KR101875381B1 - 헤드업 디스플레이용 비구면 미러. - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 사용하는 비구면 미러에 관한 것으로서, 상기 비구면 미러의 표면은 굴절력이 상이한 복수의 영역으로 구획되며, 상기 비구면 미러의 표면에는 코팅층이 적층되는 것을 특징으로 한다.

Description

헤드업 디스플레이용 비구면 미러.{ASPHERIC MIRROR FOR HEAD-UP DISPLAY}

본 발명은 헤드업 디스플레이용 비구면 미러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴절력이 상이한 복수의 구획으로 이루어지는 헤드업 디스플레이용 비구면 미러에 관한 것이다.

차량용 헤드업 디스플레이는 네비게이션과 연동하여 운전자의 가시영역(아이박스) 내에 경로 변경을 안내하는 화살표 정보, 속도 등을 나타내는 텍스트 정보 등의 다양한 차량 정보를 윈드실드 상에 또는 윈드실드 너머에 증강현실 형태로 표시하는 장치로서 최근 출시되는 차량에 많이 장착되고 있다.

이러한 헤드업 디스플레이를 사용하면 차량 정보를 확인하기 위해서 운전자는 해당 정보를 제공하는 단말기 방향으로 시선을 옮길 필요가 없고, 헤드업 디스플레이 영상이 출력된 전방을 바라보면서 주행할 수 있기 때문에 운전자의 안전에 도움이 된다.

차량용 헤드업 디스플레이는 마이크로 디스플레이 소자를 이용하여 이미지를 생성하며, 생성된 이미지를 투사광학계를 통해 배율 확대 및 허상이미지화하여 운전자에게 차량정보 이미지를 제공한다.

이때, 운전자의 눈높이 변화에 따른 아이박스 높이를 조절할 수 있는 기능을 필수적으로 구비해야 하며, PGU(Picture Graphic Unit)에서 투사되는 정보를 비구면 미러를 통해 반사시켜 윈드실드에 표시하고 있다.

또한, 상기 비구면 미러에 연결된 모터를 회전시켜 상기 비구면 미러의 반사 각도를 조절함으로써 결과적으로 윈드실드에 표시되는 정보의 디스플레이 높이가 조절되도록 구성된다.

그런데 상기 윈드실드는 비구면 형상으로 형상되기 때문에 실제 차량용 헤드업 디스플레이 장치는, 차종별 윈드실드의 비구면 형상(즉, 곡면)에 대응하는 차량용 헤드업 디스플레이용 비구면 미러를 통해 반사시켜 정보를 윈드실드에 표시하고 있다. 그런데 상기와 같이 윈드실드에 표시되는 정보의 디스플레이 높이가 변경될 경우, 상기 윈드실드의 비구면 특성으로 인해서 최대 30%에 가까운 화면왜곡이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 미러 구동을 위해 모터, 모터 드라이버, 위치센서, 모터 기구물 등이 필요하고 모터 구동으로 인한 진동발생 시 영상 떨림 문제가 발생할 수 있다.

특히, 비구면 미러의 광손실을 줄임으로써 윈드실드에 표시되는 화면이 차량 외부의 광량이나 배경 색상과 관계없이 운전자에게 정보를 제공할 수 있으면서도 운전중 전방 시야를 방해하지 않는 헤드업 디스플레이의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2016-0116139호 대한민국 공개특허공보 10-2016-0090519호

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로, 윈드실드의 비구면 특성으로 인해 발생하는 화면왜곡을 줄이면서도 윈드실드에 표시되는 화면이 차량 외부의 광량이나 배경 색상과 관계없이 운전자에게 정보를 제공할 수 있는 헤드업 디스플레이에 적용할 수 있는 비구면 미러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 헤드업 디스플레이용 비구면 미러는 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 사용하는 것으로서, 상기 비구면 미러의 표면은 굴절력이 상이한 복수의 영역으로 구획되며, 상기 비구면 미러의 표면에는 니켈 페이스트, 수지, 용제를 포함하는 코팅액으로 형성된 코팅층이 적층되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 복수의 영역은 하나의 중앙 미러 영역과 2 이상의 외측 미러 영역으로 이루어지며, 하나의 외측 미러 영역의 굴절력이 상기 중앙 미러 영역의 굴절력보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지는 아크릴레이트 모노머와 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어질 수 있으며, 상기 용제는 메틸에틸 케톤 및 톨루엔의 혼합 용제일 수 있다.

본 발명에 따른 비구면 미러는 반사율, 광학특성 및 내구성이 우수하여 윈드실드의 비구면 특성으로 인해 발생하는 화면왜곡을 줄이면서도 윈드실드에 표시되는 화면이 차량 외부의 광량이나 배경 색상과 관계없이 운전자에게 정보를 제공할 수 있는 헤드업 디스플레이에 적용할 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 헤드업 디스플레이용 비구면 미러는 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 사용하는 것으로서, 상기 비구면 미러의 표면은 굴절력이 상이한 복수의 영역으로 구획되며, 상기 비구면 미러의 표면에는 코팅층이 적층되는 것을 특징으로 한다.

헤드업 디스플레이에 있어서 영상 출력 장치로부터 입사되는 영상을 비구면 미러가 반사하여 윈드실드에 투영할 때 윈드실드의 표면이 평면이 아니기 때문에 비구면 특성으로 인한 화면 왜곡이 발생할 수 있으며, 아이박스 주위로 입사되는 채광량에 따라 운전자가 윈드실드 전체의 정보를 선명하게 인식하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 특히, 윈드실드의 외곽에 있어서 선명도가 떨어지는 경우 실시간으로 표시되는 정보를 운전자가 제대로 식별하지 못하는 경우도 발생하고 있다.

이러한 이유로 본 발명에서는 상기 비구면 미러를 복수의 영역으로 구획하고 상기 영역들의 굴절력을 상이하게 함으로써 윈드실드에 투영되는 화상의 선명도를 향상시키고 있다.

즉, 상기 비구면 미러를 구성하는 복수의 영역은 하나의 중앙 미러 영역과 2 이상의 외측 미러 영역으로 이루어지며, 상기 외측 미러 영역의 굴절력이 상기 중앙 미러 영역의 굴절률보다 큰 것이 바람직하다.

상기 비구면 미러는 윈드실드와 가까운 내측으로부터 윈드실드와 먼 외측으로 수평방향을 따라 복수 개의 영역으로 구획된다.

비구면 형태는 느슨한 정규분포곡선과 비슷한 형태로서, 그 형태가 구면도 아니고, 평면도 아닌 것이므로, 비구면은 중심부에서 주변부로 갈수록 곡률이 줄어들면서 편평해지는 형태이거나, 중심부가 편평하며 주변부로 갈수록 곡률이 증가하는 형태가 된다. 즉, 비구면 형태의 미러는 중심부에서 주변부로 갈수록 곡률이 변화하며 굴절력 또한 변화한다.

이러한 까닭에, 상기 비구면 미러는 내측으로부터 외측으로 갈수록 미러 영역들의 각 굴절력이 점진적으로 증가하여 미러 영역들의 경계에서 굴절력이 동일하도록 형성함으로써, 반사되는 영상을 모두 왜곡 없이 선명하게 비구면의 윈드실드에 표시할 수 있으며, 영상의 왜곡과 난시를 최소화할 수 있다.

또한, 각각의 미러 영역들의 경계에서 굴절력이 동일하므로, 미러 영역들의 경계에서 도약 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

일 실시예에서는 상기 비구면 미러를 3개의 영역을 구획하여 하나의 중앙 미러 영역을 중심으로 2개의 외측 미러 영역을 구획할 수 있다. 또한, 상기 2개의 외측 미러 영역은 윈드실드와 가까운 쪽의 제1 외측 미러 영역과 윈드실드와 먼 쪽의 제2 외측 미러 영역으로 구분될 수 있다.

이 경우, 제1 외측 미러 영역, 중앙 미러 영역 및 제2 외측 미러 영역은 X축 방향에 따른 각 폭의 비율이 수평방향으로 5:3:2 또는 4:3:3이 될 수 있다. 즉, 제1 외측 미러 영역이 가장 큰 폭을 갖도록 하고, 중앙 미러 영역 및 제2 외측 미러 영역의 폭이 같거나 제2 외측 미러 영역의 폭을 최소로 할 수 있다.

제1 외측 미러 영역의 면적이 가장 넓어야 하는데, 이러한 설계를 통해 반사되는 화상의 왜곡 현상과 부정확한 거리감을 해소하는데 유리할 수 있다.

또한, 제1 외측 미러 영역은 최외측 가장자리로부터 중앙 미러 영역과의 경계까지 수평방향인 X축 방향을 따라 굴절력이 증가되도록 구성하여, 중앙 미러 영역과의 경계에서 굴절력이 동일하계 설계할 수 있다. 즉, 제1 외측 미러 영역에서 굴절력은 X축 방향을 따라 점진적으로 증가함으로써, 내측 미러 영역과 중앙 미러 영역의 경계에서 도약 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 비구면 미러는 제1 외측 미러 영역의 굴절력은 상기 중앙 미러 영역의 굴절력보다 크게 형성되게 된다.

또한, 중앙 미러 영역은 제1 외측 미러 영역과의 경계로부터 제2 외측 미러 영역과의 경계까지 X축 방향을 따라 굴절력이 증가하여 제2 외측 미러 영역과의 경계에서 굴절력이 동일할 수도 있다. 또한, 중앙 미러 영역에서 굴절력은 점진적으로 증가할 수 있다. 이에 따라, 중앙 미러 영역과 제2 외측 미러 영역의 경계에서 도약 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 외측 미러 영역은 중앙 미러 영역과의 경계로부터 외측 가장자리까지 X축 방향을 따라 굴절력이 증가할 수 있다. 외측 미러 영역에서 굴절력은 점진적으로 증가할 수 있다.

이에 따라 상기 비구면 미러는 입사되는 화상을 왜곡 없이 선명하고 균일한 해상도로 윈드실드에 투영할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 비구면 미러는 표면에 코팅층이 형성되는데, 상기 코팅층은 상기 비구면 미러의 휘도를 증가시키고 표면 내구성을 향상시키기 위해 적용되는 것이다.

상기 코팅층은 니켈 페이스트, 수지, 용제를 포함하는 코팅액으로 형성될 수 있다.

상기 니켈 페이스트는 평균 입경이 1∼50㎛, 바람직하게는 5~10㎛인 니켈 분말과 수지에 혼합하여 형성한 것으로서, 상기 니켈 페이스트는 2~10 중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 니켈 분말의 평균 입경이 1㎛보다 작거나 50㎛보다 클 경우에는 미러감의 금속성 광택을 발현할 수 없게 된다. 또, 알루미늄 페이스트의 함량이 2 중량부 미만인 경우에는 코팅액에 혼합되는 수지, 용제에 의한 은폐력이 저하되고, 10 중량부를 초과하는 경우 광휘도가 현저히 감소하므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지는 아크릴레이트 모노머와 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때 상기 아크릴레이트 모노머로는, 예를 들어, 하이드록시 에틸 아크릴레이트(Hydroxy ethyl acrylate :HEA), 하이드록시 에틸 메틸 아크릴레이트(Hydroxy ethyl methacrylate :HEMA), 하이드록시 프로필 아크릴레이트(Hydroxy propyl acrylate :HPA), 트리메틸 올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane ariacrylate : TMPTA) 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 함량 범위가 5∼15중량부가 되도록 배합하는 것이 바람직하다. 이는 5 중량부 미만일 경우 도막의 강도가 약해지고, 15 중량부를 초과할 경우 도막에 균열이 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 알리파틱 우레탄 아크릴레이트(Aliphatic urethane acrylate)를 예로 들 수 있는데, 함량 범위가 5∼25 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 5 중량부 미만일 경우에는 반응성이 느려지며, 25 중량부를 초과할 경우에는 코팅액의 건조가 느려지고 평활성에 나쁜 영향을 미치게 되므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 코팅액에 사용되는 용제는 메틸에틸 케톤 및 톨루엔의 혼합 용제인 것이 바람직한데, 메틸 에틸 케톤은 코팅액과 미러 표면의 접착력을 향상시키는 데에 필요한 유기용제로서, 증발속도가 빠르기 때문에 증발하면서 도막에 미러감 효과를 증가시키게 된다. 상기 메틸에틸 케톤은 5∼20 중량부를 함유하는 것이 바람직한데, 5 중량부 미만일 경우에는 도료의 접착력이 나빠지고, 20 중량부를 초과할 경우에는 도막의 표면이 거칠어지게 되므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 톨루엔은 증발속도가 느리기 때문에 코팅액의 접착력을 향상시키게 되고, 코팅액의 퍼짐성을 좋게 하는 역할을 하며, 3∼10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 3 중량부 미만일 경우에는 코팅액의 접착력이 나빠지고, 10 중량부를 초과할 경우에는 소지 침식이 일어날 수 있기 때문에 상기 범위 내에서 사용해야 한다.

또한, 상기 코팅액에는 다양한 첨가제를 부가할 수 있는데, 광휘도를 향상시키기 위하여 광휘도 개선제를 부가할 수 있고, 퍼짐성 개선제와 슬립제를 포함할 수도 있다. 광휘도 개선제는 도막에 줄무늬 현상이 발생하는 것을 방지하면서 고휘도를 개선하게 되는데, 예를 들어, Lactimon을 사용할 수 있다. 또한, 퍼짐성 개선제는 열안정성과 재도장성을 향상시키는 첨가제로서 폴리아크릴레이트 용액이 사용될 수 있다. 또한, 슬립제는 도장 소재의 수윤성을 향상시키고 도료의 슬립성을 극대화시키는 첨가제로서, 실리콘계의 슬립제가 적용될 수 있다. 상기 첨가제는 1∼8 중량부의 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 코팅액을 비구면 미러의 표면에 적용할 경우, 미러의 내마모성, 내충격성, 온도 저항성이 향상되는 것으로 나타났다.

이를 평가하기 위하여 본 발명의 코팅층이 형성된 비구면 미러에 대하여 연필경도, 밀착력 시험, X컷 시험, 열 충격 시험, 내습도 시험을 실시하였다.

연필경도 시험은 연필의 선단 모서리 부분을 사포로 평탄하게 한 뒤, 45° 경사로에서 1kgf의 하중으로 시험면에 위치시켜 연필심의 방향으로 2회 실시하였으며, 시편에 코팅된 도료가 벗겨지거나 긁힘이 있는지를 테스트하였다.

X컷 시험은 칼날을 사용하여 시편에 가로 및 세로 1mm 간격으로 각 11개소에 선을 긋고, 테이프를 시편 표면에 기포가 발생하지 않도록 접착시킨 뒤, 15°각도로 신속히 잡아당기는 과정을 3회 실시함으로써, 테이프에 입방자 이탈이 전체면적기준 5% 이내이고 표면 박리현상이 없는 경우를 합격으로 판정하였다.

또한, 내마모 시험은 RCA 시험기를 사용하여 275g의 하중과 80사이클로 실시함으로써, 시편의 모재가 노출되거나 색대비 현상이 없을 경우를 합격으로 판정하였다.

또한, 열 충격 시험은 시편을 -40℃ 및 85℃의 조건으로 각 45분씩 48시간(32 사이클) 온도 변화를 일으켜 실온에서 2시간 방치한 후, X컷 1회를 실시함으로써, 시편의 초기 상태와 대비하여 변화가 없을 경우를 합격으로 판정하였다.

또한, 상기 내습도 시험은 시편을 60℃, 95% Rh의 조건에서 48시간 동안 방치하고 다시 실온에서 2시간 방치한 후, X컷 1회를 실시함으로써, 시편의 초기 상태와 대비하여 변화가 없을 경우를 합격으로 판정하였다.

위와 같은 시험을 거친 결과 본 발명의 코팅층이 형성된 비구면 미러는 모든 시험 조건에서 합격 판정을 받았다.

그러나 코팅층을 형성하지 않은 비구면 미러는 연필경도, 내마모, 밀착력 시험에서 불합격 판정을 받았고, 니켈 페이스트 대신 알루미늄 페이스트를 사용한 경우에는 열 충격 시험, 내습도 시험에서 불합격 판정을 받아 코팅액을 구성하는 금속 입자의 종류에 의해 비구면 미러의 코팅층의 특성이 영향을 받는 것으로 나타났다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시형태에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (5)

1. 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 사용하는 비구면 미러로서,
   상기 비구면 미러의 표면은 굴절력이 상이한 3개의 영역으로 구획되며,
   상기 비구면 미러의 표면에는 코팅층이 적층되며,
   상기 3개의 영역은 하나의 중앙 미러 영역을 중심으로 윈드실드와 가까운 쪽의 제1 외측 미러 영역, 윈드실드와 먼 쪽의 제2 외측 미러 영역으로 구성되며,
   상기 제1 외측 미러 영역, 중앙 미러 영역 및 제2 외측 미러 영역은 X축 방향에 따른 각 폭의 비율이 수평방향으로 5:3:2 또는 4:3:3이며,
   상기 코팅층은 니켈 페이스트, 아크릴레이트 모노머 5 내지 15 중량부와 알리파틱 우레탄 아크릴레이트 5 내지 25 중량부로 이루어진 수지, 메틸에틸 케톤 5 내지 20 중량부 및 톨루엔 3 내지 10 중량부의 혼합 용제를 포함하는 코팅액을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 비구면 미러.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제