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KR102548363B1 - 헤드 업 디스플레이 장치 - Google Patents

헤드 업 디스플레이 장치 Download PDF

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KR102548363B1
KR102548363B1 KR1020150141722A KR20150141722A KR102548363B1 KR 102548363 B1 KR102548363 B1 KR 102548363B1 KR 1020150141722 A KR1020150141722 A KR 1020150141722A KR 20150141722 A KR20150141722 A KR 20150141722A KR 102548363 B1 KR102548363 B1 KR 102548363B1
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South Korea
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light
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KR1020150141722A
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이기석
바딤 블랑코
아나타시아 멜렌네바
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
엘지전자 주식회사
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Publication date
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Abstract

실시 예의 헤드 업 디스플레이 장치는, 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부와, 광을 방출하는 제1 내지 제N(여기서, N은 1 이상의 양의 정수) 광원 및 제1 내지 제N 광원과 영상 생성부 사이에서 제1 내지 제N 광원에 각각 대응하여 배치되며, 제1 내지 제N 광원으로부터 방출된 광을 편향시켜 모아서 영상 생성부로 출사시키는 제1 내지 제N 렌즈를 포함하고, 제1 내지 제N 광원은 제1 내지 제N 렌즈의 중심축으로부터 수평 방향으로 제1 내지 제N 거리만큼 각각 이격되어 배치된다.

Description

헤드 업 디스플레이 장치{Head-Up display}
실시 예는 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드 업 디스플레이 장치(head-up display)란, 조정사나 운전자의 시선 이동을 최소화하기 위해 조정사나 운전자의 주시선 위치의 아이 박스(EB:Eye Box)에 주행에 필요한 다양한 정보를 외부 시야와 함께 중첩시켜 허상으로서 표시하는 전방 시현 장치이다. 이러한 헤드 업 디스플레이 장치는 일반적으로 공지되어 있다.
한편, 아이 박스 내부의 지점에 따라 휘도의 레벨이 균일하지 않은 문제점을 해소하기 위해 광원의 개수를 증가시킬 수 있으나, 광원의 개수를 증가시킬 경우 많은 열이 발생할 수 있다. 이 경우, 헤드 업 디스플레이 장치를 냉각시키기 위한 비교적 복잡하고 고가인 냉각 기구가 필요하여 생산 단가를 증가시키는 등 제반 어려움이 야기될 수 있다.
실시 예는 균일한 휘도 레벨을 갖는 밝은 허상을 제공할 수 있는 헤드 업 디스플레이 장치를 제공한다.
실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치는, 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부; 광을 방출하는 제1 내지 제N(여기서, N은 1 이상의 양의 정수) 광원; 및 상기 제1 내지 제N 광원과 상기 영상 생성부 사이에서 상기 제1 내지 제N 광원에 각각 대응하여 배치되며, 상기 제1 내지 제N 광원으로부터 방출된 광을 편향시켜 모아서 상기 영상 생성부로 출사시키는 제1 내지 제N 렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제N 광원은 상기 제1 내지 제N 렌즈의 중심축으로부터 수평 방향으로 제1 내지 제N 거리만큼 각각 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 내지 제N 거리 중 적어도 일부는 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다. 상기 복수의 광원은 수평 방향으로 서로 대칭인 위치에 배치될 수도 있다. 상기 제1 내지 제N 거리 각각은 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜일 수 있다.
예를 들어, 상기 제n 렌즈(여기서, 1 ≤ n ≤ N)는 상기 제n 광원과 마주하는 제1 면; 및 상기 영상 생성부와 마주하며 상기 제1 면의 반대측 면인 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 제1 면은 평평한 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 또는 제2 면 중 적어도 하나는 외부로 볼록한 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 면은 상기 제n 광원을 향해 볼록하고, 제2 면은 상기 영상 생성부를 향해 볼록하며, 상기 제n 렌즈의 중심축은 볼록한 상기 제1 면의 정점과 볼록한 상기 제2 면의 정점을 지날 수 있다.
예를 들어, N이 2 이상일 때 상기 제1 내지 제N 렌즈는 서로 연결될 수도 있고, 서로 이격될 수도 있다.
예를 들어, 헤드 업 디스플레이 장치는, 상기 제1 내지 제N 렌즈와 상기 영상 생성부 사이에 배치되어, 상기 제1 내지 제N 렌즈로부터 출사되는 광을 확산시키는 확산부를 더 포함할 수도 있다. 상기 확산부는 필름 또는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 확산부는 상기 제1 내지 제N 렌즈의 상기 제1 또는 제2 면에 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 헤드 업 디스플레이 장치는 상기 제1 내지 제N 광원이 배치되는 기판을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 헤드 업 디스플레이 장치는 상기 제1 내지 제N 광원에서 발생된 열을 상기 기판을 통해 전달받아 방출하는 방열부를 더 포함할 수도 있다.
예를 들어, 상기 헤드 업 디스플레이 장치는 상기 영상 생성부로부터 출사되는 영상을 허상으로서 아이 박스로 전송하는 광학계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 내지 제N 광원은 틸팅되어 배치될 수도 있다.
실시 예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치는 렌즈의 중심축으로부터 이격된 위치에 광원을 배치시키고 및/또는 광원을 틸팅하여 배치시킴으로써 허상의 휘도를 균일하게 하면서도 밝게 할 수 있어 기존과 동일한 개수의 광원 및 렌즈를 이용하면서도 무라나 광의 불균일성이나 핫 스팟(hot spot)을 감소 또는 최소화시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치의 일 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치의 다른 사시도를 나타낸다.
도 4는 영상 생성부로부터 출사되는 광의 특정한 각도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 7은 또 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 8은 또 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c는 헤드 업 디스플레이 장치가 확산부를 포함하지 않을 경우, 아이 박스의 센터에서의 휘도, 아이 박스의 코너에서의 휘도 및 아이 박스의 인코히런트 조도를 각각 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c는 헤드 업 디스플레이 장치가 확산부를 포함할 경우, 아이 박스의 센터에서의 휘도, 아이 박스의 코너에서의 휘도 및 아이 박스의 인코히런트 조도를 각각 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 아이 박스를 통해 보이는 허상이 선명한 정도를 설명하기 위해 광이 이동하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 제1 내지 제N 광원 중 어느 하나의 광원인 제n 광원의 틸팅을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 영상 생성부로부터 출사되는 영상 광에 포함된 수직 무라를 보이는 도면이다.
도 14는 기존의 헤드 업 디스플레이 장치에 포함된 복수의 광원과 복수의 렌즈의 단면도를 나타낸다.
도 15a와 도 15b는 기존의 헤드 업 디스플레이 장치에 의한 실상과 허상을 각각 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치에 의한 실상과 허상을 각각 나타낸다.
도 17은 도 1에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치를 장착한 차량의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서 설명되는 각 도면에 도시된 x, y, z는 데카르트 좌표계를 나타내지만, 실시 예는 다른 좌표계에 의해서도 설명될 수 있음은 물론이다.
도 1은 일 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이(HUP:Head-Up Display) 장치(100A)의 단면도를 나타내고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)의 사시도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도 2 및 도 3에서 도 1에 도시된 기판(110), 광학계(160) 및 방열부(170)의 도시는 생략된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100A)는 광원부, 렌즈 어레이(130A), 영상 생성부(140), 확산부(150A), 광학계(160) 및 방열부(170)를 포함할 수 있다.
광원부는 광을 방출하는 역할을 하며, 기판(110) 및 제1 내지 제N 광원을 포함할 수 있다. 여기서, N은 1이상의 양의 정수이다.
각각이 광을 방출하는 제1 내지 제N 광원은 기판(110) 위에 배치될 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치에 포함되는 광원의 개수(N)는 도 4를 제외하고 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 '4'개인 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, N이 3 이하이거나 5 이상인 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있음은 물론이다.
기판(110)은 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)에 전기적 연결을 위한 전극 패턴이 형성될 수 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC), 실리콘(Si)으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수도 있고, 필름 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 기판(110)은 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)에서 발생되는 열을 방열부(170)를 통해 외부로 방출하기 위해, 기판(110)은 알루미늄과 같이 높은 열 전도도를 갖는 물질로 구현될 수도 있다.
제어부(미도시)는 기판(110)을 통해 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)을 구동시키는 역할을 한다.
제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 각각은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Device), 레이져, 형광 튜브 또는 벌브 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 각각의 종류에 국한되지 않는다.
각 광원(122, 124, 126, 128)은 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드 또는 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수 있다.
각 광원(122, 124, 126, 128)이 발광 다이오드 칩(LED chip)일 경우, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
여기서, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 형광체(Yellow phosphor)를 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 형광체(Red phosphor)와 그린 형광체(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있고, 블루 LED 상에 옐로우 형광체(Yellow phosphor), 레드 형광체(Red phosphor) 및 그린 형광체(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수도 있다.
만일, 복수의 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)은 서로 다른 파장을 갖는 광을 방출할 수도 있고 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광을 방출할 수도 있다. 이때, 제어부는 기판(110)을 통해 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나의 광원의 발광 여부를 제어하여, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나가 교대로 작동하도록 제어할 수도 있다.
또한, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나가 적색, 녹색 및 청색 성분의 광을 방출할 경우, 헤드 업 디스플레이될 허상을 컬러로 표현하기 위해, 제어부는 이러한 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나의 점멸을 기판(110)을 통해 제어할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)가 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나의 위치를 가변시키는 모터(미도시)를 포함할 경우, 제어부는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나의 위치를 제어하기 위해 모터를 구동시킬 수도 있다.
또한, 헤드 업 디스플레이될 허상의 휘도를 조절하기 위해, 제어부는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128) 중 적어도 하나에서 방출되는 광의 밝기 정도를 제어할 수도 있다. 이로 인해, 야간 또는 강하고 직접적인 태양광 등이 존재하는 주간에 높은 품질의 광이 제공될 수 있도록 한다.
기판(110)은 렌즈 어레이(130A)를 바라보는 상부면(US)을 갖고, 기판(110)의 상부면(US) 상에 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)이 배치될 수 있다. 또한, 영상 생성부(140)는 렌즈 어레이(130A)를 바라보는 하부면(LS)을 갖는다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 기판(110)의 상부면(US)과 영상 생성부(140)의 하부면(LS)은 서로 수평 방향인 y축 방향으로 나란할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면 기판(110)의 상부면(US)과 영상 생성부(140)의 하부면(LS)은 서로 나란하지 않을 수 있다. 이와 같이, 영상 생성부(140)의 하부면(LS)에 대해 기판(110)의 상부면(US)이 나란하지 않고 경사질 경우, 기판(110)의 상부면(US)에 배치되는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)은 틸팅(tilting)될 수 있다.
렌즈 어레이(130A)는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)으로부터 방출된 광을 편향시켜 모아서 즉, 집중해서 영상 생성부(140)로 출사시킬 수 있다. 이를 위해, 렌즈 어레이(130A)는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)과 영상 생성부(140) 사이에 배치되며, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)에 각각 대응하도록 배치된 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)를 포함할 수 있다.
도 4는 영상 생성부(140)로부터 출사되는 광의 특정한 각도 분포를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서 수평 방향인 x축 및 y축 방향으로 각각 3개의 광원이 배치되므로, N=9인 경우이다. 여기서, 각도 앞에 표기된 "~"은 대략을 의미한다. 즉, ~22°는 약 22°를 의미한다.
제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)과 영상 생성부(140) 사이에 배치된 렌즈 어레이(130A)는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)에서 방출된 광의 진행 방향을 수정할 수 있다. 이로 인해, 영상 생성부(140)의 영역에 효율적으로 광이 공급되어 채워질 수 있고, 영상 생성부(140)로부터 광학계(160)로 출사되는 광은 특정한 각도 분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 영상 생성부(140)로부터 출사되는 광은 도 4에 도시된 바와 같은 특정한 각도 분포를 가질 수 있다.
도 5는 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 5에 도시된 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100B)는 기판(110), 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128), 렌즈 어레이(130B), 영상 생성부(140) 및 확산부(150A)를 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 도 5에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100B)는 도 1에 예시된 바와 같은 모습으로 배치된 광학계(160) 및 방열부(170)를 더 포함할 수도 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 렌즈 어레이(130A)에서 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)는 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 연결된 형태로 배치될 수 있다. 또는, 도 5에 도시된 렌즈 어레이(130B)에서 제1 내지 제4 렌즈(L1B, L2B, L3B, L4B)는 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격된 형태로 배치될 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제4 렌즈(L1B, L2B, L3B, L4B)가 서로 이격되어 배치된 것을 제외하면, 도 5에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100B)는 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 5에 도시된 기판(110), 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128), 영상 생성부(140) 및 확산부(150A)는 도 1과 동일하므로 도 5에서 동일한 참조부호를 사용한다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)은 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)의 중심축(CX1, CX2, CX3, CX4)으로부터 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 제1 내지 제4 거리(d1, d2, d3, d4) 만큼 각각 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제N 거리(d1, d2, d3, d4)를 조정함으로 인해 아이 박스(EB:Eye Box)를 통해 보이는 허상이 선명해질 수 있다. 여기서, 아이 박스(EB)란 영상 광에 대응하는 허상이 맺히는 영역을 의미할 수 있다.
일 례에 의하면, 제1 광원(122)은 제1 렌즈(L1A)의 중심축(CX1)으로부터 수평 방향인 -y축 방향으로 제1 거리(d1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제2 광원(124)은 제2 렌즈(L2A)의 중심축(CX2)으로부터 수평 방향인 -y축 방향으로 제2 거리(d2)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제3 광원(126)은 제3 렌즈(L3A)의 중심축(CX3)으로부터 수평 방향인 +y축 방향으로 제3 거리(d3)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제4 광원(128)은 제4 렌즈(L4A)의 중심축(CX4)으로부터 수평 방향인 +y축 방향으로 제4 거리(d4)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
다른 례에 의하면, 도 1에 도시된 바와 달리, 제1 광원(122)은 제1 렌즈(L1A)의 중심축(CX1)으로부터 수평 방향인 +y축 방향으로 제1 거리(d1)만큼 이격되어 배치될 수도 있다. 제2 광원(124)은 제2 렌즈(L2A)의 중심축(CX2)으로부터 수평 방향인 +y축 방향으로 제2 거리(d2)만큼 이격되어 배치될 수도 있다. 또한, 제3 광원(126)은 제3 렌즈(L3A)의 중심축(CX3)으로부터 수평 방향인 -y축 방향으로 제3 거리(d3)만큼 이격되어 배치될 수도 있다. 제4 광원(128)은 제4 렌즈(L4A)의 중심축(CX4)으로부터 수평 방향인 -y축 방향으로 제4 거리(d4)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
결국, 실시 예에 의하면, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)의 광축을 각각 제1 내지 제N 광축(LX1, LX2, LX3, LX4)이라고 할 때, 제1 내지 제N 광축(LX1, LX2, LX3, LX4)과 제1 내지 제N 중심축(CX1, CX2, CX3, CX4)은 서로 일치하지 않고 어긋날 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 거리(d1, d2, d3, d4) 중 적어도 일부는 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다.
또한, N이 짝수일 경우, 수평 방향으로 배열된 제1 내지 제N 광원의 중심 즉, 제N/2 광원과 제(N/2)+1 광원 사이의 중심을 기준으로 제1 내지 제N/2 거리는 제N 내지 제(N/2)+1 거리와 각각 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 거리(d1)와 제4 거리(d4)는 서로 동일하고 제2 거리(d2)와 제3 거리(d3)는 서로 동일할 수 있다.
즉, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)은 렌즈 어레이(130A)의 중앙축(CX0)을 기준으로 수평 방향인 y축 방향으로 서로 대칭인 위치에 배치될 수 있다. 제1 광원(122)이 중앙축(CX0)으로부터 수평 방향인 -y축 방향으로 이격된 거리와 제4 광원(128)이 중앙축(CX0)으로부터 수평 방향인 +y축 방향으로 이격된 거리는 서로 동일하고, 제2 광원(122)이 중앙축(CX0)으로부터 수평 방향인 -y축 방향으로 이격된 거리와 제3 광원(126)이 중앙축(CX0)으로부터 수평 방향인 +y축 방향으로 이격된 거리는 서로 동일할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 거리(d1, d2, d3, d4) 각각은 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 제1 거리(d1)는 1.5 ㎜이고 제2 거리(d2)는 0.5 ㎜이고, 제3 거리(d3)는 0.5 ㎜이고, 제4 거리(d4)는 1.5 ㎜일 수 있다.
렌즈 어레이(130A)에 포함된 제1 내지 제N 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A) 중 어느 하나인 제n 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)는 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 여기서, 1 ≤ n ≤ N. 여기서, 제1 면(S1)은 제n 광원과 마주하는 면일 수 있다. 또한, 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)와 마주하며 제1 면(S1)의 반대측 면일 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 6에 도시된 또 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100C)는 기판(110), 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128), 렌즈 어레이(130C), 영상 생성부(140) 및 확산부(150A)를 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 도 6에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100C)는 도 1에 예시된 바와 같은 모습으로 배치된 광학계(160) 및 방열부(170)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 렌즈 어레이에 포함되는 각 렌즈의 제1 또는 제2 면(S1, S2) 중 적어도 하나는 외부로 볼록한 단면 형상을 가질 수 있다.
일 례로서, 도 1 내지 도 3, 도 5에 예시된 바와 같이 렌즈 어레이(130A, 130B)에 포함되는 제1 렌즈(L1A, L2A), 제2 렌즈(L2A, L2B), 제3 렌즈(L3A, L3B) 및 제4 렌즈(L4A, L4B)의 제1 면(S1)은 평평한 단면 형상을 가지며, 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)를 향해 볼록한 단면 형상을 가질 수 있다.
다른 례로서, 도 6에 도시된 바와 같이 렌즈 어레이(130C)에 포함되는 제1 내지 제4 렌즈(L1C, L2C, L3C, L4C) 각각(LnC)의 제1 면(S1)은 제n 광원을 향해 볼록하고, 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)를 향해 볼록할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(L1C)의 제1 면(S1)은 제1 광원(122)을 향해 볼록하고 제1 렌즈(L1C)의 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)를 향해 볼록할 수 있다. 제2 렌즈(L2C)의 제1 면(S1)은 제1 광원(122)을 향해 볼록하고 제2 렌즈(L2C)의 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)를 향해 볼록할 수 있다. 제3 렌즈(L3C)의 제1 면(S1)은 제1 광원(122)을 향해 볼록하고 제3 렌즈(L3C)의 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)를 향해 볼록할 수 있다. 제4 렌즈(L4C)의 제1 면(S1)은 제1 광원(122)을 향해 볼록하고 제4 렌즈(L4C)의 제2 면(S2)은 영상 생성부(140)를 향해 볼록할 수 있다.
이 경우, 제n 렌즈(LnC)의 중심축(CXn)은 볼록한 제1 면(S1)의 정점(vertex)과 볼록한 제2 면(S2)의 정점을 지날 수 있다. 즉, 제1 렌즈(L1C)의 중심축(C1X)은 볼록한 제1 면(S1)의 정점과 볼록한 제2 면(S2)의 정점을 지날 수 있다. 이와 같이 제n 렌즈(LnC)가 볼록할 경우 아이 박스(EB)로 향하도록 광이 포커싱되기에 유리할 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제4 렌즈(L1C, L2C, L3C, L4C)의 형상이 서로 다름을 제외하면, 도 6에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100C)는 도 5에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100B)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 6에 도시된 기판(110), 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128), 영상 생성부(140) 및 확산부(150A)는 도 1과 동일하므로 도 6에서 동일한 참조부호를 사용한다.
또한, 도 6에 도시된 렌즈 어레이(130C)에서 제1 내지 제4 렌즈(L1C, L2C, L3C, L4C)는 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 것으로 예시되어 있지만, 도 1에 도시된 바와 같이 서로 연결되어 배치될 수도 있다.
한편, 영상 생성부(140)는 정보를 갖는 영상을 생성하는 역할을 한다. 영상 생성부(140)는 후술되는 확산부(150A)에서 확산된 광에 의해 정보를 갖는 영상을 광을 투사한다. 여기서, 편의상 영상 생성부(140)로부터 출사되는 광을 '영상 광'이라 한다.
영상 생성부(140)는 비자기(non-self) 발광 표시부일 수 있다. 즉, 영상 생성부(140)는 자체적으로 발광하지 않을 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제N 광원으로부터 방출된 후 렌즈 어레이(130A)와 확산부(150A)를 경유하여 광이 입사될 때, 영상 생성부(140)는 영상 광을 광학계(160)로 투사할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 기판(110), 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128), 렌즈 어레이(130A) 및 확산부(150A)는 영상 생성부(140)에서 필요한 광을 제공하는 백라이트 유닛(또는, 백 라이트 모듈)(BLU)의 기능을 수행할 수 있다. 영상 생성부(140)는 백 라이트 유닛의 조사면 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 영상 생성부(140)는 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display), 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor) 액정(liquid crystal), DSTN(Dual-scan Super Twisted Nematic) 액정, DLP(Digital Light Processing) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 실시 예는 영상 생성부(140)의 종류에 국한되지 않는다.
영상 생성부(140)가 LCD로 구현될 경우, LCD에 포함되는 액정 패널은 2장의 판 유리 사이에 액정을 주입받고 소자 패턴 즉, 배선에 구간되는 도트(픽셀)이 형성되고, 각 픽셀은 얇은 막 트랜지스터(TFT)에 의해 제어될 수 있다. 이와 같이, LCD는 화상 표시가 이루어지는 주지의 화상 표시 장치이다.
또한, 제어부(미도시)는 정보를 갖는 영상 데이터를 영상 생성부(140)로 제공하고, 영상 생성부(140)는 제어부로부터 받은 영상 데이터를 이용하여 영상을 생성하고, 백라이트 유닛으로부터 광이 제공될 때 영상을 담은 광을 영상 광으로서 광학계(160)로 투사할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 그 밖에도 제어부는 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100A)에서 필요로 하는 전원을 공급하는 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 제어부는 기판(110) 및 영상 생성부(140) 각각에 전원을 공급할 수 있다.
확산부(150A)는 렌즈 어레이(130A)와 영상 생성부(140) 사이에 배치되어, 렌즈 어레이(130A)의 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)로부터 출사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 광학계(160)로부터 방출되는 허상이 아이 박스(EB)의 중심에서 획득되고 선명할 때, 확산부(150A)가 사용될 수 있다. 즉, 확산부(150A)가 렌즈 어레이(130A)로부터 출사되는 광을 확산시켜 영상 생성부(140)로 제공함으로써, 아이 박스(EB)의 센터로부터 에지까지 휘도의 레벨이 저하되는 휘도 드롭(luminance drop) 현상이 발생됨이 없이 아이 박스(EB)의 전체에 걸쳐 균일한 휘도를 갖는 허상이 표시될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 확산부(150A)가 렌즈 어레이(130A)보다 영상 생성부(140)에 더 가깝게 배치될 경우, 영상 생성부(140)로부터 투사되는 영상 광의 휘도가 불균일해지는 문제점이 개선될 수 있다. 그러나, 다른 실시 예에 의하면, 확산부(150A)는 영상 생성부(140)보다 렌즈 어레이(130A)에 더 가깝게 배치될 수도 있고, 렌즈 어레이(130A)와 영상 생성부(140)의 중간에 배치될 수도 있다.
확산부(150A)의 산란 각도(angle of scattering) 및 산란 인디카트릭스(scatter indicatrix)는 다양할 수 있다. 실시 예에서 사용되는 확산부(150A)는 영상 생성부(140)로부터 투사되는 영상 광의 휘도 불균일성을 해소시킬 수 있고(즉, 광의 균질성(homogenization)을 개선시킬 수 있고) 영상 생성부(140)에서 요구되는 개구 각도(needed aperture angle)와 일치하는 최소의 산란각을 가질 수 있다.
예를 들어, 확산부(150A)는 필름 또는 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 확산부(150A)의 형상이나 재질에 국한되지 않는다.
도 7 및 도 8은 또 다른 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100D, 100E)의 단면도를 나타낸다.
도 7 및 도 8에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100D, 100E)는 기판(110), 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128), 렌즈 어레이(130A), 영상 생성부(140) 및 확산부(150B, 150C)를 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 도 7 및 도 8 각각에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100D, 100E)는 도 1에 예시된 바와 같은 모습으로 배치된 광학계(160) 및 방열부(170)를 더 포함할 수도 있다.
도 1 내지 도 3의 경우 확산부(150A)는 렌즈 어레이(130A)와 영상 생성부(140) 사이에 배치된다. 또는, 확산부는 렌즈 어레이(130A)에 포함된 제1 내지 제4 렌즈의 제1 또는 제2 면(S1, S2)에 포함될 수도 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면 확산부(150B)는 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)의 제1 면(S1)에 부착될 수 있다. 도 7의 경우 확산부(150B)가 렌즈 어레이(130A)와 별개의 층인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 확산부(150B)는 렌즈 어레이(130A)와 일체로 구현될 수 있다. 이 경우, 확산부(150B)는 렌즈 어레이(130A)의 제1 면(S1)의 안쪽에 배치될 수도 있다.
또는, 도 8을 참조하면 확산부(150C)는 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)의 제2 면(S2) 상에 부착될 수도 있다. 도 8의 경우 확산부(150C)는 렌즈 어레이(130A)와 별개의 층인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 확산부(150C)는 렌즈 어레이(130A)와 일체로 구현될 수 있다. 이 경우, 확산부(150C)는 렌즈 어레이(130A)의 제2 면(S2)의 안쪽에 배치될 수도 있다.
도 9a 내지 도 9c는 헤드 업 디스플레이 장치가 확산부(150A, 150B, 150C)를 포함하지 않을 경우, 아이 박스(EB)의 센터에서의 휘도, 아이 박스(EB)의 코너에서의 휘도 및 아이 박스(EB)의 인코히런트 조도(incoherent illuminance)를 각각 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c는 헤드 업 디스플레이 장치가 확산부(150A, 150B, 150C)를 포함할 경우, 아이 박스(EB)의 센터에서의 휘도, 아이 박스(EB)의 코너에서의 휘도 및 아이 박스(EB)의 인코히런트 조도를 각각 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c와 도 10a 내지 도 10c를 각각 비교할 경우, 확산부(150A, 150B, 150C)가 배치될 경우, 광이 확산되어 영상 생성부(140)로 조사됨으로써 아이 박스(EB)의 센터와 에지 사이의 에너지 분포가 균일해져서 아이 박스(EB) 내에의 모든 지점에서 허상의 휘도가 균일해질 수 있다. 즉, 아이 박스(EB)에 디스플레이되는 영상의 휘도와 조도가 개선될 수 있다.
한편, 도 1을 다시 참조하면, 광학계(160)는 영상 생성부(140)로부터 투사되는 영상 광으로부터 허상을 생성하여 아이 박스(EB)로 전송하는 역할을 한다. 이를 위해 광학계(160)는 적어도 하나의 거울(162, 164, 166)을 포함할 수 있다. 도 1의 경우 광학계(160)는 3개의 거울(162, 164, 166)을 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 이하에서 설명되는 광학계(160)의 역할을 수행할 수 있다면, 광학계(160)에 포함되는 각 거울의 형상이나 개수는 다양할 수 있다.
광학계(160)에 포함되는 적어도 하나의 거울은 영상 생성부(140)로부터 투사된 영상 광을 반사시키거나 회절시켜 허상을 생성하는 역할을 한다. 이를 위해, 적어도 하나의 거울은 도 1에 예시된 바와 같이 제1 및 제2 방향 전환 거울(162, 166) 및 오목 거울(164)을 포함할 수 있다.
제1 방향 전환 거울(162)은 영상 생성부(140)에서 투사된 영상 광의 방향을 바꾸는 역할을 할 수 있다. 즉, 제1 방향 전환 거울(162)은 영상 광을 오목 거울(164) 쪽으로 반사시킬 수 있다. 오목 거울(164)은 제1 방향 전환 거울(162)에서 반사된 영상 광을 제2 방향 전환 거울(166)쪽으로 반사시킬 수 있다. 제2 방향 전환 거울(166))에서 반사된 광은 허상으로서 아이 박스(EB)에 보여질 수 있다.
또는, 도 1에 예시된 바와 달리, 광학계(160)는 평탄 거울, 오목 거울, 볼록 거울, 또는 맞춤형 프리 폼(customized free form) 거울 중 적어도 하나가 다양한 형태로 배치된 구조를 가질 수 있다. 만일, 프리 폼 거울을 사용할 경우 광학 수차를 보상할 수 있으며 그에 따라 높은 품질의 일러스트레이션(illustration)을 제공할 수 있다.
허상이 조종사나 운전자 쪽으로 지향하도록 할 수 있도록 하기 위해, 비행기나 차량 내부 격실의 공간 요건에 맞도록, 광학계(160)의 거울(162, 164, 166)이 배치될 수 있다. 또는 거울(162, 164, 166)에 의해, 헤드 업 디스플레이될 허상과 운전자(또는, 관찰자) 사이의 거리가 조절되고 최적화될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 각 거울(162, 164, 166)에 위치 조절부가 더 부착될 수도 있고, 이 경우 광학계(160)는 거울 구동 모터부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
각 거울(162, 164, 166)에 부착된 위치 조절부는 해당하는 거울의 위치 및/또는 방위를 조절하는 역할을 하며, 각 위치 조절부는 제어 신호에 응답하여 제어될 수 있다. 이 경우, 거울 구동 모터부는 제어 신호를 이용하여 각 위치 조절부를 제어함으로써, 각 거울(162, 164, 166)의 반사 각도 또는 회절 각도 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.
한편, 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100A 내지 100E)에서 광의 진행 경로를 살펴보면 다음과 같다. 예를 들어, 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)를 기준으로 살펴보지만, 이하의 설명은 다른 헤드 업 디스플레이 장치(100B 내지 100E)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1을 참조하면, 기판(110) 위에 배치된 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)으로부터 방출된 광은 렌즈 어레이(130A)에서 편향되어 모아진 후 영상 생성부(140)로 가이드된다. 이때, 렌즈 어레이(130A)와 영상 생성부(140) 사이에 확산부(150A)가 배치될 경우, 렌즈 어레이(130A)로부터 출사되는 광이 확산되어 영상 생성부(140)로 입사될 수 있다.
영상 생성부(140)로 광이 입사된 후, 영상 생성부(140)에서 생성되며 정보를 갖는 영상 광이 광학계(160)로 출사될 수 있다. 이후, 전술한 바와 같이 다양한 형태의 거울을 갖는 광학계(160)는 영상 광으로부터 허상을 생성하고, 생성된 허상을 아이 박스(EB)로 출사시킬 수 있다.
전술한 실시 예에서, 도 1에 도시된 광학계(160)의 내부 구조 및 광학계(160)로부터 아이 박스(EB)까지 허상이 전달되는 과정은 일 례에 불과할 뿐, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)과 제1 내지 제4 렌즈(L1A, L2A, L3A, L4A)가 전술한 바와 같이 제1 내지 제4 거리만큼 제1 내지 제4 중심축(CX1, CX2, CX3, CX4)으로 이격되어 배치될 수 있다면, 실시 예는 광학계(160)의 내부 구조 및 광학계(160)로부터 아이 박스(EB)까지 허상이 전달되는 작용 원리나 구조에 국한되지 않는다.
한편, 방열부(170)는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)에서 발생된 열을 기판(110)을 통해 전달받아 외부로 방출하는 역할을 한다. 즉, 방열부(170)는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)의 발열 온도를 감소시키는 역할을 한다.
방열부(170)는 제1 내지 제4 광원(122, 124, 126, 128)에서 발생된 열을 방출하는 히트 싱크로 사용될 수 있으며, 열 전도가 높은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 방열부(170)는 판상 베이스부 및 판상 베이스부를 향해 세워진 복수의 방열 플레이트를 포함할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 아이 박스(EB)를 통해 보이는 허상이 선명한 정도를 설명하기 위해 광이 이동하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 11a 및 도 11b에서 제1 내지 제N 광원 중 하나인 제n 광원이 제n 렌즈의 중심축에 위치할 때(200), 점선으로 표기된 광의 이동 경로를 참조하면 아이 빔(EB)에 흐린 영상이 맺힘을 알 수 있다. 반면에, 제n 광원이 제n 렌즈의 중심축으로부터 제n 거리 만큼 화살표 방향(204)으로 이격되어 배치될 때(202), 실선으로 표기된 광의 이동 경로를 참조하면 아이 빔(EB)에 선명한 영상이 맺힘을 알 수 있다. 즉, 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치의 경우, 제1 내지 제N 거리만큼 제1 내지 제N 광원이 제1 내지 제N 렌즈의 중심축으로부터 이격되어 배치됨으로써, 영상 생성부(140)에서 생성된 영상 광이 아이 박스(EB)의 중심에 선명하게 표시될 수 있다. 이는, 제1 내지 제N 광원(122, 124, 126, 128)의 틸팅을 조정하여 달성될 수도 있다.
도 12a 및 도 12b는 제1 내지 제N 광원(122, 124, 126, 128) 중 어느 하나의 광원인 제n 광원(120)의 틸팅을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, y1과 y2는 제n 광원의 변위(displacement)를 나타내고, f1과 f2는 초점 거리를 각각 나타낸다.
도 12a에 도시된 바와 같이 제n 광원(120)은 틸팅되지 않고 배치될 수도 있고, 도 12b에 도시된 바와 같이 제n 광원(120)은 틸팅되어 배치될 수도 있다. 제1 내지 제N 거리만큼 제1 내지 제N 광원을 이격시켜 배치할 때 뿐만 아니라, 도 12b에 도시된 바와 같이 제n 광원(120)을 틸팅시켜 배치할 경우, 제n 광원으로부터 발산되는 광의 각도(w)를 원하는 각도로 조정할 수 있고 허상의 휘도를 균일하게 할 수 있다. 여기서, 광의 각도(w)는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015097743279-pat00001
또한, 변위(y2)는 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015097743279-pat00002
한편, 도 1을 참조하면, 아이 박스(EB)를 편의상 사각형으로서 정의하였다. 이때, 실시 예에 의하면, 다음 수학식 3과 같이 표현되는 아이 박스(EB)의 크기를 확산부(150A)의 산란각(angle of scattering), 제1 내지 제N 광원(122, 124, 126, 128) 각각의 활성 영역의 크기 또는 제1 내지 제N 광원(122, 124, 126, 128)의 휘도 인디카트릭스(luminance indicatrix) 중 적어도 하나를 이용하여 키울 수 있다.
Figure 112015097743279-pat00003
여기서, A는 아이 박스(EB)의 면적을 나타내고 L과 W는 아이 박스(EB)의 길이와 폭을 각각 나타낸다.
도 13은 영상 생성부(140)로부터 출사되는 영상 광에 포함된 수직 무라(vertical mura)를 보이는 도면이다.
도 14는 기존의 헤드 업 디스플레이 장치에 포함된 복수의 광원(22, 24, 26, 28)과 복수의 렌즈(32, 34, 36, 38)의 단면도를 나타낸다.
영상 생성부(140)로부터 투사되는 영상 광의 가장 공통적인 휘도 불규칙성은 도 13에 도시된 바와 같은 무라(230)일 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치와 달리, 일반적인 헤드 업 디스플레이 장치의 경우 렌즈(32, 34, 36, 38)의 중심축 상에 광원(22, 24, 26, 28)이 위치한다. 이 경우, 도 14에 도시된 바와 같이 렌즈(32, 34, 36, 38)의 경계(82, 84, 86)에서 요구되는 입체각(solid angle) 내에 에너지가 부족하기 때문에, 무라가 야기될 수 있다. 이를 해소하기 위한 한 가지 방법은 더 많은 광원을 배치하는 것이다. 그러나, 광원의 개수가 많아질수록 비효율적인 에너지 재분포가 야기되고, 더욱 많은 열이 발생할 수 있는 등 다양한 문제가 제기될 수 있다. 그러므로, 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치는 광원의 개수를 증가시키는 대신에 전술한 바와 같이 광원을 해당하는 렌즈의 중심축으로부터 제1 내지 제N 거리만큼 이격시키거나 광원을 틸팅시킴으로써, 도 14에 도시된 바와 같은 경계(82, 82, 86)에서 휘도가 드롭(drop)되는 현상을 제거함으로써 광원의 개수를 증가시키지 않고도 무라, 광의 불균일성 또는 핫 스팟(hot spot) 중 적어도 하나를 감소시킬 수 있다.
도 15a와 도 15b는 기존의 헤드 업 디스플레이 장치에 의한 실상(real image)과 허상(virtual image)을 각각 나타내고, 도 16a 및 도 16b는 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치에 의한 실상과 허상을 각각 나타낸다.
도 15a에 도시된 실상의 경우 560,000 nit의 휘도를 갖는 반면, 도 16a에 도시된 실상의 경우 1,000,0000 nit의 휘도를 갖는다. 또한, 도 15b에 도시된 허상의 경우 200,000 nit의 휘도를 갖는 반면, 도 16b에 도시된 허상의 경우 488,000 nit의 휘도를 갖는다. 이와 같이 기존과 대비할 때 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치는 광 효율이 향상되어 광학적인 효율이 개선될 수 있고, 광의 균일도가 향상될 수 있다.
이하, 전술한 도 1에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)의 이해를 돕기 위해, 헤드 업 디스플레이 장치(100A)를 장착한 차량(300)의 일 실시 예에 대해 설명한다. 그러나, 도 1에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)는 도 17에 예시된 차량(300) 이외에 비행기 등 다양한 탈것에 장착될 수도 있으며 그의 특정한 적용 례에 국한되지 않는다. 또한, 도 1에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A) 대신에 도 5 내지 도 8에 도시된 다른 헤드 업 디스플레이 장치(100B 내지 100E)가 도 17에 도시된 바와 같이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 17은 도 1에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)를 장착한 차량(300)의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 차량(300)은 헤드 업 디스플레이 장치(100A), 윈드실드유리(windshield glass)(302) 및 광 합성부(combiner)(304)를 포함할 수 있다. 헤드 업 디스플레이 장치(100A)는 윈드실드유리(302) 아래에 배치될 수 있지만, 실시 예는 차량(300) 내에서 헤드 업 디스플레이 장치(100A)의 위치에 국한되지 않는다.
도 17에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100A)는 도 1과 동일하므로 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
영상 생성부(140)로부터 투사된 영상 광이 광학계(160)를 통해 허상으로서 차량 전방의 윈드실드유리(302)를 통해 허상으로서 아이 박스(EB)에 디스플레이되어 운전자(또는, 관찰자)(310)에게 보여질 수 있다. 이를 위해, 아이 박스(EB)는, 차량 운전자(310)의 시선이 머무는 곳에 위치할 수 있다.
예를 들어, 광학계(160)로부터 출사되는 허상이 도 17에 예시된 광 합성부(304)로 조사될 경우, 광 합성부(304)는 조사된 광을 회절시켜 운전자(310)에게 허상이 인식될 수 있도록 할 수 있다. 광 합성부(304)는 윈드실드유리(302) 위에 배치될 수 있는 홀로그램(hologram)(미도시)을 포함할 수 있으며, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
도 17에서 광학계(160)는 콜리메이터(collimator)의 기능을 수행하는 렌즈(미도시) 또는 홀로그램을 더 포함할 수도 있다. 이러한 렌즈나 홀로그램은 광학계(160)와 광합성부(304) 사이에 배치될 수도 있다.
도 17에 도시된 바와 같이 헤드 업 디스플레이 장치(100A)가 차량(300)에 장착될 경우, 제어부는 외부의 차량 정보 제공부(미도시) 등과 전기적으로 접속하여, 영상 데이터를 받고 이를 영상 생성부(140)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 차량 정보 제공부는 자동차를 위한 여러 가지 기능을 실행할 수 있는 소프트웨이가 담긴 일종의 컴퓨터인 ECU(Electronic Control Unit)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 헤드 업 디스플레이 장치(100A)가 차량(300)용으로 사용될 경우, 운전자(310)는 휘도가 균일하면서도 밝은 영상을 아이 박스(EB)를 통해 볼 수 있고, 영상 생성부(140)에서 발산하는 영상의 각도가 넓기 때문에 아이 박스의 크기가 커질 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A 내지 100E: 헤드 업 디스플레이 장치
110: 기판 122, 124, 126, 128: 광원
130A, 130B, 130C: 렌즈 어레이 140: 영상 생성부
150A, 150B, 150C: 확산부 160: 광학계
170: 방열부 300: 차량
302: 윈드실드유리 304: 광 합성부

Claims (14)

  1. 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부;
    기판의 상부면 상에 배치되며, 광을 방출하는 제1 내지 제N(여기서, N은 1 이상의 양의 정수) 광원;
    상기 기판의 상부면을 바라보는 하부면을 포함하고, 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부;
    상기 제1 내지 제N 광원과 상기 영상 생성부 사이에서 상기 제1 내지 제N 광원에 각각 대응하여 배치되며, 상기 제1 내지 제N 광원으로부터 방출된 광을 편향시켜 모아서 상기 영상 생성부로 출사시키는 제1 내지 제N 렌즈; 및
    상기 제1 내지 제N 렌즈와 상기 영상 생성부 사이에 배치되어, 상기 제1 내지 제N 렌즈로부터 출사되는 광을 확산시키는 확산부를 포함하고,
    상기 제1 내지 제N 광원은 상기 제1 내지 제N 렌즈의 중심축으로부터 수평 방향으로 제1 내지 제N 거리만큼 각각 이격되어 배치되고,
    상기 기판의 상부면과 상기 영상 생성부의 하부면은 수평 방향으로 나란하지 않고 경사질 경우, 상기 제1 내지 제N 광원은 틸팅되어 배치된 헤드 업 디스플레이 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제N 거리 중 적어도 일부는 서로 다른 헤드 업 디스플레이 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제N 거리는 서로 동일한 헤드 업 디스플레이 장치.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 복수의 광원은 수평 방향으로 서로 대칭인 위치에 배치된 헤드 업 디스플레이 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제N 거리 각각은 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜인 헤드 업 디스플레이 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제n 렌즈(여기서, 1 ≤ n ≤ N)는
    상기 제n 광원과 마주하는 제1 면; 및
    상기 영상 생성부와 마주하며 상기 제1 면의 반대측 면인 제2 면을 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제1 면은 평평한 단면 형상을 갖는 헤드 업 디스플레이 장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 면 중 적어도 하나는 외부로 볼록한 단면 형상을 갖는 헤드 업 디스플레이 장치.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 제1 면은 상기 제n 광원을 향해 볼록하고, 제2 면은 상기 영상 생성부를 향해 볼록하며,
    상기 제n 렌즈의 중심축은 볼록한 상기 제1 면의 정점과 볼록한 상기 제2 면의 정점을 지나는 헤드 업 디스플레이 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 확산부는 상기 제1 내지 제N 렌즈의 상기 제1 또는 제2 면에 포함되는 헤드 업 디스플레이 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
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