KR20220026489A - 디스플레이 장치용 부품 및 그를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 장치용 부품 및 그를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20220026489A
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신부건
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황혜원
권도경
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로 광산란부를 포함하여 광출력부에서 출력되는 광을 소정의 방향으로 산란시킴으로써, 광회절에 의하여 발생하는 광손실을 최소화할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

디스플레이 장치용 부품 및 그를 이용한 디스플레이 장치{PARTS FOR DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 2020년 08월 25일에 한국특허청에 제출된 한국 특허출원 제10-2020-0107290호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다. 본 발명은 디스플레이 장치용 부품 및 그를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로 광산란부를 포함하여 광출력부에서 출력되는 광을 소정의 방향으로 산란시킴으로써, 광회절에 의하여 발생하는 광손실을 최소화할 수 있는 디스플레이 장치용 부품 및 그를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 헤드 업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
일반적인 차량용 헤드 업 디스플레이(Head Up Disply, HUD) 시스템(10)은 영상을 생성하여 출력하는 디스플레이(1)와, 해당 영상을 차량의 윈드쉴드(windshield)로 지향시키는 광학계(2)로 구성될 수 있다.
광학계(2)는 디스플레이(1)와 윈드쉴드 간 광경로를 확보하면서 헤드 업 디스플레이 시스템(10)의 전체 부피를 줄이기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 다수의 미러(mirror, 3-4)를 이용하게 된다.
다만, 이렇게 다수의 미러를 사용하더라도 디스플레이(1), 다수의 미러들(3-4) 간의 상호 확보해야하는 거리로 인해 헤드 업 디스플레이 시스템(10)의 전체 부피를 10 L 수준으로 줄이는데는 한계가 있다.
이러한 헤드 업 디스플레이 시스템은 운전자 입장에서 윈드쉴드를 통해 영상이 시인될 수 있는 영역인 아이모션박스(Eye Motion Box, EMB)를 넓게 형성하기 어려워, 운전자의 동공의 시축 및 영상의 시야각을 고려하여 영상이 윈드쉴드의 제한된 범위에 도달할 수 있도록 다수의 미러들(3, 4) 각도를 운전자가 직접 조절해야하는 불편이 따르기도 한다.
나아가, 이러한 문제를 해결하기 위하여 도광판을 사용하여 광을 일차원적으로 확장하고는 있지만, 입사시키는 광은 수직 방향으로 확장되지 않으므로 아이모션박스(Eye Motion Box, EMB)가 넓게 형성되지 않는 문제점이 있었다.
따라서, 디스플레이 장치에서 광확장을 통하여 아이모션박스를 넓게 구현하는 기술개발이 시급한 실정이었다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광을 확장시키는 광도광부에 소정의 방향으로 산란된 광을 입사시킴으로써 상기 광을 확장하기 위한 회절을 최소화함으로써 아이모션박스(EB)를 확장시키는 동시에 광손실을 최소화할 수 있는 디스플레이 장치용 부품 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 광을 산란시키기 위한 광산란부, 및 상기 산란된 광을 소정의 방향으로 확장시키기 위한 광도광부를 포함하며, 상기 광도광부는 광을 안내하기 위한 광가이드; 상기 산란된 광이 입력되어 상기 광가이드 상에서 안내될 수 있도록 상기 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 상기 입력된 광을 회절시키도록 구성된 제1 광학 소자; 및 상기 광가이드의 일면 또는 타면 중 어느 하나에 배치되어 상기 제1 광학 소자로부터 회절되어 상기 광가이드를 통해 안내되는 광을 수광하고 수광된 광이 부분적으로 회절되어 상기 광가이드부의 일면 또는 타면으로부터 출력되도록 구성된 제2 광학 소자;를 포함하는 것인, 디스플레이 장치용 부품을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자 각각은 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴이 구비되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부는 상기 제1 방향으로 소정의 각을 이루도록 광을 산란시키는 디퓨저인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부는 상기 제1 광학 소자의 일면과 수직방향을 따라 상기 회절 격자 패턴의 길이 방향인 제2 방향으로 광을 산란시키는 디퓨저인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부는 상기 제1 방향으로 0.5 ° 이상 3 ° 이하의 최대 산란 각도에서 광을 산란시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부는 상기 제2 방향으로 3 ° 이상 20 ° 이하의 최대 산란 각도에서 광을 산란시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 광을 산란시키며, 상기 제1 방향으로 산란된 광의 최대 산란 각도와 상기 제2 방향으로 산란된 광의 최대 산란 각도는 하기의 수학식 1을 만족시키는 것일 수 있다.
[수학식 1]
3 ≤제2 방향으로 산란된 최대 산란 각도 / 제1 방향으로 산란된 최대 산란 각도 ≤ 10.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부의 광투과율은 80 % 이상 100 % 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 광학 소자는 상기 제1 방향을 따라 상기 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 각각 홀로그래픽 광학 소자 또는 회절 광학 소자 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 디스플레이 장치용 부품; 및 상기 디스플레이 장치용 부품의 광산란부에 광이 조사되도록 상기 광을 출력하는 광출력부를 포함하는 것인 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부는 액정 디스플레이 패널 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부에서 광이 출력되는 부분의 면적은 1 cm2 이상 10 cm2 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치용 부품 및 그를 이용한 디스플레이 장치는 입사된 광의 추가적인 회절이 일어나지 않아 광효율을 향상시키는 동시에 용이하게 입사된 광을 확장하여 디스플레이 장치의 아이모션박스(EMB)를 확장할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 헤드 업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 광산란부 없이 광출력부에서 출력된 광의 중심에서 벗어난 각에 대하여 광의 파워를 나타낸 그래프 및 상기 광을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 광출력부에서 출력되어 광산란부를 통과한 광의 중심에서 벗어난 각에 대하여 광의 파워를 그래프 및 상기 광을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 입사광의 방향과 회절 격자 패턴의 방향에 따라 투과광 및 회절광의 강도 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 종래발명에 따른 입사광의 방향과 회절 격자 패턴의 방향에 따라 투과광 및 회절광의 강도 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 비교예에 따른 디스플레이 장치의 광경로 및 광경로 상에서의 주된 편광 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 디스플레이 장치의 광경로 및 광경로 상에서의 주된 편광 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 비교예에 따른 디스플레이 장치에서 출력된 광을 상, 중 및 하의 위치에서 촬영한 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 출력된 광을 상, 중 및 하의 위치에서 촬영한 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서 전체에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않으며, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 명세서 전체에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
본 명세서 전체에서, 용어 "광가이드"는 내부 전반사를 이용하여 내부에서 광을 안내하는 구조로 정의될 수 있다. 내부 전반사를 위한 조건은 광가이드의 굴절률이 광가이드의 표면에 인접한 주변 매체의 굴절률보다 커야 한다. 광가이드는 유리 및/또는 플라스틱 소재를 포함하여 형성될 수 있으며, 투명 또는 반투명할 수 있다. 광가이드부 플레이트 타입에 다양한 레이아웃으로 형성될 수 있다. 여기서, 용어 "플레이트"는 일면 및 그 반대측인 타면 사이에 소정의 두께를 가지는 3차원 구조체를 의미하며, 그 일면 및 타면은 실질적으로 평탄한 평면일 수도 있지만, 그 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면은 1차원적 또는 2차원적으로 만곡되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 타입의 광가이드는 1차원적으로 만곡되어 그 일면 및/또는 타면이 원기둥의 측면 중 일부와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 다만, 그 만곡에 의해 형성되는 곡률은 광가이드 상에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사가 용이하도록 충분히 큰 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하다.
본 명세서 전체에서, 용어 "광학 소자"는 광학 소자에 도달하는 광이 회절되어 광경로가 변경될 수 있다. 광학 소자는 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 광가이드 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 이해될 수 있다.
본 명세서 전체에서, 용어 "회절 광학 소자"는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴을 포함하는 것을 의미하며, 광가이드 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 정의될 수 있다. 여기서, "회절 광학 소자"는 광가이드 상에 일방향으로 배향된 복수 격자선이 미리 정한 방향으로 배열되어 패턴을 가지면서 소정의 면적을 형성하는 부분을 의미할 수 있다.
본 명세서 전체에서, “회절 격자 패턴의 길이 방향”은 회절 격자 패턴의 길이 방향은 고굴절부와 저굴절부의 서로 교번하여 나열되는 방향과 수직한 방향으로 정의될 수 있다.
본 명세서 전체에서, “표면 요철 격자 패턴”은 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 표면 요철 격자 패턴을 포함하는 것을 의미하며, 광가이드 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 정의될 수 있다. 여기서, “표면 요철 광학 소자”는 광가이드 상에 일방향으로 배향된 복수 표면 요철 격자선이 미리 정한 방향으로 배열되어 패턴을 가지면서 소정의 면적을 형성하는 부분을 의미할 수 있다.
본 명세서 전체에서, 용어 "표면 요철 격자선"은 광가이드 표면 상에 소정의 높이를 가지는 돌기 형태(즉, 양각 패턴) 및/또는 광가이드 표면 상에 소정의 깊이를 가지는 홈 형태(즉, 음각 패턴)를 의미할 수 있다. 여기서, 격자선의 배향 방향은 회절 광학 소자에 의한 회절을 통해 의도한 방향으로 광경로가 변경될 수 있도록 자유롭게 설계될 수 있으며, 상기 복수의 표면 요철 격자선이 배열되어 있는 패턴은 “표면 요철 격자 패턴”을 의미할 수 있다.
본 명세서 전체에서, 용어 "홀로그래픽 광학 소자"는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 홀로그래픽 격자 패턴을 의미하며, 홀로그래픽 광학 소자에 도달하는 광은 회절되어 광경로가 변경될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 격자 패턴은 포토폴리머(photopolymer)와 같은 감광 재료에 복수의 레이저가 간섭되어 기록될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자는 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 광가이드 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 이해될 수 있다.
본 명세서 전체에서, “홀로그래픽 격자 패턴의 길이 방향”은 고굴절부와 저굴절부의 서로 교번하여 나열되는 방향과 수직한 방향으로 정의될 수 있다.
본 명세서 전체에서, 용어 "회절 효율"은, 광가이드 상에서 내부 전반사되는 광이 광학 소자에 의해 일부 회절되어 광경로가 변경되고 나머지는 회절되기 전의 광경로를 따라 전반사될 수 있는데, 회절되어 광경로가 변경된 회절광의 광량을 회절되기 직전의 광량으로 나눈 값을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 광을 산란시키기 위한 광산란부(130), 및 상기 산란된 광을 소정의 방향으로 확장시키기 위한 광도광부(150)를 포함하며, 상기 광도광부는 광을 안내하기 위한 광가이드(151); 상기 산란된 광이 입력되어 상기 광가이드(151) 상에서 안내될 수 있도록 상기 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 상기 입력된 광을 회절시키도록 구성된 제1 광학 소자(153); 및 상기 광가이드의 일면 또는 타면 중 어느 하나에 배치되어 상기 제1 광학 소자(153)로부터 회절되어 상기 광가이드(151)를 통해 안내되는 광을 수광하고 수광된 광이 부분적으로 회절되어 상기 광가이드(151)의 일면 또는 타면으로부터 출력되도록 구성된 제2 광학 소자(155);를 포함하는 것인, 디스플레이 장치용 부품(100`)을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치용 부품(100`)은 입사된 광의 추가적인 회절이 일어나지 않아 광효율을 향상시키는 동시에 용이하게 입사된 광을 확장하여 디스플레이 장치(100)의 아이모션박스(EMB, Eye Motion Box)를 확장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태인 디스플레이 장치(100)는 광출력부(110), 광산란부(130) 및 광도광부(150)를 포함하며, 본 발명의 일 실시상태인 디스플레이 장치용 부품(100`)은 광산란부(130) 및 광도광부(150)를 포함한다. 나아가, 상기 광도광부(150)는 광가이드(151), 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155)를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 디스플레이 장치용 부품(100`)이 상술한 구성을 포함함으로써, 상기 디스플레이 장치(100)의 출력되는 광의 효율을 향상시킬 수 있으며, 아이모션박스(EMB)를 확장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 디스플레이 장치용 부품(100`)은 광을 산란시키기 위한 광산란부(130)를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 디스플레이 장치용 부품(100`)이 후술할 광출력부(110)에 의하여 출력된 광을 산란시키는 광산란부(130)를 포함함으로써, 상기 광출력부(110)에서 출력되는 광의 저하없이 소정의 방향으로 산란시킴으로써 상기 디스플레이 장치(100)의 아이모션박스를 넓게 확보할 수 있으며, 소정의 방향으로 확장시키기 위한 회절을 최소화함으로써, 광 효율을 향상시켜 우수한 이미지를 재생할 수 있다.
도 3은 광산란부(130) 없이 광출력부(110)에서 출력된 광의 중심에서 벗어난 각에 대하여 광의 파워를 나타낸 그래프 및 상기 광을 개략적으로 도면이다. 도 3을 참고하면, 도 3(a)와 같이 광출력부(110)에서 출력된 광은 광산란부(130)를 통과하지 않으므로 출력된 광은 어떠한 방향으로도 산란되지 않고 중심부에서 가장 강한 출력을 갖고 중심부에서 벗어날수록 광출력은 급격히 저하된다. 마찬가지로 도 3(b)의 그래프와 같이 광의 중심으로부터 멀어질수록 광출력이 급격히 저하되는 것을 예상할 수 있다.
도 4는 광출력부(110)에서 출력되어 광산란부(130)를 통과한 광의 중심에서 벗어난 각에 대하여 광의 파워를 그래프 및 상기 광을 개략적으로 도면이다. 도 4를 참고하면, 도 4(a)와 같이 광출력부(110)에서 출력된 광은 광산란부(130)를 통과하여 소정의 방향으로도 산란되고 중심부에서 벗어난 위치까지 광출력이 유지된다. 마찬가지로 도 4(b)의 그래프와 같이 광의 중심으로 멀어지더라도 광출력이 유지되는 것을 예상할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 디스플레이 장치용 부품(100`)은 상기 산란된 광을 소정의 방향으로 확장시키기 위한 광도광부(150)를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 광도광부(150)를 포함함으로써, 상기 광산란부(130)에서 산란된 광이 입사되고 회절되어 상기 광을 소정의 방향으로 확장시켜 상기 디스플레이 장치(100)의 아이모션박스를 넓게 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광도광부(150)는 광을 안내하기 위한 광가이드(151); 제1 광학 소자(153); 및 제2 광학 소자(155);를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 광도광부(150)가 광가이드(151), 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155)를 포함함으로써, 상기 산란된 광을 입사시키고, 입사된 광을 소정의 방향으로 회절시키며, 상기 회절된 광을 일부는 회절시켜 광가이드(151) 밖으로 출력하고 일부는 통과하여 상기 광출력부(110)에서 출력된 광을 확장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광도광부(150)는 제1 광학 소자(153)를 포함한다. 상기 제1 광학 소자(153)는 후술할 광출력부(110)로부터 출력된 광이 상기 광산란부(130)를 통과한 후 입력되어 광가이드(151) 상에서 안내될 수 있도록 광가이드(151)의 일면 또는 타면에 배치되어 입력된 입력광(PB)을 회절시키도록 구성될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 광학 소자(153)를 포함함으로써, 입력된 광을 광가이드(151)에서 전반사되어 안내되도록 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 광학 소자(153)는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴(153p)을 구비할 수 있다. 여기서, 제1 광학 소자(153)의 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 방향은 제1 방향으로 정의하기로 하며, 도 2 기준 x 축 방향일 수 있다. 여기서, 제1 광학 소자(153)의 회절 격자 패턴(153p)의 길이 방향은 제1 방향과 수직한 제2 방향, 즉 도 2 기준 z 축 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광도광부(150)는 제2 광학 소자(155)를 포함한다. 상기 제2 광학 소자(155)는 상기 제1 광학 소자(153)로부터 안내된 광을 수광하고 상기 수광된 광의 일부는 회절시켜 상기 광가이드(151) 외부로 출력하고 상기 회절되지 않은 광 일부는 투과시켜 상기 수광된 광을 일차원적으로 확장시킴으로써, 후술할 광출력부(110)에서 출력된 광을 확장하고, 상기 디스플레이 장치(100)의 아이모션박스를 넓게 구현할 수 있다.
구체적으로, 제2 광학 소자(155)는 제1 광학 소자(153)로부터 회절되어 광가이드(151)를 통해 안내되는 광(L1)을 수광하여 일부는 회절에 의해 광가이드(151)의 타면을 향하도록 하고, 나머지는 기존 광경로로 광가이드(151) 상에서 전반사에 의해 안내될 수 있도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제2 광학 소자(155)에 최초 수광된 광(L1)은 특정 방향, 예를 들어, 제1 방향을 따라 소정의 간격만큼 복수회 이격된 지점마다 부분적으로 회절되어 그 회절광(L2)은 광가이드(151) 외부로 출력되고, 나머지 광은 제1 방향을 따라 광가이드(151) 내부에서 전반사되어 안내되므로, 결국 1차원적인 확장이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제2 광학 소자(155)는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴(155p)을 구비할 수 있다. 여기서, 제2 광학 소자(155)의 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 방향은 제1 방향으로 정의하기로 하며, 도 2 기준 x 축 방향일 수 있다. 여기서, 제2 광학소자(155)의 회절 격자 패턴(155p)의 길이 방향은 제1 방향과 수직한 제2 방향, 즉 도 2 기준 z 축 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 광학 소자(153) 및 상기 제2 광학 소자(155) 각각은 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴(153p, 155p)을 구비되는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 회절 격자 패턴(153p, 155p)을 동일한 방향으로 구현함으로써, 입사된 광출력을 저하시키지 않으며, 출력되는 광의 광효율을 향상시키고 상기 디스플레이 장치(100)에 의하여 재생되는 이미지의 선명도를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1 광학 소자 (153) 및 상기 제2 광학 소자(155) 각각 모두는 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴(153p, 155p)을 구비되는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 광학 소자의 회절 격자 패턴(153p)이 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴을 구비되고, 상기 제2 광학 소자의 회절 격자 패턴(155p)이 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴을 구비되는 것으로 구현됨으로써, 후술할 광출력부(110)에서 출력되는 광의 광량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 입사광(PB)의 방향과 회절 격자 패턴의 방향에 따라 투과광(TB) 및 회절광(DB)의 강도 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참고하면, 입사광(PB)으로 제1 방향으로 편광된 광을 조사하는 경우 제1 방향으로 회절 격자 패턴(153p)이 형성된 제1 광학 소자(153)를 통과하면서 회절되는 광량은 높게 구현되지만 투과광의 광량은 낮게 구현된다. 따라서, 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155) 모두의 회절 격자 패턴(153p, 155p)을 제1 방향으로 설정함으로써, 광출력부(110)에서 출력되는 광의 광량을 높게 유지할 수 있다.
도 6은 종래발명에 따른 입사광의 방향과 회절 격자 패턴의 방향에 따라 투과광 및 회절광의 강도 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6을 참고하면, 입사광(PB)으로 제1 방향으로 편광된 광을 조사하는 경우 제1 방향으로 회절 격자 패턴(153p)이 형성된 제1 광학 소자(153)를 통과하면서 회절되는 광량은 높게 구현되지만 투과광의 광량은 낮게 구현된다. 이후 제2 방향으로 회절 격자 패턴이 형성된 제2 광학 소자에 의하여 회절되는 상기 회절광은 투과광의 강도가 높게 구현되며 회절광은 광량이 낮게 구현됨으로써, 광출력부(110)에서 출력되는 광의 광량이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부(130)는 상기 제1 방향과 소정의 각을 이루는 방향으로 광을 산란시키는 디퓨저인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 광산란부(130)는 광을 상기 제1 방향과 소정의 각을 이루는 제2 방향으로 산란되는 디퓨저인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 광산란부(130)는 타원형으로 산란되는 디퓨저인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 광산란부(130)는 상기 제1 광학 소자의 일면과 수직방향을 따라 상기 회절 격자 패턴의 길이 방향인 제2 방향으로 산란되는 디퓨저인 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 광산란부(130)가 특정한 방향으로 산란되는 디퓨저인 것으로 선택됨으로써, 상기 디스플레이 장치(100)에 의하여 재생되는 이미지의 아이모션박스를 넓게 구현할 수 있다.
본 명세서 전체에서, “특정한 방향으로 광을 산란시키는 것”은 광이 조사된 방향과 수직한 면에서 특정한 방향으로 산란된 것을 의미할 수 있다. 구체적으로 도 2를 참고하면, 상기 광출력부(110)에서 조사된 광이 광산란부(130)로 입사되고, 상기 입사된 광은 상기 광산란부(130)에 의하여 광이 산란된다. 상기 광출력부(110)에서 조사된 광의 연장된 방향을 상기 산란된 광의 조사방향으로 정의할 수 있으며, 상기 산란된 광의 조사방향과 각을 이루면서 산란되어 상기 광가이드(151), 즉 제1 광학 소자(153)의 면에서 산란이 이루어지는 특정한 방향을 “특정한 방향으로 광을 산란시키는 것”으로 정의할 수 있다.
본 명세서 전체에서, 상기 특정한 방향으로 광산란이 이루어지는 것은 상기 특정한 방향으로 최대로 산란이 이루어지고 이외 방향은 약하게 산란이 이루어져 면적으로 산란이 되는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부(130)는 상기 제1 방향으로 0.5 ° 이상 3 ° 이하의 최대 산란 각도에서 광을 산란시키는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광출력부(110)로부터 출력되어 광산란부(130)에 조사된 광을 상기 제1 방향으로 0.7 ° 이상 2.7 ° 이하, 1.0 ° 이상 2.5 ° 이하 또는 1.5 ° 이상 2.0 ° 이하의 최대 산란 각도로 산란시키는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 광출력부(110)로부터 출력되어 광산란부(130)에 조사된 광의 최대 산란 각도를 조절함으로써, 확장하고자 하는 이미지의 크기를 조절하며, 선명도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서 전체에서, “최대 산란 각도”는 광이 조사되는 방향을 따라 각을 형성하여 광이 산란되는 경우, 상기 산란되는 광 중에서 상기 조사되는 방향과 최대 이격되어 산란되는 광과 상기 조사되는 방향이 이루는 각도를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부(130)는 상기 제2 방향으로 3 ° 이상 20 ° 이하의 최대 산란 각도에서 광을 산란시키는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 제2 방향으로 4 ° 이상 19 ° 이하, 5 ° 이상 18 ° 이하, 6 ° 이상 17 ° 이하, 7 ° 이상 16 ° 이하, 8 ° 이상 15 ° 이하, 9 ° 이상 14 ° 이하, 10 ° 이상 13 ° 이하 또는 11 ° 이상 12 ° 이하의 최대 산란 각도로 광을 산란시키는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 후술할 광출력부(110)로부터 출력되어 광산란부(130)에 조사된 광의 최대 산란 각도를 조절함으로써, 확장하고자 하는 이미지의 크기를 조절하며, 선명도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부(130)는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 광을 산란시키며, 상기 제1 방향으로 산란된 최대 산란 각도와 상기 제2 방향으로 산란된 최대 산란 각도는 하기의 수학식 1을 만족시키는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광산란부(130)는 후술할 광출력부(110)로부터 출력되어 광산란부(130)에 조사된 광을 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 산란시키며, 상기 제1 방향으로 산란된 최대 산란 각도와 상기 제2 방향으로 산란된 최대 산란 각도는 하기의 수학식 1을 만족시키는 것일 수 있다.
[수학식 1]
3 ≤제2 방향으로 산란된 최대 산란 각도 / 제1 방향으로 산란된 최대 산란 각도 ≤ 10
구체적으로 하기의 수학식 1의 값은 4 이상 9 이하, 5 이상 8 이하 또는 6 이상 7 이하일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 수학식 1의 값을 조절함으로써, 확장하고자 하는 이미지의 크기를 조절하며, 선명도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광산란부(130)의 광투과율은 80 % 이상 100 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광산란부(130)의 광투과율은 82 % 이상 98 % 이하, 84 % 이상 96 % 이하, 86 % 이상 94 % 이하 또는 88 % 이상 92 % 이하일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 광산란부(130)의 광투과율을 조절함으로써, 디스플레이 장치(100)에서 재생되는 광의 휘도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 광학 소자(155)는 상기 제1 방향을 따라 상기 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제2 광학 소자(155)는 제1 방향을 따라 갈수록 회절 격자 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것이 바람직하다. 제2 광학 소자에서의 회절 격자 패턴에 의한 효율은 10 내지 100 % 사이에서 점차 높아지도록 구성될 수 있다. 제2 광학 소자(155)가 제1 광학 소자(153)로부터 수광한 광(L1)은 광가이드(151) 상에서 회절 격자 패턴이 나열된 제1 방향을 주된 방향으로 하여 전반사되는데, 일부 광(L2)은 회절 격자 패턴에 의해 전반사 경로 상에서 회절과 함께 분기되어 광경로가 광가이드(151)로부터 출력되는 방향으로 형성된다. 결국, 제1 방향을 주된 방향으로 하는 전반사 경로를 따라갈수록 광량은 줄어들게 된다. 따라서, 회절 격자 패턴에 도달하는 광량이 상기 전반사 경로를 따라갈수록 줄어들게 되더라도, 제2 광학 소자(155)가 제1 방향을 따라 회절 효율이 높아지도록 구성되면, 제2 광학 소자(155)의 회절 격자 패턴(155p)을 통해 회절되어 광가이드(151)로부터 출력되는 광들(L2)은 서로간 광량이 비슷해질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155)는 각각 홀로그래픽 광학 소자 또는 표면 요철 광학 소자 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155)는 모두 홀로그래픽 광학 소자이거나 표면 요철 광학 소자일 수 있다. 또한 상기 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155)는 하나는 홀로그래픽 광학 소자이고 나머지 하나는 표면 요철 광학 소자일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 제1 광학 소자(153) 및 제2 광학 소자(155)를 선택함으로써, 구현되는 디스플레이 장치의 상황에 따라 적절한 회절효율을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 디스플레이 장치용 부품(100`); 및 상기 디스플레이 장치용 부품(100`)의 광산란부(130)에 광이 조사되도록 상기 광을 출력하는 광출력부(110)를 포함하는 것인, 디스플레이 장치(100)를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치(100)는 입사된 광의 추가적인 회절이 일어나지 않아 광효율을 향상시키는 동시에 용이하게 입사된 광을 확장하여 디스플레이 장치(100)의 아이모션박스(EMB)를 확장할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부(110)는 출력된 광이 상기 광산란부(130)에 조사되는 것이다. 상술한 것과 같이 상기 광출력부(110)에서 조사된 광이 광산란부(130)에 의하여 조사됨으로써, 상기 특정방향으로 광을 확장시키기 위한 추가적인 광학 소자를 제거시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 디스플레이 장치(100)는 광을 출력하는 광출력부(110)를 포함한다. 상술한 것과 같이 광출력부(110)를 포함함으로써, 미리 정해진 이미지를 광으로 조사하여 소정의 위치에 상기 이미지를 출력할 수 있다. 나아가, 상기 디스플레이 장치(100)가 차량용 헤드업 디스플레이 장치(HUD)에 해당하는 경우 윈드쉴드(windshield)에 상기 이미지를 재생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부(110)는 액정 디스플레이 패널 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광출력부(110)는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes, OLED )로 구성되는 디스플레이 패널(이하, 유기 발광 디스플레이 패널) 또는 레이저 빔 스캔 프로젝터일 수 있다. 보다 구체적으로 광출력부(110)는 화상 정보를 가진 전기적 신호를 입력 받고 상기 화상 정보에 대한 화상 표시광을 출력하는 수단을 의미한다. 상술한 것과 같이 상기 광출력부(110)를 액정 디스플레이 패널 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널로 선택함으로써, 고정된 이미지뿐만 아니라 동영상을 재생할 수 있으며, 상기 재생되는 이미지의 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부(110)에서 광이 출력되는 부분의 면적은 1 cm2 이상 10 cm2 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광출력부(110)에서 광이 출력되는 부분의 면적은 2 cm2 이상 9 cm2 이하, 3 cm2 이상 8 cm2 이하, 4 cm2 이상 7 cm2 이하 또는 5 cm2 이상 6 cm2 이하일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 광이 출력되는 부분의 면적을 조절함으로써, 상기 재생되는 이미지의 화질을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 7은 비교예에 따른 디스플레이 장치의 광경로 및 광경로 상에서의 주된 편광 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7을 참고하면, 광산란부(130)를 구비하지 않고 광출력부(110)에서 광(L)을 출력하였다. 이후 상기 제1 광학 소자(153)를 통하여 상기 광(L)이 입사되고 광가이드(151)를 통하여 전반사가 이루어져 제2 광학 소자(155)에 수광된다. 상기 수광된 광(L1)은 상기 제2 광학 소자(155)에서 회절되어 광이 일차원적으로 확장되어 광가이드(151)로부터 광(L2)이 출력되었다.
도 8은 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)의 광경로 및 광경로 상에서의 주된 편광 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8을 참고하면, 광출력부(110)에서 광(L)을 출력하여 광산란부(130)를 통과시켰다. 이후 상기 제1 광학 소자(153)를 통하여 상기 광(L)이 입사되고 광가이드(151)를 통하여 전반사가 이루어져 제2 광학 소자(155)에 수광된다. 상기 수광된 광(L1)은 상기 제2 광학 소자(155)에서 회절되어 광이 일차원적으로 확장되어 광가이드로부터 광(L2)이 출력되었다.
도 9는 비교예에 따른 디스플레이 장치에서 출력된 광을 상, 중 및 하의 위치에서 촬영한 도면이다. 도 9를 참고하면, 중의 위치에서 쵤영된 사진은 이미지가 선명한 것을 확인하였지만, 상이나 하의 위치에서 쵤영한 사진은 이미지가 확인되지 않은 것으로부터 제1 방향으로 광의 확장이 발생하지 않음을 확인하였다.
도 10는 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)에서 출력된 광을 상, 중 및 하의 위치에서 촬영한 도면이다. 도 10을 참고하면, 상, 중 및 하의 모든 위치에서 이미지를 확인할 수 있었다, 이를 통하여 광출력부(110)로 출력된 광이 제1 방향으로 확장이 발생한 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 디스플레이 장치용 부품(100`) 및 그를 이용한 디스플레이 장치(100)는 상기 광산란부(130)를 통하여 광출력부(110)의 광을 제1 방향으로 확장함으로써, 광량의 저하없이 상기 디스플레이 장치(100)의 광 확장을 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 디스플레이 장치 100`: 디스플레이 장치용 부품
110: 광출력부 130: 광산란부
150: 광도광부 151: 광가이드
153: 제1 광학 소자 153p: 제1 광학 소자의 회절 격자 패턴
155: 제2 광학 소자 155p: 제2 광학 소자의 회절 격자 패턴
PB: 입사광 TB: 투과광
DB: 회절광

Claims (13)

  1. 광을 산란시키기 위한 광산란부, 및 상기 산란된 광을 소정의 방향으로 확장시키기 위한 광도광부를 포함하며,
    상기 광도광부는
    광을 안내하기 위한 광가이드;
    상기 산란된 광이 입력되어 상기 광가이드 상에서 안내될 수 있도록 상기 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 상기 입력된 광을 회절시키도록 구성된 제1 광학 소자; 및
    상기 광가이드의 일면 또는 타면 중 어느 하나에 배치되어 상기 제1 광학 소자로부터 회절되어 상기 광가이드를 통해 안내되는 광을 수광하고 수광된 광이 부분적으로 회절되어 상기 광가이드의 일면 또는 타면으로부터 출력되도록 구성된 제2 광학 소자;를 포함하는 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자 각각은 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 회절 격자 패턴이 구비되는 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광산란부는 상기 제1 방향으로 소정의 각을 이루도록 광을 산란시키는 디퓨저인 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 광산란부는 상기 제1 광학 소자의 일면과 수직방향을 따라 상기 회절 격자 패턴의 길이 방향인 제2 방향으로 광을 산란시키는 디퓨저인 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 광산란부는 상기 제1 방향으로 0.5 ° 이상 3 ° 이하의 최대 산란 각도에서 광을 산란시키는 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 광산란부는 상기 제2 방향으로 3 ° 이상 20 ° 이하의 최대 산란 각도에서 광을 산란시키는 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 광산란부는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 광을 산란시키며,
    상기 제1 방향으로 산란된 최대 산란 각도와 상기 제2 방향으로 산란된 최대 산란 각도는 하기의 수학식 1을 만족시키는 것인 디스플레이 장치용 부품:
    [수학식 1]
    3 ≤제2 방향으로 산란된 최대 산란 각도 / 제1 방향으로 산란된 최대 산란 각도 ≤ 10.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광산란부의 광투과율은 80 % 이상 100 % 이하인 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 상기 제1 방향을 따라 상기 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는,
    디스플레이 장치용 부품.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 각각 홀로그래픽 광학 소자 또는 회절 광학 소자 중에서 선택된 어느 하나인 것인,
    디스플레이 장치용 부품.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 디스플레이 장치용 부품; 및
    상기 디스플레이 장치용 부품의 광산란부에 광이 조사되도록 상기 광을 출력하는 광출력부를 포함하는 것인,
    디스플레이 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 광출력부는 액정 디스플레이 패널 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널을 포함하는 것인,
    디스플레이 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 광출력부에서 광이 출력되는 부분의 면적은 1 cm2 이상 10 cm2 이하인 것인,
    디스플레이 장치.
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