KR102670500B1 - 헤드업 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)를 구비하는 헤드업 표시 장치에 관한 것이다. 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치는 3D 영상을 출력하는 표시부 및 차량의 윈드 쉴드에 부착되어 표시부로부터 출력되는 3D 영상을 회절반사시키는 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element)를 포함하여 모듈 부피를 최소화하면서 3D 영상의 반사효율을 상승시킬 수 있다.

Description

헤드업 표시 장치{HEAD UP DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)를 구비하는 헤드업 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel), 유기 발광 표시 장치 (Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 여러 가지 표시 장치가 활용되고 있다.
최근에는 차량에 적용되는 표시 장치가 연구가 활성화 됨에 따라, 운전 중 운전자의 안전을 도모하고 차량 주행정보와 주변상황 정보를 효과적으로 운전자에게 전달해주는 매체로 개발중인 여러 시스템 중 하나로서 헤드업 표시 장치(Head Up Display Device; HUD)가 주목받고 있다.
이러한 헤드업 표시 장치는 차량이나 항공기 주행 중 운전자 정면, 즉 운전자의 주 시야를 벗어나지 않는 범위에서 차량 주행 정보나 기타 정보를 제공하는 시스템이다.
일예로, 차량용 헤드업 표시 장치는 운전자의 주 시야선에 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM 등)를 나타나게 하여 운전자가 운전 중에도 쉽게 주행정보를 파악할 수 있다. 이로써 운전자는 도로로부터 눈을 떼지 않고도 중요한 주행정보를 인지함으로써 안전운행을 할 수 있다.
이러한 일반적인 헤드업 표시 장치는 차량의 윈드 쉴드에 영상을 반사시켜 운전자의 눈으로 영상을 출력하므로, 윈드 쉴드의 낮은 반사율로 인하여 주행정보가 명확히 표시 되지않는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 영상의 광경로를 확보하기 위해, 차량의 대쉬보드 내부에 복수의 광학 소자를 포함하는 광학계를 구비해야 하므로, 헤드업 표시 장치의 모듈 부피를 확보하기 위한 공간이 필요하다는 제약이 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모듈 구조와 부피가 최소화된 헤드업 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치는 3D 영상을 출력하는 표시부 및 차량의 윈드 쉴드에 부착되어 표시부로부터 출력되는 3D 영상을 회절반사시키는 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element)를 포함하여 모듈 부피를 최소화하면서 3D 영상의 반사효율을 상승시킬 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 모듈 부피가 최소화 될 수 있어, 헤드업 표시 장치의 설치를 위한 공간을 최소화시켜, 차량의 공간 활용도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 표시부에서 출력되는3D 영상을 운전자의 눈에 효율적으로 반사시켜, 운전자가 3D 영상을 보다 뚜렷하게 인지할 수 있게 하여 주행 안정성을 높일 수 있다.`
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치에서 출력되는 3D 영상의 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치의 표시부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치의 표시 패널과 렌티큘러 렌즈판의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 렌티큘러 렌즈에 의한 3D 영상의 출력 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치의 표시부의 3D 영상 출력을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치에서 출력되는 3D 영상의 파장별 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(HUD, 1000)는 속력, RPM 및 네비게이션 등의 주행 정보를 깊이(depth)감이 표현되는 3D 영상으로 출력하는 표시부(100), 차량의 전면에 부착되어 운전자로 하여금 주변 차량 및 도로 상황을 인지할 수 있도록 외부 시야를 확보하게 하는 윈드 쉴드(Wind shield, 300) 및 윈드 쉴드(300)에 부착되어 표시부(100)로부터 출력되는 3D 영상을 적어도 하나의 회절 격자(Diffusion Grating, 210)를 이용하여, 회절 반사시키고, 3D 영상의 초점 거리를 확보하는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element; HOE, 200)를 포함한다.
윈드 쉴드(300) 또한, 표시부(100)로부터 출력되는 3D영상을 운전자에게 반사시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 윈드 쉴드(300)는 외부 시야를 확보하기 위해 투명한 유리 또는 필름으로 제작될 뿐만 아니라, 윈드 쉴드(300)는 오목 거울의 역할을 하기 위하여, 윈드 쉴드(300) 표면에는 반사율이 높은 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그리고, 홀로그래픽 광학 소자(200)는 오목 거울 형태인 윈드 쉴드(300)의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 볼록 렌즈형태일 수 있다. 이렇게, 윈드 쉴드(300)의 곡률과 홀로그래픽 광학 소자(200)의 곡률을 동일하게 설정함으로써, 홀로그래픽 광학 소자(200)와 윈드 쉴드(300)가 맞닿도록 부착될 수 있다. 이에, 홀로그래픽 광학 소자(200)와 윈드 쉴드(300) 사이에 갭이 사라지게 되어, 표시부(100)로부터 출력되는 3D 영상이 왜곡 없이 운전자에게 전달될 수 있다.
또한, 홀로그래픽 광학 소자(200)는 볼록 렌즈형태로 이루어짐으로써, 기존의 광학계의 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 기존의 헤드업 표시 장치는 표시부로부터 출력되는 3D영상의 광경로를 확보하기 위하여, 볼록 거울 및 오목 거울과 같은 다수의 광학소자를 구비하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)는 이러한 볼록 거울 및 오목 거울과 같은 다수의 광학소자대신 볼록렌즈 형태의 홀로그래픽 광학 소자(200)로 그 역할을 대체할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)는 모듈 부피가 최소화 될 수 있어, 헤드업 표시 장치의 설치를 위한 공간이 최소화되어, 차량의 공간 활용도를 높일 수 있다.
다만 여기서, 홀로그래픽 광학 소자(200)의 곡률은 헤드업 표시 장치(1000)의 표시부(100)에서 출력되는 3D영상과 운전자의 광경로를 고려하여 설계되어야 하고, 이에 따라, 윈드 쉴드(300)의 곡률 또한 달라질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치에서 출력되는 3D 영상의 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
즉, 도 2에서는 표시부(100)에서 출력되는 3D 영상이 홀로그래픽 광학 소자(200) 및 윈드 쉴드(300)에 의해 반사되는 경로를 고려하여, 굴절되는 3D 영상의 광경로를 수평적으로 도시하였다.
도2를 참조하면, 운전자의 안구(Eyes)를 기준으로, 윈드 쉴드(300), 홀로그래픽 광학 소자(200) 및 표시부(100)가 일렬로 배치되는 것으로 도시할 수 있으며, 표시부(100) 뒤쪽으로 3D영상의 허상(Image)이 맺힌다.
구체적으로, 표시부(100)에서 홀로그래픽 광학 소자(200) 방향으로 3D 영상을 출력한다. 이렇게 출력된 3D영상의 광경로는 볼록 렌즈 형태의 홀로그래픽 광학 소자(200)로 인해서, 운전자의 안구(Eyes) 방향으로 굴절되게 된다. 이에, 윈드 쉴드(300)를 통해, 운전자의 안구(Eyes)에 3D 영상의 초점이 맺히게 된다.
여기서, 표시부(100)와 홀로그래픽 광학 소자(200)의 거리(d1)는 홀로그래픽 광학 소자(200)의 초점거리(f1)보다 짧으므로, 표시부(100)의 후방에 정립허상(Image)이 맺히게 된다.
보다 상세하게는 표시부(100)와 홀로그래픽 광학 소자(200)의 거리(d1)와 홀로그래픽 광학 소자(200)의 초점거리(f1)와 홀로그래픽 광학 소자(200)와 정립허상(Image)의 거리(d2)는 수학식1과 같은 관계가 있다.
[수학식 1]
Figure 112017129906504-pat00001
여기서, 차량 내부 크기의 한계로 인해, 대쉬 보드와 윈드 쉴드(300)의 거리의 제약이 있으므로, 표시부(100)와 홀로그래픽 광학 소자(200)의 거리(d1)를 가변하는 것은 제약이 있다. 따라서, 홀로그래픽 광학 소자(200)와 정립허상(Image)의 거리(d2)를 조절하기 위하여, 3D 영상의 출력을 변경하는 것과 동시의 홀로그래픽 광학 소자(200)의 초점거리(f1)를 변경하기 위하여, 홀로그래픽 광학 소자(200)의 곡률도 적정 값으로 변경할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치의 표시부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 표시부(100)는 표시 패널(110), 데이터 구동부(120), 게이트 구동부(130), 타이밍 제어부(140) 및 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)판(150)을 포함한다.
표시 패널(110)은 유리 또는 플라스틱을 이용한 기판 상에 매트릭스 형태로 교차 형성된 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLp)과 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLq)을 포함한다. 그리고 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLp)과 데이터 라인(DL1 내지 DLq)의 교차 지점에 복수의 픽셀(PX)가 정의되어 있다. 여기서 p, q는 자연수를 의미한다.
그리고, 각각의 픽셀(PX)는 복수의 서브 픽셀(R, G, B)을 포함할 수 있고, 각각의 서브 픽셀(R, G, B)은 특정 컬러의 빛을 구현할 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 픽셀(R, G, B)은 적색을 구현하는 적색 서브 픽셀(R), 녹색을 구현하는 녹색 서브 픽셀(G) 및 청색을 구현하는 청색 서브 픽셀(B)로 구성될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 이러한 복수의 서브 픽셀 각각은 적어도 하나의 트랜지스터와 연결된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)의 표시부(100)가 액정 표시 장치의 경우에는 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트라인(GL1 내지 GLp)에 연결되어 있고, 소스 전극은 데이터라인(DL1 내지 DLq)에 연결되어 있고, 드레인 전극은 복수의 서브 픽셀(R, G, B)에 연결되어 복수의 서브 픽셀에 인가되는 전압을 제어하게 된다. 이로써, 복수의 서브 픽셀(R, G, B)에 구비되는 액정의 움직임을 제어하여 액정 표시 장치의 계조를 구현한다.
전술한 바와 같이, 표시 장치(100)는 액정 표시 장치에 한정되지 않고, 유기 발광 표시 장치 등 다양한 형태의 표시 장치일 수 있다.
타이밍 제어부(140)는 데이터 구동부(120) 및 게이트 구동부(130)로 다양한 제어 신호(DCS, GCS) 및 영상 데이터(RGB)를 공급하여, 데이터 구동부(120) 및 게이트 구동부(130)를 제어한다.
구체적으로, 타이밍 제어부(140)는 외부 호스트 시스템으로부터 수신되는 타이밍 신호(TS)에 기초하여, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 맞춰 스캔을 시작한다. 그리고, 타이밍 제어부(140)는 외부 호스트 시스템으로부터 수신되는 영상 신호(VS)를 데이터 구동부(120)에서 처리 가능한 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여, 영상 데이터(RGB)를 출력한다. 이로써, 타이밍 제어부(140)는 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.
타이밍 제어부(140)는 영상 신호(VS)와 함께, 수직 동기 신호(Vsync), 수직 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블(DE: Data Enable) 신호, 데이터 클럭 신호(DCLK) 등을 포함하는 다양한 타이밍 신호(TS)들을 외부 호스트 시스템으로부터 수신한다.
타이밍 제어부(140)는 데이터 구동부(120) 및 게이트 구동부(130)를 제어하기 위하여, 수직 동기 신호(Vsync), 수직 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 데이터 클럭 신호(DCLK) 등의 타이밍 신호(TS)를 입력 받아, 다양한 제어 신호들(DCS, GCS)을 생성하여 데이터 구동부(120) 및 게이트 구동부(130)로 출력한다.
예를 들어, 타이밍 제어부(140)는 게이트 구동부(130)를 제어하기 위하여, 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse; GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock; GSC), 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable; GOE) 등을 포함하는 다양한 게이트 제어 신호(Gate Control Signal; GCS)들을 출력한다.
여기서, 게이트 스타트 펄스는 게이트 구동부(130)를 구성하는 하나 이상의 게이트 회로의 동작 스타트 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭은 하나 이상의 게이트 회로에 공통으로 입력되는 클럭 신호로서, 스캔 신호(게이트 펄스)의 쉬프트 타이밍을 제어한다. 게이트 출력 인에이블 신호는 하나 이상의 게이트 회로의 타이밍 정보를 지정하고 있다.
또한, 타이밍 제어부(140)는 데이터 구동부(120)를 제어하기 위하여, 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse; SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock; SSC), 소스 출력 인에이블 신호(Souce Output Enable; SOE) 등을 포함하는 다양한 데이터 제어 신호(Data Control Signal; DCS)들을 출력한다.
여기서, 소스 스타트 펄스는 데이터 구동부(120)를 구성하는 하나 이상의 데이터 회로의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭은 데이터 회로 각각에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭 신호이다. 소스 출력 인에이블 신호는 데이터 구동부(120)의 출력 타이밍을 제어한다.
타이밍 제어부(140)는 데이터 구동부(120)가 본딩된 소스 인쇄 회로 기판과 가요성 플랫 케이블(Flexible Flat Cable; FFC) 또는 가요성 인쇄 회로(Flexible Printed Circuit; FPC) 등의 연결 매체를 통해 연결된 제어 인쇄 회로 기판(Control Printed Circuit Board)에 배치될 수 있다.
제어 인쇄 회로 기판에는 표시 패널(110), 데이터 구동부(120) 및 게이트 구동부(130) 등으로 다양한 전압 또는 전류를 공급해주거나 공급할 다양한 전압 또는 전류를 제어하는 전원 제어부가 더 배치될 수 있다. 전원 제어부는 전원 관리 집적 회로(Power Management IC; PMIC)로 지칭될 수 있다.
상술한 소스 인쇄 회로 기판과 제어 인쇄 회로 기판은, 하나의 인쇄 회로 기판으로 구성될 수도 있다.
게이트 구동부(130)는 타이밍 제어부(140)의 제어에 따라, 하이 레벨 또는 로우 레벨의 게이트 신호를 게이트 라인(GL1 내지 GLp)에 순차적으로 공급한다.
게이트 구동부(130)는 구동 방식에 따라서, 표시 패널(110)의 일 측에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는 양측에 위치할 수도 있다.
게이트 구동부(130)는 테이프 오토메티드 본딩(Tape Automated Bonding; TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(Chip On Glass; COG) 방식으로 표시 패널(110)의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 표시 패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 표시 패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다.
게이트 구동부(130)는 쉬프트 레지스터, 레벨 쉬프터 등을 포함할 수 있다.
데이터 구동부(120)는 타이밍 제어부(140)로부터 수신한 영상 데이터(RGB)를 아날로그 형태의 데이터 전압(Vdata)으로 변환하여 데이터 라인(DL1 내지 DLq)에 출력한다.
데이터 구동부(120)는 테이프 오토메티드 본딩 방식 또는 칩 온 글래스 방식으로 표시 패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, 표시 패널(110)에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 표시 패널(110)에 집적화되어 배치될 수도 있다.
또한, 데이터 구동부(120)는 칩 온 필름(Chip On Film; COF) 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 데이터 구동부(120)의 일 단은 적어도 하나의 소스 인쇄 회로 기판(Source Printed Circuit Board)에 본딩되고, 타 단은 표시 패널(110)에 본딩될 수 있다.
데이터 구동부(120)는 레벨 쉬프터, 래치부 등의 다양한 회로를 포함하는 로직부와, 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital Analog Converter)와, 출력 버퍼 등을 포함할 수 있다.
렌티큘러 렌즈판(150)은 표시 패널(110) 전면에 배치되고, 소정의 폭(W2)을 갖는 다수의 렌티큘러 렌즈(151)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치의 표시 패널과 렌티큘러 렌즈판의 배치관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 렌티큘러 렌즈에 의한 3D 영상의 출력 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면 렌티큘러 렌즈판(150)은 서브 픽셀(R, G, B)의 종 방향(y축 방향)으로 연장된 복수의 렌티큘러 렌즈(151)가 서브 픽셀(R, G, B)의 횡 방향(x축 방향)으로 배치되고 있으며, 렌티큘러 렌즈(151)의 서브 픽셀(R, G, B)의 횡 방향(x축 방향)을 따르는 수평 폭(W2)은 서브 픽셀(R, G, B)을 포함하는 픽셀(PX)의 수평 폭(W1) 정수 배로 설정할 수 있다.
즉, 렌티큘러 렌즈(151)는 복수의 서브 픽셀(R, G, B)를 포함하는 픽셀(PX)각각에 대응되도록 설계될 수 있다. 또는, 렌티큘러 렌즈(151)는 복수의 서브 픽셀(R, G, B)각각에 대응되도록 설계될 수 있다.
그리고 몇몇의 실시예에서는, 렌티큘러 렌즈판(150)에 구비되는 렌티큘러 렌즈(151)가 서브픽셀(R, G, B)의 종 방향을 기준으로 일정 각도 기울어져 배치될 수 있다.
도5를 참조하면, 표시 패널(110) 전면에 배치되는 렌티큘러 렌즈판(150)은 평평한 갭 글라스(153) 상에, 상부 표면이 볼록 렌즈 형상인 렌티큘러 렌즈(151)를 다수 포함하여 구성된다.
하나의 렌티큘러 렌즈(151)에 대응하는 표시 패널(110)에는 좌안 영상을 출력하는 픽셀(L) 및 우안 영상을 출력하는 픽셀(R)이 포함될 수 있고, 렌티큘러 렌즈판(150)은 표시 패널(110)에서 출력된 좌, 우안 영상을 나누어주는 역할을 수행하고 있으며, 렌티큘러 렌즈판(150)으로부터 적정 3D 시청거리(d3)에는 좌, 우안 각각으로 좌, 우안에 해당되는 영상들이 출력된다.
따라서, 표시 패널(110)을 투과한 영상은 렌티큘러 렌즈판(150)을 통과하여 운전자의 좌, 우안으로 다른 영상이 들어오게 하여, 양안시차(binocular disparity)를 통해 3D 영상을 인지할 수 있게 된다.
이러한 표시부(100)는 표시 패널(110)과 렌티큘러 렌즈판(150)이 기구물(미도시) 등에 의해 지지되어, 표시 패널(110)과 렌티큘러 렌즈판(150) 사이가 소정 간격(배면 거리; d4) 이격되어 있다.
[수학식 2]
Figure 112017129906504-pat00002
이때, 수학식 2에 의해서 적정 3D 시청 거리(d3)는 실적용 모델에 따라 30 ~ 60cm 정도로 설계되나, 이에 비해 렌즈 초점거리(f2)는 0.2 ~ 1mm로 매우 작다. 따라서, 실제 렌즈 배면 거리(d4)는 입사면 쪽의 렌즈 초점거리(f2)와 거의 유사하게 나타나고 있다. 따라서, 렌티큘라 렌즈판(150)에는 배면 거리(d4)를 일정하게 유지하기 위해 갭 글라스(153)가 삽입되어야 한다.
다만 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)는 표시 패널(110) 전면에 렌티큘러 렌즈판(150)을 배치하여 3D 영상을 구현하는 것으로 설명하였으나, 몇몇의 실시예에서는 헤드업 표시 장치(1000)는 표시 패널(110) 전면에 복수의 슬릿(slit)을 구비하는 패럴렉스 배리어(parallax varrier)를 구비하여 좌안 영상 및 우안 영상을 분리하여, 3D 영상을 구현할 수 있다.
구체적으로, 표시 패널(110)의 좌안화소(L)에 표시되는 좌안용 영상은 패럴렉스 배리어의 슬릿(을 거쳐 운전자의 좌안에 도달되고, 표시패널(110)의 우안화소(R)에 표시되는 우안용 영상은 패럴렉스 배리어의 슬릿을 거쳐 사용자의 우안에 도달되는데, 이때 좌, 우안용 영상에는 양안시차를 고려한 별개의 영상이 담겨 있고, 운전자는 이 2가지 영상을 결합하여 3D 영상을 인식하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치의 표시부의 3D 영상 출력을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)는 표시부(100)에서 3D 영상을 출력하여, 복수의 이미지를 깊이감(depth)이 표현되도록 나타낼 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 수평선(horizontal line)을 기준으로 상부에는 차선정보 및 네비게이션과 같은 주행정보가 표시될 수 있고, 수평선(horizontal line)을 기준으로 하부에는 속력, 연비, 주행거리와 같은 주행정보가 표시될 수 있다.
여기서, 수평선(horizontal line)을 기준으로 상부에 표시되는 차선정보 및 네비게이션과 같은 주행정보는 깊이감을 깊게 표시하여, 운전자로 하여금 차량으로부터 먼 곳에 초점이 잡히도록 3D영상을 출력할 수 있다.
이에 반하여, 수평선(horizontal line)을 기준으로 하부에 표시되는 속력, 연비, 주행거리와 같은 주행정보는 깊이감을 얕게 표시하여, 운전자로 하여금 차량으로부터 가까운 곳에 초점이 잡히도록 3D영상을 출력할 수 있다.
운전자가 상부 이미지(Upper Image)를 바라볼 경우, 상대적으로 먼 곳에 있는 차량 및 구조물을 보기 ‹š문에 눈의 초점이 멀어지게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)는 이에 맞추어 3D 영상의 깊이감을 깊게 표시한다. 이와 반대로, 운전자가 하부 이미지(Lower Image)를 바라볼 경우, 상대적으로 가까운 곳에 있는 차량 및 도로를 보기 ‹š문에 눈의 초점이 가까워지게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)는 이에 맞추어 3D 영상의 깊이감을 얕게 표시한다.
이로써, 운전자의 초점과 3D 영상의 초점이 일치하게 되어, 운전자는 보다 뚜렷하고 선명한 3D 영상을 인지할 수 있게 된다.
다만, 여기서 일례로 설명한 수평선(horizontal line)을 기준으로 상하부에 표시되는 주행정보는 다양하게 변경될 수 있고, 상부 이미지(Upper Image) 및 하부 이미지(Lower Image)는 설명의 편의를 위하여 2가지 이미지로 설명한 것일 뿐 이에 한정되지 않고, 상부 이미지(Upper Image)와 하부 이미지(Lower Image) 사이에 다양한 초점에 맞춰진 중간 이미지가 삽입될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치에서 출력되는 3D 영상의 파장별 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서는 도 1에 도시된 표시부(100)에서 출력된 3D 영상의 적색 광경로, 녹색 광경로, 청색 광경로가 홀로그래픽 광학 소자(200) 및 윈드 쉴드(300)를 걸쳐 운전자의 눈에 반사되는 것을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자(200)는 피크 파장 선택성을 가지는 반사형 회절 격자(reflective diffraction grating, 210)를 포함하는 볼록 렌즈이다.
일예로 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자(200)는 적색광에 대한 파장 선택성이 있는 적색 회절격자(210R), 녹색광에 대한 파장 선택성이 있는 녹색 회절격자(210G), 청색광에 대한 파장 선택성이 있는 청색 회절격자(210B)를 포함한다.
따라서 피크 파장 선택성을 반사형 회절 격자(reflective diffraction grating, 210)에 의해 표시부(100)로부터 출력되는 복수의 파장을 가진 3D 영상을 운전자방향으로 반사시키고, 볼록 렌즈에 의해 윈드 쉴드(300)를 통해 들어오는 외부광을 운전자에게 굴절시켜 투과시키므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자(200)는 반사 및 투과 기능을 모두 수행하는 콤바이너 역할을 한다.
홀로그래픽 광학 소자(200)의 굴절 기능과 관련하여는 도2를 통해 전술하였으므로, 이하에서는 도 7을 통해, 홀로그래픽 광학 소자(200)의 반사기능을 중점으로 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 표시부(100)로부터 출력되는 3D 영상은 적색, 녹색 및 청색의 파장을 가진 3D 영상일 수 있다. 즉, 홀로그래픽 광학 소자(200)에는 적색 입사광(Ri), 녹색 입사광(Gi) 및 청색 입사광(Bi)이 각각 구분되어 입사된다.
적색 입사광(Ri)을 기준으로, 적색 입사광(Ri)은 홀로그래픽 광학 소자(200)에 기록된 적색광에 대한 파장 선택성이 있는 적색 회절격자(210R)에 의해 일부 반사되어, 제1 적색 반사광(Rr1)으로 운전자의 눈(Eyes)에 출력된다. 그리고, 적색 회절격자(210R)에 의해 반사되지 않는 적색 입사광(Ri)은 윈드 쉴드(300)에 의해 반사되어, 제2 적색 반사광(Rr2)으로 운전자의 눈(Eyes)에 출력된다.
녹색 및 청색 입사광(Gi, Bi)도 마찬가지로, 녹색 및 청색 입사광(Gi, Bi) 각각은 홀로그래픽 광학 소자(200)에 기록된 녹색 및 청색광에 대한 파장 선택성이 있는 녹색 및 청색 회절격자(210G, 210B) 각각에 의해 일부 반사되어, 제1 녹색 및 청색 반사광(Gr1, Br1)으로 각각 운전자의 눈(Eyes)에 출력된다. 그리고, 녹색 및 청색 회절격자(210G, 210B)에 의해 반사되지 않는 녹색 및 청색 입사광(Gi, Bi) 각각은 윈드 쉴드(300)에 의해 반사되어, 제2 녹색 청색 반사광(Gr2, Br2)으로 운전자의 눈(Eyes)에 출력된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000)에서는 하나의 홀로그래픽 광학 소자(200)가 파장 선택성을 가지는 복수의 회절격자(210)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 몇몇의 실시예에서는 복수의 홀로그래픽 광학 소자(200)가 배치될 수 있으며, 이러한 복수의 홀로그래픽 광학 소자(200) 각각은 하나의 파장 선택성을 가지는 회절격자(210)를 포함할 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치(1000) 홀로그래피의 기록 원리는 레이저에서 나온 광선을 2개로 나눠 하나의 빛은 직접 스크린을 비추게 하고, 다른 하나의 빛은 우리가 보려고 하는 물체에 비추는 것이다. 이때 직접 스크린을 비추는 빛을 기준광(reference beam, 참조광)이라고 하고, 물체를 비추는 빛을 물체광(object beam)이라고 한다. 물체광은 물체의 각 표면에서 반사돼 나오는 빛이므로 물체 표면에 따라 위상차(물체 표면에서부터 스크린까지의 거리)가 각각 다르게 나타난다. 이때 변형되지 않은 기준광이 물체광과 간섭을 일으키며 이때의 간섭무늬가 회절격자 형태로 기록된다.
이렇게, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 표시 장치는 홀로그래픽 광학소자를 구비함으로써, 윈드쉴드에 의한 3D 영상의 반사 이외에도 홀로그래픽 광학소자의 회절격자에 의해 반사가 가능하게 한다.
이에, 본 발명은 표시부에서 출력되는3D 영상을 운전자의 눈에 효율적으로 반사시켜, 운전자가 3D 영상을 보다 뚜렷하게 인지할 수 있게 하여 주행 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 3D 영상을 출력하는 표시부 및 차량의 윈드 쉴드에 부착되어 표시부로부터 출력되는 3D 영상을 회절반사시키는 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element)를 포함하여 모듈 부피를 최소화하면서 3D 영상의 반사효율을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자는 볼록렌즈 형태이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윈드 쉴드는 오목거울 형태이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 윈드 쉴드의 곡률과 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자의 곡률은 같다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자 각각은 파장 선택성이 있는 복수의 회절격자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 회절격자는 반사형이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시부는 좌안 화소 및 우안 화소를 포함하는 표시 패널 및 표시 패널 전면에 배치되는 렌티큘러 렌즈판을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 렌티큘러 렌즈판은 복수의 렌티큘러 렌즈를 구비하고, 복수의 렌티큘러 렌즈의 폭은 좌안 화소의 폭과 우안 화소의 폭의 합의 정수배이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시부는 윈드 쉴드 상부에 출력되는3D 영상의 뎁스보다 윈드 쉴드 하부에 출력되는 3D 영상의 뎁스를 더 얕게 표시한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 헤드업 표시 장치
100: 표시부
110: 표시 패널
120: 데이터 구동부
130: 게이트 구동부
140: 타이밍 제어부
150: 렌티큘러 렌즈판
200: 홀로그래픽 광학소자
210: 사형 회절 격자
300: 윈드 쉴드

Claims (9)

  1. 3D 영상을 출력하는 표시부 및
    차량의 윈드 쉴드에 서로 맞닿도록 부착되어 상기 표시부로부터 출력되는 3D 영상을 회절반사시키는 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element)를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자는 적색광에 대해 파장 선택성이 있는 적색 회절격자, 녹색광에 대해 파장 선택성이 있는 녹색 회절격자, 및 청색광에 대해 파장 선택성이 있는 청색 회절격자를 포함하고,
    상기 3D 영상은 적색 입사광, 녹색 입사광, 및 청색 입사광을 가지며,
    상기 적색 입사광의 일부는 상기 적색 회절격자에 의해 반사되어 운전자의 눈에 출력되고, 상기 적색 회절격자에 의해 반사되지 않은 상기 적색 입사광의 나머지 일부는 상기 윈드 쉴드에 의해 반사되어 상기 운전자의 눈에 출력되고,
    상기 녹색 입사광의 일부는 상기 녹색 회절격자에 의해 반사되어 상기 운전자의 눈에 출력되고, 상기 녹색 회절격자에 의해 반사되지 않은 상기 녹색 입사광의 나머지 일부는 상기 윈드 쉴드에 의해 반사되어 상기 운전자의 눈에 출력되며,
    상기 청색 입사광의 일부는 상기 청색 회절격자에 의해 반사되어 상기 운전자의 눈에 출력되고, 상기 청색 회절격자에 의해 반사되지 않은 상기 청색 입사광의 나머지 일부는 상기 윈드 쉴드에 의해 반사되어 상기 운전자의 눈에 출력되고,
    상기 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자는 볼록렌즈 형태이며,
    상기 윈드 쉴드의 곡률과 상기 적어도 하나의 홀로그래픽 광학소자의 곡률은 같은, 헤드업 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 윈드 쉴드는 오목거울 형태인, 헤드업 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 적색 회절격자, 상기 녹색 회절격자, 및 상기 청색 회절격자 각각은 반사형인, 헤드업 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 표시부는 좌안 화소 및 우안 화소를 포함하는 표시 패널 및
    상기 표시 패널 전면에 배치되는 렌티큘러 렌즈판을 포함하는, 헤드업 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈판은 복수의 렌티큘러 렌즈를 구비하고
    상기 복수의 렌티큘러 렌즈의 폭은 상기 좌안 화소의 폭과 우안 화소의 폭의 합의 정수배인, 헤드업 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 윈드 쉴드 상부에 출력되는3D 영상의 뎁스보다 상기 윈드 쉴드 하부에 출력되는 3D 영상의 뎁스를 더 얕게 표시하는, 헤드업 표시 장치.
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