KR100928262B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR100928262B1
KR100928262B1 KR1020070049137A KR20070049137A KR100928262B1 KR 100928262 B1 KR100928262 B1 KR 100928262B1 KR 1020070049137 A KR1020070049137 A KR 1020070049137A KR 20070049137 A KR20070049137 A KR 20070049137A KR 100928262 B1 KR100928262 B1 KR 100928262B1
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최호영
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Abstract

본 발명은 고배율의 허상을 구현하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이미지 신호가 표시되는 패널; 상기 패널에서 표시되는 이미지 신호를 확대하여 투사하는 렌즈; 및 상기 확대하여 투사된 이미지 신호를 관찰자에게 투사하는 미러를 포함하여 이루어지고, 상기 미러는 광축에 대하여 상기 렌즈와 같은 방향의 일부만을 이용하여, 상기 이미지 신호를 투사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면 렌즈와 거울을 광축에 대하여 동일한 방향의 일부만을 이용할 수 있고, 디스플레이 장치의 구성이 간단하여, 휴대가 간편하면서도 큰 허상을 구현할 수 있다.
HUD, 광축, 비구면 컴바이너

Description

디스플레이 장치{Display device}
도 1은 종래의 HUD의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 차량에 구비된 일실시예를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 110 : 패널 20 : 폴드 미러
30 : 미러 40, 140 : 윈드 쉴더
100 : 광축 120 : 렌즈
130 : 비구면 컴바이너 150 : 광로 변경 소자
130', 150', 160' : 허상
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패널로부터 투사되는 영상을 확대하여 표시하는 마이크로 디스플레이 장치에 관한 것이다.
다량의 문자 또는 영상 정보를 전달하기 위하여, 비디오 영상, 그래픽 문자 및 문자 등을 표시하는 전자 디스플레이 장치에 대한 수요가 급증하고 있다. 최근 들어서, 휴대가 간편하면서도 대화면이 구현 가능한 디스플레이를 양산하려는 시도가 있다. 또한, 개인 휴대용 디스플레이 장치는 작은 사이즈로 큰 화면을 표시하고 있으며, 차량의 이동 중에 사용되는 HUD(Head up display) 제품 등에는 컴팩트(compact)하면서도 큰 화면을 구현할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
그러나, 상술한 종래의 HUD 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
도 1은 종래의 HUD의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 HUD는 자동차의 내부 시스템에서 전달되는 주행 정보를 표시하는 패널(10)과 상기 주행 정보를 원하는 방향으로 전달하는 폴드 미러(fold mirror, 20)과 상기 주행 정보를 반사하고 확대하는 오목 거울(30) 및 상기 오목 거울에 의하여 확대된 영상 정보를 다시 확대하고 반사하여 운전자 등에게 투사하는 윈드 쉴드(40)로 이루어진다. 따라서, 운전자의 주시야 범위 안에서 가상 이미지를 형성하여 주행 정보를 제공한다.
따라서, 종래의 허상 구현을 위한 HUD는 주행 정보를 반사하는 부품의 수가 많아서, 제품의 부피가 증가하고 가격이 비싸진다. 또한, 차량 운행 중의 진동에 의하여 반사되는 정보의 떨림이 누적되어 화질이 저하된다. 또한, 현재의 HUD는 미러와 거울 전체를 이용하여 패널로부터 투사되는 이미지를 확대하므로, 소형화에는 한계가 따른다. 그리고, 큰 패널을 사용하면 온도 상승으로 냉각계가 필요하며, 이에 따라 신뢰성 확보에 어려움이 발생되며 가격 증가의 요인이 되기도 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 컴팩트하면서도 구성이 간단한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 렌즈를 광축에 대하여 반 이상의 일부만을 이용하고, 미러는 상기 렌즈와 같은 방향의 1/2 이하의 일부만을 이용하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이미지 신호가 표시되는 패널; 상기 패널에서 표시되는 이미지 신호를 확대하여 투사하는 렌즈; 및 상기 확대하여 투사된 이미지 신호를 관찰자에게 투사하는 미러를 포함하여 이루어지고, 상기 미러는 광축에 대하여 상기 렌즈와 같은 방향의 일부만을 이용하여, 상기 이미지 신호를 투사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
여기서, 패널은 상기 렌즈 및 비구면 컴바이너의 광축과 일치하지 않을 수 있다.
그리고, 렌즈는 상기 광축에 대하여 반 이상의 일부를 이용하여, 상기 이미지 신호를 투사할 수 있다.
그리고, 미러는 비구면 컴바이너일 수 있으며, 상기 렌즈와 같은 방향의 1/2 이하의 일부만을 이용할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 장치는, 백라이트와 편광장치와 상기 미러에서 투사된 빛의 경로를 변경하는 제 2 광학 소자 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 차량용 디스플레이 장치에 있어서, 차량의 주행 신호가 표시되는 패널; 상기 패널에서 표시되는 주행 신호를 확대하여 투사하는 렌즈; 및 상기 확대하여 투사된 주행 신호를 관찰자에게 투사하여 허상을 구현하는 비구면 컴바이너를 포함하여 이루어지고, 상기 패널은 상기 렌즈 및 비구면 컴바이너의 광축과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치를 제공한다.
여기서, 비구면 컴바이너는, 상기 렌즈와 같은 방향의 1/2 이하의 일부만을 이용할 수 있다.
그리고, 허상은 상기 비구면 컴바이너에서 투사되어 상기 차량의 윈드 쉴드를 통하여, 상기 차량의 외부에 구현될 수 있다.
그리고, 상기 디스플레이 장치는 패널과 비구면 컴바이너의 위치를 조절하여, 상기 허상이 상기 차량의 외부에 구현되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 패널은 동영상을 표시하는 것을 특징으로 하고, 허상은 운전자의 전방 1~3 미터에 구현될 수 있다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일실시예를 설명하면 다음과 같 다.
본 실시예에 따른 디스플레이 장치는 이미지 신호가 표시되는 패널(110)과 패널에서 표시되는 이미지 신호를 확대하여 투사하는 렌즈(120)와 상기 렌즈에서 투사된 이미지 신호를 확대하여 투사하는 컴바이너(combiner, 130)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 패널(110)은 발광형이나 투과형이나 반사형 디스플레이 중 어느 하나일 수 있다. 발광형 디스플레이의 일예로서 유기 EL이나 무기 EL이 있고, 투과형 디스플레이의 일예로서 LCD가 있으며, 반사형 디스플레이의 일예로서 DLP, LCOS 등이 있다.
그리고, 렌즈(120)는 상기 패널(110)에서 표시된 이미지 신호의 크기를 변경할 수도 있고, 경로를 변경할 수도 있다. 그리고, 도시된 바와 같이, 렌즈(120)는 광축(100)과 일치하지 않도록 형성되어 있다. 또한, 렌즈(120)는 광축(100)에 대하여 1/2 이상의 일부만을 이용하여, 상기 이미지 신호를 상기 비구면 컴바이너(130)로 투사한다.
큰 화면의 허상을 구현하기 위하여는 컴바이너의 곡률(curvature)를 크게 할 수 있으나, 허상의 배율을 확대하는데 한계가 있고, 왜곡수차가 크게 발생되어 고성능을 구현하는데 어려움이 있다. 또한, 허상의 배율 확대를 위하여 패널과 컴바이너와의 거리를 증가시키면, 부품이 커지고 전체 시스템의 크기가 급격히 커져서 컴팩트한 구성을 실현할 수 없다. 특히, 종래와 같이 구면 반사경을 사용하면, 화상의 외곽 부분의 해상도가 현저히 저하될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 비구면 컴바이너(120)를 사용하여, 상기 패널(110)로부터 투사되는 이미지 신호 등을 확대하여 반사한다.
그리고, 비구면 컴바이너(120)는 오목한 형상이어야 관찰자(130)에게 확대된 허상을 구현할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치가 HUD 등으로 사용될 때 고배율을 구현하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 왜곡 수차가 발생하지 않으면서도 10배 이상의 고배율의 허상을 구현하여야 한다.
여기서, 상기 디스플레이 장치는 왜곡 수차를 최소화하기 위하여 아래의 조건을 만족하여야 한다.
0.01 < │CRC/DISV│ < 0.5
여기서, CRC는 컴바이너의 곡률반경이며, DISV는 관찰자와 허상 구현 위치 사이의 거리이다. 즉, 관찰자와 허상 구현 위치 사이의 거리에 대한 컴바이너의 곡률반경의 비(ratio)의 절대값은 0.01 보다 크고 0.5보다 작아야 한다.
그리고, 상기 디스플레이 장치가 10배 이상의 확대 배율을 얻기 위하여는 아래의 조건을 만족하여야 한다.
0 < │DISV/CRC│ < 1.0
여기서, DISC는 패널과 컴바이너 사이의 광로상의 거리이다. 즉, 컴바이너의 곡률반경에 대한 패널과 컴바이너 사이의 광로상의 거리의 비의 절대값은 0보다 크고 1.0보다 작아야 한다.
또한, 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)과 일치하지 않게 형성되어 있다. 여기서, 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)에 대하여 상기 렌즈(120)와 동일한 방향으로 형성되어 있다. 구체적으로, 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)에 대하여 렌즈(120)와 동일한 방향 중 1/2 이하만을 사용하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130)에서 실선으로 도시된 부분이 본 실시예에서 사용되며, 점선으로 도시된 부분까지 합하여야 광축과 일치하는 렌즈(120) 및 비구면 컴바이너(130)가 된다.
본 실시예에서, 패널(110)에서 투사된 이미지 신호는 도시된 바와 같이 렌즈(120)를 통과하고, 비구면 컴바이너(130)에서 반사되어 관찰자에게 투사된다. 여기서, 이미지 신호는 허상의 형태로 구현되며, 비구면 컴바이너(130)에 대하여 관찰자와 반대 방향에 허상이 맺힌다. 그리고, 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)에 대하여 동일한 방향에 위치하고, 비구면 컴바이너(130)는 본래 크기(점선으로 도시된 부분까지 포함)의 1/2 이하만을 사용한다.
따라서, 관찰자가 허상을 관찰할 때, 패널(110) 및 렌즈(120)의 크기에 간섭받지 않으면서도, 확대된 허상을 관찰할 수 있다. 그리고, 광축(100)에 대하여 반 이하의 일부만을 유효면으로 사용하므로, 부품의 크기를 줄임과 동시에 유효면의 최적 사용으로 왜곡수차의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130) 사이의 광로상의 거리를 줄일 수 있어 광학 수차 개선이 용이하고, 전체 디스플레이 장치의 크기를 줄이면서도 고성능을 구현할 수 있다. 또한, 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130)가 광축(100)과 일치하지 않는 위치에 배치되므로, 관찰자에게 투사되는 허상에 음영 영역이 생기는 것을 방지할 수도 있다. 그리고, 상술한 패널(120)과 비구면 컴바이너(130) 등의 장치는, 육면체 등의 상자에 수납이 가능한 구조를 갖는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예는 기본적으로 도 2에 도시된 실시예와 동일하나, 비구면 컴바이너(130)와 관찰자의 사이에, 광로 변경 소자(150)가 구비될 수 있다. 여기서, 광로 변경 소자(150)는 상기 비구면 컴바이너(130)에서 투사된 빛의 경로를 변경하는 것을 특징으로 한다. 광로 변경 소자(150)는 빛을 굴절 또는 반사할 수 있으며, 디스플레이 장치 내에서 상술한 구성 요소들의 공간 배치를 변경하여 컴팩트한 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 여기서, 관찰자에게 표시되는 허상(150')은, 광로 변경 소자(150)를 기준으로 관찰자와 반대편에 구현된다.
상술한 디스플레이 장치는 휴대용 디스플레이 장치로서 사용될 수 있으며, 특히 차량에 구비되어 주행 정보 등의 영상 정보를 구현할 수 있다. 이 때, 상술한 패널과 비구면 컴바이너가 소정 간격으로 이격되어 거치대에 고정된다. 그리고, 패널은 차량의 주행 정보를 표시하고, 비구면 컴바이너는 차량의 주행 정보를 확대하여 운전자에게 허상을 제공한다. 따라서, 종래의 네비게이션보다 구성이 간단하고 컴펙트하면서도, 확대되고 왜곡 없는 허상을 제공할 수 있다. 이 때, 차량용 네비게이션 장치의 화면이 7.1 인치라면, 상기 비구면 컴바이너의 크기가 7.1 인치가 되어야 할 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 차량에 구비된 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 차량에 구비된 일실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 패널(110)에서 투사된 이미지 신호는 렌즈(120)를 거쳐서, 비구면 컴바이너(130)에서 하나의 상(130')을 이룬다. 그리고, 상기 비구면 컴바이너(130)에서 반사된 이미지는 자동차의 윈드 쉴드(160)를 통하여 운전자에게 투사된다. 여기서, 허상(160')은 윈드 쉴드(160)를 통하여 차량 밖에 맺힌다. 도시되지는 않았으나 패널(110)과 비구면 컴바이너(130) 등은 하나의 거치대에 고정될 수 있다. 그리고, 차량에 따라 윈드 쉴드(160)와 상기 디스플레이 장치의 거치대가 놓여질 거리가 상이할 수 있다. 그러므로, 상기 비구면 컴바이너(130)와 패널(110)과의 거리 조절을 통하여, 상기 윈드 쉴드(160)에 뚜렷한 상(image)이 맺힐 수 있도록 한다. 통상적으로, 허상은 운저자의 전방 1~3 미터에 구현된다.
본 실시예에서, 패널(110)과 렌즈(120) 및 비구면 컴바이너(130)의 위치 관계는 상술한 바와 같다. 즉, 허상의 왜곡을 방지하기 위하여, 관찰자와 허상 구현 위치 사이의 거리에 대한 컴바이너의 곡률반경의 비(ratio)의 절대값은 0.01 보다 크고 0.5보다 작아야 한다. 그리고, 상기 디스플레이 장치가 10배 이상의 확대 배율을 얻기 위하여, 컴바이너의 곡률반경에 대한 패널과 컴바이너 사이의 광로상의 거리의 비의 절대값은 0보다 크고 1.0보다 작아야 한다.
또한, 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)과 일치하지 않게 형성되어 있다. 여기서, 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)에 대하여 상기 렌즈(120)와 동일한 방 향으로 형성되어 있다. 구체적으로, 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)에 대하여 렌즈(120)와 동일한 방향 중 1/2 이하만을 사용한다. 따라서, 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130)에서 실선으로 도시된 부분이 본 실시예에서 사용되며, 점선으로 도시된 부분까지 합하여야 광축과 일치하는 렌즈(120) 및 비구면 컴바이너(130)가 된다.
본 실시예에서, 패널(110)에서 투사된 이미지 신호는 도시된 바와 같이 렌즈(120)를 통과하고, 비구면 컴바이너(130)에서 반사되어 운전자에게 투사된다. 여기서, 이미지 신호는 허상의 형태로 구현되며, 비구면 컴바이너(130)에 대하여 관찰자와 반대 방향에 허상이 맺힌다. 그리고, 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130)는 광축(100)에 대하여 동일한 방향에 위치하고, 비구면 컴바이너(130)는 본래 크기(점선으로 도시된 부분까지 포함)의 1/2 이하만을 사용한다.
따라서, 운전자가 허상을 관찰할 때, 패널(110) 및 렌즈(120)의 크기에 간섭받지 않으면서도, 확대된 허상을 관찰할 수 있다. 그리고, 광축(100)에 대하여 반 이하의 일부만을 유효면으로 사용하므로, 부품의 크기를 줄임과 동시에 유효면의 최적 사용으로 왜곡수차의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 렌즈(120)와 비구면 컴바이너(130) 사이의 광로상의 거리를 줄일 수 있어 광학 수차 개선이 용이하고, 전체 디스플레이 장치의 크기를 줄이면서도 고성능을 구현할 수 있다.
또한, 상술한 디스플레이 장치는 자동차용 네이게이션 뿐만 아니라, 항공기 등에 사용될 수도 있다. 그리고, 컴바이너로서 운전석 내지 조정석 유리를 사용할 수 있으므로 장치의 부피를 줄이는 것 뿐만 아니라 대화면을 구현하기도 용이하 다. 그리고, 상술한 디스플레이 장치는 DMB나 컴퓨터의 모니터 등에도 사용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능해도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 렌즈와 거울을 광축에 대하여 동일한 방향의 일부만을 이용할 수 있다.
둘째, 컴팩트하면서도 구성이 간단하여, 휴대가 간편하면서도 큰 허상을 구현할 수 있다.

Claims (19)

  1. 이미지 신호가 표시되는 패널;
    상기 패널에서 표시되는 이미지 신호를 확대하여 투사하는 렌즈; 및
    상기 확대하여 투사된 이미지 신호를 관찰자에게 투사하는 미러를 포함하여 이루어지고,
    상기 미러는 상기 패널의 광축에 대하여 상기 렌즈와 같은 방향에 구비된 일부만을 이용하여, 상기 이미지 신호를 투사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널의 광축은, 상기 렌즈와 미러의 광축과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 패널의 광축에 대하여 반 이상의 일부를 이용하여, 상기 이미지 신호를 투사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 미러는,
    비구면 컴바이너인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 미러는,
    상기 렌즈와 같은 방향의 1/2 이하의 일부만을 이용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    백라이트를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    편광 장치를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러에서 투사된 빛의 경로를 변경하는 제 2 광학 소자를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    CRC와 DISV는 아래의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
    (여기서, 0.01 < │CRC/DISV│ < 0.5 이고, CRC는 컴바이너의 곡률반경이며, DISV는 관찰자와 허상 구현 위치 사이의 거리이다.)
  10. 제 4 항에 있어서,
    DISV와 CRC는 아래의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
    (여기서, 0 < │DISV/CRC│ < 1.0 이고, DISC는 패널과 컴바이너 사이의 광로상의 거리이며, CRC는 컴바이너의 곡률반경이다.)
  11. 차량용 디스플레이 장치에 있어서,
    차량의 주행 신호가 표시되는 패널;
    상기 패널에서 표시되는 주행 신호를 확대하여 투사하는 렌즈; 및
    상기 확대하여 투사된 주행 신호를 관찰자에게 투사하여 허상을 구현하는 비구면 컴바이너를 포함하여 이루어지고,
    상기 패널은 상기 렌즈 및 비구면 컴바이너의 광축과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 광축에 대하여 반 이상의 일부를 이용하여, 상기 주행 신호를 투사하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 비구면 컴바이너는,
    상기 렌즈와 같은 방향의 1/2 이하의 일부만을 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    백라이트를 더 포함하는 차량용 디스플레이 장치.
  15. 제 11 항에 편광 장치를 더 포함하는 차량용 디스플레이 장치.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 허상은,
    상기 비구면 컴바이너에서 투사되어 상기 차량의 윈드 쉴드를 통하여, 상기 차량의 외부에 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 패널과 비구면 컴바이너의 위치를 조절하여, 상기 허상이 상기 차량의 외부에 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 패널은,
    동영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 허상은,
    운전자의 전방 1~3 미터에 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 장치.
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