KR102501203B1

KR102501203B1 - 투명 패널 및 그 디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR102501203B1
Application number: KR1020170115200A
Authority: KR
Inventors: 이영윤; 김종현; 이병호; 홍종영; 문석일; 유찬형
Original assignee: 삼성전자주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2023-02-17
Also published as: KR20190028130A; US10578780B2; US20190079218A1

Abstract

투명 패널이 개시된다. 본 투명 패널은 편광판, 편광판의 일 측에 배치되며 편광판 측에서 투사되는 빛은 투과시키고 편광판의 반대측에서 투사되는 빛은 반사 및 확산시키는 투명 확산판, 투명 확산판의 일 측에 배치되며 투사되는 빛의 편광 방향을 변환하는 1/4파장판 및 1/4파장판의 일 측에 배치된 렌즈부를 포함한다. 여기서 렌즈부는 투사되는 빛의 편광 방향에 따라 상이한 굴절률을 가지는 복굴절 물질로 이루어진 렌즈 어레이를 포함하며, 렌즈 어레이를 통과하는 빛의 편광 방향에 따라 빛을 투과 또는 굴절시키는 굴절률 정합 부재를 포함할 수 있다.

Description

투명 패널 및 그 디스플레이 시스템{TRANSPARENT PANNEL AND DISPLAY SYSTEM THEREOF}

본 발명은 투명 패널 및 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 분야에서, 다양한 유형의 디스플레이 장치가 사용되고 있다. 특히, 최근에는 투명 디스플레이 장치와 같은 차세대 디스플레이 장치에 대한 연구 논의가 가속화되고 있다.

투명 디스플레이 장치란 투명한 성질을 가져서 장치 뒤쪽 배경이 그대로 미치는 디스플레이 장치를 의미한다. 종래에는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 등과 같은 불투명 반도체 화합물을 이용하여 디스플레이 패널을 제작하였으나, 기존의 디스플레이 패널을 이용하여서는 구현할 수 없는 다양한 디스플레이 서비스에 대한 요구가 생기면서, 이러한 요구에 부합하는 새로운 형태의 전자 소자에 대한 개발 노력이 이루어졌다. 이러한 노력 하에 개발된 것 중 하나가 투명 디스플레이 장치이다.

투명 디스플레이 장치의 종류 중 하나로 투사형 디스플레이 장치가 있다. 투사형 디스플레이 장치는 투명 패널에 영상을 투사하여, 사용자가 투명 패널 상에서 그 영상을 볼 수 있도록 하는 장치이다. 하지만, 투사형 장치를 구현하기 위해서는 투명 패널과 영상 투사 장치 사이에 일정 크기 이상의 광학 거리가 확보되어야 한다. 따라서, 시스템의 부피가 커진다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 투명 디스플레이 장치의 경우, 투명 패널에 투사한 영상이 잘 확산되지 않고 반사되기 때문에, 사용자 식별력이 떨어지게 된다는 문제점도 있었다.

본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 근거리에서 투사하더라도 영상을 효과적으로 표시할 수 있는 투명 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템을 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 투명 패널은, 편광판, 편광판의 일 측에 배치되며 편광판 측에서 투사되는 빛은 투과시키고 편광판의 반대측에서 투사되는 빛은 반사 및 확산시키는 투명 확산판, 투명 확산판의 일 측에 배치되며 투사되는 빛의 편광 방향을 변환하는 1/4파장판 및 1/4파장판의 일 측에 배치된 렌즈부를 포함할 수 있다. 여기서 렌즈부는 투사되는 빛의 편광 방향에 따라 상이한 굴절률을 가지는 복굴절 물질로 이루어진 렌즈 어레이를 포함하며, 렌즈 어레이를 통과하는 빛의 편광 방향에 따라 빛을 투과 또는 굴절시키는 굴절률 정합 부재를 포함할 수 있다.

여기서, 렌즈 어레이는, 렌티큘러 렌즈 어레이가 될 수 있으며, 굴절률 정합 부재는, 복굴절 물질이 가지는 복수의 굴절률 중 하나와 동일한 굴절률을 가지는 물질로 이루어지면서 렌즈 어레이를 덮는 형태로 구현될 수 있다.

여기서, 상기 편광판은 상기 편광판으로 입사되는 빛을 제1 편광으로 변환하고, 상기 투명 확산판은, 상기 제1 편광을 상기 1/4파장판으로 투과시키며, 상기 1/4파장판은, 상기 제1 편광의 편광 방향을 45도 회전시켜 제2 편광으로 변환하고, 상기 렌즈부는, 상기 1/4파장판으로부터 전달되는 상기 제2 편광을 투과시키며, 상기 렌즈부는, 외부 프로젝터로부터 상기 제2 편광과 동일한 편광 방향의 영상이 입사되면, 상기 영상을 상기 1/4파장판으로 투과시키고, 상기 1/4파장판은, 상기 영상의 편광 방향을 45도 회전시켜 상기 투명 확산판으로 투과시키며, 상기 투명 확산판은, 상기 영상을 상기 1/4파장판으로 반사하고, 상기 1/4파장판은, 반사된 상기 영상의 편광 방향을 다시 45도 회전시켜 상기 영상의 편광 방향을 상기 제2 편광과 수직인 편광 방향으로 변환하고, 상기 렌즈부는, 상기 제2 편광과 수직인 편광 방향의 영상을 굴절시킬 수 있다.

한편, 투명 확산판은, 제1 굴절률을 갖는 광학 소자, 제2 굴절률을 가지며 광학 소자의 일 측에 배치된 금속층 및 제1 굴절률을 가지며 광학소자 및 금속층을 감싸는 굴절률 정합소자를 포함하며, 상기 금속층은 상기 광학 소자 및 상기 굴절률 정합 소자보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템은, 투명 패널과 상기 투명 패널의 제1 면 방향으로 영상을 투사하는 프로젝터를 포함하며, 상기 투명 패널은, 상기 제1 면의 반대인 제2 면 방향으로 입사되는 빛 및 상기 영상의 편광 방향을 각각 변환하여, 상기 제2 면 방향으로 입사되는 빛은 투과시키고, 상기 영상은 반사 및 확산시킬 수 있다.

여기서 상기 투명 패널은, 편광판, 상기 편광판의 일 측에 배치되며 상기 편광판 측에서 투사되는 빛은 투과시키고 반대측에서 투사되는 빛은 반사 및 확산시키는 투명 확산판, 상기 투명 확산판의 일 측에 배치되며 투사되는 빛의 편광 방향을 변환하는 1/4파장판 및 상기 1/4파장판의 일 측에 배치된 렌즈부를 포함하며, 여기서 상기 렌즈부는, 투사되는 빛의 편광 축에 따라 상이한 굴절률을 가지는 복굴절 물질로 이루어진 렌즈 어레이 및 상기 렌즈 어레이를 통과하는 빛의 편광 방향에 따라 투과 또는 굴절시키는 굴절률 정합 부재를 포함할 수 있다,

여기서, 상기 프로젝터는 상기 영상을 투사하는 영상 투사부를 포함하고, 상기 투사되는 빛을 제2 편광으로 변환시키는 편광기를 포함한다.

도 1은 본 발명의 디스플레이 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 투명 패널의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 렌즈부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 투명 패널에서 영상의 편광 방향의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 투명 확산판의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 자동차 전면 유리 창에 적용된 디스플레이 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상점의 쇼윈도에 적용된 디스플레이 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 개시의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 개시의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 디스플레이 시스템(1000)은 HUD(Head Up Display, 전방표시장치), TV, 모니터, 휴대폰, PDA, PC, 전자 액자, 키오스크, 쇼윈도 등에 적용될 수 있다.

도 1에 따르면, 디스플레이 시스템은 투명 패널(100)과 프로젝터(200)를 포함한다. 디스플레이 시스템에 의해 사용자(30)는 영상(20)과 투명 패널(100) 후면에 위치한 물체(10)를 동시에 관측하여 증강현실(augmented reality)을 경험할 수 있다.

투명 패널(100)은 프로젝터(200)에서 투사된 영상을 반사 및 확산시키고, 외부 물체(10)로부터 들어온 입사광을 통과시킬 수 있다.

투명 패널(100)은 렌즈부(110), 1/4파장판(120), 투명 확산판(130) 및 편광판(140)을 포함한다. 렌즈부(110)는 렌즈 어레이(111) 및 굴절률 정합 부재(112)를 포함할 수 있다. 투명 패널(100)의 세부 구성 및 그 동작에 대해서는 후술하는 부분에서 다시 구체적으로 설명한다.

프로젝터(200)는 투명 패널(100)에 영상을 투사하기 위한 구성요소이다. 프로젝터(200)는 편광기(210) 및 영상 투사부(220)를 포함한다.

영상 투사부(220)는 영상을 투사하기 위한 구성이다. 영상 투사부(220)는 영상을 제공하는 소스와 연결되는 입출력 인터페이스, 광을 출사하는 광원, 광을 투사하기 위한 광학소자 등을 포함한다. 구체적으로는, 단일 시점 영상, 스테레오(Stereo) 영상, 다시점 영상 등과 같은 다양한 유형의 영상을 출력할 수 있다. 영상 투사부(220)의 세부 구성 및 동작에 대해서는 종래 공지된 바 있으므로 그 기재를 생략한다.

편광기(210)는 영상 투사부(220)에서 투사되는 영상을 편광시킨다. 편광된 영상은 투명 패널(100)에 의해 확산될 수 있다. 도 1에서는 편광기(210) 및 영상 투사부(220)가 일체로 형성된 것으로 도시하였으나, 반드시 이와 같이 구성되어야 하는 것은 아니다.

영상 투사부(220) 전면에는 편광기(210)를 포함할 수 있다. 편광기(210)는 영상 투사부(220)에서 투사한 영상의 편광을 일정 방향으로 편광시킨다. 투사된 영상이 편광되면, 투사 영상은 투명 확산판(130)에서 반사 및 확산 되기 이전에는 렌즈부(110)를 그대로 통과하고, 투명 확산판(130)에서 반사 및 확산되고 난 이후에는 렌즈부(110)에서 굴절되어 사용자(30)로 전달된다.

도 1의 실시 예에 따르면, 반거울 및 확산판을 각각 사용하지 않고도 투사형 디스플레이 시스템을 구현할 수 있다. 따라서, 종래와 달리 광학거리를 확보할 필요가 없어지므로 시스템 부피를 줄일 수 있다.

또한, 투명 확산판(130)의 확산 현상에 의하여 fill factor를 높일수 있다. fill factor가 향상되는 경우, 복수의 시청 가능한 픽셀 사이의 간격에 의해 발생하는 광 분포 저하 영역에서 광량이 증가된다. 따라서, 투사 영상에 대한 식별력을 높일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 패널의 구성 및 동작을 나타내는 도면이다.

도 2에 따르면, 투명 패널(100)의 일 측에는 외부의 물체(10)로부터 반사되는 광이 입사되고, 반대 측에는 프로젝터(200)로부터 투사된 광이 입사된다.

투명 패널(100)은 렌즈부(110), 1/4파장판(120), 투명 확산판(130) 및 편광판(140)을 포함할 수 있다.

편광판(140)은 입사되는 빛을 특정 편광으로 변환하는 역할을 한다. 편광 방향은 임의로 설정될 수 있으나, 설명의 편의상 이하에서는 제1 편광이라 한다. 외부의 객체(10)에서 반사되어 투명 패널(100)로 입사된 빛은 편광판(140)을 지나면서 제1 편광으로 바뀌고, 제1 편광은 투명 확산판(130)으로 전달된다.

투명 확산판(130)은 일측에서 투사되는 빛은 투과시키고 반대측에서 투사되는 빛은 반사 및 확산시키는 특성을 가진 투명한 재질의 확산판을 의미한다. 도 2에서는, 편광판(140) 측에서 투사되는 빛을 투과시키도록, 투명 확산판(130)을 배치한 상태를 나타낸다. 따라서, 제1 편광은 투명 확산판(130)을 투과하여, 1/4파장판(120)으로 입사된다.

1/4파장판(120)은 광학적 성질에 의해 빛의 편광 방향을 변환시킨다. 구체적으로 편광 방향을 +45도 또는 -45도 만큼 회전시킬 수 있다. 따라서 1/4파장판(120)으로 입사된 빛은 제1 편광 방향에서 45도 회전된 제2 편광 방향으로 변환된다. 일 예로, 제2 편광 방향은 p편광 방향과 일치할 수 있다.

렌즈부(110)는 렌즈 어레이(111) 및 굴절률 정합 부재(112)를 포함한다.

렌즈 어레이(111)는 복수의 렌즈 영역을 포함하는 렌티큘러 렌즈 어레이로 구현될 수 있다. 렌티큘러 렌즈 어레이는 투사된 영상을 굴절시킬 수 있다. 각 렌즈 영역은 적어도 하나의 픽셀에 대응되는 크기로 형성되어, 각 픽셀을 투과하는 광을 시청 영역별로 상이하게 분산시킬 수 있다.

렌즈 어레이(111)는 복굴절 물질(birefringement material)로 이루어질 수 있다. 복굴절 물질이란, 빛의 편광 방향에 따라 상이한 굴절률을 가지는 물질을 의미한다. 복굴절 물질은 광학 이방성 물질 또는 등축결정이 아닌 결정을 포함하며, 대표적으로 방해석, 수정 등이 있다. 다만, 복굴절 물질은 이러한 예에 한정되지 않으며 편광방향에 따라 상이한 굴절률을 가지는 복굴절이 발생될 수 있는 모든 물질을 포함한다.

굴절률 정합 부재(112)는 렌즈 어레이(111)의 복굴절 물질이 가지는 복수의 굴절률 중 하나와 동일한 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, p편광이 입사될 때 복굴절 물질이 np의 굴절률을 가지며, s편광이 입사될 때 복굴절 물질이 ns의 굴절률을 가지는 경우를 상정한다. 이 때, 굴절률 정합 부재(112)는, p편광이 입사될 때의 복굴절 물질의 굴절률인 np의 굴절률을 가지는 물질로 구현될 수 있다. 또한, 굴절률 정합 부재(112)는 렌즈 어레이(111)를 덮는 형태로 이루어 질 수 있다.

여기서, 렌즈부(110)의 세부 동작을 설명하기 위해 도 3a 및 도 3b를 참고한다.

도 3a와 같이 입사된 광이 p편광인 경우, 렌즈 어레이(111)와 굴절률 정합 부재(112)는 모두 굴절률 np를 가지기 때문에, 입사된 광은 렌즈부 내부에서 굴절 없이 투과될 수 있다.

도 3b와 같이 입사된 광이 s편광인 경우, 렌즈 어레이(111)의 굴절률은 ns를 가지고 굴절률 정합 부재(112)의 굴절률은 np를 가지게 된다. 따라서, 렌즈 어레이(111)에서 굴절률 정합 부재(112)로 입사된 빛은 굴절되면서 다시점 영상을 형성할 수 있다.

도 3a 및 도 3b에서는 P편광 및 S편광을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되지 않으며 편광 방향이 90도 차이가 나는 입사광들에 대하여 사용하도록 설계할 수도 있다. 즉, 1/4파장판(120)으로부터 전달되는 제2 편광이라면, 굴절률 정합 부재(112)를 제2 편광에 대응되는 굴절률을 가지도록 설계할 수도 있다. 이 경우, 제2 편광은 그대로 투과시키고, 제2 편광에 수직한 편광 방향을 가지는 편광이 입사되면, 굴절시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 외부 물체(10)로부터 반사되는 광이 편광판(140), 투명 확산판(130), 1/4파장판(120)을 지나면서 제2 편광으로 변환되고, 렌즈부(110)로 전달된다면, 렌즈부(110)에서는 제2 편광을 그대로 투사시킨다. 따라서, 사용자는 외부 객체(10)를 그대로 인식할 수 있다.

한편, 프로젝터(200)에서 투사되는 광도 투명 패널(110)로 입사될 수 있다.

프로젝터(200)의 영상 투사부(220)에서 투사된 빛은 편광기(210)를 지나면서, 제2 편광으로 변환된다. 제2 편광이므로 빛은 굴절없이 렌즈부(110)를 투과할 수 있다.

이후, 제2 편광은 1/4파장판(120)을 지나면서, 편광 방향이 45도 회전하게 된다. 설명의 편의상 제2 편광에서 45도 회전된 상태를 제3 편광이라 한다.

1/4파장판(120)에서 변환된 제3 편광은 투명 확산판(130)으로 입사된다. 상술한 바와 같이, 투명 확산판(130)은 프로젝터 방향으로부터 입사되는 빛은 반사 및 확산시킨다.

이에 따라, 반사 및 확산된 제3 편광은 다시 1/4파장판(120)을 거치면서, 편광 방향이 다시 45도회전하게 된다. 결과적으로 제3 편광으로부터 편광 방향이 45도 회전된 제4 편광으로 변환된다. P편광과 S편광으로 설계한다면, 제2 편광은 P편광, 제4 편광은 S편광이 될 수 있다.

제4 편광이 렌즈부(110)에 입사하면, 복굴절 물질로 이루어진 렌즈 어레이(111)는 제2 편광과 수직 방향 편광에 해당하는 굴절률 ns를 갖게 된다. 이에 따라 굴절률 ns와 다른 굴절률 np를 갖는 굴절률 정합 부재(112)를 거치면서, 제4 편광은 굴절된다.

결과적으로, 프로젝터(200)로부터 입사된 빛은 투명 확산판(130)에서 반사 및 확산되면서 렌즈부(100)에서 굴절되게 된다. 확산이 일어남에 따라 사용자 식별력이 향상될 수 있다.

도 4는 투명 패널을 기준으로 양 측에서 입사되는 광의 편광 방향 변환을 정리한 테이블이다.

도 4의 왼쪽 열은 투명 패널의 바깥에 위치한 외부 배경으로부터 입사되는 빛의 편광 변화 과정을 나타낸다.

도 4에 따르면, 외부 배경으로부터 입사된 빛(401)은 편광판(140)에 의해 제1 편광(402)으로 편광된 후, 1/4파장판(130)에서 45도만큼 편광 방향이 회전하며 제2 편광(404)으로 편광된다. 제2 편광 방향으로 편광된 빛은 렌즈부(110)를 그대로 투과(405)하게 된다.

도 4의 오른쪽 열은 프로젝터(200)에서 투사한 영상이 투명패널(100)에서 반사 빛 확산이 일어나며 사용자(30)에게 도달하는 과정을 설명한다.

도 4에 따르면, 프로젝터 투사광(411)은 편광기를 지나면서 제2 편광(412)으로 바뀌어 렌즈부(110)를 그대로 투과하게 된다(413). 이후 1/4파장판(120)을 지나면서 편광 방향이 45도 회전(414)하고, 투명 확산판(130)에서 반사(415)되어 다시 1/4파장판(120)을 지나면서 편광 방향이 다시 45도 회전(416)한다. 결과적으로, 제4 편광(416)이 되어, 렌즈부(110)에 의해 굴절된다(417).

한편, 상술한 p편광과 s편광은 해당 편광에 한정되지 않고 편광 방향이 90도만큼 차이가 나는 모든 편광이 될 수 있다. 또한, 상술한 예와 다르게, 1/4파장판은 -45도 만큼 편광 방향을 회전시킬 수 도 있다.

도 5a 및 도 5b는 투명 확산판의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 투명 확산판(130)의 일 예로, 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는 디퓨저(diffuser holographic optical element) (501)로 구현된 상태를 나타낸다. 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는 디퓨저는 이하에서는 디퓨저(501)라고 한다.

일반적인 홀로그램은 기준광(reference beam)과 물체광(object beam)을 감광물질에 함께 투사하여 제조한다. 투사된 기준광과 물체광이 간섭을 일으키며 생성된 간섭무늬는 감광물질에 기록된다. 이 후, 기록시 사용되었던 기준광을 감광물질에 투사하면 물체광이 담고 있는 물체의 영상이 재생된다.

디퓨저(501)는 기준광 및 일반적인 확산판에서 확산된 확산광을 간섭시켜 기록한 광 반응 물질, 즉, 홀로그래픽 광학 소자를 포함한다. 디퓨저(501)에 기준광이 투사되면 확산판에서 빛이 확산되는 것과 같이 기준광이 확산된다.

도 5a에 따르면, 기준광의 주파수에 영상 정보를 담은 투사광(502)을 디퓨저(501)로 투사한다. 디퓨저(501) 제조 시 물체광으로써 확산판에서 확산된 확산광을 사용했기 때문에, 투사광(502)은 확산(503)하게 된다.

한편, 외부의 물체로부터 반사된 빛(504)은 기준광과 다른 성질을 갖기 때문에 홀로그램 원리가 적용되지 않는다. 따라서 투명한 디퓨저(501)를 그대로 통과한다.

따라서, 영상정보가 담긴 기준광을 프로젝터로 투사하면 디퓨저(501)에서 확산된 영상을 외부 물체와 함께 시청할 수 있다.

도 5b는 투명 확산판(130)의 또 다른 예로, 투명 이방성 확산판(transparent anisotropic diffuser) (510)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 TAD(510)라고 한다.

제1 굴절률을 갖는 광학소자(513) 상부에 극히 얇은 금속층(512)을 증착시키고, 제1 굴절률을 갖는 굴절률 정합 소자(511)는 금속층(512)을 감싸도록 제조된다. 투사광(514, 517)은 반사 및 확산광(515, 518)과 투과광(516, 519)으로 나뉜다.

금속 고유의 광택에 의해 반사 및 확산광(515, 518)이 형성되고, 금속층이 극히 얇게 제조되기 때문에 투과광(516, 519)이 형성된다.

이 때, TAD(510) 전면부에서 투사된 빛(514)은 프로젝터에 의한 빛이고 후면부에서 입사된 빛(517)은 외부 물체로부터 반사된 빛이라고 가정한다. 프로젝터에 의한 빛은 외부 물체로부터 반사된 빛 보다 광량이 훨씬 크다. 따라서 사용자가 인식하는 프로젝터에 의한 광(515)과 외부 물체에 의한 광(519)이 비슷한 밝기로 보인다.

예를 들어, 프로젝터 광량(514)이 100이고, 외부 배경에서 입사된 광량(517)이 10이며, 금속층의 반사율이 10%라고 가정한다. 이 때, 사용자가 인식하는 프로젝터에 의한 광량(515)은 10이며 외부 배경에서 입사된 광량(519)은 9이다.

따라서, 사용자는 프로젝터에 의한 영상과 외부 배경을 동시에 인식할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템이 적용된 HUD를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서는 차량 전면 유리창(610)이 도 1 및 도 2에서 설명한 투명 패널(100)로 구현된 상태를 나타낸다. 프로젝터(200)는 차량 전면 유리창(610)에 영상을 투사할 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 일 예로, 프로젝터(200)는 차량 전면 대시 보드(dashboard) 상부, 대시 보드 내부 또는 천장 측에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 프로젝터(200)는 운전석 앞쪽에 하나만 설치될 수도 있으나, 실시 예에 따라서는 다양한 위치에 복수 개로 분산 배치될 수도 있다. 도 6에서는 프로젝터(200)는 도시하지 않았다.

도 6에 따르면 사용자(30)는 차량 전면 유리창(610)을 통해 현재 차선의 전방 차량(620)을 관측할 수 있다. 차량에 설치된 단말 장치 또는 차량에 내장된 제어 시스템에서는 차량 현재 위치, 도로 상황, 주변 상황, 위험 요소, 차량 속도, 이동 경로 등과 같은 다양한 정보를 획득할 수 있다. 단말 장치 또는 제어 시스템은 획득된 정보를 표현하기 위한 영상을 생성하여, 프로젝터(200)를 통해 차량 전면 유리창(610) 방향으로 출사할 수 있다.

결과적으로, 사용자(30)는 외부의 상황(610)과 영상(630)을 함께 인식할 수 있다. 도 6에서는 전면유리창에 적용된 상황을 도시하였으나, 측면 유리창이나 후방 유리창에도 적용 가능함은 물론이다.

한편, 투명 패널(100)이 구현된 차량 전면 유리창(610)에서 일부 영역은 투명 확산판(130)을 제외한 나머지 구성이 생략될 수 있다. 이 경우, 일부 영역에서는 2차원 영상을 재생하며, 나머지 영역에서는 3차원 영상을 재생할 수 있다. 해당 일부 영역에서는 렌즈부(110), 1/4파장판(120) 및 편광판(140)이 제외되었기 때문에 나머지 영역보다 높은 투과율을 나타낼 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템이 적용된 상품 진열창(show window)을 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 따르면 사용자(30)는 투명 패널(100)이 적용된 진열창(710)을 통해 진열 상품(720)을 관측할 수 있다. 프로젝터(200)로 진열 상품에 대한 정보를 투사하여 3D 영상(730)으로 시청할 수 있다.

한편, 도 7에 따르면 프로젝터(200)는 진열창 하단부에 설치 되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 진열창 상단부 또는 좌우측에도 설치될 수 있다. 또한, 진열창(710)의 일부 영역은 투명 확산판(130)을 제외한 나머지 구성이 생략되어, 사용자(30)는 2차원 영상도 함께 시청할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 디스플레이 시스템을 소형으로 구현할 수 있으며 고화질의 영상을 제공할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

10 : 외부 객체 20 : 3D 영상
30 : 사용자 100 : 투명 패널
110 : 렌즈부 111 : 렌즈 어레이
112 : 굴절률 정합 부재 120 : 1/4파장판
130 : 투명 확산판 140 : 편광판
200 : 프로젝터 210 : 편광기
220 : 영상 투사부 610 : 차량 앞유리
620 : 전방 차량 630 : 3D 영상
710 : 상품 진열창 720 : 진열 상품
730 : 3D 영상

Claims

편광판;
상기 편광판의 일 측에 배치되며, 상기 편광판 측에서 입사되는 빛은 투과시키고 상기 편광판의 반대측에서 투사되는 빛은 반사 및 확산시키는 투명 확산판;
상기 투명 확산판의 일 측에 배치되며, 입사되는 빛의 편광 방향을 변환하는 1/4파장판;
상기 1/4파장판의 일 측에 배치된 렌즈부;를 포함하며,
상기 렌즈부는,
입사되는 빛의 편광 방향에 따라 상이한 굴절률을 가지는 복굴절 물질로 이루어진 렌즈 어레이 및
상기 렌즈 어레이를 통과하는 빛의 편광 방향에 따라 상기 빛을 투과 또는 굴절시키는 굴절률 정합 부재를 포함하고,
상기 투명 확산판은,
제1 굴절률을 갖는 광학 소자,
제2 굴절률을 가지며 상기 광학 소자의 일 측에 배치된 금속층 및
상기 제1 굴절률을 가지며 상기 광학 소자 및 상기 금속층을 감싸는 굴절률 정합 소자를 포함하며,
상기 금속층은 상기 광학 소자 및 상기 굴절률 정합 소자보다 얇은 두께를 갖는 투명 패널.
제1항에 있어서,
상기 렌즈 어레이는 렌티큘러 렌즈 어레이이며,
상기 굴절률 정합 부재는, 상기 복굴절 물질이 가지는 복수의 굴절률 중 하나와 동일한 굴절률을 가지는 물질로 이루어지며, 상기 렌즈 어레이를 덮는 투명 패널.
제2항에 있어서,
상기 편광판은, 상기 편광판으로 입사되는 빛을 제1 편광으로 변환하고,
상기 투명 확산판은, 상기 제1 편광을 상기 1/4파장판으로 투과시키며,
상기 1/4파장판은, 상기 제1 편광의 편광 방향을 45도 회전시켜 제2 편광으로 변환하고,
상기 렌즈부는, 상기 1/4파장판으로부터 전달되는 상기 제2 편광을 투과시키며,
상기 렌즈부는, 외부 프로젝터로부터 상기 제2 편광과 동일한 편광 방향의 영상이 입사되면, 상기 영상을 상기 1/4파장판으로 투과시키고,
상기 1/4파장판은, 상기 영상의 편광 방향을 45도 회전시켜 상기 투명 확산판으로 투과시키며,
상기 투명 확산판은, 상기 영상을 상기 1/4파장판으로 반사하고,
상기 1/4파장판은, 반사된 상기 영상의 편광 방향을 다시 45도 회전시켜 상기 영상의 편광 방향을 상기 제2 편광과 수직인 편광 방향으로 변환하고,
상기 렌즈부는, 상기 제2 편광과 수직인 편광 방향의 영상을 굴절시키는 투명 패널.
삭제
투명 패널;
상기 투명 패널의 제1 면 방향으로 영상을 투사하는 프로젝터;를 포함하며,
상기 투명 패널은,
상기 제1 면의 반대인 제2 면 방향으로 입사되는 빛 및 상기 영상의 편광 방향을 각각 변환하여, 상기 제2 면 방향으로 입사되는 빛은 투과시키고, 상기 영상은 반사 및 확산시키고,
상기 투명 패널은,
편광판;
상기 편광판의 일 측에 배치되며, 상기 편광판 측에서 입사되는 빛은 투과시키고 반대측에서 투사되는 빛은 반사 및 확산시키는 투명 확산판;
상기 투명 확산판의 일 측에 배치되며, 입사되는 빛의 편광 방향을 변환하는 1/4파장판;
상기 1/4파장판의 일 측에 배치된 렌즈부;를 포함하며,
상기 렌즈부는,
입사되는 빛의 편광 축에 따라 상이한 굴절률을 가지는 복굴절 물질로 이루어진 렌즈 어레이 및 상기 렌즈 어레이를 통과하는 빛의 편광 방향에 따라 투과 또는 굴절시키는 굴절률 정합 부재를 포함하고,
상기 투명 확산판은,
제1 굴절률을 갖는 광학 소자,
제2 굴절률을 가지며 상기 광학 소자의 일 측에 배치된 금속층 및
상기 제1 굴절률을 가지며 상기 광학소자 및 상기 금속층을 감싸는 굴절률 정합소자를 포함하며,
상기 금속층은 상기 광학 소자 및 상기 굴절률 정합 소자보다 얇은 두께를 갖는 디스플레이 시스템.
삭제
제5항에 있어서,
상기 렌즈 어레이는 렌티큘러 렌즈 어레이이며,
상기 굴절률 정합 부재는, 상기 복굴절 물질이 가지는 복수의 굴절률 중 하나와 동일한 굴절률을 가지는 물질로 이루어지며, 상기 렌즈 어레이를 덮는 디스플레이 시스템.
제7항에 있어서,
상기 편광판은, 상기 편광판으로 입사되는 빛을 제1 편광으로 변환하고,
상기 투명 확산판은, 상기 제1 편광을 상기 1/4파장판으로 투과시키며,
상기 1/4파장판은, 상기 제1 편광의 편광 방향을 45도 회전시켜 제2 편광으로 변환하고,
상기 렌즈부는, 상기 1/4파장판으로부터 전달되는 제2 편광을 투과시키며,
상기 렌즈부는, 상기 프로젝터로부터 제2 편광 방향과 동일한 편광 방향의 영상이 입사되면, 상기 영상을 상기 1/4파장판으로 투과시키고,
상기 1/4파장판은, 상기 영상의 편광 방향을 45도 회전시켜 상기 투명 확산판으로 투과시키며,
상기 투명 확산판은, 상기 영상을 상기 1/4파장판으로 반사하고,
상기 1/4파장판은, 반사된 상기 영상의 편광 방향을 다시 45도 회전시켜 상기 영상의 편광 방향을 상기 제2 편광과 수직인 편광 방향으로 변환하고,
상기 렌즈부는, 상기 제2 편광과 수직인 편광 방향의 영상을 굴절시키는 디스플레이 시스템.
제8항에 있어서,
상기 프로젝터는,
상기 영상을 투사하는 영상 투사부;
상기 투사되는 빛을 제2 편광으로 변환시키는 편광기;를 포함하는 디스플레이 시스템.
삭제