KR20180006694A

KR20180006694A - 헤드업 디스플레이 장치에서의 백라이트 유닛

Info

Publication number: KR20180006694A
Application number: KR1020160087376A
Authority: KR
Inventors: 윤찬영; 한상훈; 신언용
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-19
Also published as: CN206877006U; US10222616B2; US20180011316A1

Abstract

본 발명에 따른 헤드업 디스플레이(Head Up Display) 장치에서의 백라이트 유닛은 광을 조사하는 복수의 광원, 상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절 또는 반사시키는 복수의 1차 집광부 및 상기 1차 집광부에 의해 집광된 광을 다시 집광하는 2차 집광부를 포함한다. 이때, 상기 광원, 1차 집광부 및 2차 집광부 중 어느 하나는 나머지와 그 광축의 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

Description

헤드업 디스플레이 장치에서의 백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT FOR HEAD UP DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에서의 백라이트 유닛에 관한 것이다.

차량용 디스플레이 장치는 차량 주행 중 운전자에게 정보를 효과적으로 전달해주는 것으로서, 대표적인 예로 헤드업 디스플레이(Head-up Display, HUD) 장치가 있다.

이러한 헤드업 디스플레이 장치는 LED 광원에서 발산하는 빛을 집광하여 효율적으로 패널로 전달하기 위한 백라이트 유닛을 포함하고 있다.

도 1은 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 백라이트 유닛은 헤드업 디스플레이 장치의 밝기 사양에 따라 한 개 또는 복수 개의 LED를 사용할 수 있으며, LED를 집광하는 방법으로는 크게 도 1의 (a)와 같은 렌즈 방식과, (b)와 같은 리플렉터 방식이 있다.

도 1의 (a)와 같은 렌즈 방식의 백라이트 유닛은 광원(11)과 렌즈(13)로 구성되어 있으며, (b)의 리플렉터 방식의 백라이트 유닛은 광원(11’)과 반사형 리플렉터(13’)로 구성되어 있다.

이러한 백라이트 유닛의 일반적인 구조에서는 LED의 발광면의 중심점을 포함하는 법선을 광원의 광축으로 정의하는데, 광원의 광축과 집광을 위한 광학부품의 광축은 서로 일치되도록 구성된다.

그러나 이 경우, 도 2a의 (a)와 같이 광축이 아이박스(Eyebox, a) 중심에 위치할 경우 (b)와 같이 휘도의 균일도에는 문제가 발생하지 않으나, 도 2b의 (a)에 도시된 바와 같이 광축이 아이박스(a) 내에서 측면으로 갈수록 (b)와 같이 휘도 균일도가 악화되는 현상이 발생하게 된다.

이를 보완하기 위해 디퓨저의 산란각을 키우게 될 경우, 균일도가 향상되나 휘도가 떨어지는 문제가 발생하게 된다.

이와 관련하여, 일본공개특허공보 제2010-76666호(발명의 명칭: 헤드업 디스플레이 장치)는 투영 부재에 표시상을 투영하는 헤드업 디스플레이 장치를 개시하고 있다.

본 발명의 실시예는 광원에서 출력된 광 에너지를 효율적으로 디스플레이 패널에 전달하면서 동시에 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 투과형 및 반사형 집광구조를 가지는 헤드업 디스플레이 장치에서의 백라이트 유닛을 제공하고자 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 헤드업 디스플레이(Head Up Display) 장치에서의 백라이트 유닛은 광을 조사하는 복수의 광원, 상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절 또는 반사시키는 복수의 1차 집광부 및 상기 1차 집광부에 의해 집광된 광을 다시 집광하는 2차 집광부를 포함한다. 이때, 상기 광원, 1차 집광부 및 2차 집광부 중 어느 하나는 나머지와 그 광축의 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

일 실시예는, 상기 광원의 광축과 상기 1차 집광부의 광축은 그 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 복수의 1차 집광부는 복수의 렌즈이고, 상기 광원의 광축은 상기 복수의 렌즈의 입사면의 중심을 포함하는 광축 및 출사면의 중심을 포함하는 광축 중 하나 이상과 그 위치가 서로 상이할 수 있다.

또한, 일 실시예는 상기 광원의 광축과 상기 1차 집광부의 광축은 그 위치가 서로 동일하고, 상기 1차 집광부의 광축과 상기 2차 집광부의 광축은 그 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 복수의 1차 집광부는 복수의 렌즈이고, 상기 복수의 렌즈는 상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절시킬 수 있다.

상기 복수의 렌즈는 구면 형태 또는 비구면 형태의 렌즈이고, 상기 1차 집광부의 광축은 상기 복수의 렌즈의 각 회전축으로 설정될 수 있다.

또한, 상기 복수의 1차 집광부는 복수의 반사형 리플렉터이고, 상기 복수의 반사형 리플렉터는 상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 반사시킬 수 있다.

이때, 상기 반사형 리플렉터는 입사면의 중심을 포함하는 광축과 출사면의 중심을 포함하는 광축이 서로 상이하게 위치되도록 설정되고, 상기 광원의 광축은 상기 출사면의 중심을 포함하는 광축과 그 위치가 서로 상이할 수 있다.

상기 1차 집광부와 상기 2차 집광부의 사이에 위치하거나 또는 상기 2차 집광부와 디스플레이 패널 사이에 위치하며, 입사된 광을 확산시키는 디퓨저를 더 포함할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 헤드업 디스플레이 장치용 PGU(Picture Generation Unit)의 광원과 집광부품들 간의 비축광학구조를 사용함으로써, 밝기를 향상시키고 휘도 균일도를 높일 수 있다.

이에 따라, 운전 중 주행정보에 대한 시인성을 높일 수 있어 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 일반적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치에서의 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서의 광원의 광축을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 투과형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛에서의 광축을 설명하기 위한 도면이고, 도 6c 및 도 6d는 반사형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛에서의 광축을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 종래 기술에 따른 광축 일치형 광학계에서의 휘도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에서의 휘도 분포를 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원은 헤드업 디스플레이 장치(1)에서의 백라이트 유닛(100, 100’)에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예는 광원(110, 110’), 1차 집광부(120, 120’) 및 2차 집광부(130, 130’) 중 어느 하나를 나머지와 그 광축의 위치를 서로 상이하게 배치시킴으로써, 광원(110, 110’)에서 출력된 광 에너지를 효율적으로 디스플레이 패널(200, 200’)에 전달하면서 동시에 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 투과형 및 반사형 집광구조를 가지는 헤드업 디스플레이 장치(1)에서의 백라이트 유닛(100, 100’)을 제공한다.

다만, 본 발명의 일 실시예는 헤드업 디스플레이 장치(1)에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 차량용 네비게이션 등과 같은 차량용 전장부품의 디스플레이 장치일 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 8c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(1)에서의 백라이트 유닛(100, 100’)에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 헤드업 디스플레이 장치(1)의 일반적인 구성을 도시한 도면이다.

헤드업 디스플레이 장치(1)는 현재속도, 연료잔량, 네비게이션 등과 같은 주행에 필요한 정보를 운전자의 시선 방향으로 윈드실드(30) 너머에 이미지를 투영해주는 편의장치이다.

이러한 헤드업 디스플레이 장치(1)는 차량의 운전자석 측에 구비될 수 있다. 상세히 설명하면, 헤드업 디스플레이 장치(1)는 운전자의 차량 전방 측에 배치된 인스트루먼트 패널 내에 설치될 수 있다.

헤드업 디스플레이 장치(1)는 백라이트 유닛(100, 100’) 및 디스플레이 패널(200, 200’)로 이루어진 이미지 출력 장치(10)를 포함하고 있다. 이미지 출력 장치(10)는 백라이트 유닛(100, 100’)에서 조사된 광이 디스플레이 패널(200, 200’)을 통과하면, 차량의 주행 정보, 네비게이션 정보 등에 대응되는 이미지를 생성할 수 있다.

이때, 디스플레이 패널(200, 200’)로는 LCD(Liquid Crystal Display)가 사용될 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니고 LCOS(Liquid Crystal on Silicon), DMD(Digital Micromirror Device), DLP(Digital Light Processing), Scanner와 같은 방식이 사용될 수도 있다.

반사판(20)은 이미지 출력 장치(10)에서 출력된 이미지를 윈드쉴드(30) 측으로 반사시킨다.

반사판(20)에서 반사된 이미지는 윈드쉴드(30)에 투영된다. 이처럼 윈드쉴드(30)에 투영된 이미지는 운전자의 아이박스(a) 안에 형성된다. 아이박스(a) 안에 이미지가 형성됨에 따라 헤드업 디스플레이 장치(1)는 운전자에게 차량의 주행 정보를 제공할 수 있다.

이때, 디스플레이 패널(200, 200’)에서 나오는 디스플레이 정보는 확대배율을 갖는 광학계에 의해 아이박스(a)로 집광되며, 운전자가 아이박스(a) 내에서 시선을 유지한다면, 윈드쉴드(30) 너머로 허상이미지(b)를 관측할 수 있다.

이와 같이, 디스플레이 패널(200, 200’)로 디스플레이 정보를 출력하기 위해서는 광원(110, 110’)을 포함한 백라이트 유닛(100, 100’)이 필요하다. 이때, 백라이트 유닛(100, 100’)은 복수 개의 렌즈 또는 리플렉터와, 디퓨저 등과 같은 광학부품으로 이루어질 수 있는바, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(1)에서의 백라이트 유닛(100, 100’)을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(1)에서의 백라이트 유닛(100, 100’)은 광원(110, 110’), 1차 집광부(120, 120’) 및 2차 집광부(130, 130’)를 포함한다.

광원(110, 110’)은 광을 조사하며, 복수 개로 구비될 수 있다. 즉, 광원(110, 110’)은 디스플레이 패널(200, 200’)에 생성되는 이미지의 휘도를 높이기 위해 복수 개로 이루어질 수 있으며, 광원(110, 110’)의 수가 증가할수록 디스플레이 패널(200, 200’)이 출력하는 이미지의 휘도는 증가될 수 있다.

이러한 광원(110, 110’)은 헤드업 디스플레이 장치(1)에서 요구되는 밝기에 따라 출력량 및 개수가 설정될 수 있다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 광원(110, 110’)은 인쇄회로기판의 일측면에 설치될 수 있다.

광원(110, 110’)은 저전력으로 밝은 광을 발생시키는 발광다이오드(LED)일 수 있다. 발광다이오드는 주로 백색 발광다이오드(white LED)가 적용될 수 있으며, 또는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 조합이 적용될 수도 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, EL(Electro Luminescence), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), 레이저(Laser) 등이 광원으로 될 수 있다.

여기에서 광원(110, 110’)의 광축은 도 5에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서의 광원(110, 110’)의 광축을 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원(110, 110’)의 발광부가 면일 경우, 발광면의 중심점과 그 중심점을 포함하는 발광면의 법선이 광원(110, 110’)의 광축으로 정의될 수 있다.

또는, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 광원(110, 110’)으로부터 발진한 광의 광도분포 상에서 강도(intensity)가 가장 높게 진행하는 방향의 벡터 성분을 포함하는 축이 광원(110, 110’)의 광축으로 정의될 수 있다.

다시 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 1차 집광부(120, 120’) 는 복수의 광원(110, 110’)에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절 또는 반사시켜 2차 집광부(130, 130’)로 전달하는 역할을 한다.

1차 집광부(120, 120’)는 복수 개가 구비할 수 있으며, 광원(110, 110’)의 수와 동일하도록 그 개수가 구비될 수 있다.

이러한 1차 집광부(120, 120’)는 복수의 렌즈(120)나 복수의 반사형 리플렉터(120’)로 구성될 수 있다.

2차 집광부(130, 130’)는 1차 집광부(120, 120’)에 의해 집광된 광을 다시 집광한다.

2차 집광부(130, 130’)는 1차 집광부(120, 120’)에 의해 집광된 빛을 한번 더 집광시켜 빛의 직진성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100, 100’)은 입사된 광을 확산시키는 디퓨저(140, 140’)를 더 포함할 수 있다.

디퓨저(140, 140’)는 1차 집광부(120, 120’)와 2차 집광부(130, 130’)의 사이에 위치하거나 또는 2차 집광부(130, 130’)와 디스플레이 패널(200, 200’) 사이에 위치할 수 있다.

디퓨저(140, 140’)는 입사된 광을 확산시키는 역할을 하고, 이에 따라 디스플레이 패널(200, 200’)은 좀 더 균일한 밝기의 이미지를 출력할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100, 100’)은 투과형 집광 구조(100) 또는 반사형 집광 구조(100’)로 형성될 수 있다.

먼저, 도 4a는 투과형 집광 구조를 갖는 백라이트 유닛(100)으로서, 광원(110)에서 조사된 광은 1차 집광부(120), 2차 집광부(130), 디퓨저(140) 및 디스플레이 패널(200)의 순서로 통과할 수 있다.

투과형 집광 구조를 갖는 백라이트 유닛(100)에서의 1차 집광부(120)는 복수의 렌즈일 수 있으며, 복수의 렌즈는 광원(110)에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절시킬 수 있다. 이때, 복수의 렌즈는 구면 또는 비구면 형태의 렌즈일 수 있다.

또한, 1차 집광부(120)의 광축은 복수의 렌즈의 각 회전축으로 설정될 수 있다.

2차 집광부(130)는 1차 집광부(120)의 개수와 동일하게 구비될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 4b는 반사형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛(100’)으로서, 광원(110’)에서 조사된 광은 1차 집광부(120’), 디퓨저(140’), 2차 집광부(130’) 및 디스플레이 패널(200’)의 순서로 통과할 수 있다.

반사형 집광 구조를 갖는 백라이트 유닛(100’)에서의 1차 집광부(120)’는 복수의 반사형 리플렉터일 수 있다. 복수의 반사형 리플렉터는 복수의 광원(110’)에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 반사시킬 수 있다.

이때, 반사형 리플렉터는 입사면의 중심을 포함하는 광축과 출사면의 중심을 포함하는 광축이 서로 상이하게 위치되도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 광원(110’)의 광축은 출사면의 중심을 포함하는 광축과 그 위치가 서로 상이하도록 설정될 수 있다.

한편, 도 4a 및 도 4b에서는 설명의 편의상 광원(110, 110’)에 의해 조사된 광이 일정한 순서로 통과되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 광학 설계에 따라 그 배치 순서는 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100, 100’)은 광원(110, 110’), 1차 집광부(120, 120’) 및 2차 집광부(130, 130’) 중 어느 하나는 나머지와 그 광축의 위치가 서로 상이하게 배치될 수 있는바, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명하도록 한다.

도 6a 및 도 6b는 투과형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛(100)에서의 광축을 설명하기 위한 도면이고, 도 6c 및 도 6d는 반사형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛(100’)에서의 광축을 설명하기 위한 도면이다.

도 6a의 (a)와 (b)는 광원(110)의 광축(P1)과 1차 집광부(120)의 광축(P2)이 일치하는 경우를 도시한 경우이다. 광원(110)의 광축(P1)에서 나오는 광을 중심부 광선이라 하면, 중심부 광선은 (a)와 같이 광원(110)의 광축(P1)과 1차 집광부(120)의 광축(P2)이 일치할 경우, (b)와 같이 그 진행방향이 광원(110) 및 1차 집광부(120)의 광축과 일치(P1=P2)하도록 진행된다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)은 도 6b의 (a)에 도시된 바와 같이 광원(110)의 광축(P1)과 1차 집광부(120)의 광축(P2)은 그 위치가 서로 상이(P1≠P2)하도록 설정되어 있다.

구체적으로, 광원(110)의 광축(P1)은 복수의 렌즈(120, 1차 집광부)의 입사면의 중심을 포함하는 광축(P2) 및 출사면의 중심을 포함하는 광축(P2) 중 하나 이상과 그 위치가 상이하도록 설정될 수 있다.

이에 따라, 도 6b의 (b)에 도시된 바와 같이, 그 중심부 광선의 배광분포는 광축(P1 또는 P2)과 평행하지 않고 편향되어 진행된다.

다음으로, 도 6c의 (a)와 같이 반사형 집광구조에서도, 광원(110’)의 광축(P1’)과 1차 집광부(120’)의 광축(P2’)이 일치하도록 설정되면, (b)와 같이 반사형 리플렉터(120’)의 출사면을 통해 출사되는 광들은 균일한 배광분포를 가지도록 출사된다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100’)은 도 6d의 (a)에 도시된 바와 같이 광원(110’)의 광축(P1’)과 1차 집광부(120’)인 반사형 리플렉터의 광축(P2’)은 그 위치가 서로 상이(P1’≠P2’)하도록 설정되어 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예는 광원(110’)의 광축(P1’)이 반사형 리플렉터(120’)의 출사면의 중심을 포함하는 광축(P2’)과 그 위치가 서로 상이하도록 설정될 수 있다.

이에 따라, 도 6d의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사형 리플렉터(120’)의 출사면을 통해 출사되는 광들은 배광분포가 편향되어 진행된다.

한편, 도 6b와 도 6d에서는 광원(110, 110’)의 광축(P1, P1’)과 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’)이 서로 상이하게 설정된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 광축의 설정은 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 투과형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛(100)과 반사형 집광구조를 갖는 백라이트 유닛(100’) 모두, 광원(110, 110’)의 광축(P1, P1’)과 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’)은 그 위치가 서로 동일하게 설정될 수 있고, 이 경우 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’)과 2차 집광부(130, 130’)의 광축(미도시)은 그 위치가 서로 상이하게 설정될 수 있다.

즉, 1차 집광부(120)가 복수의 렌즈인 경우, 렌즈의 광축은 광원(110)의 광축과 일치되도록 그리고 2차 집광부(130)의 광축과는 그 위치가 서로 상이하도록 설정될 수 있으며, 1차 집광부(120’)가 반사형 리플렉터인 경우에도 반사형 리플렉터의 출사면의 중심을 포함하는 광축은 2차 집광부(130’)의 광축과 그 위치가 서로 상이하게 설정될 수도 있다.

이와 같이 광축이 설정되는 경우에도, 중심부 광선을 포함하는 배광분포는 광축과 평행하지 않고 편향되어 진행되게 된다.

이하에서는 도 7a 내지 도 8c를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100, 100’)에서의 휘도 분포에 대해 설명하도록 한다.

도 7a 내지 도 7c는 종래 기술에 따른 광축 일치형 광학계에서의 휘도 분포를 설명하기 위한 도면이고, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100, 100’)에서의 휘도 분포를 설명하기 위한 도면이다.

도 7a에 도시된 광축 일치형(P1=P2) 광학계를 사용하는 구조의 경우에는, 백라이트 유닛에 의해서 최외곽 영역(R)까지 광을 보내주게 되지만, 허상 이미지를 표현하는데 필요한 광의 최외곽 라인(L)의 안쪽에 부족한 영역인 S 영역이 존재하게 된다. 이에 따라, 광축 일치형 광학계의 경우 도 7b와 같이 측면 휘도 균일도가 저하되는 문제가 발생한다.

이를 보완하기 위하여 디퓨저의 산란각을 크게 설정하여 해결하는 방안이 있으나, 이는 도 7c와 같이 중심부 시야에서의 산란각까지 커지게 하므로 시스템의 효율을 저하시키며, 결국 허상 광학 시스템의 밝기를 떨어뜨리게 되는 문제가 있다.

또 다른 방법으로 광원과 1차 집광부의 개수를 추가하는 방안도 있으나, 이는 부품수의 증가로 인하여 재료비가 상승하게 되는 문제가 있다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100, 100’)은, 투과형 집광구조 타입인 도 8a와 반사형 집광구조 타입인 도 8b와 같이, 모두 광원(110, 110’)의 광축(P1, P1’)과 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’)이 서로 상이하도록 설정되어 있다.

뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 광원(110, 110’)의 광축(P1, P1’)과 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’)은 서로 동일하되, 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’)과 2차 집광부(130, 130’)의 광축(미도시)이 서로 상이하도록 설정되어 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예는 광원(110, 110’)의 광축(P1, P1’), 1차 집광부(120, 120’)의 광축(P2, P2’) 및 2차 집광부(130, 130’)의 광축(미도시) 중 어느 하나의 광축이 나머지의 광축과 서로 상이하도록 설정된 비축 광학계 타입이 적용되었다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 배광분포가 편향되게 진행되므로, 백라이트 유닛(100, 100’)에 의해서 최외곽 영역까지 조사되는 광의 영역인 R과 허상 이미지를 표현하는데 필요한 광의 최외곽 라인인 L 사이의 부족한 영역 S가 발생하지 않게 된다.

즉, 배광분포가 편향되게 진행하므로 부족한 영역인 S를 보완해주기 때문에, 필요영역 L과 공급영역 R을 일치시킬 수 있으며, 이에 따라 도 8c에 도시된 바와 같이 디뷰저(140, 140’)의 산란각을 증가시키지 않고서도 아이박스(a) 주변부의 휘도 저하를 방지하고 시스템의 효율을 높일 수 있다.

전술한 본 발명의 일 실시예 중 어느 하나에 의하면, 헤드업 디스플레이 장치용 PGU(Picture Generation Unit)의 광원과 집광부품들 간의 비축광학구조를 사용함으로써, 밝기를 향상시키고 휘도 균일도를 높일 수 있다.

또한, 추가적인 부품 없이 시스템의 밝기와 휘도의 균일도를 향상시킬 수 있는바 공정 단계의 간소화를 가져올 수 있다.

또한, 주변부의 휘도 저하를 보상하기 위해 추가적인 광원을 사용할 필요가 없는바, 부품수를 감소시켜 원가를 절감 및 제품의 경량화가 가능하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 헤드업 디스플레이 장치 10: 이미지 출력 장치
20: 반사판 30: 윈드쉴드
100, 100’: 백라이트 유닛 110, 100’: 광원
120, 120’: 1차 집광부 130, 130’: 2차 집광부
140, 140’: 디퓨저 200, 200’: 디스플레이 패널

Claims

헤드업 디스플레이(Head Up Display) 장치에서의 백라이트 유닛에 있어서,
광을 조사하는 복수의 광원,
상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절 또는 반사시키는 복수의 1차 집광부 및
상기 1차 집광부에 의해 집광된 광을 다시 집광하는 2차 집광부를 포함하되,
상기 광원, 1차 집광부 및 2차 집광부 중 어느 하나는 나머지와 그 광축의 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 광원의 광축과 상기 1차 집광부의 광축은 그 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 광원의 광축과 상기 1차 집광부의 광축은 그 위치가 서로 동일하고, 상기 1차 집광부의 광축과 상기 2차 집광부의 광축은 그 위치가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 복수의 1차 집광부는 복수의 렌즈이고,
상기 복수의 렌즈는 상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 투과 굴절시키는 것인 백라이트 유닛.
제 4 항에 있어서,
상기 복수의 렌즈는 구면 형태 또는 비구면 형태의 렌즈이고,
상기 1차 집광부의 광축은 상기 복수의 렌즈의 각 회전축으로 설정되는 것인 백라이트 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 1차 집광부는 복수의 렌즈이고,
상기 광원의 광축은 상기 복수의 렌즈의 입사면의 중심을 포함하는 광축 및 출사면의 중심을 포함하는 광축 중 하나 이상과 그 위치가 서로 상이한 것인 백라이트 유닛.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 복수의 1차 집광부는 복수의 반사형 리플렉터이고,
상기 복수의 반사형 리플렉터는 상기 복수의 광원에 의해 조사된 광을 각각 집광하여 반사시키는 것인 백라이트 유닛.
제 7 항에 있어서,
상기 반사형 리플렉터는 입사면의 중심을 포함하는 광축과 출사면의 중심을 포함하는 광축이 서로 상이하게 위치되도록 설정되고,
상기 광원의 광축은 상기 출사면의 중심을 포함하는 광축과 그 위치가 서로 상이한 것인 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 집광부와 상기 2차 집광부의 사이에 위치하거나 또는 상기 2차 집광부와 디스플레이 패널 사이에 위치하며, 입사된 광을 확산시키는 디퓨저를 더 포함하는 백라이트 유닛.