KR20160044366A - 더스트 커버 조립체 및 이를 구비한 헤드 업 디스플레이 장치 - Google Patents

더스트 커버 조립체 및 이를 구비한 헤드 업 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20160044366A
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Abstract

헤드 업 디스플레이 장치가 개시된다. 화상을 생성하는 화상 생성 장치, 상기 화상 생성 장치로부터 상기 화상에 대응하는 광 신호를 전달 받아 반사시키는 미러부, 광 신호가 투과되는 더스트 커버, 및 상기 더스트 커버에 겹쳐지고, 상기 더스트 커버로부터 입사되는 상기 광 신호의 위상을 지연시켜 편광 방향을 조절해서 투과시키는 위상 지연 필름 및 상기 편광 방향이 조절된 상기 광 신호를 가상 이미지로 변환하는 윈드쉴드를 포함하여, 광 신호의 편광 방향을 보정함으로써 가상 이미지의 밝기를 향상시킬 수 있다.

Description

더스트 커버 조립체 및 이를 구비한 헤드 업 디스플레이 장치{Dust cover assembly and Head up display device using the same}
본 발명은 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 가상 이미지의 밝기를 향상시킬 수 있는 더스트 커버 조립체 및 이를 구비한 헤드 업 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
헤드 업 디스플레이 장치(Head Up Display device; HUD)는 운전자 시야 전방에 차량의 주행 정보 등을 가상 이미지로 시각화하여 보여주는 장치로서, 운전자의 전방 주시에 대한 집중도를 향상시킴으로써 안전 운전을 보조하고 있다.
헤드 업 디스플레이 장치는 화상 생성 장치(Picture Generate Unit; PGU)에 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하고 있는 바, 이 LCD는 화상 생성 장치로부터 출력되어 화상으로 변환되는 광 신호의 광학적인 제어를 위해서 입사면과 출사면에 흡수형 편광 필름(Polaroid Film)을 사용하고 있다.
LCD에 사용되는 흡수형 편광 필름은 광 신호의 수직 편광(P편광)또는 수평 편광(S편광)을 구분하여 통과시키거나 차단시킬 수 있는 성질을 가지고 있으며, 이에 따라 헤드 업 디스플레이 장치의 화상 생성 장치로부터 LCD로 입사된 광 신호는 LCD의 편광 필름에 의하여 일정한 선편광의 형태로 최종 투과된다.
도 1을 참조하면, 광 신호(10)는 입자와 파동의 성질을 모두 가지고 있고, 파동의 성질로 인해 입사각(θ1)에 따라 반사 효율이 달라지 데, 예를 들면 무 편광의 빛이 일정한 굴절율의 차이를 가지는 매질에 입사되면, 그 입사각(θ1) 및 반사 효율에 따라 반사하는 편광의 성질이 변화게 되며, 성질이 변화될 때의 입사각을 편광각(θ1) 이라 부른다. 예를 들면, 광 신호(10)는 P편광과 S편광 성질을 동시에 보유하고 있었으나, 편광각(θ1)에 따라 공기에서 유리로 입사되면, P편광 성질을 보유하지 않고, S편광 성질을 보유한 채로 반사된다.
헤드 업 디스플레이 장치는 편광각의 영향으로 인한 반사 효율을 고려하여 LCD로부터 투사되는 광 신호를 최대한 반사시키기 위해 S편광 성질로 구현하여 투사하는 것이 필요하다.
헤드 업 디스플레이 장치는 LCD의 흡수형 편광 필름을 이용하여 S편광 성질의 광 신호를 구현하여 투사시킬 수 있지만, 입사하기 위한 미러의 형상과 미러의 반사 코팅의 영향으로 인해 반사되는 광 신호의 편광 방향이 광축을 기준으로 회전하게 되어, 광 신호를 원하는 편광 방향으로 반사 및 투사시킬 수 없어 광 신호의 손실이 발생하게 되며, 이에 따라 최종 윈드쉴드에 의해 나타나는 가상 이미지의 밝기가 저하되는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 더스트 커버에 이방성 결정 구조의 위상 지연 필름을 적용하여 미러나 미러의 반사 코팅에 의해 회전된 광 신호의 편광 방향을 보정함으로써 광 신호가 변환되어 나타나는 가상 이미지의 밝기를 향상시킬 수 있는 더스트 커버 조립체 및 이를 구비한 헤드 업 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 더스트 커버 조립체는 광 신호가 투과되는 더스트 커버; 및 상기 더스트 커버에 겹쳐지고, 상기 더스트 커버로부터 입사되는 상기 광 신호의 위상을 지연시켜 편광 방향을 조절해서 투과시키는 위상 지연 필름;을 포함할 수 있다.
상기 광 신호의 편광 방향은, 상기 위상 지연 필름의 위상 지연값을 가지는 이방성 결정 구조에 의해 조절될 수 있다.
상기 위상 지연값은 상기 위상 지연 필름의 인장, 코팅 및 중합에 의해 조절될 수 있다.
상기 위상 지연값은 상기 광 신호의 가시광 영역 중에 중심 파장을 기준으로 설정될 수 있다.
상기 위상 지연 필름은 PC(Polycarbonate) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 재질일 수 있다.
상기 광 신호의 편광 방향은 180도 편광으로 조절될 수 있다.
상기 더스트 커버는 먼지 같은 이물질을 차단하고, 상기 광 신호를 투과시키는 PC 재질일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치는 더스트 커버 조립체; 화상에 대응하는 광 신호를 생성하는 화상 생성 장치; 상기 화상 생성 장치로부터 상기 광 신호를 전달 받아 상기 더스트 커버 조립체로 반사시키는 미러부; 및 상기 더스트 커버 조렙체에 의해 편광 방향이 조절된 상기 광 신호를 가상 이미지로 변환하는 윈드쉴드;를 포함할 수 있다.
상기 화상 생성 장치는 LCD 타입 또는 DLP 주사 타입일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 에 의하면, 더스트 커버에 이방성 결정 구조의 위상 지연 필름을 적용하여 미러나 미러의 반사 코팅에 의해 회전하게 되는 광 신호의 편광 방향을 보정함으로써 광 신호가 변환되어 나타나는 가상 이미지의 밝기를 향상시킬 수 있다.
또한, 가상 이미지의 밝기가 향상되므로 운전자의 시인성이 높아짐과 동시에 발광 소자 개수의 감소가 가능하며, 이에 따른 소비전력이 절감되는 효과가 있다.
이와 더불어, 별도의 위상 지연 필름을 다른 부품에 사용할 필요가 없어지므로, 부품수가 감소되어 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 편광각 설명을 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 종래 기술에 따른 헤드 업 디스플레이 장치와 본 발명의 실시 예에 따른 더스트 커버 조립체를 구비한 헤드 업 디스플레이 장치의 비교 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 더스트 커버 조립체의 위상 지연 필름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 더스트 커버 조립체의 위상 지연 필름에 의해 광축을 기준으로 회전하는 광 신호의 편광 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 더스트 커버 조립체의 위상 지연 필름에 의해 원형 편광 형태의 광 신호가 선 편광 형태로 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시 예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치(100)는 화상 생성 장치(110), 미러부(120), 더스트 커버 조립체(130) 및 윈드쉴드(140)를 포함할 수 있다.
화상 생성 장치(110)는 차량의 위치, 속도 및 연료량 등의 주행 정보를 가상 이미지로 표시하기 위한 화상에 대응하는 광 신호를 생성하는 장치로서, 이를 위해 LCD 또는 DLP 주사 장치를 이용할 수 있다.
LCD를 이용하는 경우에는 LCD에 편광 필름을 부착함으로써, LCD로부터 출사되는 광 신호를 일정한 편광 방향을 가지는 선편광(S편광) 형태로 만들 수 있고, 이를 통해 각종 부품에 의해 전달되는 광 신호의 신호 손실을 최대한으로 줄일 수 있다.
DLP(Digital Light Processing) 주사 장치를 이용하는 경우에는 원형 편광 형태의 광 신호를 생성할 수 있으며, 추후 더스트 커버 조립체(130)를 이용하여 원형 편광 형태의 광 신호를 선 편광 형태로 변경 가능하며, 이를 통해 각종 부품에 의해 전달되는 광 신호의 신호 손실을 최대한으로 줄일 수 있다.
미러부(120)는 광 신호의 반사, 굴절 등의 현상을 이용하여 화상을 만드는 광학계로서, 미러(121) 및 비구면 미러(122)를 포함할 수 있다.
미러(121)는 화상 생성 장치(110)로부터 광 신호를 전달 받아 반사 또는 굴절시켜 비구면 미러(122)로 전달하는 광학 부품이다.
비구면 미러(122)는 미러(121)로부터 광 신호를 전달 받아 반사 또는 굴절 시켜 더스트 커버 조립체로 전달하는 광학 부품이다. 비구면 미러(122)는 중앙부에서 외곽부로 갈수록 편평해지는 행태이며, 이를 통해 광 신호에 대응하는 화상의 왜곡 현상을 완화시킬 수 있다.
더스트 커버 조립체(130)는 더스트 커버(131) 및 위상 지연 필름(132)을 포함할 수 있다.
더스트 커버(131)는 먼지 같은 이물질을 차단하고, 광 신호를 투과시키는 광학 부품으로서, 이를 위해 PC(Polycarbonate) 재질로 이루어질 수 있다. 더스트 커버(131)는 비구면 미러(122)로부터 전달된 광 신호를 투과시켜 윈드쉴드로 전달 할 수 있다.
위상 지연 필름(132)은 더스트 커버(131)에 코팅되어 투과되는 광 신호의 편광 방향을 조절하여 수평 편광(S편광) 형태로 투과시킬 수 있다. 위상 지연 필름(132)은 광 신호의 편광 방향을 조절하기 위해 위상을 지연시키는 위상 지연값을 가질 수 있다.
위상 지연 필름(132)은 인장, 코팅 및 중합 과정을 통해 이방성 결정 구조로 형성될 수 있으며, 이에 따라 일정한 방향으로 형성된 이방성 결정 구조에 의해 특정한 위상 지연값을 가지게 된다.
여기서, 위상 지연값은 위상 지연 필름(132)의 인장, 코팅 및 중합 과정을 통해 다양하게 설정될 수 있으며, 위상 지연 필름(132)은 광 신호의 가시광 영역에서 중심파장(예컨대, λ=550nm)을 기준으로 λ/2, λ/3 및 λ/4 등의 위상 지연 값을 가질 수 있다.
이러한 위상 지연 필름(132)은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 또는 더스트 커버와 같은 PC 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
윈드 쉴드(140)는 차량의 전방에 설치되어 외부에서 불어오는 바람을 막아주는 일반적인 역할 뿐만 아니라, 더스트 커버 조립체(130)로부터 전달된 광 신호를 반사 또는 굴절시켜 운전자가 볼 수 있도록 운전자 전방 시야에 가상 이미지로 변환하는 광학 부품 역할을 동시에 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 헤드 업 디스플레이(100)를 통해 편광 방향(각도)이 변경된 광 신호가 운전자(200) 전방 시야에 가상 이미지(image)로 변환되는 것을 확인할 수 있다.
도 3의(a)는 종래 기술에 따른 헤드 업 디스플레이(300)가 수평 편광 형태(편광 180도)의 광 신호를 투사하게 되는 경우에 광 신호가 각종 광학 부품(예를 들면, 미러)의 형상 및 코팅 특징에 의해 순차적으로 편광 160도, 편광 190도, 편광 135도로 변경되어 전달 되면, 이에 따라 운전자(200)에 보여지는 가상 이미지(image)의 밝기가 손실되는 것을 보여준다.
다시 말해 이는 최초 투사되는 광 신호의 편광 각도가 180도 이었으나, 이러한 광 신호가 미러 및 관리되지 않은 더스트 커버를 통해 윈드쉴드와 수평이 아닌 135도의 편광으로 윈드쉴드에 입사됨으로써 운전자에게 보여지는 가상 이미지의 밝기가 편광각에 의해 손실되는 것을 말한다.
도 3의(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 더스트 커버 조립체(130)를 구비한 헤드 업 디스플레이(100)의 화상 생성 장치(110)가 130도 편광 형태의 광 신호를 투사하게 되는 경우에 광 신호가 미러(121)에 의해 45도 편광 형태로 변경되고, 비구면 미러(122)에 의해 140도 편광 형태로 변경된 후, 더스트 커버 조립체(130)에 의해 윈드쉴드와 수평인 180도 편광 형태로 최종 변경되어 가상 이미지(image)의 밝기 손실이 발생하지 않는 것을 보여준다.
예를 들면, 위상 지연 필름(132)의 위상 지연값은 λ/2로 설정되어 45도에 해당하는 위상을 지연시킬 수 있으나, 이는 단일 파장에 대한 위상 지연값으로서, 다 파장의 광 신호는 최종 40도에 해당하는 위상이 지연될 수 있다.
도 4를 참조하면, 위상 지연 필름(132)의 결정 구조를 확인할 수 있으며, 위상 지연 필름(132)은 한쪽 면(410)이 사선으로 결정 구조가 생성되면, 다른 쪽 면(420)이 한쪽 면(410)의 사선과 반대되는 방향의 사선으로 결정 구조가 생성될 수 있으며, 이를 통해 특정한 위상 지연값을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 위상 지연 필름(132)의 위상 지연값을 λ/2로 설정하는 경우에 LCD를 이용하는 화상 생성 장치(110)로부터 발생하여 위상 지연 필름(132)으로 입사되는 140도 편광의 광 신호(510)가 광축을 기준으로 40도 회전되어 180도 수평 편광의 광 신호(520)로 최종 투과되는 것을 확인할 수 있다. 이는 광 신호가 다 파장일 경우에 해당하며, 단 파장의 광 신호는 위상 지연값이 λ/2인 경우에 45도 회전될 수 있다.
도 6을 참조하면, 위상 지연 필름(132)의 위상 지연값을 λ/4로 설정하는 경우에 DLP 주사 장치를 이용하는 화상 생성 장치(110)로부터 발생하여 위상 지연 필름(132)으로 입사되는 원형 편광 형태의 광 신호(610)가 선 편광 형태의 광 신호(620)로 변환되어 최종 투과되는 것을 확인할 수 있다.
이는 DLP 주사 장치로부터 발생한 원형 편광의 광 신호를 윈드쉴드와 평행한 수평 편광(S편광) 형태의 광 신호로 변경 가능한 것을 보여준다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 화상 생성 장치
120: 미러부
121: 미러
122: 비구면 미러
130: 더스트 커버 조립체
131: 더스트 커버
132: 위상 지연 필름
140: 윈드 쉴드

Claims (9)

  1. 광 신호가 투과되는 더스트 커버; 및
    상기 더스트 커버에 겹쳐지고, 상기 더스트 커버로부터 입사되는 상기 광 신호의 위상을 지연시켜 편광 방향을 조절해서 투과시키는 위상 지연 필름;
    을 포함하는 더스트 커버 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광 신호의 편광 방향은,
    상기 위상 지연 필름의 위상 지연값을 가지는 이방성 결정 구조에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 더스트 커버 조립체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 위상 지연값은
    상기 위상 지연 필름의 인장, 코팅 및 중합에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 더스트 커버 조립체.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 위상 지연값은
    상기 광 신호의 가시광 영역 중에 중심 파장을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 하는 더스트 커버 조립체.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 위상 지연 필름은
    PC(Polycarbonate) 혹은 PMMA(Polymethyl methacrylate) 재질인 것을 특징으로 하는 더스트 커버 조립체.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 광 신호의 편광 방향은
    180도 편광으로 조절되는 것을 특징으로 하는 더스트 커버 조립체.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 더스트 커버는
    먼지 같은 이물질을 차단하고, 상기 광 신호를 투과시키는 PC 재질인 것을 특징으로 하는 더스트 커버 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 더스트 커버 조립체;
    화상에 대응하는 광 신호를 생성하는 화상 생성 장치;
    상기 화상 생성 장치로부터 상기 광 신호를 전달 받아 상기 더스트 커버 조립체로 반사시키는 미러부; 및
    상기 더스트 커버 조렙체에 의해 편광 방향이 조절된 상기 광 신호를 가상 이미지로 변환하는 윈드쉴드;
    를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 화상 생성 장치는
    LCD 타입 또는 DLP 주사 타입인 것을 특징으로 하는 헤드 업 디스플레이 장치.
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