KR20210064684A - Hud용 광 차단 필름 및 차량용 hud 시스템 - Google Patents

Hud용 광 차단 필름 및 차량용 hud 시스템 Download PDF

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이진호
최윤선
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Abstract

일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 차량의 전방 시야에 대응하는 제1 방향의 광을 투과시키면서, 차량에 설치되는 HUD용 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 제2 방향의 광의 적어도 일부를 차단하기 위하여, 제1 방향에 대응하는 적어도 하나의 기울기를 가지면서 계단식으로 배치되는 복수의 광 차단 소재들; 및 복수의 광 차단 소재들 사이의 공간을 채우는 투명 소재를 포함한다.

Description

HUD용 광 차단 필름 및 차량용 HUD 시스템{LIGHT SHIELDING FILM FOR HUD AND HUD SYSTEM FOR VEHICLE}
아래 실시예들은 HUD용 광 차단 필름 및 차량용 HUD 시스템에 관한 것이다.
HUD(head up display) 시스템은 운전자의 전방에 허상(virtual image)을 생성하고 허상 내에 정보를 표시하여 운전자에게 다양한 정보를 제공할 수 있다. 운전자에게 제공되는 정보는 차량 속도, 주유 잔량, 엔진 RPM(revolution per minute) 등의 계기판 정보 및 네비게이션 정보를 포함할 수 있다. 운전자는 운전 중에 시선의 이동 없이 전방에 표시된 정보를 쉽게 파악할 수 있으므로, 운전 안정성이 높아질 수 있다. HUD 시스템은 계기판 정보 및 네비게이션 정보 이외에도 전방 시야가 좋지 않은 경우에 도움을 주기 위한 차선 표시, 공사 표시, 교통사고 표시, 행인을 나타내는 경고 표시 등을 운전자에게 AR(Augmented Reality) 기법으로 제공할 수 있다.
HUD 시스템에서 시각적 정보를 3차원으로 구현하는 경우, HUD 시스템에서 표시하는 시각적 정보와 관련된 시청화각(FOV, Field of View)이 커질수록, 그리고 HUD 시스템에서 표시하는 시각적 정보와 관련된 결상 거리(VID, Virtual Image Distance)가 길어질수록 HUD 시스템에서 표시하는 시각적 정보가 운전자에게 효과적으로 전달될 수 있다. 다만, 시청화각이 커질수록 HUD 시스템에서 받아들이는 태양광량이 커지고, 결상 거리가 길어질수록 HUD 시스템에서 태양광이 집광되는 밀도가 높아질 수 있다.
일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 운전자 등의 차량의 탑승자의 시야를 훼손하지 않으면서도 외부 광원의 에너지로부터 디스플레이 패널을 보호할 수 있다.
일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 차량의 전방 시야에 대응하는 제1 방향의 광을 투과시키면서, 상기 차량에 설치되는 HUD용 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 제2 방향의 광의 적어도 일부를 차단하기 위하여, 상기 제1 방향에 대응하는 적어도 하나의 기울기를 가지면서 계단식으로 배치되는 복수의 광 차단 소재(light shielding material)들; 및 상기 복수의 광 차단 소재들 사이의 공간을 채우는 투명 소재(transparent material)를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 광 차단 소재들 중 적어도 일부는 서로 동일한 기울기를 가지도록 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 광 차단 소재들의 기울기는 40도 내지 85도 사이의 값을 가지질 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 광 차단 소재들의 간격은 0.3mm 내지 0.5mm 사이의 값을 가지질 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 광 차단 필름의 두께는 0.35mm 내지 0.40mm 사이의 값을 가지질 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 HUD용 광 차단 필름은 상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광을 반사하기 위하여, 상기 복수의 광 차단 소재들 및 상기 투명 소재의 하단에 배치되는 광 반사 소재(light reflecting material)를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 HUD용 광 차단 필름은 외부 환경으로부터 상기 차량을 보호하기 위하여, 상기 복수의 광 차단 소재들 및 상기 투명 소재의 상단에 배치되는 광 투과 소재(light transmitting material)를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 광 차단 소재들은 도달하는 광의 대부분을 흡수하는 특성을 가질 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 광 차단 소재들은 광을 편광시키는(polarizing) 특성을 가질 수 있다.
일실시예에 따른 차량용 HUD 시스템은 시각적 정보를 포함하는 광을 출력하는 디스플레이 패널; 상기 시각적 정보를 확대하여 표시하기 위한 확대 광학계; 및 차량의 전방 시야에 대응하는 제1 방향의 광을 투과시키면서, 상기 시각적 정보를 포함하는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 제2 방향의 광의 적어도 일부를 차단하기 위하여, 상기 제1 방향에 대응하는 적어도 하나의 기울기를 가지는 복수의 광 차단 소재(light shielding material)들을 포함하는 HUD용 광 차단 필름을 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 광 차단 소재들 중 적어도 일부는 서로 다른 기울기를 가지도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 시각적 정보를 포함하는 광에 대응하는 제3 방향의 광 중 적어도 일부는 상기 HUD용 광 차단 필름에 인접한 투명 레이어에 의하여 반사될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 광 차단 소재들 중 적어도 일부가 광을 편광시키는 특성을 가지고, 상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 상에 광을 편광시키는 특성의 소재가 더 설치된다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 광 차단 소재들은 s-극성의 광을 흡수하면서 p-극성의 광을 통과시키고, 상기 특성의 소재는 s-극성의 광을 통과시키면서 p-극성의 광을 흡수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 광 차단 소재들은 p-극성의 광을 흡수하면서 s-극성의 광을 통과시키고, 상기 특성의 소재는 p-극성의 광을 통과시키면서 s-극성의 광을 흡수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 HUD용 광 차단 필름은 상기 차량의 윈드 실드(windshield)와 내부 유리 레이어(cover layer) 사이, 상기 차량의 윈드 실드의 바깥, 혹은 상기 내부 유리 레이어 안쪽에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 HUD용 광 차단 필름은 상기 차량의 전면 유리창에서 상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광이 입사하는 부분에 대응하도록 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 투명 레이어는 상기 차량의 내부 유리 레이어에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 외부 광원은 태양에 대응할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 광 차단 필름을 이용하지 않는 차량용 HUD 시스템에서의 광의 진행을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 차량용 HUD 시스템에서 HUD용 광 차단 필름을 이용하는 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름의 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창 안쪽에 위치하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창의 이중 유리 사이에 위치하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 일실시예에 따른 복수의 광 차단 소재들이 광을 편광시키는 특성을 가지는 경우의 광의 진행을 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 일실시예에 따른 복수의 광 차단 소재들이 광을 편광시키는 특성을 가지는 경우의 HUD 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 차량의 탑승자의 시선을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창에 배치된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창 중 디스플레이 패널에서 출력되는 광이 입사하는 부분에 대응하도록 위치하는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 광 차단 필름을 이용하지 않는 차량용 HUD 시스템에서의 광의 진행을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 광 차단 필름을 이용하지 않는 차량용 HUD 시스템은 디스플레이 패널(140) 및 확대 광학계를 포함한다. 디스플레이 패널(140)은 시각적 정보를 포함하는 광을 출력하는 장치로, 시각적 정보는 계기판 정보 및 네비게이션 정보 이외에도 전방 시야가 좋지 않은 경우에 도움을 주기 위한 차선 표시, 공사 표시, 교통사고 표시, 행인을 나타내는 경고 표시 등을 포함할 수 있다.
제3 방향의 광(130)은 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 시각적 정보를 포함하는 광에 대응될 수 있다. 제3 방향의 광(130)이 포함하는 시각적 정보는 AR(Augmented Reality) 기법으로 운전자에게 제공될 수 있다. 일실시예에 따르면, 제3 방향의 광(130)이 포함하는 시각적 정보는 3차원으로 표시되는 정보일 수 있다.
확대 광학계는 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광이 포함하는 시각적 정보와 관련된 시청화각(FOV, Field of View) 및 결상 거리(VID, Virtual Image Distance)를 결정한다. 시청화각은 운전자 등의 시청자에게 시각적 정보가 얼마나 크게 보여지는지를 결정하는 값이고, 결상 거리는 운전자에게 시각적 정보가 얼마나 멀리 떨어진 것으로 보여지는지를 결정하는 값일 수 있다.
확대 광학계는 거울 및/또는 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 확대 광학계는 두 개의 오목 거울, 두 개의 볼록 렌즈 또는 한 개의 오목 거울 및 한 개의 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
확대 광학계는 운전자 등의 시청자가 시각적 정보에 대한 가시성(visibility)을 확보할 수 있을 정도로 충분히 큰 값을 가지는 시청화각을 갖도록 결정될 수 있다. 또한, 확대 광학계는 운전 중인 운전자가 시각적 정보를 시청하더라도 운전 중의 위험이 초래되지 않을 정도로 충분히 먼 결상 거리를 갖도록 결정될 수 있다. 다만, 시청화각이 커질수록 HUD 시스템이 외부 광원으로부터 수신하는 광의 광량이 커지고, 결상 거리가 길어질수록 외부 광이 집광되는 밀도가 높아질 수 있다.
일실시예에 따른 광 차단 필름을 이용하지 않는 차량용 HUD 시스템을 포함하는 차량의 외부에서 내부로 광이 입사할 수 있다. 이렇게 외부에서 내부로 입사하는 광은 차량의 전면 유리창(150) 방향으로 차량의 전방 시야 방향에서 입사하는 제1 방향의 광(110) 및 특정 위치의 외부 광원에서 입사하는 제2 방향의 광(120)을 포함할 수 있다.
제1 방향의 광(110)이 대응하는 차량의 전방 시야는 차량의 운전자의 예상 시선 방향을 고려하여 결정될 수 있다. 일실시예에 따르면, 운전자의 예상 시선 방향은 주 운전자의 개별적인 시선 방향 또는 일반적인 사람의 시선 방향으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 운전자의 예상 시선 방향은 주 운전자 또는 일반적인 사람의 체격, 앉은 키 및 시야의 넓이 등을 종합적으로 고려하여 결정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 차량의 전면 유리창(150)은 윈드 실드(windshield) 및 내부 유리 레이어(cover layer)를 포함하는 이중 유리 구조의 유리창일 수 있다. 윈드 실드는 이중 유리 중 차량의 탑승자 기준으로 바깥쪽에 설치되는 유리창에 대응되고, 내부 유리 레이어는 이중 유리 중 차량의 탑승자 기준으로 안쪽에 설치되는 유리창에 대응될 수 있다.
이중 유리 구조의 유리창은 단일 유리판에 비하여 더 높은 보온성과 흡음성을 가질 수 있다. 또한, 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 플라스틱(plastic) 등의 재료가 추가로 삽입되는 경우, 유리창이 깨지더라도 파편이 상대적으로 덜 튀게 되어 차량의 탑승자의 안전이 보장될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여, 차량의 전면 유리창(150)이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어를 포함하는 이중 유리 구조인 경우의 실시예들을 설명한다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 후술하는 실시예들은 차량의 전면 유리창(150)이 단일 유리창인 경우 등에도 적용될 수 있다.
제2 방향의 광(120)은 차량에 설치되는 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 광이다. 구체적으로, 제2 방향의 광(120)은 차량에 설치되는 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광이 윈드 실드(windshield) 또는 내부 유리 레이어(cover layer)에서 운전자의 시야 방향으로 반사되기 전의 진행 경로를 연장하는 연장선 위에 외부 광원(예를 들어, 태양)이 위치할 때, 그 연장선과 평행하게 외부 광원으로부터 출력되어 차량의 방향으로 입사하는 광일 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광이 윈드 실드 또는 내부 유리 레이어에서 운전자의 시야 방향으로 반사되기 전의 진행 경로를 연장하는 연장선 및 외부 광원으로부터 출력되어 차량의 방향으로 입사하는 광은 평행할 수 있다. 다만, 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광이 윈드 실드 또는 내부 유리 레이어에서 운전자의 시야 방향으로 반사되기 전의 진행 경로의 진행 방향 및 외부 광원으로부터 출력되어 차량의 방향으로 입사하는 광의 진행 방향은 서로 반대일 수 있다.
차량의 전방 시야 방향에서 입사하는 제1 방향의 광(110)이 차량 내부로 많이 진입할수록 차량의 운전자 및 기타 탑승자들이 차량 외부에 대한 가시성을 확보할 수 있다. 운전 상의 안전을 확보하기 위하여, 제1 방향의 광(110)이 차량 외부에서 차량 내부로 투과되는 비율(이하, 투과율)은 미리 정해진 임계값 이상의 값을 가져야 할 수 있다. 예를 들어, 대한민국에서 운행되는 차량은 교통 법규에 따라 차량의 전방 시야 방향에서 입사하는 광이 70% 이상의 투과율을 만족시켜야 할 수 있다.
특정 위치의 외부 광원에서 입사하는 제2 방향의 광(120)이 차량 내부로 많이 진입할수록, 디스플레이 패널(140)이 손상될 확률이 더욱 높아지거나, 디스플레이 패널(140)의 손상이 더욱 빠르게 진행될 수 있다. 따라서, 제2 방향의 광(120)은 많이 차단될수록 바람직할 수 있다. 후술하겠으나, HUD용 광 차단 필름이 제2 방향의 광(120)을 효과적으로 차단할 수 있다.
디스플레이 패널에서 출력되어 운전자의 시야로 향하는 제3 방향의 광(130)이 많을수록 제공되는 시각적 정보에 대한 가시성을 확보할 수 있다. 제3 방향의 광(130)이 차량의 탑승자의 시야로 진입하기 위해서는 차량의 전면 유리창(150)(예를 들어, 윈드 실드 또는 내부 유리 레이어)에서 제3 방향으로 반사되어야 한다. 디스플레이 패널이 제공하는 시각적 정보에 대한 가시성을 확보하기 위해서, 출력되는 광 중 일정 비율 이상이 차량의 전면 유리창(150)에서 반사되어야 할 수 있다. 다만, 제3 방향의 광(130)은 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광의 출력 세기를 조절하여 가시성을 확보할 수도 있다.
도 2는 일실시예에 따른 차량용 HUD 시스템에서 HUD용 광 차단 필름을 이용하는 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름을 이용하는 차량용 HUD용 시스템은 디스플레이 패널, 확대 광학계 및 HUD용 광 차단 필름을 포함한다. 디스플레이 패널은 도 1의 디스플레이 패널(140)에 대응되고, 확대 광학계는 도 1의 확대 광학계에 대응될 수 있다.
차량용 HUD 시스템에서 HUD용 광 차단 필름을 이용하는 경우, 도 1의 광 차단 필름을 이용하지 않는 차량용 HUD 시스템의 경우와 마찬가지로 외부에서 차량의 전면 유리창 방향으로 도 1의 제1 방향의 광(110) 및 도 1의 제2 방향의 광(120)이 입사할 수 있다.
HUD용 광 차단 필름은 차량의 전방 시야에 대응하는 제1 방향(110)의 광을 투과시키면서, 시각적 정보를 포함하는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 제2 방향의 광(120)을 차단하는 역할을 수행할 수 있다. HUD용 광 차단 필름을 적절히 설계 및 배치함으로써, HUD용 광 차단 필름에 의하여 제2 방향의 광(120)의 적어도 일부가 차단되면서도 제1 방향의 광(110)의 투과율이 미리 정해진 임계값 이상의 값을 가지고, 제3 방향의 광(130) 중 일정 비율 이상이 차량의 전면 유리창에서 반사될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 광 차단부(310)를 포함한다. 광 차단부(310)는 복수의 광 차단 소재(light shielding material)들(312) 사이의 공간을 채우는 투명 소재(transparent material)(311)를 포함한다. 복수의 광 차단 소재들(312)은 자신에게 도달(reach)하는 광을 차단하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 복수의 광 차단 소재들(312)이 배치된 기울기와 수직에 가까운 각도를 가지면서 복수의 광 차단 소재들(312)에 도달하는 광(350)은 흡수되어 차단될 수 있다. 투명 소재(311)는 광을 투과시킬 수 있어서, 복수의 광 차단 소재들(312)이 배치된 기울기와 평행하게 투명 소재(311)로 입사하는 광(340)은 복수의 광 차단 소재들(312)에 도달하지 않고 투명 소재(311)를 통과할 수 있다.
투명 소재(311)는 복수의 광 차단 소재들(312) 사이의 공간을 채우는 소재로서, 복수의 광 차단 소재들(312)의 기능을 보조할 수 있다. 투명 소재(311)는 복수의 광 차단 소재들(312)이 특정 기울기를 가지도록 광 차단 소재들(312)을 물리적으로 고정하는 역할 및/또는 광 차단 소재들(312)에 가해지는 충격 중 적어도 일부를 흡수함으로써 복수의 광 차단 소재들(312)을 외부 충격으로부터 보호하고 HUD용 광 차단 필름의 수명을 연장시키는 역할을 수행할 수 있다.
.
HUD용 광 차단 필름은 차량의 윈드 실드와 내부 유리 레이어 사이에 위치하거나, 차량의 윈드 실드의 바깥에 위치하거나, 차량의 내부 유리 레이어 안쪽에 위치할 수 있다. 또한, HUD용 광 차단 필름은 차량의 전면 유리창 전체에 배치될 수 있고, 전면 유리창 중 디스플레이 패널(140)에서 출력되는 광이 입사하는 부분에만 대응하도록 위치할 수도 있다.
HUD용 광 차단 필름의 다양한 배치와 관련된 보다 상세한 사항은 도 5, 도 6, 도 9 및 도 10을 통하여 후술한다.
디스플레이 패널에서 출력되는 광을 반사하기 위하여, HUD용 광 차단 필름은 광 반사 소재(light reflecting material)(330)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 광 반사 소재(330)는 광 차단부(310)의 하단에 배치될 수 있다.
외부 환경으로부터 차량, 탑승자 및 광 차단부(310) 등을 보호하기 위하여, HUD용 광 차단 필름은 광 투과 소재(light transmitting material)(320)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 광 투과 소재(320)는 광 차단부(310)의 상단에 배치될 수 있다. 외부 환경은 외부 물질 및 외부에서 전달되는 에너지(충격 등)를 포함할 수 있다.
다만, 광 반사 소재(330) 및 광 투과 소재(320)가 반드시 HUD용 광 차단 필름에 포함되어야 하는 것은 아니다. 광 반사 소재(330)의 역할 및 광 투과 소재(320)의 역할 중 적어도 일부는 차량의 다른 구성 요소에 의하여 수행될 수 있다. 일 예시로, 윈드 실드는 외부 환경으로부터 차량, 탑승자 및 HUD용 광 차단 필름 등을 보호하는 역할을 수행할 수 있으며, 차단 필름이 윈드 실드의 내부(차량의 탑승자 기준)에 위치한다면 광 투과 소재(320)가 필요하지 않을 수 있다. 다른 예시로, 차량의 내부 유리 레이어(cover layer)는 디스플레이 패널에서 출력되는 광을 반사하는 역할을 수행할 수 있으며, 차단 필름이 차량의 내부 유리 레이어의 외부(차량의 탑승자 기준)에 위치한다면 광 반사 소재(330)가 필요하지 않을 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름의 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 복수의 광 차단 소재들의 기울기(이하,
Figure pat00001
), 복수의 광 차단 소재들 사이의 간격(이하, d), 및 광 차단부의 두께(이하, t)를 결정함으로써 설계될 수 있다.
Figure pat00002
는 HUD용 광 차단 필름의 아랫면을 기준으로 반시계 방향으로 얼마나 기울어졌는지에 따라 결정되는 값일 수 있다.
Figure pat00003
, d 및 t는 제1 방향의 광(110)의 목표 투과율(target transmittance) 및 제2 방향의 광(120)의 목표 차광율(target shading ratio)을 고려하여 결정될 수 있다. 목표 투과율은 HUD용 광 차단 필름의 설계를 통하여 달성하고자 하는 제1 방향의 광(110)의 투과율로서, 운전 상의 안전을 확보하기 위하여 요구되는 임계 투과율 이상의 값으로 설정될 수 있다. 목표 차광율은 HUD용 광 차단 필름의 설계를 통하여 달성하고자 하는 제2 방향의 광(120)이 차단되는 비율로서, 디스플레이 패널의 손상을 방지하기 위하여 요구되는 값으로 설정될 수 있다.
일실시에에 따르면, HUD용 광 차단 필름은
Figure pat00004
초과
Figure pat00005
미만의 기울기로 진입하는 광을 통과시키도록 설계될 수 있다(단,
Figure pat00006
<
Figure pat00007
). 이 경우,
Figure pat00008
및
Figure pat00009
는 HUD용 광 차단 필름의 아랫면을 기준으로 반시계 방향으로 얼마나 기울어졌는지에 따라 결정되는 값일 수 있다.
Figure pat00010
,
Figure pat00011
, d 및 t 사이의 기하학적인 관계는 아래의 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure pat00012
수학식 1에 기초하여,
Figure pat00013
, d 및 t를 이용하여
Figure pat00014
을 표시할 수 있으며, 그 결과는 아래의 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure pat00015
Figure pat00016
,
Figure pat00017
, d 및 t 사이의 기하학적인 관계는 아래의 수학식 3과 같을 수 있다.
Figure pat00018
수학식 3에 기초하여,
Figure pat00019
, d 및 t를 이용하여
Figure pat00020
를 표시할 수 있으며, 그 결과는 아래의 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure pat00021
HUD용 광 차단 필름으로 진입하는 광의 기울기(이하,
Figure pat00022
)가
Figure pat00023
보다 작거나
Figure pat00024
보다 큰 경우, HUD용 광 차단 필름으로 진입하는 광은 복수의 광 차단 소재들에 의하여 차단될 수 있다.
Figure pat00025
가
Figure pat00026
및
Figure pat00027
사이의 값을 가지는 경우, HUD용 광 차단 필름으로 진입하는 광은 광 차단 필름을 통과하여 차량 내부로 진입할 수 있다. 다만, 이 경우에도 광 차단 필름으로 진입하는 광이 100%의 투과율을 가지면서 광 차단 필름을 통과하는 것은 아니다. 구체적으로, 같은 기울기의 광이라도, 진입 위치에 따라서 복수의 광 차단 소재들에 도달할 수 있고, 이 경우에는 그 광은 차단될 수 있다.
Figure pat00028
가
Figure pat00029
및
Figure pat00030
사이의 값을 가지는 경우 광 차단 필름으로 진입하는 광의 투과율은 아래의 수학식 5와 같을 수 있다.
Figure pat00031
이 경우,
Figure pat00032
는 투과율일 수 있다.
수학식 1 내지 5에 기초하여, 어느 기울기의 광을 통과시키고 어느 기울기의 광을 차단할지(
Figure pat00033
및
Figure pat00034
) 및 통과시키는 광의 투과율을 어느 정도로 설정할지(
Figure pat00035
)에 따라
Figure pat00036
, d 및 t가 결정될 수 있다. 결정된
Figure pat00037
, d 및 t에 기초하여, HUD용 광 차단 필름이 설계될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 차단 소재들의 기울기는 40도 내지 85도 사이의 값을 가지고, 광 차단 소재들의 간격은 0.3mm 내지 0.5mm 사이의 값을 가지며, 광 차단 필름의 두께는 0.35mm 내지 0.40mm 사이의 값, 예를 들어 약 0.38mm의 값을 가지도록 설계될 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창 안쪽에 위치하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 전면 유리창 안쪽에 위치할 수 있다. 광 차단 필름이 전면 유리창 안쪽에 위치하는 경우, 제3 방향의 광(130)은 전면 유리창보다 HUD용 광 차단 필름에 먼저 진입할 수 있다. 따라서, HUD용 광 차단 필름의 하단부에 광을 반사하는 특성을 가진 소재를 가질 수 있다.
한편, HUD용 광 차단 필름이 전면 유리창 안쪽에 위치하는 경우, 전면 유리창은 외부 환경으로부터 차량, 탑승자 및 HUD용 광 차단 필름 등을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 이 경우, 광 투과 소재가 반드시 HUD용 광 차단 필름에 포함되어야 하는 것은 아니다.
제2 방향의 광(120)은 복수의 광 차단 소재들에 의하여 흡수되어 전면 유리창 안쪽으로 진입하지 못하기에 디스플레이 패널에 손상을 가하지 못한다.
도 6은 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창의 이중 유리 사이에 위치하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 전면 유리창의 이중 유리 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, HUD용 광 차단 필름은 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치할 수 있다. HUD용 광 차단 필름이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치하는 경우, 내부 유리 레이어는 디스플레이 패널에서 출력되는 광을 반사하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, HUD용 광 차단 필름이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치하는 경우, 광 반사 소재가 반드시 HUD용 광 차단 필름에 포함되어야 하는 것은 아니다.
또한, HUD용 광 차단 필름이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치하는 경우, 윈드 실드는 외부 환경으로부터 차량, 탑승자 및 HUD용 광 차단 필름 등을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, HUD용 광 차단 필름이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치하는 경우, 광 투과 소재가 반드시 HUD용 광 차단 필름에 포함되어야 하는 것은 아니다.
HUD용 광 차단 필름이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치하는 경우, HUD용 광 차단 필름은 유리창이 깨지더라도 파편이 상대적으로 덜 튀도록 할 수도 있다. 즉, HUD용 광 차단 필름이 윈드 실드 및 내부 유리 레이어 사이에 위치하는 경우, 차량의 탑승자의 안전에 도움이 될 수도 있다.
일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 전면 유리창의 바깥에 위치할 수도 있다(도면에는 도시되지 않음). 이 경우, HUD용 광 차단 필름은 전면 유리창보다 먼저 외부 환경에 노출될 수 있다. 따라서, HUD용 광 차단 필름의 상단부에 외부 환경으로부터 대상 물체를 보호하는 특성을 가진 소재를 포함할 수 있다. 이 경우, 외부 환경으로부터 대상 물체를 보호하는 특성을 가진 소재는 운전에 지장을 주어서는 안 되므로, 기본적으로 광을 투과시키는 특성을 더 가져야 할 수 있다.
한편, HUD용 광 차단 필름이 전면 유리창 바깥쪽에 위치하는 경우, 전면 유리창은 디스플레이 패널에서 출력되는 광을 반사하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 이 경우, 광 반사 소재가 반드시 HUD용 광 차단 필름에 포함되어야 하는 것은 아니다.
제1 방향의 광(110)에 대한 투과성이 최대로 확보되기 위해서는, 운전자의 시선 방향과 복수의 광 차단 소재들이 평행하여야 할 수 있다. 전면 유리창의 높이에 따라서, 운전자의 시선 방향과 전면 유리창이 이루는 각도가 달라질 수 있으며, 이러한 여러 시선 방향과 복수의 광 차단 소재들이 평행하도록 설계되는 경우, 복수의 광 차단 소재들은 서로 평행하지 않고 위치에 따라 다른 기울기(630)를 가질 수 있다. 이와 관련하여 보다 상세한 사항은 도 8을 통하여 후술한다.
도 7a는 일실시예에 따른 복수의 광 차단 소재들이 광을 편광시키는 특성을 가지는 경우의 광의 진행을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a를 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 포함하는 복수의 광 차단 소재들이 광을 완전히 흡수하여 차단하는 대신 편광시키는 특성을 가질 수 있다. 복수의 광 차단 소재들 중 광을 편광시키는 특성을 가진 소재들에 도달하는 제2 방향의 광(120)은 특정한 극성으로 편광되면서 광 차단 소재들을 통과할 수 있다. 제2 방향의 광(120)이 편광되는 경우, p-극성 및 s-극성의 성분 중 하나의 성분만이 차량 내부로 진입하게 되므로, 약 50%의 광량이 줄어들 수 있다.
복수의 광 차단 소재들이 광을 완전히 차단하는 대신 편광시키는 특성을 가지는 경우, 제1 방향의 광(110)이 복수의 광 차단 소재들에 도달하더라도 완전히 차단되지 않고 편광된 성분만큼 탑승자의 시야에 도달할 수 있다는 장점이 있을 수 있다. 한편, 제2 방향의 광(120) 중 차량 내부로 진입하는 광은 도 7b에서 제시될 방법을 통하여 디스플레이 패널로부터 차단될 수 있다.
도 7b는 일실시예에 따른 복수의 광 차단 소재들이 광을 편광시키는 특성을 가지는 경우의 HUD 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7b를 참조하면, 일실시예에 따른 복수의 광 차단 소재들이 광을 완전히 차단하는 대신 편광시키는 특성을 가지는 경우, 제2 방향의 광(120)은 특정한 극성으로 편광되면서 광 차단 소재들을 통과할 수 있다.
제2 방향의 광(120)이 편광되는 경우, p-극성 및 s-극성의 성분 중 하나의 성분만이 차량 내부로 진입하므로, 약 50%의 광량이 줄어들 수 있다. 일실시예에 따르면, 도 1의 제2 방향의 광(120)의 광량이 약 50% 줄어드는 것만으로는 디스플레이 패널의 손상을 방지하기에 충분하지 않을 수 있다.
이 경우, 차량 내부로 진입한 제2 방향의 광(120)을 차단하기 위하여, 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 상에 광을 편광시키는 특성의 소재(720)가 더 설치될 수 있다. 구체적으로, 복수의 광 차단 소재들이 s-극성의 광을 흡수하면서 p-극성의 광을 통과시키는 경우, 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 상에는 s-극성의 광을 통과시키면서 p-극성의 광을 흡수하는 소재가 더 설치될 수 있다. 또는, 복수의 광 차단 소재들이 p-극성의 광을 흡수하면서 s-극성의 광을 통과시키는 경우, 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 상에는 p-극성의 광을 통과시키면서 s-극성의 광을 흡수하는 소재가 더 설치될 수 있다.
디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 상에 광을 편광시키는 특성의 소재(720)가 더 설치됨으로써, 차량 내부로 진입하는 제2 방향의 광(120)이 (도 7a 참조) 디스플레이 패널에는 진입하지 않게 하면서도, 제1 방향의 광(110)이 복수의 광 차단 소재들에 도달하더라도 완전히 차단되지 않고 편광된 성분이 탑승자의 시야에 도달할 수 있다는 장점 또한 유지될 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 차량의 탑승자의 시선을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일실시예에 따른 차량의 탑승자의 시선은 도면과 같을 수 있다. 구체적으로, 차량의 탑승자가 어디를 바라보느냐에 따라서 차량의 탑승자가 위쪽을 바라볼 때 시선 방향과 전면 유리창이 이루는 각도 및 차량의 탑승자가 아래쪽을 바라볼 때 시선 방향과 전면 유리창이 이루는 각도는 서로 다를 수 있다.
차량의 탑승자가 어디를 바라보는지에 따라 시선 방향과 전면 유리창이 이루는 각도가 달라질 수 있다는 점을 고려하여 복수의 광 차단 소재들의 기울기가 결정될 수 있다. 광 차단 소재들의 기울기는 차량 탑승자의 여러 시선 방향과 평행하도록 결정될 수 있다. 이 경우 광 차단 소재들의 기울기는 위치에 따라 달라질 수 있다. 이와 달리, 광 차단 소재들의 기울기가 동일하게 결정될 수도 있다.
복수의 광 차단 소재들의 기울기가 차량의 탑승자의 시선 방향과 평행하도록 달리 결정되는 경우, 서로 동일한 기울기를 가지는 경우에 비하여 도 1의 제1 방향의 광(110)이 차량 외부에서 차량 내부로 더 잘 투과될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 복수의 광 차단 소재들의 기울기를 서로 평행하게 결정하는 경우, 그 기울기를 차량의 탑승자의 시선 방향과 평행하도록 달리 결정하는 경우에 비하여 설계가 간편하고, 비용 면에서도 효율적이라는 장점이 있다.
도 9는 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창에 배치된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 차량의 전면 유리창에 배치될 수 있다. 설계에 따라, HUD용 광 차단 필름은 차량의 전면 유리창의 표면을 따라 내부 또는 외부에 배치되거나, 전면 유리창의 이중 유리 구조 사이에 삽입될 수 있다. 어느 경우든, 복수의 광 차단 소재들은 제1 방향(110)에 대응하여 계단식으로 배치된다(910).
HUD용 광 차단 필름의 HUD용 광 차단 소재들은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면, HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창 전체에 배치되어 차량의 조수석 탑승자에게도 차량의 운전자와 동일한 시야를 제공할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름이 차량의 전면 유리창 중 디스플레이 패널에서 출력되는 광이 입사하는 부분에만 대응하도록 위치하는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 일실시예에 따른 HUD용 광 차단 필름은 차량의 전면 유리창 중 디스플레이 패널에서 출력되는 광이 입사하는 부분에만 대응하도록 위치할 수 있다(1010).
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (26)

  1. 차량의 전방 시야에 대응하는 제1 방향의 광을 투과시키면서, 상기 차량에 설치되는 HUD용 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 제2 방향의 광의 적어도 일부를 차단하기 위하여, 상기 제1 방향에 대응하는 적어도 하나의 기울기를 가지면서 계단식으로 배치되는 복수의 광 차단 소재(light shielding material)들; 및
    상기 복수의 광 차단 소재들 사이의 공간을 채우는 투명 소재(transparent material)
    를 포함하는,
    HUD용 광 차단 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들 중 적어도 일부는 서로 동일한 기울기를 가지도록 배치되는,
    HUD용 광 차단 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단 소재들의 기울기는 40도 내지 85도 사이의 값을 가지는,
    HUD용 광 차단 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단 소재들의 간격은 0.3mm 내지 0.5mm 사이의 값을 가지는,
    HUD용 광 차단 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단 필름의 두께는 0.35mm 내지 0.40mm 값을 가지는,
    HUD용 광 차단 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광을 반사하기 위하여, 상기 복수의 광 차단 소재들 및 상기 투명 소재의 하단에 배치되는 광 반사 소재(light reflecting material)
    를 더 포함하는,
    HUD용 광 차단 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    외부 환경으로부터 상기 차량을 보호하기 위하여, 상기 복수의 광 차단 소재들 및 상기 투명 소재의 상단에 배치되는 광 투과 소재(light transmitting material)
    를 더 포함하는,
    HUD용 광 차단 필름.
  8. 1항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 도달하는 광의 대부분을 흡수하는 특성을 가지는,
    HUD용 차단 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 광을 편광시키는(polarizing) 특성을 가지는,
    HUD용 광 차단 필름.
  10. 시각적 정보를 포함하는 광을 출력하는 디스플레이 패널;
    상기 시각적 정보를 확대하여 표시하기 위한 확대 광학계; 및
    차량의 전방 시야에 대응하는 제1 방향의 광을 투과시키면서, 상기 시각적 정보를 포함하는 광의 경로 연장선 상에 위치하는 외부 광원에 대응하는 제2 방향의 광의 적어도 일부를 차단하기 위하여, 상기 제1 방향에 대응하는 적어도 하나의 기울기를 가지는 복수의 광 차단 소재(light shielding material)들을 포함하는 HUD용 광 차단 필름
    을 포함하는 ,
    차량용 HUD 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들 중 적어도 일부는 서로 동일한 기울기를 가지도록 배치되는,
    차량용 HUD 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들 중 적어도 일부는 서로 다른 기울기를 가지도록 배치되는,
    차량용 HUD 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 시각적 정보를 포함하는 광에 대응하는 제3 방향의 광 중 적어도 일부는 상기 HUD용 광 차단 필름에 인접한 투명 레이어에 의하여 반사되는,
    차량용 HUD 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 광 차단 소재들의 기울기는 40도 내지 85도 사이의 값을 가지는,
    차량용 HUD 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 광 차단 소재들의 간격은 0.3mm 내지 0.5mm 사이의 값을 가지는,
    차량용 HUD 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 광 차단 필름의 두께는 0.35mm 내지 0.40mm 사이의 값을 가지는,
    차량용 HUD 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 HUD용 광 차단 필름은
    상기 제3 방향의 광을 반사하기 위하여, 상기 복수의 광 차단 소재들의 하단에 배치되는 광 반사 소재(light reflecting material)
    를 더 포함하는,
    차량용 HUD 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 HUD용 광 차단 필름은
    외부 환경으로부터 상기 차량을 보호하기 위하여, 상기 복수의 광 차단 소재들의 상단에 배치되는 광 투과 소재(light transmitting material)
    를 더 포함하는,
    차량용 HUD 시스템.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 광을 편광시키는(polarizing) 특성을 가지는,
    차량용 HUD 시스템.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 광을 편광시키는 특성을 가지고,
    상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 경로 상에 광을 편광시키는 특성의 소재가 더 설치된,
    차량용 HUD 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 s-극성의 광을 흡수하면서 p-극성의 광을 통과시키고,
    상기 특성의 소재는 s-극성의 광을 통과시키면서 p-극성의 광을 흡수하는,
    차량용 HUD 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 p-극성의 광을 흡수하면서 s-극성의 광을 통과시키고,
    상기 편광시키는 특성의 소재는 p-극성의 광을 통과시키면서 s-극성의 광을 흡수하는,
    차량용 HUD 시스템.
  23. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 광 차단 소재들은 도달하는 광의 대부분을 흡수하는 특성을 가지는
    차량용 HUD 시스템.
  24. 제10항에 있어서,
    상기 HUD용 광 차단 필름은
    상기 차량의 윈드 실드(windshield)와 내부 유리 레이어(cover layer) 사이, 상기 차량의 윈드 실드의 바깥, 혹은 상기 내부 유리 레이어 안쪽에 위치하는,
    차량용 HUD 시스템.
  25. 제10항에 있어서,
    상기 HUD용 광 차단 필름은
    상기 차량의 전면 유리창에서 상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광이 입사하는 부분에 대응하도록 위치하는,
    차량용 HUD 시스템.
  26. 제10항에 있어서,
    상기 외부 광원은 태양에 대응하는,
    차량용 HUD 시스템.

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