KR20190101884A - 헤드-업 디스플레이 - Google Patents

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KR20190101884A
KR20190101884A KR1020190019635A KR20190019635A KR20190101884A KR 20190101884 A KR20190101884 A KR 20190101884A KR 1020190019635 A KR1020190019635 A KR 1020190019635A KR 20190019635 A KR20190019635 A KR 20190019635A KR 20190101884 A KR20190101884 A KR 20190101884A
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리벤 웨먼
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가부시키가이샤 덴소
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Abstract

복수의 발광 소자를 갖는 인쇄 회로 기판(12)을 포함하는 헤드-업 디스플레이 조립체(10)가 제공된다. 디스플레이 요소(20)가 복수의 발광 소자에 의해 조명된다. 전반사(TIR) 렌즈 어레이(50)가 복수의 TIR 렌즈(60)를 포함한다. 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 복수의 발광 소자의 상이한 소자와 정렬되어 복수의 발광 소자에 의해 방출되는 광을 디스플레이 요소(20)로 반사시키고 그에 따라 디스플레이 요소(20)를 조명한다.

Description

헤드-업 디스플레이{HEAD-UP DISPLAY}
관련출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2018년 2월 23일자로 출원된, 미국 임시 출원 제62/634,417호 그리고 2018년 9월 6일자로 출원된 미국 실용신안등록 출원 제16/123,754호의 이익을 주장한다. 위의 출원의 전체적인 개시내용은 본 출원에 참조로 포함된다.
본 개시내용은 차량을 위한 것과 같은, 헤드-업 디스플레이에 관한 것이다.
이 섹션은 종래 기술일 필요가 없는, 본 개시내용과 관련된 배경 정보를 제공한다.
차량 헤드-업 디스플레이를 위한 전형적인 백라이팅 설계는 보통 LED로부터의 광을 수집하는 제1 요소, 광속을 시준하는 제2 요소, 및 중심으로부터 좌측 및 우측 아이박스 위치(eyebox position)로 에너지를 확산시키고 및/또는 재분배하는 제3 요소와 같은, 2개 또는 3개의 광학 요소를 포함한다. 기존의 헤드-업 디스플레이 백라이팅 설계는 그 의도된 용도에 적절하지만, 그것들은 개선의 대상이다. 예를 들어, 기존의 설계는 아이박스 상에서의 원하는 휘도 균일성을 제공할 수 없다. 본 개시내용은 단일의 광학 요소만으로, 아이박스 상에서의 휘도 강도를 최대화하고, 또한 휘도 균일성에 대한 산업 요건, 그리고 또한 우측 및 좌측 아이박스 위치에 따라 휘도 강도를 조정하는 유연성을 충족시키는 헤드-업 디스플레이 조립체를 제공한다는 점에서 유리하다. 본 개시내용은 본 명세서에 상세하게 설명되는 바와 같이, 그리고 본 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이 많은 추가적인 장점을 제공한다.
이 섹션은 본 개시내용의 대체적인 요약을 제공하고, 그 전체적인 범주 또는 모든 그 특징부의 포괄적인 개시내용을 제공하는 것은 아니다.
본 개시내용은 헤드-업 디스플레이 조립체를 포함한다. 헤드-업 디스플레이 조립체는 복수의 발광 소자를 갖는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 디스플레이 요소가 복수의 발광 소자에 의해 조명된다. 전반사(total internal reflection)(TIR) 렌즈 어레이가 복수의 TIR 렌즈를 포함한다. 복수의 TIR 렌즈의 각각의 렌즈는 복수의 발광 소자의 상이한 소자와 정렬되어 복수의 발광 소자에 의해 방출되는 광을 디스플레이 요소로 반사 및 굴절시키고 그에 따라 디스플레이 요소를 조명한다.
추가적인 적용가능 영역이 본 명세서에 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 요약에서의 설명 및 특정 예는 예시의 목적만을 위해 의도되고, 본 개시내용의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 명세서에 설명되는 도면은 선택된 실시예의 예시적인 목적만을 위한 것이고, 모든 가능한 실시예를 제공하지 않고, 본 개시내용의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시내용에 따른 헤드-업 디스플레이 조립체의 분해도.
도 2는 도 1의 헤드-업 디스플레이 조립체의 렌즈 어레이의 사시도.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취해진 단면도.
도 4는 도 3의 영역(A)의 근접도.
대응하는 도면 번호는 도면 중 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 지시한다.
예시적인 실시예가 이제부터 첨부 도면을 참조하여 더 충분하게 설명될 것이다.
도 1을 우선 참조하면, 본 개시내용에 따른 헤드-업 디스플레이(HUD) 조립체가 대체로 도면 부호 10으로 도시된다. HUD 조립체(10)는 복수의 발광 소자를 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)(12)을 포함한다. 발광 다이오드(LED)(14)와 같은, 임의의 적절한 발광 소자가 포함될 수 있다. LED(14)는 디스플레이 요소(20)를 조명한다. 디스플레이 요소(20)는 액정 디스플레이와 같은, 임의의 적절한 디스플레이일 수 있다. 박막-트랜지스터 액정 디스플레이와 같은, 임의의 적합한 액정 디스플레이가 포함될 수 있다. LED(14)로부터의 광이 본 개시내용에 따른 전반사(TIR) 렌즈 어레이(50)에 의해 디스플레이 요소(20)로 유도된다. 임의의 적절한 광 확산기(22)가 TIR 렌즈 어레이(50)와 디스플레이 요소(20) 사이에 배열될 수 있다.
HUD 조립체(10)는 임의의 적절한 차량 또는 비-차량 적용분야에 사용되어 사용자에게 정보를 전달하도록 구성될 수 있다. 차량 적용분야에 대해, HUD 조립체(10)는 운전자의 시야 내에 정보를 표시하여 차량의 안전한 동작을 향상시키도록 구성될 수 있다. 현재의 차량 속도; 도로 속도 제한; 엔진 속도 제한; 행로 명령; 차량 진로; 및 엔터테인먼트 시스템 정보(예컨대, 현재의 라디오 방송국, 선택된 팟캐스트 등)를 포함하지만, 그것에 제한되지 않는, 임의의 적절한 정보가 HUD 조립체(10)에 의해 표시될 수 있다. 헤드-업 디스플레이 조립체(10)는 또한 항공기 적용분야, 선박 적용분야, 군사 적용분야 등과 같은, 임의의 적절한 비-차량 적용분야에 사용되도록 구성될 수 있다.
도 1을 계속하여 참조하고, 도 2-4를 추가적으로 참조하여, TIR 렌즈 어레이(50)가 이제부터 더 상세하게 설명될 것이다. TIR 렌즈 어레이(50)는 전방 측면(52)(예를 들어, 도 1 및 3 참조) 및 후방 측면(54)(예를 들어, 도 2 및 3 참조)을 갖는다. TIR 렌즈 어레이(50)는 복수의 TIR 렌즈(60)를 포함한다. 각각의 LED(14)를 위한 하나의 TIR 렌즈와 같은, 임의의 적절한 개수의 TIR 렌즈(60)가 포함될 수 있다. TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 광 입력 개구(62)를 한정한다. TIR 렌즈 어레이(50)는 각각의 광 입력 개구(62)가 LED(14) 중 하나와 정렬되도록 PCB(12) 위에 배열된다(TIR) 렌즈(60)와 LED(14) 사이의 정렬상태를 도시하는, 도 4 참조).
예를 들어, 도 4를 참조하면, 각각의 TIR 렌즈(60)는 광 입력 개구(62)에 있는 제1 광 투과 평면(70)을 갖는다. 제1 광 투과 평면(70)은 측벽(72) 그리고 PCB(12)의 방향에 대해 볼록한, 곡면형 표면(또는 곡면형 렌즈)(74)을 포함한다. 굴절 평면(80)이 측벽(72)을 포위한다. 굴절 평면(80)은 측벽(72) 주위에서 연장하여 티컵 형태 렌즈로서 TIR 렌즈(60)를 제공한다.
오목 렌즈릿(negative lenslet)일 수 있는, 전방 측면(52)에 있는 제2 광 투과 평면(82)이 광 입력 개구(62)에 대향한다. 제2 광 투과 평면(82)은 TIR 렌즈 어레이(50)의 전방 측면(52)을 횡단하여 연장하는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 제2 광 투과 평면(82)은 핫스폿(hotspot)을 추가로 제거하고 그것을 통과하는 광속을 더 균질하게 하는 임의의 적절한 홈, 텍스처, 및/또는 오목/볼록 표면을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, LED(14)로부터의 광이 제1 광 투과 평면(70)의 측벽(72)을 통과함에 따라, 광은 굴절 평면(80)에서 반사되고, 산란 없이 제2 광 투과 평면(82)으로 그리고 그것을 통해 유도된다. 곡면형 표면(74)을 통과하는 LED(14)로부터의 광이 곡면형 표면(74)을 통과하고, TIR 렌즈(60) 외부로 제2 광 투과 평면(82)을 통해 직선형으로 유도된다.
TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 LED(14)로부터의 광을 수집 및 시준하고(포커싱하고, 디포커싱하고), 그에 따라 더 효과적인 확산기(22)가 휘도 균일성을 성취하는 데 사용되게 한다는 점에서 유리하다. 단일의 TIR 렌즈(60)가 균질한 광을 수집, 시준, 및 재분배할 수 있기 때문에, 본 개시내용은 중심으로부터 좌측 및 우측 아이박스 위치로 광을 수집하고, 시준하고, 확산시키고 및/또는 재분배하는 각각의 작업에 다수의 구성요소를 요구하는 기존의 헤드-업 디스플레이 조립체보다 우수한 비용 절감을 제공한다는 점에서 유리하다. 또한, TIR 렌즈 어레이(50)가 광 강도를 최대화하기 때문에, LED(14)의 개수는 기존의 조립체에 비해 감소되고, 그 결과 에너지 절감을 발생시킨다. 또한, TIR 렌즈 어레이(50)는 기존의 조립체에 비해 비교적 작은 두께를 갖고, 그 결과 높이 감소를 발생시킨다는 점에서 유리하다. 일체형 TIR 렌즈(60)는 또한 기존의 조립체에 비해 제조하는 데 더 적은 시간을 요구한다는 점에서 유리하다.
상기 실시예의 위의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 그것은 완전하거나 본 개시내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별적인 구성요소 또는 특징부가 대체로 그 특정 실시예로 제한되지 않고, 또한, 적용가능하면, 상호교환가능하고, 명시적으로 도시 또는 설명되지 않을 때에도, 선택된 실시예에 사용될 수 있다. 동일한 사항이 또한 많은 방식으로 변화될 수 있다. 그러한 변화는 본 개시내용으로부터의 이탈로서 간주되지 않아야 하고, 모든 그러한 변형은 본 개시내용의 범주 내에 포함되도록 의도된다.
예시적인 실시예는 본 개시내용이 완전하고, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 그 범주를 충분히 전달하도록 제공된다. 특정 구성요소, 디바이스, 및 방법의 예와 같은 많은 특정 세부사항이, 본 개시내용의 실시예의 충분한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 특정 세부사항이 채용될 필요가 없고, 예시적인 실시예가 많은 상이한 형태로 실시될 수 있고, 위의 둘 모두가 본 개시내용의 범주를 제한하도록 해석되지 않아야 한다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 일부의 예시적인 실시예에서, 널리-알려진 공정, 널리-알려진 디바이스 구조, 및 널리-알려진 기술은 상세히 설명되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 용어는 특정한 예시적인 실시예를 설명할 목적을 위한 것이고 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a", "an", 및 "the"는 문맥이 그렇지 않은 것으로 명확하게 지시하지 않으면, 복수 형태를 또한 포함하도록 의도될 수 있다. 용어 "comprises", "comprising", "including", 및 "having"은 포괄적이고 그에 따라 언급된 특징부, 완전체(integer), 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 완전체, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에 설명되는 방법 단계, 공정, 및 동작은 작동의 순서로서 명시적으로 확인되지 않으면, 논의 또는 예시되는 특정 순서로의 그 작동을 반드시 요구하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 추가적인 또는 대안적인 단계가 채용될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
요소 또는 층이 또 다른 요소 또는 층에 대해 "그 위에 있는", "그것에 결합되는", "그것에 연결되는" 또는 "그것에 커플링되는" 것으로서 언급될 때에, 그것은 다른 요소 또는 층에 대해 바로 그 위에 있거나, 그것에 결합, 연결 또한 커플링될 수 있거나, 개재 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소가 또 다른 요소 또는 층에 대해 "바로 그 위에", "바로 그것에 결합되는", "바로 그것에 연결되는" 또는 "바로 그것에 커플링되는" 것으로서 언급될 때에, 개재 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 사이의 관계를 설명하는 데 사용되는 다른 용어가 동일한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대, "사이에 있는" 대 "바로 그 사이에 있는", "인접한" 대 "바로 인접한" 등). 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 관련하여 나열된 항목 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
용어 제1, 제2, 제3 등이 본 명세서에서 다양한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 용어는 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 또 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하는 데에만 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용될 때의 "제1", "제2"와 같은 용어 그리고 다른 수치 용어는 문맥에 의해 명확하게 지시되지 않으면 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 아래에서 논의되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예의 교시내용으로부터 벗어나지 않으면서 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
"inner", "outer", "beneath", "below", "lower", "above", "upper" 등과 같은, 공간과 관련된 용어가 본 명세서에서 설명의 용이화를 위해 도면에 도시된 바와 같이 하나의 요소 또는 특징부의 또 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 설명하는 데 사용될 수 있다. 공간과 관련된 용어는 도면에 도시된 배향에 추가하여 사용 또는 동작 시의 상기 디바이스의 상이한 배향을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면에서의 디바이스가 역전되면, 다른 요소 또는 특징부 아래쪽에("below" 또는 "beneath") 있는 것으로 설명된 요소는 다른 요소 또는 특징부 위쪽에("above") 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "below"는 위쪽 및 아래쪽의 배향 둘 모두를 포함할 수 있다. 상기 디바이스는 다르게 배향(90˚ 회전 또는 다른 배향으로)될 수 있고, 본 명세서에 사용되는 공간과 관련된 용어는 그에 따라 해석될 수 있다.

Claims (20)

  1. 헤드-업 디스플레이 조립체이며,
    복수의 발광 소자를 포함하는 인쇄 회로 기판(12);
    복수의 발광 소자에 의해 조명되는 디스플레이 요소(20); 및
    전반사(TIR) 렌즈 어레이(50)로서, 복수의 TIR 렌즈(60)를 포함하고, 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 복수의 발광 소자의 상이한 소자와 정렬되어 복수의 발광 소자에 의해 방출되는 광을 디스플레이 요소(20)로 반사 및 굴절시키고 그에 따라 디스플레이 요소(20)를 조명하는, 전반사(TIR) 렌즈 어레이(50)
    를 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 발광 소자는 발광 다이오드(14)인, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 디스플레이 요소(20)는 액정 디스플레이를 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 디스플레이 요소(20)는 박막-트랜지스터 액정 디스플레이인, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 광 입력 개구(62)를 한정하고,
    발광 소자의 각각의 소자는 복수의 TIR 렌즈(60)의 상이한 렌즈의 광 입력 개구(62)와 정렬되는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 광 입력 개구(62)를 한정하고,
    발광 소자의 각각의 소자는 복수의 TIR 렌즈(60)의 상이한 렌즈의 광 입력 개구(62) 내로 연장하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는 티 컵 렌즈인, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈는,
    복수의 발광 소자 중 하나로부터의 광을 수용하는 광 입력 개구(62)를 한정 하고;
    발광 소자로부터의 광이 투과되는 광 입력 개구(62)에 있는 제1 광 투과 평면(70)을 포함하고;
    광 입력 개구(62)를 포위하는 굴절 평면(80)을 포함하고;
    광이 TIR 렌즈 어레이(50)로부터 출사되는 제2 광 투과 평면(82)을 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 제1 광 투과 평면은 측벽(72) 및 곡면형 표면(74)을 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 곡면형 표면(74)은 광 입력 개구(62)에 있는 발광 소자와 제2 광 투과 평면(82) 사이에 있는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  11. 제9항에 있어서, 곡면형 표면(74)은 광 입력 개구(62)에 있는 발광 소자에 대해 볼록한, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  12. 제9항에 있어서, 곡면형 표면(74)을 통과하는 광이 굴절 평면(80)에 의해 반사되지 않으면서 제2 광 투과 평면(82)으로 직접적으로 유도되는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  13. 제8항에 있어서, 제2 광 투과 평면(82)은 오목 렌즈릿인, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  14. 제8항에 있어서, 제2 광 투과 평면(82)은 TIR 렌즈 어레이(50)의 전방 측면(52)을 횡단하여 연장하는 재료를 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 광 투과 평면(82)은 홈, 텍스처, 오목 표면, 및 볼록 표면 중 적어도 하나를 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  16. 헤드-업 디스플레이 조립체이며,
    복수의 발광 소자를 포함하는 인쇄 회로 기판(12);
    복수의 발광 소자에 의해 조명되는 디스플레이 요소(20);
    전반사(TIR) 렌즈 어레이(50)로서, 복수의 TIR 렌즈(60)를 포함하는, 전반사(TIR) 렌즈 어레이(50);
    복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈에 의해 한정되는 광 입력 개구(62)로서, 복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈의 광 입력 개구(62)는 복수의 발광 소자의 상이한 소자를 수용하여 광을 반사시키고 그에 따라 디스플레이 요소(20)를 조명하는, 광 입력 개구(62);
    복수의 TIR 렌즈(60)의 각각의 렌즈에 포함되는 제1 광 투과 평면(70), 광 굴절 평면(80), 및 제2 광 투과 평면(82);
    제1 광 투과 평면(70)에 포함되는 곡면형 렌즈로서, 곡면형 렌즈는 발광 소자 중 하나와 제2 광 투과 평면(82) 사이에 있는, 곡면형 렌즈; 및
    제1 광 투과 평면(70)에 포함되는 측벽으로서, 측벽은 광 입력 개구(62) 주위에서 연장하는, 측벽
    을 포함하고,
    굴절 평면(80)은 광 입력 개구(62) 및 제1 광 투과 평면(70)을 포위하는,
    헤드-업 디스플레이 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 제2 광 투과 평면(82)은 TIR 렌즈 어레이(50)의 전방 측면(52)을 횡단하여 연장하는 재료를 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  18. 제16항에 있어서, 제2 광 투과 평면(82)은 오목 렌즈릿인, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  19. 제16항에 있어서, TIR 렌즈 어레이(50)는 발광 소자로부터의 광을 수집하여 시준하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 광 투과 평면(82)은 홈, 텍스처, 오목 표면, 및 볼록 표면 중 적어도 하나를 포함하는, 헤드-업 디스플레이 조립체.
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