KR101689035B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일방향으로 선형 편광된 제1선편광된 빛을 제공하는 광원; 상기 제1선편광된 빛을 반사시키는 제1거울; 상기 제1선편광된 빛을 통과시켜 제1원편광된 빛으로 변환시키는 위상지연자; 상기 제1원편광된 빛이 입사되어 제2원편광된 빛으로 반사되는 제2거울;을 포함하며, 상기 제2원편광된 빛은 상기 위상지연자를 통과하여 상기 제1선편광된 빛과 다른 방향으로 선형 편광된 제2선편광된 빛으로 변환되며, 상기 제1거울은 상기 제1선편광된 빛은 반사시키고, 상기 제2선편광된 빛은 투과시키는 편광반사거울로 구비되고, 상기 제2선편광된 빛의 경로에 상기 제1거울이 구비되며, 상기 제2선편광된 빛은 상기 제1거울을 통과하여 윈드 쉴드에 반사되어 사용자에게 이미지를 전달하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

디스플레이 장치{Display Device}

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 주행 중에 운전자에게 주행 정보를 효과적으로 전달할 수 있는 차량용 HUD에 관한 것이다.

차량 주행 중에 운전자에게 주행 정보를 보다 효과적으로 전달하기 위해, 헤드업 디스플레이 장치(HUD: Head Up Display, 이하 "HUD"라 한다)라 불리는 차세대 디스플레이 장치의 연구가 활발히 진행되고 있다.

HUD는 차량 주행 중의 운행 정보가 자동차 전면의 유리에 나타나도록 하는 전방 표시장치로서, 원래 비행기에서 조종사의 전방 시야를 확보해주기 위해 도입되었다.

최근 들어 미래형 자동차 개발과 함께 운전자에게 전달할 정보가 많아지면서 자동차에도 HUD가 적용되기 시작하였다.

특히, 네이게이션을 포함한 각종 차량 디스플레이는 화면의 위치가 운전자 시야의 정면에 있지 않아 사용이 불편할 뿐만 아니라 사고를 유발할 가능성도 있기 때문에, 이를 대체 또는 보완하는 수단으로서 연구되고 있다.

HUD는 차량 주행에 필요한 정보를 운전자의 시야 정면에 전방의 경치와 중첩시켜 3차원적으로 표시해 주며, 이를 장착한 차량의 운전자들은 계기판의 속도나 방향 지시 등 등을 제어하기 위해 운전 중에 시선을 옮길 필요가 없게 된다.

이때, 항공기와 달리 차량의 경우에는 자동차 전방 경치의 변화가 많기 때문에 표시된 이미지의 식별을 양호하게 하기 위하여 윈드쉴드(windshield)의 반사면의 반사율을 크게 하여야 하며, 전방 시계의 확보를 위해서는 윈드쉴드의 투과율이 70% 이상이 되어야 한다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 HUD의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 HUD의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 차량의 속도, 유량, 네비게이션 등의 정보를 표시하는 디스플레이 소자(10)은 그 화면을 통하여 정보를 영상으로 출력하며, 출력된 영상 빔(beam)은 오목거울(30)(concave mirror)에 의해 반사되어 윈드쉴드(500)(windshield)로 향하게 된다. 그리고, 윈드쉴드(500)로 입사된 영상은 운전자의 시선에 전달된다. 이때, 운전자의 시선으로 전달된 영상은, 운전자 시선의 정면에 대하여 소정 각을 이루며 운전자의 시선으로부터 일정거리 떨어진 지점에서 운전자의 시야 정면의 경치와 겹쳐져서 운전자에게 허상으로 인식된다.

그러나, 종래의 HUD는 운전자에게 많은 정보를 전달하기 위하여는 허상의 크기가 확대되어야 하는데 허상의 크기를 키우기 위해서는 HUD내 오목거울의 크기를 키워야 하며, 디스플레이 소자로부터 윈드쉴드(500)까지의 광경로 확보가 필수적이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 다른 실시예에 따른 HUD는 디스플레이 소자(10) 및 오목거울(30)에 반사거울(20)을 더 포함한다. 따라서, 반사거울을 이용하여 광경로를 확보하여 HUB의 부피를 감소시키고 있다.

하지만, 이 또한 반사거울과 광선 사이의 간섭에 의해 부피 저감에는 한계가 있으며, 이렇게 커진 HUD를 제한된 공간인 차량 내부에 설치하는 것에 문제점이 있다.

상술한 문제점에 착안하여, 본 발명은 HUD를 제공하는 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 윈드쉴드에 보여지는 허상의 크기를 크게 하며, 대화면을 제공하여 다양한 정보을 제공할 수 있는 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 부피를 감소시켜 차량 내부에 설치시에 효율적인 공간 활용을 할 수 있는 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 내부 부품간의 거리를 최소화하여 컴팩트(compact)한 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일방향으로 선형 편광된 제1선편광된 빛을 제공하는 광원; 상기 제1선편광된 빛을 반사시키는 제1거울; 상기 제1선편광된 빛을 통과시켜 제1원편광된 빛으로 변환시키는 위상지연자; 상기 제1원편광된 빛이 입사되어 제2원편광된 빛으로 반사되는 제2거울;을 포함하며, 상기 제2원편광된 빛은 상기 위상지연자를 통과하여 상기 제1선편광된 빛과 다른 방향으로 선형 편광된 제2선편광된 빛으로 변환되며, 상기 제1거울은 상기 제1선편광된 빛은 반사시키고, 상기 제2선편광된 빛은 투과시키는 편광반사거울로 구비되고, 상기 제2선편광된 빛의 경로에 상기 제1거울이 구비되며, 상기 제2선편광된 빛은 상기 제1거울을 통과하여 윈드 쉴드에 반사되어 사용자에게 이미지를 전달하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 구비된 상기 광원은 사용자에게 전달하고자 하는 이미지를 제공하는 디스플레이 패널과; 상기 디스플레이 패널에서 제공되는 빛을 일방향으로 선편광시키는 제1편광기;으로 구비할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제2거울에서 반사된 상기 제2원편광된 빛이 만드는 이미지는 허상인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제2거울은 상기 제1원편광된 빛의 입사면으로 오목한 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제2거울의 초점거리 이내에 상기 광원부터 상기 제2거울까지의 빛의 경로가 존재하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 위상지연자는 통과되는 빛의 위상을 1/4 파장 변환시키는 1/4 파장판(quarter wave plate)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제1선편광된 빛은 S 편광으로 이뤄지고, 상기 제2선편광된 빛은 P 편광으로 이루지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제1선편광된 빛은 P 편광으로 이뤄지고, 상기 제2선편광된 빛은 S 편광으로 이루지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 사용되는 제1거울과 위상지연자는 넓은 입사각 범위에서 성능저하가 최소화되는 특징을 갖는 소자로 구성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 구성한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제2선편광된 빛의 전체가 상기 제1거울을 통과하여 윈드 쉴드에 구현되는 영상의 밝기 차이를 최소화하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제2선편광된 빛의 일부만 상기 제1거울을 통과하여 윈드 쉴드에 반사되어 이미지가 구현되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제2선편광된 빛의 경로에 프레즈넬 렌즈를 더 구비하여, 상기 윈드 쉴드에 구현되는 이미지를 확대하는 것을 특징으로 하는 디스플에지 장치를 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서 상기 제 1거울의 편광반사거울은 넓은 입사각에서 동일 성능(선택적 편광의 투과율, 콘트라스트)을 확보하는 wire grid 소자로 구성되는 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서 상기 제 1거울의 편광반사거울은 넓은 입사각에서 동일 성능(선택적 편광의 투과율, 콘트라스트)을 확보하는 소자로 구성되는 디스플레이 장치를 제공한다.

한편, 본 발명에서 상기 위상지연자는 넓은 범위의 입사각에서 동일 성능(위상지연)을 확보할 수 있는 폴리머 리타더(polymer retarder)로 구성되는 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서 상기 위상지연자는 넓은 범위의 입사각에서 동일 성능(위상지연)을 확보할 수 있는 소자로 구성되는 디스플레이 장치를 제공한다.

더 나아가, 추가적인 성능 확보 및 내부 광경로 확보를 위하여 제3의 거울을 추가로 배치하는 디스플레이 장치를 제공할 수도 있다.

상술한 해결 수간에 의하여, 본 발명은 HUD를 제공하는 디스플레이 장치를 제공하여 운전자의 운전효율을 높여주고 안전성을 향상시켜주는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 윈드쉴드에 보여지는 허상의 크기를 크게 하며, 대화면을 제공하여 다양한 정보을 제공할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하여 보다 많은 정보 를 운전자에게 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 부피를 감소시켜 차량 내부에 설치시에 효율적인 공간 활용을 할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하여 차량 내부에서 디스플레이 장치가 차지하는 공간을 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명은 내부 부품간의 거리를 최소화하여 컴팩트(compact)한 디스플레이 장치를 제공하여, 디스플레이 장치가 차지하는 공간을 줄이고 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 HUD의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 HUD의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

한편, 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타낸다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도이다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명한다.

본 발명의 디스플레이지 장치는 광원(100), 제1거울(200), 위상지연자(400), 제2거울(300)을 포함한다.

광원(100)은 빛을 발생시키는 장치를 총칭하며, 운전자에게 제공하는 주행정보를 윈드쉴드(500)에 표시하고자 하는 이미지를 생성하기 위한 장치를 총체적으로 지칭한다.

이미지란 운전자에게 제공하는 운전자 정보를 포함하며, 운전자 정보란 자동자의 상태, 주행 중인 도로의 정보, 네비게이션 정보 등이 될 수 있다.

광원(100)에서 생성된 빛은 일방향으로 선형(Linear)으로 편광(Polarized Light)된 빛을 제공한다. 즉, 광원(100)은 일방향으로 선편광(Linear Polarized Light)된 제1선편광된 빛(100a)을 제공한다.

편광(Polarized Light)이란 진행방향에 수직한 임의의 평면에서 전기장의 방향이 일정한 빛을 말한다.

편광의 종류로는 선편광된 빛(Linear Polarized Light), 원편광된 빛(Circularly Polarized Light), 타원편광된 빛(Elliptically Polarized)이 있다.

선편광된 빛(Linear Polarized Light)이란 광파의 전기장의 진동방향이 빛의 진행방향에 대해 수직하고 진폭이 일정한 빛이며, 원편광된 빛(Circularly Polarized Light)은 광파의 전기장의 진동방향이 빛의 진행방향에 대해 수직하고 회전하며 진폭이 일정한 빛이고, 타원편광된 빛(Elliptically Polarized)은 광파의 전기장의 진동방향이 빛의 진동방향에 대해 수직하고 타원을 그리며 회전하며 진폭이 일정하지 않는 빛을 말한다.

광원(100)은 일방향으로 선편광된 빛된 빛을 제공하기 위하여 디스플레이 패널(120)과 디스플레이 패널에서 나오는 빛을 편광시키는 제1편광기(140)로 구비된다.

상기 디스플레이 패널(120)이란 사용자에게 전달하고자 하는 이미지를 생성하여 제공하는 장치를 말한다. 즉, 전기신호를 컨트롤하여 이미지를 생성하는 장치를 말한다. 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 패널, LED(Light Emitting Diode) 패널, OLED(Organic Light-Emitting Diode) 패널 등이 포함된다. 다만, LCD 패널과 같이 자체적으로 내부에 편광기를 가지고 있어 선형으로 편광된 빛을 발산하는 장치는 상기 제1편광기(140)의 구성이 필수적으로 필요한 것은 아니다.

상기 제1편광기(140)는 디스플레이 패널(120)에서 제공되는 영상을 구현하는 빛을 일방향으로 편광시키는 선형 편광기(Linear Polarizer)로 구비된다. 따라서, 디스플레이 패널(120)에서 나오는 빛은 선형 편광기를 통과하면 일방향로 선형 편광된다. 이 경우, 상기 디스플레이 패널(120)에서 나오는 빛은 상기 제1편광기(140)를 통과하여 일방향으로 편광된 제1선편광된 빛(100a)이다.

한편, 상기 제1거울(200)은 광원(100)에서 나오는 제1선편광된 빛(100a)을 반사시킨다.

상기 제1거울(200)은 도2의 종래 HUD의 반사거울(20)과 동일하게 광원(100) 또는 디스플레이 패널(120)의 빛이 제1편광기(140)를 통과하여 선형 편광된 제1선편광된 빛(100a)을 반사시킨다.

그러나, 기존의 반사거울과 다른 점은 본 발명의 제1거울(200)은 제1선편광된 빛(100a)은 반사시키지만, 제1선편광된 빛(100a)과 다른 방향의 선형 편광은 통과시킨다. 즉, 제1거울(200)은 일방향의 편광은 반사시키며, 일방향에 수직한 방향의 편광은 통과시키는 편광반사거울로 구비된다.

예를 들면, 제1거울(200)은 S 편광(S Polarized Light)을 통과시키는 경우에는 P 편광(P Polarized Light)은 반사시키며, P 편광(P Polarized Light) 을 통과시키는 경우에는 S 편광(S Polarized Light)은 반사시키도록 구비된다.

이 때, 제1거울(200)은 HUD의 특성상 넓은 입사각 범위를 가져야 하므로 입사각에 따른 성능 저하(투과/반사율, 콘트라스트)가 최소화되는 wire grid등의 소자로 구성되어야 한다. 즉, 넓은 입사각에서 동일 성능(선택적 편광의 투과율, 콘트라스트 등)을 확보하는 소자라면 제1거울의 편광반사거울의 소자로 사용될 수 있다. 그래야 운전자가 허상을 관찰하는 eyebox에서 전 영역에서 균일한 밝기의 영상을 제공할 수 있고, 광원의 밝기 손실을 최소화 할 수 있다.

한편, 상기 위상지연자(400)는 상기 제1선편광된 빛(100a)을 통과시켜, 원형으로 편광된 제1원편광된 빛(100b)으로 변환시킨다. 즉, 일방향의 선형편광이 위상지연자를 통과하면 원형 편광되어 나온다.

위상지연자(400)는 1/4 파장판(quarter wave plate)으로 제1원편광된 빛(100b)의 진동방향에 1/4 파장판(quarter wave plate)의 주축이 45도 기울도록 구비되야 하며, 원형 편광기로 입사되는 빛의 위상을 1/4파장 지연시키는 위상지연자로 역할을 한다.

상기 위상지연자는 상기 주축의 기운 방향에 따라서 입사된 선형 편광을 우원편광된 빛(right-circular polarization) 또는 좌원편광된 빛(left-circular polarization)으로 변환시켜준다. 이는 위상지연자의 고유의 특성이다.

또한, 상기 위상지연자는 HUD의 특성상 넓은 입사각 범위를 가져야 하므로 입사각에 따른 성능 저하(위상지연 변화율)이 최소화되는 폴리머 리타더(polymer retarder)등의 소자로 구성되어야 한다. 즉, 넓은 범위의 입사각에서 동일 성능(위상지연)을 확보할 수 있는 소자라면 본 발명의 위상지연자로 사용될 수 있다. 그래야 운전자가 허상을 관찰하는 eyebox에서 전 영역에서 균일한 밝기의 영상을 제공할 수 있고, 광원의 밝기 손실을 최소화 할 수 있다.

한편, 상기 제2거울(300)은 상기 제1원편광된 빛(100b)이 입사하여 제2원편광된 빛(100c)으로 반사시킨다.

제1원편광된 빛(100b)은 제2거울(300)에서 반사되면서 원형 편광의 회전 방향이 바뀌어 제2원편광된 빛(100c)이 된다. 예를 들어 제1원편광된 빛(100b)이 우원편광된 빛(right-circular polarization)이라면 제2원편광된 빛(100c)은 좌원편광된 빛(left-circular polarization)으로 변환되며, 제1원편광된 빛(100b)이 좌원편광된 빛이라면 제2원편광된 빛(100c)은 우원편광된 빛으로 변환한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 제2거울(300)에서 반사된 제2원편광된 빛(100c)이 위상지연자(400)를 통과하고, 제1거울(200)을 통과하여 윈드쉴드(500)에 도달하도록 구비된다.

제2거울(300)에서 반사된 제2원편광된 빛(100c)은 위상지연자(400)를 통과하면서 제2선편광된 빛(100d)으로 변환된다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 1/4 파장판(quarter wave plate)인 위상지연자(400)를 통과하여 원편광된 빛이 선편광된 빛으로 변환되기 때문이다.

위상지연자(400)를 통과한 제2원편광된 빛(100c)은 상기 제1선편광된 빛(100a)의 편광 방향과 다른 방향의 제2선편광된 빛으로 바뀐다. 다시 말해, 제1선편광된 빛(100a)과 제2선편광된 빛(100d)의 편광 방향은 서로 수직으로 구비된다. 예를 들어, 제1선편광된 빛(100a)이 S 편광이라면 제2선편광된 빛(100d)은 P 편광이고, 제1선편광된 빛(100a)이 P 편광이라면 제2선편광된 빛(100d)은 S 편광이다.

이 경우, 제2선편광된 빛(100d)은 제1거울(200)을 통과할 수 있게 된다. 왜냐하면, 앞서 설명한 바와 같이, 제1거울(200)은 제1선편광된 빛(100a)은 반사시키고, 제2선편광된 빛(100d)은 통과시키도록 구비되기 때문이다.

제1거울(200)을 통과한 제2선편광된 빛(100d)은 윈드쉴드(500)에 이미지를 만들며, 이미지는 운전자에게 제공하는 정보를 포함한다.

따라서, 상기 제1거울(200)은 제2거울(300)과 윈드쉴드(500) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 제2선편광된 빛(100d)의 경로상에 제1거울(200)이 구비되도록 한다. 이로 인해, 도 2의 종래 HUD 장치와 같이 오목거울(30)과 윈드쉴드(500) 사이에 반사거울(20)을 둘 수 없는 경우에 비하여 HUD 장치의 부피를 줄일 수 있으며, 내부 부품의 거리를 최소화할 수 있으므로 콤팩트하게 장치를 구성할 수 있다. 왜냐하면, 반사거울(20)은 오목거울(30)에 반사된 빛이 통과할 수 없기 때문이다.

한편, 상기 제1거울(200)의 위치를 결정함에 상기 제2선편광된 빛(100d)의 빛 전부가 제1거울(200)을 통과하도록 구비되어야 하는 것을 아니다. 제1거울(200)을 지나는 제2선편광된 빛(100d)을 최소화하여 윈드쉴드(500)에 생성되는 이미지의 강도(intensity)의 손실을 최소화 할 수 있다. 이러한 이유에서 HUD 장치의 부피를 최소화하되 제1거울(200)을 통과하는 제2선편광된 빛(100d)의 양을 최소화하도록 할 수 있다.

다만, 제2선편광된 빛(100d)의 일부만 제1거울(200)을 통과하여 윈드쉴드(500)에서 이미지를 표시하는 경우에 제1거울(200)을 통과한 부분과 통과하기 않은 부분 사이에 영상의 밝기 차가 발생할 수 있다.

이런 문제를 해결하기 위하여, 제2선편광된 빛(100d)의 전부가 제1거울(200)을 통과하도록 제1거울(200)의 배치를 조절할 수 있다. 이로써, 영상의 밝기 차를 최소화하고, HUD의 부피를 최소화하여 한정된 자동차 내부에 설치시 공간효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 위상지연자(400)의 위치를 고려함에도 위상지연자(400)를 제2거울(300)에서 반사한 제2원편광된 빛(100c)의 경로상에 구비된다. 다시 말해, 제2거울(300)로 입사되는 빛과 제2거울(300)에서 반사되는 빛이 모두 통과할 수 있도록 위상지연자(400)를 구비해야 한다. 제1원편광된 빛(100b)과 제2원평광(100c)의 모든 빛이 상기 위상지연자(400)을 통과하도록 상기 위상지연자(400)의 위치가 고려되야 한다.

따라서, 위상지연자(400)는 제2거울(300)에서 근접하게 구비되어야 하며, 나아가 위상지연자(400)를 제2거울(300)에 고정되게 구비할 수 있으며, 이로써 HUD장치 내에서 부품의 개수를 줄일 수도 있다.

한편, 본 발명에 구비된 제2거울(300)과 종래의 HUD에서 거울 (300)은 동일한 기능을 한다. 즉, 운전자 정보를 포함하는 빛을 윈드쉴드(500)로 반사하여 운전자에게 운전자 정보가 포함된 이미지를 제공한다.

본 발명의 제2거울(300)은 빛의 입사면에 대하여 오목한 곡률(curbature)을 가지도록 구비된다. 즉, 오목한 거울로 구비된다. 이 경우 곡률 반지름은 일정하게 구비될 수 있으나, 비구면을 사용할 수도 있다. 그래야, 영상의 바깥쪽 부분에서 생길 수 있는 왜곡을 최소화할 수 있기 때문이다.

본 발명의 상기 제2거울(300)의 초점거리의 길이 이내에 광원(100)으로부터 제2거울(300)까지 빛의 이동 경로의 길이가 존재하도록 구비된다.

즉, 제2거울(300)의 초점거리의 길이보다 광원(100)에서 제2거울(300)까지 빛이 지나온 경로의 길이가 더 짧게 구비되야한다.

이 경우, 오목거울인 제2거울(300)의 초점거리 이내에 물체하는 경우로 제2거울(300)에 반사되어 생기는 상은 물체 보다 크고 바로선 정립(erect)된 이미지가 보이도록 구비된다. 따라서, 광원(100)에서 나오는 영상의 크기보다 큰 영상이 윈드쉴드(500)에서 확대되어 투영되며, 사용자는 대화면의 주행정보를 포함한 영상을 볼 수 있게 된다.

바꿔말하면, 본 발명의 제2거울(300)으로 입사하는 제1원편광된 빛(100b)에 의해 제2원편광된 빛(100c)이 만드는 이미지는 정립 허상(erect virtual image)으로 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 디스플레이 장치의 작동을 살펴보면, 광원(100)에서 P 편광이 생성되는 경우에 제1거울(200)은 P 편광은 반사시키고, 위상지연자(400)를 통과하면서 우원(좌원)편광으로 변환하며, 제2거울(300)에 반사되면서 좌원(우원)편광으로 변환되고, 위상지연자(400)을 다시 통과하면서 S 편광으로 변환되어 제1거울(200)을 통과한다. 제1거울(200)을 통과한 S 편광은 윈드쉴드(500)에 반사되어 사용자에게 운전자 정보를 제공하는 이미지를 만든다.

반대로, 광원(100)에서 S 편광이 생성되는 경우에 제1거울(200)은 S 편광은 반사시키고, 위상지연자(400)를 통과하면서 좌원(우원)편광으로 변환하며, 제2거울(300)에 반사되면서 우원(좌원)편광으로 변환되고, 위상지연자(400)을 다시 통과하면서 P 편광으로 변환되어 제1거울(200)을 통과한다. 제1거울(200)을 통과한 P 편광은 윈드쉴드(500)에 반사되어 사용자에게 운전자 정보를 제공한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도이다.

이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 빛의 경로차를 줄일 수 있는 구성에 대하여 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는 제2선편광된 빛(100d)의 경로상에 제1광학렌즈(900)를 더 포함한다.

상기 제1광학렌즈(900)는 프래즈넬 렌즈(Fresnel Lens)로 구비될 수 있다. 프레즈넬(Fresnel) 렌즈는 집광 렌즈의 하나로서 볼록 렌즈처럼 빛을 모아주는 역할을 하면서도 두께는 줄인 렌즈이다. 이 때, 두께를 줄여도 볼록 렌즈와 같은 역할을 할 수 있는 이유는 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘작용을 가지게 했기 때문이다.

따라서, 제2선편광된 빛(100d)에 의해서 원드쉴드(100)에 생성되는 이미지에 비하여 확대된 이미지를 표시할 수 있도록 하며, 프레즈넬 렌즈를 사용하므로서 동일한 크기의 이미지를 윈드쉴드(500)에 생성하는 경우에 제1거울(200)과 제2거울(300)의 크기를 줄일 수 있는 효과를 가진다.

이 경우, 상기 프레즈넬 렌즈는 상기 제2선편광된 빛(100d)의 경로에 구비되며, 상기 제2선편광된 빛(100d)의 전부가 프레즈넬 렌즈를 통과하도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명은 HUD 장치의 추가적인 성능 확보 및 내부 광경로 확보를 위하여 제3의 거울을 추가로 배치할 수 있다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

광원(100) 디스플레이 패널(120)
제1편광기(140) 제1거울(200)
제2거울(300) 위상지연자(400)

Claims (16)

1. 일방향으로 선형 편광된 빛을 제공하는 광원;
   상기 광원에서 제공된 빛에 포함된 이미지를 윈드 쉴드에 전달하기 위하여, 상기 광원에서 제공된 빛을 반사시키는 오목거울로 구비되는 제2거울;
   상기 광원에서 제공된 일방향으로 선형 편광된 빛은 반사시키고, 상기 광원에서 제공된 일방향으로 선형 편광된 빛과 다른 방향으로 선형 편광된 빛은 통과시키는 편광반사거울로 구비되는 제1거울;
   상기 제2거울의 오목한 전방에 구비되어, 선형 편광된 빛은 원형 편광된 빛으로 변환시키고, 원형 편광된 빛은 선형 편광된 빛으로 변환시키는 위상지연자;를 포함하며,
   상기 광원에서 제공된 제1선편광된 빛은 상기 제1거울에 의해 반사되고, 상기 위상지연자를 통과하고, 상기 제2거울에 반사되고, 다시 상기 위상지연자를 통과하여 상기 제1선편광된 빛과 다른 방향으로 선형 편광된 제2선편광된 빛으로 변환하고, 상기 제1거울을 통과하여 상기 윈드 쉴드에 도달하며,
   상기 위상지연자는 상기 제1거울과 상기 제2거울의 사이에 구비되어, 상기 제2거울로 입사되는 빛과 상기 제2거울에서 반사된 빛의 경로상에 구비되어, 상기 제2거울로 입사되는 빛의 전체와 상기 제2거울에서 반사되는 빛의 전체가 통과하도록 구비되며,
   상기 제1거울은 상기 제1선편광된 빛의 경로상에 상기 제1선편광된 빛의 전체가 반사되도록 구비되고, 상기 제2선편광된 빛의 경로상에 상기 제2선편광된 빛의 일부가 통과하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광원은 사용자에게 전달하고자 하는 이미지를 제공하는 디스플레이 패널과; 상기 디스플레이 패널에서 제공되는 빛을 일방향으로 선편광시키는 제1편광기;으로 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2거울에서 반사된 빛이 만드는 이미지는 정립 허상인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2거울은 빛의 입사면으로 오목한 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2거울의 초점거리 이내에 상기 광원부터 상기 제2거울까지의 빛의 경로가 존재하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 위상지연자는 통과되는 빛의 위상을 1/4 파장변환시키는 1/4 파장판(quarter wave plate)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1선편광된 빛은 S 편광으로 이뤄지고, 상기 제2선편광된 빛은 P 편광으로 이루지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1선편광된 빛은 P 편광으로 이뤄지고, 상기 제2선편광된 빛은 S 편광으로 이루지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 제2선편광된 빛의 경로에 프레즈넬 렌즈를 더 구비하여, 상기 윈드 쉴드에 구현되는 이미지를 확대하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제1항에 있어서,
    상기 제 1거울의 편광반사거울은 넓은 입사각에서 동일 성능(선택적 편광의 투과율, 콘트라스트)을 확보하는 와이어 그리드(wire grid) 소자로 구성되는 디스플레이 장치.
13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제1항에 있어서,
    상기 제 1거울의 편광반사거울은 넓은 입사각에서 동일 성능(선택적 편광의 투과율, 콘트라스트)을 확보하는 소자로 구성되는 디스플레이 장치.
14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제1항에 있어서,
    상기 위상지연자는 넓은 범위의 입사각에서 동일 성능(위상지연)을 확보할 수 있는 폴리머 리타더(polymer retarder)로 구성되는 디스플레이 장치.
15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제1항에 있어서,
    상기 위상지연자는 넓은 범위의 입사각에서 동일 성능(위상지연)을 확보할 수 있는 소자로 구성되는 디스플레이 장치.
16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제1항에 있어서,
    추가적인 성능 확보 및 내부 광경로 확보를 위하여 제3의 거울을 추가로 배치하는 디스플레이 장치.
    

Images