, s파는 광의 입사평면에 수직한 방향으로 진동하는 광파이다. 이 경우, 입사평면은 광이 입사하는 매질에서 입사파, 반사파 및 투과파가 형성하는 평면을 말한다.

상기 편광판(14)은 입사하는 광 중 p파의 광만을 투과시키므로 편광판(14)을 투과하여 렌즈(15)로 입사하는 광은 p파 성분만을 가지게 된다. 물론, 반대로 다른 종류의 편광판(14)을 사용하여 편광판(14)을 투과하여 렌즈(15)로 입사하는 광이 s파 성분만을 가지게 할 수도 있다.

이러한 편광판(14)은 입사하는 영상을 형성하는 광이 p파 성분과 s파 성분을 동시에 가짐으로 인해, p파 성분의 광과 s파 성분의 광이 서로 간섭을 일으켜 영상의 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기의 도광부(11)도 상기 편광판(14)과 마찬가지로 편광의 기능을 구비하여, 광원부(10)로부터 입사하는 광을 편광시켜 p파 성분의 광과 s파 성분의 광이 서로 간섭을 일으켜 영상의 화질이 저하되는 것을 방지할 수도 있다.

렌즈(15)는 상기 편광판(14)으로부터 입사하는 영상을 형성하는 광을 전송받아 영상을 확대하는 역할을 할 수 있다. 즉, 편광판(14)으로부터 입사되는 광이 형성하는 영상은 크기가 매우 작아 그 영상을 사용자가 그대로 보기에는 불편하다. 따라서, 렌즈(15)는 이러한 영상을 사용자가 육안으로 보기에 적절한 크기로 확대하는 역할을 한다.

렌즈(15)를 투과하면서 확대된 영상을 형성하는 광은 제1프리즘(16)으로 입사된다. 이때, 렌즈(15)로부터 제1프리즘(16)으로 입사되는 광경로를 적절히 조절하기 위해, 필요한 경우 렌즈(15)의 일부에 굴절부를 형성할 수도 있다. 이러한 굴절부는 예를 들어 렌즈(15)의 다른 부위와 밀도가 다른 매질을 결합함으로써 형성할 수 있다.

제1프리즘(16)은 상기 렌즈(15)로부터 전송되는 영상을 사용자의 안구(E)에 도달시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 렌즈(15)로부터 입사되는 영상을 형성하는 광은 그 경로가 적절하게 조절되어야 한다. 이러한 광경로의 조절은 제1프리즘(16)에서의 전반사 현상을 이용하고, 또한 사용자의 안구(E)에 입사하는 최종의 광경로를 조절하기 위해서는 하기에서 후술되는 반사층(200)을 상기 제1프리즘(16)에 형성할 수도 있다.

이때, 상기 렌즈(15)로부터 제1프리즘(16)을 투과하여 사용자의 안구(E)에 입사되는 영상은 허상이다. 즉, 사용자의 안구(E) 전방에 위치하는 실물의 상을 말하는 실상과 달리, 이러한 영상은 사용자의 안구(E) 전방에 위치하지 않는 디스플레이부(13)에서 재생되는 영상이 상기한 바와 같이 광경로가 조절됨으로 인해, 마치 사용자의 안구(E) 전방에 위치하는 것처럼 사용자가 시각적 인식하는 허상이다.

실시예의 착용형 디스플레이 장치에서 허상을 형성하는 광경로는 도 3에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 먼저, 인쇄회로기판(20)에 전기적으로 연결된 광원부(10)에서 인쇄회로기판(20)을 통해 외부장치로부터 재생의 대상이 되는 영상의 정보를 받아 상기 영상을 담은 광을 도광부(11)로 조사한다. 이때, 광원부(10)로부터 조사되는 광은 RGB신호를 담은 것일 수 있다.

다음으로, 도광부(11)는 광원부(10)로부터 입사되는 광을 그 광경로를 조절하여 빔분사부(12)로 향하도록 한다. 이때, 상기 도광부(11)는 상기 격자가 형성됨으로 인해 광원부(10)로부터 조사되는 광을 빔분사부(12)에 균일하게 분포시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 도광부(11)는 편광의 기능을 구비하여, 광원부(10)로부터 입사하는 광을 편광시켜 p파 성분의 광과 s파 성분의 광이 서로 간섭을 일으켜 영상의 화질이 저하되는 것을 방지할 수도 있다.

다음으로, 빔분사부(12)는 상기 도광부(11)로부터 입사되는 광을 상기 디스플레이부(13)에 조사하여, 상기 디스플레이부(13)가 입사되는 광을 사용자가 육안으로 구체적으로 인식할 수 있는 영상으로 재생할 수 있도록 한다.

다음으로, 디스플레이부(13)는 상기 빔분사부(12)로부터 입사되는 광을 구체적인 영상으로 재생하고, 재생된 영상을 형성하는 광은 다시 빔분사부(12)로 조사된다.

다음으로, 빔분사부(12)는 디스플레이부(13)로부터 입사되는 영상을 형성하는 광을 편광판(14)으로 입사시킨다. 이때, 빔분사부(12)는 상기의 다양한 광경로 조절을 위해 상기한 바와 같이, 분극 빔분사기로 형성될 수 있다.

다음으로 편광판(14)은 상기 빔분사부(12)로부터 입사되는 영상을 형성하는 광을 편광시킨다. 이때, 광은 p파 또는 s파 중 어느 하나의 파만을 투과시키고 나머지 파는 흡수하므로 편광판(14)을 투과한 광은 p파 또는 s파 중 어느 하나의 파만을 가지도록 편광된다. 이는 상기한 바와 같이, p파와 s파 서로 간 간섭으로 인한 영상의 화질저하를 방지하기 위함이다.

다음으로, 렌즈(15)는 상기 편광판(14)으로부터 입사하는 영상을 형성하는 광을 전송받아 사용자가 육안으로 보기에 적절한 크기로 확대하는 역할을 한다. 이때, 상기한 바와 같이, 광경로 조절을 위해 렌즈(15)의 일부에 굴절부가 형성될 수 있고, 굴절부를 투과하는 광은 상기 제1프리즘(16)에 설정된 입사각으로 입사한다.

다음으로, 제1프리즘(16)은 상기 렌즈(15)로부터 전송되는 영상의 광경로를 조절하여 최종적으로 영상을 형성하는 광을 사용자의 안구(E)에 조사하는 역할을 할 수 있다. 이때, 광경로의 조절은 제1프리즘(16)의 전반사 현상, 제1프리즘(16)에 형성되는 반사층(200)을 이용하여 구현할 수 있다.

제2프리즘(17)은 상기 제1프리즘(16)과 결합하여 사용자의 안구(E)에 도달하는 실상의 왜곡을 줄이는 역할을 할 수 있다. 사용자는 제1프리즘(16)을 통해 상기 디스플레이부(13)에서 재생되는 영상인 허상과 함께 사용자의 안구(E) 전방에 실제하는 사물의 실상을 동시에 볼 수 있다.

그러나, 사용자의 안구(E)와 제1프리즘(16)의 단부가 인접하여 있는 경우 제1프리즘(16)의 단부의 형상으로 인해 사용자의 안구(E)에 도달하는 실상은 왜곡될 수 있다. 이는 제1프리즘(16)의 단부 형상으로 인해 실상을 보여주는 광의 굴절, 회절 등이 발생할 수 있기 때문이다.

따라서, 제1프리즘(16)의 단부에 제2프리즘(17)을 결합하여 전체 프리즘을 연장형성하면 제1프리즘(16)의 단부 형상으로 인한 실상의 왜곡현상을 줄일 수 있다.

베이스(18)는 수용공간이 형성되고, 여기에 도광부(11), 빔분사부(12), 디스플레이부(13), 편광판(14), 렌즈(15) 등을 수용하는 역할을 할 수 있다. 베이스(18)는 실시예의 여러 구성요소를 수용하므로 그 형상이 복잡하게 형성될 수 있다. 따라서 베이스(18)는 이러한 복잡한 형상으로 제작될 수 있는 방법 예를 들어, 사출성형 등으로 제작될 수 있다.

커버부재(19)는 상기 베이스(18)의 상부의 적어도 일부를 폐쇄하여 상기 베이스(18)에 수용되는 각 구성요소들이 상기 베이스(18)에 안정적으로 수용될 수 있도록 한다. 또한, 상기 커버부재(19)는 체결부(22)에 의해 상기 베이스(18)와 결합할 수 있다.

또한, 커버부재(19)의 상면에는 돌출부(171)가 형성되어 상기 돌출부(171)에 인쇄회로기판(20)에 형성되는 홈 또는 홀이 결합함으로써 상기 커버부재(19)에 상기 인쇄회로기판(20)의 상부가 결합할 수 있다.

인쇄회로기판(20) 상부와 하부가 상기 베이스(18) 및 상기 커버부재(19)와 결합할 수 있고, 상기 광원부(10) 및 상기 디스플레이부(13)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이로 인해 인쇄회로기판(20)은 광원부(10)에 재생의 대상인 영상신호를 전송할 수 있고, 광원부(10)와 디스플레이부(13)에 필요한 전력을 공급할 수 있다.

한편, 인쇄회로기판(20)은 상부 및 하부에 홈 또는 홀이 형성될 수 있다. 따라서 커버부재(19)의 상면에 형성되는 돌출부(171)와, 베이스(18)의 하부에 형성되는 돌출부(171)에 각각 인쇄회로기판(20)의 상부 및 하부가 결합할 수 있다.

커넥터(21)는 상기 인쇄회로기판(20)과 외부장치를 연결하는 역할을 할 수 있다. 이때, 외부장치는 실시예의 착용형 디스플레이 장치를 제어하는 제어장치, 재생할 영상을 수록하는 저장장치, 스마트폰 등의 모바일 기기와 착용형 디스플레이 장치를 서로 연동시킬 수 있는 통신장치 등으로 구성될 수 있다.

체결부(22)는 커버부재(19)와 베이스(18)를 서로 결합시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 체결부(22)는 상기 커버부재(19)와 상기 베이스(18) 각각에 형성되는 홀 또는 홈에 삽입되어 상기 커버부재(19)와 상기 베이스(18)를 탈착식으로 결합할 수 있는 것이라면 어느 것을 사용해도 무방하다. 예를 들어 볼트, 나사못, 결합핀 등을 체결부(22)로 사용할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 제1프리즘(16)을 나타낸 사시도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 제2프리즘(17)을 나타낸 사시도이다. 상기 제1프리즘(16)은 함몰부(161), 제1경사면(162)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2프리즘(17)은 돌출부(171), 제2경사면(172)을 포함할 수 있다.

제1프리즘(16)에 형성되는 함몰부(161)는 상기 제2프리즘(17)과 접촉하는 부위의 양측에 상기 제2프리즘(17)과 결합을 위해 한 쌍으로 형성될 수 있다. 제2프리즘(17)에는 함몰부(161)와 대응하는 부위에 각각 돌출부(171)가 형성되고, 상기 함몰부(161)에 돌출부(171)가 안착되어 상기 제1프리즘(16)과 상기 제2프리즘(17)은 서로 결합할 수 있다.

제1프리즘(16)과 제2프리즘(17)은 견고히 결합하는 것이 적절하다. 따라서, 상기 돌출부(171)와 함몰부(161)에는 접착물질(300)이 개재되어 제1프리즘(16)과 제2프리즘(17)을 견고히 결합할 수 있다. 또한, 제1프리즘(16)의 제1경사면(162)과 제2프리즘(17)의 제2경사면(172)을 제외한 상기 제1프리즘(16)과 제2프리즘(17)의 단부에도 접착물질(300)이 개재되어 제1프리즘(16)과 제2프리즘(17)을 더욱 견고히 결합할 수도 있다.

제1프리즘(16)에 형성되는 제1경사면(162)은 상기 함몰부(161) 사이에 형성되고 상기 허상을 형성하는 광이 도달하는 부위이다. 또한, 상기 제1경사면(162)에는 상기 반사층(200)이 적어도 일부 배치될 수 있다. 상기 반사층(200)이 형성되는 실시예는 하기에 후술한다.

제2프리즘(17)에 형성되는 돌출부(171)는 상기 제1프리즘(16)과 접촉하는 부위의 양측에 상기 제1프리즘(16)과 결합을 위해 상기 함몰부(161)와 대응하는 부위에 한 쌍으로 각각 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 돌출부(171)는 제1프리즘(16)에 형성되는 함몰부(161)에 안착되어 제1프리즘(16)과 상기 제2프리즘(17)은 서로 결합할 수 있다.

제2프리즘(17)에 형성되는 제2경사면(172)은 상기 돌출부(171) 사이에 형성되고 상기 제1경사면(162)과 대응하는 부위이다. 또한, 상기 제2경사면(172)에는 상기 코팅층(100)이 적어도 일부 배치될 수 있다. 상기 코팅층(100)이 형성되는 실시예는 하기에 후술한다.

도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치를 나타낸 단면도이다.

코팅층(100)은 상기 제1프리즘(16)과 상기 제2프리즘(17) 사이에 개재되어 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성(visibility)을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 코팅층(100)은 주위가 밝을수록 어두워지고, 반대로 주위가 어두울수록 밝아지는 성질을 가질 수 있다. 이러한 성질을 가지는 코팅층(100)은 예를 들어, 포토크로믹(photochromic) 재질로 형성될 수 있다.

따라서, 주위가 밝은 경우 코팅층(100)은 어두워지므로 코팅층(100)에 인접하여 배치되는 반사층(200)에 투영되는 영상은 명도대비로 인해 코팅층(100)이 형성되지 않는 경우에 비해 현저히 시각적으로 용이하게 인식될 수 있으므로 시인성이 현저히 증가될 수 있다.

반대로 주위가 어두운 경우 코팅층(100)은 밝아지므로 코팅층(100)에 인접하여 배치되는 반사층(200)에 투영되는 영상이 전체적으로 어두워 자체로는 시각적 인식이 용이하지 않은 경우에도, 코팅층(100)의 명도 증가로 인해 영상의 시인성이 현저히 증가될 수 있다.

반사층(200)은 상기 코팅층(100)과 상기 제1프리즘(16) 사이에 개재되고 광의 경로를 상기 안구(E)방향으로 변경하는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 렌즈(15)로부터 제1프리즘(16)으로 입사되는 영상을 형성하는 광의 경로를 사용자의 안구(E)방향으로 변경하여 사용자가 육안으로 상기 영상을 볼 수 있도록 한다. 이때, 반사층(200)은 반투명 또는 불투명한 재질로 형성될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 코팅층(100)은 상기 허상을 형성하는 광 즉, 렌즈(15)로부터 제1프리즘(16)에 입사하는 광의 경로의 후방에 위치하고, 반사층(200)은 광경로의 전방에 위치할 수 있다.

이러한 구조로 인해 사용자의 안구(E)로 영상을 보는 경우 코팅층(100)은 항상 반사층(200)의 후방에 위치하고 주위의 밝기에 반비례하여 그 밝기가 변하여, 반사층(200)에 투영되는 영상의 시인성을 증가시키는 역할을 할 수 있다.

일 실시예에 따른 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치는 도 6에 도시된 바와 같이, 재생되는 허상의 영상을 형성하는 광경로의 전방에 반사층(200)이 제1경사면(162)에 도포되는 형태로 배치되고, 상기 광경로의 후방에 코팅층(100)이 제2경사면(172)에 도포되는 형태로 배치되며, 상기 반사층(200) 및 코팅층(100) 사이에 접착물질(300)이 개재되어 반사층(200) 및 코팅층(100)이 서로 결합하도록 구비될 수 있다. 이때, 접착물질(300)은 투명한 재질을 사용하는 것이 적절하다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 반사층(200) 및 코팅층(100) 사이에는 상기 접착물질(300) 기타 다른 물질을 개재시키지 않고, 공간부(400)로 구비될 수도 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에서는 반사층(200)과 코팅층(100)이 각각 제1경사면(162) 및 제2경사면(172) 전체에 배치될 수 있다.

도 8 및 도 9는 다른 실시예에 따른 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치를 나타낸 단면도이다. 다른 실시예에서는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 반사층(200)과 코팅층(100)이 각각 제1경사면(162) 및 제2경사면(172) 일부에 배치될 수 있고, 이때, 반사층(200)의 표면적 및 표면형상과 코팅층(100)의 표면적 및 표면형상은 서로 동일하게 구비될 수 있다.

이때, 반사층(200)의 표면적의 크기 및 형태는 사용자가 불편함이 없이 반사층(200)에 투영되는 영상을 볼 수 있는 범위내에서 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 반사층(200)의 형태는 사각형, 사각형 이외의 다각형, 원형, 타원형 기타의 형태로 구비될 수 있다.

도 10 및 도 11은 또 다른 실시예에 따른 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치를 나타낸 단면도이다. 또 다른 실시예에서는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 반사층(200)의 표면적이 코팅층(100)의 표면적보다 작게 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 코팅층(100)은 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절되어 반사층(200)에 투영되는 영상의 시인성을 증가시키는 역할을 하므로, 반사층(200)의 표면적보다 크게 형성될 수 있다.

반대로, 반사층(200)의 표면적이 코팅층(100)의 표면적보다 작게 형성된다면, 상기한 코팅층(100)의 영상의 시인성을 증가시키는 효과는 반사층(200)의 일부분에 국한될 수밖에 없으므로 코팅층(100)을 배치하는 효과는 그만큼 저하될 수 있다.

따라서, 사용자의 안구(E)가 향하는 방향으로 보았을 때 반사층(200)이 코팅층(100)에 전부 포함되도록 반사층(200)과 코팅층(100)의 표면적, 형상, 배치위치 등이 설계되는 것이 적절하다.

도 12 및 도 13은 또 다른 실시예에 따른 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치를 나타낸 단면도이다. 또 다른 실시예에서는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1경사면(162)의 적어도 일부에 제1홈(16a)이 형성되고, 상기 제1홈(16a)에 반사층(200)이 안착되는 형태로 구비될 수 있다. 또한, 제2경사면(172)의 적어도 일부에 제2홈(17a)이 형성되고, 상기 제2홈(17a)에 코팅층(100)이 안착되는 형태로 구비될 수 있다.

상기에서 도 6 내지 도 13을 참조하여 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치에 대한 각 실시예들을 설명하였다. 또한, 상기한 실시예를 서로 조합한 형태의 코팅층(100)과 반사층(200)의 배치형태를 구현하는 것도 가능하다.

실시예에 의하면, 허상인 영상을 형성하는 광경로의 전방에 반사층(200)이 배치되고 상기 광경로의 후방에 코팅층(100)이 배치되므로, 반사층(200)이 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성이 증가되는 효과가 있다.

또한, 반사층(200)과 코팅층(100)은 제1프리즘(16)과 제2프리즘(17)의 단부 중 가장자리 부위에 의해 둘러싸인 제1경사면(162)과 제2경사면(172) 각각에 도포되는 방식으로 배치되므로 프리즘의 외부로 노출되지 않는다. 이에 따라, 특히 코팅층(100)의 외부노출로 인한 스크래치의 발생, 파손 등을 현저히 줄일 수 있으므로 코팅층(100)의 내구성이 증가되는 효과가 있다.

실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.

10: 광원부
11: 도광부
12: 빔분사부
13: 디스플레이부
14: 편광판
15: 렌즈
16: 제1프리즘
16a: 제1홈
161: 함몰부
162: 제1경사면
17: 제2프리즘
17a: 제2홈
171: 돌출부
172: 제2경사면
18: 베이스
19: 커버부재
20: 인쇄회로기판
21: 커넥터
22: 체결부

Claims (15)

1. 사용자의 안구 전방에 위치하고, 입사되는 광의 경로를 조절하여 상기 안구에 디스플레이되는 허상이 도달하도록 하는 제1프리즘;
   상기 제1프리즘 단부에 형성된 제1홈에 배치되어 상기 허상을 상기 안구로 반사하는 반사층;
   상기 제1프리즘과 결합하여 사용자의 안구에 도달하는 실상의 왜곡을 줄이는 제2프리즘; 및
   상기 반사층과 대향하여 이격되어 상기 제2프리즘 단부에 형성된 제2홈에 개재되어 주위의 밝기에 반비례하여 밝기가 조절됨으로써 상기 허상의 시인성을 증가시키는 코팅층;
   을 포함하고,
   상기 제1프리즘은,
   상기 제2프리즘과 접촉하는 부위의 양측에 상기 제2프리즘과 결합을 위해 형성되는 한 쌍의 함몰부; 및
   상기 함몰부 사이에 형성되고 상기 허상을 형성하는 광이 도달하는 제1경사면을 포함하고,
   상기 제2프리즘은,
   상기 제1프리즘과 접촉하는 부위의 양측에 상기 제1프리즘과 결합을 위해 상기 함몰부와 대응하는 부위에 형성되는 한 쌍의 돌출부; 및
   상기 돌출부 사이에 형성되고 상기 제1경사면과 대응하는 부위인 제2경사면을 포함하고,
   상기 제1홈은 상기 제1경사면에 형성되고,
   상기 제2홈은 상기 제2경사면에 형성되는 착용형 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층은 포토크로믹(photochromic) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 반사층과 상기 코팅층 사이에는 접착물질이 개재되는 것을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 반사층과 상기 코팅층 사이에는 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 장치.
9. 삭제
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13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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