特表 2023-521907 ディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-25

(54)【発明の名称】ディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20230518BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20230518BHJP

   G02B 5/32 20060101ALI20230518BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20230518BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02B5/18

G02B5/32

G02B5/02 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022562865

(86)(22)【出願日】2021-08-02

(85)【翻訳文提出日】2022-10-14

(86)【国際出願番号】 KR2021010059

(87)【国際公開番号】W WO2022045609

(87)【国際公開日】2022-03-03

(31)【優先権主張番号】10-2020-0107290

(32)【優先日】2020-08-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500239823

【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100122161

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 崇

(72)【発明者】

【氏名】ジェ・ジン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ブ・ゴン・シン

(72)【発明者】

【氏名】ボ・ラ・ジュン

(72)【発明者】

【氏名】ヘ・ウォン・ファン

(72)【発明者】

【氏名】ド・キョン・クォン

【テーマコード（参考）】

2H042

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H042BA01

2H199DA03

2H199DA15

2H199DA25

2H199DA26

2H199DA43

2H249AA02

2H249AA03

2H249AA12

2H249AA13

2H249AA60

2H249AA62

2H249AA64

2H249CA01

2H249CA05

2H249CA15

2H249CA22

(57)【要約】

本発明は、ディスプレイ装置に関し、具体的には、光散乱部を含み、光出力部から出力される光を所定の方向に散乱させることにより、光回折によって発生する光損失を最小化できるディスプレイ装置に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を散乱させるための光散乱部と、前記散乱した光を所定の方向に拡張させるための光導光部とを含み、
前記光導光部は、
光を案内するための光ガイドと、
前記散乱した光が入力されて前記光ガイド上で案内できるように前記光ガイドの一面または他面に配置されて、前記入力された光を回折させるように構成された第１光学素子と、
前記光ガイドの一面または他面のいずれか１つに配置されて、前記第１光学素子から回折されて前記光ガイドを介して案内される光を受光し、受光された光が部分的に回折されて前記光ガイドの一面または他面から出力されるように構成された第２光学素子と、を含むものである、
ディスプレイ装置用部品。

【請求項2】

前記第１光学素子および前記第２光学素子それぞれは、第１方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターンが備えられるものである、
請求項１に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項3】

前記光散乱部は、前記第１方向に所定の角度をなすように光を散乱させるディフューザである、
請求項２に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項4】

前記光散乱部は、前記第１光学素子の一面と垂直方向に沿って前記回折格子パターンの長手方向である第２方向に光を散乱させるディフューザである、
請求項２または３に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項5】

前記光散乱部は、前記第１方向に０．５゜以上３゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものである、
請求項４に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項6】

前記光散乱部は、前記第２方向に３゜以上２０゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものである、
請求項４または５に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項7】

前記光散乱部は、前記第１方向および前記第２方向に光を散乱させ、
前記第１方向に散乱した最大散乱角度と、前記第２方向に散乱した最大散乱角度とは、下記の数式１を満足させるものである、請求項４から６のいずれか一項に記載のディスプレイ装置用部品：
［数１］
３≦第２方向に散乱した最大散乱角度／第１方向に散乱した最大散乱角度≦１０。

【請求項8】

前記光散乱部の光透過率は、８０％以上１００％以下である、
請求項１から７のいずれか一項に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項9】

前記第２光学素子は、前記第１方向に沿って前記回折格子パターンによる回折効率が高くなるように構成される、
請求項２から７のいずれか一項に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項10】

前記第１光学素子および第２光学素子は、それぞれホログラフィック光学素子または回折光学素子の中から選択されたいずれか１つである、
請求項１から９のいずれか一項に記載のディスプレイ装置用部品。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載のディスプレイ装置用部品と、
前記ディスプレイ装置用部品の光散乱部に光が照射されるように前記光を出力する光出力部とを含むものである、
ディスプレイ装置。

【請求項12】

前記光出力部は、液晶ディスプレイパネルまたは有機発光ダイオードディスプレイパネルを含むものである、
請求項１１に記載のディスプレイ装置。

【請求項13】

前記光出力部から光が出力される部分の面積は、１ｃｍ^２以上１０ｃｍ^２以下である、
請求項１１または１２に記載のディスプレイ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２０２０年８月２５日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２０－０１０７２９０号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に組み込まれる。本発明は、ディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置に関し、具体的には、光散乱部を含み、光出力部から出力される光を所定の方向に散乱させることにより、光回折によって発生する光損失を最小化できるディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図１は、一般的な車両用ヘッドアップディスプレイシステムを概略的に示す図である。

【0003】

一般的な車両用ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌｙ、ＨＵＤ）システム１０は、映像を生成して出力するディスプレイ１と、当該映像を車両のウィンドシールド（ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ）に指向させる光学系２とで構成される。

【0004】

光学系２は、ディスプレイ１とウィンドシールドとの間の光経路を確保しながらヘッドアップディスプレイシステム１０の全体体積を低減するために、図１に示されるような複数のミラー（ｍｉｒｒｏｒ）３－４を用いる。

【0005】

ただし、このように複数のミラーを用いても、ディスプレイ１、複数のミラー３－４間の相互確保すべき距離によって、ヘッドアップディスプレイシステム１０の全体体積を１０Ｌ水準に低減するには限界がある。

【0006】

このようなヘッドアップディスプレイシステムは、運転者の立場から、ウィンドシールドを介して映像が視認できる領域であるアイモーションボックス（Ｅｙｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｂｏｘ、ＥＭＢ）を広く形成しにくくて、運転者の瞳孔の視軸および映像の視野角を考慮して映像がウィンドシールドの制限された範囲に到達できるように、複数のミラー３、４の角度を運転者が直接調節しなければならない不都合が伴ったりもする。

【0007】

さらに、このような問題を解決するために、導光板を用いて光を一次元的に拡張してはいるものの、入射させる光は垂直方向に拡張されないので、アイモーションボックス（Ｅｙｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｂｏｘ、ＥＭＢ）が広く形成されない問題点があった。

【0008】

したがって、ディスプレイ装置において光拡張によりアイモーションボックスを広く実現する技術の開発が急がれるのが現状であった。

【0009】

上述した背景技術は、発明者が本発明の実施例の導出のために保有していたり、導出過程で習得した技術情報であって、必ずしも本発明の実施例の出願の前に一般の公衆に公開された公知技術であるとは限らない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明が達成しようとする技術的課題は、光を拡張させる光導光部に所定の方向に散乱した光を入射させることにより、前記光を拡張するための回折を最小化することにより、アイモーションボックス（ＥＢ）を拡張させると同時に、光損失を最小化できるディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置を提供することである。

【0011】

ただし、本発明が解決しようとする課題は上記の言及した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一実施態様は、光を散乱させるための光散乱部と、前記散乱した光を所定の方向に拡張させるための光導光部とを含み、前記光導光部は、光を案内するための光ガイドと、前記散乱した光が入力されて前記光ガイド上で案内できるように前記光ガイドの一面または他面に配置されて、前記入力された光を回折させるように構成された第１光学素子と、前記光ガイドの一面または他面のいずれか１つに配置されて、前記第１光学素子から回折されて前記光ガイドを介して案内される光を受光し、受光された光が部分的に回折されて前記光ガイド部の一面または他面から出力されるように構成された第２光学素子と、を含むものである、ディスプレイ装置用部品を提供する。

【0013】

本発明の一実施態様によれば、前記第１光学素子および前記第２光学素子それぞれは、第１方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターンが備えられるものであってもよい。

【0014】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部は、前記第１方向に所定の角度をなすように光を散乱させるディフューザであってもよい。

【0015】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部は、前記第１光学素子の一面と垂直方向に沿って前記回折格子パターンの長手方向である第２方向に光を散乱させるディフューザであってもよい。

【0016】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部は、前記第１方向に０．５゜以上３゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものであってもよい。

【0017】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部は、前記第２方向に３゜以上２０゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものであってもよい。

【0018】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部は、前記第１方向および前記第２方向に光を散乱させ、前記第１方向に散乱した光の最大散乱角度と、前記第２方向に散乱した光の最大散乱角度とは、下記の数式１を満足させるものであってもよい。
［数１］
３≦第２方向に散乱した最大散乱角度／第１方向に散乱した最大散乱角度≦１０。

【0019】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部の光透過率は、８０％以上１００％以下であってもよい。

【0020】

本発明の一実施態様によれば、前記第２光学素子は、前記第１方向に沿って前記パターンによる回折効率が高くなるように構成されるものであってもよい。

【0021】

本発明の一実施態様によれば、前記第１光学素子および第２光学素子は、それぞれホログラフィック光学素子または回折光学素子の中から選択されたいずれか１つであってもよい。

【0022】

本発明の一実施態様は、前記ディスプレイ装置用部品と、前記ディスプレイ装置用部品の光散乱部に光が照射されるように前記光を出力する光出力部とを含むものである、ディスプレイ装置を提供する。

【0023】

本発明の一実施態様によれば、前記光出力部は、液晶ディスプレイパネルまたは有機発光ダイオードディスプレイパネルを含むものであってもよい。

【0024】

本発明の一実施態様によれば、前記光出力部から光が出力される部分の面積は、１ｃｍ^２以上１０ｃｍ^２以下であってもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一実施態様に係るディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置は、入射した光の追加的な回折が起こらず光効率を向上させると同時に、容易に入射した光を拡張させてディスプレイ装置のアイモーションボックス（ＥＭＢ）を拡張することができる。

【0026】

本発明の効果は上述した効果に限定されるものではなく、言及されていない効果は本願明細書および添付した図面から当業者に明確に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】一般的な車両用ヘッドアップディスプレイシステムを概略的に示す図である。

【図2】本発明の一実施態様に係るディスプレイ装置を概略的に示す図である。

【図3】光散乱部なしに光出力部から出力された光の中心から外れた角度に対して光のパワーを示すグラフおよび前記光を概略的に示す図である。

【図4】光出力部から出力されて光散乱部を通過した光の中心から外れた角度に対して光のパワーを示すグラフおよび前記光を概略的に示す図である。

【図5】入射光の方向と回折格子パターンの方向による透過光および回折光の強度変化を概略的に示す図である。

【図6】従来の発明による入射光の方向と回折格子パターンの方向による透過光および回折光の強度変化を概略的に示す図である。

【図7】比較例によるディスプレイ装置の光経路および光経路上での主な偏光方向を概略的に示す図である。

【図8】実施例によるディスプレイ装置の光経路および光経路上での主な偏光方向を概略的に示す図である。

【図9】比較例によるディスプレイ装置から出力された光を上、中および下の位置で撮影した図である。

【図10】実施例によるディスプレイ装置から出力された光を上、中および下の位置で撮影した図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明は、添付した図面とともに詳細に後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現され、単に本実施例は本発明の開示が完全となるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。一方、本明細書で使われた用語は実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。

【0029】

本明細書全体において、単数形は、文言で特に言及しない限り、複数形も含む。

【0030】

本明細書全体で使われる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作および／または素子は、１つ以上の他の構成要素、段階、動作および／または素子の存在または追加を排除せず、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

【0031】

本明細書全体において、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。

【0032】

本願明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。

【0033】

本願明細書全体において、「Ａおよび／またはＢ」は、「ＡおよびＢ、またはＡまたはＢ」を意味する。

【0034】

本明細書全体において、用語「光ガイド」は、内部全反射を利用して内部で光を案内する構造と定義される。内部全反射のための条件は、光ガイドの屈折率が光ガイドの表面に隣接した周辺媒体の屈折率より大きくなければならない。光ガイドは、ガラスおよび／またはプラスチック素材を含んで形成され、透明または半透明であってもよい。光ガイド部のプレートタイプに多様なレイアウトで形成される。ここで、用語「プレート」は、一面およびその反対側である他面の間に所定の厚さを有する三次元構造体を意味し、その一面および他面は、実質的に平坦な平面であってもよいが、その一面および他面の少なくとも１つの面は、一次元的または二次元的に湾曲して形成される。例えば、プレートタイプの光ガイドは、一次元的に湾曲してその一面および／または他面が円柱の側面の一部に対応する形状を有することができる。ただし、その湾曲によって形成される曲率は、光ガイド上で光を案内するために内部全反射が容易となるように十分に大きな曲率半径を有することが好ましい。

【0035】

本明細書全体において、用語「光学素子」は、光学素子に到達する光が回折されて光経路が変更可能である。光学素子は、光ガイドの一面または他面に配置されて、光ガイド上で光を回折させて光経路を変更するための構造と理解できる。

【0036】

本明細書全体において、用語「回折光学素子」は、所定の方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターンを含むものを意味し、光ガイド上で光を回折させて光経路を変更するための構造と定義される。ここで、「回折光学素子」は、光ガイド上に一方向に配向された複数の格子線が予め定めた方向に配列されて、パターンを有しかつ、所定の面積を形成する部分を意味することができる。

【0037】

本明細書全体において、「回折格子パターンの長手方向」は、高屈折部と低屈折部の互いに交互に並ぶ方向に垂直な方向と定義される。

【0038】

本明細書全体において、「表面凹凸格子パターン」は、所定の方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される表面凹凸格子パターンを含むものを意味し、光ガイド上で光を回折させて光経路を変更するための構造と定義される。ここで、「表面凹凸光学素子」は、光ガイド上に一方向に配向された複数の表面凹凸格子線が予め定めた方向に配列されて、パターンを有しかつ、所定の面積を形成する部分を意味することができる。

【0039】

本明細書全体において、用語「表面凹凸格子線」は、光ガイドの表面上に所定の高さを有する突起形態（すなわち、エンボスパターン）、および／または光ガイドの表面上に所定の深さを有する溝形態（すなわち、デボスパターン）を意味することができる。ここで、格子線の配向方向は、回折光学素子による回折により意図した方向に光経路が変更できるように自由に設計可能であり、前記複数の表面凹凸格子線が配列されているパターンは、「表面凹凸格子パターン」を意味することができる。

【0040】

本明細書全体において、用語「ホログラフィック光学素子」は、所定の方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置されるホログラフィック格子パターンを意味し、ホログラフィック光学素子に到達する光は、回折されて光経路が変更可能である。このようなホログラフィック格子パターンは、フォトポリマー（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ）のような感光材料に複数のレーザが干渉されて記録される。ホログラフィック光学素子は、光ガイドの一面または他面に配置されて、光ガイド上で光を回折させて光経路を変更するための構造と理解できる。

【0041】

本明細書全体において、「ホログラフィック格子パターンの長手方向」は、高屈折部と低屈折部の互いに交互に並ぶ方向に垂直な方向と定義される。

【0042】

本明細書全体において、用語「回折効率」は、光ガイド上で内部全反射する光が光学素子によって一部回折されて光経路が変更され、残りは回折される前の光経路に沿って全反射するが、回折されて光経路が変更された回折光の光量を、回折される直前の光量で割った値を意味することができる。

【0043】

以下、本発明についてより詳細に説明する。

【0044】

本発明の一実施態様は、光を散乱させるための光散乱部１３０と、前記散乱した光を所定の方向に拡張させるための光導光部１５０とを含み、前記光導光部は、光を案内するための光ガイド１５１と、前記散乱した光が入力されて前記光ガイド１５１上で案内できるように前記光ガイドの一面または他面に配置されて、前記入力された光を回折させるように構成された第１光学素子１５３と、前記光ガイドの一面または他面のいずれか１つに配置されて、前記第１光学素子１５３から回折されて前記光ガイド１５１を介して案内される光を受光し、受光された光が部分的に回折されて前記光ガイド１５１の一面または他面から出力されるように構成された第２光学素子１５５と、を含むものである、ディスプレイ装置用部品１００’を提供する。

【0045】

本発明の一実施態様に係るディスプレイ装置用部品１００’は、入射した光の追加的な回折が起こらず光効率を向上させると同時に、容易に入射した光を拡張してディスプレイ装置１００のアイモーションボックス（ＥＭＢ、Ｅｙｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｂｏｘ）を拡張することができる。

【0046】

図２は、本発明の一実施態様に係るディスプレイ装置１００を概略的に示す図である。図２を参照すれば、本発明の一実施態様であるディスプレイ装置１００は、光出力部１１０と、光散乱部１３０と、光導光部１５０とを含み、本発明の一実施態様であるディスプレイ装置用部品１００’は、光散乱部１３０と、光導光部１５０とを含む。さらに、前記光導光部１５０は、光ガイド１５１と、第１光学素子１５３と、第２光学素子１５５とを含む。上述のように前記ディスプレイ装置用部品１００’が上述した構成を含むことにより、前記ディスプレイ装置１００の出力される光の効率を向上させることができ、アイモーションボックス（ＥＭＢ）を拡張させることができる。

【0047】

本発明の一実施態様によれば、前記ディスプレイ装置用部品１００’は、光を散乱させるための光散乱部１３０を含む。上述のように、前記ディスプレイ装置用部品１００’が後述する光出力部１１０によって出力された光を散乱させる光散乱部１３０を含むことにより、前記光出力部１１０から出力される光の低下なく所定の方向に散乱させることにより、前記ディスプレイ装置１００のアイモーションボックスを広く確保することができ、所定の方向に拡張させるための回折を最小化することにより、光効率を向上させて優れたイメージを再生することができる。

【0048】

図３は、光散乱部１３０なしに光出力部１１０から出力された光の中心から外れた角度に対して光のパワーを示すグラフおよび前記光を概略的に示す図である。図３を参照すれば、図３（ａ）のように、光出力部１１０から出力された光は、光散乱部１３０を通過しないので、出力された光はいかなる方向にも散乱せず、中心部で最も強い出力を有し、中心部から外れるほど光出力は急激に低下する。同じく、図３（ｂ）のグラフのように、光の中心から遠くなるほど光出力が急激に低下することを予想することができる。

【0049】

図４は、光出力部１１０から出力されて光散乱部１３０を通過した光の中心から外れた角度に対して光のパワーを示すグラフおよび前記光を概略的に示す図である。図４を参照すれば、図４（ａ）のように、光出力部１１０から出力された光は、光散乱部１３０を通過して所定の方向にも散乱し、中心部から外れた位置まで光出力が維持される。同じく、図４（ｂ）のグラフのように、光の中心から遠くなっても光出力が維持されることを予想することができる。

【0050】

本発明の一実施態様によれば、前記ディスプレイ装置用部品１００’は、前記散乱した光を所定の方向に拡張させるための光導光部１５０を含む。上述のように、前記光導光部１５０を含むことにより、前記光散乱部１３０で散乱した光が入射し、回折され、前記光を所定の方向に拡張させて、前記ディスプレイ装置１００のアイモーションボックスを広く実現することができる。

【0051】

本発明の一実施態様によれば、前記光導光部１５０は、光を案内するための光ガイド１５１と、第１光学素子１５３と、第２光学素子１５５と、を含む。上述のように、前記光導光部１５０が光ガイド１５１と、第１光学素子１５３と、第２光学素子１５５とを含むことにより、前記散乱した光を入射させ、入射した光を所定の方向に回折させ、前記回折された光を、一部は回折させて光ガイド１５１の外に出力し、一部は通過させて前記光出力部１１０から出力された光を拡張させることができる。

【0052】

本発明の一実施態様によれば、前記光導光部１５０は、第１光学素子１５３を含む。前記第１光学素子１５３は、後述する光出力部１１０から出力された光が前記光散乱部１３０を通過した後、入力されて光ガイド１５１上で案内できるように光ガイド１５１の一面または他面に配置されて、入力された入力光ＰＢを回折させるように構成される。上述のように、前記第１光学素子１５３を含むことにより、入力された光を光ガイド１５１で全反射させて案内するように実現することができる。

【0053】

本発明の一実施態様によれば、第１光学素子１５３は、所定の方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターン１５３ｐを備えることができる。ここで、第１光学素子１５３の高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される方向は、第１方向と定義し、図２基準のｘ軸方向であってもよい。ここで、第１光学素子１５３の回折格子パターン１５３ｐの長手方向は、第１方向に垂直な第２方向、すなわち図２基準のｚ軸方向であってもよい。

【0054】

本発明の一実施態様によれば、前記光導光部１５０は、第２光学素子１５５を含む。前記第２光学素子１５５は、前記第１光学素子１５３から案内された光を受光し、前記受光された光の一部は回折されて前記光ガイド１５１の外部に出力し、前記回折されない光の一部は透過させて前記受光された光を一次元的に拡張させることにより、後述する光出力部１１０から出力された光を拡張し、前記ディスプレイ装置１００のアイモーションボックスを広く実現することができる。

【0055】

具体的には、第２光学素子１５５は、第１光学素子１５３から回折されて光ガイド１５１を介して案内される光Ｌ１を受光して、一部は回折によって光ガイド１５１の他面に向かうようにし、残りは既存の光経路で光ガイド１５１上で全反射によって案内できるように構成される。より具体的には、第２光学素子１５５に最初に受光された光Ｌ１は特定の方向、例えば、第１方向に沿って所定の間隔だけ複数回離隔した地点ごとに部分的に回折されて、その回折光Ｌ２は光ガイド１５１の外部に出力され、残りの光は第１方向に沿って光ガイド１５１の内部で全反射して案内されるので、結果として、一次元的な拡張が行われる。

【0056】

本発明の一実施態様によれば、第２光学素子１５５は、所定の方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターン１５５ｐを備えることができる。ここで、第２光学素子１５５の高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される方向は、第１方向と定義し、図２基準のｘ軸方向であってもよい。ここで、第２光学素子１５５の回折格子パターン１５５ｐの長手方向は、第１方向に垂直な第２方向、すなわち図２基準のｚ軸方向であってもよい。

【0057】

本発明の一実施態様によれば、前記第１光学素子１５３および前記第２光学素子１５５それぞれは、第１方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターン１５３ｐ、１５５ｐが備えられるものであってもよい。上述のように、前記回折格子パターン１５３ｐ、１５５ｐを同一の方向で実現することにより、入射した光出力を低下させず、出力される光の光効率を向上させ、前記ディスプレイ装置１００によって再生されるイメージの鮮明度を向上させることができる。より具体的には、前記第１光学素子１５３および前記第２光学素子１５５の各々のすべては、第１方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターン１５３ｐ、１５５ｐが備えられるものであってもよい。上述のように、前記第１光学素子の回折格子パターン１５３ｐが第１方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターンが備えられ、前記第２光学素子の回折格子パターン１５５ｐが第１方向に沿って高屈折部と低屈折部が互いに交互に配置される回折格子パターンが備えられるもので実現されることにより、後述する光出力部１１０から出力される光の光量が低下するのを防止することができる。

【0058】

図５は、入射光ＰＢの方向と回折格子パターンの方向による透過光ＴＢおよび回折光ＤＢの強度変化を概略的に示す図である。図５を参照すれば、入射光ＰＢとして第１方向に偏光された光を照射する場合、第１方向に回折格子パターン１５３ｐが形成された第１光学素子１５３を通過しながら回折される光量は高く実現されるが、透過光の光量は低く実現される。したがって、第１光学素子１５３および第２光学素子１５５すべての回折格子パターン１５３ｐ、１５５ｐを第１方向に設定することにより、光出力部１１０から出力される光の光量を高く維持することができる。

【0059】

図６は、従来の発明による入射光の方向と回折格子パターンの方向による透過光および回折光の強度変化を概略的に示す図である。図６を参照すれば、入射光ＰＢとして第１方向に偏光された光を照射する場合、第１方向に回折格子パターン１５３ｐが形成された第１光学素子１５３を通過しながら回折される光量は高く実現されるが、透過光の光量は低く実現される。以後、第２方向に回折格子パターンが形成された第２光学素子によって回折される前記回折光については、透過光の強度が高く実現され、回折光は光量が低く実現されることにより、光出力部１１０から出力される光の光量が低下することがある。

【0060】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部１３０は、前記第１方向と所定の角度をなす方向に光を散乱させるディフューザであってもよい。具体的には、前記光散乱部１３０は、光を前記第１方向と所定の角度をなす第２方向に散乱するディフューザであってもよい。より具体的には、前記光散乱部１３０は、楕円形に散乱するディフューザであってもよい。より具体的には、前記光散乱部１３０は、前記第１光学素子の一面と垂直方向に沿って前記回折格子パターンの長手方向である第２方向に散乱するディフューザであってもよい。上述のように、前記光散乱部１３０が特定の方向に散乱させるディフューザとして選択されることにより、前記ディスプレイ装置１００によって再生されるイメージのアイモーションボックスを広く実現することができる。

【0061】

本明細書全体において、「特定の方向に光を散乱させること」は、光が照射された方向に垂直な面から特定の方向に散乱したことを意味することができる。具体的には、図２を参照すれば、前記光出力部１１０から照射された光が光散乱部１３０に入射し、前記入射した光は前記光散乱部１３０によって光が散乱する。前記光出力部１１０から照射された光の延びた方向を、前記散乱した光の照射方向と定義することができ、前記散乱した光の照射方向と角度をなして散乱して、前記光ガイド１５１、すなわち第１光学素子１５３の面で散乱が行われる特定の方向を「特定の方向に光を散乱させること」と定義することができる。

【0062】

本明細書全体において、前記特定の方向に光散乱が行われることは、前記特定の方向に最大に散乱が行われ、それ以外の方向は弱く散乱が行われて面積を有して散乱することを意味することができる。

【0063】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部１３０は、前記第１方向に０．５゜以上３゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものであってもよい。具体的には、前記光出力部１１０から出力されて光散乱部１３０に照射された光を前記第１方向に０．７゜以上２．７゜以下、１．０゜以上２．５゜以下、または１．５゜以上２．０゜以下の最大散乱角度で散乱させるものであってもよい。前記光出力部１１０から出力されて光散乱部１３０に照射された光の最大散乱角度を上述した範囲で調節することにより、拡張しようとするイメージの大きさを調節し、鮮明度を向上させることができる。

【0064】

本明細書全体において、「最大散乱角度」は、光が照射される方向に沿って角度を形成して光が散乱する場合、前記散乱する光のうち前記照射される方向から最大に離隔して散乱する光と、前記照射される方向とのなす角度を意味することができる。

【0065】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部１３０は、前記第２方向に３゜以上２０゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものであってもよい。具体的には、前記第２方向に４゜以上１９゜以下、５゜以上１８゜以下、６゜以上１７゜以下、７゜以上１６゜以下、８゜以上１５゜以下、９゜以上１４゜以下、１０゜以上１３゜以下、または１１゜以上１２゜以下の最大散乱角度で光を散乱させるものであってもよい。後述する光出力部１１０から出力されて光散乱部１３０に照射された光の最大散乱角度を上述した範囲で調節することにより、拡張しようとするイメージの大きさを調節し、鮮明度を向上させることができる。

【0066】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部１３０は、前記第１方向および前記第２方向に光を散乱させ、前記第１方向に散乱した最大散乱角度と、前記第２方向に散乱した最大散乱角度とは、下記の数式１を満足させるものであってもよい。具体的には、前記光散乱部１３０は、後述する光出力部１１０から出力されて光散乱部１３０に照射された光を前記第１方向および前記第２方向に散乱させ、前記第１方向に散乱した最大散乱角度と、前記第２方向に散乱した最大散乱角度とは、下記の数式１を満足させるものであってもよい。
［数１］
３≦第２方向に散乱した最大散乱角度／第１方向に散乱した最大散乱角度≦１０

【0067】

具体的には、上記の数式１の値は、４以上９以下、５以上８以下、または６以上７以下であってもよい。上述した範囲で前記数式１の値を調節することにより、拡張しようとするイメージの大きさを調節し、鮮明度を向上させることができる。

【0068】

本発明の一実施態様によれば、前記光散乱部１３０の光透過率は、８０％以上１００％以下であってもよい。具体的には、前記光散乱部１３０の光透過率は、８２％以上９８％以下、８４％以上９６％以下、８６％以上９４％以下、または８８％以上９２％以下であってもよい。上述した範囲で前記光散乱部１３０の光透過率を調節することにより、ディスプレイ装置１００で再生される光の輝度を向上させることができる。

【0069】

本発明の一実施態様によれば、前記第２光学素子１５５は、前記第１方向に沿って前記パターンによる回折効率が高くなるように構成されるものであってもよい。

【0070】

本発明の一実施態様によれば、第２光学素子１５５は、第１方向に沿っていくほど回折格子パターンによる回折効率が高くなるように構成されることが好ましい。第２光学素子における回折格子パターンによる効率は、１０～１００％の間で次第に高くなるように構成される。第２光学素子１５５が第１光学素子１５３から受光した光Ｌ１は、光ガイド１５１上で回折格子パターンが並ぶ第１方向を主な方向として全反射するが、一部の光Ｌ２は回折格子パターンによって全反射経路上で回折とともに分岐して、光経路が光ガイド１５１から出力される方向に形成される。結果として、第１方向を主な方向とする全反射経路に沿っていくほど光量は減少する。したがって、回折格子パターンに到達する光量が前記全反射経路に沿って減少するとしても、第２光学素子１５５が第１方向に沿って回折効率が高くなるように構成することにより、第２光学素子１５５の回折格子パターン１５５ｐを通して回折されて光ガイド１５１から出力される光Ｌ２に対して、互いの光量を類似させることができる。

【0071】

本発明の一実施態様によれば、前記第１光学素子１５３および第２光学素子１５５は、それぞれホログラフィック光学素子または表面凹凸光学素子の中から選択されたいずれか１つであってもよい。具体的には、前記第１光学素子１５３および第２光学素子１５５はいずれも、ホログラフィック光学素子であるか、表面凹凸光学素子であってもよい。また、前記第１光学素子１５３および第２光学素子１５５は、１つはホログラフィック光学素子であり、残りの１つは表面凹凸光学素子であってもよい。上述したものから前記第１光学素子１５３および第２光学素子１５５を選択することにより、実現されるディスプレイ装置の状況に応じて適切な回折効率を実現することができる。

【0072】

本発明の一実施態様は、前記ディスプレイ装置用部品１００’と、前記ディスプレイ装置用部品１００’の光散乱部１３０に光が照射されるように前記光を出力する光出力部１１０とを含むものである、ディスプレイ装置１００を提供する。

【0073】

本発明の一実施態様に係るディスプレイ装置１００は、入射した光の追加的な回折が起こらず光効率を向上させると同時に、容易に入射した光を拡張してディスプレイ装置１００のアイモーションボックス（ＥＭＢ）を拡張することができる。

【0074】

本発明の一実施態様によれば、前記光出力部１１０は、出力された光が前記光散乱部１３０に照射されるものである。上述のように、前記光出力部１１０から照射された光が光散乱部１３０によって照射されることにより、前記特定の方向に光を拡張させるための追加的な光学素子を除去することができる。

【0075】

本発明の一実施態様によれば、前記ディスプレイ装置１００は、光を出力する光出力部１１０を含む。上述のように、光出力部１１０を含むことにより、予め定められたイメージを光で照射して所定の位置に前記イメージを出力することができる。さらに、前記ディスプレイ装置１００が車両用ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）に相当する場合、ウィンドシールド（ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ）に前記イメージを再生することができる。

【0076】

本発明の一実施態様によれば、前記光出力部１１０は、液晶ディスプレイパネルまたは有機発光ダイオードディスプレイパネルを含むものであってもよい。具体的には、前記光出力部１１０は、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）パネルまたは有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ、ＯＬＥＤ）で構成されるディスプレイパネル（以下、有機発光ディスプレイパネル）またはレーザビームスキャンプロジェクタであってもよい。より具体的には、光出力部１１０は、画像情報を有する電気的信号を受信し、前記画像情報に関する画像表示光を出力する手段を意味する。上述のように、前記光出力部１１０を液晶ディスプレイパネルまたは有機発光ダイオードディスプレイパネルとして選択することにより、固定されたイメージだけでなく、動画を再生することができ、前記再生されるイメージの画質を向上させることができる。

【0077】

本発明の一実施態様によれば、前記光出力部１１０から光が出力される部分の面積は、１ｃｍ^２以上１０ｃｍ^２以下であってもよい。具体的には、前記光出力部１１０から光が出力される部分の面積は、２ｃｍ^２以上９ｃｍ^２以下、３ｃｍ^２以上８ｃｍ^２以下、４ｃｍ^２以上７ｃｍ^２以下、または５ｃｍ^２以上６ｃｍ^２以下であってもよい。上述した範囲で前記光が出力される部分の面積を調節することにより、前記再生されるイメージの画質を向上させることができる。

【実施例】

【0078】

以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明による実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に記述する実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

【0079】

図７は、比較例によるディスプレイ装置の光経路および光経路上での主な偏光方向を概略的に示す図である。図７を参照すれば、光散乱部１３０を設けず光出力部１１０から光Ｌを出力した。以後、前記第１光学素子１５３を介して前記光Ｌが入射し、光ガイド１５１を介して全反射が行われて第２光学素子１５５に受光される。前記受光された光Ｌ１は、前記第２光学素子１５５で回折されて光が一次元的に拡張されて、光ガイド１５１から光Ｌ２が出力された。

【0080】

図８は、実施例によるディスプレイ装置１００の光経路および光経路上での主な偏光方向を概略的に示す図である。図８を参照すれば、光出力部１１０から光Ｌを出力して光散乱部１３０を通過させた。以後、前記第１光学素子１５３を介して前記光Ｌが入射し、光ガイド１５１を介して全反射が行われて第２光学素子１５５に受光される。前記受光された光Ｌ１は、前記第２光学素子１５５で回折されて光が一次元的に拡張されて、光ガイドから光Ｌ２が出力された。

【0081】

図９は、比較例によるディスプレイ装置から出力された光を上、中および下の位置で撮影した図である。図９を参照すれば、中の位置で撮影された写真はイメージが鮮明であることを確認したが、上や下の位置で撮影した写真はイメージが確認されないことから、第１方向に光の拡張が発生しないことを確認した。

【0082】

図１０は、実施例によるディスプレイ装置１００から出力された光を上、中および下の位置で撮影した図である。図１０を参照すれば、上、中および下のすべての位置でイメージを確認することができた。これにより、光出力部１１０から出力された光が第１方向に拡張が発生したことを確認した。

【0083】

したがって、本発明のディスプレイ装置用部品１００’およびそれを用いたディスプレイ装置１００は、前記光散乱部１３０を介して光出力部１１０の光を第１方向に拡張することにより、光量の低下なく前記ディスプレイ装置１００の光拡張を実現することができる。

【0084】

以上、本発明が限定された実施例によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0085】

１００：ディスプレイ装置
１００’：ディスプレイ装置用部品
１１０：光出力部
１３０：光散乱部
１５０：光導光部
１５１：光ガイド
１５３：第１光学素子
１５３ｐ：第１光学素子の回折格子パターン
１５５：第２光学素子
１５５ｐ：第２光学素子の回折格子パターン
ＰＢ：入射光
ＴＢ：透過光
ＤＢ：回折光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】