WO2016137262A1 - 헤드 업 디스플레이 장치 - Google Patents

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장성하
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LG Innotek Co Ltd
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • Embodiments relate to a head up display device.
  • a head-up display is a front display device that displays various information necessary for driving at the position of the coordinator or driver's gaze with the external view and displays it as a virtual image in order to minimize gaze movement of the coordinator or the driver. .
  • the head-up display device is composed of a display unit, an optical system, a holographic combiner, and the like, and forms driving information such as a vehicle's speed and position into a predetermined image through a display unit, and the formed image uses an optical system. Project onto a holographic combiner attached to a windshield, which is the windshield of the vehicle. In addition, a predetermined image is formed in the air in front of the vehicle so that the driver can view information related to the current vehicle position or speed, etc. without turning the field of view and checking the instrument panel through the formed image.
  • the head-up display system uses a CRT (Cathode-Ray Tube), LCD (Liquid Crystal Display) or the like as a display unit for expressing information related to the driving of the vehicle as a predetermined image.
  • CTR Cathode-Ray Tube
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the light obtained from the image panel through the image panel is provided to the driver through a mirror or windshield.
  • the distribution of light incident on the image panel may not be uniform, and thus the light uniformity of the image provided to the driver Can be low.
  • a light emitting diode Light Emitting Diode
  • the uniform light is supplied to the image panel while minimizing the light loss of the light emitted from the light emitting element. It is necessary.
  • the embodiment can provide a head-up display of a virtual image with improved brightness and have a uniform light uniformity.
  • the embodiment provides a head-up display device that can obtain a high quality image by improving the light uniformity by disposing a plurality of optical members between the light source and the image panel.
  • Embodiments include at least one light source for emitting light; A first optical member for changing a path of light emitted from the light source; An optical sheet transferring light emitted from the first optical member to a second optical member described below; And a second optical path changing the path of the light transmitted from the optical sheet, the first surface in the optical sheet direction and the second surface in the following image panel direction, wherein the first and second surfaces are curved surfaces, respectively. It provides a head-up display device comprising a member.
  • It may further include a reflective member for changing the path of the light emitted from the second optical member.
  • the first optical member may be formed of a plurality of curved surfaces.
  • the number of curved surfaces in the first optical member may be the same as the number of the light sources.
  • the cross section of each curved surface in the first optical member may be an ellipse.
  • the optical sheet may be a diffuser sheet or a prism sheet.
  • the optical sheet may be perpendicular to the main direction of light from the first optical sheet to the second optical sheet.
  • the first surface in the second optical member may be convex in the optical sheet direction and the second surface may be convex in the opposite direction to the first surface.
  • the direction in which the plurality of light sources are disposed may be the same as the direction in which the first surface and the second surface in the second optical member are disposed.
  • the curvature of the first surface may be 15 to 30.
  • the shape of the second surface may be symmetrical with the first surface with respect to the center of the second optical member.
  • Another embodiment includes an image generator for generating an image having information; A plurality of light sources emitting light; A light guide part disposed on an optical axis of the plurality of light sources to guide light emitted from the plurality of light sources to the image generator; And a virtual image optical unit configured to generate the virtual image, the image being generated and projected by the image generating unit.
  • a first optical member disposed on the plurality of light sources and including a base substrate and a lens unit protruding from the base substrate; And a light exit surface disposed on the first optical member and having a curved surface convex in the direction of the plurality of light sources and a light exit surface facing the light incident surface and convex in the direction of the image generating unit.
  • a second optical member comprising a; It provides a head-up display device comprising a.
  • the light guide part may include an intermediate member disposed between the first optical member and the second optical member, and the intermediate member may be a diffusion plate.
  • the intermediate member may further include at least one of a prism sheet or a DBEF.
  • the base substrate may be disposed to be perpendicular to the optical axis, and the plurality of light sources may be arranged on the base substrate in at least one of an x axis direction and a y axis direction perpendicular to the x axis.
  • the base substrate may be disposed to face the plurality of light sources, and the lens unit may be disposed to face the second optical member.
  • the lens unit may be in the shape of a hemisphere or a semi-elliptic sphere.
  • the plurality of lens units may be disposed, and the plurality of lens units may be disposed to correspond to the plurality of light sources, respectively.
  • the plurality of lens units may be spaced apart from each other.
  • the plurality of lens units may be disposed such that at least one neighboring lens unit and an outer region overlap each other.
  • the second optical member may have a vertical cross section formed by connecting a first curve constituting the light incident surface and a second curve constituting the light emission surface.
  • the vertical cross section may include a straight line connecting the first curve, the second curve, and the first curve and the second curve.
  • the second optical member may be a horizontal column formed by extending the vertical cross section in the x-axis direction.
  • the second optical member may include a plurality of horizontal pillars which are disposed to overlap in the y-axis direction.
  • the horizontal pillars of the second optical member may overlap each other in the y-axis direction corresponding to the row in which the plurality of light sources are arranged.
  • a central portion of the curved surface of the horizontal pillar and a central portion of the lens unit may be disposed on the optical axis of the light source.
  • the light guide part may further include a housing part including the first optical member, the intermediate member, and the second optical member.
  • the virtual image optical unit includes at least one reflective mirror; A position adjuster for adjusting the position of the at least one reflective mirror; And a driving motor unit controlling the position adjusting unit to adjust at least one of a reflection angle or a diffraction angle of the at least one reflection mirror. It may include.
  • the light uniformity of the image in the head-up display device according to the embodiment is improved compared to the conventional light uniformity.
  • the head-up display device includes a plurality of optical members for collecting or diffusing the light emitted from the light source, thereby adjusting the beam shape of the light supplied to the image panel and uniform light Can be delivered to provide the driver with a virtual image with improved image quality.
  • FIG. 1 is a view showing a vehicle equipped with a head-up display device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a view showing the light source and the first optical member of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view illustrating the first optical member, the optical sheet, and the second optical member of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a perspective view of the second optical member of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a view showing in detail the arrangement of the first embodiment of the head-up display device
  • 6A and 6B are diagrams comparing optical uniformity of an image according to the head-up display apparatus according to the first exemplary embodiment with those of the related art.
  • FIG. 7 is a block diagram of the head-up display device of the second embodiment
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an embodiment of a vehicle equipped with the head-up display device illustrated in FIG. 7;
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of only a part of the head-up display device illustrated in FIG. 8;
  • 10A to 10B illustrate an embodiment of a first optical member of the head-up display device of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a plan view, a perspective view, and a sectional view of an embodiment of the first optical member of the head-up display device of FIG. 8;
  • FIG. 12 is a plan view, a perspective view, and a sectional view of an embodiment of a second optical member of the head-up display device of FIG. 8;
  • FIG. 13 is a view illustrating an embodiment of a second optical member of the head-up display device of FIG. 8;
  • FIG. 14 is a view showing an embodiment of the arrangement of the light guide unit and the image generating unit of the head-up display device of FIG.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating a simulation result of light characteristics in a conventional head-up display device that does not include a light guide part.
  • 15B is a diagram showing a simulation result of optical characteristics in the head-up display device of the second embodiment.
  • the upper (up) or the lower (down) (on or under) when described as being formed on the “on” or “on” (under) of each element, the upper (up) or the lower (down) (on or under) includes both the two elements are in direct contact with each other (directly) or one or more other elements are formed indirectly formed (indirectly) between the two elements.
  • the upper (up) or the lower (down) (on or under) when expressed as “up” or "on (under)", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
  • FIG. 1 is a view showing a vehicle equipped with a head-up display device according to an embodiment.
  • the head-up display apparatus 100 illustrated in FIG. 1 may include a light source unit 110, an optical unit 120, an image panel 130, and a controller.
  • the light source unit 110 emits light and may include at least one light source 112 and a substrate 114.
  • At least one light source 112 may be disposed on the substrate 114.
  • the substrate 114 may be formed with an electrode pattern for electrical connection to the light source 112, the PCB (PET) made of any one material selected from polyethylene terephthalate (PET), glass, polycarbonate (PC), silicon (Si) ( Printed Circuit Board) It may be a substrate, or may be formed in a film form.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • Si silicon
  • the substrate 114 may selectively use a single layer PCB, a multilayer PCB, a ceramic substrate, a metal core PCB, and the like.
  • the controller serves to drive at least one light source 112 through the substrate 114.
  • the at least one light source 112 may include a plurality of light sources.
  • the at least one light source 112 may be a light emitting device (LED) or a laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), but the embodiment is not limited to the type of the light source 112.
  • the at least one light source 112 may be a side view type light emitting diode or a top view type light emitting diode.
  • the light emitting diode chip is composed of a blue LED chip or an ultraviolet LED chip or a red LED chip, a green LED chip, a blue LED chip, a yellow green LED chip.
  • the package may be configured by combining at least one or more of the white LED chip.
  • the white LED may be implemented by combining a yellow phosphor on a blue LED, or using a red phosphor and a green phosphor on a blue LED simultaneously, and a yellow phosphor on a blue LED. Yellow phosphor, red phosphor, and green phosphor may be simultaneously used.
  • the at least one light source 112 includes a plurality of light sources
  • the plurality of light sources may emit light having different wavelengths or may emit light having the same wavelength band.
  • the controller may control whether the at least one light source of the plurality of light sources 112 emits light through the substrate 114 to control the plurality of light sources 112 to operate alternately.
  • the controller 150 controls the flashing of the plurality of light sources 112 to express the virtual image to be headed up in color. 114 can be controlled.
  • the controller may drive the motor to control the positions of the at least one light source 112. It may be.
  • the controller may control the degree of brightness of the light emitted from the light source 112. This allows high quality light to be provided at night or during the day when strong and direct sunlight is present.
  • the optical unit 120 may be formed of a first optical member, an optical sheet, and a second optical member, which will be described later.
  • a light guide may be disposed between the light source unit 110 and the optical unit 120.
  • the light guide is disposed on the optical axis of the light source 112 to guide the light emitted from one light source 112 to the optical unit 120.
  • the light guide portion is, for example, an acrylic resin series such as polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthlate (PET), cyclic olefin copolymers (COC), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), or MS (Mathacylate).
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PET polyethylene terephthlate
  • COC cyclic olefin copolymers
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • MS Melthacylate
  • the image panel 130 generates an image having information, and may include, for example, at least one of a liquid crystal display (LCD), a digital light processing (DLP), or a liquid crystal on silicon (LCoS).
  • LCD liquid crystal display
  • DLP digital light processing
  • LCDoS liquid crystal on silicon
  • the embodiment is not limited to the type of the image panel 130.
  • the liquid crystal panel included in the LCD receives liquid crystal between two sheets of glass and forms a device pattern, that is, dots (pixels) that are sectioned on the wiring, and each pixel Controlled by a thin film transistor (TFT).
  • TFT thin film transistor
  • the controller provides the image data having information to the image panel 130, and the image panel 130 generates an image using the image data received from the controller.
  • the controller may be electrically connected to an external vehicle information providing unit (not shown) and the like to receive image data.
  • the vehicle information providing unit may include an electronic control unit (ECU), which is a kind of computer containing software capable of executing various functions for a vehicle.
  • ECU electronice control unit
  • controller may serve to supply power required by the head-up display apparatus 100 according to the embodiment.
  • the head up display apparatus 100 may be mainly disposed in a vehicle, an aircraft, or the like.
  • the head up display apparatus 100 may be disposed under the windshield glass 202. It is not limited to the position of the display apparatus 100.
  • the vehicle 200 may include a head up display apparatus 100, a windshield glass 202, and a light combiner 204.
  • the head up display apparatus 100 may be disposed under the windshield 202, but the embodiment is not limited to the position of the head up display apparatus 100 in the vehicle 200.
  • the head-up display apparatus 100 may further include a reflective member that transmits the light emitted from the image panel 130 toward the light combining unit 204.
  • the virtual image projected from the image panel 130 may be irradiated to the light combining unit 204.
  • the light combining unit 204 diffracts the irradiated light to generate a driver (
  • the virtual image 190 may be recognized by the driver 210, and the driver 210 may observe the image 184 transmitted from the virtual image 190.
  • the light combiner 204 may include a hologram (not shown) that may be disposed on the windshield 202, and may be omitted in some cases.
  • FIG. 2 is a view illustrating the light source and the first optical member of FIG. 1.
  • the light source unit 110 includes five light sources 112 and a1 to a5 disposed on the substrate 114, and the first optical member 122 has a curved surface 122b disposed on the body 122a.
  • 122b may include five curved surfaces b1 to b5 in the same manner as the number of light sources a1 to a5.
  • each of the curved surfaces b1 to b5 may be disposed on an optical axis of light (shown by a dotted line) emitted from each of the light sources a1 to a5.
  • the direction in which the five light sources a1 to a5 are disposed and the direction in which the first surface S1 and the second surface S2 are disposed in the second optical member 124 may be the same.
  • the first optical member 122 may include a second surface S2 opposite to the first surface S1 in the direction of the light source unit 110, and curved surfaces b1 to b5 may be disposed on the second surface S2. Can be formed.
  • a direction in which the five light sources a1 to a5 are disposed and a direction in which the first surface S1 and the second surface S2 are disposed in the second optical member 124 may be the same.
  • At least a part of the cross sections of each curved surface b1 to b5 may be an ellipse, and in detail, at least a part of the cross sections of each curved surface b1 to b5 may have a shape defined by Equation 1 below.
  • FIG. 3 is a view illustrating the first optical member, the optical sheet, and the second optical member of FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view of the second optical member of FIG. 3.
  • Light whose path is changed in the first optical member 122 may be transmitted to the second optical member 126 through the optical sheet 124.
  • the optical sheet 124 may be a diffuser sheet or a prism sheet, and the optical sheet 124 may be perpendicular to the main transmission direction or optical axis of light emitted from the first optical member 122 and directed to the second optical member 126. Can be.
  • the second optical member 126 includes a first surface 126a in the first direction in the direction of the optical sheet 124 and a second surface 126b in the second direction in the image panel direction although not shown in the drawing. Surface 126a and second surface 126b may each be curved.
  • the first surface 126a may be convex in the direction of the optical sheet 124 and the second surface 126b may be convex in the opposite direction to the first surface.
  • the curvature of the first surface S1 in the second optical member 126 may be 15 to 30, the curvature of the second surface S2 may be ⁇ 30 to ⁇ 15, and the center of the second optical member 126 may be The first surface S1 and the second surface S2 may be symmetrical with respect to.
  • FIG. 5 is a view showing in detail the arrangement of an embodiment of the head-up display device.
  • the curvature of the curved surface 122b in the first optical member may satisfy Equation 2 below.
  • Curvatures R1 and R2 of the first and second surfaces of the second optics 126 may be -22.5 and +22.5, respectively, and the thickness t 1 of the first optical member 122 may be 5.7 millimeters. And the inner width t 2 of the second optical member 126 may be 10.7 millimeters.
  • the distance d 1 between the first optical member 122 and the optical sheet 124 may be 5.5 millimeters, and the distance d 2 between the optical sheet 124 and the second optical member 126 may be It may be 0.5 millimeters, and the distance d 3 between the second optical member 126 and the reflective member may be 5.5 millimeters.
  • 6A and 6B are diagrams illustrating an optical uniformity of an image according to a head-up display apparatus according to an exemplary embodiment.
  • the portion of the image spaced apart between the light sources is reduced, so that the light uniformity is improved compared to the conventional optical uniformity of FIG. 6B.
  • Fig. 7 is a block diagram showing the configuration of the head-up display device of the second embodiment.
  • the head-up display apparatus 300 may include a light source unit 310, a light guide unit 320, an image generator 330, a virtual image optical unit 340, and a controller 350.
  • the light source unit 310 emits light supplied to the image generating unit and may include a plurality of light sources 312 and a substrate 314.
  • the plurality of light sources 312 may be disposed on the substrate 314.
  • An electrode pattern for electrical connection with the light source 312 may be formed on the substrate 314, and may be the same as the substrate 114 described with reference to FIG. 1.
  • the controller 350 may serve to drive the plurality of light sources 112 through the substrate 314.
  • the plurality of light sources 312 may be, for example, a light emitting device (LED) or a laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), but the embodiment is not limited to the type of the light source 312.
  • LED light emitting device
  • laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
  • the plurality of light sources 312 may be side view type light emitting diodes or top view type light emitting diodes.
  • the plurality of light sources 112 included in the light source unit 310 may further include an optical member in a light emitting diode (LED) chip, a light emitting device package having a light emitting device (LED) fixed to a body, or a light emitting device package. It may be in the form of a light emitting module, and may be the same as the light source 112 of FIG. 1.
  • LED light emitting diode
  • LED light emitting device
  • the controller 350 may control the degree of brightness of the light emitted from the light source 312.
  • high quality light may be provided according to the surrounding environment, such as at night or during the day when strong and direct sunlight is present.
  • the light guide unit 320 may be disposed on the optical axes of the light sources 312 to guide the light emitted from the light source unit 310 to the image generator 330.
  • the image generator 330 may generate an image having information and project the image having information as 'image light' by the light guided by the light guide unit 320.
  • the image generator 330 may include at least one of a liquid crystal display (LCD), a digital light processing (DLP), or a liquid crystal on silicon (LCoS), but the embodiment may generate an image. It is not limited to the kind of unit 330.
  • LCD liquid crystal display
  • DLP digital light processing
  • LCDoS liquid crystal on silicon
  • the controller 350 provides image data having information to the image generator 330, and the image generator 330 generates an image using the image data received from the controller 350.
  • the controller 150 may be electrically connected to an external vehicle information providing unit (not shown) to receive image data.
  • the vehicle information providing unit may be an electronic control unit (ECU), and the controller 350 and the ECU may be electrically connected.
  • the ECU may store and control information about the driving of the vehicle and the device of the vehicle, and the controller 350 may receive the information data and convert the information data into image data to implement the image information.
  • the controller 350 may execute a process of converting driving information transmitted from an ECU, which is an internal system of a vehicle, to data that can be displayed.
  • controller 350 may serve to supply power required by the head-up display apparatus 300 according to the second embodiment.
  • the controller 350 may supply power to each of the substrate 314 and the image generator 330.
  • the virtual image optical unit 340 is projected from the image generator 330 and may generate a virtual image from the image light obtained from the image and output it through the output terminal OUT.
  • the virtual image optical unit 340 may include at least one reflective mirror, and includes a position adjusting unit for adjusting the position of the at least one reflective mirror and a position adjusting unit for controlling the position adjusting unit. It may further include a drive motor for adjusting at least one.
  • the at least one reflective mirror may be any one of a mirror in the form of a flat, concave, convex or custom preform.
  • the reflective mirror may be formed by including a reflective layer made of at least one of Al (Aluminum), Ag (Silver), and Au (Gold) on the surface.
  • the at least one reflecting mirror may include a turning mirror for changing the projection direction of the supplied image light.
  • the head-up display device 300 mounted on the vehicle 400 will be described in order to help the understanding of the head-up display device 300 illustrated in FIG. 7 described above.
  • the head up display apparatus 300 illustrated in FIG. 8 may be mounted in various vehicles such as an airplane in addition to the vehicle 400 illustrated in FIG. 8.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an embodiment of a vehicle 400 equipped with the head-up display apparatus 300 illustrated in FIG. 7, and an illustration of the controller 350 of FIG. 1 is omitted.
  • the vehicle 400 may include a head up display apparatus 300, a windshield glass 402, and a light combiner 404.
  • the head up display device 300 may be disposed under the windshield glass 402, but embodiments are not limited to the location of the head up display device 300 within the vehicle 400.
  • FIG. 9 is a side cross-sectional view of the light source unit 310, the light guide unit 320, the image generating unit 330, and the virtual image optical unit 340 in the head-up display device 300 illustrated in FIG. 8. .
  • the light guide unit 320 may be disposed between the light source unit 310 and the image generator 330.
  • the light guide part 320 may include a first optical member 322 disposed adjacent to the light source unit 310 and a second optical member 326 disposed adjacent to the image generating unit 330.
  • the first optical member 322 may include a base substrate 322-1 and a lens unit 322-2.
  • the lens unit 322-2 may protrude from the base substrate 322-1.
  • the base substrate 322-1 faces the plurality of light sources, and the lens unit 322-2 may be disposed to protrude in the direction of the second optical member 326, and the base substrate 322-1 may be a light source unit ( It may be disposed to be perpendicular to the optical axis (O1, O2) of the 310.
  • the second optical member 326 may be disposed on the first optical member 322, and may be disposed on the light incident surface 326-1 and the light incident surface having a curved surface convex toward the light source unit 310 including a plurality of light sources.
  • the light emitting surface 326-2 may have a curved surface facing the convex surface in the direction of the image generator 330.
  • the light guide part 320 may further include an intermediate member 324.
  • the intermediate member 324 may be disposed between the first optical member 322 and the second optical member 326.
  • the intermediate member 324 may diffuse light of the light source concentrated through the first optical member 322.
  • the intermediate member 324 may be a diffuser sheet.
  • the intermediate member 324 may improve the uniformity of luminance of the light passing through the intermediate member by diffusing the light of the light source passing through the first optical member.
  • uniform light can be obtained by reducing light source unevenness caused by the luminance difference between the center and the edge of the light source.
  • the intermediate member 324 may further include at least one of a prism sheet or a dual brightness enhancement film (DBEF).
  • DBEF dual brightness enhancement film
  • the intermediate portion of the lens unit 322-2 may be positioned on the optical axes O 1 and O 2 of the light source 312 so that the optical axis of the light source 312 and the optical axis of the first optical member lens unit 322-2 coincide with each other.
  • the center of the light incident surface 326-1 and the center of the light emitting surface 326-2 of the second optical member may also be disposed on the optical axes O1 and O2 of the light source 312. .
  • the plurality of light sources 312 may be arranged in two rows.
  • the embodiment of FIG. 9 may include six light sources, the embodiment is not limited to the number of light sources 312. That is, the light source unit 310 of the head-up display device 300 according to the second embodiment may include more or less than six light sources 312.
  • six light sources may be arranged when three light sources are arranged in the x-axis direction, and three light sources forming one row are arranged in two rows in the y-axis direction. That is, although six light sources may be arranged in two rows and three columns in the embodiment, the arrangement of the plurality of light sources is not limited to the illustrated embodiment, and may be arranged in various forms.
  • 10A through 10B illustrate exemplary embodiments of the first optical member 322.
  • the lens unit 322-2 in the first optical member may have a hemispherical shape or a semi-elliptic shape. That is, the hemispherical or semi-elliptic lens part 322-2 may protrude from the base substrate 322-1.
  • the lens unit 322-2 may cover the light source, and the area of the cross section at the surface where the lens unit 322-2 meets the base substrate 322-1 may be greater than or equal to the cross-sectional area of the light source.
  • (A) is a figure which shows the top view of a 1st optical member
  • (b) is the figure which cut
  • (c) is BB' in the figure (a). It is a figure which shows the cross section cut
  • the lens unit 322-2 formed to correspond to each light source may be formed by overlapping at least one neighboring lens unit with an outer region.
  • lens parts disposed adjacent to each other in a row direction may be spaced apart from each other, but lens parts adjacent to each other in a column direction may be formed to overlap neighboring outer regions.
  • the plurality of lens units 322-2 are disposed to be spaced apart from each other in the column direction, and are arranged in the row direction so that neighboring outer lens regions overlap with each other. Can be formed.
  • the lens regions adjacent to each other in the plurality of lens units may be formed to overlap all of the outer regions.
  • the arrangement interval of the lens unit 322-2 may vary according to the arrangement interval of the corresponding light source.
  • the horizontal section of the lens unit 322-2 may be elliptical, for example, the lens unit 322-2 may be formed on the base substrate 322-1 in the form of a semi-ellipse sphere.
  • (B) is a figure which shows the top view of a 1st optical member
  • (b) is the figure which cut
  • (c) is Bb' in the figure (a). It is a figure which shows the cross section cut
  • the plurality of lens units 322-2 may be spaced apart from each other.
  • the lens parts disposed adjacent to each other in the row direction but also the lens parts neighboring in the column direction may be spaced apart from each other.
  • the shape of the horizontal cross section has an elliptical embodiment having a long axis in the vertical direction, but the shape of the lens unit 322-2 is not limited to the illustrated embodiment, but has an elliptical shape having a long axis in the horizontal direction. It may have a horizontal cross section or a circular horizontal cross section.
  • the light emitted from the plurality of light sources is transferred to the lens unit 322-2 due to the lens unit 322-2 protruding toward the image generating unit. It may have the effect of being concentrated in the direction of the image generating unit while passing through.
  • the arrangement of the lens units in the first optical member may also be formed differently accordingly.
  • FIG. 11 shows drawings of an embodiment of the first optical member.
  • FIG. 11A illustrates a plan view of the first optical member.
  • the lens part 122-2 of the first optical member has an elliptical shape whose diameter in the y-axis direction is larger than that in the x-axis direction.
  • the lens units adjacent to each other in the y-axis direction, that is, the column direction may be formed to overlap each other.
  • (B) is a perspective view of a 1st optical member
  • (c) is a front view in the plane cut
  • (d) is BB in FIG. ⁇ Corresponds to the front view from the plane cut by the line.
  • the first optical member embodiment illustrated in FIG. 11 may be an optical member used when the number of light sources included in the head-up display device is six and a plurality of light sources are arranged in two rows and three columns.
  • the first optical member of the embodiment illustrated in FIGS. 10A to 11 may be formed to correspond to the lens unit on the light source so that light emitted from the light source may be concentrated and emitted while passing through the first optical member.
  • the first optical member on the light source unit to concentrate the light emitted and diffused from the light source to increase the brightness of the light toward the image generating unit can improve the light efficiency of the light source unit.
  • FIG. 12 is a view of an embodiment of a second optical member.
  • FIG. 12A illustrates a plan view of the second optical member, and a portion indicated by a dotted line may be disposed on the optical axis of the light source as the central portion C of the second optical member. That is, the central portion C of the second optical member may be the most protruding portion of the curved surface in the shape of the horizontal column.
  • (B) is a perspective view of a 2nd optical member
  • (c) is a front view in the plane cut
  • (d) is BB in FIG. 12 (a).
  • the second optical member may have a vertical cross section formed by connecting the first curve 326-1a constituting the light incident surface and the second curve 326-2a constituting the light emission surface to each other, and this cross section is x. It may be a horizontal columnar shape formed extending in the axial direction. In this case, the vertical cross section of the second optical member may be a cross section at the yz plane.
  • the second optical member may be a three-dimensional shape formed to include only a portion of the cylinder. That is, the second optical member may have a three-dimensional shape symmetrically formed at both sides with respect to the xy plane of the cylinder cut in the height direction to include only a portion of the circular bottom circumference. In addition, the second optical member may be disposed such that the three-dimensional shape is overlapped in the y-axis direction.
  • the second optical member in response to the light sources arranged in two rows, may have a form in which two three-dimensional shapes overlap each other in the y-axis direction.
  • the center of the curved surface in the three-dimensional shape included in the second optical member may be disposed on the optical axis of the light source.
  • 6B illustrates a perspective view of a second optical member having two three-dimensional shapes.
  • FIG. 13 is a view showing another embodiment of the second optical member 126.
  • FIG. 13A is a perspective view of the second optical member
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the second optical member cut along the line BB ′ in FIG. 13A.
  • the second optical member connects the first curve 326-1a constituting the light incident surface and the second curve 326-2a constituting the light emission surface, and the first curve and the second curve. It may have a vertical cross section consisting of a straight line (326-3a).
  • the second optical member may have a three-dimensional shape of a horizontal column in which the vertical cross section shown in FIG. 13 (b) extends in the x-axis direction.
  • the second optical member of the embodiment illustrated in FIG. 13 has a light incidence plane and a light exit plane extending in the x-axis direction, respectively, and have two curved surfaces, a light incidence plane, a light exit plane, and a light incidence plane. It may be a three-dimensional shape formed by the side surface connecting the two end points of the light exit surface.
  • the light incident surface may be a convex surface convexly formed in the direction of the first optical member
  • the light output surface may have a curved surface convexly formed in the direction of the image generating unit.
  • light in the vertical direction, that is, the y-axis direction, of the light emitted from the light source may be more concentrated.
  • first optical member 322 and the second optical member 326 of the embodiments of FIGS. 10A to 13 are the same as the light guide part included in the head-up display device according to the first embodiment. It may be made of a material.
  • the base substrate 322-1 and the lens unit 322-2 may be made of the same material.
  • the base substrate and the lens unit may be integrally formed. have.
  • FIG. 14 is a view illustrating an embodiment of an optical guide unit 320 including an optical member.
  • FIG. 14A is a plan view showing the arrangement of the light guide unit 320 and the image generator 330.
  • FIG. 14B is a perspective view
  • FIG. 14C is a perspective view of AA ′ in FIG. It is a front view in the surface cut
  • the light guide part 320 may include a first optical member 322 disposed adjacent to a light source unit, an intermediate member 324 disposed on the first optical member, and a second optical member disposed on the intermediate member. It may have a configuration including the member 326.
  • the light guide part 320 may further include a housing part including the first optical member 322, the intermediate plate 324, and the second optical member 326.
  • the first optical member, the intermediate member, and the second optical member may be stacked and arranged in the housing part, and the first optical member, the intermediate member, and the second optical member may be arranged at a predetermined interval in the housing part. It may be formed to further include a holder for fixing each optical member so that it can be.
  • the light guide unit 320 concentrates the light supplied from the light source unit in the direction of the image generating unit 330 from the first optical member 322, and then uniformly distributes the concentrated light through the intermediate member 324.
  • the second optical member 326 may further improve the light efficiency supplied from the light source unit to the image generating unit by concentrating light in the vertical direction in the y-axis direction.
  • 15A to 15B are diagrams showing simulation results of images output by the light supplied from the light source unit being supplied to the image generating unit.
  • FIG. 15A is an image output result when the light guide unit is not included
  • FIG. 15B corresponds to an image output result of the image generation unit in the case of including the light guide unit of the second embodiment.
  • the light source may be uneven due to a deviation of the light output from the space between the light source and the portion where the light source is located, depending on the arrangement of the light source. It can be seen that it appears low.
  • the variation in the luminance of the portion having the light source and the portion that is the space between the light sources is reduced, thereby reducing the unevenness of the light source, and the overall luminance is also improved. Can be.
  • the head-up display device of the second embodiment by including a plurality of optical members in the light guide portion, it is possible to improve the luminance of the virtual image generated by concentrating the light emitted from the light source.
  • the intermediate member in the light guide portion it is possible to improve the optical characteristics of the virtual image generated by using the light supplied through the light guide portion by uniformly diffusing the concentrated light.
  • the head-up display device may be mounted on various vehicles such as a vehicle or another airplane.

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Abstract

실시예는 광을 방출하는 적어도 하나의 광원; 상기 광원으로부터 방출된 광의 경로를 변경하는 제1 광학 부재; 상기 제1 광학 부재로부터 방출된 광을 하기의 제2 광학 부재로 전달하는 광학 시트; 및 상기 광학 시트로부터 전달된 광의 경로를 변경하고, 상기 광학 시트 방향의 제1 면과 하기의 영상 패널 방향의 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 제2 면이 각각 곡면인 제2 광학 부재를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

헤드 업 디스플레이 장치
실시예는 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드 업 디스플레이 장치(head-up display)란, 조정사나 운전자의 시선 이동을 최소화하기 위해 조정사나 운전자의 주시선 위치에 주행에 필요한 다양한 정보를 외부 시야와 함께 중첩시켜 허상으로서 표시하는 전방 시현 장치이다.
헤드 업 디스플레이 장치는 표시부, 광학계, 홀로그래픽 컴바이너(holographic combiner) 등으로 구성되며, 현재 차량의 속도, 위치 등의 주행정보를 표시부를 통해 소정의 이미지로 형성하고, 형성된 이미지는 광학계를 사용하여 차량의 전면 유리창인 윈드실드(windshield)에 부착된 홀로그래픽 컴바이너에 투사한다. 그리고, 차량 전방의 허공에 소정의 이미지가 결상되어 운전자는 결상 된 이미지를 통해 시야를 돌려 계기판을 확인하지 않고도 현재 차량의 위치나 속도 등의 주행과 관련된 정보 등을 볼 수 있도록 한다.
이러한 헤드 업 디스플레이 시스템에서 현재까지는 차량 주행과 관련된 정보를 소정의 이미지로 표현하기 위한 표시부로 CRT(Cathode-Ray Tube)나 LCD(Liquid Crystal Display) 등을 사용하고 있다.
영상 패널을 통과한 영상 정보를 획득한 빛이 미러(mirror)나 윈드실드를 통하여 운전자에게 제공되는데, 영상 패널로 입사되는 빛의 분포가 일정하지 않을 수 있으며 따라서 운전자에게 제공되는 영상의 광균일도가 낮을 수 있다.
특히 발광부에는 발광소자(Light Emitting Diode) 등이 사용되나, 헤드 업 디스플레이 장치에서의 영상 품질을 개선하기 위해서는 발광 소자에서 방출된 빛의 광 손실을 최소화하면서도 균일한 광이 영상 패널로 공급되도록 하는 것이 필요하다.
실시예는 휘도가 향상된 허상을 헤드 업 디스플레이할 수 있고, 광균일도가 고른 헤드 업 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 광원과 영상 패널 사이에 복수의 광학 부재를 배치하여 광 균일도를 개선하여 고품질의 영상을 얻을 수 있는 헤드 업 디스플레이 장치를 제공한다.
실시예는 광을 방출하는 적어도 하나의 광원; 상기 광원으로부터 방출된 광의 경로를 변경하는 제1 광학 부재; 상기 제1 광학 부재로부터 방출된 광을 하기의 제2 광학 부재로 전달하는 광학 시트; 및 상기 광학 시트로부터 전달된 광의 경로를 변경하고, 상기 광학 시트 방향의 제1 면과 하기의 영상 패널 방향의 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 제2 면이 각각 곡면인 제2 광학 부재를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치를 제공한다.
제2 광학 부재에서 방출된 빛의 경로를 변경하는 반사 부재를 더 포함할 수 있다.
제1 광학 부재는, 복수 개의 곡면으로 이루어질 수 있다.
제1 광학 부재 내의 곡면의 개수는 상기 광원의 개수와 동일할 수 있다.
제1 광학 부재 내의 각각의 곡면의 단면은 타원일 수 있다.
제1 광학 부재 내의 각각의 곡면의 단면의 적어도 일부는 다음의 수학식으로 정의되는 형상을 가지고, (x2/A2)+(y2/B2)+(z2/C2)=c2, 여기서 3＜A＜10, 3＜B＜10, 3＜C＜10일 수 있다.
광학 시트는, 디퓨저 시트 또는 프리즘 시트일 수 있다.
광학 시트는, 상기 제1 광학 시트로부터 상기 제2 광학 시트로 향하는 빛의 주된 방향에 수직일 수 있다.
제2 광학 부재 내의 제1 면은 상기 광학 시트 방향으로 볼록하고 제2 면은 상기 제1 면과 반대 방향으로 볼록할 수 있다.
광원은 복수 개가 배치된 방향과, 상기 제2 광학 부재 내의 제1 면과 제2 면이 배치된 방향은 동일할 수 있다.
제1 면의 곡률은 15 내지 30일 수 있다.
제2 면의 형상은 상기 제2 광학 부재의 중심에 대하여 상기 제1 면과 대칭일 수 있다.
다른 실시예는 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부; 광을 방출하는 복수의 광원; 상기 복수의 광원의 광축 상에 배치되어 상기 복수의 광원으로부터 방출된 광을 상기 영상 생성부로 가이드하는 광 가이드부; 및 상기 영상 생성부에서 생성되어 투사되는 상기 영상을 허상 영상으로 생성하는 허상 광학부; 를 포함하며, 상기 광 가이드부는 상기 복수의 광원 상에 배치되며, 베이스 기판과 상기 베이스 기판 상에 돌출되어 형성된 렌즈부를 포함하는 제1 광학부재; 및 상기 제1 광학부재 상에 배치되고 상기 복수의 광원 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광입사면과 상기 광입사면에 대향하며 상기 영상 생성부 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광출사면; 을 포함하는 제2 광학부재; 를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 광 가이드부는 상기 제1 광학부재와 상기 제2 광학부재 사이에 배치되는 중간부재를 포함하며, 상기 중간부재는 확산판일 수 있다.
상기 중간부재는 프리즘시트 또는 DBEF 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판은 상기 광축과 수직되도록 배치되고, 상기 복수의 광원은 x축 방향 또는 상기 x축과 수직되는 y축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 베이스 기판 상에 배열될 수 있다.
상기 베이스 기판은 상기 복수의 광원과 마주보고 배치되고, 상기 렌즈부는 상기 제2 광학부재와 마주보고 배치될 수 있다.
상기 렌즈부는 반구 또는 반타원구의 형상일 수 있다.
상기 렌즈부는 복수 개이고, 상기 복수의 렌즈부는 상기 복수의 광원에 각각 대응하여 배치될 수 있다.
상기 복수의 렌즈부는 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 복수의 렌즈부는 이웃하는 적어도 하나의 렌즈부와 외곽 영역이 서로 중첩되어 배치될 수 있다.
상기 제2 광학부재는 상기 광입사면을 이루는 제1 곡선 및 상기 광출사면을 이루는 제2 곡선을 연결하여 형성된 수직 단면을 가질 수 있다.
또한, 상기 수직 단면은 상기 제1 곡선, 상기 제2 곡선 및 상기 제1 곡선과 상기 제2 곡선을 연결하는 직선을 포함하는 것일 수 있다.
제2 광학부재는 상기 수직 단면이 x축 방향으로 연장되어 형성된 수평 기둥일 수 있다.
상기 제2 광학부재는 y축 방향으로 중복되어 배치된 복수의 상기 수평 기둥을 포함할 수 있다.
상기 제2 광학부재의 상기 수평 기둥은 상기 복수의 광원이 배치된 행에 대응하여 상기 y축 방향으로 중복되어 배치될 수 있다.
상기 수평 기둥의 곡면의 중심부와 상기 렌즈부의 중심부는 상기 광원의 상기 광축 상에 배치될 수 있다.
상기 광 가이드부는 상기 제1 광학부재, 상기 중간부재 및 상기 제2 광학부재를 포함하여 배치하는 하우징부를 더 포함할 수 있다.
상기 허상 광학부는 적어도 하나의 반사 미러; 상기 적어도 하나의 반사 미러 위치를 조절하는 위치 조절부; 및 상기 위치 조절부를 제어하여 상기 적어도 하나의 반사 미러의 반사 각도 또는 회절 각도 중 적어도 하나를 조정하는 구동 모터부; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치에 영상의 광 균일도가 종래의 광균일도에 비하여 개선된다.
또한, 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치는 광원에서 방출된 빛을 모아주거나 또는 확산시키는 복수의 광학 부재를 포함함으로써, 영상 패널로 공급되는 광의 빔 세이프(Beam Shape)를 조절할 수 있고 또한 균일한 광이 전달되도록 하여 영상 품질이 개선된 허상 영상을 운전자에게 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치를 장착한 차량을 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 광원과 제1 광학 부재를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 제1 광학 부재와 광학 시트 및 제2 광학 부재를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 3의 제2 광학 부재의 사시도이고,
도 5는 헤드 업 디스플레이 장치의 제1 실시예의 배치를 상세히 나타낸 도면이고,
도 6a 및 도 6b는 제1 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치에 따른 영상의 광균일도를 종래와 비교한 도면이고
도 7은 제2 실시예의 헤드 업 디스플레이 장치의 블록도를 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치를 장착한 차량의 일 실시 예를 나타낸 도면이고,
도 9는 도 8에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치의 일부만을 확대 도시한 단면도이고,
도 10a 내지 도 10b는 도 8의 헤드 업 디스플레이 장치의 제1 광학부재의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 도 8의 헤드 업 디스플레이 장치의 제1 광학부재의 일 실시예에 대한 평면도, 사시도 및 단면도를 나타낸 도면이고,
도 12는 도 8의 헤드 업 디스플레이 장치의 제2 광학부재의 일 실시예에 대한 평면도, 사시도 및 단면도를 나타낸 도면이고,
도 13은 도 8의 헤드 업 디스플레이 장치의 제2 광학부재의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 14는 도8의 헤드 업 디스플레이 장치의 광 가이드부와 영상 생성부의 배치 실시예를 나타낸 도면이고,
도 15a는 광 가이드부를 포함하지 않는 종래의 헤드 업 디스플레이 장치에서의 광 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고,
도 15b는 제2 실시예의 헤드 업 디스플레이 장치에서의 광 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치를 장착한 차량을 나타낸 도면이다.
도 1에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(100)는 광원부(110), 광학부(120), 영상 패널(130) 및 제어부를 포함할 수 있다.
광원부(110)은 광을 방출하며, 적어도 하나의 광원(112) 및 기판(114)을 포함할 수 있다.
기판(114) 위에 적어도 하나의 광원(112)이 배치될 수 있다. 기판(114)은 광원(112)에 전기적 연결을 위한 전극 패턴이 형성될 수 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC), 실리콘(Si)으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수도 있고, 필름 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 기판(114)은 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
제어부는 기판(114)을 통해 적어도 하나의 광원(112)을 구동시키는 역할을 한다. 여기서, 적어도 하나의 광원(112)은 복수의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 광원(112)은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Device) 또는 레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)일 수 있으나, 실시예는 광원(112)의 종류에 국한되지 않는다.
적어도 하나의 광원(112)은 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드 또는 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수 있다.
광원(112)이 발광 다이오드 칩(LED chip)일 경우, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
여기서, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 형광체(Yellow phosphor)를 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 형광체(Red phosphor)와 그린 형광체(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있고, 블루 LED 상에 옐로우 형광체(Yellow phosphor), 레드 형광체(Red phosphor) 및 그린 형광체(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수도 있다.
만일, 적어도 하나의 광원(112)이 복수의 광원을 포함할 경우, 복수의 광원은 서로 다른 파장을 갖는 광을 방출할 수도 있고 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광을 방출할 수도 있다. 이때, 제어부는 기판(114)을 통해 복수의 광원(112) 중 적어도 하나의 광원의 발광 여부를 제어하여, 복수의 광원(112)이 교대로 작동하도록 제어할 수도 있다.
또한, 복수의 광원(112)이 적색, 녹색 및 청색 성분의 광을 방출할 경우, 헤드 업 디스플레이될 허상을 컬러로 표현하기 위해, 제어부(150)는 이러한 복수의 광원(112)의 점멸을 기판(114)을 통해 제어할 수 있다.
도시된 헤드 업 디스플레이 장치(100)가 복수의 광원(112)의 위치를 가변시키는 모터(미도시)를 포함할 경우, 제어부는 적어도 하나의 광원(112)의 위치를 제어하기 위해 모터를 구동시킬 수도 있다.
또한, 헤드 업 디스플레이될 허상의 휘도를 조절하기 위해, 제어부는 광원(112)에서 방출되는 광의 밝기 정도를 제어할 수도 있다. 이로 인해, 야간 또는 강하고 직접적인 태양광 등이 존재하는 주간에 높은 품질의 광이 제공될 수 있도록 한다.
광학부(120)는 제1 광학 부재와 광학 시트 및 제2 광학 부재로 이루어질 수 있으며, 후술한다.
도시되지는 않았으나, 광원부(110)과 광학부(120)의 사이에는 광 가이드가 배치될 수 있다. 광 가이드는 광원(112)의 광축 상에 배치되어 하나의 광원(112)으로부터 방출된 광을 광학부(120)로 가이드한다. 광 가이드부는 예를 들어, PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), COC(Cyclic Olefin Copolymers), PEN(polyethylene naphthalate), PC(Polycarbonate), PS(Polystyrene), 또는 MS(Mathacylate styrene) 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 실시 예는 광 가이드부의 물질에 국한되지 않는다.
영상 패널(130)은 정보를 갖는 영상을 생성하고, 예를 들면 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display), DLP(Digital Light Processing) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 실시 예는 영상 패널(130)의 종류에 국한되지 않는다.
예를 들어, 영상 패널(130)이 LCD일 경우, LCD에 포함되는 액정 패널은 2장의 판 유리 사이에 액정을 주입받고 소자 패턴 즉, 배선에 구간되는 도트(픽셀)이 형성되고, 각 픽셀은 얇은 막 트랜지스터(TFT)에 의해 제어된다. 이와 같이, LCD는 화상 표시가 이루어지는 주지의 화상 표시 장치이다.
제어부는 정보를 갖는 영상 데이터를 영상 패널(130)로 제공하고, 영상 패널(130)은 제어부로부터 받은 영상 데이터를 이용하여 영상을 생성한다. 이를 위해, 제어부는 외부의 차량 정보 제공부(미도시) 등과 전기적으로 접속하여, 영상 데이터를 받을 수 있다. 예를 들어, 차량 정보 제공부는 자동차를 위한 여러 가지 기능을 실행할 수 있는 소프트웨이가 담긴 일종의 컴퓨터인 ECU(Electronic Control Unit)를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(100)에서 필요로 하는 전원을 공급하는 역할을 수행할 수도 있다.
헤드 업 디스플레이 장치(100)는 주로 차량이나 항공기 등에 배치될 수 있는데, 헤드 업 디스플레이 장치(100)는 윈드실드유리(202) 아래에 배치될 수 있지만, 실시 예는 차량(200) 내에서 헤드 업 디스플레이 장치(100)의 위치에 국한되지 않는다.
도 1에서 차량(200)은 헤드 업 디스플레이 장치(100), 윈드실드유리(windshield glass)(202) 및 광 합성부(combiner)(204)를 포함할 수 있다. 헤드 업 디스플레이 장치(100)는 윈드실드유리(202) 아래에 배치될 수 있지만, 실시 예는 차량(200) 내에서 헤드 업 디스플레이 장치(100)의 위치에 국한되지 않는다.
도시되지는 않았으나, 헤드 업 디스플레이 장치(100)는 영상 패널(130)에서 방출된 광을 광 합성부(204) 방향으로 전달하는 반사 부재를 더 포함할 수 있다.
영상 패널(130)에서 투사된 허상은 광 합성부(204)로 조사될 수 있는데, 허상이 광 합성부(204)로 조사될 경우, 광 합성부(204)는 조사된 광을 회절시켜 운전자(210)에게 허상(190)이 인식될 수 있도록 할 수 있고, 운전자(210)는 허상(190)으로부터 전달되는 이미지(184)를 관측할 수 있다. 광 합성부(204)는 윈드실드유리(202) 위에 배치될 수 있는 홀로그램(hologram)(미도시)을 포함할 수 있으며, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
도 2는 도 1의 광원과 제1 광학 부재를 나타낸 도면이다.
광원부(110)는 기판(114) 상에 배치되는 5개의 광원(112, a1~a5)을 포함하고, 제1 광학 부재(122)는 몸체(122a) 상에 곡면(122b)이 배치되는데, 곡면(122b)는 광원(a1~a5)의 개수와 동일하게 5개의 곡면(b1~b5)을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 곡면(b1~b5)는 각각의 광원(a1~a5)으로부터 방출되는 광(점선으로 도시됨)의 광축 상에 배치될 수 있다.
5개의 광원(a1~a5)들이 배치된 방향과 제2 광학 부재(124) 내에서 제1 면(S1)과 제2 면(S2)가 배치된 방향은 동일할 수 있다.
제1 광학 부재(122)는 광원부(110) 방향의 제1 면(S1)과 반대 방향의 제2 면(S2)를 포함할 수 있는데, 곡면(b1~b5)은 제2 면(S2)에 형성될 수 있다. 그리고, 5개의 광원(a1~a5)들이 배치된 방향과 제2 광학 부재(124) 내에서 제1 면(S1)과 제2 면(S2)가 배치된 방향은 동일할 수 있다.
각각의 곡면(b1~b5)의 단면의 적어도 일부는 타원일 수 있고, 상세하게는 각각의 곡면(b1~b5)의 단면의 적어도 일부는 아래의 수학식 1로 정의되는 형상을 가질 수 있다.
수학식 1
(x2/A2)+(y2/B2)+(z2/C2)=c2, 여기서 3＜A＜10, 3＜B＜10, 3＜C＜10일 수 있으며, c는 상수일 수 있다.
도 3은 도 1의 제1 광학 부재와 광학 시트 및 제2 광학 부재를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 제2 광학 부재의 사시도이다.
제1 광학 부재(122)에서 경로가 변경된 광은 광학 시트(124)를 통과하여 제2 광학 부재(126)로 전달될 수 있다.
광학 시트(124)는 디퓨저 시트 또는 프리즘 시트일 수 있고, 광학 시트(124)는 제1 광학 부재(122)로부터 방출되어 제2 광학 부재(126)로 향하는 빛의 주된 전달 방향 내지 광축에 수직일 수 있다.
제2 광학 부재(126)는 광학 시트(124) 방향인 제1 방향의 제1 면(126a)과 도시되지는 않았으나 영상 패널 방향인 제2 방향의 제2 면(126b)을 포함하고, 제1 면(126a)과 제2 면(126b)은 각각 곡면일 수 있다.
제1 면(126a)은 광학 시트(124) 방향으로 볼록하고 제2 면(126b)은 제1 면과 반대 방향으로 볼록한 형상일 수 있다.
제2 광학 부재(126) 내에서 제1 면(S1)의 곡률은 15 내지 30일 수 있고, 제2 면(S2)의 곡률은 -30 내지 -15이며, 제2 광학 부재(126)의 중심에 대하여 제1 면(S1)과 제2 면(S2)는 대칭일 수 있다.
도 5는 헤드 업 디스플레이 장치의 일실시예의 배치를 상세히 나타낸 도면이다.
도 5에서, 제1 광학 부재 내의 곡면(122b)의 곡률은 아래의 수학식 2를 만족할 수 있다.
수학식 2
(x2/A2)+(y2/B2)+(z2/C2)=1, 여기서 A=4.64이고, B=5.5이고, 3=4.59일 수 있다.
제2 광학(126)의 제1 면과 제2 면의 곡률(R1, R2)는 각각 -22.5와 +22.5일 수 있고, 제1 광학 부재(122)의 두께(t1)은 5.7 밀리미터일 수 있고, 제2 광학 부재(126)의 내부 폭(t2)는 10.7 밀리미터일 수 있다.
그리고, 제1 광학 부재(122)와 광학 시트(124) 사이의 거리(d1)은 5.5 밀리미터일 수 있고, 광학 시트(124)와 제2 광학 부재(126) 사이의 거리(d2)는 0.5 밀리미터일 수 있고, 제2 광학 부재(126)와 반사 부재 사이의 거리(d3)는 5.5 밀리미터일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치에 따른 영상의 광균일도를 종래와 비교한 도면이다.
도 6a의 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치에 따른 영상은 광원들 사이의 이격 공간인 부분이 줄어들어서, 광 균일도가 도 6b의 종래의 광균일도에 비하여 개선된 것을 알 수 있다.
도 7은 제2 실시예의 헤드 업 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
제2 실시예의 헤드 업 디스플레이 장치(300)는 광원부(310), 광 가이드부(320), 영상 생성부(330), 허상 광학부(340) 및 제어부(350)를 포함할 수 있다.
광원부(310)는 영상 생성부로 공급되는 광을 방출하며, 복수의 광원(312) 및 기판(314)을 포함할 수 있다.
복수의 광원(312)은 기판(314) 상에 배치될 수 있다. 기판(314)에는 광원(312)과 전기적 연결을 위한 전극 패턴이 형성될 수 있으며, 도 1에서 설명한 기판(114)과 동일하 할 수 있다.
제어부(350)는 기판(314)을 통해 복수의 광원(112)을 구동시키는 역할을 할 수 있다.
복수의 광원(312)은 예를 들어, 발광 다이오드(LED:Light Emitting Device) 또는 레이져(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)일 수 있으나, 실시예는 광원(312)의 종류에 국한되지 않는다.
복수의 광원(312)은 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드 또는 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수 있다.
또한, 광원부(310)에 포함된 복수의 광원(112)은 발광 소자(Light Emitting Diode, LED) 칩, 발광 소자(LED)를 몸체에 고정한 발광 소자 패키지 또는 발광 소자 패키지에 광학 부재를 더 포함하는 발광 모듈 형태일 수 있으며, 도 1의 광원(112)과 동일할 수 있다.
또한, 헤드 업 디스플레이에서 디스플레이될 허상의 휘도를 조절하기 위해, 제어부(350)는 광원(312)에서 방출되는 광의 밝기 정도를 제어할 수도 있다. 이로 인해, 야간 또는 강하고 직접적인 태양광 등이 존재하는 주간 등 주변 환경에 맞게 높은 품질의 광이 제공될 수 있다.
한편, 광 가이드부(320)는 복수의 광원(312)의 광축 상에 배치되어 광원부(310)로부터 방출된 광을 영상 생성부(330)로 가이드 할 수 있다.
영상 생성부(330)는 정보를 갖는 영상을 생성하고, 광 가이드부(320)에 의해 가이드 된 광에 의해, 정보를 갖는 영상을 '영상 광'으로서 투사할 수 있다.
예를 들어, 영상 생성부(330)는 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display), DLP(Digital Light Processing) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 실시예는 영상 생성부(330)의 종류에 국한되지 않는다.
제어부(350)는 정보를 갖는 영상 데이터를 영상 생성부(330)로 제공하고, 영상 생성부(330)는 제어부(350)로부터 받은 영상 데이터를 이용하여 영상을 생성한다. 이를 위해, 제어부(150)는 외부의 차량 정보 제공부(미도시) 등과 전기적으로 접속하여, 영상 데이터를 받을 수 있다. 예를 들어, 차량 정보 제공부는 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있으며, 제어부(350)와 ECU는 전기적으로 연결될 수 있다.
ECU는 차량의 운행 및 자동차의 장치에 관한 정보를 저장 및 제어할 수 있으며, 제어부(350)는 이러한 정보 데이터를 수신받아 이를 영상 정보로 구현하도록 영상 데이터로 변환하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 제어부(350)는 자동차의 내부 시스템인 ECU 등에서 전달되는 주행정보를 디스플레이가 가능한 데이터로 변환하는 프로세스를 실행할 수 있다.
그 밖에도 제어부(350)는 제2 실시 예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(300)에서 필요로 하는 전원을 공급하는 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(350)는 기판(314) 및 영상 생성부(330) 각각에 전원을 공급할 수 있다.
허상 광학부(340)는 영상 생성부(330)로부터 투사되며 영상을 획득한 영상 광으로부터 허상을 생성하여 출력단자(OUT)를 통해 출력할 수 있다.
허상 광학부(340)는 적어도 하나의 반사 미러를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 반사 미러의 위치를 조절하는 위치 조절부와, 위치 조절부를 제어하여 적어도 하나의 반사 미러의 반사 각도 또는 회절 각도 중 적어도 하나를 조절하는 구동 모터부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 반사 미러는 평탄형, 오목형, 볼록형 또는 맞춤형 프리 폼 형태의 미러 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
반사 미러는 Al(Aluminum), Ag(Silver), Au(Gold) 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 반사층을 표면에 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 반사 미러는 공급된 영상 광의 투사 방향을 바꾸는 방향전환 미러를 포함할 수도 있다.
이하, 전술한 도 7에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(300)의 이해를 돕기 위해, 차량(400)에 장착된 헤드 업 디스플레이 장치(300)에 대해 설명한다. 그러나, 도 8에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(300)는 도 8에 예시된 차량(400) 이외에 비행기 등 다양한 탈것에 장착될 수도 있다.
도 8은 도 7에 예시된 헤드 업 디스플레이 장치(300)를 장착한 차량(400)의 일 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 1의 제어부(350)의 도시는 생략되었다.
도 8을 참조하면, 차량(400)은 헤드 업 디스플레이 장치(300), 윈드실드유리(windshield glass)(402) 및 광 합성부(combiner)(404)를 포함할 수 있다. 헤드 업 디스플레이 장치(300)는 윈드실드 유리(402) 아래에 배치될 수 있지만, 실시예는 차량(400) 내에서 헤드 업 디스플레이 장치(300)의 위치에 국한되지 않는다.
이하에서 설명되는 각 도면에 도시된 x, y, z는 데카르트 좌표계를 나타내지만, 실시예는 다른 좌표계에 의해서도 설명될 수 있음은 물론이다.
도 9는 도 8에 도시된 헤드 업 디스플레이 장치(300)에서 광원부(310), 광가이드부(320), 영상 생성부(330) 및 허상 광학부(340)의 구성에 대한 측단면도를 나타낸 것이다.
도 9의 도시를 참조하면, 광원부(310)와 영상 생성부(330)사이에 광 가이드부(320)가 배치될 수 있다.
광 가이드부(320)는 광원부(310)에 인접하여 배치되는 제1 광학부재(322)와 영상 생성부(330)에 인접하여 배치되는 제2 광학부재(326)를 포함할 수 있다.
제1 광학부재(322)는 베이스 기판(322-1)과 렌즈부(322-2)를 포함할 수 있다. 렌즈부(322-2)는 베이스 기판(322-1)에서 돌출되어 형성될 수 있다.
이때 베이스 기판(322-1)은 복수의 광원과 마주보고, 렌즈부(322-2)는 제2 광학부재(326) 방향으로 돌출되도록 배치될 수 있으며, 베이스 기판(322-1)은 광원부(310)의 광축(O1, O2)과 수직되도록 배치될 수 있다.
제2 광학부재(326)는 제1 광학부재(322) 상에 배치될 수 있으며, 복수의 광원을 포함한 광원부(310) 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광입사면(326-1)과 광입사면에 대향하며 영상 생성부(330) 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광출사면(326-2)을 포함할 수 있다.
또한, 광 가이드부(320)에는 중간부재(324)를 더 포함할 수 있다.
중간부재(324)는 제1 광학부재(322)와 제2 광학부재(326) 사이에 배치될 수 있다. 중간부재(324)는 제1 광학부재(322)를 통과하여 집중된 광원의 빛을 확산시키는 것일 수 있다.
예를 들어, 중간부재(324)는 확산판(Diffuser Sheet)일 수 있다.
중간부재(324)는 제1 광학부재를 통과한 광원의 빛을 확산시킴으로써, 중간부재를 통과한 광의 휘도 균일도(Uniformity)를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 중간부재(324)를 광 가이드부에 포함함으로써 광원의 중심부와 가장자리의 휘도 차이에서 기인한 광원 얼룩을 감소하여 균일한 광을 얻을 수 있다.
또한, 중간부재(324)는 프리즘시트(Prism sheet) 또는 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 프리즘 시트 또는 DBEF를 포함하는 경우 중간부재를 통과한 광원의 휘도는 증가될 수 있다.
한편, 광원(312)의 광축과 제1 광학부재 렌즈부(322-2)의 광축이 일치하도록 렌즈부(322-2)의 중간부가 광원(312)의 광축(O1, O2) 상에 위치할 수 있으며, 또한 제2 광학부재의 광입사면(326-1)의 중심부와 광출사면(326-2)의 중심부도 광원(312)의 광축(O1, O2) 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예의 헤드 업 디스플레이 장치에서 복수의 광원(312)은 2개의 행으로 배열된 것일 수 있다. 예를 들어 도 9의 실시예는 6개의 광원을 포함하는 경우일 수 있지만, 실시예는 광원(312)의 개수에 국한되지 않는다. 즉, 제2 실시예에 의한 헤드 업 디스플레이 장치(300)의 광원부(310)는 6개보다 더 많거나 더 적은 광원(312)을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 도 9의 실시예에서 6개의 광원은 x축 방향으로 3개의 광원이 정렬되어 배치되고, 하나의 행을 이루는 3개의 광원이 y축 방향으로 2행으로 배치된 경우일 수 있다. 즉, 실시예에서 6개의 광원은 2행 3열로 배열될 수 있지만, 복수의 광원의 배열 형태는 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 배치될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는 제1 광학부재(322)에 대한 일 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 10a 내지 도 10b의 도시를 참조하면, 제1 광학부재에서 렌즈부(322-2)는 반구형 또는 반타원구형의 형상일 수 있다. 즉, 베이스 기판(322-1) 상에 반구형 또는 반타원구형의 렌즈부(322-2)가 돌출되어 형성된 것일 수 있다.
이때, 렌즈부(322-2)는 광원을 덮을 수 있는 크기이며, 렌즈부(322-2)가 베이스 기판(322-1)과 만나는 면에서의 단면의 면적은 광원의 단면적 이상일 수 있다.
도 10a의 (a)는 제1 광학부재의 평면도를 나타낸 도면이고, (b)는 (a)도면에서 AA`선으로 절단한 단면을 나타낸 도면이고, (c)는 (a)도면에서 BB`선으로 절단한 단면을 나타낸 도면이다.
각각의 광원에 대응하여 배치되도록 형성된 렌즈부(322-2)는 이웃하는 적어도 하나의 렌즈부와 외곽 영역이 중첩되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 10a를 참조하면 도면에서 행 방향으로 이웃하여 배치되는 렌즈부는 서로 이격되어 배치되나, 열 방향으로 이웃한 렌즈부는 서로 이웃하는 외곽영역이 중첩되도록 형성될 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 복수의 렌즈부(322-2)는 열 방향으로 이웃한 렌즈부는 서로 이격되어 배치되며, 행 방향으로 배열되어 이웃하는 렌즈부들은 서로 이웃하는 외곽영역이 중첩되도록 형성될 수 있다.
또한, 복수의 렌즈부에서 서로 이웃하는 렌즈부끼리 외곽영역이 모두 중첩되도록 형성될 수도 있다.
이때, 렌즈부(322-2)의 배치 간격은 대응하는 광원의 배치 간격에 따라 달라질 수 있다.
도 10b에서 렌즈부(322-2)의 수평 단면은 타원형일 수 있으며, 예를 들어 렌즈부(322-2)는 반타원구 형태로 베이스 기판(322-1)상에 형성되는 것일 수 있다.
도 10b의 (a)는 제1 광학부재의 평면도를 나타낸 도면이고, (b)는 (a)도면에서 AA`선으로 절단한 단면을 나타낸 도면이고, (c)는 (a)도면에서 BB`선으로 절단한 단면을 나타낸 도면이다.
복수의 렌즈부(322-2)는 서로 이격되어 배치되는 것일 수 있다. 예를 들어, 도 10b를 참조하면 도면에서 행 방향으로 이웃하여 배치되는 렌즈부뿐 아니라 열 방향으로 이웃한 렌즈부도 서로 이격되어 배치될 수 있다.
도 10b에서는 수평 단면의 형상이 수직 방향으로 장축을 갖는 타원형의 실시예를 도시하고 있으나, 렌즈부(322-2)의 형상은 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 수평 방향으로 장축을 갖는 타원형의 수평 단면을 갖거나 또는 원형의 수평 단면을 가질 수 있다.
도 10a 내지 도 10b에 도시하여 나타낸 일 실시예의 제1 광학부재는 영상 생성부 방향으로 돌출되어 형성된 렌즈부(322-2)로 인하여, 복수의 광원에서 방출된 빛이 렌즈부(322-2)를 통과하면서 영상 생성부 방향으로 집중되도록 하는 효과를 가질 수 있다.
따라서, 복수의 광원의 배치가 달라지는 경우 제1 광학부재에서의 렌즈부의 배열 형태도 이에 상응하여 다르게 형성될 수 있다.
도 11은 제1 광학부재의 일 실시예에 대한 도면들을 나타낸 것이다.
도 11의 (a)는 제1 광학부재의 평면도를 나타낸 것으로, 도 11의 실시예에서 제1 광학부재의 렌즈부(122-2)는 y축 방향의 지름이 x축 방향의 지름보다 큰 타원형일 수 있으며, y축 방향, 즉 열 방향으로 이웃한 렌즈부는 서로 인접한 부분에서 중첩되도록 형성될 수 있다.
도 11의 (b)는 제1 광학부재의 사시도이고, (c)는 도 11의 (a)에서 AA`선으로 절단한 면에서의 정면도이고, (d)는 도 11의 (a)에서 BB`선으로 절단한 면에서의 정면도에 해당한다.
예를 들어, 도 11에 도시된 제1 광학부재 실시예는 헤드 업 디스플레이 장치에 포함된 광원의 개수가 6개이고, 복수의 광원이 2행 3열로 배열된 경우에 사용되는 광학부재일 수 있다.
도 10a 내지 도 11에서 도시된 실시예의 제1 광학부재는 광원 상에 대응하여 렌즈부가 배치되도록 형성되어 광원에서 방출된 빛이 제1 광학부재를 통과하면서 집중되어 방출되도록 할 수 있다.
즉, 제1 광학부재를 광원부 상에 배치하여 광원에서 방출되어 확산되는 빛을 집중시킴으로써 영상 생성부 방향으로 향하는 광의 휘도를 증가시켜 광원부의 광 효율을 향상할 수 있다.
도 12는 제2 광학부재의 일 실시예에 대한 도면들이다.
도 12의 (a)는 제2 광학부재의 평면도를 나타낸 것으로, 점선으로 나타난 부분은 제2 광학부재의 중심부(C)로서 광원의 광축 상에 배치될 수 있다. 즉, 제2 광학부재의 중심부(C)는 수평 기둥의 형상에서 곡면 중 가장 돌출된 부분일 수 있다.
도 12의 (b)는 제2 광학부재의 사시도이고, (c)는 도 12의 (a)에서 AA`선으로 절단한 면에서의 정면도이고, (d)는 도 12의 (a)에서 BB`선으로 절단한 면에서의 정면도에 해당한다.
즉, 제2 광학부재는 광입사면을 이루는 제1 곡선(326-1a)과 광출사면을 이루는 제2 곡선(326-2a)이 서로 연결되어 형성된 수직 단면을 가질 수 있으며, 이러한 단면이 x축 방향으로 연장되어 형성된 수평 기둥 형상일 수 있다. 이때, 제2 광학부재의 수직 단면은 yz면에서의 단면일 수 있다.
한편, 제2 광학부재는 원기둥 중 일부분만을 포함하도록 형성된 입체 형상일수 있다. 즉, 제2 광학부재는 원형의 밑면 원주 중 일부분만을 포함하도록 높이 방향으로 절단된 원기둥이 xy평면을 기준으로 양측으로 대칭되어 형성된 입체 형상일 수 있다. 또한, 제2 광학부재는 이러한 입체 형상이 y축 방향으로 중복되어 배치되는 것일 수 있다.
예를 들어, 2행으로 배열된 광원에 대응하여 제2 광학부재는 2개의 입체 형상이 y축 방향으로 중복되어 배치된 형태를 가질 수 있다.
이때, 제2 광학부재에 포함된 입체 형상에서 곡면의 중심부가 광원의 광축 상에 배치될 수 있다. 도 6의 (b)는 두 개의 입체 형상으로 이루어진 제2 광학부재의 사시도를 나타낸 것이다.
도 13은 제2 광학부재(126)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 13(a)는 제2 광학부재의 사시도이고, 도 13(b)는 도 13(a)에서 BB`선으로 절단된 제2 광학부재의 단면도이다.
도 13(b)를 참조하면 제2 광학부재는 광입사면을 이루는 제1 곡선(326-1a)과 광출사면을 이루는 제2 곡선(326-2a) 및 제1 곡선과 제2 곡선을 연결하는 직선(326-3a)으로 이루어진 수직 단면을 가질 수 있다.
또한, 도 13(a)를 참조하면, 제2 광학부재는 이러한 도 13(b)에 도시된 수직 단면이 x축 방향으로 연장되어 형성되는 수평 기둥의 입체 형상을 가질 수 있다.
즉, 도 13에 도시되어 설명되는 일 실시예의 제2 광학부재는 광입사면과 광출사면이 각각 x축 방향으로 연장되어 있고, 두 개의 곡면인 광입사면과 광출사면 및 광입사면과 광출사면의 양 끝점을 서로 연결한 측면으로 형성되는 입체 형상일 수 있다.
도 12 내지 도 13의 실시예를 참고하면, 제2 광학부재에서 광입사면은 제1 광학부재 방향으로 볼록하게 형성된 곡면이고, 광출사면은 영상 생성부 방향으로 볼록하게 형성된 곡면형상을 가질 수 있으며, 이러한 제2 광학부재의 곡면 형상으로 인하여 광원에서 방출된 빛의 상하 방향 즉 y축 방향의 빛이 좀 더 집중되도록 할 수 있다.
한편, 상술한 도 10a 내지 도 13의 일 실시예의 제1 광학부재(322)와 제2 광학부재(326)는, 상술한 제1 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치에 구비되는 광 가이드부와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 광학부재(322)에서 베이스 기판(322-1)과 렌즈부(322-2)는 동일한 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들어 베이스 기판과 렌즈부는 일체(一體)로 형성될 수 있다.
도 14는 광학부재를 포함한 광가이드부(320)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 14의 (a)는 광가이드부(320)와 영상 생성부(330)의 배치를 평면도로 나타낸 것이고, 도 14의 (b)는 사시도, (c)는 도 14의 (a)에서 AA`선으로 절단한 면에서의 정면도이고, (d)는 도 14의 (a)에서 BB`선으로 절단한 면에서의 정면도에 해당한다.
도 14를 참조하면, 광 가이드부(320)는 광원부에 인접하여 배치되는 제1 광학부재(322), 제1 광학부재 상에 배치되는 중간부재(324) 및 중간부재 상에 배치되는 제2 광학부재(326)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 광 가이드부(320)는 제1 광학부재(322), 중간부지(324) 및 제2 광학부재(326)를 포함하여 배치하는 하우징부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징부에서 제1 광학부재, 중간부재 및 제2 광학부재는 적층되어 배치될 수 있으며, 또한 하우징부에는 제1 광학부재, 중간부재 및 제2 광학부재가 일정 간격을 유지하여 배치될 수 있도록 각 광학부재들을 고정하는 홀더부가 더 포함되어 형성될 수 있다.
이때, 광 가이드부(320)는 광원부에서 공급되는 빛을 제1 광학부재(322)에서 영상 생성부(330) 방향으로 집중되도록 하고, 이후 중간부재(324)를 거치며 집중된 빛이 균일하게 분포되도록 할 수 있으며, 다시 제2 광학부재(326)에서 상하방향인 y축 방향의 빛을 좀 더 집중시켜 광원부에서 영상 생성부로 공급되는 광 효율을 개선시키는 효과를 가질 수 있다.
도 15a 내지 15b는 광원부에서 공급된 광이 영상 생성부에 공급되어 출력된 영상에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 15a는 광 가이드부가 포함되지 않은 경우의 영상 출력 결과이고, 도 15b는 제2 실시예의 광 가이드부를 포함하는 경우에 대한 영상 생성부의 영상 출력 결과에 해당한다.
실시예의 광 가이드부가 포함되지 않은 도 15a의 경우, 광원의 배열에 따라 광원이 위치하는 부분과 광원들 사이의 이격 공간에서 출력되는 빛의 편차가 생겨 광원 얼룩이 발생할 수 있으며, 출력 영상의 전체적인 휘도도 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.
이와 비교하여 제2 실시예의 광 가이드부가 포함된 경우인 도 15b를 참조하면, 광원이 있는 부분과 광원들 사이의 이격 공간인 부분의 휘도의 편차가 줄어들어 광원 얼룩이 줄어들며, 전체적인 휘도 또한 개선된 것을 알 수 있다.
즉, 제2 실시예의 헤드 업 디스플레이 장치의 경우 광 가이드부에 복수의 광학부재를 포함함으로써, 광원으로부터 방출된 빛을 집중시켜 생성되는 허상의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 중간부재를 광 가이드부에 포함함으로써 집중된 광을 균일하게 확산시킴으로써 광 가이드부를 통하여 공급된 광을 이용하여 생성된 허상의 광학 특성을 개선할 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 장치는, 차량이나 기타 비행기 등의 다양한 탈 것에 장착될 수 있다.

Claims (20)

  1. 광을 방출하는 적어도 하나의 광원;
    상기 광원으로부터 방출된 광의 경로를 변경하는 제1 광학 부재;
    상기 제1 광학 부재로부터 방출된 광을 하기의 제2 광학 부재로 전달하는 광학 시트; 및
    상기 광학 시트로부터 전달된 광의 경로를 변경하고, 상기 광학 시트 방향의 제1 면과 하기의 영상 패널 방향의 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 제2 면이 각각 곡면인 제2 광학 부재를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재에서 방출된 빛의 경로를 변경하는 반사 부재를 더 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는, 복수 개의 곡면으로 이루어지는 헤드 업 디스플레이 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재 내의 곡면의 개수는 상기 광원의 개수와 동일한 헤드 업 디스플레이 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재 내의 각각의 곡면의 단면은 타원인 헤드 업 디스플레이 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재 내의 각각의 곡면의 단면의 적어도 일부는 다음의 수학식으로 정의되는 형상을 가지고, (x2/A2)+(y2/B2)+(z2/C2)=c2, 여기서 3＜A＜10, 3＜B＜10, 3＜C＜10인 헤드 업 디스플레이 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 시트는, 상기 제1 광학 시트로부터 상기 제2 광학 시트로 향하는 빛의 주된 방향에 수직인 헤드 업 디스플레이 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재 내의 제1 면은 상기 광학 시트 방향으로 볼록하고 제2 면은 상기 제1 면과 반대 방향으로 볼록한 헤드 업 디스플레이 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개가 배치된 방향과, 상기 제2 광학 부재 내의 제1 면과 제2 면이 배치된 방향은 동일한 헤드 업 디스플레이 장치.
  10. 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부;
    광을 방출하는 복수의 광원;
    상기 복수의 광원의 광축 상에 배치되어 상기 복수의 광원으로부터 방출된 광을 상기 영상 생성부로 가이드하는 광 가이드부; 및
    상기 영상 생성부에서 생성되어 투사되는 상기 영상을 허상 영상으로 생성하는 허상 광학부; 를 포함하며,
    상기 광 가이드부는
    상기 복수의 광원 상에 배치되며, 베이스 기판과 상기 베이스 기판 상에 돌출되어 형성된 렌즈부를 포함하는 제1 광학부재; 및
    상기 제1 광학부재 상에 배치되고, 상기 복수의 광원 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광입사면과 상기 광입사면에 대향하며 상기 영상 생성부 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광출사면을 포함하는 제2 광학부재; 를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 광 가이드부는 상기 제1 광학부재와 상기 제2 광학부재 사이에 배치되는 중간부재를 포함하며,
    상기 중간 부재는 확산판인 헤드 업 디스플레이 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 중간부재는 프리즘시트 또는 DBEF 중 적어도 하나를 더 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 베이스 기판은 상기 광축과 수직되도록 배치되고,
    상기 복수의 광원은 x축 방향 또는 상기 x축과 수직되는 y축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 베이스 기판 상에 배열된 헤드 업 디스플레이 장치.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 베이스 기판은 상기 복수의 광원과 마주보고 배치되고, 상기 렌즈부는 상기 제2 광학부재와 마주보고 배치되는 헤드 업 디스플레이 장치.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 렌즈부는 복수 개이고,
    상기 복수의 렌즈부는 상기 복수의 광원에 각각 대응하여 배치되는 헤드 업 디스플레이 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 복수의 렌즈부는 서로 이격되어 배치된 헤드 업 디스플레이 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 복수의 렌즈부는 이웃하는 적어도 하나의 렌즈부와 외곽 영역이 서로 중첩되어 배치된 헤드 업 디스플레이 장치.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 제2 광학부재는 상기 광입사면을 이루는 제1 곡선 및 상기 광출사면을 이루는 제2 곡선을 연결하여 형성된 수직 단면을 갖는 헤드 업 디스플레이 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 수직 단면은 상기 제1 곡선, 상기 제2 곡선 및 상기 제1 곡선과 상기 제2 곡선을 연결하는 직선을 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
  20. 정보를 갖는 영상을 생성하는 영상 생성부;
    광을 방출하는 복수의 광원;
    상기 복수의 광원의 광축 상에 배치되어 상기 복수의 광원으로부터 방출된 광을 상기 영상 생성부로 가이드하는 광 가이드부; 및
    상기 영상 생성부에서 생성되어 투사되는 상기 영상을 허상 영상으로 생성하는 허상 광학부를 포함하고,
    상기 허상 광학부는 적어도 하나의 반사 미러;
    상기 적어도 하나의 반사 미러 위치를 조절하는 위치 조절부; 및
    상기 위치 조절부를 제어하여 상기 적어도 하나의 반사 미러의 반사 각도 또는 회절 각도 중 적어도 하나를 조정하는 구동 모터부; 를 포함하는 헤드 업 디스플레이 장치.
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