WO2021040083A1 - 머리에 착용할 수 있는 전자 디바이스 - Google Patents

머리에 착용할 수 있는 전자 디바이스 Download PDF

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WO2021040083A1
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electronic device
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user
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조성
신승용
김경태
황창규
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic device that can be worn on the head, and more particularly, to an electronic device in which a display unit can move according to a pupil position of a user.
  • This equipment is mainly used for VR (Virtual Reality) or AR (Augmented Reality), and HMD (Head-Mounted Display) is a variety of digital devices that allow the naked eye to view multimedia contents provided by wearing a display device like glasses or a helmet. Refers to the device.
  • the HMD generally includes a display module that implements an image.
  • the display module may include a liquid crystal panel including a liquid crystal and an OLED panel including an organic light emitting device.
  • the display module included in the HMD is composed of near-eye display optics. .
  • the ultra-short focus optical system includes a light source and a lens, and the size and volume of the HMD are determined according to the arrangement of the light source and the lens.
  • the conventional HMD increases the size of the lens included in the display unit as much as possible in order to project an image onto the pupils of all users. There was a problem that the size, volume, and weight of the overall electronic device, that is, the HMD, were increased.
  • An object of the present invention is to provide an electronic device capable of minimizing the size of a display unit in an electronic device used for VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality), MR (Mixed Reality), and the like.
  • an object of the present invention is to provide an electronic device capable of moving a display unit to correspond to a user's pupil position in an electronic device used for VR, AR, MR, and the like.
  • An electronic device includes a display unit including an in-coupling unit having a first nano pattern formed thereon, an out-coupling unit having a second nano pattern formed thereon, the And a moving unit that can move the display unit to correspond to the pupil position of the user, and a control unit that recognizes the pupil position of the user and controls the moving unit so that the display unit corresponds to the pupil position, and includes the first nano pattern and The second nano pattern is the same pattern.
  • the first nano pattern includes a plurality of first protrusions protruding from one surface of the display unit toward the user's face
  • the second nano pattern includes a plurality of first protrusions protruding from one surface of the display unit toward the user’s face. It includes two protrusions, and both the first protrusion and the second protrusion may be parallel to each other.
  • a height of the first protrusion protruding from one surface of the display unit may be greater than a height of the second protrusion protruding from one surface of the display unit.
  • a height of the first protrusion protruding from one surface of the display unit may be smaller than a height of the second protrusion protruding from one surface of the display unit.
  • a height of the first protrusion protruding from one surface of the display unit may be the same as a height of the second protrusion protruding from one surface of the display unit.
  • An angle formed by the first protrusion and the second protrusion with one surface of the display unit may be a right angle.
  • An angle formed by the first protrusion and the second protrusion with one surface of the display may be an acute angle.
  • An angle formed by the first protrusion and the second protrusion with one surface of the display may be an obtuse angle.
  • the width of the display unit may be formed to correspond to a diameter of at least one of a pupil, an iris, and an eyeball of the user.
  • control unit further includes first and second control modules, and each of the first and second control modules is parallel to the eyebrows of the user on the front frame.
  • width of the display unit may be half of the length of the first control module or the length of the second control module 402.
  • the moving unit may further include a plate coupled to a portion of the display unit, a spring connected to one end of the plate, and a pressing unit configured to press the other end of the plate.
  • the moving unit may further include an air pocket accommodating a part of the display unit, and a pressing unit capable of pressing one end of the air pocket.
  • the control unit may further include a pupil recognition unit capable of recognizing the user's pupil.
  • the electronic device according to the present invention includes a display unit having a narrower width compared to the prior art, the size, volume, and weight of the entire electronic device can be reduced.
  • the in-coupling unit and the out-coupling unit included in the display unit have uniform nano-patterns, light efficiency is increased.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a 5G network environment in which heterogeneous electronic devices are connected to a cloud network.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device including a display module according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of an augmented reality electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for describing an embodiment of a prismatic optical element.
  • FIG. 6 is a view for explaining an embodiment of an optical element of a waveguide (or waveguide) type.
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining an embodiment of a pin mirror type optical element.
  • FIG. 9 is a diagram for describing an embodiment of an optical element of a surface reflection method.
  • FIG. 10 is a diagram for describing an embodiment of an optical device of a micro LED type.
  • FIG. 11 is a diagram for describing an embodiment of a display unit used in a contact lens.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an embodiment in which a nano pattern is formed on a display unit of the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining another embodiment in which a nano pattern is formed on a display unit of the present invention.
  • FIG. 14 is a view for explaining a side surface of the display unit of the present invention according to the XIV line shown in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a side surface of a display unit according to an XV ray shown in FIG. 14.
  • 16 and 17 are diagrams for explaining movement of the display unit according to the present invention.
  • 18 is a view for explaining an embodiment of the moving unit of the present invention.
  • the three main requirements areas of 5G are (1) Enhanced Mobile Broadband (eMBB) area, (2) Massive Machine Type Communication (mMTC) area, and (3) Ultra-reliability and It includes a low-latency communication (Ultra-reliable and Low Latency Communications, URLLC) area.
  • eMBB Enhanced Mobile Broadband
  • mMTC Massive Machine Type Communication
  • URLLC Low Latency Communications
  • KPI key performance indicator
  • eMBB goes far beyond basic mobile Internet access and covers rich interactive work, media and entertainment applications in the cloud or augmented reality.
  • Data is one of the key drivers of 5G, and it may not be possible to see dedicated voice services for the first time in the 5G era.
  • voice is expected to be processed as an application program simply using the data connection provided by the communication system.
  • the main reasons for the increased traffic volume are an increase in content size and an increase in the number of applications requiring high data rates.
  • Streaming services (audio and video), interactive video and mobile Internet connections will become more widely used as more devices connect to the Internet. Many of these applications require always-on connectivity to push real-time information and notifications to the user.
  • Cloud storage and applications are increasing rapidly on mobile communication platforms, which can be applied to both work and entertainment.
  • cloud storage is a special use case that drives the growth of the uplink data rate.
  • 5G is also used for remote work in the cloud and requires much lower end-to-end latency to maintain a good user experience when tactile interfaces are used.
  • Entertainment For example, cloud gaming and video streaming is another key factor that is increasing the demand for mobile broadband capabilities. Entertainment is essential on smartphones and tablets anywhere, including high mobility environments such as trains, cars and airplanes.
  • Another use case is augmented reality and information retrieval for entertainment.
  • augmented reality requires very low delay and an instantaneous amount of data.
  • one of the most anticipated 5G use cases relates to the ability to seamlessly connect embedded sensors in all fields, i.e. mMTC.
  • mMTC massive machine type computer
  • Industrial IoT is one of the areas where 5G plays a major role in enabling smart cities, asset tracking, smart utilities, agriculture and security infrastructure.
  • URLLC includes new services that will transform the industry with ultra-reliable and low-latency links such as remote control of critical infrastructure and self-driving vehicles.
  • the level of reliability and delay is essential for smart grid control, industrial automation, robotics, and drone control and coordination.
  • 5G can complement fiber-to-the-home (FTTH) and cable-based broadband (or DOCSIS) as a means of providing streams rated at hundreds of megabits per second to gigabits per second. This high speed is required to deliver TV in 4K or higher (6K, 8K and higher) resolution as well as virtual reality and augmented reality.
  • Virtual Reality (VR) and Augmented Reality (AR) applications involve almost immersive sports events.
  • Certain application programs may require special network settings. For example, for VR games, game companies may need to integrate core servers with network operators' edge network servers to minimize latency.
  • Automotive is expected to be an important new driving force in 5G, with many use cases for mobile communication to vehicles. For example, entertainment for passengers demands simultaneous high capacity and high mobility mobile broadband. The reason is that future users will continue to expect high-quality connections, regardless of their location and speed.
  • Another application example in the automotive field is an augmented reality dashboard. It identifies an object in the dark on top of what the driver sees through the front window, and displays information that tells the driver about the distance and movement of the object overlaid.
  • wireless modules enable communication between vehicles, exchange of information between the vehicle and the supporting infrastructure, and exchange of information between the vehicle and other connected devices (eg, devices carried by pedestrians).
  • the safety system can lower the risk of an accident by guiding the driver through alternative courses of action to make driving safer.
  • the next step will be a remote controlled or self-driven vehicle.
  • This requires very reliable and very fast communication between different self-driving vehicles and between the vehicle and the infrastructure.
  • self-driving vehicles will perform all driving activities, and drivers will be forced to focus only on traffic anomalies that the vehicle itself cannot identify.
  • the technical requirements of self-driving vehicles require ultra-low latency and ultra-fast reliability to increase traffic safety to levels unachievable by humans.
  • Smart cities and smart homes referred to as smart society, will be embedded with high-density wireless sensor networks.
  • a distributed network of intelligent sensors will identify the conditions for cost and energy-efficient maintenance of a city or home.
  • a similar setup can be done for each household.
  • Temperature sensors, window and heating controllers, burglar alarms and appliances are all wirelessly connected. Many of these sensors are typically low data rate, low power and low cost. However, for example, real-time HD video may be required in certain types of devices for surveillance.
  • the consumption and distribution of energy including heat or gas is highly decentralized, requiring automated control of distributed sensor networks.
  • the smart grid interconnects these sensors using digital information and communication technologies to gather information and act accordingly. This information can include the behavior of suppliers and consumers, enabling smart grids to improve efficiency, reliability, economics, sustainability of production and the distribution of fuels such as electricity in an automated way.
  • the smart grid can also be viewed as another low-latency sensor network.
  • the health sector has many applications that can benefit from mobile communications.
  • the communication system can support telemedicine providing clinical care from remote locations. This can help reduce barriers to distance and improve access to medical services that are not consistently available in remote rural areas. It is also used to save lives in critical care and emergencies.
  • a wireless sensor network based on mobile communication can provide sensors and remote monitoring of parameters such as heart rate and blood pressure.
  • Wireless and mobile communications are becoming increasingly important in industrial applications. Wiring is expensive to install and maintain. Thus, the possibility of replacing cables with reconfigurable wireless links is an attractive opportunity for many industries. However, achieving this requires that the wireless connection operates with a delay, reliability and capacity similar to that of the cable, and its management is simplified. Low latency and very low error probability are new requirements that need to be connected to 5G.
  • Logistics and freight tracking are important use cases for mobile communications that enable tracking of inventory and packages anywhere using location-based information systems. Logistics and freight tracking use cases typically require low data rates, but require a wide range and reliable location information.
  • An electronic device including a display module according to the present invention may be implemented by combining or changing each of the embodiments so as to satisfy the requirements of 5G described above.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a 5G network environment in which heterogeneous electronic devices are connected to a cloud network 10.
  • the AI system is implemented with an AI server 16, and through a 5G cloud network 10, a robot 11, an autonomous vehicle 12, an XR device 13, a smartphone 14, or It may be connected to at least one or more of the home appliances (15).
  • a robot 11, an autonomous vehicle 12, an XR device 13, a smart phone 14, or a home appliance 15 connected through the AI server 16 and the cloud network 10 are connected to the cloud AI robot ( 11), cloud AI autonomous vehicle 12, cloud AI XR device 13, cloud AI smartphone 14, or cloud AI home appliance 15.
  • the AI server 16 may include a server that performs AI processing and a server that performs an operation on big data.
  • the robot 11, the autonomous vehicle 12, the XR device 13, the smartphone 14, or the home appliance 15 provides an on-premise AI system including an AI processor and an AI server role. ) Can be included.
  • an AI robot 11 it may be referred to as an AI robot 11, an AI autonomous vehicle 12, an AI XR device 13, an AI smartphone 14, or an AI home appliance 15.
  • the cloud network 10 may constitute a part of the cloud computing infrastructure or may mean a network that exists in the cloud computing infrastructure.
  • the cloud network 10 may be configured using a 3G network, a 4G or Long Term Evolution (LTE) network, or a 5G network.
  • LTE Long Term Evolution
  • the devices 11 to 15 and 20 connected to the cloud network 10 and connected to each other may communicate with each other through the base station, but may directly communicate with each other without passing through the base station.
  • the AI server 16 is a separate AI for at least one of a robot 11, an autonomous vehicle 12, an XR device 13, a smartphone 14, or a home appliance 15 connected through the cloud network 10. AI processing of the connected AI devices 11 to 15 can be aided at least in part.
  • the AI server 16 may train an artificial neural network according to a machine learning algorithm in place of the AI devices 11 to 15, and may directly store the learning model or transmit it to the AI devices 11 to 15.
  • the AI server 16 receives input data from the AI devices 11 to 15, infers a result value for the received input data using a learning model, and a response or control command based on the inferred result value. Can be generated and transmitted to the AI devices (11 to 15).
  • the AI devices 11 to 15 may infer a result value for input data using a direct learning model, and generate a response or a control command based on the inferred result value.
  • the XR device 13 is connected through the AI server 16 and the cloud network 10, and at the same time, a head-mounted display (HMD), a head-up display (HUD) provided in a vehicle, a television, a mobile phone, a smart phone, a computer , Wearable devices, home appliances, digital signage, vehicles, fixed robots or mobile robots.
  • HMD head-mounted display
  • HUD head-up display
  • the XR device 13 analyzes 3D point cloud data or image data acquired through various sensors or from an external device to generate location data and attribute data for 3D points, thereby providing information on surrounding spaces or real objects.
  • the XR object to be acquired and output can be rendered and output.
  • the XR apparatus 13 may output an XR object including additional information on the recognized object in correspondence with the recognized object.
  • the XR device 13 may perform the above operations using a learning model composed of at least one artificial neural network.
  • the XR device 13 may recognize a real object from 3D point cloud data or image data using a learning model, and may provide information corresponding to the recognized real object.
  • the learning model may be directly trained in the XR device 13 or may be trained in an external device such as the AI server 16.
  • the XR device 13 may perform an operation by generating a result using a direct learning model, but it transmits sensor information to an external device such as the AI server 16 and receives the result generated accordingly to operate. You can also do
  • XR stands for eXtended Reality, and collectively refers to Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR), and Mixed Reality (MR).
  • VR technology provides only CG images of real-world objects or backgrounds
  • AR technology provides virtually created CG images on top of real object images
  • MR technology is a computer that mixes and combines virtual objects in the real world. It's a graphic technology.
  • MR technology is similar to AR technology in that it shows real and virtual objects together.
  • a virtual object is used in a form that complements a real object, whereas in MR technology, there is a difference in that a virtual object and a real object are used with equal characteristics.
  • HMD Head-Mount Display
  • HUD Head-Up Display
  • mobile phones tablet PCs, laptops, desktops, TVs, digital signage, etc. It can be called as.
  • the electronic device 20 including the display module according to the present invention will be described as an example implemented by the XR device 13 among the above-described devices.
  • the electronic device 20 including the display module according to the present invention will be described as an example implemented as an augmented reality (AR) device among the aforementioned XR devices 13. .
  • AR augmented reality
  • an electronic device 20 including a display module according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an electronic device 20 including a display module according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 20 including the display module includes a wireless communication unit 21, an input unit 22, a sensing unit 23, an output unit 24, an interface unit 25, and a memory 26. , A control unit 27 and a power supply unit 28, and the like.
  • the components shown in FIG. 2 are not essential in implementing the electronic device 20 according to the embodiment of the present invention, so the electronic device 20 described in the present specification has more components than the components listed above. It may include elements or may include fewer components.
  • the wireless communication unit 21 is a wireless communication unit between the electronic device 20 and a wireless communication system, between the electronic device 20 and another electronic device, or between the electronic device 20 and an external server. It may include one or more inter-device communication modules that enable communication. In addition, the wireless communication unit 21 may include one or more network communication modules that connect the electronic device 20 to one or more networks.
  • the wireless communication unit 21 may include at least one of a broadcast reception module, a mobile communication module, a wireless Internet module, a short range communication module, and a location information module as an inter-device communication module and a network communication module.
  • the input unit 22 includes a camera or video input unit for inputting an image signal, a microphone or audio input unit for inputting an audio signal, and a user input unit for receiving information from a user (for example, a touch key). , Push key (mechanical key, etc.).
  • the voice data or image data collected by the input unit 22 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the sensing unit 23 may include one or more sensors for sensing at least one of information in the electronic device 20, information on surrounding environments surrounding the electronic device 20, and user information according to the present invention.
  • the sensing unit 23 includes a proximity sensor, an illumination sensor, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and a gravity sensor (G- sensor), gyroscope sensor, motion sensor, RGB sensor, infrared sensor (IR sensor), fingerprint recognition sensor, ultrasonic sensor, optical sensor ( optical sensor (e.g., photographing means), microphone, battery gauge, environmental sensor (e.g., barometer, hygrometer, thermometer, radiation detection sensor, heat detection sensor, gas detection sensor, etc.), It may include at least one of a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.). Meanwhile, the electronic device 20 disclosed in the present specification may combine and utilize information sensed by at least two or more of these sensors.
  • the output unit 24 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and may include at least one of a display module 240, an audio output module, a haptic module, and a light output module.
  • the display module 240 includes a display unit for displaying a virtual image or image in front of the user's eyes, and the display unit forms a layer structure with a touch sensor or is integrally formed, thereby implementing a touch screen.
  • a touch screen may function as a user input means providing an input interface between the electronic device 20 and the user according to the present invention, and may also provide an output interface between the electronic device 20 and the user.
  • the interface unit 25 serves as a passage for various types of external devices connected to the electronic device 20. Through the interface unit 25, the electronic device 20 may receive virtual reality or augmented reality content from an external device, and may perform mutual interaction by exchanging various input signals, sensing signals, and data.
  • the interface unit 25 includes a wired/wireless headset port, an external charger port, a wired/wireless data port, a memory card port, and a device equipped with an identification module. It may include at least one of a connection port, an audio input/output (I/O) port, an input/output (video I/O) port, and an earphone port.
  • I/O audio input/output
  • video I/O input/output
  • earphone port an earphone port
  • the memory 26 stores data supporting various functions of the electronic device 20.
  • the memory 26 may store a plurality of application programs or applications driven by the electronic device 20, data for the operation of the electronic device 20, and instructions. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the electronic device 20 from the time of shipment for basic functions of the electronic device 20 (eg, incoming calls, outgoing functions, message reception, and outgoing functions).
  • control unit 27 In addition to the operation related to the application program, the control unit 27 generally controls the overall operation of the electronic device 20.
  • the controller 27 may process signals, data, information, etc. that are input or output through the above-described components.
  • control unit 27 may include a processor.
  • controller 27 may control at least some of the components by driving the application program stored in the memory 26 to provide appropriate information to the user or process a function. Further, the control unit 27 may operate by combining at least two or more of the components included in the electronic device 20 to drive the application program.
  • the controller 27 may detect movement of the electronic device 20 or a user using a gyroscope sensor, a gravity sensor, a motion sensor, etc. included in the sensing unit 23.
  • the controller 27 may detect an object approaching the electronic device 20 or the user by using a proximity sensor, an illuminance sensor, a magnetic sensor, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, etc. included in the sensing unit 23. have.
  • the controller 27 may detect the user's movement through sensors included in the controller operating in conjunction with the electronic device 20.
  • controller 27 may perform an operation (or function) of the electronic device 20 by using an application program stored in the memory 26.
  • the power supply unit 28 receives external power or internal power under the control of the control unit 27 and supplies power to each of the components included in the electronic device 20.
  • the power supply unit 28 includes a battery, and the battery may be provided in a built-in or replaceable form.
  • At least some of the above components may operate in cooperation with each other to implement the operation, control, or control method of the electronic device 20 according to various embodiments described below. Further, the operation, control, or control method of the electronic device may be implemented on the electronic device 20 by driving at least one application program stored in the memory 26.
  • FIG. 3 is a perspective view of an augmented reality electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 20 may include a frame 100, a control unit 200, and a display unit 300.
  • the electronic device may be provided in a glass type (smart glass).
  • the glass-type electronic device is configured to be worn on the head of the human body, and may include a frame (case, housing, etc.) 100 therefor.
  • the frame 100 may be formed of a flexible material to facilitate wearing.
  • the frame 100 is supported on the head and provides a space in which various parts are mounted. As illustrated, electronic components such as a control unit 200, a user input unit 130, or an audio output unit 140 may be mounted on the frame 100. In addition, a lens covering at least one of the left eye and the right eye may be detachably mounted on the frame 100.
  • the frame 100 may have a form of glasses worn on the face of the user's body, but is not limited thereto, and may have a form such as goggles that are worn in close contact with the user's face. .
  • Such a frame 100 includes a front frame 110 having at least one opening and a pair of side frames 120 extending in a first direction y crossing the front frame 110 and parallel to each other. I can.
  • the control unit 200 is provided to control various electronic components provided in the electronic device.
  • the controller 200 may generate an image displayed to a user or an image in which the image is continuous.
  • the controller 200 may include an image source panel that generates an image and a plurality of lenses that diffuse and converge light generated from the image source panel.
  • the control unit 200 may be fixed to either side frame 120 of the two side frames 120.
  • the control unit 200 may be fixed inside or outside any one side frame 120, or may be integrally formed by being built into the inside of any one side frame 120.
  • the control unit 200 may be fixed to the front frame 110 or may be provided separately from the electronic device.
  • the display unit 300 may be implemented in the form of a head mounted display (HMD).
  • HMD type refers to a display method that is mounted on the head and displays an image directly in front of the user's eyes.
  • the display unit 300 may be disposed to correspond to at least one of the left eye and the right eye so that an image can be directly provided in front of the user's eyes.
  • the display unit 300 is located in a portion corresponding to the right eye so that an image can be output toward the user's right eye.
  • the display unit 300 may perform a user so that an image generated by the controller 200 is visible to the user while the user visually perceives the external environment.
  • the display unit 300 may project an image onto the display area using a prism.
  • the display unit 300 may be formed to be light-transmitting so that the projected image and the general field of view (a range that the user sees through the eyes) can be seen at the same time.
  • the display unit 300 may be translucent, and may be formed of an optical element including glass.
  • the display unit 300 may be inserted into and fixed to the opening included in the front frame 110, or may be positioned at the rear surface of the opening (ie, between the opening and the user) and fixed to the front frame 110.
  • the display unit 300 is located at the rear of the opening and is fixed to the front frame 110 as an example, but unlike this, the display unit 300 may be arranged and fixed at various positions of the frame 100. I can.
  • the control unit 200 injects image light for an image to one side of the display unit 300
  • the electronic device emits the image light to the other side through the display unit 300, as shown in FIG. 200) can be made visible to the user.
  • the user can view the image generated by the controller 200 at the same time while viewing the external environment through the opening of the frame 100. That is, the image output through the display unit 300 may be viewed as overlapping with the general view.
  • the electronic device may provide an Augmented Reality (AR) that displays a virtual image as a single image by superimposing a virtual image on a real image or a background by using such display characteristics.
  • AR Augmented Reality
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a control unit according to an embodiment of the present invention.
  • control unit 200 is provided with a first cover 207 and a second cover 225 that protects the internal components and forms the outer shape of the control unit 200, the first cover 207 And the inside of the second cover 225, the driving unit 201, the image source panel 203, a polarization beam splitter filter (PBSF, 211), a mirror 209, a plurality of lenses (213, 215, 217 and 221), a Fly Eye Lens (FEL, 219), a Dichroic filter 227, and a Freeform prism Projection Lens (FPL, 223) may be provided.
  • PBSF polarization beam splitter filter
  • FEL Fly Eye Lens
  • Dichroic filter 227 Dichroic filter
  • FPL Freeform prism Projection Lens
  • the first cover 207 and the second cover 225 include a driving unit 201, an image source panel 203, a polarizing beam splitter filter 211, a mirror 209, and a plurality of lenses 213, 215, 217, 221. ), a space in which the fly-eye lens 219 and the prism projection lens 223 can be installed, and packaging them, may be fixed to any one of the side frames 120.
  • the driving unit 201 may supply an image displayed on the image source panel 203 or a driving signal for controlling the image, and may be interlocked with a separate module driving chip provided inside the control unit 200 or outside the control unit 200.
  • the driving unit 201 may be provided in the form of a flexible printed circuit board (FPCB), and the flexible printed circuit board is provided with a heatsink that discharges heat generated during driving to the outside. Can be.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the image source panel 203 may emit light by generating an image according to a driving signal provided from the driving unit 201.
  • the image source panel 203 may be a liquid crystal display (LCD) panel or an organic light emitting diode (LED) panel.
  • the polarization beam splitter filter 211 may separate image light for an image generated by the image source panel 203 according to a rotation angle, or may block part of it and pass part of it. Therefore, for example, when the image light emitted from the image source panel 203 includes a horizontal light P wave and a vertical light S wave, the polarization beam splitter filter 211 separates the P wave and the S wave into different paths, or , One image light may pass and the other image light may be blocked.
  • the polarization beam splitter filter 211 as described above may be provided in a cube type or a plate type according to an exemplary embodiment.
  • the polarizing beam splitter filter 211 provided in a cube type can be separated into different paths by filtering image light formed of P waves and S waves, and a polarizing beam splitter filter 211 provided in a plate type. ) May pass the image light of one of the P wave and the S wave and block the other image light.
  • the mirror 209 may reflect the image light polarized and separated by the polarization beam splitter filter 211 and collect it again to be incident on the plurality of lenses 213, 215, 217, and 221.
  • the plurality of lenses 213, 215, 217, and 221 may include a convex lens and a concave lens, and for example, may include an I-type lens and a C-type lens.
  • the plurality of lenses 213, 215, 217, and 221 may repeat diffusion and convergence of incident image light, thereby improving linearity of image light.
  • the fly-eye lens 219 receives image light that has passed through the plurality of lenses 213, 215, 217, 221 and emits image light to further improve the illuminance uniformity of the incident light.
  • the area with uniform illuminance can be expanded.
  • the dichroic filter 227 may include a plurality of film layers or lens layers, and among the image light incident from the fly-eye lens 219, light of a specific wavelength band is transmitted, and light of the other specific wavelength band is reflected. By doing so, the color sense of the image light can be corrected.
  • the image light transmitted through the dichroic filter 227 may be emitted to the display unit 300 through the prism projection lens 223.
  • the display unit 300 may receive image light emitted from the control unit 200 and may output image light incident in a direction in which the user's eyes are positioned so that the user can see it with the eyes.
  • the electronic device may include one or more photographing means (not shown).
  • the photographing means is disposed adjacent to at least one of the left eye and the right eye, so that the front image can be photographed. Alternatively, it may be arranged to capture a lateral/rear image.
  • the photographing means Since the photographing means is located adjacent to the eye, the photographing means can acquire a scene viewed by the user as an image.
  • the photographing means may be installed on the frame 100 or may be provided in plural to obtain a three-dimensional image.
  • the electronic device may include a user input unit 130 operated to receive a control command.
  • the user input unit 130 provides a tactile manner, such as a touch, a push, and the like, a gesture manner for recognizing the movement of the user's hand without a direct touch, or a voice command.
  • Various methods may be employed, including recognition methods.
  • the frame 100 is provided with the user input unit 130.
  • the electronic device may include a microphone that receives sound and processes it as electrical voice data, and an sound output unit 140 that outputs sound.
  • the sound output unit 140 may be configured to transmit sound through a general sound output method or a bone conduction method. When the sound output unit 140 is implemented in a bone conduction method, when the user wears the electronic device, the sound output unit 140 is in close contact with the head and vibrates the skull to transmit sound.
  • 5 to 11 are conceptual diagrams for explaining various types of optical elements applicable to the display unit 300 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining an embodiment of a prism type optical element
  • FIG. 6 is a view for explaining an embodiment of a waveguide type optical element
  • FIG. 7 And 8 are views for explaining an embodiment of a pin mirror type optical element
  • FIG. 9 is a view for explaining an embodiment of a surface reflection type optical element
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment of a micro LED type optical element
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an embodiment of a display unit used for a contact lens.
  • a prism type optical element may be used in the display unit 300-1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the prism-type optical element uses a flat type glass optical element in which a surface on which image light is incident and a surface to be emitted are flat, or As shown in (b) of 5, a freeform glass optical element in which the surface 300b from which image light is emitted is formed as a curved surface without a constant radius of curvature may be used.
  • the flat type glass optical element receives image light generated by the control unit 200 on a flat side, is reflected by the total reflection mirror 300a provided therein, and emits it toward the user.
  • the total reflection mirror 300a provided inside the flat type glass optical element may be formed inside the flat type glass optical element by a laser.
  • the freeform glass optical element is configured to have a thinner thickness as it moves away from the incident surface, so that the image light generated by the control unit 200 is incident on the side having a curved surface, and is totally reflected from the inside to emit it toward the user. .
  • the display unit 300-2 according to another embodiment of the present invention includes a waveguide (or waveguide) type optical element or a light guide optical element (LOE). Can be used.
  • a waveguide (or waveguide) type optical element or a light guide optical element (LOE). Can be used.
  • LOE light guide optical element
  • the optical element of the waveguide or light guide method is an example, and the glass optics of the segmented beam splitter method as shown in FIG. 6A Element, a glass optical element of a sawtooth prism method as shown in (b) of FIG. 6, a glass optical element having a diffractive optical element (DOE) as shown in (c) of FIG. 6, FIG. 6 A glass optical element having a hologram optical element (HOE) as shown in (d) of, and a glass optical element having a passive grating as shown in (e) of FIG. 6, FIG. 6 There may be a glass optical element having an active grating as shown in (f) of.
  • the total reflection mirror 301a and the optical image are formed on the side where the optical image is incident inside the glass optical element.
  • a segmented beam splitter 301b may be provided on the emission side.
  • the optical image generated by the control unit 200 is totally reflected by the total reflection mirror 301a inside the glass optical element, and the total reflected light image is partially reflected by the partial reflection mirror 301b while guiding along the length direction of the glass. It can be separated and outputted, and recognized at the user's perspective.
  • the image light of the controller 200 is incident on the side of the glass in an oblique direction and is totally reflected inside the glass. It is emitted to the outside of the glass by the uneven shape 302 and can be recognized at the user's perspective.
  • the first diffractive portion 303a and the light image are emitted on the surface of the side where the optical image is incident.
  • the second diffractive portion 303b may be provided on the surface of the.
  • the first and second diffraction portions 303a and 303b may be provided in a form in which a specific pattern is patterned on the surface of the glass or a separate diffraction film is attached.
  • the light image generated by the control unit 200 diffracts while being incident through the first diffraction unit 303a, guides light along the length direction of the glass while being totally reflected, and is emitted through the second diffraction unit 303b, It can be recognized from the user's perspective.
  • an out-coupler 304 may be provided inside the glass on the side from which the optical image is emitted. I can. Accordingly, the light image is incident from the control unit 200 in the oblique direction through the side of the glass and is totally reflected, guides light along the length direction of the glass, and is emitted by the out coupler 304, so that it can be recognized by the user's perspective. .
  • a holographic optical device can be further subdivided into a structure having a passive grating and a structure having an active grating because the structure is changed little by little.
  • an in-coupler 305a and an optical image are emitted on the surface opposite to the glass surface on the side where the optical image is incident.
  • An out-coupler 305b may be provided on a surface opposite to the surface of the glass.
  • the in-coupler 305a and the out-coupler 305b may be provided in the form of a film having a passive grid.
  • the light image incident on the glass surface on the side where the glass is incident is totally reflected by the in-coupler 305a provided on the opposite surface, and guided along the length direction of the glass, and It is emitted through the opposite surface and can be recognized by the user's eyes.
  • the glass optical element having an active grating as shown in (f) of FIG. 6 is an in-coupler 306a formed as an active grating inside the glass on the side where the optical image is incident, and the optical image
  • An out-coupler 306b formed as an active lattice may be provided inside the glass on the side where the light is emitted.
  • the light image incident on the glass is totally reflected by the in-coupler 306a and guided along the length of the glass, and is emitted out of the glass by the out-coupler 306b, so that it can be recognized by the user's perspective. have.
  • a pin mirror type optical element may be used in the display unit 300-3 according to another embodiment of the present invention.
  • the pin-hole effect is called a pinhole because the hole facing the object is like a hole made with a pin, and it refers to the effect of seeing more clearly by transmitting light through a small hole. This is due to the nature of light using the refraction of light, and the depth of field (DOF) of light passing through the pinhole increases, so that the image formed on the retina may become clear.
  • DOE depth of field
  • the pinhole mirror 310a is provided on the light path irradiated in the display unit 300-3, and may reflect the irradiated light toward the user's eyes.
  • the pinhole mirror 310a may be interposed between the front (outer surface) and the rear (inner surface) of the display unit 300-3. The manufacturing method of this will be described again later.
  • the pinhole mirror 310a may have a smaller area than the pupil to provide a deep depth of field. Therefore, the user can clearly superimpose the augmented reality image provided by the control unit 200 on the outer view even if the focal length for viewing the outer view through the display unit 300-3 is variable.
  • the display unit 300-3 may provide a path for guiding the irradiated light to the pinhole mirror 310a through total internal reflection.
  • a pinhole mirror 310b may be provided on a surface 300c through which light is totally reflected from the display unit 300-3.
  • the pinhole mirror 310b may have a prism characteristic that changes a path of external light to suit the user's eyes.
  • the pinhole mirror 310b may be manufactured in a film shape and attached to the display unit 300-3, and in this case, there is an advantage in that it is easy to manufacture.
  • the display unit 300-3 guides the light irradiated from the control unit 200 through total internal reflection, and the total reflection and incident light is reflected by the pinhole mirror 310b provided on the surface 300c on which the external light is incident. As a result, it may pass through the display unit 300-3 and reach the user's eyes.
  • light irradiated by the control unit 200 may be directly reflected to the pinhole mirror 310c without total internal reflection of the display unit 300-3 to reach the user's eyes. Fabrication may be facilitated in that augmented reality can be provided irrespective of the shape of a surface through which external light passes in the display unit 300-3.
  • the light irradiated by the control unit 200 is reflected by the pinhole mirror 310d provided on the surface 300d from which external light is emitted from the display unit 300-3, Can reach the eyes.
  • the control unit 200 is provided to irradiate light from a position spaced apart from the surface of the display unit 300-3 in the rear direction, and is directed toward the surface 300d from which external light is emitted from the display unit 300-3.
  • Light can be irradiated.
  • This embodiment can be easily applied when the thickness of the display unit 300-3 is not sufficient to accommodate the light irradiated by the control unit 200.
  • it is not related to the shape of the surface of the display unit 300-3, and the pinhole mirror 310d may be manufactured in a film shape, which may be advantageous in ease of manufacturing.
  • a plurality of pinhole mirrors 310 may be provided in an array pattern.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a shape of a pinhole mirror and an array pattern structure according to an embodiment of the present invention.
  • the pinhole mirror 310 may be manufactured in a polygonal structure including a rectangle or a rectangle.
  • the long axis length (diagonal length) of the pinhole mirror 310 may have a positive square root of the product of the focal length and the wavelength of light emitted from the display unit 300-3.
  • the plurality of pinhole mirrors 310 may be spaced apart from each other and disposed in parallel to form an array pattern.
  • the array pattern may form a line pattern or a grid pattern.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate a flat pin mirror method
  • FIGS. 8C and 8D illustrate a freeform pin mirror method
  • the display unit 300-3 is an inclined surface on which the first glass 300e and the second glass 300f are disposed to be inclined in the pupil direction. It is formed by coupling (300g) therebetween, and a plurality of pinhole mirrors 310 are disposed on the inclined surface 300g to form an array pattern.
  • a plurality of pinhole mirrors 310-e are provided side by side in one direction on the inclined surface 300g, so that even when the user moves the pupil, the display unit 300 It is possible to continuously implement the augmented reality provided by the control unit 200 in the outer view visible through -3).
  • the plurality of pinhole mirrors 310-f may form a radial array parallel to the inclined surface 300g provided as a curved surface.
  • a plurality of pinhole mirrors 300f are arranged along the radial array, and in the drawing, the pinhole mirror 310f at the edge is at the highest position on the inclined surface 300g, and the pinhole mirror 310f at the center is at the lowest position.
  • the beam path irradiated by the controller 200 can be matched.
  • a lens may be attached to the rear surface of the display unit 300-3 to cancel a path difference of light reflected from the plurality of pinhole mirrors 310e arranged in a row.
  • the optical element of the surface reflection method applicable to the display unit 300-4 according to another exemplary embodiment of the present invention is a freeform combiner method as shown in FIG. 9(a), and as shown in FIG. 9(b).
  • the flat HOE method as described above, and the freeform HOE method as shown in (c) of FIG. 9 may be used.
  • a plurality of flat surfaces having different incidence angles of optical images are formed as a single glass 300 in order to function as a combiner.
  • a freeform combiner glass 300 formed to have a curved surface as a whole may be used.
  • the incident angle of the light image is different for each area, so that it may be emitted to the user.
  • the optical element of the surface reflection method of the flat HOE method may be provided by coating or patterning a hologram optical element (HOE) 311 on the surface of a flat glass.
  • the light image incident from 200 passes through the holographic optical element 311 and is reflected off the surface of the glass, passes through the holographic optical element 311 again, and may be emitted toward the user.
  • HOE hologram optical element
  • the freeform HOE type surface reflection type optical element as shown in FIG. 9(c) may be provided by coating or patterning a hologram optical element (HOE) 313 on the surface of the freeform type glass, and the operation principle is It may be the same as described in (b) of FIG. 9.
  • HOE hologram optical element
  • a display unit 300-5 using a micro LED as shown in FIG. 10 and a display unit 300-6 using a contact lens as shown in FIG. 11 are also shown. It is possible.
  • the optical elements of the display unit 300-5 include, for example, a liquid crystal on silicon (LCoS) device, a liquid crystal display (LCD) device, an organic light emitting diode (OLED) display device, and a DMD ( digital micromirror device), and may include next-generation display devices such as Micro LED and QD (quantum dot) LED.
  • LCD liquid crystal on silicon
  • OLED organic light emitting diode
  • DMD digital micromirror device
  • next-generation display devices such as Micro LED and QD (quantum dot) LED.
  • Image data generated by the control unit 200 to correspond to the augmented reality image is transmitted to the display unit 300-5 along the conductive input line 316, and the display unit 300-5 includes a plurality of optical elements 314
  • the image signal is converted into light through (for example, micro LEDs) and irradiated to the user's eyes.
  • the plurality of optical elements 314 may be arranged in a grating structure (eg, 100*100) to form the display area 314a.
  • the user can view the augmented reality through the display area 314a in the display unit 300-5.
  • the plurality of optical elements 314 may be disposed on a transparent substrate.
  • the image signal generated by the control unit 200 is transmitted to the image dividing circuit 315 provided at one side of the display unit 300-5 through the conductive input line 316, and a plurality of It is divided into branches and transmitted to the optical element 314 arranged for each branch.
  • the image segmentation circuit 315 may be located outside the user's visual range to minimize line-of-sight interference.
  • the display unit 300-5 may be provided with a contact lens.
  • the contact lens 300-5 on which augmented reality can be displayed is also called a smart contact lens.
  • a plurality of optical elements 317 may be disposed in a central portion in a grid structure.
  • the smart contact lens 300-5 may include a solar cell 318a, a battery 318b, a control unit 200, an antenna 318c, a sensor 318d, and the like.
  • the sensor 318d can check the blood sugar level in tears
  • the control unit 200 processes the signal from the sensor 318d to vomit the optical element 317 to display the blood sugar level in augmented reality so that the user can I can confirm.
  • the display unit 300 includes a prism type optical element, a waveguide type optical element, a light guide optical element (LOE), a pin mirror type optical element, or a surface reflection method. It can be used by selecting from among the optical elements of.
  • an optical element applicable to the display unit 300 according to an embodiment of the present invention includes a retina scan method.
  • the electronic device 20 according to the present invention may be implemented as an HMD in the form of glasses worn by a user, as shown in FIG. 3.
  • the electronic device 20 according to the present invention may include the display unit 500 according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 13. That is, in the present invention, the electronic device 20 includes a display unit 500 according to another embodiment of the present invention, and has a characteristic thereof, and will be understood in the following description of the display unit 500 according to the present embodiment. To help, description will be made in comparison with the display unit 300 according to an embodiment of the present invention illustrated in FIG. 12.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an embodiment in which a nano pattern is formed on a display unit of the present invention
  • FIG. 13 is a view for explaining another embodiment in which a nano pattern is formed on a display unit according to the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing in detail the nano-patterns formed on the display unit 300 according to the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 3.
  • the display unit 300 includes an in-coupling unit 51 on which a first nano pattern is formed and a second nano pattern.
  • the formed out-coupling portion 52 is included.
  • the incident beam is diffracted inside the display unit 300 through diffraction. Since the out-coupling part 52 is emitted from the coupling part 52 and the out-coupling part 52 is arranged to correspond to the user's pupil, the beam emitted from the out-coupling part 52 enters the user's eyes. Accordingly, the user can recognize the image, video, or content generated by the control unit 200 by the beam emitted from the out-coupling unit 52.
  • an in-coupling area for inputting an image or an image to the display unit and the input image or image are output from the display unit.
  • An out-coupling area for recognizing the user's eyes is arranged together.
  • the in-coupling area and the out-coupling area are disposed on the same display unit, but serve different functions. Therefore, the first nano pattern and the out-coupling unit ( The second nano-patterns formed in 52) are formed to have different patterns, respectively.
  • the in-coupling unit 51 and the out-coupling unit 52 are formed to be separated from each other on the surface of the display unit 300 facing the user's eyes. .
  • the display unit 300 according to the present exemplary embodiment has a width w1 of the first size, as shown in FIG. 12, because the inter-pupillary gap (IPD) is different for each user who uses the electronic device 20. It is formed to have. That is, since the display unit 300 according to the present embodiment has a width w1 of the first size relatively wider than that of the display unit according to other embodiments, even if each user has a different IPD, the pupil of the user You can display an image or video on the screen.
  • IPD inter-pupillary gap
  • the in-coupling unit 510 and the out-coupling unit 520 are not separated and are formed to be connected to each other.
  • the first nano pattern formed on the in-coupling part 510 is formed in the same pattern as the second nano pattern formed in the out-coupling part 520 or is formed in a uniform pattern.
  • FIG. 14 is a diagram for describing a side surface of the display unit according to the XIV line shown in FIG. 13, and FIG. 15 is a view for explaining a side surface of the display unit along the XV line shown in FIG. 14.
  • a first nano pattern formed on the in-coupling part 510 and a second nano pattern formed on the out-coupling part 520 are respectively a plurality of first protrusions 510a. And second protrusions 520a.
  • both the first and second protrusions 510a and 520a protrude from one surface of the display unit 500 toward the user's face and are formed in the same or uniform pattern, the first and second protrusions 510a and 520a The heights protruding from the display unit 500 may be different from each other, but the first and second protrusions 510a and 520a may have the same or uniform shape or shape that protrudes from the display unit 500.
  • both the first protrusion 510a and the second protrusion 520a may be disposed parallel to each other.
  • the heights h1, h2, h3 of the first protrusion 510a and the second protrusion 520a protrude from the display unit 500, and the first protrusion 510a and the second protrusion 520a protrude. May vary according to the angles r1 and r2 formed by the first protrusion 510a and the second protrusion 520a with the display unit 500.
  • the height of the first protrusion 510a protruding from one surface of the display unit 500 may be configured to be greater than the height of the second protrusion 520a protruding from one surface of the display unit, but the first protrusion 510a is A height protruding from one surface of the part 500 may be configured to be smaller than a height of the second protruding part 520a protruding from one surface of the display unit 500.
  • the shape of the first protrusion 510a and the second protrusion 520a protruding from the display unit 500 is configured to be the same or equal to each other.
  • the height of the first protrusion 510a protruding from one surface of the display unit 500 and the height of the second protrusion 520a protruding from one surface of the display unit 500 may be the same.
  • the first protrusion 510a protrudes from one surface of the display unit 500 as shown in FIG. 15A
  • the first protrusion 510a protrudes from one surface of the display unit 500 by a height of h1.
  • the second protrusion 520a is configured to form a right angle with one surface of the display unit 500, as shown in FIG. 15A.
  • the height of the second protrusion 520a protruding from one surface of the display unit 500 may or may not be the same as h1.
  • the first protrusion 510a protrudes from one surface of the display unit 500 by a height of h2, and is configured to form an acute angle with one surface of the display unit 500
  • the second protrusion 520a is configured to form an acute angle with one surface of the display unit 500 like the first protrusion 510a, and the height of the second protrusion 520a protruding from the display unit 500 is the same as h2 Or be configured differently.
  • the first protrusion 510a protrudes from one surface of the display unit 500 by a height of h3, as shown in FIG. 15C, and is configured to form an obtuse angle with one surface of the display unit 500
  • the second protrusion 520a is configured to form an obtuse angle with one surface of the display unit 500 like the first protrusion 510a, and the height of the second protrusion 520a protruding from the display unit 500 is the same as h3 Or be configured differently.
  • the first nano pattern and the second nano pattern respectively formed on the in-coupling unit 510 and the out-coupling unit 520 are configured to be the same or equal, and the in-coupling unit 510 And the out-coupling unit 520 is connected so that they are not physically separated from each other, so that no matter where the beam for the image or image generated by the control unit enters into any area of the display unit 500, the out-coupling unit 520 Since it is possible to emit a beam for an image or an image, the optical efficiency of the optical system included in the electronic device 20 is greatly increased.
  • controller 400 and a moving unit 600 configured to move the display unit 500 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • 16 and 17 are diagrams for explaining movement of the display unit according to the present invention.
  • the controller 400 is disposed to be in contact with the upper end of the display unit 500, and a moving unit 600 capable of horizontally moving the display unit 500 It is connected with or is formed integrally. That is, as shown in FIG. 16, the control unit 400 is disposed above the user's eyes so as to be parallel to the eyebrow line.
  • the moving unit 600 may further include a front frame 603 on which the control unit 400 is mounted. That is, referring to FIG. 16, the control unit 400 is disposed parallel to the eyebrow line of the user by the front frame 603, and the display unit 500 moves horizontally along the groove formed in the front frame 603. I can.
  • control unit 400 includes a first control module 401 corresponding to the user's left eye and a second control module 402 corresponding to the user's right eye, respectively, and the first control module 401 and The configuration and function of the second control module 402 are configured identically.
  • first control module 401 and the second control module 402 are configured to interlock with each other.
  • the display unit 500 also includes a first display unit 501 corresponding to the user's left eye and a second display unit 502 corresponding to the user's right eye. It includes a first moving unit 601 and a second moving unit 602 to horizontally move each of the display unit 501 and the second display unit 502.
  • the first display unit 501 is disposed to correspond to the user's left eye, and the first control module 401 and the first moving unit 601 are provided with a first display unit ( 501).
  • the second display unit 502 is disposed to correspond to the user's right eye, and the second control module 402 and the second moving unit 602 are disposed to contact the upper end of the second display unit 502. .
  • the first moving unit 601 and the second moving unit 602 may horizontally move the first display unit 500 and the second display unit 500 to correspond to the positions of both pupils of the user, respectively.
  • each of the first moving unit 601 and the second moving unit 602 is a plate 612 coupled to a part of the first and second display units 501 and 502, as shown in FIG. 18, A spring 622 connected to one end of the plate 612 and a pressing part 632 capable of pressing the other end of the plate may be further included.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a moving unit for moving a display unit according to another embodiment of the present invention.
  • the moving unit 600 may be configured with an air pocket (not shown) for accommodating a part of the display unit 500 instead of the plate 612 and the spring 622.
  • an air pocket (not shown) for accommodating a part of the display unit 500 instead of the plate 612 and the spring 622.
  • a part of the upper end of the display unit 500 is accommodated in the air pocket, and when the pressing unit 632 presses one end of the air pocket, the air pocket is deformed, and the display unit 500 accommodated in the air pocket is It is a structure in which the display unit 500 is moved by pressing a part of the upper end.
  • the display unit 500 can correspond to different pupil positions for each user.
  • control unit 400 may recognize different pupil positions for each user and control the moving unit 600 so that the display unit 500 corresponds to the pupil position.
  • control unit 400 may further include a pupil recognition unit capable of recognizing the user's pupil, and such a pupil recognition unit may be provided with a separate camera to recognize the user's pupil.
  • the display unit 500 according to the present exemplary embodiment may be changed to correspond to the user's pupil position by the moving unit 600, the display unit according to the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 12 It may be configured to have a smaller width than 300.
  • the width w2 of the second size indicating the width of the display unit 500 according to another embodiment of the present invention is the width of the display unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the value is smaller than the width w1 of the indicated first size.
  • the width w2 of the second size may be formed to correspond to the diameter of at least one of the user's pupil, iris, and eyeball. Also, the width w2 of the second size may be configured as half of the length 401 of the first control module or the length of the second control module 402.
  • the display unit 500 according to another embodiment of the present invention may be formed to have a smaller size, volume, and weight than the display unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the entire electronic device ( 20) can be downsized in size, volume and weight.
  • a configuration A described in a specific embodiment and/or a drawing may be combined with a configuration B described in another embodiment and/or a drawing. That is, even if the combination between the components is not directly described, the combination is possible except for the case where the combination is described as impossible.
  • the electronic device may be linked to an artificial intelligence module, a robot, an augmented reality (AR) device, a virtual reality (VR) device, a device related to a 5G service, and the like.
  • an artificial intelligence module e.g., a robot, an augmented reality (AR) device, a virtual reality (VR) device, a device related to a 5G service, and the like.
  • AR augmented reality
  • VR virtual reality

Abstract

본 발명에 따른 전자 디바이스가 개시된다. 본 발명에 따른 전자 디바이스는 사용자의 동공 위치에 디스플레이부가 대응되도록 이동시킬 수 있으며, 디스플레이부에 빔이 입사되는 인-커플링부와 빔이 출사되는 아웃-커플링부의 나노 패턴은 동일하게 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 전자 디바이스는 인공 지능(Artificial Intelligence) 모듈, 로봇, 증강현실(Augmented Reality, AR) 장치, 가상현실(virtual reality, VR) 장치, 5G 서비스와 관련된 장치 등과 연계될 수 있다.

Description

머리에 착용할 수 있는 전자 디바이스
본 발명은 머리에 착용할 수 있는 전자 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 사용자의 동공 위치에 따라 디스플레이부가 이동할 수 있는 전자 디바이스에 관한 것이다.
VR(Virtual Reality) 또는 AR(Augmented Reality)에 주로 사용되는 장비로써 HMD(Head-Mounted Display)란, 안경 또는 헬멧처럼 디스플레이 디바이스를 머리에 착용하여 제공되는 멀티미디어 컨텐츠를 육안으로 볼 수 있도록 하는 각종 디지털 디바이스를 말한다.
따라서, HMD는 일반적으로 영상을 구현하는 표시 모듈을 포함한다. 예를 들어, 표시 모듈은 액정을 포함하는 액정 패널 및 유기 발광 소자를 포함하는 OLED 패널을 포함할 수 있다. 또한, HMD를 착용하는 사용자가 눈과 가까운 거리에서 표시 모듈에 의해 구현되는 영상을 시각적으로 인식할 수 있도록 하기 위해서, HMD에 포함되는 표시 모듈은 초단초점 광학계(near-eye display optics)로 구성된다.
이러한, 초단초점 광학계는 광원 및 렌즈를 포함하며, 광원과 렌즈의 배치에 따라 HMD의 크기와 부피가 결정되었다.
HMD를 사용하는 사용자마다 각각 다른 동공 사이의 간격(IPD, Inter Pupil Distance) 크기 때문에, 종래의 HMD는 모든 사용자의 동공에 이미지를 투사할 수 있도록 하기 위하여 디스플레이부에 포함되는 렌즈의 크기를 최대한 크게 해야했으며, 이로 인해 전체적인 전자 디바이스 즉, HMD의 크기, 부피 및 무게가 증가한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 필요성을 충족하고 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), MR(Mixed Reality) 등에 사용되는 전자 디바이스에 있어, 디스플레이부의 크기를 최소화할 수 있는 전자 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 VR, AR, MR 등에 사용되는 전자 디바이스에 있어, 디스플레이부가 사용자의 동공 위치에 대응되도록 이동할 수 있는 전자 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스는 제1 나노 패턴이 형성된 인-커플링(in-coupling)부, 제2 나노 패턴이 형성된 아웃-커플링(out-coupling)부를 포함하는 디스플레이부, 상기 디스플레이부를 상기 사용자의 동공 위치에 대응되도록 이동시킬 수 있는 이동부 및 상기 사용자의 동공 위치를 인식하여 상기 디스플레이부가 상기 동공 위치에 대응되도록 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1 나노 패턴과 상기 제2 나노 패턴은 동일한 패턴이다.
상기 제1 나노 패턴은 상기 디스플레이부의 일면으로부터 상기 사용자의 안면을 향해 돌출된 복수의 제1 돌출부들을 포함하고, 상기 제2 나노 패턴은 상기 디스플레이부의 일면으로부터 상기 사용자의 안면을 향해 돌출된 복수의 제2 돌출부들을 포함하며, 상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부들은 모두 서로 평행할 수 있다.
상기 제1 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이는, 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이보다 클 수 있다.
상기 제1 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이는, 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이보다 작을 수 있다.
상기 제1 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이는, 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이와 동일할 수 있다.
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면과 이루는 각은 직각일 수 있다.
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면과 이루는 각은 예각일 수 있다.
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면과 이루는 각은 둔각일 수 있다.
상기 디스플레이부의 폭은 상기 사용자의 동공, 홍채 및 안구 중 적어도 어느 하나의 직경과 대응되도록 형성될 수 있다.
상기 제어부 및 상기 디스플레이부가 장착되는 전면 프레임을 포함하고, 상기 제어부는 제1 및 제2 제어 모듈을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 제어 모듈은 각각 상기 전면 프레임 상에서 상기 사용자의 눈썹과 평행하도록 배치되고, 상기 디스플레이부의 폭은 상기 제1 제어 모듈의 길이 또는 상기 제2 제어 모듈(402) 길이의 절반일 수 있다.
상기 이동부는 상기 디스플레이부의 일부와 결합되는 플레이트, 상기 플레이트의 일단과 연결된 스프링 및 상기 플레이트의 타단을 가압할 수 있는 가압부를 더 포함할 수 있다.
상기 이동부는 상기 디스플레이부의 일부를 수용하는 에어포켓, 상기 에어포켓의 일단을 가압할 수 있는 가압부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 사용자의 동공을 인식할 수 있는 동공 인식부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 디바이스는 종래에 비해 좁은 폭을 가지는 디스플레이부를 포함하므로, 전체적인 전자 디바이스의 크기, 부피 및 무게를 소형화 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자 디바이스는 디스플레이부에 포함된 인-커플링부 및 아웃-커플링부가 균등한 나노 패턴을 가지므로, 광 효율이 증대된다.
도 1은 이종 전자 디바이스들이 클라우드 네트워크와 연결되는 5G 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 전자 디바이스의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 5는 프리즘 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7과 8은 핀 미러(Pin Mirror) 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 표면 반사 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 마이크로 엘이디 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 컨택트 렌즈에 활용되는 디스플레이부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 디스플레이부에 나노 패턴이 형성된 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13는 본 발명의 디스플레이부에 나노 패턴이 형성된 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 XIV 선에 따라 본 발명의 디스플레이부의 측면을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 XV 선에 따라 디스플레이부의 측면을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 디스플레이부가 이동하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 이동부에 대한 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
[5G 시나리오]
5G의 세 가지 주요 요구 사항 영역은 (1) 개선된 모바일 광대역 (Enhanced Mobile Broadband, eMBB) 영역, (2) 다량의 머신 타입 통신 (massive Machine Type Communication, mMTC) 영역 및 (3) 초-신뢰 및 저 지연 통신 (Ultra-reliable and Low Latency Communications, URLLC) 영역을 포함한다.
일부 사용 예(Use Case)는 최적화를 위해 다수의 영역들이 요구될 수 있고, 다른 사용 예는 단지 하나의 핵심 성능 지표 (Key Performance Indicator, KPI)에만 포커싱될 수 있다. 5G는 이러한 다양한 사용 예들을 유연하고 신뢰할 수 있는 방법으로 지원하는 것이다.
eMBB는 기본적인 모바일 인터넷 액세스를 훨씬 능가하게 하며, 풍부한 양방향 작업, 클라우드 또는 증강현실에서 미디어 및 엔터테인먼트 애플리케이션을 커버한다. 데이터는 5G의 핵심 동력 중 하나이며, 5G 시대에서 처음으로 전용 음성 서비스를 볼 수 없을 수 있다. 5G에서, 음성은 단순히 통신 시스템에 의해 제공되는 데이터 연결을 사용하여 응용 프로그램으로서 처리될 것이 기대된다. 증가된 트래픽 양(volume)을 위한 주요 원인들은 콘텐츠 크기의 증가 및 높은 데이터 전송률을 요구하는 애플리케이션 수의 증가이다. 스트리밍 서비스 (오디오 및 비디오), 대화형 비디오 및 모바일 인터넷 연결은 더 많은 장치가 인터넷에 연결될수록 더 널리 사용될 것이다. 이러한 많은 응용 프로그램들은 사용자에게 실시간 정보 및 알림을 푸쉬하기 위해 항상 켜져 있는 연결성이 필요하다. 클라우드 스토리지 및 애플리케이션은 모바일 통신 플랫폼에서 급속히 증가하고 있으며, 이것은 업무 및 엔터테인먼트 모두에 적용될 수 있다. 그리고, 클라우드 스토리지는 상향링크 데이터 전송률의 성장을 견인하는 특별한 사용 예이다. 5G는 또한 클라우드의 원격 업무에도 사용되며, 촉각 인터페이스가 사용될 때 우수한 사용자 경험을 유지하도록 훨씬 더 낮은 단-대-단(end-to-end) 지연을 요구한다. 엔터테인먼트 예를 들어, 클라우드 게임 및 비디오 스트리밍은 모바일 광대역 능력에 대한 요구를 증가시키는 또 다른 핵심 요소이다. 엔터테인먼트는 기차, 차 및 비행기와 같은 높은 이동성 환경을 포함하는 어떤 곳에서든지 스마트폰 및 태블릿에서 필수적이다. 또 다른 사용 예는 엔터테인먼트를 위한 증강현실 및 정보 검색이다. 여기서, 증강현실은 매우 낮은 지연과 순간적인 데이터 양을 필요로 한다.
또한, 가장 많이 예상되는 5G 사용 예 중 하나는 모든 분야에서 임베디드 센서를 원활하게 연결할 수 있는 기능 즉, mMTC에 관한 것이다. 2020년까지 잠재적인 IoT 장치들은 204 억 개에 이를 것으로 예측된다. 산업 IoT는 5G가 스마트 도시, 자산 추적(asset tracking), 스마트 유틸리티, 농업 및 보안 인프라를 가능하게 하는 주요 역할을 수행하는 영역 중 하나이다.
URLLC는 주요 인프라의 원격 제어 및 자체-구동 차량(self-driving vehicle)과 같은 초 신뢰 및 저 지연 링크를 통해 산업을 변화시킬 새로운 서비스를 포함한다. 신뢰성과 지연의 수준은 스마트 그리드 제어, 산업 자동화, 로봇 공학, 드론 제어 및 조정에 필수적이다.
다음으로, 다수의 사용 예들에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
5G는 초당 수백 메가 비트에서 초당 기가 비트로 평가되는 스트림을 제공하는 수단으로 FTTH(fiber-to-the-home) 및 케이블 기반 광대역 (또는 DOCSIS)을 보완할 수 있다. 이러한 빠른 속도는 가상현실과 증강현실뿐 아니라 4K 이상(6K, 8K 및 그 이상)의 해상도로 TV를 전달하는데 요구된다. VR(Virtual Reality) 및 AR(Augmented Reality) 애플리케이션들은 거의 몰입형(immersive) 스포츠 경기를 포함한다. 특정 응용 프로그램은 특별한 네트워크 설정이 요구될 수 있다. 예를 들어, VR 게임의 경우, 게임 회사들이 지연을 최소화하기 위해 코어 서버를 네트워크 오퍼레이터의 에지 네트워크 서버와 통합해야 할 수 있다.
자동차(Automotive)는 차량에 대한 이동 통신을 위한 많은 사용 예들과 함께 5G에 있어 중요한 새로운 동력이 될 것으로 예상된다. 예를 들어, 승객을 위한 엔터테인먼트는 동시의 높은 용량과 높은 이동성 모바일 광대역을 요구한다. 그 이유는 미래의 사용자는 그들의 위치 및 속도와 관계없이 고품질의 연결을 계속해서 기대하기 때문이다. 자동차 분야의 다른 활용 예는 증강현실 대시보드이다. 이는 운전자가 앞면 창을 통해 보고 있는 것 위에 어둠 속에서 물체를 식별하고, 물체의 거리와 움직임에 대해 운전자에게 말해주는 정보를 겹쳐서 디스플레이 한다. 미래에, 무선 모듈은 차량들 간의 통신, 차량과 지원하는 인프라구조 사이에서 정보 교환 및 자동차와 다른 연결된 디바이스들(예를 들어, 보행자에 의해 수반되는 디바이스들) 사이에서 정보 교환을 가능하게 한다. 안전 시스템은 운전자가 보다 안전한 운전을 할 수 있도록 행동의 대체 코스들을 안내하여 사고의 위험을 낮출 수 있게 한다. 다음 단계는 원격 조종되거나 자체 운전 차량(self-driven vehicle)이 될 것이다. 이는 서로 다른 자체 운전 차량들 사이 및 자동차와 인프라 사이에서 매우 신뢰성이 있고, 매우 빠른 통신을 요구한다. 미래에, 자체 운전 차량이 모든 운전 활동을 수행하고, 운전자는 차량 자체가 식별할 수 없는 교통 이상에만 집중하도록 할 것이다. 자체 운전 차량의 기술적 요구 사항은 트래픽 안전을 사람이 달성할 수 없을 정도의 수준까지 증가하도록 초 저 지연과 초고속 신뢰성을 요구한다.
스마트 사회(smart society)로서 언급되는 스마트 도시와 스마트 홈은 고밀도 무선 센서 네트워크로 임베디드될 것이다. 지능형 센서의 분산 네트워크는 도시 또는 집의 비용 및 에너지-효율적인 유지에 대한 조건을 식별할 것이다. 유사한 설정이 각 가정을 위해 수행될 수 있다. 온도 센서, 창 및 난방 컨트롤러, 도난 경보기 및 가전 제품들은 모두 무선으로 연결된다. 이러한 센서들 중 많은 것들이 전형적으로 낮은 데이터 전송 속도, 저전력 및 저비용이다. 하지만, 예를 들어, 실시간 HD 비디오는 감시를 위해 특정 타입의 장치에서 요구될 수 있다.
열 또는 가스를 포함한 에너지의 소비 및 분배는 고도로 분산화되고 있어, 분산 센서 네트워크의 자동화된 제어가 요구된다. 스마트 그리드는 정보를 수집하고 이에 따라 행동하도록 디지털 정보 및 통신 기술을 사용하여 이런 센서들을 상호 연결한다. 이 정보는 공급 업체와 소비자의 행동을 포함할 수 있으므로, 스마트 그리드가 효율성, 신뢰성, 경제성, 생산의 지속 가능성 및 자동화된 방식으로 전기와 같은 연료들의 분배를 개선하도록 할 수 있다. 스마트 그리드는 지연이 적은 다른 센서 네트워크로 볼 수도 있다.
건강 부문은 이동 통신의 혜택을 누릴 수 있는 많은 응용 프로그램을 보유하고 있다. 통신 시스템은 멀리 떨어진 곳에서 임상 진료를 제공하는 원격 진료를 지원할 수 있다. 이는 거리에 대한 장벽을 줄이는데 도움을 주고, 거리가 먼 농촌에서 지속적으로 이용하지 못하는 의료 서비스들로의 접근을 개선시킬 수 있다. 이는 또한 중요한 진료 및 응급 상황에서 생명을 구하기 위해 사용된다. 이동 통신 기반의 무선 센서 네트워크는 심박수 및 혈압과 같은 파라미터들에 대한 원격 모니터링 및 센서들을 제공할 수 있다.
무선 및 모바일 통신은 산업 응용 분야에서 점차 중요해지고 있다. 배선은 설치 및 유지 비용이 높다. 따라서, 케이블을 재구성할 수 있는 무선 링크들로의 교체 가능성은 많은 산업 분야에서 매력적인 기회이다. 그러나, 이를 달성하는 것은 무선 연결이 케이블과 비슷한 지연, 신뢰성 및 용량으로 동작하는 것과, 그 관리가 단순화될 것이 요구된다. 낮은 지연과 매우 낮은 오류 확률은 5G로 연결될 필요가 있는 새로운 요구 사항이다.
물류(logistics) 및 화물 추적(freight tracking)은 위치 기반 정보 시스템을 사용하여 어디에서든지 인벤토리(inventory) 및 패키지의 추적을 가능하게 하는 이동 통신에 대한 중요한 사용 예이다. 물류 및 화물 추적의 사용 예는 전형적으로 낮은 데이터 속도를 요구하지만 넓은 범위와 신뢰성 있는 위치 정보가 필요하다.
본 명세서에서 후술할 본 발명으로써의 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스는 전술한 5G의 요구 사항을 만족하도록 각 실시예를 조합하거나 변경하여 구현될 수 있다.
[5G 네트워크와 본 발명이 연계되는 시나리오]
우선, 도 1은 이종 전자 디바이스들이 클라우드 네트워크(10)와 연결되는 5G 네트워크 환경에 대한 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, AI 시스템은 AI 서버(16)로 구현되며, 5G 클라우드 네트워크(10)를 통해 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15) 중에서 적어도 하나 이상과 연결될 수 있다. 여기서, AI 서버(16)와 클라우드 네트워크(10)를 통해 연결된 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15) 등을 클라우드 AI 로봇(11), 클라우드 AI 자율주행 차량(12), 클라우드 AI XR 장치(13), 클라우드 AI 스마트폰(14) 또는 클라우드 AI 가전(15)이라 칭할 수 있다.
AI 서버(16)는 AI 프로세싱을 수행하는 서버와 빅 데이터에 대한 연산을 수행하는 서버를 포함할 수 있다.
하지만, 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15)은 AI 프로세서와 AI 서버 역할을 포함하는 AI 시스템을 온-프레미스(On-premise)로 포함할 수 있다.
이 경우, AI 로봇(11), AI 자율주행 차량(12), AI XR 장치(13), AI 스마트폰(14) 또는 AI 가전(15)이라 칭할 수 있다.
클라우드 네트워크(10)는 클라우드 컴퓨팅 인프라의 일부를 구성하거나 클라우드 컴퓨팅 인프라 안에 존재하는 네트워크를 의미할 수 있다. 여기서, 클라우드 네트워크(10)는 3G 네트워크, 4G 또는 LTE(Long Term Evolution) 네트워크 또는 5G 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다.
즉, 클라우드 네트워크(10)에 연결되어 서로 연결된 각 장치들(11 내지 15, 20)은 기지국을 통해서 서로 통신할 수도 있지만, 기지국을 통하지 않고 직접 서로 통신할 수도 있다.
AI 서버(16)는 클라우드 네트워크(10)를 통해 연결된 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15) 중에서 적어도 하나 이상에 별도의 AI 연결된 AI 장치들(11 내지 15)의 AI 프로세싱을 적어도 일부를 도울 수 있다.
이 때, AI 서버(16)는 AI 장치(11 내지 15)를 대신하여 머신 러닝 알고리즘에 따라 인공 신경망을 학습시킬 수 있고, 학습 모델을 직접 저장하거나 AI 장치(11 내지 15)에 전송할 수 있다.
이 때, AI 서버(16)는 AI 장치(11 내지 15)로부터 입력 데이터를 수신하고, 학습 모델을 이용하여 수신한 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성하여 AI 장치(11 내지 15)로 전송할 수 있다.
또는, AI 장치(11 내지 15)는 직접 학습 모델을 이용하여 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성할 수도 있다.
XR 장치(13)는 AI 서버(16)와 클라우드 네트워크(10)를 통해 연결됨과 동시에 HMD(Head-Mounted Display), 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 휴대폰, 스마트 폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지, 차량, 고정형 로봇이나 이동형 로봇 등으로 구현될 수 있다.
XR 장치(13)는 다양한 센서들을 통해 또는 외부 장치로부터 획득한 3차원 포인트 클라우드 데이터 또는 이미지 데이터를 분석하여 3차원 포인트들에 대한 위치 데이터 및 속성 데이터를 생성함으로써 주변 공간 또는 현실 객체에 대한 정보를 획득하고, 출력할 XR 객체를 렌더링하여 출력할 수 있다. 예컨대, XR 장치(13)는 인식된 물체에 대한 추가 정보를 포함하는 XR 객체를 해당 인식된 물체에 대응시켜 출력할 수 있다.
XR 장치(13)는 적어도 하나 이상의 인공 신경망으로 구성된 학습 모델을 이용하여 상기한 동작들을 수행할 수 있다. 예컨대, XR 장치(13)는 학습 모델을 이용하여 3차원 포인트 클라우드 데이터 또는 이미지 데이터에서 현실 객체를 인식할 수 있고, 인식한 현실 객체에 상응하는 정보를 제공할 수 있다. 여기서, 학습 모델은 XR 장치(13)에서 직접 학습되거나, AI 서버(16) 등의 외부 장치에서 학습된 것일 수 있다.
이 때, XR 장치(13)는 직접 학습 모델을 이용하여 결과를 생성하여 동작을 수행할 수도 있지만, AI 서버(16) 등의 외부 장치에 센서 정보를 전송하고 그에 따라 생성된 결과를 수신하여 동작을 수행할 수도 있다.
여기서 XR은 확장현실(eXtended Reality)을 나타내는 것으로써 가상현실(VR: Virtual Reality), 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality)을 총칭한다. VR 기술은 현실 세계의 객체나 배경 등을 CG 영상으로만 제공하고, AR 기술은 실제 사물 영상 위에 가상으로 만들어진 CG 영상을 함께 제공하며, MR 기술은 현실 세계에 가상 객체들을 섞고 결합시켜서 제공하는 컴퓨터 그래픽 기술이다.
MR 기술은 현실 객체와 가상 객체를 함께 보여준다는 점에서 AR 기술과 유사하다. 그러나, AR 기술에서는 가상 객체가 현실 객체를 보완하는 형태로 사용되는 반면, MR 기술에서는 가상 객체와 현실 객체가 동등한 성격으로 사용된다는 점에서 차이점이 있다.
XR 기술은 HMD(Head-Mount Display), HUD(Head-Up Display), 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑, 데스크탑, TV, 디지털 사이니지 등에 적용될 수 있고, XR 기술이 적용된 장치를 XR 장치(XR Device)라 칭할 수 있다.
본 발명에 따른 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스(20)는 상술한 장치들 중에서 XR 장치(13)로 구현되는 것을 예시로 하여 설명한다. 특히, 본 발명에 대한 설명의 편의를 위하여, 본 발명에 따른 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스(20)는 상술한 XR 장치(13) 중에서도 증강현실(AR) 장치로 구현되는 것을 예시로 하여 설명한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스(20)에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스(20)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 표시 모듈을 포함하는 전자 디바이스(20)는 무선 통신부(21), 입력부(22), 센싱부(23), 출력부(24), 인터페이스부(25), 메모리(26), 제어부(27) 및 전원 공급부(28) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스(20)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 디바이스(20)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많은 구성요소를 포함하거나, 적은 구성요소들을 포함할 수도 있다.
보다 구체적으로, 위 구성요소들 중 무선 통신부(21)는, 전자 디바이스(20)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 디바이스(20)와 다른 전자 디바이스 사이, 또는 전자 디바이스(20)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 장치간 통신 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(21)는, 전자 디바이스(20)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 네트워크 통신 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(21)는, 장치간 통신 모듈 및 네트워크 통신 모듈로써 방송 수신 모듈, 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입력부(22)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(22)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(23)는 본 발명에 따른 전자 디바이스(20) 내 정보, 전자 디바이스(20)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 센싱부(23)는 근접센서(proximity sensor), 조도 센서(illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 촬영수단), 마이크로폰(microphone), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 디바이스(20)는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(24)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 표시 모듈(240), 음향 출력 모듈, 햅틱 모듈, 광 출력 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
이 중에서 표시 모듈(240)은 사용자의 눈 앞에 가상의 이미지 또는 영상을 표시하기 위한 디스플레이부를 포함하며, 디스플레이부는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 본 발명에 따른 전자 디바이스(20)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력수단으로써 기능함과 동시에, 전자 디바이스(20)와 사용자 사이의 출력 인터페이스도 제공할 수 있다.
인터페이스부(25)는 전자 디바이스(20)에 연결되는 다양한 종류의 외부장치와의 통로 역할을 수행한다. 인터페이스부(25)를 통해 전자 디바이스(20)는 외부장치로부터 가상현실 또는 증강현실 컨텐츠를 제공받을 수 있고, 다양한 입력 신호, 센싱 신호, 데이터를 주고받음으로써, 상호 인터랙션을 수행할 수 있다.
예를 들어, 인터페이스부(25)는 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 메모리(26)는 전자 디바이스(20)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(26)는 전자 디바이스(20)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 디바이스(20)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 디바이스(20)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 디바이스(20)상에 존재할 수 있다.
제어부(27)는 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 디바이스(20)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(27)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리할 수 있다. 이를 위해, 제어부(27)는 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(27)는 메모리(26)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써 구성요소들 중 적어도 일부를 제어하여 사용자에게 적절한 정보를 제공하거나 기능을 처리할 수 있다. 나아가, 제어부(27)는 응용 프로그램의 구동을 위하여 전자 디바이스(20)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
또한, 제어부(27)는 센싱부(23)에 포함된 자이로스코프 센서, 중력 센서, 모션 센서 등을 이용하여 전자 디바이스(20)나 사용자의 움직임을 감지할 수 있다. 또는 제어부(27)는 센싱부(23)에 포함된 근접센서, 조도센서, 자기센서, 적외선 센서, 초음파 센서, 광 센서 등을 이용하여 전자 디바이스(20)나 사용자 주변으로 다가오는 대상체를 감지할 수도 있다. 그 밖에도, 제어부(27)는 전자 디바이스(20)와 연동하여 동작하는 컨트롤러에 구비된 센서들을 통해서도 사용자의 움직임을 감지할 수 있다.
또한, 제어부(27)는 메모리(26)에 저장된 응용 프로그램을 이용하여 전자 디바이스(20)의 동작(또는 기능)을 수행할 수 있다.
전원 공급부(28)는 제어부(27)의 제어 하에서, 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 전자 디바이스(20)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 전원 공급부(28)는 배터리를 포함하며, 배터리는 내장형 또는 교체가능한 형태로 마련될 수 있다.
위 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스(20)의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 전자 디바이스의 동작, 제어, 또는 제어방법은 메모리(26)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 디바이스(20) 상에서 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 전자 디바이스의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스(20)는 프레임(100), 제어부(200) 및 디스플레이부(300)를 포함할 수 있다.
전자 디바이스는 글라스 타입(smart glass)으로 마련될 수 있다. 글라스 타입의 전자 디바이스는 인체의 두부에 착용 가능하도록 구성되며, 이를 위한 프레임(케이스, 하우징 등)(100)을 구비할 수 있다. 프레임(100)은 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다.
프레임(100)은 두부에 지지되며, 각종 부품들이 장착되는 공간을 마련한다. 도시된 바와 같이, 프레임(100)에는 제어부(200), 사용자 입력부(130) 또는 음향 출력부(140) 등과 같은 전자부품이 장착될 수 있다. 또한, 프레임(100)에는 좌안 및 우안 중 적어도 하나를 덮는 렌즈가 착탈 가능하게 장착될 수 있다.
프레임(100)은 도면에 도시된 바와 같이, 사용자의 신체 중 안면에 착용되는 안경 형태를 가질 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 사용자의 안면에 밀착되어 착용되는 고글 등의 형태를 가질 수도 있다.
이와 같은 프레임(100)은 적어도 하나의 개구부를 구비하는 전면 프레임(110)과 전면 프레임(110)과 교차하는 제1 방향(y)으로 연장되어 서로 나란한 한 쌍의 측면 프레임(120)을 포함할 수 있다.
제어부(200)는 전자 디바이스에 구비되는 각종 전자부품을 제어하도록 마련된다.
제어부(200)는 사용자에게 보여지는 이미지 또는 이미지가 연속되는 영상을 생성할 수 있다. 제어부(200)는 이미지를 발생시키는 이미지 소스 패널과 이미지 소스 패널에서 발생된 빛을 확산 및 수렴하는 복수의 렌즈 등을 포함할 수 있다.
제어부(200)는 두 측면 프레임(120) 중 어느 하나의 측면 프레임(120)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 제어부(200)는 어느 하나의 측면 프레임(120) 내측 또는 외측에 고정되거나, 어느 하나의 측면 프레임(120)의 내부에 내장되어 일체로 형성될 수 있다. 또는 제어부(200)가 전면 프레임(110)에 고정되거나 전자 디바이스와 별도로 마련될 수도 있다.
디스플레이부(300)는 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display, HMD) 형태로 구현될 수 있다. HMD 형태란, 두부에 장착되어, 사용자의 눈 앞에 직접 영상을 보여주는 디스플레이 방식을 말한다. 사용자가 전자 디바이스를 착용하였을 때, 사용자의 눈 앞에 직접 영상을 제공할 수 있도록, 디스플레이부(300)는 좌안 및 우안 중 적어도 하나에 대응되게 배치될 수 있다. 본 도면에서는, 사용자의 우안을 향하여 영상을 출력할 수 있도록, 디스플레이부(300)가 우안에 대응되는 부분에 위치한 것을 예시하고 있다.
디스플레이부(300)는 사용자가 외부 환경을 시각적으로 인지하면서, 동시에 제어부(200)에서 생성된 이미지가 사용자에게 보이도록 사용자할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(300)는 프리즘을 이용하여 디스플레이 영역에 이미지를 투사할 수 있다.
그리고 디스플레이부(300)는 투사된 이미지와 전방의 일반 시야(사용자가 눈을 통하여 바라보는 범위)가 동시에 보이도록 하기 위해 투광성으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(300)는 반투명일 수 있으며, 글라스(glass)를 포함하는 광학 소자로 형성될 수 있다.
그리고 디스플레이부(300)는 전면 프레임(110)에 포함된 개구부에 삽입되어 고정되거나, 개부구의 배면[즉 개구부와 사용자 사이]에 위치하여, 전면 프레임(110)에 고정될 수 있다. 도면에는 디스플레이부(300)가 개구부의 배면에 위치하여, 전면 프레임(110)에 고정된 경우를 일 예로 도시하였지만, 이와 달리 디스플레이부(300)는 프레임(100)의 다양한 위치에 배치 및 고정될 수 있다.
전자 디바이스는 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(200)에서 이미지에 대한 이미지 광을 디스플레이부(300)의 일측으로 입사시키면, 이미지광이 디스플레이부(300)를 통하여 타측으로 출사되어, 제어부(200)에서 생성된 이미지를 사용자에게 보이도록 할 수 있다.
이에 따라, 사용자는 프레임(100)의 개구부를 통하여 외부 환경을 보면서 동시에 제어부(200)에서 생성된 이미지를 함께 볼 수 있게 된다. 즉, 디스플레이부(300)를 통하여 출력되는 영상은 일반 시야와 오버랩(overlap)되어 보일 수 있다. 전자 디바이스는 이러한 디스플레이 특성을 이용하여 현실의 이미지나 배경에 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도면을 참조하면, 제어부(200)는 내부의 구성 소자를 보호하고, 제어부(200)의 외형을 형성하는 제1 커버(207)와 제2 커버(225)를 구비하고, 제1 커버(207)와 제2 커버(225)의 내부에는 구동부(201), 이미지 소스 패널(203), 편광빔 스플리터 필터(Polarization Beam Splitter Filter, PBSF, 211), 미러(209), 복수의 렌즈(213, 215, 217, 221), 플라이아이 렌즈(Fly Eye Lens, FEL, 219), 다이크로익 필터(Dichroic filter, 227) 및 프리즘 프로젝션 렌즈(Freeform prism Projection Lens, FPL, 223)를 구비할 수 있다.
제1 커버(207)와 제2 커버(225)는 구동부(201), 이미지 소스 패널(203), 편광빔 스플리터 필터(211), 미러(209), 복수의 렌즈(213, 215, 217, 221), 플라이아이 렌즈(219) 및 프리즘 프로젝션 렌즈(223)가 내장될 수 있는 공간을 구비하고, 이들을 패키징하여, 양 측면 프레임(120) 중 어느 하나에 고정될 수 있다.
구동부(201)는 이미지 소스 패널(203)에서 디스플레이되는 영상 또는 이미지를 제어하는 구동 신호를 공급할 수 있으며, 제어부(200) 내부 또는 제어부(200) 외부에 구비되는 별도의 모듈 구동칩에 연동될 수 있다. 이와 같은 구동부(201)는 일 예로, 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuits Board, FPCB) 형태로 구비될 수 있고, 연성 인쇄회로기판에는 구동 중 발생하는 열을 외부로 방출시키는 방열판(heatsink)이 구비될 수 있다.
이미지 소스 패널(203)은 구동부(201)에서 제공되는 구동 신호에 따라 이미지를 생성하여 발광할 수 있다. 이를 위해 이미지 소스 패널(203)은 LCD(liquid crystal display) 패널이 이용되거나 LED(Organic Light Emitting Diode) 패널이 이용될 수 있다.
편광빔 스플리터 필터(211)는 이미지 소스 패널(203)에서 생성된 이미지에 대한 이미지 광을 회전 각도에 따라 분리하거나 일부를 차단하고 일부는 통과시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어, 이미지 소스 패널(203)에서 발광되는 이미지 광이 수평광인 P파와 수직광인 S파를 구비한 경우, 편광빔 스플리터 필터(211)는 P파와 S파를 서로 다른 경로로 분리하거나, 어느 하나의 이미지 광은 통과시키고 나머지 하나의 이미지 광은 차단할 수 있다. 이와 같은 편광빔 스플리터 필터(211)는 일 실시예로, 큐브(cube) 타입 또는 플레이트(plate) 타입으로 구비될 수 있다.
큐브(cube) 타입으로 구비되는 편광빔 스플리터 필터(211)는 P파와 S파로 형성되는 이미지 광을 필터링하여 서로 다른 경로로 분리할 수 있으며, 플레이트(plate) 타입으로 구비되는 편광빔 스플리터 필터(211)는 P파와 S파 중 어느 하나의 이미지 광을 통과시키고 다른 하나의 이미지 광을 차단할 수 있다.
미러(Mirror, 209)는 편광빔 스플리터 필터(211)에서 편광되어 분리된 이미지 광을 반사하여 다시 모아 복수의 렌즈(213, 215, 217, 221)로 입사시킬 수 있다.
복수의 렌즈(213, 215, 217, 221)는 볼록 렌즈와 오목 렌즈 등을 포함할 수 있으며, 일 예로, I타입의 렌즈와 C 타입의 렌즈를 포함할 수 있다. 이와 같은 복수의 렌즈(213, 215, 217, 221)는 입사되는 이미지 광을 확산 및 수렴을 반복하도록 하여, 이미지 광의 직진성을 향상시킬 수 있다.
플라이아이 렌즈(219)는 복수의 렌즈(213, 215, 217, 221)를 통과한 이미지 광을 입사받아 입사광의 조도 균일성(uniformity)이 보다 향상되도록 이미지 광을 출사할 수 있으며, 이미지 광이 균일한 조도를 갖는 영역을 확장시킬 수 있다.
다이크로익 필터(227)는 복수의 필름층 또는 렌즈층을 포함할 수 있으며, 플라이아이 렌즈(219)로부터 입사되는 이미지 광 중 특정 파장 대역의 빛은 투과시키고, 나머지 특정 파장 대역의 빛은 반사시켜, 이미지 광의 색감을 보정할 수 있다. 이와 같은 다이크로익 필터(227)를 투과한 이미지 광은 프리즘 프로젝션 렌즈(223)를 통하여 디스플레이부(300)로 출사될 수 있다.
디스플레이부(300)는 제어부(200)에서 출사되는 이미지 광을 입사받아, 사용자가 눈으로 볼 수 있도록 사용자의 눈이 위치한 방향으로 입사된 이미지 광을 출사할 수 있다.
한편, 앞에서 설명한 구성 외에도 전자 디바이스는 하나 이상의 촬영수단(미도시)을 포함할 수 있다. 촬영수단은 좌안 및 우안 중 적어도 하나에 인접하게 배치되어, 전방의 영상을 촬영할 수 있다. 또는 측방/후방 영상을 촬영할 수 있도록 배치될 수도 있다.
촬영수단이 눈에 인접하여 위치하므로, 촬영수단은 사용자가 바라보는 장면을 영상으로 획득할 수 있다. 촬영수단은 상기 프레임(100)에 설치될 수도 있으며, 복수 개로 구비되어 입체 영상을 획득하도록 이루어질 수도 있다.
전자 디바이스는 제어명령을 입력 받기 위하여 조작되는 사용자 입력부(130)를 구비할 수 있다. 사용자 입력부(130)는 터치, 푸시 등 사용자가 촉각으로 느끼면서 조작하게 되는 방식(tactile manner), 직접 터치하지 않은 상태에서 사용자의 손의 움직임을 인식하는 제스처 방식(gesture manner), 또는 음성 명령을 인식하는 방식을 포함하여 다양한 방식이 채용될 수 있다. 본 도면에서는, 프레임(100)에 사용자 입력부(130)가 구비된 것을 예시하고 있다.
또한, 전자 디바이스는 사운드를 입력 받아 전기적인 음성 데이터로 처리하는 마이크로폰 및 음향을 출력하는 음향 출력부(140)를 구비할 수 있다. 음향 출력부(140)는 일반적인 음향 출력 방식 또는 골전도 방식으로 음향을 전달하도록 이루어질 수 있다. 음향 출력부(140)가 골전도 방식으로 구현되는 경우, 사용자가 전자 디바이스를 착용시, 음향 출력부(140)는 두부에 밀착되며, 두개골을 진동시켜 음향을 전달하게 된다.
이하에서는 디스플레이부(300)의 다양한 형태와 입사된 이미지 광이 출사되는 다양한 방식에 대해 설명한다.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(300)에 적용 가능한 다양한 방식의 광학 소자를 설명하기 위한 개념도이다.
구체적으로, 도 5는 프리즘 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7와 8은 핀 미러(Pin Mirror) 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 표면 반사 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 10은 마이크로 엘이디 방식의 광학 소자의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 컨택트 렌즈에 활용되는 디스플레이부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(300-1)에는 프리즘 방식의 광학 소자가 이용될 수 있다.
일 실시예로, 프리즘 방식의 광학 소자는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 이미지 광이 입사되는 표면과 출사되는 표면이 평면인 플랫(flat) 타입의 글라스 광학 소자가 이용되거나, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 이미지 광이 출사되는 표면(300b)이 일정한 곡률 반경이 없는 곡면으로 형성되는 프리폼(freeform) 글라스 광학 소자가 이용될 수 있다.
플랫(flat) 타입의 글라스 광학 소자는 제어부(200)에서 생성된 이미지 광을 평평한 측면으로 입사 받아 내부에 구비된 전반사 미러(300a)에 의해 반사되어, 사용자 쪽으로 출사할 수 있다. 여기서, 플랫(flat) 타입의 글라스 광학 소자 내부에 구비되는 전반사 미러(300a)는 레이저에 의해 플랫(flat) 타입의 글라스 광학 소자 내부에 형성될 수 있다.
프리폼(freeform) 글라스 광학 소자는 입사되는 표면으로부터 멀어질수록 두께가 얇아지도록 구성되어, 제어부(200)에서 생성된 이미지 광을 곡면을 가지는 측면으로 입사받아, 내부에서 전반사하여 사용자 쪽으로 출사할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이부(300-2)에는 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 방식의 광학 소자 또는 광 가이드 광학 소자(light guide optical element, LOE)가 이용될 수 있다.
이와 같은 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 또는 광 가이드(light guide) 방식의 광학 소자는 일 실시예로, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 부분 반사 미러(Segmented Beam splitter) 방식의 글라스 광학 소자, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 톱니 프리즘 방식의 글라스 광학 소자, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 회절 광학 소자(Diffractive optical element, DOE)를 갖는 글라스 광학 소자, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같은 홀로그램 광학 소자(hologram optical element, HOE)를 갖는 글라스 광학 소자, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같은 수동 격자(Passive grating)를 갖는 글라스 광학 소자, 도 6의 (f)에 도시된 바와 같은 능동 격자(Active grating)를 갖는 글라스 광학 소자가 있을 수 있다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 부분 반사 미러(Segmented Beam splitter) 방식의 글라스 광학 소자는 도시된 바와 같이, 글라스 광학 소자 내부에서 광 이미지가 입사되는 쪽에 전반사 미러(301a)와 광 이미지가 출사되는 쪽에 부분 반사 미러(Segmented Beam splitter, 301b)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 제어부(200)에서 생성된 광 이미지는 글라스 광학 소자 내부의 전반사 미러(301a)에 전반사되고, 전반사된 광 이미지는 글라스의 길이 방향을 따라 도광하면서, 부분 반사 미러(301b)에 의해 부분적으로 분리 및 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 톱니 프리즘 방식의 글라스 광학 소자는 글라스의 측면에 사선 방향으로 제어부(200)의 이미지 광이 입사되어 글라스 내부로 전반사되면서 광 이미지가 출사되는 쪽에 구비된 돕니 형태의 요철(302)에 의해 글라스 외부로 출사되어 사용자의 시각에 인식될 수 있다.
도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 회절 광학 소자(Diffractive optical element, DOE)를 갖는 글라스 광학 소자는 광 이미지가 입사되는 쪽의 표면에 제1 회절부(303a)와 광 이미지가 출사되는 쪽의 표면에 제2 회절부(303b)가 구비될 수 있다. 이와 같은 제1, 2 회절부(303a, 303b)는 글라스의 표면에 특정 패턴이 패터닝되거나 별도의 회절 필름이 부착되는 형태로 구비될 수 있다.
이에 따라, 제어부(200)에서 생성된 광 이미지는 제1 회절부(303a)를 통하여 입사되면서 회절하고, 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 제2 회절부(303b)를 통하여 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.
도 6의 (d)에 도시된 바와 같은 홀로그램 광학 소자(hologram optical element, HOE)를 갖는 글라스 광학 소자는 광 이미지가 출사되는 쪽의 글라스 내부에 아웃-커플러(out-coupler, 304)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 글라스의 측면을 통해 사선 방향으로 제어부(200)로부터 광 이미지가 입사되어 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 아웃 커플러(304)에 의해 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다. 이와 같은 홀로그램 광학 소자는 구조가 조금씩 변경되어 수동 격자를 갖는 구조와 능동 격자를 갖는 구조로 보다 세분될 수 있다.
도 6의 (e)에 도시된 바와 같은 수동 격자(Passive grating)를 갖는 글라스 광학 소자는 광 이미지가 입사되는 쪽 글라스 표면의 반대쪽 표면에 인-커플러(in-coupler, 305a), 광 이미지가 출사되는 쪽 글라스 표면의 반대쪽 표면에 아웃-커플러(out-coupler, 305b)가 구비될 수 있다. 여기서, 인-커플러(305a)와 아웃-커플러(305b)는 수동 격자를 갖는 필름 형태로 구비될 수 있다.
이에 따라, 글라스의 입사되는 쪽 글라스 표면으로 입사되는 광 이미지는 반대쪽 표면에 구비된 인-커플러(305a)에 의해 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 아웃-커플러(305b)에 의해 글라스의 반대쪽 표면을 통하여 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.
도 6의 (f)에 도시된 바와 같은 능동 격자(Active grating)를 갖는 글라스 광학 소자는 광 이미지가 입사되는 쪽 글라스 내부에 능동 격자로 형성되는 인-커플러(in-coupler, 306a), 광 이미지가 출사되는 쪽 글라스 내부에 능동 격자로 형성되는 아웃-커플러(out-coupler, 306b)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 글라스로 입사되는 광 이미지는 인-커플러(306a)에 의해 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 아웃-커플러(306b)에 의해 글라스의 밖으로 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이부(300-3)에는 핀 미러(Pin Mirror) 방식의 광학 소자가 이용될 수 있다.
핀 홀 효과(pin-hole effect)는 물체를 바라보는 구멍이 핀으로 뚫은 구멍 같다고 하여 핀 홀이라고 불리고 있으며, 작은 구멍으로 빛을 투과시켜 더 뚜렷하게 보는 효과를 말한다. 이는 빛의 굴절을 이용한 빛의 성질에 기인한 것으로 핀 홀을 통과한 빛은 심도(Depth of Field, DOF)가 깊어져 망막에 맺히는 상이 분명해질 수 있다.
이하, 도 7와 도 8을 참고하여 핀 미러 방식의 광학 소자를 이용하는 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도 7의 (a)를 참조하면, 핀 홀 미러(310a)는 디스플레이부(300-3) 내에 조사되는 광 경로 상에 구비되고, 조사되는 광을 사용자의 눈을 향해 반사시킬 수 있다. 보다 상세하게는 핀 홀 미러(310a)는 디스플레이부(300-3)의 전면(외부면)과 배면(내부면)의 중간에 개재될 수 있으며. 이의 제작 방법에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
핀 홀 미러(310a)는 동공 보다 작은 면적으로 형성되어 깊은 심도를 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 디스플레이부(300-3)를 통해 외경을 바라보는 초점 거리가 가변 되더라도 제어부(200)에서 제공하는 증강현실 영상을 외경에 선명하게 겹쳐 볼 수 있게 된다.
그리고 디스플레이부(300-3)는 조사되는 광을 내부 전반사를 통해 핀 홀 미러(310a)로 유도하는 경로를 제공할 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 디스플레이부(300-3)에서 광이 전반사되는 면(300c)에 핀 홀 미러(310b)가 마련될 수 있다. 여기서 핀 홀 미러(310b)는 사용자의 눈에 맞게 외부 광의 경로를 변경하는 프리즘 특성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 핀 홀 미러(310b)는 필름형으로 제작되어 디스플레이부(300-3)에 부착될 수 있고, 이 경우 제작이 용이한 이점이 있다.
디스플레이부(300-3)는 제어부(200)에서 조사되는 광을 내부 전반사를 통해 가이드하고, 전반사되어 입사되는 광은 외부 광이 입사되는 면(300c)에 구비된 핀 홀 미러(310b)에 반사되어 디스플레이부(300-3)를 통과하여 사용자의 눈에 도달할 수 있다.
도 7의 (c)를 참조하면, 제어부(200)에서 조사된 광이 디스플레이부(300-3)의 내부 전반사 없이 직접 핀 홀 미러(310c)에 반사되어 사용자의 눈에 도달할 수 있다. 디스플레이부(300-3)에서 외부 광이 통과하는 면의 형상과 상관없이 증강 현실을 제공할 수 있다는 점에서 제작이 용이할 수 있다.
도 7의 (d)를 참조하면, 제어부(200)에서 조사된 광은 디스플레이부(300-3)에서 외부 광이 출사되는 면(300d)에 구비되는 핀 홀 미러(310d)에 반사되어 사용자의 눈에 도달할 수 있다. 제어부(200)는 디스플레이부(300-3)의 표면에서 배면 방향으로 이격된 위치에서 광을 조사할 수 있도록 마련되고, 디스플레이부(300-3)에서 외부 광이 출사되는 면(300d)을 향해 광을 조사할 수 있다. 본 실시예는 디스플레이부(300-3)의 두께가 제어부(200)에서 조사하는 광을 수용하기에 충분하지 않은 경우 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 디스플레이부(300-3)의 면 형상에 무관하며, 핀 홀 미러(310d)가 필름 형상으로 제작될 수 있다는 점에서 제작 용이성에도 유리할 수 있다.
한편, 핀 홀 미러(310)는 복수 개가 어레이 패턴으로 구비될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 핀 홀 미러의 형상 및 어레이 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 핀 홀 미러(310)는 사각형 또는 직사각형을 포함하는 다각형 구조로 제작될 수 있다. 여기서 핀 홀 미러(310)의 장축 길이(대각 길이)는 초점 거리 및 디스플레이부(300-3)에서 조사하는 광 파장의 곱의 양의 제곱근을 가질 수 있다.
복수의 핀 홀 미러(310)는 서로 이격되어 나란하게 배치되어 어레이 패턴을 형성할 수 있다. 어레이 패턴은 라인 패턴 또는 격자 패턴을 형성할 수 있다.
도 8의 (a)와 (b)는 Flat Pin Mirror 방식을, 도 8의 (c)와 (d)은 freeform Pin Mirror 방식을 도시한다.
디스플레이부(300-3)의 내부에 핀 홀 미러(310)가 구비되는 경우, 디스플레이부(300-3)는 제1 글라스(300e)와 제2 글라스(300f)가 동공 방향으로 경사지게 배치되는 경사면(300g)을 사이로 결합하여 형성되며, 경사면(300g)에는 복수의 핀 홀 미러(310)가 어레이 패턴을 형성하며 배치된다.
도 8의 (a)와 (b)를 참조하면, 복수의 핀 홀 미러(310-e)는 경사면(300g)에 나란하게 일 방향으로 나란하게 구비되어 사용자가 동공을 움직임에도, 디스플레이부(300-3)를 투과하여 보이는 외경에 제어부(200)에서 제공하는 증강현실을 지속적으로 구현할 수 있게 된다.
그리고 도 8의 (c)와 (d)를 참조하면, 복수의 핀 홀 미러(310-f)는 곡면으로 마련되는 경사면(300g)에 나란하게 방사형 어레이를 형성할 수 있다.
복수의 핀 홀 미러(300f)가 방사형 어레이를 따라 배치되고, 도면상 가장자리의 핀 홀 미러(310f)가 경사면(300g)에서 가장 높은 위치에, 가운데의 핀 홀 미러(310f)가 가장 낮은 위치에 배치됨으로써 제어부(200)에서 조사되는 빔 경로를 일치시킬 수 있다.
이와 같이, 복수의 핀 홀 미러(310f)를 방사형 어레이를 따라 배치함으로써 광의 경로 차로 인해 제어부(200)에서 제공하는 증강현실이 이중상을 형성하는 문제를 해결할 수 있다.
또는, 디스플레이부(300-3)의 배면에 렌즈를 부착하여 나란하게 일 열로 배치되는 복수의 핀 홀 미러(310e)에서 반사되는 광의 경로차를 상쇄시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이부(300-4)에 적용 가능한 표면 반사 방식의 광학 소자는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같은 freeform combiner 방식, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같은 Flat HOE 방식, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같은 freeform HOE 방식이 사용될 수 있다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같은 freeform combiner 방식의 표면 반사 방식의 광학 소자는 결합기로서의 역할을 수행하기 위해 광 이미지의 입사각이 서로 다른 복수의 플랫한 면이 하나의 글라스(300)로 형성되어, 전체적으로 곡면을 가지도록 형성된 freeform combiner글라스(300)가 이용될 수 있다. 이와 같은 freeform combiner글라스(300)는 광 이미지 입사각이 영역별로 다르게 입사되어 사용자에게 출사될 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같은 Flat HOE 방식의 표면 반사 방식의 광학 소자는 플랫(flat)한 글라스의 표면에 홀로그램 광학 소자(HOE, 311)가 코팅되거나 패터닝되어 구비될 수 있으며, 제어부(200)에서 입사된 광 이미지가 홀로그램 광학 소자(311)를 통과하여 글라스의 표면에서 반사되어 다시 홀로그램 광학 소자(311)를 통과하여 사용자 쪽으로 출사될 수 있다.
도 9의 (c)에 도시된 바와 같은 freeform HOE 방식의 표면 반사 방식의 광학 소자는 freeform 형태의 글라스의 표면에 홀로그램 광학 소자(HOE, 313)가 코팅되거나 패터닝되어 구비될 수 있으며, 동작 원리는 도 9의 (b)에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
그 밖에, 도 10에 도시된 바와 같은 마이크로 엘이디(Micro LED)를 이용하는 디스플레이부(300-5)와, 도 11에 도시된 바와 같은 컨택트 렌즈(Contact lens)를 이용하는 디스플레이부(300-6)도 가능하다.
도 10을 참조하면, 디스플레이부(300-5)의 광학 소자는 예를 들어, LCoS(liquid crystal on silicon) 소자, LCD(liquid crystal display) 소자, OLED(organic light emitting diode) 디스플레이 소자, DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있고, 또한, Micro LED, QD(quantum dot) LED 등의 차세대 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
제어부(200)에서 증강현실 화상에 대응하도록 생성된 이미지 데이터는 전도성 입력라인(316)을 따라 디스플레이부(300-5)로 전달되고, 디스플레이부(300-5)는 복수의 광학 소자(314)(예를 들어, 마이크로LED)들을 통해 영상신호를 광으로 변환하여 사용자의 눈에 조사한다.
복수의 광학 소자(314)들은 격자 구조(예를 들어, 100*100)로 배치되어 디스플레이 영역(314a)을 형성할 수 있다. 사용자는 디스플레이부(300-5) 내 디스플레이 영역(314a)을 통해 증강현실을 바라볼 수 있다. 그리고 복수의 광학 소자(314)들은 투명한 기판 상에 배치될 수 있다.
제어부(200)에서 생성된 이미지 신호는 전도성 입력라인(316)을 통해 디스플레이부(300-5)의 일 측에 마련되는 영상분할회로(315)로 전달되고, 영상분할회로(315)에서 복수의 분기로 분할되어 각 분기별로 배치되는 광학 소자(314)에 전달된다. 이 때, 영상분할회로(315)는 사용자의 시각 범위 밖에 위치하여 시선 간섭을 최소화할 수 있다.
도 11을 참조하면, 디스플레이부(300-5)는 컨택트 렌즈(Contact Lens)로 마련될 수 있다. 증강현실이 표시될 수 있는 컨택트 렌즈(300-5)는 스마트 컨택트 렌즈(Smart Contact lens)라고도 불린다. 스마트 컨택트 렌즈(300-5)는 복수의 광학 소자(317)가 중앙부에 격자구조로 배치될 수 있다.
스마트 컨택트 렌즈(300-5)는 광학 소자(317) 외에도 태양광 전지(318a), 배터리(318b), 제어부(200), 안테나(318c) 및 센서(318d) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(318d)는 눈물에서 혈당 수준을 확인할 수 있고, 제어부(200)는 센서(318d)의 신호를 처리하여 광학 소자(317)를 토해 혈당 정도를 증강현실로 표시하여 사용자가 실시간 확인할 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(300)에는 프리즘 방식의 광학 소자, 웨이브 가이드 방식의 광학 소자, 광 가이드 광학 소자(LOE), 핀 미러 방식의 광학 소자 또는 표면 반사 방식의 광학 소자 중에서 선택되어 이용될 수 있다. 그 밖에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(300)에 적용 가능한 광학 소자는 망막 스캔 방식 등을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 전자 디바이스(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자가 착용하는 안경 형태의 HMD로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자 디바이스(20)는 도 13에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부(500)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에서 전자 디바이스(20)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부(500)를 포함하는데 그 특징이 있으며, 이하에서 본 실시 예에 따른 디스플레이부(500)를 설명함에 있어서 이해를 돕기 위해, 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부(300)와 비교하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 디스플레이부에 나노 패턴이 형성된 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 13는 본 발명의 디스플레이부에 나노 패턴이 형성된 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 12는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부(300)에 형성된 나노 패턴을 구체적으로 나타낸 사시도이다.
우선, 도 3 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부(300)는 제1 나노 패턴이 형성된 인-커플링(in-coupling)부(51) 및 제2 나노 패턴이 형성된 아웃-커플링(out-coupling)부(52)가 포함된다.
본 발명에 따른 제어부(200)에서 생성된 이미지, 동영상 또는 컨텐츠에 대한 빔(beam)이 인-커플링부(51)로 입사되면, 입사된 빔은 디스플레이부(300) 내부에서 회절을 통해 아웃-커플링부(52)로 출사되며, 아웃-커플링부(52)는 사용자의 동공과 대응되도록 배치되므로, 아웃-커플링부(52)에서 출사된 빔은 사용자의 눈으로 입사하게 된다. 따라서, 사용자는 아웃-커플링부(52)에서 출사된 빔에 의해 제어부(200)에서 생성된 이미지, 동영상 또는 컨텐츠를 인식할 수 있게 된다.
출사 동공 복제(Exit pupil replication) 기반의 광학계를 사용하는 전자 디바이스에서는, 하나의 디스플레이부에 이미지나 영상을 디스플레이부에 입력하기 위한 인-커플링 영역과 입력된 이미지나 영상을 디스플레이부로부터 출사하여 사용자의 눈에 인식시키기 위한 아웃-커플링 영역이 같이 배치된다.
이 경우, 인-커플링 영역 및 아웃-커플링 영역은 동일한 디스플레이부에 배치되지만 서로 다른 기능을 하므로, 본 실시 예 따른 인-커플링부(51)에 형성된 제1 나노 패턴과 아웃-커플링부(52)에 형성된 제2 나노 패턴은 각각 다른 패턴을 갖도록 형성된다. 그리고, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 인-커플링부(51)와 아웃-커플링부(52)는 서로 디스플레이부(300)가 사용자의 눈을 바라보는 면에서 서로 분리되어 형성된다.
한편, 본 실시 예에 따른 디스플레이부(300)는 전자 디바이스(20)를 이용하는 사용자마다 서로 다른 동공 사이 간격(IPD)의 크기 때문에, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 크기의 폭(w1)을 갖도록 형성된다. 즉, 본 실시 예에 따른 디스플레이부(300)는 이렇게 제1 크기의 폭(w1)이 다른 실시 예에 따른 디스플레이부에 비해 상대적으로 넓게 형성되므로, 사용자마다 서로 다른 IPD를 갖더라도, 사용자의 동공에 이미지나 영상을 표시할 수 있다.
이에 비해, 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부(500)는, 인-커플링부(510) 및 아웃-커플링부(520)가 분리되지 않고 서로 연결되도록 형성된다. 또한, 본 실시 예에서 인-커플링부(510)에 형성된 제1 나노 패턴은 아웃-커플링부(520)에 형성된 제2 나노 패턴과 동일한 패턴으로 구성되거나 균등한 패턴으로 구성된다.
도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인-커플링부(510) 및 아웃-커플링부(520)에 각각 형성된 제1 나노 패턴 및 제2 나노 패턴의 구조 및 형태에 대하여 설명하도록 한다.
도 14는 도 13에 도시된 XIV 선에 따라 본 발명의 디스플레이부의 측면을 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 도 14에 도시된 XV 선에 따라 디스플레이부의 측면을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시 예에서 인-커플링부(510)에 형성된 제1 나노 패턴 및 아웃-커플링부(520)에 형성된 제2 나노 패턴은 각각 복수의 제1 돌출부(510a)들 및 제2 돌출부(520a)들을 포함한다.
제1 및 제2 돌출부(510a, 520a)는 모두 디스플레이부(500)의 일면으로부터 사용자의 안면을 향해 돌출되며 서로 동일한 패턴 또는 균등한 패턴으로 형성되므로, 제1 및 제2 돌출부(510a, 520a)가 디스플레이부(500)로부터 돌출된 높이는 각각 다를 수도 있지만, 제1 및 제2 돌출부(510a, 520a)가 디스플레이부(500)로부터 돌출된 형태나 모양은 동일하거나 균등하다.
도 15의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 제1 돌출부(510a) 및 제2 돌출부(520a)는 모두 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 돌출부(510a) 및 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)로부터 돌출된 높이(h1, h2, h3) 및 제1 돌출부(510a) 및 제2 돌출부(520a)가 돌출된 형태는 제1 돌출부(510a) 및 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)와 이루는 각도(r1, r2)에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 제1 돌출부(510a)가 디스플레이부(500)의 일면으로부터 돌출된 높이는 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이보다 크도록 구성될 수도 있지만, 제1 돌출부(510a)가 디스플레이부(500)의 일면으로부터 돌출된 높이는 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)의 일면으로부터 돌출된 높이보다 작도록 구성될 수도 있다. 다만, 이러한 경우라도, 제1 돌출부(510a) 및 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)로부터 돌출된 형태는 서로 동일하거나 균등하게 구성된다. 또한, 제1 돌출부(510a)가 디스플레이부(500)의 일면으로부터 돌출된 높이와 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)의 일면으로부터 돌출된 높이는 동일하게 구성될 수도 있다.
즉, 제1 돌출부(510a)가 디스플레이부(500)의 일면으로부터 도 15의 (a)와 같이 돌출된 경우, 제1 돌출부(510a)는 디스플레이부(500)의 일면으로부터 h1의 높이만큼 돌출되고, 디스플레이부(500)의 일면과 직각을 이루도록 구성된다. 이 때, 제2 돌출부(520a)는 제1 돌출부와 마찬가지로, 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(500)의 일면과 직각을 이루도록 구성된다. 다만, 제2 돌출부(520a) 디스플레이부(500)의 일면으로부터 돌출되는 높이는 h1과 동일하게 구성되거나 동일하지 않을 수도 있다.
만약, 제1 돌출부(510a)가 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(500)의 일면으로부터 h2의 높이만큼 돌출되고, 디스플레이부(500)의 일면과 예각을 이루도록 구성될 경우, 제2 돌출부(520a)는 제1 돌출부(510a)처럼 디스플레이부(500)의 일면과 예각을 이루도록 구성되고, 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)로부터 돌출된 높이는 h2와 동일하게 구성되거나 다르게 구성될 수 있다.
또한, 제1 돌출부(510a)가 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(500)의 일면으로부터 h3의 높이만큼 돌출되고, 디스플레이부(500)의 일면과 둔각을 이루도록 구성될 경우, 제2 돌출부(520a)는 제1 돌출부(510a)처럼 디스플레이부(500)의 일면과 둔각을 이루도록 구성되고, 제2 돌출부(520a)가 디스플레이부(500)로부터 돌출된 높이는 h3와 동일하게 구성되거나 다르게 구성될 수도 있다.
이와 같이, 본 실시 예에서는, 인-커플링부(510) 및 아웃-커플링부(520)에 각각 형성된 제1 나노 패턴 및 제2 나노 패턴이 동일하거나 균등하게 구성되고, 인-커플링부(510) 및 아웃-커플링부(520)가 서로 물리적으로 구분되지 않도록 연결되므로, 제어부에서 생성된 이미지 또는 영상에 대한 빔이 디스플레이부(500)의 어느 영역으로 입사할 지라도, 아웃-커플링(520)부로부터 이미지 또는 영상에 대한 빔을 출사시킬 수 있으므로, 전자 디바이스(20)에 포함된 광학계의 광 효율이 크게 증대된다.
이하에서는, 도 16 및 도 17을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부(500)를 이동시킬 수 있도록 구성되는 제어부(400) 및 이동부(600)에 대하여 설명하도록 한다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 디스플레이부가 이동하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서 제어부(400)는 디스플레이부(500)의 상단에 접하도록 배치되며, 디스플레이부(500)를 수평이동 시킬 수 있는 이동부(600)와 연결되거나 일체로 구성된다. 즉, 제어부(400)는 도 16에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈 위에서 눈썹 라인과 평행하도록 배치된다. 이를 위해, 이동부(600)는 제어부(400)가 장착되는 전면 프레임(603)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 16을 참조하면, 전면 프레임(603)에 의해 제어부(400)는 사용자의 눈썹 라인과 평행하게 배치되며, 디스플레이부(500)는 전면 프레임(603)에 형성된 홈을 따라 수평 이동을 할 수 있다.
이 경우, 제어부(400)는 각각 사용자의 왼쪽 안구에 대응되는 제1 제어 모듈(401) 및 사용자의 오른쪽 안구에 대응되는 제2 제어 모듈(402)을 포함하며, 제1 제어 모듈(401)과 제2 제어 모듈(402)의 구성 및 기능은 동일하게 구성된다. 또한, 제1 제어 모듈(401)과 제2 제어 모듈(402)은 서로 연동되도록 구성된다.
한편, 디스플레이부(500) 역시 사용자의 왼쪽 안구에 대응하는 제1 디스플레이부(501) 및 사용자의 오른쪽 안구에 대응되는 제2 디스플레이부(502)를 포함하며, 이동부(600) 또한, 제1 디스플레이부(501)와 제2 디스플레이부(502) 각각을 수평 이동시킬 수 있도록 제1 이동부(601) 및 제2 이동부(602)를 포함한다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 디스플레이부(501)는 사용자의 왼쪽 눈에 대응되도록 배치되며, 제1 제어 모듈(401), 제1 이동부(601)는 제1 디스플레이부(501)의 상단과 접하도록 배치된다. 또한, 제2 디스플레이부(502)는 사용자의 오른쪽 눈에 대응되도록 배치되며, 제2 제어 모듈(402), 제2 이동부(602)는 제2 디스플레이부(502)의 상단과 접하도록 배치된다.
제1 이동부(601) 및 제2 이동부(602)는 각각 제1 디스플레이부(500)와 제2 디스플레이부(500)를 사용자의 양 동공 위치에 대응되도록 수평 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 제1 이동부(601) 및 제2 이동부(602) 각각은 도 18에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디스플레이부(501, 502)의 일부와 결합되는 플레이트(612), 플레이트(612)의 일단과 연결된 스프링(622) 및 플레이트의 타단을 가압할 수 있는 가압부(632)를 더 포함할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부를 이동시키는 이동부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 플레이트(612)의 타단 측에 위치한 즉, 플레이트의 왼쪽에 위치한 가압부(632)가 플레이트(612)의 타단을 가압하면, 플레이트(612)의 일단과 연결된 스프링(622)은 압축 변형을 하게 되고, 플레이트(612)는 도 18 상에서 우측으로 이동하게 되므로, 제2 디스플레이부(502) 역시 우측으로 이동하게 된다.
한편, 가압부(632)가 플레이트(612)의 타단에 가한 압력이 제거되면, 플레이트(612)는 스프링(622)의 탄성 변형에 의해 도 18에서 다시 왼쪽으로 이동하게 되고, 플레이트(612)와 연결된 제2 디스플레이부(602) 역시 왼쪽으로 이동하게 된다.
또한, 이동부(600)는 플레이트(612) 및 스프링(622) 구성 대신에 디스플레이부(500)의 일부를 수용하는 에어포켓(미도시)으로 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 디스플레이부(500)의 상단 일부가 에어포켓 내부에 수용되고, 가압부(632)가 에어포켓의 일단을 가압하면, 에어포켓이 변형되면서, 에어포켓 내부에 수용된 디스플레이부(500)의 상단 일부를 가압하여 디스플레이부(500)가 이동되는 구조이다. 본 실시 예에서는 이동부(600)가 디스플레이부(500)를 이동시키는 구조를 이용하여 사용자마다 서로 다른 동공 위치에 디스플레이부(500)가 대응할 수 있도록 한다.
또한, 본 실시 예에 따른 제어부(400)는 사용자마다 서로 다른 동공 위치를 인식하여, 디스플레이부(500)가 동공 위치에 대응되도록 이동부(600)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는 사용자의 동공을 인식할 수 있는 동공 인식부를 더 포함할 수 있으며 이러한 동공 인식부는 별도의 카메라가 구비되어 사용자의 동공을 인식할 수 있다.
또한, 본 실시 예에 따른 디스플레이부(500)는 이동부(600)에 의해 사용자의 동공 위치에 대응되도록 배치 위치가 변형될 수 있으므로, 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부(300)에 비하여 작은 크기의 폭을 갖도록 구성될 수 있다.
즉, 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부(500)의 폭을 나타내는 제2 크기의 폭(w2)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부(300)의 폭을 나타내는 제1 크기의 폭(w1)에 비해 그 값이 작다.
또한, 제2 크기의 폭(w2)은 사용자의 동공, 홍채 및 안구 중 적어도 어느 하나의 직경과 대응되도록 형성될 수도 있다. 또한, 제2 크기의 폭(w2)은 제1 제어 모듈의 길이(401) 또는 제2 제어 모듈(402)의 길이의 절반으로 구성될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이부(500)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부(300)에 비하여 크기, 부피 및 무게가 모두 작게 형성될 수 있으며, 이를 통해 전체적인 전자 디바이스(20)의 크기, 부피 및 무게를 소형화 할 수 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 발명의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.
예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 따른 전자 디바이스는 인공 지능(Artificial Intelligence) 모듈, 로봇, 증강현실(Augmented Reality, AR) 장치, 가상현실(virtual reality, VR) 장치, 5G 서비스와 관련된 장치 등과 연계될 수 있다.

Claims (13)

  1. 사용자가 머리에 착용할 수 있는 전자 디바이스에 있어서,
    제1 나노 패턴이 형성된 인-커플링(in-coupling)부;
    제2 나노 패턴이 형성된 아웃-커플링(out-coupling)부를 포함하는 디스플레이부;
    상기 디스플레이부를 상기 사용자의 동공 위치에 대응되도록 이동시킬 수 있는 이동부; 및
    상기 사용자의 동공 위치를 인식하여 상기 디스플레이부가 상기 동공 위치에 대응되도록 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제1 나노 패턴과 상기 제2 나노 패턴은 동일한 패턴인, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노 패턴은 상기 디스플레이부의 일면으로부터 상기 사용자의 안면을 향해 돌출된 복수의 제1 돌출부들을 포함하고,
    상기 제2 나노 패턴은 상기 디스플레이부의 일면으로부터 상기 사용자의 안면을 향해 돌출된 복수의 제2 돌출부들을 포함하며,
    상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부들은 모두 서로 평행한, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이는, 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이보다 큰, 전자 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이는, 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이보다 작은, 전자 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이는, 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면으로부터 돌출된 높이와 동일한, 전자 디바이스.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면과 이루는 각은 직각인, 전자 디바이스.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면과 이루는 각은 예각인, 전자 디바이스.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부가 상기 디스플레이부의 일면과 이루는 각은 둔각인, 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부의 폭은 상기 사용자의 동공, 홍채 및 안구 중 적어도 어느 하나의 직경과 대응되도록 형성되는, 전자 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부 및 상기 디스플레이부가 장착되는 전면 프레임을 포함하고,
    상기 제어부는 제1 및 제2 제어 모듈을 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 제어 모듈은 각각 상기 전면 프레임 상에서 상기 사용자의 눈썹과 평행하도록 배치되고,
    상기 디스플레이부의 폭은 상기 제1 제어 모듈의 길이 또는 상기 제2 제어 모듈(402) 길이의 절반인, 전자 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 디스플레이부의 일부와 결합되는 플레이트;
    상기 플레이트의 일단과 연결된 스프링; 및
    상기 플레이트의 타단을 가압할 수 있는 가압부를 더 포함하는, 전자 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 디스플레이부의 일부를 수용하는 에어포켓;
    상기 에어포켓의 일단을 가압할 수 있는 가압부를 더 포함하는, 전자 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 사용자의 동공을 인식할 수 있는 동공 인식부를 더 포함하는, 전자 디바이스.
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