KR20190039453A - 화상 표시 장치 - Google Patents

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KR20190039453A
KR20190039453A KR1020180088669A KR20180088669A KR20190039453A KR 20190039453 A KR20190039453 A KR 20190039453A KR 1020180088669 A KR1020180088669 A KR 1020180088669A KR 20180088669 A KR20180088669 A KR 20180088669A KR 20190039453 A KR20190039453 A KR 20190039453A
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카츠토시 사사키
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삼성전자주식회사
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실시예에 따른 화상 표시 장치는 광원에서 출사된 광을 주사하는 광 스캐닝부, 상기 주사된 광을 평행광으로 만드는 평행광 생성부, 상기 평행광을 굴절시키는 프리즘, 상기 프리즘에 의해 굴절된 평행광이 입사되는 복수의 지점을 포함하며 상기 평행광을 반사 또는 회절시켜 상기 평행광의 진행 방향을 변경하는 광 방향 변경부를 포함할 수 있다. 상기 프리즘은 상기 광 스캐닝부로부터 상기 광 방향 변경부까지 진행하는 각 광의 경로 상에 마련되어 상기 광 방향 변경부의 복수의 지점 각각으로 입사된 평행광들의 광로차를 조절하여 상기 화상 표시 장치의 해상도를 균일하게 할 수 있다.

Description

화상 표시 장치{image display devices}
화상 표시 장치에 관한 것이다.
최근 들어 해상도가 더 좋은 이미지를 화상 표시 장치에 표시하기 위한 기술이 활발히 개발되고 있다. 예를 들어, 화상 표시 장치의 일종 인 헤드 업 디스플레이에서 광원으로부터 출사된 광의 색수차를 프리즘을 통해 보정하여 보다 선명한 이미지를 표시할 수 있는 기술이 알려져 있다.
헤드 업 디스플레이는 CRT(Cathode Ray Tube)로 구성된 광학적 정보 표시 수단, 상기 광학적 정보 표시 수단에서 출사한 광을 소정의 방향으로 투광하는 광학계 및 상기 광이 도달하는 스크린을 포함할 수 있다. 그리고 상기 광학계는 복수의 렌즈 및 미러로 구성되어 CRT로부터 출사한 광의 진행 방향을 조절하여 스크린에 도달하게 할 수 있다.
다양한 실시예를 통해 표시면의 해상도를 균일하게 할 수 있는 화상 표시 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에서,
광원에서 출사된 광을 주사하는 광 스캐닝부, 상기 주사된 빛을 평행광으로 만드는 평행광 생성부, 상기 평행광을 굴절시키는 프리즘, 상기 프리즘에 의해 굴절된 평행광이 입사되는 복수의 지점을 포함하며 상기 평행광을 반사 또는 회절시켜 상기 평행광의 진행 방향을 변경하는 광 방향 변경부를 포함하고 상기 프리즘은 상기 광 스캐닝부로부터 상기 광 방향 변경부까지 진행하는 각 광의 경로 상에 마련되어 상기 광 방향 변경부의 복수의 지점 각각으로 입사된 평행광들의 광로차를 조절하는 화상 표시 장치가 제공된다.
상기 프리즘은 웨지 프리즘일 수 있다.
상기 웨지 프리즘의 꼭지각이 변화함에 따라 상기 광로차가 조절될 수 있다.
상기 프리즘은 상기 광로차가 0 이 되도록 하는 꼭지각을 가질 수 있다.
상기 프리즘의 재질은 유리 또는 수지일 수 있다.
상기 광 스캐닝부는 MEMS미러를 포함할 수 있다.
상기 평행광 생성부는 포물선 거울을 포함할 수 있다.
상기 평행광 생성부는 콘덴서 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 프리즘과 상기 광 방향 변경부 사이에 마련되어 상기 프리즘을 통과한 빛을 반사시켜 상기 광 방향 변경부로 입사시키는 평면 거울을 더 포함하는 화상 표시 장치가 제공될 수 있다.
상기 광 방향 변경부에 의해 진행 방향이 변경된 광이 입사하는 스크린 및 상기 스크린과 상기 광 방향 변경부 사이에 마련되어 상기 광을 스크린에 입사시키는 광학계를 더 포함하는 화상 표시 장치가 제공될 수 있다.
상기 광 방향 변경부와 상기 광학계 사이에 디퓨저를 더 포함하며,
상기 디퓨저는 상기 광 방향 변경부로부터 입사된 광을 산란시키는 화상 표시 장치가 제공될 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 직각 프리즘 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 프리즘 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 반원통 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 포물면 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 구면 오목 렌즈 어레이 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 방향 변경부는 표면에 포물선의 오목 렌즈 어레이 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다.
화상 표시 장치의 표시면의 균일한 해상도를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 화상 표시 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 화상 표시 장치의 측면을 도시한 측단면도이다.
도 3은 비교예에 따른 화상 표시 장치의 구성 예를 간략하게 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 화상 표시 장치에서 전파하는 레이저 빔의 빔 직경의 변화를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3의 화상 표시 장치에 있어서, 레이저 빔의 격자 소자(30)에 대한 입사각 θ, 레이저 빔의 최대의 광로차 ΔOP 및 빔 직경의 차이의 관계의 구체적인 예를 나타내는 표이다.
도 6은 도 1 및 도 2에 개시된 광 방향 변경부에 대한 레이저 빔의 입사각 θ, 레이저 빔의 최대의 광로차 ΔOP 및 웨지 프리즘의 꼭지각과의 관계의 구체적인 예를 나타내는 표이다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 화상 표시 장치을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 화상 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9는 또 다른 일 실시예에 따른 화상 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 일 실시예에 따른 화상 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 것이다.
도 12는 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 것이다.
도 13은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 것이다.
도 14는 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 것이다.
도 15는 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 것이다.
도 16은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 단면도이다.
도 17은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치에 포함된 광 방향 변경부의 변형을 도시한 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 화상 표시 장치가 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 화상 표시 장치의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 화상 표시 장치는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
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.
도 1은 일 실시예에 따른 화상 표시 장치(100)를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 화상 표시 장치(100)의 측면을 도시한 측단면도이다.
화상 표시 장치(100)는 예를 들어, 헤드 업 디스플레이, 헤드 마운트 디스플레이 또는 프로젝터 등을 포함하되 이에 국한되지 않고 모든 화상 표시 장치를 포함 할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 화상 표시 장치(100)는 광원으로부터 출사된 광을 주사하는 광 스캐닝부(120)(예를 들어, MEMS 미러), 주사된 광을 평행광으로 만드는 평행광 생성부(130)(예를 들어, 포물선 거울), 상기 평행광을 굴절시키는 프리즘(110), 프리즘(110)을 통과한 굴절된 평행광을 반사시키는 평면 거울(140) 및 평면 거울(140)에 의해 반사된 광의 진행 방향을 변경하는 광 방향 변경부(150)(예를 들어, 격자 소자)를 포함할 수 있다.
광 스캐닝부(120)로부터 출사된 광은 평행광 생성부(130)에 의해 복수 개의 경로로 진행하는 평행광이 될 수 있다. 상기 평행광들은 프리즘(110)을 통과한 후 평면 거울(140)로 입사할 수 있다. 평면 거울(140)로 입사한 평행광들은 반사되어 광 방향 변경부(150)로 입사할 수 있다. 광 방향 변경부(150)로 입사한 광들의 진행 방향이 변경되어 스크린(미도시)에 투영될 수 있다. 한편, 상기 복수 개의 경로로 진행하여 광 방향 변경부(150)로 입사한 광들 사이에는 스크린의 해상도를 불균일하게 할 수 있는 광로차가 발생할 수 있는데, 프리즘(110)은 이러한 광들 사이의 광로차를 조절할 수 있다. 즉, 프리즘(110)은 광들 사이의 광로차를 감소시키거나 제거할 수 있다. 프리즘(110)이 상기 광로차를 조절하는 원리에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.
광 스캐닝부(120)는 MEMS 미러를 포함할 수 있다. 상기 MEMS 미러는 수평 및 수직 방향의 두 개의 축에 의한 구동으로 인해 광원(미도시)으로부터 출사된 레이저 빔(예를 들면, 적색광, 녹색광, 청색광 또는 이들의 결합)을 주사하는 광 스캐닝부(120)로서 기능할 수 있다. 상기 MEMS 미러는 광 방향 변경부(150)에 이미지를 투영할 수 있다. 광 스캐닝부(120)는 상기 MEMS 미러를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니며 상기 MEMS 미러 이외의 레이저 빔을 출사할 수 있는 부재를 포함할 수 있다. 또한 광 스캐닝부(120)는 레이저 빔 이외의 다른 광을 출사할 수 있는 부재를 포함할 수 있다. 나아가, 광 스캐닝부(120)로부터 출사된 광은 평행광 생성부(130)에 입사할 수 있다.
평행광 생성부(130)는 광 스캐닝부(120)로부터 출사된 광을 서로 평행하게 진행하도록 만드는 부재일 수 있다. 평행광 생성부(130)는 포물선 거울을 포함할 수 있다. 위와 같이 평행광 생성부(130)의 초점 위치에서 출사된 광이 평행광 생성부(130)의 각 점에서 반사하는 경우 각 반사광의 진행 방향은 평행광 생성부(130)의 광축과 평행하게 될 수 있다. 따라서, 광 스캐닝부(120)를 평행광 생성부(130)의 초점 위치에 배치함으로써, 광 스캐닝부(120)에서 출사된 광은 평행광 생성부(130)에 의해 반사되어 진행하는 방향이 평행한 평행광이 될 수 있다. 또한, 광 스캐닝부(120)에서 출사된 광을 평행광으로 할 수 있기만 하면, 상기 포물선 거울 이외의 부재가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8은 상기 포물선 거울 대신에, 콘덴서 렌즈(131) 가 사용된 화상 표시 장치(200)를 도시한 것이다. 또한, 상기 포물선 거울 대신에, 콜리메이터 렌즈(미도시)가 사용될 수 있다. 나아가 평행광 생성부(130)로부터 반사된 상기 평행광은 프리즘(110)에 입사할 수 있다.
프리즘(110)은 평행광 생성부(130)에 의해 반사된 광을 굴절시키는 부재일 수 있다. 프리즘(110)은 꼭지각(α)을 가지는 웨지 프리즘일 수 있다. 프리즘(110)은 광 스캐닝부(120)로부터 광 방향 변경부(150)까지 진행하는 각 광의 경로 상에 마련되며, 상기 굴절을 통해 광 스캐닝부(120)에서 광 방향 변경부(150)에 이르기까지의 각 광의 광로차를 0또는 소정 값 미만이 되도록 조절할 수 있다. 따라서 후술하는 바와 같이 화상 표시 장치(100)(200)는 광 방향 변경부(150)에서의 빔 직경의 차이를 0 또는 소정 값 미만으로 조절할 수 있다.
또한 프리즘(110)은 도 1 및 도 2에 꼭지각(α)이 직각이 아닌 삼각 기둥의 형상을 갖는 이른바 삼각 프리즘인 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로는 각 레이저 빔의 광로차를 0 또는 소정값 미만으로 조절할 수 있다면, 꼭지각(α)이 직각인 이른바 직각 프리즘이 사용 되어도 좋고, 임의의 다면체 형상을 갖는 프리즘이 사용될 수도 있다. 나아가 프리즘(110)을 투과한 레이저 빔은 평면 거울(140)에 입사할 수 있다. 상기 광로차를 0 또는 소정값 미만으로 조절할 수 있는 프리즘(110)의 꼭지각(α)에 대해서는 후술한다.
평면 거울(140)은 프리즘(110)과 광 방향 변경부(150) 사이에 마련되어 프리즘(110)을 통과한 빛을 반사시켜 광 방향 변경부(150)로 입사시킬 수 있다. 평면 거울(140)은 프리즘(110)을 투과한 평행한 레이저 빔을 반사하여 평행 상태를 유지하면서 광 방향 변경부(150)에 입사시킬 수 있다.
광 방향 변경부(150)는 격자 소자를 포함할 수 있다. 광 방향 변경부(150)는 프리즘(110)에 의해 굴절된 평행광이 다시 평면 거울(140)에 의해 반사된 뒤 입사되는 복수의 지점을 포함할 수 있다. 상기 격자 소자는 그 표면에 소정의 요철 패턴을 포함할 수 있다. 상기 요철 패턴의 구체적인 변형예들은 도 11 내지 도 17을 참조하여 후술한다. 평면 거울(140)에 의해 반사된 레이저 광의 진행 방향이 상기 격자 소자의 요철 패턴에 의한 반사 또는 회절 현상에 의해서 바뀔 수 있다. 예를 들어, 상기 격자 소자의 슬릿의 간격 및 가로 세로비를 적절하게 조절하면, 평면 거울(140)로부터 반사된 광의 진행 방향이 상기 격자 소자에 대하여 정면 방향으로 변경될 수 있다.
또한, 상기 격자 소자의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 격자 소자의 표면에 소정의 요철 패턴을 형성하기 위하여 와이어 그리드가 이용될 수 있다. 또한, 상기 격자 소자의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다.
도 3은 비교예에 따른 화상 표시 장치(1000)의 구성 예를 간략하게 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 화상 표시 장치(1000)에서 전파하는 레이저 빔의 빔 직경의 변화를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 화상 표시 장치(1000)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)미러(10), 포물선 거울(20), 격자 소자(30)를 포함할 수 있다. 비교예에서는 본 발명에서의 프리즘이 구비되지 않는다. MEMS미러(10)로부터 출사한 광(예를 들어, 레이저 빔)은 포물선 거울(20)에 의해 광축(21)과 나란한 평행광이 되어 격자 소자(30)에 입사할 수 있다. 격자 소자(30)는 입사된 상기 평행광의 진행 방향을 변경하여 상기 평행광을 스크린(미도시)에 투영시킬 수 있다.
한편, 화상 표시 장치(1000)에서 레이저 빔의 광로차가 발생할 수 있고, 상기 광로차에 의해 상기 스크린의 해상도에 차이가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로는 포물선 거울(20)의 점 A에서 반사되어 격자 소자(30) 표면 끝 a에 입사 한 레이저 빔의 광로는 포물선 거울(20)에서 점 B에서 반사되어 격자 소자(30) 표면 끝 b에 입사 한 레이저 빔의 광로보다 ΔOP 만큼 길어질 수 있다. 예를 들어, 끝점 a에서 끝 b까지의 길이 V가 83.2 [mm]이고, 입사각 θ가 50.0 [deg] 인 경우, 광로차 ΔOP는 다음의 식 1에 의해 약 63.735 [mm]가 될 수 있다.
Figure pat00001
(식 1)
도 4는 레이저 빔의 진행 방향에 따른 빔 직경을 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 레이저 빔과 같이 지향성이 강하고, 언뜻 보기에 똑바로 전파하고 있는 것처럼 보이는 광도 전파와 함께 빔 직경이 일단 좁아진 후 조금씩 넓혀지는 현상이 발생할 수 있다. 여기서, 빔 직경이 가장 좁아진 위치에서의 빔 직경을 '빔 허리(Beam waist, 이하 Wo)' 라고 호칭한다. 빔 허리(Wo)에서 해상도가 가능 높을 수 있다. 또한, 빔 허리(Wo)의 전후의 빔 직경은 서로 닮음 관계를 가질 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 격자 소자(30)의 표면에 생성되는 표시 화상의 해상도를 최대한 높이기 위해서는, 격자 소자(30)의 표면에 빔 허리(Wo)가 위치하도록 각 광학 소자의 위치가 조정될 필요가 있다. 만일, 격자 소자(30)의 표면의 중심점 c(끝점 a와 끝점 b 사이의 중심점)에 빔 허리(Wo)가 위치하도록 조정되어 있다면(다시 말해, 중심점 c에서의 빔 직경이 Wo라면), 중심점 c의 표시 화상의 해상도는 가장 높아질 수 있다. 한편, 중심점 c에 입사된 광과 광로차가 ΔOP / 2 만큼 차이가 나도록 광이 입사하는 지점인 끝점 a와 끝점 b의 빔 직경(W)은 빔 허리(Wo)보다 클 수 있다. 이러한 경우, 끝점 a와 끝점 b의 표시 화상의 해상도는 중심점 c의 표시 화상의 해상도보다 낮아질 수 있다.
한편, 이상적인 가우시안 빔을 상정한 경우의 빔 허리(Wo)는 다음의 식 2에 의해 산출될 수 있다. 그리고 끝점 a와 끝점 b의 빔 직경(W)은 다음의 식 3에 의해 산출될 수 있다. 또한, 식 2의 λ는 레이저 빔의 파장을 나타낸다.
Figure pat00002
(식 2)
Figure pat00003
(식 3)
도 5는 도 3의 화상 표시 장치(1000)에 있어서, 레이저 빔의 격자 소자(30)에 대한 입사각 θ, 레이저 빔의 최대의 광로차 ΔOP 및 빔 직경의 차이의 관계의 구체적인 예를 나타내는 표이다.
도 5에 도시된 광로차 ΔOP는 식 1을 통해 구해지며, 격자 소자(30)의 끝점 a에서 끝 b까지의 길이 V가 83.2 [mm]로 주어진 상태로 계산한 것이다.
도 5를 참조하면, 입사각 θ와 최대의 광로차 ΔOP과 식 2에 의해 산출된 빔 허리(Wo)와 상기 식 3에 의해 산출된 빔 직경(W)과의 관계의 구체적인 예를 알 수 있다. 예를 들어, 입사각 θ가 7.7도가 되도록 레이저 빔이 격자 소자(30)에 입사할 수 있다. 이 경우 최대의 광로차 ΔOP는 11.171mm가 되고, 빔 허리(Wo)는 0.061mm가 되고, 빔 허리(Wo)에서 ΔOP / 2만큼 떨어진 점에서 빔 직경(W)은 0.086mm가 된다. 입사각 θ가 클수록 격자 소자(30)의 표면에서의 빔 직경의 차이가 커지므로 표시 화상의 해상도가 더 낮아진다. 또한, 도 5의 빔 허리(Wo) 및 빔 직경(W)은 식 2의 파장 λ가 약 523nm인 경우로 계산되고 있다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴본 바와 같이, 화상 표시 장치(1000)에서는 격자 소자(30)에 입사하는 레이저 빔들 사이의 광로차가 발생하는 현상과, 레이저 빔이 진행함에 따라 빔 직경이 변화하는 특성에 따라 화상 표시 장치(1000)의 해상도가 불균일해질 수 있다. 반면에, 도 1 및 도 2에 개시되어 있는 실시예에 따른 화상 표시 장치(100)는 레이저 빔들 사이의 광로차를 조절하여 광로차가 감소되거나 제거될 수 있도록 하는 프리즘(110)을 포함하여 균일한 해상도를 가질 수 있다.
도 6은 도 1 및 도 2에 개시된 광 방향 변경부(150)에 대한 레이저 빔의 입사각 θ, 레이저 빔의 최대의 광로차 ΔOP 및 프리즘(110)의 꼭지각(α)과의 관계의 구체적인 예를 나타내는 표이다.
앞서 설명한 바와 같이, 프리즘(110)은 광 스캐닝부(120)에서 광 방향 변경부(150)에 이르기까지의 각 광의 광로차를 조절할 수 있다. 웨지 프리즘(110)은 각 광로차를 0으로 만들거나 소정 값 미만으로 조절할 수 있다. 따라서 화상 표시 장치(100)는 광 방향 변경부(150)에서의 빔 직경의 차이를 0으로 만들거나 소정 값 미만으로 조절할 수 있다.
예를 들어, 화상 표시 장치(100)는 광 방향 변경부(150)에서 빔 직경(W)을 빔 허리(Wo)가 되도록 통일시킬 수 있다. 웨지 프리즘(110)의 광로 길이 L(진공에서의 광의 진행 경로)은 웨지 프리즘(110)의 경로 길이 D(광이 통과하는 실제 길이)와 프리즘(110)이 갖는 굴절률 n에 의해 다음 식 4로부터 산출될 수 있다.
Figure pat00004
(식 4)
다시 말해, 프리즘(110)이 1보다 큰 굴절률 n을 갖는 경우, 광로 길이 L은 경로 길이 D보다 길어진다. 이러한 원리를 이용하여 복수 개의 경로를 진행하는 광들의 광로차를 조절할 수 있다. 광로차가 0 또는 소정 값 미만이 되도록 각 부재의 설치 위치, 설치 각도와 프리즘(110)의 꼭지각( α )이 결정될 수 있다.
예를 들어, 광 방향 변경부(150)의 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 길이 V가 83.2mm이고, 광 방향 변경부(150)에 대한 레이저 빔의 입사각 θ가 50.0[deg]인 경우, 상기 식 1에 의해 광로차 ΔOP는 63.735mm가 된다. 이 광로차 ΔOP을 거의 0으로 만드는 프리즘(110)의 꼭지각( α )은 57.15deg로 정해질 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 것은 어디까지나 일례이며, 각 부재의 설치 위치 및 설치 각도 등에 따라 각 값은 변화할 수 있다.
또한 굴절률이 1보다 크면 프리즘(110)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 프리즘(110)의 재질은 유리 또는 수지 등일 수 있다. 유리는 수지에 비해 아베수가 큰 경향이 있기 때문에 유리를 프리즘(110)의 재질로 사용함으로써, 레이저 빔의 파장 차이에 의해 생기는 굴절률 차이를 감소시킬 수 있다. 또한 유리는 수지보다 평면으로 가공하기 쉽다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 화상 표시 장치(200)를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 화상 표시 장치(200)를 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 화상 표시 장치(200)는 도 1 및 도 2의 평행광 생성부(130)가 콘덴서 렌즈(131)로 대체된 것을 제외하면 도 1 및 도 2에 도시된 화상 표시 장치(100)와 동일하다.
도 9는 또 다른 일 실시예에 따른 화상 표시 장치(300)를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 화상 표시 장치(300)는 광 방향 변경부(150)의 후단에 반투명의 스크린(160), 광 방향 변경부(150)와 스크린(160) 사이의 광학계(161)를 포함할 수 있다. 광학계(161)는 스크린(160)에 레이저 빔을 입사시킬 수 있다. 이에 따라 화상 표시 장치 (300)는 헤드 업 디스플레이로 기능할 수 있다. 스크린(160)은 광학계(161)를 통해 입사하는 레이저 빔을 이용하여 허상을 표시하고 사용자는 그 허상을 인식할 수 있다.
도 10은 또 다른 일 실시예에 따른 화상 표시 장치(400)를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 화상 표시 장치(400)는 광 방향 변경부(150)와 광학계(161) 사이에 디퓨저(162)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 광 방향 변경부(150)로부터 입사된 레이저 빔이 디퓨저(162)에서 상을 맺고, 디퓨저(162)는 2차 결상면 역할을 할 수 있다. 그리고 디퓨저(162)가 입사한 레이저 빔을 산란시킴으로써 표시 화상을 인식 가능한 영역인 시각 영역을 확대시킬 수 있다. 또한, 도 9 및 도 10에 나타낸 구성은 어디 까지나 일례이며, 스크린(160), 광학계(161) 및 디퓨저(162)의 배치는 적절하게 변경될 수 있다.
또한, 상기에서 논의된 구성은 어디까지나 일례이며, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)의 구성은 관련 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는 평면 거울(140)을 구비하고 있지 않을 수 있다. 보다 구체적으로는 각 레이저 빔이 광 방향 변경부(150)의 표면에 소정의 입사 각도 θ로 입사 가능하다면(또는 각각의 레이저 빔의 광로차가 거의 0에 가깝다면) 평면 거울(140)은 생략되어도 좋다.
또한, 지금까지 살펴본 실시예들은 헤드 업 디스플레이 이외의 임의의 화상 표시 장치에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 화상 표시 장치는 광 방향 변경부(150)의 후단에 투사 광학계(미도시)를 구비하여 프로젝터 역할을 할 수도 있다. 이와 같이, 화상 표시 장치는 광 방향 변경부(150)의 후단에 임의의 광학계를 구비하여 원하는 화상 표시 장치로 기능 할 수 있다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(150)의 변형을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 광 방향 변경부(150)는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다. 광 방향 변경부(150)는 요철 패턴을 형성하는 와이어 그리드 등을 표면에 구비할 수 있다. 그리고 해당 요철 패턴의 슬릿의 간격 및 가로 세로비는 1차 회절 광선의 진행 방향이 광 방향 변경부(150)에 대하여 정면 방향이 되도록 결정될 수 있다. 또한, 광 방향 변경부(150)에 의해 변경되는 레이저 빔의 진행 방향은 광 방향 변경부(150)에 대해 정면 방향으로 한정되지 않고, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)의 사양에 따라 적절하게 변경 될 수 있다.
도 12는 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(151)의 변형을 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 광 방향 변경부(151)는 표면에 직각 프리즘 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는 광 방향 변경부(151)는 프리즘이 광 방향 변경부(151)에 대하여 정면 방향을 향하도록 복수의 직각 프리즘이 펼쳐진 듯한 형상을 가질 수 있다. 광 방향 변경부(151)는 표면에 형성된 경사면에서 레이저 빔을 반사함으로써 레이저 광의 진행 방향을 소정의 제1 방향으로 변경할 수 있다.
도 13은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(152)의 변형을 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 광 방향 변경부(152)는 표면에 프리즘 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함 할 수 있다. 보다 구체적으로는 광 방향 변경부(152)는 꼭지각( α )이 광 방향 변경 부분에 대하여 앞쪽을 향하도록 복수의 삼각 프리즘이 펼쳐진 듯한 형상을 가질 수 있다. 광 방향 변경부(152)는 표면에 형성된 경사면에서 레이저 빔을 반사함으로써 레이저 광의 진행 방향을 소정의 제 1방향으로 변경할 수 있다.
도 14는 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(153)의 변형을 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 광 방향 변경부(153)는 표면에 실린드리컬 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다. 상기 실린드리컬 형상은 원기둥의 일부가 잘린 반원통 형상을 의미한다. 광 방향 변경부(153)는 실린드리컬 형상의 표면에서 레이저 빔을 반사함으로써 레이저 광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 또한, 광 방향 변경부(153)는 표면에 실린드리컬 형상을 갖기 때문에 레이저 빔이 반사되는 위치에 따라 반사 후 레이저 빔은 여러 방향으로 진행(산란)할 수 있다. 따라서 광 방향 변경부(153)는 시각 영역을 확대시킬 수 있다.
도 15는 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(154)의 변형을 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, 광 방향 변경부(154)는 표면에 포물면 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형 격자 소자를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는 광 방향 변경부(154)는 표면에 임의의 포물선 형상을 가질 수 있다. 광 방향 변경부(154)는 포물선 모양의 표면에서 레이저 빔을 반사함으로써 레이저 광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 또한, 광 방향 변경부(154) 표면에 포물면 형상을 갖기 때문에 레이저 빔이 반사되는 위치에 따라 반사 후 레이저 빔은 여러 방향으로 진행(산란)할 수 있다. 따라서 광 방향 변경부(154)는 도 14의 광 방향 변경부(153)와 마찬가지로 시각 영역을 확대시킬 수 있다.
도 16은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(155)의 변형을 도시한 단면도이다.
도 16을 참조하면, 광 방향 변경부(155)는 표면에 구면의 오목 렌즈 어레이 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다. 광 방향 변경부(155)는 표면에서 레이저 빔을 반사함으로써 레이저 빔의 진행 방향을 변경할 수 있다. 또한 광 방향 변경부(155)는 구형의 오목 렌즈가 어레이 형상으로 배치된 것과 같은 표면 형상을 갖기 때문에 레이저 빔이 반사되는 위치에 따라 반사 후 레이저 광은 여러 방향으로 진행(산란)할 수 있다. 따라서 광 방향 변경부(155)는 도 14의 광 방향 변경부(153)와 마찬가지로 시각 영역을 확대시킬 수 있다.
도 17은 다양한 실시예에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)에 포함된 광 방향 변경부(155)의 변형을 도시한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 광 방향 변경부(156)는 표면에 포물선의 오목 렌즈 어레이 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함할 수 있다. 광 방향 변경부(156)는 표면에서 레이저 빔을 반사함으로써 레이저 광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 또한, 광 방향 변경부(156)는 포물선의 오목 렌즈가 어레이 형상으로 배치된 것과 같은 표면 형상을 갖기 때문에 레이저 빔이 반사되는 위치에 따라 반사 후 레이저 광은 여러 방향으로 진행(산란)할 수 있다. 따라서 광 방향 변경부(156)는 도 14의 광 방향 변경부(153)와 마찬가지로 시각 영역을 확대시킬 수 있다.
또한, 포물선의 오목 형상의 표면은 평행광을 반사하여 초점 위치에 광을 모으는 특성을 가진다. 즉, 포물선의 오목 형상의 표면에서 반사된 레이저 빔은 항상 각 포물면의 초점 위치에 모이기 때문에 각 포물면의 초점 위치의 집합에 의해 제2 초점면이 생성될 수 있다. 이를 통해 화상 표시 장치(100)는 복수의 초점면에서 표시 화상이 투영되고 있는 것처럼 사용자에게 인식시킬 수 있다. 다시 말해, 화상 표시 장치(100)는 레이저 빔이 광 방향 변경부(156)에 의해 반사되는 방향에 따라 시계열적으로 표시 내용을 제어함으로써 3D 표시를 실현하는 것도 가능하다.
또한, 도 11 내지도 17을 참조하여 설명한 광 방향 변경부로 사용되는 각 부재의 재질 및 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 개시에 따른 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는 광원으로부터 출사된 광을 주사하는 광 스캐닝부(120)와, 주사된 광을 평행광으로 만드는 평행광 생성부(130)와, 평행광을 굴절시키는 웨지 프리즘(110)과 광의 진행 방향을 변경하는 광 방향 변경부(150)를 포함한다. 웨지 프리즘(110)은 각 광의 광로차를 조절하여 거의 0(또는 소정 값 미만)으로 할 수 있다. 따라서 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는 광 방향 변경부(150) 상의 빔 직경의 차이를 거의 0(또는 소정 값 미만)으로 할 수 있다. 예를 들어, 화상 표시 장치(100)는 광 방향 변경부(150) 상의 빔 직경을 빔 허리(Wo)로 통일시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하면서 화상 표시 장치의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명하였으나, 상기 화상 표시 장치는 이러한 예에 한정되지 않는다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 화상 표시 장치의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: MEMS 미러
20: 포물선 거울
21: 광축
30: 격자 소자
100, 200, 300, 400, 1000: 화상 표시 장치
110: 프리즘
120: 광 스캐닝부
130: 평행광 생성부
131: 콘덴서 렌즈
140: 평면 거울
150: 광 방향 변경부
151: 표면에 직각 프리즘 형상을 갖는 반사형 광학 소자
152: 표면에 프리즘 형상을 갖는 반사형 광학 소자
153: 표면에 반원통 형상을 갖는 반사형 광학 소자
154: 표면에 포물면 형상을 갖는 반사형 광학 소자
155: 구면 오목 렌즈 어레이 형상으로 배치된 것과 같은 표면 형상을 갖는 반사형 광학 소자
156: 포물선의 오목 렌즈 어레이 형상으로 배치된 것과 같은 표면 형상을 갖는 반사형 광학 소자.
160: 결합기
161: 광학계
162: 디퓨저

Claims (18)

  1. 광원에서 출사된 광을 주사하는 광 스캐닝부;
    상기 주사된 빛을 평행광으로 만드는 평행광 생성부;
    상기 평행광을 굴절시키는 프리즘;
    상기 프리즘에 의해 굴절된 평행광이 입사되는 복수의 지점을 포함하며 상기 평행광을 반사 또는 회절시켜 상기 평행광의 진행 방향을 변경하는 광 방향 변경부; 를 포함하고
    상기 프리즘은 상기 광 스캐닝부로부터 상기 광 방향 변경부까지 진행하는 각 광의 경로 상에 마련되어 상기 광 방향 변경부의 복수의 지점 각각으로 입사된 평행광들의 광로차를 조절하는 화상 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프리즘은 웨지 프리즘인 화상 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 웨지 프리즘의 꼭지각이 변화함에 따라 상기 광로차가 조절되는 화상 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 프리즘은 상기 광로차가 0 이 되도록 하는 꼭지각을 가지는 화상 표시 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 프리즘의 재질은 유리 또는 수지인 화상 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광 스캐닝부는 MEMS미러를 포함하는 화상 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 평행광 생성부는 포물선 거울을 포함하는 화상 표시 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 평행광 생성부는 콘덴서 렌즈를 포함하는 화상 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 프리즘과 상기 광 방향 변경부 사이에 마련되어 상기 프리즘을 통과한 빛을 반사시켜 상기 광 방향 변경부로 입사시키는 평면 거울을 더 포함하는 화상 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부에 의해 진행 방향이 변경된 광이 입사하는 스크린; 및
    상기 스크린과 상기 광 방향 변경부 사이에 마련되어 상기 광을 스크린에 입사시키는 광학계; 를 더 포함하는 화상 표시 장치
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부와 상기 광학계 사이에 디퓨저를 더 포함하며,
    상기 디퓨저는 상기 광 방향 변경부로부터 입사된 광을 산란시키는 화상 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 직각 프리즘 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 프리즘 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 반원통 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 포물면 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 구면 오목 렌즈 어레이 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 광 방향 변경부는 표면에 포물선의 오목 렌즈 어레이 형상의 요철 패턴을 갖는 반사형의 격자 소자를 포함하는 화상 표시 장치.

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