KR20160120602A - 신체 착용 가능한 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20160120602A KR1020150049883A KR20150049883A KR20160120602A KR 20160120602 A KR20160120602 A KR 20160120602A KR 1020150049883 A KR1020150049883 A KR 1020150049883A KR 20150049883 A KR20150049883 A KR 20150049883A KR 20160120602 A KR20160120602 A KR 20160120602A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 신체 착용 가능한 디스플레이 장치는, 프런트 케이스; 상기 프런트 케이스의 배면에 안착되는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 영상 출력면 전방에 배치되어, 상기 디스플레이 패널의 비발광 영역의 공간 주파수를 낮추도록 헤이즈가 구현된 공간 필터; 상기 공간 필터로부터 소정 거리 이격되는 위치에 놓이는 렌즈 어셈블리; 상기 프런트 케이스의 후방에 결합되어, 상기 디스플레이 패널 및 상기 렌즈 어셈블리를 덮어서 보호하는 리어 케이스를 포함할 수 있다.

Description

신체 착용 가능한 디스플레이 장치{Wearable Display apparatus}
본 발명은 사용자의 안면부에 장착 가능한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
지금까지는 시청자에게 현실감을 제공하기 위하여, 입체감을 강조한 3D 티브이(3-Dimensional TV)가 보편화되어 왔다. 그러나, 3D 티브이의 경우, 몰입도가 낮은 입체감으로 인하여 시청자들의 욕구를 만족시키는데 한계가 있다.
그리고, 현실감을 높이기 위하여 다양한 종류의 헤드마운트 디스플레이(Head Mounted Display : HMD)가 개발되어 왔지만, 이들은 영화 또는 동영상 감상용으로 활용되는데 그치고 있었다.
최근에는 높은 시야각(Field Of View :FOV)으로 설계된 광학 렌즈에 9축 센서를 통한 헤드 트랙킹(head tracking) 기술 및 외부 카메라를 통한 포지션 트랙킹(position tracking) 기술 등을 접목시켜 몰입감을 더 높이고, 실제로 화면 내에 사용자가 존재하는 듯한 현실감을 제공하는 가상현실 디스플레이 장치(Virtual Reality Display : VRD)가 주목받고 있다.
이러한 가상현실 장치는 디스플레이 패널이 일체로 구비되는 헤드마운트 이스플레이 타입과, 미국공개특허공보 제2010-0079356호에 개시된 바와 같이 사용자가 소유하고 있는 모바일 기기를 전면에 장착하여 영상을 시청하는 모바일 타입으로 대별될 수 있다.
일반적으로, 디스플레이 패널은 빛을 내는 발광 영역(active area)과, 상기 발광 영역을 구동하기 위한 회로 신호선들이 지나가는 비발광 영역(black matrix area)으로 구분된다. 이 중, 비발광 영역은 디스플레이 구동을 위해서 반드시 필요한 부분으로서, 일정 면적이 필요하다. 따라서, 동일 크기의 디스플레이 패널에서 해상도를 높이기 위해서는, 비발광 영역은 고정된 상태에서 발광 영역은 감소한다. 그 결과, 비발광 영역이 차지하는 비율이 증가하여, 디스플레이 전체 면적 대비 발광 영역이 차지하는 비율을 나타내는 필팩터(fill factor)는 감소하게 된다.
특히, 가상현실 장치는 높은 해상도의 디스플레이 패널 전면에 높은 시야각으로 설계된 광학 렌즈를 통하여 화면을 확대하여 시청하도록 하는 장치이다. 따라서, 가상현실 장치를 통하지 않고 디스플레이 패널을 시청할 때에는 인지되지 않았던 상기 비발광 영역이 인지되고, 디스플레이 패널 구조에 따라서 일정한 격자 패턴 형태로 사용자에게 인식되는 문제가 발생한다.
미국공개특허공보 제2010/0079356호(2010년4월1일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안되었다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 신체 착용 가능한 디스플레이 장치는, 프런트 케이스; 상기 프런트 케이스의 배면에 안착되는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 영상 출력면 전방에 배치되어, 상기 디스플레이 패널의 비발광 영역의 공간 주파수를 낮추도록 헤이즈가 구현된 공간 필터; 상기 공간 필터로부터 소정 거리 이격되는 위치에 놓이는 렌즈 어셈블리; 상기 프런트 케이스의 후방에 결합되어, 상기 디스플레이 패널 및 상기 렌즈 어셈블리를 덮어서 보호하는 리어 케이스를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
상세히, 디스플레이 패널 전방에 헤이즈(haze)를 가지는 필름이나 글래스로 이루어지는 공간 필터(spatial filter)가 놓이도록 함으로써, 비발광 영역의 공간 주파수(spatial frequency)를 낮추는 방향으로 최적화하는 것을 통해 격자감을 개선할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기 공간 필터가 장착됨으로써, 격자 패턴 인식 정도를 최소화함과 동시에, 화면의 해상도(resolution)나 영상의 선명도(sharpness) 저하 및 블러(blur)로 인한 번짐 현상과 같은 부작용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신체 착용 가능한 디스플레이 장치의 전면 사시도.
도 2는 상기 디스플레이 장치의 배면 사시도.
도 3은 상기 디스플레이 장치의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 IV-IV를 따라 절개되는 횡단면도.
도 5 및 도 6은 디스플레이 패널의 전방에 공간 필터를 장착하는 또다른 실시예를 보여주는 사시도 및 횡단면도.
도 7 및 도 8은 디스플레이 패널의 전방에 공간 필터를 장착하는 더 다른 실시예를 보여주는 사시도 및 횡단면도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 신체 착용 가능한 디스플레이 장치에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신체 착용 가능한 디스플레이 장치의 전면 사시도이고, 도 2는 상기 디스플레이 장치의 배면 사시도이며, 도 3은 상기 디스플레이 장치의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 IV-IV를 따라 절개되는 횡단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신체 착용 가능한 디스플레이 장치(10)는, 프런트 케이스(11)와, 상기 프런트 케이스(11)의 배면에 결합되어, 상기 디스플레이 장치(10)의 외형을 이루는 리어 케이스(17)와, 배면이 상기 프런트 케이스(11)의 내부에 안착되는 디스플레이 패널(12) 및 제어부(18)와, 영상 또는 이미지가 출력되는 상기 디스플레이 패널(12)의 전면에 부착되어 격자감을 최소화하는 공간 필터(spatial filter)(13)와, 상기 프런트 케이스(11)와 리어 케이스(17)에 의하여 형성되는 내부 공간에 세워지는 렌즈 지지판(15)과, 상기 렌즈 지지판(15)에 장착되는 한 쌍의 렌즈 어셈블리(16)와, 상기 렌즈 지지판(15)이 상기 디스플레이 패널(12)로부터 소정 거리 이격되도록 하는 이격 부재(14)를 포함할 수 있다.
상세히, 상기 프런트 케이스(11)는, 도시된 바와 같이, 전면부의 가장자리에서 후방으로 절고되는 네 개의 측면부를 포함할 수 있다. 상기 전면부와 측면부에 의하여 소정의 공간이 형성되고, 상기 공간에 상기 디스플레이 패널(12)이 안착된다. 구체적으로, 상기 전면부의 배면에는 상기 디스플레이 패널(12)의 배면이 안착되기 위한 안착부가 단차지게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 전면부의 배면과 상기 디스플레이 패널(12)의 배면 사이에 상기 디스플레이 패널(12)의 구동을 제어하는 제어부(18)가 장착될 수 있다. 상기 제어부(18)에 의하여 상기 디스플레이 패널(12)을 통하여 이미지 또는 영상이 출력되도록 한다.
또한, 상기 디스플레이 패널(12)의 전면, 즉 영상 또는 이미지가 출력되는 면에는 상기 공간 필터(13)가 부착된다. 상기 공간 필터(13)는 점착제에 의하여 상기 디스플레이 패널(12)의 전면에 부착될 수 있다. 그리고, 상기 공간 필터(13)의 전체 면에 점착제가 도포되어 상기 디스플레이 패널(12)에 부착될 수도 있으며, 모서리 부위에만 점착제가 도포되어 일부만이 상기 디스플레이 패널(12)에 부착될 수도 있다.
또한, 상기 프런트 케이스(11)의 배면 좌측과 우측 가장자리에는 상기 이격 부재(14)가 세워진다. 상기 이격 부재(14)가 장착됨으로써, 상기 렌즈 어셈블리(16)와 상기 디스플레이 패널(12)이 상기 이격 부재(14)의 전후 방향 폭에 대응하는 거리만큼 이격되고, 상기 디스플레이 패널(12)에서 출력되는 이미지 또는 영상이 상기 렌즈 어셈블리(16)를 통과하여 사용자의 망막에 맺힌다.
여기서, 상기 이격 부재(14)의 전단부는 상기 디스플레이 패널(12)의 전면 좌측과 우측 가장자리를 가압하여, 상기 디스플레이 패널(12)이 상기 프런트 케이스(11)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 이격 부재(14)의 후단부에는 상기 렌즈 지지판(15)이 밀착된다.
상기 렌즈 지지판(15)에는 한 쌍의 렌즈 장착홀(151)이 좌측과 우측에 형성되고, 상기 렌즈 장착홀(151)에 상기 렌즈 어셈블리(16)가 장착된다. 그리고, 상기 렌즈 지지판(15)의 중앙부 하측에는 사용자의 콧등에 밀착되는 코지지부(152)가 돌출 형성되어, 상기 디스플레이 장치(10)의 하중이 사용자의 코에 의하여 지지되도록 할 수 있다.
상기 렌즈 어셈블리(16)는, 경통(161)과, 상기 경통(161) 내부 후단에 장착되는 렌즈(162)와, 상기 경통(161) 전단부를 덮는 커버(163)를 포함할 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(16)는 상기 디스플레이 장치(10)의 외주면 일측에 구비되는 조작부를 조작하여, 사용자의 눈에 영상이 선명하게 맺히도록, 초점 조절이 가능하다. 그리고, 상기 렌즈(162)로서 볼록 렌즈가 사용되어, 상기 디스플레이 패널(12)에서 출력되는 이미지 또는 영상이 확대되어 사용자의 망막에 맺히도록 한다.
상기 리어 케이스(17)의 전단부는 상기 프런트 케이스(11)의 후단에 밀착 결합되면서 상기 렌즈 지지판(15)의 가장자리를 가압하여, 상기 렌즈 지지판(15)이 전방 또는 후방으로 기울어지는 것을 방지한다. 그리고, 상기 리어 케이스(17)의 좌측면과 우측면에는 사용자의 귀에 걸리도록 하는 걸이부가 형성되거나, 사용자의 머리에 둘러지도록 하는 밴드가 연결될 수 있다.
한편, 상기 공간 필터(13)는, 헤이즈(haze)를 가지는 필름 시트(film sheet) 또는 얇은 글라스 플레이트(glass plate)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 공간 필터(13)의 전면 또는 후면에는 빛을 난반사시키는 확산 입자가 규칙적 또는 불규칙적으로 형성된다. 상기 디스플레이 패널(12)로부터 출력되는 빛 또는 영상은 상기 공간 필터(13)를 통과하는 과정에서 상기 확산 입자에 부딪혀서 난반사되어, 상기 디스플레이 패널(12)에 형성되는 격자 형태의 비발광 영역의 경계선이 흐려진다. 그러면, 사용자는 상기 디스플레이 패널(12)에 형성된 비발광 영역을 인식하지 못하게 되어 격자감이 해소될 수 있다.
상세히, 상기 공간 필터(13)는 피이티(PET), 피씨(PC), 피엠엠에이(PMMA), 피아이(PI), 글래스(glass)와 같은 투명 재질의 베이스 필름과, 상기 베이스 필름 위에 광학 설계 조건에 맞춰서 형성되는 확산 입자를 포함할 수 있다. 빛을 난반사 시키는 상기 확산 입자는 베이스 필름 상에 불균일하게 도포된 후 UV 경화 또는 열경화 과정을 거쳐 코팅되는 반구형 비즈(semi-spherical beads), 또는 균일하게 코팅되는 다각뿔 형태의 프리즘 또는 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비즈의 입자 크기는 수 마이크로미터 단위 이하가 좋다. 구체적으로, 상기 디스플레이 패널(12)의 비발광 영역의 폭이 15마이크로미터 정도이기 때문에, 상기 비즈 입자의 크기는 15마이크로미터 이하가 좋고, 바람직하게는 100나노미터 내지 10마이크로미터 사이가 좋다.
일반 디스플레이 장치에서는 수십 마이크로 단위의 입자를 사용하지만, 사용자의 안면에 착용하고 광학 렌즈에 의하여 확대된 영상 또는 이미지를 시청하는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 동일하게 사용될 경우, 블러(blur)가 심해져서 패널의 해상도가 저하될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 입자 직경은 1 ~ 15마이크로미터 범위가 좋고, 바람직하게는 직경이 약 10마이크로미터가 좋다.
한편, 상기 공간 필터(13)의 표면에 확산 입자를 형성시키는 다른 방법으로 매트(matte) 처리 방법이 있다. 즉, 베이스 필름 자체에 미세한 스크래치 또는 요철을 형성시켜서 표면 거칠기를 주어 헤이즈(haze)를 구현하는 방법이다.
그리고, 비발광 영역의 격자감을 최소화함과 동시에, 상기 디스플레이 패널(12)로부터 출력되는 영상의 선명도를 유지하기 위해서는 헤이즈는 50%이하로 유지되도록 하고, 바람직하는 10 내지 30 % 범위 내가 좋다. 그리고, 광투과율은 85% 이상이 되도록 하는 것이 좋다.
이와 같이, 표면이 매트 처리되거나, 확산 입자가 코팅 처리되도록 하여 소정의 헤이즈를 가지는 공간 필터(13)가 디스플레이 패널(12)의 전방에 배치되면, 상기 디스플레이 패널(12)의 비발광 영역의 공간 주파수(spatial frequency)를 낮추어 줌으로써 해상도 저하, 영상의 선명도 저하, 및 블러로 인한 번짐 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
도 5 및 도 6은 디스플레이 패널의 전방에 공간 필터를 장착하는 또다른 실시예를 보여주는 사시도 및 횡단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 상기 공간 필터(13)를 상기 디스플레이 패널(12)의 전면에 부착하지 않고, 상기 디스플레이 패널(12)과 상기 공간 필터(13)가 소정 간격 이격되도록 배치할 수 있다.
이를 위해서는 상기 공간 필터(13)의 양 쪽 가장자리에서 연장단(131)이 연장되도록 하고, 상기 이격 부재(14)에는 상기 연장단(131)이 삽입되기 위한 지지 슬릿(141)이 형성되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 지지 슬릿(141)은 상기 이격 부재(14)의 전단부로부터 소정 거리 이격되는 지점에 형성되도록 한다. 그러면, 상기 연장단(131)이 상기 지지 슬릿(141)에 삽입되어 상기 이격 부재(14)에 고정되면, 상기 공간 필터(13)는 상기 디스플레이 패널(12)의 전면으로부터 이격된다.
도 7 및 도 8은 디스플레이 패널의 전방에 공간 필터를 장착하는 더 다른 실시예를 보여주는 사시도 및 횡단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 공간 필터(13)의 양 쪽 가장자리에서 연장단(131)이 연장되도록 하는 것은 상기 도 5 및 도 6에서 제시된 실시예와 동일하다. 그러나, 상기 연장단(131)에 걸림 홀(132)이 더 형성되도록 하고, 상기 이격 부재(14)의 내측 면에는 지지 슬릿 대신 걸이 후크(142)가 돌출될 수 있다. 상세히, 상기 걸이 후크(142)는 L 형태로 절곡되고, 절곡되는 부분이 상기 걸림홀(132)에 삽입되어, 상기 공간 필터(13)가 상기 걸이 후크(142)에 의하여 지지되도록 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 프런트 케이스;
    상기 프런트 케이스의 배면에 안착되는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 영상 출력면 전방에 배치되어, 상기 디스플레이 패널의 비발광 영역의 공간 주파수를 낮추도록 헤이즈가 구현된 공간 필터;
    상기 공간 필터로부터 소정 거리 이격되는 위치에 놓이는 렌즈 어셈블리;
    상기 프런트 케이스의 후방에 결합되어, 상기 디스플레이 패널 및 상기 렌즈 어셈블리를 덮어서 보호하는 리어 케이스를 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 필터는,
    베이스 필름과,
    상기 베이스 필름의 표면에 코팅되는 확산 입자를 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 필름은 피이티, 피씨, 피엠엠에이, 피아이 및 글래스 중 어느 하나를 포함하는 투명 시트인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 확산 입자는, 상기 베이스 필름의 표면에 불균일하게 도포 및 코팅되는 다수의 비즈(beads) 입자를 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비즈 입자의 크기는 15마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 비즈 입자의 크기는 100나노미터 내지 10마이크로미터 범위 내인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 확산 입자는, 상기 베이스 필름의 표면에 균일하게 코팅되는 프리즘 또는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 어레이의 렌즈 직경은 15마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 어레이의 렌즈 직경은 10마이크로미터인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 필터의 헤이즈는 50% 이하인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 공간 필터의 헤이즈는 10 내지 30% 범위 내인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 필터의 투과율은 85% 이상인 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 필터에는 매트(matte) 처리에 의하여 미세한 스크래치가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 필터의 전부 또는 적어도 일부는 상기 디스플레이 패널의 전면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 필터는 상기 디스플레이 패널의 전면으로부터 소정 간격 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리가 장착되는 렌즈 지지홀을 가지는 렌즈 지지판과,
    상기 렌즈 지지판과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되어, 상기 렌즈 어셈블리가 상기 디스플레이 패널로부터 이격되도록 하는 한 쌍의 이격 부재를 더 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이격 부재는 상기 디스플레이 패널의 좌측 및 우측 가장자리에 배치되고,
    상기 공간 필터의 좌측 및 우측 단부는 상기 이격 부재에 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공간 필터의 좌우측 가장자리에서 연장되는 연장단과,
    상기 이격 부재의 내측 면에 형성되어 상기 연장단이 삽입되는 슬릿을 더 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 공간 필터의 좌우측 가장자리에서 연장되고, 걸림홀이 형성되는 연장단과,
    상기 이격 부재의 내측 면에서 연장되고, 상기 걸림홀에 끼워지는 걸이 후크를 더 포함하는 신체 착용 가능한 디스플레이 장치.
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