KR20210026169A - 헤드업 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제한된 공간 내에 위치할 수 있으면서도 멀티뷰를 구현할 수 있는 헤드업 디스플레이장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 제 1 표시패널을 투명디스플레이장치로 구비하고, 제 1 표시패널의 일측으로 선편광된 광을 출사하는 제 2 표시패널을 위치하며, 제 1 및 제 2 표시패널로부터 구현되는 영상들을 가이드할 수 있는 편광반사미러, 위상지연미러부 그리고 곡면반사부를 포함하도록 디스플레이장치를 구비하는 것이다.
이를 통해, 헤드업 디스플레이장치의 디스플레이장치가 제한된 공간 내에 위치하도록 컴팩트화 할 수 있으면서도, 서로 입체감을 가질 수 있는 멀티뷰 또한 구현할 수 있게 된다.
따라서, 운전자의 편의성을 증대시킬 수 있으며, 운전자에게 제공하는 영상과 실제 환경과의 이질감 또한 해소할 수 있게 된다.

Description

헤드업 디스플레이장치{Head Up Display device}

본 발명은 제한된 공간 내에 위치할 수 있으면서도 멀티뷰를 구현할 수 있는 헤드업 디스플레이장치에 관한 것이다.

근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 표시장치(flat display device)가 개발되어 각광받고 있다.

이 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 그리고 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED) 및 퀀텀닷발광소자(Quantum-dot light emitting diodes: QLED)등을 포함하는 전계발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들 표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

최근 이러한 표시장치는 차량 등의 이동체에 탑재되어, 운전 중인 운전자에게 차량 주행정보와 주변상황 정보를 효과적으로 전달해주는 매체 중 하나인 헤드업 디스플레이(Head Up Display : HUD)장치로도 활발히 연구되고 있다.

보다 정확하게 헤드업 디스플레이장치란, 차량이나 항공기 주행 중 운전자 정면, 즉 운전자의 주 시야선을 벗어나지 않는 범위에서 차량 주행 정보나 기타 정보를 제공하는 시스템이다.

이러한 차량용 헤드업 디스플레이장치는 윈드쉴드의 운전자의 주 시야선에 네비게이션 정보 또는 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM 등)를 나타나게 하여 운전자가 운전 중에도 쉽게 주행정보를 파악하도록 할 수 있다. 따라서 운전자는 도로로부터 눈을 떼지 않고도 중요한 주행정보를 인지함으로써 안전운행을 할 수 있다.

최근 이러한 헤드업 디스플레이장치는 운전자에게 보다 다양한 정보를 동시에 제공하고자 멀티뷰를 구현하고자 하나, 공간상의 제약이 따른다는 문제점이 있다.

즉, 헤드업 디스플레이장치를 통해 멀티뷰를 구현하기 위해서는 각 영상에 따른 디스플레이장치가 각각 구비되어야 하며, 또한 광경로의 확보가 필수적이다. 따라서, 차량용 헤드업 디스플레이의 크기가 커지게 되며, 크기가 큰 차량용 헤드업 디스플레이는 제한된 차량 내부 공간에 적용하는 것이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제한된 공간 내에 위치할 수 있으면서도 멀티뷰를 구현할 수 있는 헤드업 디스플레이장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 투명디스플레이로 이루어지며, 제 1 영상을 구현하는 제 1 표시패널과, 상기 제 1 표시패널의 일측으로 위치하며, 선편광된 제 2 영상을 구현하는 제 2 표시패널과, 상기 제 1 표시패널의 상기 제 1 영상이 출광되는 전방에 위치하는 위상차필름과, 상기 제 1 표시패널의 배면에 위치하는 평면반사미러를 포함하는 위상지연미러부와, 상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상이 모두 투과되는 편광반사미러와, 상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상이 동일한 입사각도를 유지한 체, 서로 다른 광학거리로 입사되는 곡면반사미러를 포함하며, 상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상은 윈드쉴드에 투영되어, 상기 윈드쉴드를 기준으로 서로 다른 위치에 제 1 및 제 2 허상을 구현하는 헤드업 디스플레이장치를 제공한다.

여기서, 상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상은 상기 곡면반사미러에 반사되어, 상기 윈드쉴드에 투영되며, 상기 제 1 표시패널과 상기 편광반사미러 그리고 상기 곡면반사미러는 동일한 광경로에 위치한다.

그리고, 상기 곡면반사미러의 중앙점을 기준으로 상기 제 1 표시패널과 상기 편광반사미러는 일직선 상에 평행하게 위치하며, 상기 제 1 영상은 상기 편광반사미러를 투과하여 상기 곡면반사미러로 입사되며, 상기 제 2 영상은 상기 편광반사미러에 반사되어, 상기 제 1 표시패널을 투과한다.

이때, 상기 제 1 표시패널은 상기 편광반사미러에 수직한 법선과 제 1 각도로 배치되며, 상기 제 2 표시패널은 상기 편광반사미러에 수직한 법선과 제 2 각도로 배치되며, 상기 제 1 및 제 2 각도는 동일하며, 상기 제 1 표시패널을 투과한 상기 제 2 영상은 상기 평면반사미러에 의해 반사되어, 상기 편광반사미러를 투과하여 상기 곡면반사미러로 입사된다.

또한, 상기 편광반사미러는 와이어 그리드 편광기(Wire Gride Polarizer: WGP)로 이루어지며, 상기 위상차필름은 1/4 파장판(quarter wave plate)이다.

그리고, 상기 곡면반사미러는 상기 편광반사미러를 향해 오목한 오목거울로 이루어지며, 상기 제 1 표시패널은 표시영역과 투과영역이 구비된다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 표시패널은 발광다이오드를 포함하는 유기발광소자로 이루어지며, 상기 제 2 표시패널은 상기 제 2 영상이 출광되는 전방으로 편광판이 위치한다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 헤드업 디스플레이장치를 제 1 표시패널을 투명디스플레이장치로 구비하고, 제 1 표시패널의 일측으로 제 2 표시패널을 위치하며, 편광반사미러, 위상지연미러부 그리고 곡면반사부를 포함하도록 디스플레이장치를 구비함으로써, 디스플레이장치가 제한된 공간 내에 위치하도록 컴팩트화 할 수 있으면서도, 서로 입체감을 가질 수 있는 멀티뷰 또한 구현할 수 있는 효과를 갖게 된다.

따라서, 운전자의 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있으며, 운전자에게 제공하는 영상과 실제 환경과의 이질감 또한 해소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2a ~ 2b는 헤드업 디스플레이장치에 의해 구현되는 멀티뷰 이미지를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치의 디스플레이장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 표시패널을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 표시패널을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치의 제 1 및 제 2 영상이 구현되는 모습을 개략적으로 도시한 간략도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 블록도이며, 도 2a ~ 2b는 헤드업 디스플레이장치에 의해 구현되는 멀티뷰 이미지를 개략적으로 도시한 도면이다.

설명에 앞서, 이하에서 설명하는「이동체(101)」는 예를 들면, 차량, 선박, 및 항공기 등을 포함할 수 있는데, 차량은 예를 들면, 자동차, 산업 차량, 철도 차량, 생활 차량, 및 활주로를 주행하는 고정익기 등을 포함할 수 있다.

그리고 자동차는 예를 들면, 승용차, 트럭, 버스, 이륜차, 및 트롤리 버스 등을 포함할 수 있으며, 산업 차량은 예를 들면, 농업 및 건설용의 산업 차량, 포크리프트 및 골프 카트 등을 포함할 수 있다. 여기서, 농업용의 산업 차량은 예를 들면, 트랙터, 경운기, 이식기, 바인더, 콤바인, 및 예취기 등을 포함할 수 있으며, 건설용의 산업 차량은 예를 들면, 불도저, 스크레이퍼, 셔블카, 크레인차, 덤프카, 및 로드롤러 등을 포함할 수 있다.

선박은 예를 들면, 머린 제트, 보트, 및 탱커 등을 포함할 수 있으며, 항공기는 예를 들면, 고정익기 및 회전익기 등을 포함할 수 있다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 이동체(101) 및 디스플레이장치(110)를 포함하며, 디스플레이장치(110)는 이동체(101) 내에 구비된다.

디스플레이장치(110)로부터 구현되는 영상은 이동체에 구비되어 운전자로 하여금 주변 차량 및 도로 상황을 인지할 수 있도록 외부 시야를 확보하게 하는 윈드쉴드(Wind shield, 120)에 반사되어 운전자에게 전달되게 된다.

즉, 디스플레이장치(110)로부터 출사된 영상은 윈드쉴드(120)에 의해 반사되어 운전자의 아이박스(E)까지 도달하게 되는데, 운전자의 눈이 아이박스(E) 내에 위치하는 경우 디스플레이장치(110)로부터 출사된 영상은 운전자에게 도달되어, 운전자는 이동체(101) 보다 전방에 위치하는 영상의 허상(V1, V2)을 시인하게 된다.

따라서, 운전자는 윈드쉴드(120)를 통하여 디스플레이장치(110)로부터 출사되는 영상에 의한 허상(V1, V2)과 실체 물체 및 공간을 동시에 관찰할 수 있어, 운전자의 편의성이 증대될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 제한된 공간 내에 위치하면서도 동시에 제 1 및 제 2 영상을 구현할 수 있는데, 특히 제 1 영상과 제 2 영상에 의한 허상(V1, V2)은 서로 간섭되지 않으면서도 각각 서로 다른 거리에 위치하는 것과 같이 인식되도록 할 수 있다.

즉, 제 1 영상에 의한 제 1 허상(V1)은 윈드쉴드(120)에 인접하여 위치하는 것과 같이 인식되도록 할 수 있으며, 제 2 영상에 의한 제 2 허상(V2)은 제 1 허상(V1)에 비해 윈드쉴드(120)와 멀리 위치하는 것과 같이 인식되도록 할 수 있는 것이다. 이를 통해, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)은 서로 입체감을 가질 수 있다.

따라서, 도 2a에 도시한 바와 같이 헤드업 디스플레이장치(100)는 운전자의 시야에 2개의 네비게이션 영상에 의한 허상(V1, V2)이 나타나도록 할 수 있는데, 윈드쉴드(120)에 인접하여 위치하는 것과 같이 인식되는 제 1 허상(V1)은 운전자가 당장 수행해야 하는 정보를 나타낼 수 있으며, 윈드쉴드(120)로부터 멀리 위치하는 것과 같이 인식되는 제 2 허상(V2)은 운전자가 다음에 수행해야 하는 정보가 나타내도록 할 수 있어, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)은 입체감을 가질 수 있는 것이다.

또는 도 2 b에 도시한 바와 같이 제 1 영상에 의한 제 1 허상(V1)에는 현재 차량의 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM 등)가 나타나도록 하며, 제 1 허상(V1)과 다른 위치를 갖는 제 2 영상에 의한 제 2 허상(V2)에는 네비게이션 정보가 나타나도록 할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치의 디스플레이장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 이동체(도 1의 101)의 윈드쉴드(120)로 영상(I4, I5)을 출사하는 디스플레이장치(110)를 포함하는데, 디스플레이장치(110)는 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)과 위상지연미러부(150), 편광반사미러(160) 그리고 곡면반사미러(170)를 포함한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 각각 구현되는 영상(I1, I2)에 의한 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 간섭되지 않으면서도 각각 서로 다른 거리에 위치하는 것과 같이 인식되어, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 입체감을 갖게 된다.

이와 같이, 운전자의 시야에 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 다른 거리로 인식되도록 하기 위해서는, 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 출사되는 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)이 하나의 곡면반사미러(170)에 동일한 입사각도를 유지한 체, 서로 다른 광학거리(D1, D2, 도 6 참조)로 입사되도록 해야 한다.

이를 위해 제 1 표시패널(130)과 반사편광미러(160) 그리고 곡면반사미러(170)는 모두 동일한 광경로 상에 위치해야 하며, 제 2 표시패널(140)은 광경로를 간섭하지 않는 위치에 배치되는 동시에 반사편광미러(160)에 제 2 표시패널(140)에서 구현되는 제 2 영상(I2)이 모두 투사될 수 있도록 배치되어야 한다.

그리고 제 2 표시패널(140)은 제 2 표시패널(140)로부터 구현되는 제 2 영상(I2)은 모두 제 1 표시패널(130)을 향해 반사편광미러(160)에 반사되도록 배치되어야 한다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 제 1 표시패널(130)은 투명디스플레이로 이루어지는데, 투명디스플레이장치는 광이 투과될 수 있어, 투명디스플레이의 배면으로 위치하는 사물 또는 이미지를 투명디스플레이의 전방에서 시인되도록 할 수 있다.

이러한 투명디스플레이장치로 이루어지는 제 1 표시패널(130)은 다양한 표시장치로 이루어질 수 있는데, 이하에서는 다양한 표시장치 중에서 자발광소자로 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하며, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있는 유기발광소자를 하나의 예로서 설명하도록 하겠다.

도 4를 참조하면, 제 1 표시패널(130)은 화소영역(P)이 표시영역(B)과 투명영역(T)으로 나뉘어 정의되며, 표시영역(B)에는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 발광다이오드(E)가 형성된다.

표시영역(B)의 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성되는 기판(201)은 보호필름(202)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)된다.

이때, 기판(201)과 인캡기판(202)은 모두 투명한 재질로 이루어진다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 화소영역(P)의 기판(201) 상에는 표시영역(B)과 투명영역(T)으로 나뉘어 정의되는데, 이때, 표시영역(B)은 다시 발광다이오드(E)가 구비되어 실질적으로 화상이 구현되는 발광영역(EA)과, 발광영역(EA)의 가장자리를 따라 위치하며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 스위칭영역(TrA)을 포함하는 비발광영역(NEA)으로 정의된다.

표시영역(B)의 비발광영역(NEA) 내에 위치하는 스위칭영역(TrA) 상에는 반도체층(203)이 위치하는데, 반도체층(203)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(203a) 그리고 액티브영역(203a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(203b, 203c)으로 구성된다.

반도체층(203) 상부로 기판(201)의 전면에는 게이트절연막(205)이 위치하며, 게이트절연막(205) 상부에는 반도체층(203)의 액티브영역(203a)에 대응하여 게이트전극(207)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선(미도시)이 구비된다.

또한, 게이트전극(207)과 게이트배선(미도시)을 포함하는 상부로 기판(201)의 전면에는 제 1 층간절연막(206a)이 위치하며, 이때 제 1 층간절연막(206a)과 그 하부의 게이트절연막(205)은 액티브영역(203a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(203b, 203c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(208a, 208b)이 구비된다.

다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(208a, 208b)을 포함하는 제 1 층간절연막(206a) 상부에는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(208a, 208b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(203b, 203c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극(209a, 209b)이 구비되어 있다.

그리고, 소스 및 드레인전극(209a, 209b)과 두 전극(209a, 209b) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(206a) 상부로 기판의 전면에는 제 2 층간절연막(206b)이 위치한다.

이때, 기판(201)의 전면에 위치하는 게이트절연막(205)과 제 1 및 제 2 층간절연막(206a, 206b)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다.

소스 및 드레인전극(209a, 209b)과 이들 전극(209a, 209b)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(203b, 203c)을 포함하는 반도체층(203)과 반도체층(203) 상부에 위치하는 게이트절연막(205) 및 게이트전극(207)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만 게이트배선(미도시)과 교차하여 각각의 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 위치하며, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.

여기서, 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)는 반도체층(203)의 종류에 따라 비결정 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT), 다결정 실리콘 박막트랜지스터(p-Si TFT), 단결정 실리콘 박막트랜지스터(c-Si TFT), 및 산화물 박막트랜지스터(oxide TFT) 등으로 구분할 수 있으며, 도면에서는 반도체층(203)이 탑 게이트(top gate) 타입을 예로써 보이고 있으나, 이의 변형예로써 순수 및 불순물의 비정질실리콘으로 이루어진 보텀 게이트(bottom gate) 타입으로 구비될 수도 있다.

여기서, 제 2 층간절연막(206b)에는 드레인전극(209b)을 노출하는 드레인콘택홀(PH)이 구비되며, 이러한 제 2 층간절연막(206b) 상부로는 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(209b)과 연결되며 예를 들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 발광다이오드(E)의 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(211)이 위치한다.

제 1 전극(211)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO₂:Sb와 같은 금속과 산화물의 혼합물, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT), 그래핀(graphene), 은 나노와이어(silver nano wire) 등으로 이루어질 수 있다.

이러한 제 1 전극(211)은 각 화소영역(P)의 표시영역(B) 별로 위치하는데, 각 표시영역(B) 별로 위치하는 제 1 전극(211) 사이에는 뱅크(bank : 214)가 위치한다. 즉, 제 1 전극(211)은 뱅크(214)를 각 표시영역(B) 별 경계부로 하여 표시영역(B) 별로 분리된 구조를 갖게 된다.

그리고 제 1 전극(211)의 상부에는 유기발광층(213)이 위치하는데, 유기발광층(213)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transport layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transport layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.

유기발광층(213)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(215)이 위치한다.

여기서, 유기발광층(213)은 각 화소영역(P)의 표시영역(B)들에 공통적으로 형성되는 공통층으로 이루어질 수 있으며, 백색광을 발광하는 백색발광층일 수 있으며, 또는 유기발광층(213)은 각 표시영역(B) 별로 분리되어 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 유기발광층(213)이 각 표시영역(B) 별로 분리되어 형성되는 경우, 각 유기발광층(213)은 각 표시영역(B) 별로 서로 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

그리고 제 2 전극(215)은 일함수 값이 비교적 작은 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 제 2 전극(215)은 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질인 Ag 등으로 이루어지는 제 1 금속과 Mg 등으로 이루어지는 제 2 금속이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수 층으로 구성될 수 있다.

이러한 제 2 전극(215)은 각 화소영역(P)의 표시영역(B)들에 공통적으로 형성되는 공통층으로 이루어질 수 있다.

이때, 제 1 전극(211)과 유기발광층(213) 그리고 제 2 전극(215)은 발광다이오드(E)를 이루게 된다.

이러한 투명디스플레이장치로 이루어지는 제 1 표시패널(130)은 선택된 신호에 따라 제 1 전극(211)과 제 2 전극(215)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(211)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(215)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(213)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 광이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.

이때, 발광된 광은 투명한 제 1 전극(211)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 제 1 표시패널(130)의 화소영역(P)의 표시영역(B)은 제 1 영상(I1)을 구현하게 된다.

그리고, 이러한 구동 박막트랜지스터(DTr)와 발광다이오드(E)를 포함하는 표시영역(B)과 투명영역(T) 상부에는 얇은 박막필름 형태인 보호필름(202)을 위치시킨 후, 보호필름(202)과 기판(201)을 합착함으로써, 제 1 표시패널(130)은 인캡슐레이션(encapsulation)된다.

여기서, 보호필름(202)은 외부 산소 및 수분이 제 1 표시패널(130) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위하여, 무기보호필름(202a, 202c)을 적어도 2장 적층하여 사용하는데, 이때, 2장의 무기보호필름(202a, 202c) 사이에는 무기보호필름(202a, 202c)의 내충격성을 보완하기 위한 유기보호필름(202b)이 개재되는 것이 바람직하다.

따라서, 제 1 표시패널(130)은 외부로부터 수분 및 산소가 제 1 표시패널(130) 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 제 1 표시패널(130)은 투명부(T)를 통해 광이 투과되어 제 1 표시패널(130)의 배면에 위치하는 사물 또는 이미지를 볼 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 제 1 표시패널(130)의 일측으로 제 2 표시패널(140)을 더욱 위치시키는데, 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 서로 간섭되지 않으면서도 각각 서로 다르게 위치할 수 있는 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)을 구현할 수 있다.

여기서, 제 2 표시패널(140)에서 구현되는 제 2 영상(I2)은 제 2 방향의 선편광으로 이루어지는데, 이러한 제 2 표시패널(140)은 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD)로 이루어지거나, 또는 영상이 구현되는 전방으로 편광판(220)이 부착된 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED) 및 퀀텀닷발광소자(Quantum-dot light emitting diodes: QLED)등을 포함하는 전계발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등으로 이루어질 수 있다.

이중, 유기발광소자를 하나의 예로서 도 5를 참조하여 설명하도록 하겠다.

첨부한 도 5를 참조하면, 제 2 표시패널(140)은 유기발광소자로 이루어지는 제 2 표시패널(140)의 광이 투과되는 전방으로 편광판(220)이 부착된다.

즉, 유기발광소자로 이루어지는 제 2 표시패널(140)은 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 발광다이오드(E)가 형성되는 기판(201)이 보호필름(202)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)되어 형성된다.

이때, 비발광영역(NEA)의 스위칭영역(TrA) 상에는 액티브영역(20a)과 액티브영역(203a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(203b, 203c)으로 이루어지는 반도체층(203)과, 반도체층(203) 상부에 위치하는 게이트절연막(205) 및 게이트전극(207) 그리고 소스 및 드레인영역(203b, 203c)과 접촉하는 소스 및 드레인전극(209a, 209b)으로 이루어지는 구동 박막트랜지스터(DTr)가 위치한다.

이때, 게이트전극(207) 상부로는 제 1 층간절연막(206a)이 위치하며, 소스 및 드레인전극(209a, 209b)은 제 1 층간절연막(206a)과 그 하부의 게이트절연막(205)에 구비된 제 1, 2 반도체층 콘택홀(208a, 208b)에 의해 반도체층(203)의 소스 및 드레인영역(203b, 203c)과 접촉하게 된다.

그리고 제 2 층간절연막(206b)에는 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(209b)을 노출하는 드레인콘택홀(PH)이 구비되며, 이러한 제 2 층간절연막(206b) 상부로는 드레인콘택홀(PH)을 통해 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(209b)과 연결되는 제 1 전극(211)이 위치한다.

그리고 제 1 전극(211)의 상부에는 유기발광층(213)과 제 2 전극(215)이 순차적으로 위치하여, 제 1 및 제 2 전극(211, 215)과 유기발광층(213)은 발광다이오드(E)를 이룬다.

이때, 제 2 표시패널(140)을 통해 발광된 광의 투과방향에 편광판(220)이 부착된다.

편광판(220)은 유기발광소자로 이루어지는 제 2 표시패널(140)의 외부광에 의한 콘트라스트의 저하가 발생하는 것을 방지하게 되며, 또한 제 2 표시패널(140)로부터 제 2 방향으로 선편광된 제 2 영상(I2)이 출사되도록 한다.

그리고, 헤드업 디스플레이장치(100)는 위상지연미러부(150)를 더욱 포함하는데, 위러지연미러부(150)는 제 1 표시패널(130)을 사이에 두고 위상차필름(150a)과 평면반사미러(150b)로 이루어지는 위상지연미러부(150)가 위치하게 된다.

즉, 제 1 표시패널(130)의 화상이 구현되는 전방으로는 위상차필름(150a)이 위치하게 되며, 제 1 표시패널(130)의 배면으로는 평면반사미러(150b)가 위치하게 되는데, 위상차필름(150a)은 통과하는 광의 편광상태를 변환하는 광학 소자로서, 1/4 파장판(quarter wave plate)일 수 있다.

따라서, 제 1 표시패널(130)로부터 구현되는 제 1 영상(I1)은 위상차필름(150a)을 투과하는 과정에서 위상이 1/4파장 지연되게 되어, 원편광 영상(I3)으로 변조되어 출사되게 된다.

그리고, 제 1 표시패널(130)의 배면으로 위치하는 평면반사미러(150b)는 제 1 표시패널(130)의 전방으로부터 투과되는 제 2 표시패널(140)로부터 구현되는 제 2 영상(I2)을 반사시키는 역할을 하게 된다.

즉, 제 2 표시패널(140)로부터 출사되는 제 2 영상(I2)은 편광반사미러(160)로 제공되어 제 1 표시패널(130)을 향해 반사되게 되는데, 제 1 표시패널(130)을 향해 반사된 제 2 영상(I2)은 위상차필름(150a)과 제 1 표시패널(130)을 투과하여 평면반사미러(150b)에 의해 반사되는 과정에서 산란광 영상으로 변조되게 되며, 산란광 영상은 위상차필름(150a)을 투과하는 과정에서 제 1 선편광 영상(I4)으로 변조되어 출사되게 한다.

그리고, 헤드업 디스플레이장치(100)는 이러한 원편광 영상(I3)과 제 1 선편광 영상(I4)이 진행되는 광경로 상에 곡면반사미러(170)를 위치시키는데, 곡면반사미러(170)는 오목거울로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 위상차필름(150a)을 투과하여 제공되는 원편광 영상(I3)과 제 1 선편광 영상(I4)은 곡면반사미러(170)에 의해 반사되어 윈드쉴드(120)에 투영되게 된다.

그리고, 위상차필름(150a)을 투과하는 원편광 영상(I3)과 제 1 선편광 영상(I4)의 진행경로 상의 위상차필름(150a)과 곡면반사미러(170) 사이로는 편광반사미러(160)를 위치시키는데, 편광반사미러(160)는 제1방향의 선편광이 투과하고 제2방향의 선편광을 반사하는 선택적 편광소자로, 와이어 그리드 편광기(Wire Gride Polarizer: WGP)로 구성되는 것이 바람직하다.

와이어 그리드 편광기는 그 편광 투과축과 직교한 선평광을 반사하고, 와이어 그리드 편광기의 편광 투과축과 일치하는 선편광은 와이어 그리드 편광기를 투과하게 된다.

이러한 와이어 그리드 편광기인 편광반사미러(160)는 제 1 표시패널(130)과 곡면반사미러(170) 사이에서 광의 밝기를 유지할 수 있으면서도, 선택적 투과 및 반사 성능을 유지할 수 있다.

즉, 제1 선편광 영상(I4)이 S파 선평광일 경우, 편광반사미러(160)는 S파 선편광(S)이 투과할 수 있고, P파 선편광(P)을 반사할 수 있다. 반대로, 제1 선편광 영상(I4)이 P파 선평광(P)일 경우, 편광반사미러(160)는 P파 선편광(P)이 투과할 수 있고, S파 선편광(S)을 반사할 수 있다.

따라서, 편광반사미러(160)는 위상차필름(150a)을 투과하여 제공되는 원편광 영상(I3)을 제 2 선편광 영상(I5)으로 변조하게 되며, 또한 제 1선편광 영상(I4)을 투과시켜, 제 2 선편광 영상(I5)과 제 1 선편광 영상(I4)이 곡면반사미러(170)에 의해 반사되도록 할 수 있다.

여기서, 편광반사미러(160)는 제 1 표시패널(130)을 향하는 일면에 반사방지코팅층(Anti-Reflection Coating, 미도시)을 더 포함할 수 있는데, 반사방지코팅층은 편광반사미러(160)에서 제 1 표시패널(130)을 마주보는 전면의 표면반사를 감소시킬 수 있고, 투과광의 원하지 않는 반사광에 의한 광손실을 줄일 수 있다.

따라서, 제 1 표시패널(130)로부터 출사되어 편광반사미러(160)로 입사되는 제1및 제 2 선편광 영상(I4, I5)은 반사방지코팅층에 의해 표면반사가 최소화되면서 편광반사미러(160)로 입사될 수 있어, 편광반사미러(160)를 투과하는 광량을 증대시킬 수 있다.

이러한 선택적 편광소자인 편광반사미러(160)는 하프 미러(Half Mirror) 보다 광의 소실을 최소화하면서 허상을 구현할 수 있고, 광의 소실이 적기 때문에, 제 1 표시패널(130)의 밝기를 낮출 수 있는 장점이 있다.

그리고 편광반사미러(160)가 제 1 표시패널(130)과 곡면반사미러(170) 사이에서 선편광을 선택적 투과/반사하기 때문에, 허상을 형성하기 위한 다수 광학부품의 수를 최소화할 수 있고, 차량용 헤드업 디스플레이장치(100)의 전체 크기를 보다 컴팩트화할 수 있다.

따라서, 윈드쉴드(120)에는 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 각각 구현되는 제1및 제 2 선편광 영상(I4, I5)이 모두 투영되도록 할 수 있어, 윈드쉴드(120)에는 제1및 제 2 선편광 영상(I4, I5)에 의한 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 각각 구현되도록 할 수 있다.

여기서, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)은 서로 간섭되지 않으면서도 각각 서로 다른 거리에 위치하는 것과 같이 인식되어, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 입체감을 갖게 된다.

여기서, 이와 같이, 운전자의 시야에 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 다른 거리로 인식되도록 하기 위하여, 헤드업 디스플레이장치(100)의 상세 배치에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 곡면반사미러(170)의 오목한 곡면 형상의 반사면이 제 1 표시패널(130)을 향하도록, 제 1 표시패널(130)과 곡면반사미러(170)는 각각의 중앙점을 기준으로 일직선 상에 평행하게 위치해야 한다.

그리고, 이러한 제 1 표시패널(130)과 곡면반사미러(170) 사이로 편광반사미러(160)를 위치시키는데, 편광반사미러(160)는 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 구현되는 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)이 모두 투사될 수 있도록, 곡면반사미러(170)의 폭을 모두 덮을 수 있는 크기를 가져야 한다.

여기서, 편광반사미러(160)로 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 구현되는 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)이 모두 투사되도록 하기 위하여, 편광반사미러(160)에 수직한 법선(dn)과 제 1 표시패널(130) 간의 배치각도를 α라 정의하고, 법선(dn)과 제 2 표시패널(140) 간의 배치각도를 β라 정의하면, α와 β는 동일해야 한다.(α = β)

이를 통해, 제 2 표시패널(140)로부터 구현되는 제 2 영상(I2)이 편광반사미러(160)에 의해 반사되게 되면, 반사된 제 2 영상(I2)은 제 1 표시패널(130)로부터 구현되는 영상(제 1 영상(I1), 원편광 영상(I3), 제 2 선편광 영상(I5))이 진행하는 광경로와 평행해지게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 제 1 표시패널(130)과 반사편광미러(160) 그리고 곡면반사미러(170)는 모두 동일한 광경로 상에 위치하게 되며, 제 2 표시패널(140)은 광경로를 간섭하지 않는 위치에 배치되는 동시에 반사편광미러(160)에 제 2 표시패널(140)에서 구현되는 제 2 영상(I2)이 모두 투사될 수 있도록 배치되게 된다.

그리고 제 2 표시패널(140)은 제 2 표시패널(140)로부터 구현되는 제 2 영상(I2)은 모두 제 1 표시패널(130)을 향해 반사편광미러(160)에 반사되도록 배치됨으로써, 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 출사되는 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)이 하나의 곡면반사미러(170)에 동일한 입사각도를 유지한 체, 서로 다른 광학거리(D1, D2, 도 6 참조)로 입사되도록 할 수 있게 되는 것이다.

이를 통해, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)은 서로 간섭되지 않으면서도 각각 서로 다른 거리에 위치하는 것과 같이 인식되어, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 입체감을 갖게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치의 제 1 및 제 2 영상이 구현되는 모습을 개략적으로 도시한 간략도이다.

도시한 바와 같이, 제 1 표시패널(130)로부터 산란광 영상(I1)이 출사되게 되면, 산란광 영상(I1)은 위상차필름(150a)을 투과하는 과정에서 제 1 좌원 원편광 영상(I3)으로 변조되게 된다.

그리고, 변조된 제 1 좌원 원편광 영상(I3)은 제 1 표시패널(130)의 광경로 상에 위치하는 편광반사미러(160)를 투과하는 과정에서 제 1 선편광 영상(I5)으로 변조되게 되고, 변조된 제 1 선편광 영상(I5)은 곡면반사미러(170)에 반사되어 윈드쉴드(120)에 투영되게 된다.

따라서, 윈드쉴드(120)에는 제 1 선편광 영상(I5)을 구현하게 되고, 제 1 선편광 영상(I5)은 윈드쉴드(120)의 전방으로 제 1 허상(V1)을 구현하게 된다.

그리고, 제 2 표시패널(140)로부터 제 2 영상(I2)이 출사되게 되면, 제 2 영상(I2)은 편광반사미러(160)에 의해 반사되어 위상차필름(150a)을 투과하게 되는데, 제 2 영상(I2)은 위상차필름(150a)을 투과하는 과정에서 제 2 좌원 원편광 영상(I6)으로 변조되게 된다.

이와 같이 변조된 제 2 좌원 원편광 영상(I6)은 제 1 표시패널(130)을 투과한 뒤, 평면반사미러(150b)에 의해 반사되는 과정에서 우원 원편광 영상(I7)으로 변조된 후, 그대로 제 1 표시패널(130)을 다시 투과하게 된다.

제 1 표시패널(130)을 투과한 우원 원편광 영상(I7)은 위상차필름(150a)을 다시 투과하는 과정에서 제 2 선편광 영상(I4)으로 변조되게 되고, 변조된 제 1-2 선편광 영상(I4)은 편광반사미러(160)를 그대로 투과하여 곡면반사미러(170)에 반사되어 윈드쉴드(120)에 투영되게 된다.

따라서, 윈드쉴드(120)에는 제 2 선편광 영상(I4)을 구현하게 되고, 제 2 선편광 영상(I4)은 윈드쉴드(120)의 전방으로 제 2 허상(V2)을 구현하게 된다.

여기서, 제 1 표시패널(130)로부터 구현되는 제 1 선편광 영상(I5)의 광학거리(D1)는 아래와 같이 정의될 수 있다.

[수학식 1]

D1 = d1' + d2'

그리고 제 2 표시패널(140)로부터 구현되는 제 2 선편광 영상(I4)의 광학거리(D2)를 아래와 같이 정의될 수 있다.

[수학식 2]

D2 = d1 + d3 + d4

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 출사되는 각각의 제1및 제 2 선편광 영상(I4, I5)이 하나의 곡면반사미러(170)에 동일한 입사각도를 유지하면서, 서로 다른 광학거리(D1, D2)로 입사되게 되는 것이다.

이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 각각의 제 1 및 제 2 표시패널(130, 140)로부터 구현되는 각각의 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 간섭되지 않으면서도 각각 서로 다른 거리에 위치하는 것과 같이 인식되도록 할 수 있어, 제 1 및 제 2 허상(V1, V2)이 서로 입체감을 갖게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이장치(100)는 제 1 표시패널(130)을 투명디스플레이장치로 구비하고, 제 1 표시패널(130)의 일측으로 제 2 표시패널(140)을 위치하며, 편광반사미러(160), 위상지연미러부(150) 그리고 곡면반사부(170)를 포함하도록 디스플레이장치(110)를 구비함으로써, 디스플레이장치(110)가 제한된 공간 내에 위치하도록 컴팩트화 할 수 있으면서도, 서로 입체감을 가질 수 있는 멀티뷰 또한 구현할 수 있게 된다.

따라서, 운전자의 편의성을 증대시킬 수 있으며, 운전자에게 제공하는 영상과 실제 환경과의 이질감 또한 해소할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

100 : 헤드업 디스플레이장치
110 : 디스플레이장치
120 : 윈드쉴드
130. 140 : 제 1 및 제 2 표시패널
150 : 위상지연미러부(150a : 위상차판, 150b : 평면반사미러)
160 : 편광반사미러
170 : 곡면반사미러

Claims (12)

1. 투명디스플레이로 이루어지며, 제 1 영상을 구현하는 제 1 표시패널과;
   상기 제 1 표시패널의 일측으로 위치하며, 선편광된 제 2 영상을 구현하는 제 2 표시패널과;
   상기 제 1 표시패널의 상기 제 1 영상이 출광되는 전방에 위치하는 위상차필름과, 상기 제 1 표시패널의 배면에 위치하는 평면반사미러를 포함하는 위상지연미러부와;
   상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상이 모두 투과되는 편광반사미러와;
   상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상이 동일한 입사각도를 유지한 체, 서로 다른 광학거리로 입사되는 곡면반사미러
   를 포함하며,
   상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상은 윈드쉴드에 투영되어, 상기 윈드쉴드를 기준으로 서로 다른 위치에 제 1 및 제 2 허상을 구현하는 헤드업 디스플레이장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 영상과 상기 제 2 영상은 상기 곡면반사미러에 반사되어, 상기 윈드쉴드에 투영되는 헤드업 디스플레이장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 표시패널과 상기 편광반사미러 그리고 상기 곡면반사미러는 동일한 광경로에 위치하는 헤드업 디스플레이장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 곡면반사미러의 중앙점을 기준으로 상기 제 1 표시패널과 상기 편광반사미러는 일직선 상에 평행하게 위치하는 헤드업 디스플레이장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 영상은 상기 편광반사미러를 투과하여 상기 곡면반사미러로 입사되며,
   상기 제 2 영상은 상기 편광반사미러에 반사되어, 상기 제 1 표시패널을 투과하는 헤드업 디스플레이장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 표시패널은 상기 편광반사미러에 수직한 법선과 제 1 각도로 배치되며, 상기 제 2 표시패널은 상기 편광반사미러에 수직한 법선과 제 2 각도로 배치되며,
   상기 제 1 및 제 2 각도는 동일한 헤드업 디스플레이장치.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 표시패널을 투과한 상기 제 2 영상은 상기 평면반사미러에 의해 반사되어, 상기 편광반사미러를 투과하여 상기 곡면반사미러로 입사되는 헤드업 디스플레이장치.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 편광반사미러는 와이어 그리드 편광기(Wire Gride Polarizer: WGP)로 이루어지는 헤드업 디스플레이장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 위상차필름은 1/4 파장판(quarter wave plate)인 헤드업 디스플레이장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡면반사미러는 상기 편광반사미러를 향해 오목한 오목거울로 이루어지는 헤드업 디스플레이장치.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 표시패널은 표시영역과 투과영역이 구비되는 헤드업 디스플레이장치.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 표시패널은 발광다이오드를 포함하는 유기발광소자로 이루어지며, 상기 제 2 표시패널은 상기 제 2 영상이 출광되는 전방으로 편광판이 위치하는 헤드업 디스플레이장치.

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