KR100705796B1 - 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 외부로부터 입력되는 차량주행과 관련된 각 정보에 따라 복수의 LED를 선택적으로 구동하여 이미지를 표시하는 LED표시부, 상기 LED표시부가 표시한 이미지의 광을 투영하는 프로젝션부, 상기 프로젝션 수단에서 투영한 이미지의 광을 홀로그래픽 영상으로 상기 윈드실드의 전면 공간에 투사시키는 홀로그래픽 컴바이너로 구성되어 전체 모듈의 중량 및 소비전력을 줄이고 차량의 내부 및 외부 온도에 민감하게 반응하지 않으므로 안정적으로 동작할 수 있다.
헤드, 업, 디스플레이, 이미지, 홀로그래픽, 영상

Description

엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템{Head Up Display System using Light Emitting Diode}
도 1은 본 발명에 따른 헤드 업 디스플레이 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 LED어레이를 예로 들어 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 패턴을 예로 들어 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 컴바이너의 사양을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따라 차량 전방에 맺히는 허상을 도시한 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : LED표시부 101 : A/D컨버터
102 : LED어레이 콘트롤러 103 : LED어레이
110 : 프로젝션부 111 : 반사 미러
112 : 렌즈 130 : 홀로그래픽 컴바이너
본 발명은 현재 차량의 속도, 위치 등의 주행 정보 등을 소정의 이미지로 나타내는 표시부를 LED(Light Emitting Diode)어레이로 구현하여 전체 모듈의 중량 및 소비전력을 줄이고 안정적으로 동작하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이(Head Up Display) 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 헤드 업 디스플레이 시스템은 표시부, 광학계, 홀로그래픽 컴바이너(holographic combiner) 등으로 구성되어 차량 전방의 허공에 주행과 관련된 각종 정보를 운전자에게 보여주는 시스템이다.
즉, 현재 차량의 속도, 위치 등의 주행정보를 표시부를 통해 소정의 이미지로 만들고, 그 이미지를 광학계를 사용하여 차량의 전면 유리창인 윈드실드(windshield)에 부착된 홀로그래픽 컴바이너에 투사시키게 되면, 차량 전방의 허공에 소정의 허상이 결상되어 운전자는 그를 통해 시야를 돌려 계기판을 확인하지 않고도 현재 차량의 위치나 속도 등의 주행과 관련된 정보 등을 볼 수 있도록 하는 것이다.
이러한 헤드 업 디스플레이 시스템에서 현재까지는 차량 주행과 관련된 정보를 소정의 이미지로 표현하기 위한 표시부로 CRT(Cathode-Ray Tube)나 LCD(Liquid Crystal Display)를 주로 사용하고 있다.
하지만, 헤드 업 디스플레이 시스템에서 표시부로서 CRT를 사용하는 경우엔 모듈 자체의 부피가 커지고, 소비전력이 많이 요구되며, LCD를 사용하는 경우엔 백라이트가 별도로 필요하고, 차량 내부 및 외부 온도에 민감하게 반응하므로 안정적으로 구동하기가 어렵다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로, 전체 모듈의 중 량 및 소비전력을 줄이고 보다 안정적으로 동작하기 위한 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적에 따른 본 발명의 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템은
이미지를 만들기 위해 LED어레이를 사용한 것을 특징으로 한다.
그리고, 그 LED어레이의 광원에 대응되는 홀로그램 패턴을 사용한 것을 특징으로 한다.
파장이 400 ~ 700 (nm)정도인 LED를 광원으로 사용하기 때문에 홀로그램 패턴에 대한 특별한 설계 조건이 요구되며, 시뮬레이션 등을 통해 알아낸 본 발명과 관련하여 가장 바람직한 홀로그램 패턴의 설계 조건은 다음과 같다.
상기 홀로그래픽 패턴은 포토폴리머(photopolymer)의 대소(大小)부분이 교대로 반복된 것을 특징으로 한다.
그리고, 포토폴리머로 홀로그램 패턴을 구성할 경우, 그 홀로그램 패턴은 홀로그램 타입이 페이즈(phase)이고, 익스포저는 10 ~ 104 (J/cm-2), 통과파장대는 400 ~ 650 (nm), 해상도는 7000 (line/mm)이상, 굴절률은 0.95가 되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 홀로그래픽 패턴은 실버 핼라이드(Silver Halide)의 대소(大小)부분이 교대로 반복된 것일 수 있다.
이 경우, 그 홀로그램 패턴은 홀로그램 타입이 앰플리튜드 페이즈(Amplitude phase), 익스포저는 5×10-3(J/cm-2), 통과파장대는 400 ~ 700 (nm), 해상도는 2000 ~ 12000 (line/mm), 굴절률은 0.05 혹은 0.90가 되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 바람직한 전체 구조는, 외부로부터 입력되는 차량주행과 관련된 각 정보에 따라 복수의 LED를 선택적으로 구동하여 이미지를 표시하는 LED표시부,상기 LED표시부가 표시한 이미지의 광을 투영하는 프로젝션부, 차량의 윈드실드에 설치되며, 상기 프로젝션 수단에서 투영한 이미지의 광을 홀로그래픽 영상으로 상기 윈드실드의 전면 공간에 투사시키는 홀로그래픽 컴바이너를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 홀로그래픽 컴바이너는 차량의 윈드실드에 설치되는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 차량의 윈드실드를 구성하는 두 개의 창 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 LED표시부는 외부로부터 입력되는 차량주행과 관련된 각 정보를 디지털로 컨버팅시키는 A/D컨버터, 상기 A/D컨버터가 디지털로 컨버팅시킨 차량 주행과 관련된 각 정보에 따라 복수의 LED를 선택적으로 구동하는 동작을 제어하는 LED어레이 콘트롤러, 상기 LED어레이 콘트롤러의 제어하에 복수의 LED를 선택적으로 구동하여 이미지를 표시하는 LED어레이를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 LED어레이는 중앙에는 속도 표시와 관련된 LED가 배치되고, 양측에는 차량의 방향 지시와 관련된 LED가 배치되며, 상측에는 연료 잔량 표시와 관련된 LED가 배치되며, 하측에는 비상 경고와 관련된 LED가 배치된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 차량 주행과 관련된 정보는 예컨대, 차량의 위치 등의 네비게이션 정보, 차량의 현재 속도 정보, 연료의 잔량 정보, RPM(Revolution Per Minute)정보 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 프로젝션부는 상기 LED표시부에서 출력한 이미지를 반사시키는 반사 미러, 상기 반사 미러에서 반사시킨 이미지를 차량의 윈드 실드 방향으로 확대 투영시키는 확대 렌즈를 포함하여 구성할 수 있다.
바람직하게는, 45°각도로 기울어진 상태로 LED어레이와 마주보게 위치시키고 피벗으로 고정시킨 반사 미러와, 그 반사 미러와 홀로그래픽 컴바이너 사이에 위치시킨 확대 렌즈로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 반사 미러는 전반사를 하는 미러인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 시스템은 본 발명에 따른 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템의 일예로서, 크게, LED표시부(100), 프로젝션부(110), 차량의 윈드실드에 설치되는 홀로그래픽 컴바이너(120)로 구성된 구조이다.
이러한 구조의 헤드 업 디스플레이 시스템은 LED표시부(100)가 ECU(Electronic Control Unit)로부터 입력받은 현재 차량의 위치, 속도, RPM 등의 차량 주행과 관련된 정보에 따라 복수의 LED를 구동하여 관련된 이미지를 표시하 고, 표시한 이미지의 광을 프로젝션부(110)가 차량의 윈드 실드 방향으로 확대 투영시키면, 그 확대 투영시킨 이미지의 광을 홀로그래픽 컴버이너(120)가 홀로그래픽 영상으로 차량 윈드실드로부터 소정 거리만큼 떨어진 허공에 투사시킨다.
여기서, 상기 LED표시부(100)는 ECU로부터 입력된 차량주행과 관련된 각종 정보에 따라 복수의 LED를 구동하여 관련된 소정의 이미지를 표시하는 것이다.
예컨대, 상기 LED표시부(100)는 A/D컨버터(101), LED어레이 콘트롤러(102), LED어레이(103)로 구성될 수 있다.
즉, 상기 ECU로부터 입력된 차량 주행과 관련된 각종 정보를 디지털로 컨버팅시키는 A/D컨버터(101), 상기 A/D컨버터(101)가 디지털로 컨버팅시킨 차량 주행과 관련된 각종 정보에 따라 복수의 LED를 구동하는 동작을 제어하는 LED어레이 콘트롤러(102), 상기 LED어레이 콘트롤러(102)의 제어하에 복수의 LED를 구동하여 소정의 이미지를 표시하는 LED어레이(103)로 구성될 수 있다.
상기 프로젝션부(110)는 LED표시부(100)에서 표시한 이미지의 광을 투영하는 광학계이다.
예를 들면, 45°각도로 기울어진 상태로 LED어레이와 마주보게 위치시키고 피벗으로 고정시킨 반사 미러(111), 그 반사 미러(111)와 홀로그래픽 컴바이너(120) 사이에 위치시킨 확대 렌즈(112)로 구성될 수 있다.
여기서, 반사 미러(111)는 가능한 전반사가 가능한 것이 바람직하며, LED어레이에서 출력되는 이미지의 광 경로를 변환시키는 것이다.
그리고, 확대 렌즈(112)는 콜리메이터 렌즈와 구면렌즈 등의 조합으로 구성 하며, 일체형의 확대 렌즈를 사용할 수 있다. 그리고, LED어레이가 실장된 보드의 사이즈에 따라 저배율의 렌즈를 사용할 수 있는데, 그러할 경우 헤드 업 디스플레이 시스템에서 광학계가 차지하는 부피를 줄일 수 있다.
이렇게 반사 미러(111)와 확대 렌즈(112)로 구성된 프로젝션부(110)는 반사 미러(111)가 LED표시부(100)에서 표시한 이미지의 광을 반사시키고, 확대 렌즈(112)가 그 반사시킨 이미지의 광을 확대 투영시키게 된다. 이 확대 투영된 이미지의 광은 즉 현재 차량의 속도, 위치 등을 나타내는 이미지의 광은 홀로그래픽 컴바이너(120)로 입사된다.
상기 홀로그래픽 컴바이너(120)는 상기 프로젝션부(110)에서 투영한 이미지의 광을 홀로그래픽 영상으로 상기 차량의 윈드실드에서 바깥 방향으로 소정 거리만큼 떨어진 전방에 위치한 허공에 투사시키는 것이다.
상기 홀로그래픽 컴바이너(120)는 차량의 윈드실드 내에 구체적으로는, 차량의 윈드실드를 구성하는 두 개의 창 사이에 삽입 장착되며, 홀로그램 패턴과 그 패턴이 형성된 기판으로 구성된다.
상기 홀로그램 패턴은 차량의 외부로부터 입사되는 광대역 파장 중에서 LED광의 파장에 해당하는 400 ~ 700 (nm)의 파장 범위에 속하는 광은 투과시키고, 프로젝션부로부터 입사되는 광은 운전자의 눈으로 향하게 반사시킨다.
구체적인 홀로그램 패턴에 대해서는 후술한다.
도 2에 도시된 LED어레이는 본 발명에 따른 LED어레이의 일예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 LED어레이는 운전자에게 제공할 차량 주행 정보, 예컨대, 차량의 위치, 속도, RPM정보 등에 대응되는 이미지, 색상 등을 고려하여 LED의 위치 및 종류 등을 미리 결정한 후, 관련된 부분에 LED를 배열한 것이다.
즉, 운전자에게 제공할 차량 주행 정보에 대응되는 이미지, 색상 등을 고려하여 PCB(Printed Circuit Board)기판에 LED어레이를 구현한 것으로서, ECU로부터 현재 차량의 위치, 속도, RPM 등의 차량 주행과 관련된 각종 정보가 입력되면, 그 입력된 정보와 관련된 LED가 선택적으로 구동되어 소정의 이미지가 구현된다.
이 경우, 차량의 주행과 관련된 정보, 예컨대 속도나 위치 등의 정보를 개별적으로 표시할 수 있어, 차량의 주행과 관련된 정보를 전체적으로 표시하고 변환해야 하는 기존의 방식에 비해 소비전력을 줄일 수 있다.
상기 LED어레이는 매트릭스 형태로 실장될 수 있으며, 예를 들면, 도시된 바와 같이, 중앙에는 속도 표시와 관련된 LED(103-1)가 배치되고, 양측에는 차량의 방향 지시와 관련된 LED(103-2)가 배치되며, 상측에는 연료 잔량 표시와 관련된 LED(103-3)가 배치되며, 하측에는 비상 경고와 관련된 LED(103-4)가 배치될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 기존의 CRT나 LCD패널을 대체하여 칩 LED 어레이 보드를 표시부로 사용하므로, 소비전력을 줄일 수 있으며, 헤드 업 디스플레이 시스템 자체의 부피와 무게를 줄일 수 있다.
도 3에 도시된 홀로그램 패턴은 본 발명에 따른 홀로그램 패턴의 일예를 도시한 것으로서, 차량의 외부로부터 입사되는 광대역 파장 중에서 400 ~ 700 (nm) 범위에 속하는 파장을 가진 광은 투과시키고, 프로젝션부로부터 입사되는 LED광은 운전자의 눈으로 향하게 반사시킨다.
본 발명은 파장이 400 ~ 700 (nm)정도인 LED를 광원으로 사용하기 때문에 홀로그램 패턴에 대한 특별한 설계 조건이 요구되며, 시뮬레이션 등을 통해 알아낸 본 발명과 관련하여 가장 바람직한 홀로그램 패턴의 설계 조건은 다음과 같다.
그것은 포토폴리머(photopolymer)의 대소(大小)부분이 교대로 반복된 패턴이나, 실버 핼라이드(Silver Halide)의 대소(大小)부분이 교대로 반복된 것 중 어느 하나이다.
특히, 포토폴리머(photopolymer)로 홀로그램 패턴을 구현할 경우엔, 다음과 같은 조건을 따를 것이 요구되며, 그 조건은 다음과 같다.
즉, 홀로그램 타입은 페이즈(phase)타입이어야 되며, 익스포저(Exposure)는 10 ~ 104 (J/cm-2), 통과파장대(Spectral sensitivity)는 400 ~ 650 (nm), 해상도(Resolution)는 7000(line/mm)이상, 굴절률(Diffraction efficiency)은 0.95가 되어야 한다.
여기서, 통과파장대(Spectral sensitivity)는 차량의 외부로부터 입사되는 광대역의 파장 중에서, 홀로그램 패턴을 통해 투과되는 파장대이다.
그리고, 실버 핼라이드(Silver Halide)로 홀로그램 패턴을 구현할 경우엔 다음과 같은 조건이 요구된다.
즉, 홀로그램 타입이 앰플리튜드 페이즈(Amplitude phase)이어야 되며, 익스 포저는 5×10-3(J/cm-2), 통과파장대는 400 ~ 700 (nm), 해상도는 2000 ~ 12000 (line/mm), 굴절률은 0.05 혹은 0.90이 되어야 한다.
강조하면, 본 발명은 파장이 400 ~ 700 (nm)정도인 LED를 광원으로 사용하기 때문에 홀로그램 패턴에서 특별히 요구되는 설계 조건들이다.
이러한 설계 조건들은 LED어레이에서 출력되는 차량 주행과 관련된 각종 정보를 나타내는 이미지 광을 차량의 전방에 맺히는 허상으로 운전자의 눈으로 향하게 하는데 기여한다.
도 5는 본 발명에 따라 차량의 전방에 맺힌 이미지의 일예를 도시한 도면이다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 컴버이너에 의해 투사된 이미지은 홀로그래픽 영상으로 차량의 전면 유리창인 윈드실드(windshield)에서 차량의 바깥 방향으로 소정 거리만큼 떨어진 위치의 허공에 허상으로 맺힌다.
그 결과, 운전자는 현재 차량의 속도정보나 위치 정보 등의 네비게이션 정보를 보기 위해 계기판 등으로 시야를 돌리지 않아도 되는데, 여기서는 현재 차량의 속도 정보가 표시되는 이미지(500)이 일예로 도시되어 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템은 전체 모듈의 중량 및 소비전력을 줄일 수 있으며, 차량의 내부 및 외부 온도에 민감하게 반응하지 않으므로 안정적으로 동작할 수 있는 효과 가 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 외부로부터 입력되는 차량주행과 관련된 각 정보에 따라 복수의 LED를 선택적으로 구동하여 이미지를 표시하는 LED표시부;
    상기 LED표시부가 표시한 이미지의 광을 투영하는 프로젝션부; 및
    차량의 윈드실드(windshield)에 설치되며, 상기 프로젝션부가 투영한 이미지의 광을 홀로그래픽 영상으로 상기 윈드실드의 전면 공간에 투사시키는 홀로그래픽 컴바이너를 포함하고,
    상기 LED표시부는;
    외부로부터 입력되는 차량주행과 관련된 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환시키는 A/D컨버터;
    상기 A/D컨버터가 디지털 정보로 변환시킨 차량 주행과 관련된 각 정보에 따라 복수의 LED를 선택적으로 구동하는 동작을 제어하는 LED어레이 콘트롤러; 및
    상기 LED어레이 콘트롤러의 제어하에 복수의 LED를 선택적으로 구동하여 이미지를 표시하는 LED어레이를 포함하여 이루어진 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 LED어레이는
    속도, 차량의 진행 방향, 연료 잔량 및 비상 경고를 표시하기 위한 LED가 각 기 배치된 것을 특징으로 하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 차량 주행과 관련된 정보는,
    네비게이션 정보, 속도 정보, 연료의 잔량 정보, RPM(Revolution Per Minute)정보 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 프로젝션부는
    상기 LED표시부에서 출력한 이미지를 반사시키는 반사 미러;
    상기 반사 미러에서 반사시킨 이미지를 차량의 윈드 실드 방향으로 확대 투영시키는 확대 렌즈를 포함하여 이루어진 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템;
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 홀로그래픽 컴바이너는,
    포토폴리머(photopolymer)의 대소(大小)부분이 교대로 반복된 홀로그램 패턴을 가진 것을 특징으로 하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 홀로그램 패턴은
    홀로그램 타입이 페이즈(phase)이고, 익스포저는 10 ~ 104 (J/cm-2), 통과파 장대는 400 ~ 650 (nm), 해상도는 7000(line/mm)이상, 굴절률은 0.95가 되는 것을 특징으로 하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 홀로그래픽 컴바이너는,
    실버 핼라이드(Silver Halide)의 대소(大小)부분이 교대로 반복된 홀로그램 패턴을 가진 것을 특징으로 하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 홀로그램 패턴은
    홀로그램 타입이 앰플리튜드 페이즈(Amplitude phase), 익스포저는 5×10-3(J/cm-2), 통과파장대는 400 ~ 700 (nm), 해상도는 2000 ~ 12000(line/mm), 굴절률은 0.05 혹은 0.90인 것을 특징으로 하는 엘이디를 사용한 헤드 업 디스플레이 시스템.
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