KR102347128B1 - 고시인성 마이크로디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 - Google Patents

고시인성 마이크로디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고시인성 마이크로디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이가 개시된다. 본 발명의 마이크로디스플레이 장치는 주변 환경에 대한 조도를 감지하는 조도 감지부, 자체발광을 하고, 복수의 디스플레이 영역으로 구분되며, 영상을 출력하는 마이크로디스플레이 및 조도 감지부로부터 감지된 조도를 이용하여 마이크로디스플레이에서 출력되는 영상의 휘도를 복수의 디스플레이 영역별로 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

고시인성 마이크로디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이{High visibility microdisplay device and HMD comprising the same}
본 발명은 마이크로디스플레이 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조도 환경에 따라 저하되는 시인성을 향상시키는 고시인성 마이크디스플레이 장치 및 이를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것이다.
증강현실(Augmented Reality, AR), 가상현실(Virtual Reality, VR), 혼합현실(Mixed Reality, MR) 등에 사용되는 마이크로디스플레이(microdisplay)는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display, HMD) 등 상시 착용하며 활용하는 디스플레이이다. 따라서, 마이크로디스플레이는 교육용, 훈련용 등에 활용될 수 있으므로 그 효용가치가 매우 높아질 것으로 전망되고 있다.
한편, 종래의 디스플레이 또는 닫힌 공간에서 활용되는 엔터테인먼트용 마이크로디스플레이와 달리, 개방된 공간에서 활용되는 교육용 또는 훈련용 마이크로디스플레이는 사용 환경이 급변함에 따라 시인성(visibility)이 요구된다. 하지만 시인성을 향상시키기 위해, 무작정 휘도를 높이면 사용자가 시각적으로 피로감을 느낄 수 있고, 사용자의 피로도를 낮추기 위해, 휘도를 낮추면 시인성이 떨어져 정보 전달 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0094732호(2015.08.19.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주변 환경의 조도에 따라 출력되는 영상의 휘도를 조절하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 사용자의 시선에 따라 출력되는 영상의 휘도를 조절하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적이 달성되기 위해, 본 발명에 따른 고시인성 마이크로디스플레이 장치는 주변 환경에 대한 조도를 감지하는 조도 감지부, 자체발광을 하고, 복수의 디스플레이 영역으로 구분되며, 영상을 출력하는 마이크로디스플레이 및 상기 조도 감지부로부터 감지된 조도를 이용하여 상기 마이크로디스플레이에서 출력되는 영상의 휘도를 상기 복수의 디스플레이 영역별로 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 사용자의 눈동자에 대한 움직임을 감지하여 상기 사용자의 시선을 추적하는 시선 추적부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 시선 추적부로부터 추적된 시선을 이용하여 상기 시선에 대한 방향을 산출하고, 상기 산출된 방향에 해당되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 조도 감지부는, 상기 복수의 디스플레이 영역과 대응되는 주변 환경에 대한 조도를 영역별로 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 영역별로 감지된 조도 중 기준 조도보다 높은 조도가 감지되는 경우, 상기 높은 조도에 해당되는 영역과 대응되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 높아지도록 제어하고, 상기 영역별로 감지된 조도 중 기준 조도보다 낮은 조도가 감지되는 경우, 상기 낮은 조도에 해당되는 영역과 대응되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 낮아지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 복수의 디스플레이 영역별로 전원 공급량을 조절하여 상기 영상의 휘도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 복수의 디스플레이 영역별로 서로 다른 구동신호를 각각 전송하여 상기 영상의 휘도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이는 사용자의 머리에 착용되는 본체 및 상기 본체에 설치되고, 조도에 따라 출력되는 영상의 휘도를 조절하는 마이크로디스플레이 장치를 포함하되, 상기 마이크로디스플레이 장치는, 상기 사용자의 주변 환경에 대한 조도를 감지하는 조도 감지부, 자체발광을 하고, 복수의 디스플레이 영역으로 구분되며, 상기 영상을 출력하는 마이크로디스플레이 및 상기 조도 감지부로부터 감지된 조도를 이용하여 상기 마이크로디스플레이에서 출력되는 영상의 휘도를 상기 복수의 디스플레이 영역별로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고시인성 마이크로디스플레이 장치는 주변 환경의 조도를 감지하고, 감지된 조도에 따라 영상의 휘도를 조절하여 조도가 낮은 저하되는 시인성을 향상시키는 동시에 사용자의 시각적 피로감을 해소시킬 수 있다.
또한 사용자의 시선을 추적하고, 추적된 사용자의 시선에 따라 영상의 휘도를 조절하여 사용자가 바라보는 영상의 휘도를 높이고, 바라보지 않는 영상의 휘도를 낮추어 시인성을 향상시키는 동시에 불필요한 전력소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로디스플레이 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 마이크로디스플레이에 대한 영역별 휘도 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 마이크로디스플레이 장치가 포함된 헤드 마운트 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로디스플레이 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 마이크로디스플레이 장치(100)는 조도 환경에 따라 출력되는 영상의 휘도를 조절하여 시인성을 향상시키고, 불필요한 전력소모를 줄일 수 있다. 마이크로디스플레이 장치(100)는 조도 감지부(20), 제어부(40) 및 마이크로디스플레이(60)를 포함하고, 통신부(10), 시선 추적부(30), 드라이버IC(50), 저장부(70) 및 전원부(80)를 더 포함한다.
통신부(10)는 외부와의 통신을 수행한다. 통신부(10)는 이미지, 비디오 등의 영상 데이터를 수신한다. 통신부(10)는 근거리 통신 또는 중장거리 통신을 수행할 할 수 있다.
조도 감지부(20)는 주변 환경에 대한 조도를 감지한다. 조도 감지부(20)는 조도를 영역별로 감지할 수 있다. 이를 위해, 조도 감지부(20)는 조도를 감지하는 카메라 또는 조도 센서를 포함한다. 바람직하게는, 조도 감지부(20)는 후술되는 마이크로디스플레이(60)의 디스플레이 영역과 대응되는 주변 환경에 대한 조도를 영역별로 감지할 수 있다.
시선 추적부(30)는 사용자의 시선을 추적한다. 시선 추적부(30)는 사용자의 눈동자에 대한 움직임을 감지하여 사용자의 시선을 추적할 수 있다. 상세하게는, 시선 추적부(30)는 센싱부(미도시) 및 이미지 프로세싱부(미도시)를 수행한다. 센싱부는 카메라 또는 적외선 LED(light emitting diode)를 포함한다. 센싱부는 카메라 또는 적외선 LED를 이용하여 사용자의 눈을 감지한다. 이미지 프로세싱부는 센싱부에서 감지된 데이터를 기초로 눈동자의 움직임을 검출하고, 검출된 눈동자 움직임을 이용하여 시선 방향을 검출한다.
제어부(40)는 조도 감지부(20)로부터 감지된 조도를 이용하여 마이크로디스플레이(60)의 휘도를 제어한다. 이 때, 제어부(40)는 마이크로디스플레이(60)를 디스플레이 영역별로 제어할 수 있다.
상세하게는, 제어부(40)는 조도 감지부(20)로부터 영역별로 감지된 조도 중 기준 조도보다 높은 조도가 감지되는 경우, 높은 조도에 해당되는 영역과 대응되는 마이크로디스플레이(60)의 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 높아지도록 제어한다. 제어부(40)는 조도 감지부(20)로부터 영역별로 감지된 조도 중 기준 조도보다 낮은 조도가 감지되는 경우, 낮은 조도에 해당되는 영역과 대응되는 마이크로디스플레이(60)의 디스플레이 영역에 대한 휘도가 낮아지도록 제어한다.
이를 통해, 제어부(40)는 조도가 높아지면서 발생되는 시인성 저하 현상을 방지하는 동시에, 디스플레이 영역별로 영상의 휘도를 조절함에 따라 사용자의 시각적 피로감을 해소시킬 수 있다.
제어부(40)는 시선 추적부(30)로부터 감지된 사용자 시선을 이용하여 마이크로디스플레이(60)의 휘도를 제어한다. 이 때, 제어부(40)는 마이크로디스플레이(60)를 디스플레이 영역별로 제어할 수 있다.
상세하게는, 제어부(40)는 사용자의 시선에 대한 방향을 산출하고, 산출된 방향에 해당되는 마이크로디스플레이(60)의 디스플레이 영역에 대한 휘도를 제어한다. 즉, 제어부(40)는 시선 방향에 해당되는 디스플레이 영역의 휘도를 높아지도록 제어한다. 이 때, 제어부(40)는 시선 방향이 아닌 디스플레이 영역의 휘도는 낮춰지게 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(40)는 시인성을 높이는 동시에 불필요한 전력소비를 줄일 수 있다.
드라이버IC(50)는 마이크로디스플레이(60)를 구동시키기 위한 전원을 제어한다. 드라이버IC(50)는 제어부(40) 및 마이크로디스플레이(60) 사이에 구비된다.
마이크로디스플레이(60)는 자체발광을 하고, 화면 크기가 매우 작은(micro) 소형 디스플레이이다. 즉, 마이크로디스플레이(60)는 자체발광형(emissive)이다. 마이크로디스플레이(60)는 전체화면이 복수의 디스플레이 영역으로 구분된다. 이 때, 마이크로디스플레이(60)는 다양한 형상으로 디스플레이 영역이 구분될 수 있으며, 각 디스플레이 영역은 제어부(40)에 의해 각각 제어된다.
저장부(70)는 마이크로디스플레이(60)에서 출력되는 영상 데이터가 저장된다. 여기서, 영상 데이터는 통신부(10)로부터 수신된 데이터일 수 있다. 저장부(70)는 조도 감지부(20)로부터 감지된 조도 정보가 저장된다. 저장부(70)는 조도 정보에 포함된 조도가 높은지 낮은지를 판단하는 기준이 되는 기준 조도가 저장된다. 또한 저장부(70)는 시선 추적부(30)로부터 추적된 사용자의 시선 정보가 저장된다. 저장부(70)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등) 등과 같은 저장매체를 포함할 수 있다.
전원부(80)는 각 구성들에 전원을 공급한다. 전원부(80)는 배터리 형태로 구비되며, 1차 전지 또는 2차 전지일 수 있다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 마이크로디스플레이에 대한 영역별 휘도 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 마이크로디스플레이(60)는 복수의 디스플레이 영역(61,62, 63, 64, 65, 66)으로 구분된다. 이 때, 마이크로디스플레이(60)는 각 디스플레이 영역별로 제어부(40)의 제어에 따라 휘도가 조절될 수 있다. 마이크로디스플레이(60)는 각 디스플레이 영역별로 휘도 제어가 되기 위해, 제1 실시예 및 제2 실시예를 가질 수 있다.
제1 실시예는 마이크로디스플레이(60)에 공급되는 전원 공급량을 조절하여 휘도를 조절하는 예이다. 이를 위해, 복수의 디스플레이 영역(61, 62, 63, 64, 65, 66)은 +단(p)과 단(m)이 개별적으로 연결된다. 즉, 제1 디스플레이 영역(61)은 +단(p1)과 단(m1)이 연결되고, 제2 디스플레이 영역(62)은 +단(p2)과 단(m2)이 연결되며, 제3 디스플레이 영역(63)은 +단(p3)과 단(m3)이 연결되고, 제4 디스플레이 영역(64)은 +단(p4)과 단(m4)이 연결되며, 제5 디스플레이 영역(65)은 +단(p5)과 단(m5)이 연결되고, 제6 디스플레이 영역(66)은 +단(p6)과 단(m6)이 연결된다. 여기서, 복수의 디스플레이 영역(61, 62, 63, 64, 65, 66)은 일단에 +단과 단을 연결할 수 도 있고, 일단과 타단에 각각 +단과 단을 연결할 수 있다.
제2 실시예는 마이크로디스플레이(60)에 전송되는 구동신호에 따라 휘도를 조절하는 예이다. 여기서, 구동신호는 각 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 포함된다. 이를 위해, 복수의 디스플레이 영역(61, 62, 63, 64, 65, 66)은 서로 다른 구동신호(s)가 개별적으로 전송된다. 즉, 제1 디스플레이 영역(61)은 구동신호(s1)가 전송되고, 제2 디스플레이 영역(62)은 구동신호(s2)가 전송되며, 제3 디스플레이 영역(63)은 구동신호(s3)가 전송되고, 제4 디스플레이 영역(64)은 구동신호(s4)가 전송되며, 제5 디스플레이 영역(65)은 구동신호(s5)가 전송되고, 제6 디스플레이 영역(66)은 구동신호(s6)가 전송된다.
한편, 제1 실시예 및 제2 실시예에서 마이크로디스플레이(60)를 제1 디스플레이 영역 내지 제6 디스플레이 영역(61, 62, 63, 64, 65, 66)으로 구분하였지만 이에 한정하지 않고, 마이크로디스플레이(60)를 다양한 형상 및 복수의 영역으로 구분할 수 있다.
도 5는 도 1의 마이크로디스플레이 장치가 포함된 헤드 마운트 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 헤드 마운트 디스플레이(300)는 헤드 마운트 디스플레이(300)는 본체(200) 및 마이크로디스플레이 장치(100)를 포함한다.
본체(200)는 사용자의 머리에 착용되는 프레임으로써, 밴드형, 안경형, 헬멧형 등의 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 밴드형에 대해 개시한다. 본체(200)는 몸통부(210), 트랜스페어런트 스크린(transparent transmission screen)(220), 몸통부(220) 및 광가이드(230)를 포함한다.
몸통부(210)는 사용자의 머리에 고정되어 착용이 되도록 형성된다. 몸통부(210)는 밴드로 이루어질 수 있으며, 사용자의 머리 형상 및 크기에 따라 밴드 조절이 가능하다.
트랜스페어런트 스크린(220)은 몸통부(210) 중 사용자의 눈과 대향하는 위치에 배치되고, 하나 또는 두 개를 포함한다. 여기서, 트랜스페어런트 스크린(220)이 하나인 경우, 사용자의 눈 중 하나의 눈과 대향하는 하는 위치에 트랜스페어런트 스크린(220)이 배치되고, 나머지 눈과 대향하는 위치에 투명부재가 배치될 수 있다. 한편, 트랜스페어런트 스크린(220)은 마이크로디스플레이(60)로부터 출력되는 영상을 확대하여 출력을 한다.
광가이드(230)는 몸통부(210)의 내부에 포함되고, 트랜스페어런트 스크린(220)과 마이크로디스플레이(60) 사이를 연결한다. 즉, 광가이드(230)는 마이크로디스플레이(60)에서 출력되는 영상을 전달한다.
마이크로디스플레이 장치(100)는 조도 감지부(20), 제어부(40) 및 마이크로디스플레이(60)를 포함하고, 통신부(10), 시선 추적부(30), 드라이버IC(50), 저장부(70) 및 전원부(80)를 더 포함한다.
조도 감지부(20)는 트랜스페어런트 스크린(220)과 인접한 위치에 설치되고, 바람직하게는 몸통부(220)의 외주면에 설치될 수 있다. 이를 통해, 조도 감지부(20)는 현재 사용자가 위치한 주변 환경의 조도를 정확하게 감지할 뿐만 아니라 사용자의 시선에서의 조도를 확인할 수 있다.
시선 추적부(30)는 트랜스페어런트 스크린(220)과 인접한 위치에 설치되고, 바람직하게는 몸통부(220)의 내주면에 설치될 수 있다. 이를 통해, 시선 추적부(30)는 사용자의 눈동자에 대한 움직임을 정확하게 감지할 수 있다.
제어부(40), 드라이버IC(50) 및 마이크로디스플레이(60)는 몸통부(220)에 설치되고, 바람직하게는 몸통부(220)의 후면에 설치될 수 있다. 여기서, 제어부(40), 드라이버IC(50) 및 마이크로디스플레이(60)가 몸통부(220)의 후면에 설치됨으로써, 헤드 마운트 디스플레이(300)의 무게중심이 몸통부(220)의 전면으로 기울어지는 현상이 방지할 수 있다. 하지만 이에 한정하지 않고, 제어부(40), 드라이버IC(50) 및 마이크로디스플레이(60)의 위치를 사용자의 편의에 맞춰 변경이 가능하다.
통신부(10), 저장부(70) 및 전원부(80)는 몸통부(210)의 외주면에 설치된다. 이를 통해, 사용자가 헤드 마운트 디스플레이(300)를 착용하였을 때, 불편함을 느끼지 않도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 통신부
20: 조도 감지부
30: 시선 추적부
40: 제어부
50: 드라이버IC
60: 마이크로디스플레이
61: 제1 디스플레이 영역
62: 제2 디스플레이 영역
63: 제3 디스플레이 영역
64: 제4 디스플레이 영역
65: 제5 디스플레이 영역
66: 제6 디스플레이 영역
70: 저장부
80: 전원부
100: 마이크로디스플레이 장치
200: 본체
210: 몸통부
220: 트랜스페어런트 스크린
230: 광가이드
300: 헤드 마운트 디스플레이

Claims (8)

  1. 주변 환경에 대한 조도를 감지하는 조도 감지부;
    자체발광을 하고, 복수의 디스플레이 영역으로 구분되며, 영상을 출력하는 마이크로디스플레이;
    사용자의 눈동자에 대한 움직임을 감지하여 상기 사용자의 시선을 추적하는 시선 추적부; 및
    상기 조도 감지부로부터 감지된 조도를 이용하여 상기 마이크로디스플레이에서 출력되는 영상의 휘도를 상기 복수의 디스플레이 영역별로 제어하고,
    상기 시선 추적부로부터 추적된 시선을 이용하여 상기 시선에 대한 방향을 산출하고, 상기 산출된 방향에 해당되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 높아지도록 하면서 상기 방향이 아닌 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 낮아지도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조도 감지부는,
    상기 복수의 디스플레이 영역과 대응되는 주변 환경에 대한 조도를 영역별로 감지하는 것을 특징으로 하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 영역별로 감지된 조도 중 기준 조도보다 높은 조도가 감지되는 경우, 상기 높은 조도에 해당되는 영역과 대응되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 높아지도록 제어하고,
    상기 영역별로 감지된 조도 중 기준 조도보다 낮은 조도가 감지되는 경우, 상기 낮은 조도에 해당되는 영역과 대응되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 낮아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 디스플레이 영역별로 전원 공급량을 조절하여 상기 영상의 휘도를 조절하는 것을 특징으로 하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 디스플레이 영역별로 서로 다른 구동신호를 각각 전송하여 상기 영상의 휘도를 조절하는 것을 특징으로 하는 고시인성 마이크로디스플레이 장치.
  8. 사용자의 머리에 착용되는 본체; 및
    상기 본체에 설치되고, 조도에 따라 출력되는 영상의 휘도를 조절하는 마이크로디스플레이 장치;를 포함하되,
    상기 마이크로디스플레이 장치는,
    상기 사용자의 주변 환경에 대한 조도를 감지하는 조도 감지부;
    자체발광을 하고, 복수의 디스플레이 영역으로 구분되며, 상기 영상을 출력하는 마이크로디스플레이;
    사용자의 눈동자에 대한 움직임을 감지하여 상기 사용자의 시선을 추적하는 시선 추적부; 및
    상기 조도 감지부로부터 감지된 조도를 이용하여 상기 마이크로디스플레이에서 출력되는 영상의 휘도를 상기 복수의 디스플레이 영역별로 제어하고,
    상기 시선 추적부로부터 추적된 시선을 이용하여 상기 시선에 대한 방향을 산출하고, 상기 산출된 방향에 해당되는 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 높아지도록 하면서 상기 방향이 아닌 디스플레이 영역에서 출력되는 영상의 휘도가 낮아지도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이.
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