지난해 12월, Reuters가 “오는 2024년 Apple이 전기차를 내놓는다”고 보도하면서, Apple이 출시할 전기차에 글로벌 업계의 관심이 쏠리고 있다. 실제로 Apple은 자율주행·전기차 개발 계획인 ‘타이탄’ 프로젝트가 본격화된 2014년부터 200여 개에 달하는 자동차 관련 특허를 확보해 왔다. 자율주행을 위한 센서 및 인식 기술이 주를 이뤘으며 배터리, 충전 시설 등에 대한 특허도 다수 보유하고 있다. 이 가운데 글로벌 경제 미디어 Business Insider가 최근 선정한 ‘Apple 자동차의 주요 기능을 보여주는 6가지 특허’를 소개한다. <편집자>

Apple이 출원한 홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템 ’ 특허  도면 (*도면 출처: AI특허검색서비스 키워트(keywert)가 도면인식 및 실시간 렌더링 기술을 적용해 개발한 ‘키렌즈(keyLens)’ 서비스가 제공하는 화면이다.)

Apple이 차량의 윈드실드를 포함한 모든 유리에 홀로그램 이미지를 띄우는 ‘홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템’ 특허를 출원했다.

Apple은 차량 내 모든 유리에 2D와 3D의 홀로그램 이미지를 띄워 탑승자에게 여러 정보를 제공하는 방법에 대한 ‘홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템’ 특허를 미국 특허청(USPTO)에 등록했다.

IP데일리는 워트인텔리전스가 제공하는 특허 전문 인공지능(AI)형 기계번역 서비스 ‘IP KINGKONG(이하, IP킹콩)’ 을 할용해 해당 특허를 분석했다.

IP킹콩은 세계 1위의 기계번역 기술을 보유한 시스트란(Systran)과 AI 특허검색엔진 ‘키워트(keywert)’를 서비스하는 워트인텔리전스가 공동 개발한 솔루션으로 특허문서를 학습해 특허 분야에서 고품질 신경망(AI) 번역 기능을 제공한다.

홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템 ‘ 특허

현재의 전형적인 헤드업 디스플레이는 차량의 윈드실드에 프로젝트 이미지들을 띄워준다. 차량 운전자는 주행 중에 윈드실드에 투사된 영상을 볼 수 있다. 헤드업 디스플레이는 통상적으로 차량의 속도계 정보와 같은 차량 상태 정보를 표시해 준다. 헤드업 디스플레이를 통해 운전자는 전방 도로를 주시하며 차량 정보를 안전하게 제공 받을 수 있다.

하지만 기존 헤드업 디스플레이는 일반적으로 고정되어 있어 운전자에게 바람직하지 않은 제한을 둘 수 있다. 반사의 법칙 헤드업 디스플레이는 일반적으로 고정되어 있어 운전자에게 바람직하지 않은 제한을 둘 수 있다. 예를 들어 사이드 윈도우에서의 고정된 헤드업 디스플레이는 반사의 법칙 때문에 탑승자의 눈에 제대로 빛이 도달하지 않아 정보를 제공할 수 없다.

Apple이 출원한 ‘ 홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템 ‘ 특허는 차량 내 모든 유리에서 헤드업 디스플레이를 통해 탑승자가 정보를 제대로 제공받을 수 있는 방법을 제시한다.

요약 : 차량은 차량 내의 뷰어가 2차원 또는 3차원 콘텐츠를 관찰할 수 있게 하는 디스플레이 출력을 생성하는 헤드업 디스플레이를 가질 수 있다. 헤드업 디스플레이는 디스플레이 출력을 생성하는 디스플레이부 및 디스플레이 출력을 뷰어를 향해 지향시키는 차량 윈도우 상의 광학 컴바이너를 포함할 수 있다. 광학 컴바이너는 홀로그래픽 또는 회절 광학 요소일 수 있거나, 또는 굴절률 정합 재료에 매립된 마이크로미러와 같은 각진 반사기의 어레이일 수 있다. 홀로그래픽 소자로 형성된 광학 컴바이너는 입사각과 상이한 반사각으로 광을 반사하도록 구성되어, 헤드업 디스플레이가 차량 도어 상의 사이드 윈도우에서 광을 반사하더라도 광이 뷰어의 눈에 도달할 수 있게 한다. 홀로그래픽 광학 소자는, 예를 들어, 광고분자 또는 홀로그래픽 고분자 분산 액정과 같은 볼륨 홀로그래픽 매체를 포함할 수 있다.

Apple이 출원한 홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템 ’ 특허  도면 (*도면 출처: AI특허검색서비스 키워트(keywert)가 도면인식 및 실시간 렌더링 기술을 적용해 개발한 ‘키렌즈(keyLens)’ 서비스가 제공하는 화면이다.)

Apple의 특허에서 헤드업 디스플레이는 입사각과 다른 반사각으로 빛을 반사하도록 할 수 있어 차량 내의 사이드 윈도우로부터 광을 반사할 때에도 빛이 탑승자의 눈에 도달할 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자의 회절 차수 간격을 제어해 원하는 출력 각도로 반사하도록 한다.

헤드업 디스플레이는 차량의 모든 유리에서 다양한 정보를 제공한다. 차량의 속도, 방향, 위치, 연료 게이지 정보, 좌석벨트 상태, 헤드라이트 상태, 미디어 재생 정보, 네비게이션과 같은 정보를 포함한다. 헤드업 디스플레이에서 정보들은 2차원과 3차원의 이미지로 제공되며 이미지의 배율과 위치를 조정해 왜곡을 보정해 제공된다.

【0004】 종래의 헤드업 디스플레이에서, 가상 이미지는 주어진 입사각으로 차량의 전방 윈드실드에 광을 투사하기 위해 대시보드 내의 디스플레이를 사용함으로써 생성되고, 그 후 입사각과 일치하는 반사각으로 운전자의 눈에 광을 반사한다. 전방 윈드실드의 위치가 일반적으로 고정된 설계 파라미터이기 때문에, 대시보드 내의 디스플레이는 광이 윈드실드에서 운전자 쪽으로 정확하게 반사되도록 특정 입사각으로 전방 윈드실드 쪽으로 광을 지향시키도록 정확하게 위치된다.

【0005】 이러한 유형의 전통적인 헤드업 디스플레이는 차량 내의 헤드업 디스플레이의 위치에 바람직하지 않은 제한을 둘 수 있다. 예를 들어, 종래의 헤드업 디스플레이는 차량의 구조 내에 합리적으로 장착된 디스플레이로부터 사이드 윈도우에서 반사된 광이 반사의 법칙으로 인해 사용자의 눈에 도달하지 않기 때문에 차량의 사이드 윈도우와 호환되지 않을 수 있다.

【0009】 홀로그래픽 요소들로 형성된 광학 컴바이너들은, 원한다면, 입사각과 상이할 수 있는 반사각으로 광을 반사하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 헤드업 디스플레이가 차량 내의 사이드 윈도우로부터 광을 반사할 때에도 광이 뷰어의 눈에 도달할 수 있게 한다. 홀로그래픽 광학 소자의 회절 차수 간격은 소정의 입력 각도를 원하는 출력 각도로 반사하도록 제어될 수 있다.

【0020】 차량 및 다른 시스템과 같은 시스템은 디스플레이를 포함할 수 있다. 일 예로서, 차량은 차량 속도, 방향, 및 위치와 같은 차량 상태 정보, 연료 게이지 정보, 배터리 충전 레벨 정보, 헤드라이트 상태, 가열 및 공조 상태와 같은 차량 작동들에 대한 상태 정보, 좌석벨트 상태, 헤드라이트 상태, 미디어 재생 정보(예컨대, 현재 라디오 스테이션 및 트랙 정보), 메시지, 경고, 증강 현실 기반 정보, 네비게이션, 미디어, 비디오, 회의, 및 다른 정보를 디스플레이하는 헤드업 디스플레이를 가질 수 있다.

【0042】 홀로그래픽 기록층(88)은 단색의 3차원 이미지를 생성할 수 있거나, 풀 컬러 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 하나의 홀로그래픽 층(88)을 갖는 풀 컬러 홀로그래픽 컴바이너들은 홀로그래픽 컴바이너를 다수의 컬러들에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 원한다면, 컴바이너(52)는 광을 재지향시키기 위해서만 사용될 수 있거나 광을 재지향시키고 렌즈 및/또는 왜곡 보정 요소(예를 들어, 이미지의 배율, 이미지의 위치, 이미지의 왜곡 등을 변화시키기 위해)로서 작용시키기 위해 사용될 수 있다.

이번 Apple이 제시하는 ‘ 홀로그래픽 헤드업 디스플레이를 갖는 시스템 ’ 특허 청구항 내용은 아래와 같다.

【청구항 1】 1. 시각적 출력을 제공하는 헤드업 디스플레이를 갖는 차량 시스템으로서,차량의 사이드 윈도우; 디스플레이 출력을 생성하는 디스플레이부;디스플레이부로부터의 디스플레이 출력을 차량의 내부를 향해 지향시키는 사이드 윈도우 상의 광학 컴바이너로서, 상기 광학 컴바이너는 상기 디스플레이부에 대해 고정되고, 상기 디스플레이부로부터의 광은 입사각으로 상기 광학 컴바이너에 부딪히고, 상기 입사각과 상이한 출력각으로 상기 광학 컴바이너로부터 상기 차량의 내부를 향해 지향되고, 상기 광학 컴바이너는 상기 광을 상이한 높이에서 적어도 제1 및 제2 아이박스로 지향시키도록 구성되는, 광학 컴바이너를 포함하는 차량 시스템.

【청구항 2】 제1항에 있어서, 상기 광학 컴바이너는 광학 간섭 패턴을 갖는 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는 차량 시스템.

【청구항 3】 3. 제2항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 광폴리머를 포함하는 것인 차량 시스템.

【청구항 4】 4. 제2항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 단색 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는, 차량 시스템.

【청구항 5】 5. 제2항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 다색 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.

【청구항 6】 6. 제2항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 광학적 간섭 패턴을 갖는 홀로그래픽 폴리머 분산 액정 물질을 포함하는 차량 시스템.

【청구항 7】 7. 제6항에 있어서,상기 홀로그래픽 폴리머 분산 액정 물질에 전기장을 인가하도록 구성된 제어 회로를 더 포함하는 차량 시스템.

【청구항 8】 8. 제1항에 있어서, 상기 광학 컴바이너는 각진 반사기들의 어레이를 포함하는, 차량 시스템.

【청구항 9】 9. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이부는,광 필드 디스플레이부, 액정 디스플레이부, 유기 발광 다이오드 디스플레이부, 무기 발광 다이오드 디스플레이부, 실리콘 디스플레이부, 디지털 광 처리 디스플레이부, 마이크로 전자 기계 스캔 디스플레이부, 홀로그래픽 디스플레이부, 양자점 디스플레이부 및 프로젝션 디스플레이부를 포함하는, 차량 시스템.

【청구항 10】 10. 제1항에 있어서, 상기 컴바이너는 복수의 홀로그래픽 광학 요소를 포함하고, 각각의 홀로그래픽 광학 요소는 적어도 하나의 색상의 홀로그램을 포함하는 차량 시스템.

【청구항 11】 11. 차량의 도어 상에 위치된 사이드 윈도우의 디스플레이 출력을 차량의 내부를 향해 반사시키는 헤드업 디스플레이로서, 상기 사이드 윈도우는 내부 및 외부 층들을 갖고, 상기 헤드업 디스플레이는:상기 디스플레이 출력을 생성하고 적어도 하나의 레이저를 포함하는 상기 도어 내에 장착된 디스플레이부; 도어의 디스플레이 출력을 차량의 내부에 결합시키는 도어 내의 광학 요소;및 디스플레이부로부터의 디스플레이 출력을 차량의 내부를 향해 지향시키는 사이드 윈도우의 내부 및 외부 층들 사이에 개재된 홀로그래픽 광학 소자로서, 디스플레이부로부터의 광은 입사 각도로 홀로그래픽 광학 소자에 부딪히고, 입사 각도와 상이한 출력 각도로 홀로그래픽 광학 소자로부터 차량의 내부를 향해 지향되는, 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는, 헤드업 디스플레이.

【청구항 12】 12. 제11항에 있어서, 상기 디스플레이부는 픽셀들의 어레이 및 백라이트를 갖는 투과형 디스플레이를 포함하는, 헤드업 디스플레이.

【청구항 13】 13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 레이저는 상기 백라이트의 일부를 형성하는 헤드업 디스플레이.

【청구항 14】 14. 제11항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 소자 상에 반사 방지 코팅을 추가로 포함하는, 헤드업 디스플레이.

【청구항 15】 15. 제11항에 있어서, 홀로그래픽 광학 소자는 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률의 영역과 교번하는 제1굴절률을 갖는 영역을 갖는 광폴리머를 포함하는 것인 헤드업 디스플레이.

【청구항 16】 16. 제11항에 있어서, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 스위쳐블 회절 격자(switchable diffraction grating)를 포함하는 것인 헤드업 디스플레이.

【청구항 17】 17. 제 16 항에 있어서,상기 스위쳐블 회절 격자는 폴리머 분산 액정 물질(polymer dispersed liquid crystal material)을 포함하는, 헤드-업 디스플레이.

【청구항 18】 18. 제11항에 있어서, 상기 디스플레이부는 프로젝션 디스플레이부을 포함하는, 헤드업 디스플레이.

【청구항 19】 19. 차량의 도어에 위치된 사이드 윈도우의 디스플레이 출력을 차량의 실내를 향해 반사시키는 헤드업 디스플레이로서,디스플레이 출력을 생성하고, 상기 차량의 도어에 장착되는 디스플레이부; 도어 내의 광학 요소로서, 상기 광학 요소는 상기 도어 외부의 광을 상기 차량의 내부에 결합시키는, 상기 광학 요소; 및 광을 차량의 내부를 향해 지향시키는 사이드 윈도우 상의 회절 광학 소자로서, 디스플레이부로부터의 광은 입사각으로 회절 광학 소자에 부딪히고, 입사각과 상이한 출력 각도로 회절 광학 소자로부터 차량의 내부를 향해 지향되는, 회절 광학 소자를 포함하는 헤드업 디스플레이.

【청구항 20】 20. 제19항에 있어서, 회절 광학 소자는 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률의 영역이 산재된 제1 굴절률의 영역을 갖는 광폴리머를 포함하는 것인 헤드업 디스플레이.

IP KINGKONG은 새로운 특허 번역 패러다임을 제시하는 AI 번역 플랫폼으로, 신속하고 정확하고 경제적인 번역 서비스를 통해 특허업무 생산성을 높여준다. 특허번호를 입력하거나 문서를 업로드하는 방식으로 번역을 의뢰하고 단 하루(최소 6시간)만에 번역문을 받아볼 수 있어 사용이 간단하고, 기존 휴먼 번역에 비해 80% 이상 번역 비용을 절감시킬 수 있다.