KR20210050840A - 프로젝터 및 이를 구비한 헤드마운트 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초소형 프로젝터에 관한 것으로, 서로 다른 컬러의 광을 발광하는 복수의 마이크로LED(Light Emitting Device); 상기 마이크로LED와 대향하여 마이크로LED로부터 입력되는 서로 다른 컬러의 광을 결합하여 출력하는 도광부재; 및 상기 도광부재로부터 출력되는 광의 출사각도를 변경하여 영상을 형성하는 영상형성부로 구성된다.

Description

프로젝터 및 이를 구비한 헤드마운트 표시장치{PROJECTOR AND HEAD MOUNTED DISPLAY DEVICE HAVING THEREOFT}

본 발명은 프로젝터 및 이를 구비한 헤드마운트 표시장치에 관한 것으로, 특히 마이크로 LED(Light Emitting device)를 이용한 프로젝터 및 이를 구비한 헤드마운트 표시장치에 관한 것이다.

프로젝터는 외부에서 공급되는 영상신호를 투사광으로 변환시켜 스크린에 확대 투사하는 장치이다. 스크린에 투사되는 투사광은 프로젝터 내부에 구비된 광원에서 제공되는 빛을 영상에 대응되게 변환시켜 투사되게 처리된다.

근래, 다양한 용도로 프로젝터를 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 연구의 결과로서 주머니 등으로의 휴대가 가능한 초소용 프로젝션 디스플레이가 제안되고 있다.

이러한 초소용 프로젝터에서는 주로 LED어셈블리와 광학소자를 이용하여 광을 스크린에 주사함으로써 원하는 영상을 표현할 수 있게 된다.

그러나, 이러한 프로젝터에서는 수mm 크기의 LED에셈블리 및 광학소자가필요하게 되므로, 프로젝터를 초소형으로 구현하는데에 한계가 있었다.

본 발명은 웨어러블 전자기기에 적용할 수 있는 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 프로젝터가 구비된 헤드마운트 표시장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 프로젝터는 서로 다른 컬러의 광을 발광하는 복수의 마이크로LED(Light Emitting Device); 상기 마이크로LED와 대향하여 마이크로LED로부터 입력되는 서로 다른 컬러의 광을 결합하여 출력하는 도광부재; 및 상기 도광부재로부터 출력되는 광의 출사각도를 변경하여 영상을 형성하는 영상형성부로 구성된다.

상기 마이크로LED의 크기는 100㎛ 이하며, 도광부재는 광섬유를 한다. 도광부재는 결합된 광이 출력되는 1개의 제1도파로와 상기 제1도파로에서 분기되어 서로 다른 컬러의 광이 입력되는 복수의 제2도파로를 포함한다.

상기 마이크로LED와 도광부재 사이에는 렌즈층, 마이크로 렌즈 또는 굴절층이 구비되어 마이크로LED로부터 출사되는 광이 집광되어 도광부재로 입력된다.

영상형성부는 상기 콜리메이션렌즈의 출력측에 배치되며, 다수의 마이크로미러를 포함하여 콜리메이션렌즈로부터 입사되는 광의 반사각도를 조절하는 디지털반사부재일 수 있다.

영상형성부는 내부에 도광부재가 배치된 압전체 및 상기 압전체의 상하면 또는/및 좌우면에 배치된 전극일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치는 안경테; 및 상기 안경테에 배치되어 사용자의 동공에 영상을 제공하는 제1항 내지 제11항에 기재된 프로젝터를 포함하는 영상생성부로 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치는 안경테; 상기 안경태에 배치된 제1항 내지 제11항에 기재된 프로젝터를 포함하는 영상생성부; 및 상기 안경테의 전면에 배치되어 상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 반사하고 외부 사물의 실상이 투과되는 결합부로 구성될 수 있다.

본 발명에서는 광원으로서 100㎛ 이하의 마이크로LED를 사용하고 광도파수단으로서 이에 대응하는 크기의 광섬유를 도광부재로 사용하며, 마이크로LED에서 출사되는 광을 집광하여 도광부재로 입사함으로써 마이크로LED와 도광부재 사이의 간격을 최소화한다. 따라서, 프로젝터의 크기 및 무게를 최소화할 수 있게 된다.

또한, 상대적으로 저가의 최소형의 프로젝터를 헤드마운트 영상표시장치의 영상생성부로서 사용할 수 있게 되므로, 헤드마운트 영상표시장치의 제조비용을 감축할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 프로젝터의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝터의 구조를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 프로젝터의 하우징의 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 마이크로LED가 실장된 LED기판의 평면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로LED의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 2의 A영역 확대도로서, 마이크로LED에서 출력되는 광이 도광부재로 입력되는 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 마이크로LED에서 출력되는 광이 도광부재로 입력되는 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b은 도 2의 B영역 확대도로서, 볼렌즈로 이루어진 콜리메이션렌즈를 나타내는 도면이다.
도 9는 콜리메이션렌즈의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝터의 구조를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 헤드마운트 표시장치의 영상생성부를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 헤드마운트 표시장치의 영상생성부를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 권리의 범위는 첨부된 청구항에 의해 결정되어야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 헤드마운트 표시장치(Head Mount Display)와 같은 웨어러블 전자장치에 적용 가능한 프로젝터를 제공한다. 헤드마운트 표시장치의 영상생성장치로는 액정표시장치나 유기전계발광 표시장치와 같은 초소형 평판표시장치가 주로 이용된다. 그러나, 이러한 초소형 평판표시장치는 매우 고가의 제품이므로, 이러한 표시장치를 헤드마운트 표시장치의 제조비용이 증가하게 된다.

한편, 프로젝터는 주로 수mm 크기의 LED모듈과 렌즈와 같은 광학부재를 사용하므로, 평판표시장치에 비해 매우 클뿐만 아니라 중량도 무겁다. 따라서, 상대적으로 고중량, 대형인 프로젝터를 헤드마운트 표시장치에 적용하기란 실질적으로 불가능하였다.

본 발명에서는 저가의 소형 프로젝터를 제작하여 헤드마운트 표시장치에 적용함으로써 저가의 헤드마운트 표시장치를 제작할 수 있게 된다. 물론, 이러한 본 발명에 따른 프로젝터가 헤드마운트 표시장치에만 적용되는 것이 아니라 휴대용 프로젝터나 웨어러블 전자장치 등의 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 프로젝터(1)의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터(1)는 광원(10)과, 상기 광원(10)에서 출력된 광을 전파하는 도광부재(50)과, 상기 도광부재(50)을 통해 입력되는 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이션(collimation)부재(60)와, 상기 평행광의 반사각을 조절하여 영상을 형성하는 디지털반사부재(Digital Mircromirror Device;70)와, 상기 디지털반사부재(70)로부터 출력된 영상을 확장시켜 스크린(90)에 투사하는 투사렌즈(80)로 구성된다.

상기 광원(10)은 마이크로 LED(Micro Light Emitting Device)을 포함하는 초소형의 모듈로 구성되어 각각 R(Red) 컬러, G(Green) 컬러 및 B(Blue) 컬러의 단색광을 출력한다.

상기 도광부재(50)는 광원(10)에서 출력된 광을 전파한다. 특히, 본 발명에서는 광원(10)에서 출력된 R, G, B의 단색광을 혼합하여 전파함으로써, 광을 혼합하기 위한 별도의 광결합소자가 필요없게 된다. 특히, 본 발명에서는 광섬유(optical fiber)를 사용함으로써 도광부재(50)를 초소형화할 수 있을 뿐만 아니라 광원(10)과 도광부재(50) 사이의 공간도 최소화할 수 있게 된다.

상기 콜리메이션부재(60)는 도광부재(150)를 통해 전파되는 광을 평행광으로 만든다. 도광부재(50)로부터 출력되는 광은 도광부재(50)의 단부에서 다양한 각도로 출사될 수 있으므로, 광이 도광부재(50)의 단부에서 전파방향을 따라 방사선형상으로 퍼져 나갈 수 있다. 이러한 방사선형상의 광의 전파는 광효율을 저하시키는 원인이 되므로, 상기 콜리메이션부재(60)에 의해 도광부재(50)에서 출력되는 광을 평행광으로 만들어 디지털반사부재(70)에 입사함으로써, 도광부재(50)에서 출력되는 모든 광이 디지털반사부재(70)에 입사되도록 한다.

상기 디지털반사부재(70)는 입사되는 광이 반사될 때 광의 반사각도를 제어함으로써 영상을 형성한다. 디지털반사부재(70)는 표면에 마이크로미러가 다수 배치되어 각각의 미러가 하나의 화소에 대응하며, 각각의 미러의 반사각도를 조절함으로써 각각의 화소에 대응하는 영상을 형성한다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 디지털반사부재(70)는 내부에 압력센서, 가속도계 및 마이크로 액추에이터를 포함한다. 또한, 상기 디지털반사부재(70)는 메모리셀을 구비하여 메모리셀의 상태에 따라 마이크로미러를 +10도 및 -10도로 회동하여 광을 반사시킨다. 마이크로미러가 +10도인 상태에서는 마이크로미러가 밝게 보이고 마이크로미러가 -10도인 상태에서는 마이크로미러가 어둡게 보이며, 이들을 조합함으로써 영상을 형성할 수 있게 된다.

상기 디지털반사부재(70)에서 출력된 영상은 투사렌즈(80)를 투과하면서 그 영역이 확대된 후 스크린(90)으로 조사되어 영상이 표시된다. 상기 스크린(90)은 영상이 표시될 수 있는 일반적인 스크린(screen) 뿐만 아니라 사용자의 동공을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명의 프로젝터(1)는 영상을 별도의 스크린을 통해 표시할 수도 있고 사용자의 동공에 직접 영상을 제공하여 사용자가 이를 인식할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝터(100)의 구조를 구체적으로 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝터(100)는 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내부에 수납되고 복수의 마이크로 LED(140R,140G,140B)가 실장되는 LED기판(120)과, 상기 마이크로LED(140R,140G,140B)의 전면에 일단이 배치되어 마이크로LED(140R,140G,140B)에서 출력되는 R,G,B 단색광이 각각 입력되어 전파되는 도광부재(150)와, 상기 도광부재(150)의 타단에 배치되어 출력되는 광을 평행광으로 만드는 콜리메이션렌즈(collimation lens;160)와, 상기 콜리메이션렌즈(160)로부터 입력되는 광을 반사하여 영상을 형성하는 디지털반사부재(170)로 구성된다.

상기 하우징(110)은 복수의 마이크로 LED(140R,140G,140B)가 실장되는 LED기판(120)이 수납됨과 동시에 도광부재(150)의 일부 영역이 수납되어 하우징(110) 내부에서 마이크로 LED(140R,140G,140B)와 도광부재(150)가 대향하여 마이크로 LED(140R,140G,140B)로부터 출력된 광이 도광부재(150)로 입사된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110)은 제1하우징(112)과 제2하우징(114)을 포함한다. 상기 제1하우징(110)은 대략 사각형의 상자형태로 구성되며, 사각형 상자의 배면에는 LED기판(120)이 배치되며, 전면, 즉 마이크로 LED(140R,140G,140B)에서 출력되는 광의 진행방향 측에는 제1개구부(112a)가 형성된다.

제2하우징(114)은 대략 직사각 상자형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제2하우징(114)은 제1하우징(112) 보다 작은 크기로 형성되어, 제1개구부(112a)를 통해 제1하우징(112) 내부로 제2하우징(114)의 일부가 삽입되어 조립될 수 있다.

이때, 상기 제1하우징(112)과 제2하우징(114)의 조립은 다양한 방식에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1하우징(112)과 제2하우징(114)은 나사와 같은 기계적인 결합부재에 의해 조립될 수 있으며 접착제에 의해 조립될 수 있다. 또한, 제1하우징(112)과 제2하우징(114)에 각각 서로 맞물리는 볼록부와 오목부를 형성하여 상기 볼록부와 오목부를 결합함으로써 조립할 수 있다.

상기 제2하우징(114)의 전면, 즉 광이 진행방향에는 제2개구부(114a)가 형성되며, 상기 제2개구부(114a)를 통해 도광부재(150)의 일부가 하우징(110) 내부로 수납된다.

이때, 상기 제2개구부(114a)는 원형상이나 타원형상으로 형성될 수도 있고 사각형상으로 형성될 수도 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 도광부재(150)의 일부가 제2개구부(114a)를 통해 제2하우징(114) 내부로 수납될 때, 제2개구부(114a)와 도광부재(150) 사이에는 밀봉부재가 배치되어 하우징(110)을 외부와 밀봉할 수도 있다.

상기 제1하우징(112)과 제2하우징(114)은 금속이나, 열경화성 또는 자외선 경화성 폴리머로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1하우징(112)과 제2하우징(114)은 동일한 물질로 구성될 수도 있고 서로 다른 물질로 구성될 수도 있다.

도면에서는 상기 제1하우징(112)과 제2하우징(114)이 직사각형 상자형태로 구성되지만, 이에 한정되는 것이 아니라 상기 제1하우징(112)과 제2하우징(114)이 원기둥 형태 또는 타원기둥 형태와 같은 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 하우징(110) 내에는 LED기판(120)이 배치되고, 상기 LED기판(120)에 복수의 R,G,B 마이크로LED(140R,140G,140B)가 배치된다. 또한, R,G,B 마이크로LED(140R,140G,140B)의 상부에는 각각 렌즈층(130)이 형성된다. 상기 렌즈층(130)은 R,G,B 마이크로LED(140R,140G,140B) 각각에서 발광되는 광을 집광하여 도광부재(150) 내로 입사시킨다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 마이크로LED(140R,140G,140B)가 실장된 LED기판(120)의 평면도 및 측면도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, LED기판(120)의 일영역에는 마이크로LED(140R,140G,140B)가 실장되고 다른 영역에는 마이크로LED(140R,140G,140B)를 구동하기 위한 구동소자(141)가 실장된다.

LED기판(120)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)으로서, 상면 및/또는 하면에는 연결배선이 형성되어, 구동소자(141)의 각종 신호를 마이크로LED(140R,140G,140B)로 전달하여 상기 마이크로LED(140R,140G,140B)를 구동하여 발광되도록 한다.

도면에서는 LED기판(120)이 사각형상으로 형성되어 있지만, LED기판(120)이 이러한 특정 형상에 한정되는 것이 아니라 원형이나 타원형과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 LED기판(120)의 형상은 LED기판(120)이 수납되는 하우징(110)의 형상과 동일하게 구성되어 불필요한 공간을 최소화하여 프로젝터의 크기를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 마이크로LED(140R,140G,140B)는 각각 LED기판(120) 위에 일렬로 배열되어 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 마이크로LED(140R,140G,140B)가 각각 삼각형상이나 역삼각형상으로 배열될 수도 있다. 또한, 마이크로LED(140R,140G,140B)가 R,G,B의 순서로 배열되지만, 이에 한정되는 것이 아니라 다양한 순서로 배열될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 마이크로LED(140R,140G,140B)의 구조를 구체적으로 나타내는 단면도이다. 각각의 R-마이크로LED(140R), G-마이크로LED(140G), B-마이크로LED(140B)는 모두 동일한 구조로 형성되므로, 도면에서는 설명의 편의를 위해 하나의 마이크로LED(140)만을 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로LED(140)는 도핑되지 않은 GaN층(144), 상기 GaN층(144) 위에 배치된 n-형 GaN층(145), 상기 n-형 GaN층(145) 위에 배치된 다중양자우물(Multi-Quantum-Well: MQW) 구조를 가진 활성층(146), 상기 활성층(145) 위에 배치된 p-형 GaN층(147), 투명도전성물질로 형성되어 상기 p-형 GaN층(147) 위에 배치되는 오믹접촉층(148), 상기 오믹접촉층(148)의 일부와 접촉되는 p-형 전극(141), 상기 활성층(146), p-형 GaN층(147) 및 오믹접촉층(148)의 일부를 식각하여 노출되는 n-형 GaN층(145)의 일부와 접촉되는 n-형 전극(143)으로 구성된다.

상기 n-형 GaN층(145)은 활성층(146)에 전자를 공급하기 위한 층으로, GaN 반도체층에 Si와 같은 n-형 불순물을 도핑함으로써 형성된다.

상기 활성층(146)은 주입되는 전자와 정공이 결합되어 광을 발산하는 층이다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 활성층(146)의 다중양자우물구조는 복수의 장벽층과 우물층이 교대로 배치되며, 상기 우물층은 InGaN층으로 구성되고 장벽층은 GaN으로 구성되지만 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 p-형 GaN층(147)은 활성층(146)에 정공을 주입하기 위한 층으로, GaN 반도체층에 Mg, Zn 및 Be와 같은 p-형 불순물이 도핑되어 형성된다.

상기 오믹접촉층(148)은 p-형 GaN층(147)과 p-형 전극(141)을 오믹접촉(ohmic contact)시키기 위한 것으로, ITO(Indium Tin Oxide), IGZO(Indium Galium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 금속산화물을 사용할 수 있다.

상기 p-형 전극(141)과 n-형 전극(143)은 Ni, Au, Pt, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 복수의 층으로 구성될 수 있다.

이러한 구조의 마이크로LED(140)에서 p-형 전극(141) 및 n-형 전극(143)에 전압이 인가됨에 따라 n-형 GaN층(145) 및 p-형 GaN층(147)으로부터 활성층(145)으로 각각 전자 및 정공이 주입되면, 상기 활성층(146)내에는 여기자(exciton)가 생성되며 이 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 광이 발생하게 되어 외부로 발산하게 된다.

이때, 마이크로LED(140)에서 발광하는 광의 파장은 활성층(146)의 다중양자우물구조의 장벽층의 두께를 조절함으로써 조절할 수 있게 된다.

상기 마이크로LED(140)는 약 100㎛ 이하의 크기로 형성된다. 도면에 도시하지 않았지만, 상기 마이크로LED(140)는 기판 위에 버퍼층을 형성하고 상기 버퍼층 위에 GaN 박막을 성장함으로써 제작된다. 이때, GaN 박막의 성장을 위한 기판으로는 사파이어(sapphire), 실리콘(Si), GaN, 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨비소(GaAs), 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다.

또한, 버퍼층은 GaN 박막성장용 기판이 GaN기판이 아닌 다른 물질로 이루어진 경우, 기판상에 에피(Epi)층인 n-GaN층(120)을 직접 성장시킬 때 발생하는 격자부정합에 의한 품질저하를 방지하기 위한 것으로, AlN 또는 GaN 등이 사용될 수 있다.

상기 n-형 GaN층(145)은 불순물이 도핑되지 않은 GaN층(144)을 성장시킨 후, 상기 도핑되지 않은 박막의 상부에 Si와 같은 n형 불순물을 도핑함으로써 형성될 수 있다. 또한, p-형 GaN층(147)은 도핑되지 않은 GaN박막을 성장시킨 후 Mg, Zn, Be 등의 p-형 불순물을 도핑함으로써 형성할 수 있다.

도면에서는 마이크로LED(140)가 특정 구조로 형성되어 LED기판(120)에 실장되지만, 본 발명이 이러한 특정구조의 마이크로LED(140)만 한정되는 것이 아니라 수직구조 마이크로LED 및 수평구조 마이크로LED와 같이 다양한 구조의 마이크로LED를 적용할 수 있을 것이다.

도 6은 도 2의 A영역 확대도로서, 마이크로LED(140R,140G,140B)에서 출력되는 광이 도광부재(110)로 입력되는 것을 나타내는 도면이다. 도면에서는 B-마이크로렌즈(140B)에 렌즈층(130)이 형성된 구성만이 도시되어 있지만, R-마이크로렌즈(140R) 및 G-마이크로렌즈(140G)에 렌즈층(130)이 형성된 구성도 동일한 구조로 이루어진다. 따라서, 이하의 설명에서는 B-마이크로렌즈(140B)에 렌즈층(130)이 형성된 구성을 대표로 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈층(130)은 마이크로LED(140B)가 실장된 LED기판(120)에 형성되어 상기 마이크로LED(140B)의 상면 및 측면을 완전히 밀봉하도록 형성되는데, 이와 같은 렌즈층(130)을 형성하는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.

상기 마이크로LED(140B)에서 출력되는 광은 발광면에서 전면, 즉 도광부재(150)의 방향으로 방사선형상으로 퍼져 나가므로, 모든 광이 도광부재(150) 내부로 입력되지 않는다. 물론, 마이크로LED(140B) 자체에 별도의 구조물을 설치하여 마이크로LED(140B)에서 출력되는 광을 평행광으로 만들어 도광부재(150)로 입력될 수 있다.

그러나, 이 경우에 100㎛ 이하의 소초형 마이크로LED(140B)에 구조물을 형성해야만 하므로, 마이크로LED(140B)의 제작비용이 증가하게 된다. 또한, 별도의 구조물을 형성하여 평행광으로 도광부재(150) 내부로 광을 입사시키는 경우에도 도광부재(150)의 외부로 광이 누설되는 것은 불가피하였다. 더욱이 도광부재(150)의 입력단의 면적이 평행광의 면적보다 작으면, 도광부재(150)에서 출력된 광중 일부만이 도광부재(150)으로 입사되고 나머지는 외부로 누설된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈층(130)은 마이크로LED(140B)에서 발광된 광을 굴절시켜 모든 광이 도광부재(150)으로 입력되도록 한다.

상기 렌즈층(130)은 공기보다 큰 굴절률을 가진 물질로 구성되므로, 상기 마이크로LED(140B)에서 발광되어 렌즈층(130)을 외부로 전파되는 광은 렌즈층(130)의 표면에서 마이크로LED(140B)의 법선측(마이크로LED(140B)의 상면의 수직방향)으로 굴절되어 집광된다. 따라서, 상기 마이크로LED(140B)에서 출력되는 광이 도광부재(150) 일단의 표면 또는 표면의 내측에서 집광되도록 렌즈층(130)을 설계하면, 마이크로LED(140B)에서 출력되는 모든 광이 도광부재(150) 내부로 입사될 수 있게 된다.

상기 렌즈층(130)은 방사선 경화형 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불소계의 아크릴 수지, 불소관능기가 포함된 수지, 방향족관능기가 포함된 아크릴 수지 등이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 렌즈층(130)에는 산화티타늄, 산화주석, 지르코니아, 산화아연, 산화마그네슘, 바륨티타네이트, 알루미나 및 실리카와 같은 고굴절입자가 적어도 하나 산포될 수 있다.

이와 같이, 렌즈층(130)에 고굴절입자를 산포됨에 따라 렌즈층(130) 표면에서의 광의 굴절각도를 크게 함으로써 렌즈층(130)의 집광점을 렌즈층(130)에 더욱 가깝게 형성하여 렌즈층(130)과 도광부재(150) 사이의 거리를 감소시킬 수 있게 되며, 그 결과 프로젝터(100)를 더욱 소형화할 수 있게 된다.

상기 렌즈층(130)은 방사선 경화형 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불소계의 아크릴 수지, 불소관능기가 포함된 수지, 방향족관능기가 포함된 아크릴 수지 등을 적층한 후, 경화시킴으로써 마이크로LED(140B) 보다 약간 크게(마이크로LED(140B)를 밀봉할 수 있게) 형성될 수 있다.

도면에서는 상기 렌즈층(130)이 반원형으로 상기 마이크로LED(140B)를 상면 및 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있지만 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 사이 렌즈층(130)을 반타원형으로 형성할 수도 있고 실제 광이 발광하는 마이크로LED(140B)의 발광면에만 형성할 수도 있다. 상기 렌즈층(130)의 형상은 광을 집광하여 도광부재(150)의 내부로 모든 광을 입사시킬 수만 있다면 어떠한 형상으로도 형성될 수 있을 것이다.

상기 렌즈층(130)은 마이크로LED(140B)에서 출력되는 광을 집광하여 도광부재(150)에 입력되는 광의 효율을 향상시키기 위한 집광부재이므로, 이러한 집광기능을 수행할 수만 있다면 상기 렌즈층(130)을 다른 형태의 다양한 집광부재로 대체할 수 있다.

도 7a 및 7b는 렌즈층(130) 대신에 사용될 수 있는 집광부재의 다른 구성을 나타내는 도면이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 집광부재는 마이크로LED(140B) 및 도광부재(150)와는 분리되는 별도의 마이크로렌즈(132)로 구성되어 마이크로LED(140B)와 도광부재(150) 사이에 배치되어, 마이크로LED(140B)로부터 발광하는 광을 집광하여 도광부재(150)로 입력시킨다.

상기 마이크로렌즈(132)는 100㎛ 이하의 크기를 갖는 마이크로LED(140B) 보다 형성되어 마이크로LED(140B)에서 방사선형상으로 발산되는 광을 굴절시켜 도광부재(150) 내부로 입력시킨다.

상기 마이크로렌즈(132)는 방사선 경화형 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불소계의 아크릴 수지, 불소관능기가 포함된 수지, 방향족관능기가 포함된 아크릴 수지 등을 사출성형가공에 의해 렌즈형상으로 제작함으로써 형성할 수 있으며, 유리나 플라스틱과 같은 투명 기판상에 상기 물질을 원형상 또는 타원형상으로 적층함으로써 형성할 수도 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 집광부재는 마이크로LED(140B) 및 도광부재(150) 사이에 형성되어 마이크로LED(140B)의 발광면과 도광부재(150)의 단면을 연결하는 굴절층(134)으로 구성될 수 있다.

상기 굴절층(134)은 방사선 경화형 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불소계의 아크릴 수지, 불소관능기가 포함된 수지, 방향족관능기가 포함된 아크릴 수지 등이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 마이크로LED(140B)에서 발광되는 광은 굴절층(134)으로 직접 입력되며, 광이 상기 굴절층(134)을 통해 전파되어 도광부재(150)로 입사된다. 상기 굴절층(134)으로 입사된 광은 굴절층(134)과 공기의 경계면에서 전반사되므로, 마이크로LED(140B)에서 발광되는 광의 대부분이 굴절층(134)을 통해 도광부재(150)로 입사된다.

상기 굴절층(134)을 전파되는 광의 표면에서의 전반사를 더욱 향상시키기 위해 상기 굴절층(134) 내부에는 산화티타늄, 산화주석, 지르코니아, 산화아연, 산화마그네슘, 바륨티타네이트, 알루미나 및 실리카와 같은 고굴절입자가 적어도 하나 산포될 수 있다.

이때, 상기 굴절층(134)의 일단은 마이크로LED(140B)의 발광면을 전부 덮도록 마이크로LED(140B)의 측면까지 덮도록 형성할 수 있으며, 타단은 도광부재(150)의 입력단에만 형성되고 외곽영역으로는 형성되지 않도록 하여 전파되는 모든 광이 도광부재(150) 내부로 입력되록 할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 렌즈층(130), 마이크로렌즈(132) 또는 굴절층(134)에 의해 광학적으로 연결되는 마이크로LED(140R,140G,140B) 및 도광부재(150)의 일단은 하우징(110)의 내부에 배치되고 도광부재(150)의 타단은 하우징(110)의 외부에 배치되어 마이크로LED(140R,140G,140B)에서 발광된 광이 하우징(110)의 외부로 출력된다.

이때, 상기 도광부재(150)의 일단은 복수의 제1도파로(152a,152b,152c)를 갖고 타단은 하나의 제2도파로(154)를 가진다. 복수의 제1도파로(152a,152b,152c)와 하나의 제2도파로(154)는 광결합영역(156)에서 결합된다.

도면에서는 도광부재(150)가 3개의 분기된 제1도파로(152a,152b,152c)와 하나의 제2도파로(154)로 구성되지만, 4개 이상의 제1도파로와 하나의 제2도파로로 구성될 수도 있다.

상기 도광부재(150)는 광섬유(optical fiber)로 구성되지만, 이에 한정되는 것이 아니라 플라스틱 또는 폴리머를 기반으로 하는 도파관을 사용할 수 있다.

상기 복수의 제1도파로(152a,152b,152c) 각각은 마이크로LED(140R,140G,140B) 각각의 발광면에 대향하여 배치되어 마이크로LED(140R,140G,140B)에서 발광된 R,G,B의 광이 각각 도광부재(150)의 제1도파로(152a,152b,152c) 내부로 입력되며, 광결합영역(156)에서는 입력된 R,G,B의 광이 결합되고 결합된 광이 제2도파로(154)를 전파한 후 도광부재(150) 외부로 출력된다.

상기 하우징(110) 내부의 복수의 제1도파로(152a,152b,152c)들 사이 및 제1도파로(152a,152b,152c)와 하우징(110)의 내벽 사이에는 각각 저굴절률 폴리머로 이루어진 광누설방지층(116)이 형성된다. 상기 광누설방지층(116)은 도광부재(150) 보다 작은 굴절률을 가진 물질로 형성되어, 제1도파로(152a,152b,152c)를 전파하는 광이 상기 광누설방지층(116)에 의해 제1도파로(152a,152b,152c) 내부로 반사되도록 하여 광이 제1도파로(152a,152b,152c) 외부로 누설되는 것을 방지함과 더불어 인접하는 제1도파로(152a,152b,152c)로 혼입되는 방지할 수 있게 된다.

상기 결합영역(156)에서 결합된 광은 제2도파로(154)를 통해 출력된다. 상기 제2도파로(154) 내부에서 광은 외벽과 전반사되어 전파되어 도광부재(150) 외부로 출력된다. 따라서, 도광부재(150)로부터 출력되는 광은 도광부재(150)의 중심축과 평행하게 출력되는 것이 아니라 일정 각도로 출력된다. 따라서, 도광부재(150)의 출력단으로부터 일정 거리 전파되면 출력되는 광의 대부분이 도광부재(150)의 중심축을 따른 설정된 광경로로부터 벗어나게 되어, 외부로 광이 방사하게 된다.

이러한 광의 방사를 방지하기 위해, 도광부재(150)의 출력단에는 콜리메이션렌즈(160)가 배치되어 상기 제2도파로(154)에서 출력되어 방사되는 광을 평행광으로 변환시켜 설정된 광경로를 따라 전파되도록 한다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 콜리메이션렌즈(160)는 구형상으로 이루어진 볼렌즈(ball lens)로 구성될 수 있다. 볼렌즈에서는 입력단과 출력측에서 광을 굴절시켜 광을 평행광으로 변경한다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 구형상의 콜리메이션렌즈(160)는 도광부재(150)의 출사단와 접촉하여 배치될 수 있다. 따라서, 상기 도광부재(150)를 통해 전파되는 광은 도광부재(150)에서 직접 콜리메이션렌즈(160)로 입력된 후 평행광으로 출력된다.

이와 같이, 볼렌즈를 도광부재(150)의 출사단에 접촉하도록 형성함으로써, 콜리메이션렌즈(160)와 도광부재(150) 사이의 공간을 최소화하여 프로젝터(100)의 크기를 소형화할 수 있게 된다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 구형상의 콜리메이션렌즈(160)는 도광부재(150)의 단부로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 이 구조에서도 상기 도광부재(150)를 통해 전파되는 광은 도광부재(150)에서 콜리메이션렌즈(160)로 전파된 후 평행광으로 출력된다. 이때, 콜리메이션렌즈(160)와 도광부재(150)의 출력단 사이의 이격거리는 구형상의 콜리메이션렌즈(160)의 직경에 따라 달라진다.

한편, 본 발명의 콜리메이션렌즈(160)는 구형상의 볼렌즈가 아닌 다른 형상으로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 콜리메이션렌즈는 입사면이 오목하고 출사면이 편평한 오목렌즈(162)로 구성되어 도광부재(150)로부터 출력되는 광을 평행광으로 만들 수 있다.

또한, 상기 콜리메이션렌즈(160)는 다수의 렌즈가 조합되어 형성될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 볼록렌즈와 적어도 하나의 오목렌즈를 배열하여 입력되는 광을 평행하게 만드는 콜리메이션렌즈로 구성할 수도 있다.

도면에서는 오목렌즈(162)는 도광부재(150)과 접촉하여 형성될 수도 있고 일정 거리 이격되어 형성될 수도 있다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 콜리메이션렌즈(160)에서 출력되는 평행광은 디지털반사부재(170)로 입사된다. 상기 디지털반사부재(170)에서는 입사되는 광을 반사하여 영상을 형성한다.

디지털반사부재(170)는 수많은 마이크로미러를 포함하고 상기 마이크로 액추에이터와 같은 구동소자에 의해 +10도 및 -10도로 회동한다, 도광부재(150)에서 출력되어 콜리메이션렌즈(160)를 통해 입력되는 광은 마이크로미러에서 반사되는데, 이때 마이크로미러는 +10도 또는 -10도의 반사각도로 광을 반사한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터에서는 구동소자(141)에 의해 100㎛ 이하 크기의 마이크로LED(140R,140G,140B)에 인가되는 전류를 조절하여 상기 마이크로LED(140R,140G,140B)에서 각각 출력되는 R,G,B광의 휘도를 조절하며, 디지털반사부재(170)의 마이크로미러에 의해 광의 반사각도를 조절함으로써 스크린에 영상을 구현할 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝터(200)의 구조를 나타내는 도면이다. 이때, 도 2에 도시된 제1실시예와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하거나 간략하게 하고 다른 구조에 대해서만 상세히 설명한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝터(200)는 하우징(210)과, 상기 하우징(210) 내부에 수납되고 복수의 마이크로 LED(240R,240G,240B)가 실장되는 LED기판(220)과, 상기 마이크로LED(240R,240G,240B)의 전면에 일단이 배치되어 마이크로LED(240R,240G,240B)에서 출력되는 R,G,B 단색광이 각각 입력되어 전파되는 도광부재(250)와, 상기 도광부재(250)의 타단에 배치되어 출력되는 광을 평행광으로 만드는 콜리메이션렌즈(260)와, 상기 도광부재(250)가 삽입되어 도광부재(250)를 설정 각도로 진동시켜 상기 도광부재(250)에서 출사되는 광의 출사각도를 조절하는 각도조절부재(270)로 구성된다.

상기 각도조절부재(270)는 대략 직사각형상으로 구성되어 내부에 도광부재(250)가 배치되는 압전체(276)와 상기 압전체(276)의 상하면에 각각 형성된 제1전극(272) 및 제2전극(274)로 구성될 수 있다.

상기 압전체(276)는 PZT(lead zirconate titanate)계와 같은 압전물질이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1전극(272) 및 제2전극(274)으로는 전도성이 좋은 금속, 예를 들면 Al, Al합금, Ag, Au, Pt와 이들의 합금 등과 같은 금속이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 각도조절부재(270)에서는 제1전극(272) 및 제2전극(274)에 전압이 인가되면, 압전체(276) 내에서 상하로 압력이 발생하며 이 압력에 의해 도광부재(250)가 상하방향으로 이동하게 된다. 따라서, 도광부재(250)를 통해 출력되는 광을 상하방향으로 설정된 각도로 출력할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1전극(272) 및 제2전극(274)은 압전체(276)의 좌우측면에 형성될 수 있다. 이러한 구조의 경우, 압전체(276) 내에서의 압력이 좌우방향으로 발생하여 도광부재(250)가 좌우방향으로 이동하게 되며, 그 결과 도광부재(250)를 통해 출력되는 광을 좌우방향으로 설정된 각도로 출력할 수 있게 된다.

더욱이, 전극은 압전체(276)의 상하면 및 좌우면 4면에 형성될 수 있다. 따라서, 상하면의 전극에 전압을 인가하거나 좌우면의 전극에 전압을 인가함으로써, 도광부재(250)를 상하방향 및 좌우방향으로 이동시켜 광을 원하는 각도로 출력할 수도 있다.

도면에는 도시하지 않았지만, 이 구조의 프로젝터(200)에서도 상기 콜리메이션렌즈(260)의 전면에는 투사렌즈가 배치되어 콜리메이션렌즈(260)로부터 출력되는 영상을 확대하여 스크린에 표시할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터에서는 100㎛ 이하 크기의 초소형 마이크로 LED를 광원으로 사용하고 광을 도포하는 도광부재 역시 100㎛ 이하의 직경을 가진 광섬유를 사용하여 부품의 크기를 최소화함과 아울러, 마이크로 LED, 도광부재, 콜리메이션렌즈의 이격 공간을 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 프로젝터의 크기 및 무게를 최소화할 수 있게 되므로, 다양한 용도로 사용할 수 있게 된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 프로젝터는 사용자의 주머니에 수납할 수 있는 초소형 프로젝터나 사용자의 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자기에 적용될 수 있다.

특히, 본 발명의 프로젝터는 헤드마운트 표시장치의 영상생성장치로서 사용할 수 있는데, 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 11은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치(HMT)에 관한 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치(HMT)는 안경형상으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 사용자의 시선을 격리한 상태에서 영상을 표시함으로써 사용자가 영상을 몰입할 수만 있다면 어떠한 형상으로도 구성될 수 있다.

상기 헤드마운트 표시장치(HMT)는 안경테(304)와, 안경알(302), 안경지지대(303)와, 영상을 형성하여 영상을 출사하는 영상생성부(300)로 구성된다. 이 구조의 헤드마운트 표시장치(HMT)에서는 영상생성부(300)에서 생성된 영상이 사용자의 눈으로 직접 입력되어 사용자가 영상을 인식한다.

상기 안경테(304)에는 안경알(302)이 삽입되어 고정되며, 안경다리가 구비되어 사용자가 헤드마운트 표시장치(HMT)를 착용할 때 상기 안경다리가 사용자의 귀에 걸려 상기 헤드마운트 표시장치(HMT)가 사용자의 머리에 고정된다. 이때, 상기 안경테(304)는 안경다리 대신에 헤드밴드(head band)를 구비하여 상기 헤드밴드가 사용자의 머리에 감겨져 헤드마운트 표시장치(HMT)가 사용자의 머리에 고정될 수도 있다. 다시 말해서, 본 발명의 안경테(304)는 용어와는 상관없이 다양한 형식으로 사용자의 머리에 고정될 수 있다.

상기 안경테(304)는 스테인레스나 티타늄 등의 물질로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 단단하고 경량의 물질이라면 어떠한 물질로도 형성될 수 있다.

상기 안경알(302)은 광이 투과되지 않는 불투명물질, 가능하면 검은색 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이 구조의 표시장치에서는 영상생성부(300)에서 생성된 영상이 사용자의 눈으로 직접 입력되어 영상을 인식한다. 따라서, 영상 이외의 광이 사용자의 눈으로 입력되면, 영상에 대한 시인성이 저하되므로, 안경알(302)을 불투명한 물질, 특히 검은 색 물질로 형성하여 영상 이외의 광이 사용자의 눈으로 입력되는 것을 방지한다.

도 12는 도 11에 도시된 헤드마운트 표시장치(HMT)의 영상생성부(300)의 구조를 나타내는 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 영상생성부(300)는 케이스(301)와 상기 케이스(301) 내부에 배치된 프로젝터로 구성된다. 이때, 상기 프로젝터는 도 10에 도시된 구조의 프로젝터일 수 있다. 즉, 상기 프로젝터는 마이크로 LED(340R,340G,340B), 도광부재(350), 각도조절부재(370), 콜리메이션렌즈(360)을 포함할 수 있다.

마이크로 LED(340R,340G,340B)로부터 각각 출력된 R,G,B의 단색광은 도광부재(350)에서 결합되어 출력되며, 각도조절부재(370)에서 출사각도가 조절되어 영상으로 형성되어 사용자의 눈으로 입력된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 영상생성부(300)는 도 2에 도시된 구조의 프로젝터로 구성될 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 헤드마운트 표시장치(HMT)의 다른 구조를 나타내는 도면이다. 특히, 이 구조의 헤드마운트 표시장치(HMT)는 증강현실 기기용 헤드마운트 표시장치로서, 안경알을 투명하게 하여 영상뿐만 아니라 사용자 시점의 외부 실상(real image)을 표시하여 영상과 사용자의 실제 공간의 실상을 합성함으로써 증강현실을 구현하는 시스루(see through) 헤드마운트 표시장치이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 이 구조의 헤드마운트 표시장치(HMT)는 안경테(404)와, 안경알(402), 안경지지대(403)와, 영상을 형성하여 영상을 출사하는 영상생성부(400)와, 상기 안경알(402)의 전면에 배치되어 영상생성부(400)로부터 입사되는 영상을 반사하고 외부로부터 입력되는 외광을 투과하여 영상생성부(300)에서 생성된 영상과 실제 외부 물체의 실상을 결합하는 결합부(405)로 구성된다.

상기 안경알(402)은 투명한 유리나 플라스틱으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 안경알(402)은 헤드마운트 표시장치(HMT)를 실제의 안경과 같은 형상으로 장식할 뿐만 아니라 외광을 헤드마운트 표시장치(HMT) 내부로 입력하여 외부 물체의 실상을 표시하도록 한다.

상기 안경알(402)은 안경테(404)의 전면의 일정 영역에 배치되어 헤드마운트 표시장치(HMT)의 형태를 형성하고 외광을 투과시킨다는 점에서 원형 또는 사각형상의 투명렌즈형상으로 형성될 수 있지만, 안경테(404)의 전면 전체가 안경알로 형성될 수 있으며, 안경알(402) 자체를 삭제하고 해당 영역을 빈공간으로 남겨 놓을 수도 있다.

즉, 안경테(404)의 안경알(402)이 고정되는 위치에 안경알(402)을 제거하여 공동(空洞)으로 남겨 놓아도, 안경테(404)에 의해 헤드마운트 표시장치(HMT)의 형태가 형성되고 공동을 통해 외광이 헤드마운트 표시장치(HMT) 내부로 투과되므로, 안경알이 없는 헤드마운트 표시장치(HMT)를 구성할 수 있다.

상기 결합부(405)는 입사되는 광중 일부는 반사하고 일부는 투과할 수 있다. 이를 위해, 상기 결합부(405)는 투명한 재질의 기재로 구성되고, 일면 또는 양면에는 일부의 광을 반사시키는 반사층이나 반사필름이 배치될 수 있다. 이때, 결합부(405)의 광투과율 및 반사율은 가시광선에 대하여 약 50%로 설정할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 결합부(405)의 광투과율과 반사율은 영상생성부(400)로부터 생성되는 영상과 외부로부터 입력되는 실상의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 헤드마운트 표시장치(HMT)가 영상생성부(400)로부터 생성되는 영상을 주영상으로 하고 외부의 실상은 단지 배경화면으로 사용하는 경우 결합부(405)의 반사율이 광투과율 보다 높도록 하여 영상생성부(400)로부터 생성되는 영상의 휘도를 배경보다 높게 하는 것이 바람직하다.

반대로, 헤드마운트 표시장치(HMT)가 외부로부터 입력되는 실상을 주영상으로 하고 영상생성부(400)로부터 생성되는 영상을 부영상으로 하는 경우 결합부(405)의 광투과율이 반사율 보다 높은 것이 바람직하다.

상기 결합부(405)는 투명한 플라스틱이나 수지로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 유리 등으로 형성될 수도 있다.

상기 결합부(405)의 일면 또는 양면에는 설정된 반사율을 가진 반사층 또는 반사필름이 구비되어, 영상생성부(400)로부터 출력되는 영상을 표시함과 동시에 반사하여 사용자의 동공으로 전달하고 외부로부터 입력되는 실상을 투과하여 사용자의 동공에 전달한다. 사용자의 동공으로 전달된 영상 및 실상은 사용자의 뇌에서 합성되어 사용자가 현실과 가상의 세계가 결합된 생생한 영상을 느낄 수 있게 된다.

또한, 상기 결합부(405)는 일부 영역에만 반사층 또는 반사필름을 구비함으로써 투과영역 및 반사영역으로 이루어진 복수의 영역으로 구성될 수 있다. 상기 영상생성부(400)로부터 생성되어 상기 결합부(405)에 입사되는 영상은 반사영역에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력되며, 외부 실물의 실상은 상기 투과영역을 투과하여 사용자의 동공으로 입력된다. 이때, 상기 투과영역과 반사영역의 면적비는 영상생성부(400)로부터 생성되는 영상과 외부로부터 입력되는 실상의 종류에 따라 달라질 수 있다.

상기 결합부(405)는 설정된 곡률을 가진 곡면형상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라 평면으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 결합부(405)는 위치에 따라 다른 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수도 있다.

상기 결합부(400)는 안경알(402)의 전면에 배치되고 영상생성부(400)는 안경테(404)의 안경다리에 배치되므로, 영상생성부(400)에서 출력되는 영상이 상기 결합부(405)에 일정한 각도로 입사된다. 따라서, 상기 일정 각도로 입력된 영상이 상기 결합부(405)에서 반사된 후 결합부(405)의 전면에 위치한 사용자의 동공으로 입력된다.

영상생성부(400)는 영상을 생성하고 생성된 영상을 결합부(405)쪽으로 출력한다. 이때, 한쌍의 영상생성부(400)는 안경테(404)의 양측 안경다리에 배치된다. 영상이 3D 영상인 경우, 우측 안경다리에 배치된 영상생성부(400)는 우안용 영상을 생성하여 결합부(405)로 출력하며, 좌측 안경다리에 배치된 영상생성부(400)는 좌안용 영상을 생성하여 결합부(405)로 출력한다.

우안용 영상은 한쌍의 결합부(405) 중 우측의 결합부(405)에서 반사되어 사용자의 우안으로 입력되고 좌안용 영상은 좌측의 결합부(405)에서 반사되어 사용자의 좌안으로 입력되며, 사용자의 뇌에 의해 우안영상과 좌안영상이 결합되어 사용자가 입체 영상을 인식할 수 있게 된다. 이때, 한쌍의 영상생성부(405)는 동일한 구조로 구성되어, 각각 좌안용 영상 및 우안용 영상을 생성한다.

도 14는 도 13에 도시된 헤드마운트 표시장치(HMT)의 영상생성부(400)의 구조를 나타내는 도면이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 영상생성부(400)는 케이스(401)와 상기 케이스(301) 내부에 배치된 프로젝터로 구성된다. 이때, 상기 프로젝터는 도 10에 도시된 바와 같이, 마이크로LED(440R,440G,440B), 도광부재(450), 각도조절부재(470), 콜리메이션렌즈(460)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 영상생성부(400)는 도 2에 도시된 구조의 프로젝터로 구성될 수 있다.

상기 영상생성부(400)에서 출력된 영상은 상기 결합부(405)에서 반사되어 사용자의 동공으로 입력된다. 또한, 상기 결합부(405)는 외부에 실제 존재하는 실물의 실상을 투과시켜 사용자의 동공으로 전달한다. 따라서, 사용자의 동공에는 영상생성부(400)에서 생성된 가상현실과 같은 영상과 실물의 실상이 합성되어 현실적이고 생생한 증강현실을 구현할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 프로젝터를 초소형으로 구성함으로써 헤드마운트 표시장치에 적용할 수 있게 된다. 그러나, 본 발명의 프로젝터가 헤드마운트 표시장치에만 적용되는 것이 아니라 웨어러블(Wearable)전자장치와 같은 다양한 전자장치에 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 다양한 변형예나 본 발명을 기초로 용이하게 창안할 수 있는 구조 등도 본 발명의 범위에 포함되어야만 할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

100: 프로젝터 110: 하우징
120: LED기판 130: 렌즈층
140R,140G,140B: 마이크로LED 150: 도광부재
160: 콜리메이션 렌즈 170: 디지털반사부재
HMD: 헤드마운트 표시장치

Claims (16)

1. 서로 다른 컬러의 광을 발광하는 복수의 마이크로LED(Light Emitting Device);
   상기 마이크로LED와 대향하여 상기 마이크로LED로부터 입력되는 서로 다른 컬러의 광을 결합하여 출력하는 도광부재; 및
   상기 도광부재로부터 출력되는 광의 출사각도를 변경하여 영상을 형성하는 영상형성부를 포함하는 프로젝터
   
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로LED의 크기는 100㎛ 이하인 프로젝터.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 도광부재는 광섬유를 포함하는 프로젝터.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 도광부재는 결합된 광이 출력되는 1개의 제1도파로와 상기 제1도파로에서 분기되어 서로 다른 컬러의 광이 입력되는 복수의 제2도파로를 포함하는 프로젝터.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제2도파로 사이에는 저굴률층이 배치되는 프로젝터.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로LED를 밀봉하여 상기 마이크로LED로부터 출사되는 광을 집광하여 도광부재로 입력하는 렌즈층을 더 포함하는 프로젝터.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로LED와 상기 도광부재의 입사면 사이에 배치되어 상기 마이크로LED로부터 출사되는 광을 집광하여 상기 도광부재로 입력하는 마이크로 렌즈를 더 포함하는 프로젝터.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로LED와 상기 도광부재의 입사면 사이에 형성되어 상기 마이크로LED로부터 출사되는 광을 집광하여 상기 도광부재로 입력하는 굴절층을 더 포함하는 프로젝터.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 도광부재의 출사면에 배치되어 상기 도광부재로부터 출사되는 광을 평행광으로 만들어 상기 디지털반사부재로 입력하는 콜리메이션렌즈를 더 포함하는 프로젝터.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 콜리메이션렌즈는 상기 도광부재의 출사면과 접촉하는 프로젝터.
    
11. 제9항에 있어서, 상기 영상형성부는 상기 콜리메이션렌즈의 출력측에 배치되며, 다수의 마이크로미러를 포함하여 상기 콜리메이션렌즈로부터 입사되는 광의 반사각도를 조절하는 디지털반사부재를 포함하는 프로젝터.
    
12. 제1항에 있어서, 상기 영상형성부는,
    내부에 도광부재가 배치된 압전체; 및
    상기 압전체의 상하면 또는/및 좌우면에 배치된 전극을 포함하는 프로젝터.
    
13. 제1항에 있어서, 상기 영상형성부에서 형성된 영상을 확대하는 투사렌즈를 더 포함하는 프로젝터.
14. 안경테; 및
    상기 안경테에 배치되어 사용자의 동공에 영상을 제공하는 제1항 내지 제13항에 기재된 프로젝터를 포함하는 영상생성부로 구성된 헤드마운트 표시장치.
    
15. 안경테;
    상기 안경태에 배치된 제1항 내지 제13항에 기재된 프로젝터를 포함하는 영상생성부; 및
    상기 안경테의 전면에 배치되어 상기 영상생성부로부터 출력되는 영상을 반사하고 외부 사물의 실상이 투과되는 결합부로 구성된 헤드마운트 표시장치.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 결합부는,
    투명한 기재; 및
    상기 기재의 전면 및 후면 중 적어도 하나의 표면에 형성되어 입력되는 광중 일부를 반사하는 반사부재로 이루어진 헤드마운트 표시장치.

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