KR101507202B1 - 투과형 액정표시패널을 이용한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치 - Google Patents

투과형 액정표시패널을 이용한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투과형 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널은, 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들; 그리고 상기 다수 개의 화소들 중에서 이웃하는 한 쌍의 화소들을 통과하는 입사광의 위상을 개별적으로 변조하는 액정층을 포함한다. 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 장치는, 간단한 구조를 갖고 제조 비용이 저렴한 박막 평판형 입체 영상을 제공한다.

Description

투과형 액정표시패널을 이용한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치 {Spatial Light Modulating Panel Using Transparent Type Liquid Crystal Display Panel And 3D Display Device Using The Same}
본 발명은 투과형 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에 적용하는 투과형 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다.
최근 3차원 (3D: Three Dimension) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.
3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 안경방식(stereoscopy), 무안경 방식(Auto-stereoscopy), 체적형 방식(Volumetric), 홀로그래피 (holography) 및 집적영상 (integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 가장 유사하게 입체감을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 단안으로도 입체감을 느낄 수 있는 특징이 있어, 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 빛(물체파)과 간섭성이 있는 빛(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪혀 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 사진 필름에 기록한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 간섭 정보를 복원해 3차원적인 입체감을 느끼게 해준다. 이러한 기록 및 복원 원리를 사용해 3차원 영상을 구현하는 일련의 과정을 홀로그래피라고 한다.
홀로그램을 저장, 전송 및 영상처리를 위해 컴퓨터에 의해 생성하는 방법으로서, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)이 개발되었다. 이 컴퓨터 생성 홀로그램은 지금까지 다양한 방법으로 개발되고 있는데, 근래에는 디지털 산업의 발달에 의해 정지 영상의 컴퓨터 생성 홀로그램에 머무르지 않고 동영상의 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시하기 위한 시스템이 개발되고 있다.
컴퓨터 생성 홀로그램은 컴퓨터를 이용하여 직접 홀로그램에 저장되는 간섭무늬를 만드는 것으로. 간섭 무늬 이미지를 컴퓨터로 계산하여 생성한 후, 액정 - 공간 광 변조기(LC-SLM: Liquid Crystal - Spatial Light Modulator)와 같은 공간 광 변조기에 전송하고, 이 SLM에 참조광을 조사하여 입체 영상을 복원/재생한다. 도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 컴퓨터(10)에서 구현하고자 하는 입체 영상에 해당하는 간섭 무늬 이미지를 생성한다. 생성된 간섭 무늬는 SLM(20)으로 전송된다. SLM(20)은 투과형 액정표시패널로 형성하여 간섭 무늬를 표시할 수 있다. SLM(20)의 일측면에는 참조광으로 사용할 레이저 광원(30)이 위치해 있다. 레이저 광원(30)에서 조사되는 참조광(90)을 SLM(20)의 전면에 고르게 투사하기 위해서 확장기(40)와 렌즈(50)가 순차적으로 배치된다. 레이저 광원(30)에서 출사된 참조광(90)은, 확장기(40)와 렌즈(50)를 거쳐 SLM(20)의 일측면에 조사된다. SLM(20)이 투과형 액정표시 패널인 경우, SLM(20)의 타측면에는 SLM(20)에 구현된 홀로그램의 간섭 무늬에 의해 3차원 입체 영상(80)이 표시된다.
도 1에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는 참조광(90)을 발생하는 광원(30), 확장기(40) 그리고 렌즈(50)와 같이 상당한 부피를 차지하는 구성품으로 이루어진다. 이와 같은 시스템을 구축하는 경우, 부피가 상당히 크며, 무게도 많이 나가기 때문에, 최근 추세인 경박단소형의 표시장치에는 적합하지 않다. 따라서, 무안경 방식으로 궁극적인 입체 영상을 구현하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 시스템을 박막 평판형으로 구현하는 것이 요구되고 있다.
기존에 박막 평판형으로 구현한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치가 제안된 바 있다. 미국 특허 US 5,416,618에서는 두 개의 액정표시장치를 이용한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 개시하고 있다. 그러나 US 5,416,618에서는 위상 변조를 위한 공간 광 변조패널과 진폭 변조를 위한 공간 광 변조 패널을 사용한다. 두 개의 SLM을 조합하기 때문에 이 두 SLM을 정렬하는 데 어려움이 있고, 두 개의 액정 패널을 사용하므로 비용이 비싸고, 두 개의 패널을 구동하기 때문에 구동이 복잡하며, 두께가 두껍다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에 적용할 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 입사광의 위상을 서로 다르게 변조한 두 개의 출사광을 복소 변조하여 위상과 진폭을 제어하는 액정표시 패널을 사용하는 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치의 공간 광 변조패널을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널은, 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들; 그리고 상기 다수 개의 화소들 중에서 이웃하는 한 쌍의 화소들을 통과하는 입사광의 위상을 개별적으로 변조하는 액정층을 포함한다.
상기 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들을 정의하며, 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 상부 기판 및 하부 기판; 상기 각 화소에 할당되며 상기 상부 기판의 내측면에 형성된 상부 전극; 그리고 상기 각 화소에 할당되며 상기 하부 기판의 내측면에 형성된 하부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정층은 굴절율 이방성에 의해 입사광의 위상을 0에서 2π까지 변화시키는 두께 값을 갖는 ECB 모드로 작동하는 것을 특징으로 한다.
상기 입사광은 상기 액정층의 초기 배열 방향과 평행한 방향으로 선 편광되어 상기 화소들로 평행 직진하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는, 선 편광된 백 라이트를 일측면 방향으로 제공하는 백 라이트 유닛; 그리고 상기 백 라이트 유닛의 상기 일측면 전면에 위치하며, 상기 백 라이트를 개별적으로 위상을 변조하는 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들을 포함하며, 상기 다수 개의 화소들 중 인접한 두 화소들을 통과하여 개별적으로 위상이 변조된 상기 백 라이트를 결합하는 공간 광 변조 패널을 포함한다.
상기 공간 광 변조 패널은, 상기 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들을 정의하며, 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 상부 기판 및 하부 기판; 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 개재된 액정층; 상기 각 화소에 할당되며 상기 상부 기판의 내측면에 형성된 상부 전극; 그리고 상기 각 화소에 할당되며 상기 하부 기판의 내측면에 형성된 하부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정층은 굴절율 이방성에 의해 입사광의 위상을 0에서 2π까지 변화시키는 두께 값을 갖는 ECB 모드로 작동하는 것을 특징으로 한다.
상기 백 라이트 유닛은, 상기 백 라이트를 상기 액정층의 초기 배열 방향과 평행한 방향으로 선 편광하여 상기 화소들을 향해 평행 직진하도록 출사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 공간 광 변조패널 및 이를 이용한 입체 영상장치는 이웃하는 두 화소에서 각각 백 라이트를 위상 변화시킨 후 이를 복소 결합하여 공간상에서 홀로그래픽 입체 이미지를 생성한다. 따라서, 투과형 액정패널 한 장으로 홀로그래픽 입체 영상을 생성할 수 있다. 또한, 위상 변조만으로도 진폭과 위상을 동시에 변조하여 홀로그래픽 입체 영상을 제공한다. 따라서, 입체 영상 형성을 위한 제어 방법 및 구성이 간단하다. 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널 및 이를 이용한 입체 영상 장치는, 간단한 구조를 갖고 제조 비용이 저렴한 박막 평판형 입체 영상을 제공한다.
도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 투과형 액정표시장치를 이용한 디지털 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시 장치의 구조를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 공간 광 변조기의 구조를 나타내는 단면도.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 의한 공간 광 변조기의 한 화소를 나타낸 단면도들로서, 액정층에 가해지는 전압차의 크기(V)에 따라 액정 분자들의 배열 변화 및 액정 분자를 통과하는 빛의 위상(φ) 변화를 나타낸 도면들.
도 5는 본 발명에 의한 투과형 액정표시 패널을 구비한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면들, 도 2 내지 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명에 의한, 투과형 액정표시장치를 공간 광 변조기로 사용한 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 투과형 액정표시장치를 이용한 디지털 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는 SLM(200)을 투과형 액정표시패널로 구성한다. 즉, SLM(200)은 투명한 유리 기판으로 형성한 상판(SU)과 하판(SD)이 대면하며, 그 사이에 액정층(LC)을 개재하여 결합된 투과형 액정표시패널로 형성한다. SLM(200)은 컴퓨터 혹은 비디오 처리 장치(도시하지 않음)로부터 간섭 무늬 패턴 데이터를 입력받아 간섭 무늬를 표시한다. 상판(SU)과 하판(SD) 각각에는 액정표시패널을 구성하는 박막 트랜지스터 및 칼라필터 등이 형성될 수 있다.
그리고 SLM(200)의 하면에는 광원(300) 및 광섬유(OF)를 포함하는 백 라이트 유닛(BLU)이 배치된다. 광원(300)은 적색 레이저 다이오드(R), 녹색 레이저 다이오드(G) 및 청색 레이저 다이오드(B)들을 포함하는 레이저 다이오드나 적색, 녹색 및 청색 콜리메이티드 LED들로 광원(300)으로 구성할 수 있다. 한편, 광원(300)은 적색, 녹색 및 청색을 구분하는 R, G, B 혹은 그외의 다른 색상들을 조합한 광원(300)일 수도 있고, 백색 레이저 다이오드나 백색 콜리메이티드 LED와 같은 단일 광원(300)일 수도 있다. 이와 같이 광원(300)은 다양할 수 있으나, 여기에서는 편의상 적색, 녹색 및 청색 레이저 다이오드들(R, G, B)의 경우로 설명한다.
광원(300)에서 출사된 참조광이 SLM(200) 기판의 하부 전면으로 고르게 유도하기 위해 광 섬유(OF)를 이용한다. 예를 들어, 레이저 다이오드들(R, G, B)이 백 라이트 유닛(BLU)의 일측면에 배치될 수 있다. 그리고 광 섬유(OF)를 이용하여 레이저 다이오드(R, G, B)들에서 출사된 레이저 광을 SLM(200)의 하면에서 확대 출사되도록 유도할 수 있다. 광 섬유(OF)는 액정패널인 SLM(200)의 전면에 대응하도록 배치될 수 있다. 특히, 광 섬유(OF)의 코어를 둘러싼 클래드의 일부를 제거하여 광 섬유(OF) 외부로 레이저 광을 출사시키는 광 출사부(OUT)를 다수 형성하여 레이저 광이 액정패널 전면에 조사되도록 구성할 수 있다. 또한, 광 섬유(OF)에 의해 확장된 참조광이 SLM(200)의 면적에 대응하는 크기를 유지하여, 평행 직진하도록 조절하는 광학시트(500)를 SLM(200)과 광 섬유(OF) 사이에 더 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 백 라이트 유닛(BLU)은 광 섬유(OF)를 이용한 개략적인 구조만을 개시한 것이다. SLM(200)을 구성하는 칼라 화소들이 한 열을 기준으로 동일한 색상 화소들이 나열되는 경우, 각 색상에 대응하는 광 섬유(OF)를 한 열에 대응하도록 배열할 수 있다. 다른 방법으로는, 각 화소에 대응하는 면 발광 레이저 다이오드를 각 칼라 화소에 대응하는 위치에 형성한 백 라이트 유닛(BLU)도 이용할 수 있다. 본 발명의 핵심 내용이 백 라이트 유닛(BLU)에 있는 것이 아니므로 상세한 예들에 대해서는 생략한다.
그리고 SLM(200)의 전면에는 SLM(200)과 관람자 사이의 공간 내의 적절한 위치에 입체 영상의 초점을 맞추어 주는 평판 렌즈(FL)을 더 포함할 수 있다. 평판 렌즈(FL)의 초점은 다양하게 설정할 수 있다. 예를 들어, SLM(200)과 관람자 사이의 최적의 위치에 초점을 설정할 수도 있다. 다른 방법으로는 관람자의 눈에 직접 초점을 맞출 수도 있다. 이 경우에는 좌안과 우안에 교대로 좌안 영상과 우안 영상이 전송하도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 핵심이 평판 렌즈(FL)에 국한된 것이 아니므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 평판 렌즈(FL)의 전면에는 관람자가 이동하는 경우에 관람자의 이동 위치를 검출하고, 관람자의 위치에 따른 관람 각도를 계산한 후에, 입체 영상을 관람자가 위치한 각도에 맞추어 편향시켜주는 아이-트래커(ET)를 더 포함할 수 있다. 아이 트래커(ET)는 관람자의 위치에 따라 입체 영상의 초점을 수평 방향으로 편향 시켜주는 편향장치이다. 따라서, 도면으로 도시하지 않았지만, 아이 트래커(ET)에는 관람자의 위치를 인식하기 위한 관람자 위치 검출기를 더 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 핵심이 아이 트래커(ET)에 국한된 것이 아니므로 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 핵심 구성 요소인 공간 광 변조기(200)에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 공간 광 변조기의 구조를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 의한 공간 광 변조기(200)는 입체 영상을 표시하기 위해 매트릭스 배열을 갖는 다수 개의 화소(PXL)들로 구성된다. 본 발명에 의한 공간 광 변조기는 서로 대향하고 있는 상부 기판(US)과 하부 기판(LS) 그리고 그 사이에 개재된 액정층(EC)을 포함한다. 상부 기판(US)의 내측면에는 각 화소(PXL)들에 할당된 상부 전극(UE)들이 매트릭스 배열로 형성되고, 하부 기판(LS)의 내측면에는 하부 전극(LE)들이 매트릭스 배열로 형성된다.
그리고 액정층(EC)은 ECB(Electrically Controlled Birefingence) 모드의 액정 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, ECB 모드의 액정층(LC)은 이를 통과하는 빛에 대해서 위상 변화를 0에서 2π까지 변조할 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다. 위상 변화는 액정물질의 굴절율 이방성(Δn)과 액정층의 두께(혹은 셀 갭: cell gap) d의 곱으로 결정된다.
상부 전극들(UE)을 덮는 상부 절연막(UIN)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상부 절연막(UIN)은 액정층(EC)의 초기 배향 방향을 설정하는 배향막으로 사용할 수도 있다. 마찬가지로, 하부 전극들(LE)을 덮는 하부 절연막(LIN)을 더 포함할 수 있다. 이 경우에도, 하부 절연막(LIN)은 액정층(EC)의 초기 배향 방향을 설정하는 배향막으로 사용할 수도 있다.
상부 전극(UE)과 하부 전극(LE)에 전압 차이를 발생시켜, 그 사이에 전계가 형성되면, 액정층(EC)을 구성하는 액정 분자들의 배향 방향이 바뀐다. 도 4a 내지 4c는 본 발명에 의한 공간 광 변조기의 한 화소를 나타낸 단면도들로서, 액정층에 가해지는 전압차의 크기(V)에 따라 액정 분자들의 배열 변화 및 액정 분자를 통과하는 빛의 위상(φ) 변화를 나타낸 도면들이다.
ECB 모드의 액정은 인가된 전압차이에 의해 액정 분자의 기울어진 각도를 제어함으로써 굴절율 이방성을 발생하는 액정 물질이다. 즉, 굴절율 이방성인 Δn은 다음 수학식 1로 나타난다.
Figure 112011090682326-pat00001
여기서, θ은 액정 분자가 수평 방향에 대해 기울어진 각도, no는 액정 분자의 단축 방향에서의 굴절율, ne는 액정 분자의 장축 방향에서의 굴절율, 그리고 neff는 액정 분자의 기울어진 각도에 의한 굴절율을 의미한다.
도 4a에서는 상부 전극(UE)과 하부 전극(LE) 사이에 전계가 형성되지 않은 상태를 나타낸다. 액정층(EC)에 전계가 인가되지 않으면 (V=0), 액정 분자들은 초기 배열 상태를 유지한다. 초기 배열 상태에서는 θ=0이므로, neff는 ne와 동일하다. 즉, 굴절율 차이 Δn=ne-no가 된다. 따라서, 액정 분자를 통과하는 빛의 위상에는 변화가 없다(Δφ=0).
도 4b에서는 상부 전극(UE)과 하부 전극(LE) 사이에 최소 전압(V=0)과 최대 전압(Vmax) 사이의 임의의 전압이 걸린 경우를 나타낸다. 액정층(EC)에 0과 Vmax사이의 전압 Va가 인가되면(V=Va), 액정 분자들은 기울기 각도 θa로 기울어진다(θ=θa). 따라서, Δn이 감소하게 되고, Δn의 값과 액정층의 두께 d의 곱에 따라서, 액정 분자를 통과하는 빛의 위상이 변하게 된다(Δφ=φa).
도 4c에서는 상부 전극(UE)과 하부 전극(LE) 사이에 최대 전압(Vmax)이 걸린 경우를 나타낸다. 액정층(EC)에 최대 전계가 인가되면, 액정 분자들은 전계 방향에 따라 완전히 정렬된 상태를 갖는다. 즉, θ=90가 된다. 이때, Δn은 no-no 로서 최소 값을 갖는다. 본 발명에서는 위상 변화 값인 KΔn × d의 최대 값을 2π가 되도록 액정 물질의 최대 Δn(ne-no)에 따라, d 값을 설정하였다. 따라서, 액정 분자를 통과하는 빛의 위상(φ) 변화는 2π가 된다(Δφ=2π).
이와 같이 입력광의 위상을 0에서 2π까지 변화하도록 설계한 액정 셀을 구비하는 투과형 액정표시 패널을 이용하여 홀로그래피 입체 영상에 대응하는 회절광을 만들어 내는 공간 광 변조기에 대하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명에 의한 투과형 액정표시 패널을 구비한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 나타내는 단면도이다. 도 5에서는 이웃하는 두 화소를 확대한 부분도를 포함하며, 본 발명에 의한 공간 광 변조패널의 구조와 작동원리를 나타내었다.
본 발명에 의한 공간 광 변조패널은, 액정 표시 패널과 같이, 매트릭스 방식으로 배열된 화소들을 포함한다. 이웃하는 한 쌍의 화소들을 기본 단위로 하여 두 화소들을 통과하는 빛의 위상을 서로 다르게 변조하고, 위상이 서로 다르게 변조된 인접한 두 빛을 결합하여 복소 진폭 변조를 유도한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는 평판형 백 라이트 유닛(BLU)과 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널(200)을 포함한다. 백 라이트 유닛(BLU)에서 출사한 백 라이트(BL)가 공간 광 변조 패널(200)을 통과한 후, 위상 변조되고, 다시 결합하여 입체 영상을 홀로그래피 방식으로 재현한다.
여기서, 백 라이트(BL)는 선 편광된 상태에서 공간 광 변조패널(200)로 평행 직진하여 입사하는 것이 바람직하다. 이는, 공간 광 변조 패널(200)을 통과하여 위상이 변조된 두 빛을 결합하여 간섭에 의한 홀로그래픽 이미지를 정확하게 형성하기 위함이다. 특히, 상기 액정층(EC)의 액정 분자들은 초기 배향 방향은 입사하는 백 라이트(BL)의 선 편광 방향과 동일한 방향으로 배열하는 것이 바람직하다. 이는 액정층(EC)을 투과하는 백 라이트(BL)의 투과율을 일정하게 유지하도록 하기 위함이다.
좀 더 상세히 설명하면, 백 라이트 유닛(BLU)에서 출사한 백 라이트(BL)는 선 편광 빛으로서 진폭 A와 위상 φ0를 갖는다. 백 라이트(BL)가 인접한 한 쌍의 화소들을 통과한다. 이때, 좌측 화소(L)에서는 V1의 전압을 인가하여, 액정층(EC)을 통과하는 빛이 φ1의 위상을 갖도록 변조한다. 이와 동시에, 우측 화소(R)에서는 V2의 전압을 인가하여, 액정층(EC)을 통과하는 빛이 φ2의 위상을 갖도록 변조한다. 즉, 좌측 화소(L)를 통과한 백 라이트(BL)는 진폭 A와 위상 φ1을 갖는 제1 변조광(ML1)이 된다. 또한, 우측 화소(R)를 통과한 백 라이트(BL)는 진폭 A와 위상 φ2을 갖는 제2 변조광(ML2)이 된다. 제1 변조광(ML1)과 제2 변조광(ML2)은 서로 인접하여 있으므로, 간섭이 발생하여 그 사이에서 광 결합이 발생하여 결합광(CL)을 발생한다.
이때, 결합광(CL)의 파동식은 다음 수학식 2를 만족한다.
Figure 112011090682326-pat00002
여기서, A는 진폭, φ1은 제1 변조광의 위상, φ2은 제2 변조광의 위상이다.
수학식 2에 의하면, 결합광(CL)은 2Acos[(φ1-φ2)/2]의 진폭 성분과 ei (φ1+φ2)/2의 위상 성분을 갖는다. 즉, 입력광에 대해서 위상만을 변조하고, 이 위상 변조된 두 개의 빛을 결합하여 복소 진폭 변조를 수행함으로써 진폭과 위상을 모두 변조시킬 수 있다. 이와 같이, 위상을 서로 다르게 변조한 인접한 두 화소의 빛을 공간상에서 복소 결합하여 진폭과 위상을 조절함으로써 공간상에 홀로그래픽 이미지를 형성할 수 있다.
또한, 인접한 두 화소에 의해서 위상이 변조된 두 빛을 공간상에서 복소 결합을 원활하게 하기 위해서 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널(200)의 전면에는 광 결합 패널(BC)을 더 포함할 수도 있다. 그리고 도면으로 도시하지 않았으나, 본 발명에 의한 공간 광 변조 패널(200)의 인접한 두 화소에서 각각 다른 위상 값을 갖고 출사한 두 빛을 공간상의 임의의 위치에서 결합하도록 초점을 맞추어주는 평판 렌즈를 이용하여 광 결합을 수행할 수도 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10: 컴퓨터 20, 200: SLM(공간 광 변조기)
30, 300: 레이저 광원 40: 확장기
50: 렌즈 80: 출력 영상
90: 참조광 500: 광학 시트
SU: 상판 SD: 하판
LC: 액정층 R: 적색 레이저 다이오드
G: 녹색 레이저 다이오드 B: 청색 레이저 다이오드
OF: 광섬유 BLU: 백 라이트 유닛
OUT: 광 출사부 IN: 광 입사부
500: 광학 필름 ET: 아이 트래커
FL: 평판 렌즈
US: 상부 기판 LS: 하부 기판
UE: 상부 전극 LE: 하부 전극
UIN: 상부 절연막 EIN: 하부 절연막
EC: ECB 모드 액정층 BL: 백 라이트
L: 좌측 화소 R: 우측 화소
ML1: 제1 변조광 ML2: 제2 변조광
CL: 결합광 BC: 광 결합 패널

Claims (8)

  1. 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들;
    상기 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들을 정의하며, 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 상부 기판 및 하부 기판;
    상기 각 화소에 할당되며 상기 상부 기판의 내측면에 형성된 상부 전극;
    상기 각 화소에 할당되며 상기 하부 기판의 내측면에 형성된 하부 전극; 그리고
    상기 다수 개의 화소들 중에서 이웃하는 한 쌍의 화소들을 통과하는 입사광의 위상을 개별적으로 변조하는 액정층을 포함하되,
    액정층은 굴절율 이방성에 의해 입사광의 위상을 0에서 2π까지 변화시키는 두께 값을 갖는 ECB 모드로 작동하며,
    상기 입사광은 액정층의 초기 배열 방향과 평행한 방향으로 선 편광되어 상기 화소들로 평행 직진하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 선 편광된 백 라이트를 일측면 방향으로 제공하는 백 라이트 유닛; 그리고
    상기 백 라이트 유닛의 상기 일측면 전면에 위치하며, 상기 백 라이트를 개별적으로 위상을 변조하는 매트릭스 방식으로 배열된 다수 개의 화소들을 포함하며, 상기 다수 개의 화소들 중 인접한 두 화소들을 통과하여 개별적으로 위상이 변조된 상기 백 라이트를 결합하는 공간 광 변조 패널을 포함하되,
    상기 백 라이트 유닛은,
    참조광을 제공하는 광원;
    상기 광원에서 출사된 상기 참조광을 상기 공간 광 변조 패널의 전체면으로 고르게 분포하도록 다수 개의 광 출사부가 상기 공간 광 변조 패널의 전체면에 대응되도록 배치된 광 섬유;
    상기 광 섬유에 의해 제공된 상기 참조광이 상기 공간 광 변조 패널의 면적에 대응하는 크기를 유지하여, 평행 직진하도록 조절하는 광학시트를 포함하며,
    상기 공간 광 변조 패널은,
    상기 다수 개의 화소들을 정의하며, 서로 대향하여 합착된 상부 기판 및 하부 기판;
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 개재되며, 굴절율 이방성에 의해 입사광의 위상을 0에서 2π까지 변화시키는 두께 값을 갖는 ECB 모드로 작동하는 액정층;
    상기 각 화소에 할당되며 상기 상부 기판의 내측면에 형성된 상부 전극; 그리고
    상기 각 화소에 할당되어 상기 하부 기판의 내측면에 형성된 하부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 백 라이트 유닛은, 상기 백 라이트를 상기 액정층의 초기 배열 방향과 평행한 방향으로 선 편광하여 상기 화소들을 향해 평행 직진하도록 출사하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.
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