KR101524336B1

KR101524336B1 - 박막 평판형 수렴 렌즈

Info

Publication number: KR101524336B1
Application number: KR1020110119190A
Authority: KR
Inventors: 윤민성; 김선우; 신민영
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2015-06-11
Also published as: CN103105634B; US20130120816A1; KR20130053656A; CN103105634A

Abstract

본 발명은 박막 평판형 수렴 렌즈에 관한 것이다. 본 발명에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈는, 투명 기판; 그리고 상기 투명 기판의 일측면에 부착된 투명 필름에 간섭 무늬가 형성된 필름 렌즈를 포함한다. 본 발명에 의한 수렴 렌즈는 박막 필름형이므로 대형 대각 화면을 갖는 입체 영상 표시장치에 적용하더라도 무게가 가볍고 두께가 극히 얇다는 장점이 있다.

Description

박막 평판형 수렴 렌즈 {Thin Flat Type Converge Lens}

본 발명은 박막 평판형 수렴 렌즈에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에서 입체 영상의 초점을 설정하기 위한 박막 평판형 수렴 렌즈에 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 부딪쳐 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 산진 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.

특히, 홀로그래피 방식의 입체 영상 장치의 핵심 구성 요소인 SLM을 박막형으로 구현하였다고 하더라도, 입체 영상의 초점을 맞추기 위해 전통적인 볼록 렌즈를 사용할 경우, 박막형으로 구현할 수 없다. 더구나, 입체 영상 표시장치를 대화면으로 구현하는 경우, 렌즈 역시 대화면에 대응하는 크기를 가져야 하는데, 전통적인 렌즈는 크기가 커질수록 두께도 두꺼워지고 무게도 사용하기에는 너무 무거워져서 박막 평판형 입체 영상 표시장치에는 적용하기가 어렵다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 빛의 진행 방향에 대해 수평한 입사각으로 진행하는 평면파를 진행 축의 임의의 점에 수렴시키는 박막 평판형 렌즈를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에 적용할 박막 평판형 수렴 렌즈를 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈는, 투명 기판; 그리고 상기 투명 기판의 일측면에 부착된 투명 필름에 간섭 무늬가 형성된 필름 렌즈를 포함한다.

상기 간섭 무늬는, 상기 투명 기판의 수선축에 대해 경사각도를 갖고 입사되는 경사 직진광을 상기 수선축에 평행하게 진행하는 평행 직진 출사광으로 변환하는 간섭 무늬를 갖는 마스터 필름을 동시에 통과하는 수렴광과 상기 경사 직진광의 간섭 무늬인 것을 특징으로 한다.

상기 경사 직진광은, 상기 경사 각도가 상기 수선축에 대하여 45도 ± 30도 범위의 어느 한 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 수렴광은, 상기 마스터 필름의 일측면에서 상기 수선축에 평행하게 입사되는 제2 평행 직진광을, 상기 수선축 상에서 초점이 설정된 볼록 렌즈를 통과하여 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 초점은 상기 마스터 필름의 광 입사면 상에 설정한 것을 특징으로 한다.

상기 필름 렌즈는 500μm 이하의 두께를 갖는 광반응 특성을 갖는 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 필름 렌즈는, 투명한 포토폴리머 (photopolymer) 및 투명한 젤라틴(gelatine) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 투명 기판 그리고 상기 필름 렌즈는 굴절율이 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 수렴 렌즈는, 간섭 무늬를 포함하는 한 장의 박막 필름형 수렴 렌즈를 제공한다. 따라서, 입체 영상 표시장치를 구현함에 있어서, 박막 필름형 렌즈를 이용하여 공간상에 혹은 시청자의 눈(동공)에 입체 영상의 초점을 설정할 수 있다. 즉, 홀로 그래픽 방식의 입체 표시장치를 박막 평판형으로 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 수렴 렌즈는 박막 필름형이므로 대형 대각 화면을 갖는 입체 영상 표시장치에 적용하더라도 무게가 가볍고 두께가 극히 얇다는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 투과형 액정표시장치를 이용한 디지털 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시 장치의 구조를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 평행 직진광과 수렴광을 투명 기록 매질에 동시에 조사하여 간섭 패턴을 기록하는 방법을 도시한 도면.
도 4는 도 3에 의해 형성된 박막 평판형 수렴 렌즈에 의해 평행 직진광이 수렴되는 것을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)의 구조를 나타내는 단면도.
도 6a는 필름 렌즈(PL)를 형성하기 위한 마스터 필름(MP)을 제조하는 방법을 나타내는 개략도.
도 6b는 마스터 필름(MP)을 이용하여 필름 렌즈(PL)를 제조하는 방법을 나타내는 개략도.
도 7a는 필름 렌즈를 이용하여 평행 직진광이 수렴광으로 바꾸는 과정을 보여주는 광 경로를 나타내는 도면.
도 7b는 필름 렌즈를 이용하여 발산광이 평행 직진광으로 바꾸는 과정을 보여주는 광 경로를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의해 제조한 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)를 구비한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에서 입체 영상이 관람자의 눈에 초점이 설정된 상태를 나타낸 개략도.

이하, 첨부한 도면들, 도 2 내지 8을 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 발명의 제1 실시 예에 의한, 투과형 액정표시장치를 공간 광 변조기로 사용한 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 투과형 액정표시장치를 이용한 디지털 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 제1 실시 예에 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 발명에서 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 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)를 더 포함할 수 있다. 박막 평판형 수렴 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 핵심인 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명한다.

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 발명에 관련된 박막 평판형 수렴 렌즈에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 평행 직진광과 수렴광을 투명 기록 매질에 동시에 조사하여 간섭 패턴을 기록하는 방법을 도시한 도면이다. 도 4는 도 3에 의해 형성된 박막 평판형 수렴 렌즈에 의해 평행 직진광이 수렴되는 것을 보여주는 도면이다. 먼저, 도 3을 참조하여, 본 발명에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈에 대한 기본 개념을 설명한다.

투명한 기록 매질이면서 동시에 박막 평판형 렌즈로 만들 평판 필름(FI)을 준비한다. 평판 필름(FI)의 일측면에서 제1 평행 직진광(B1)과 수렴광(B2)을 동시에 조사한다. 수렴광(B2)은 제2 평행 직진광(B3)을 볼록렌즈(LEN)에 조사하여 형성할 수 있다. 그러면, 평판 필름(FI)에는 평행 직진광(B1)과 수렴광(B2)이 중첩된 간섭 패턴이 기록된다. 이와 같이 간섭 패턴이 기록된 평판 필름(FI)이 바로 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)가 된다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈를 통과하는 빛의 경로를 설명한다. 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)의 일측면에서 평행 직진광(B1)을 조사하면, 평행 직진광(B1)은 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)를 투과한 후에는 간섭 패턴에 의해 수렴광(B2)과 동일한 초점 f를 갖는 출사광(BO)으로 수렴된다.

그런데 본 발명의 실시 예1과 같은 방식으로 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)를 형성하는 것은 실질적으로 불가능하다. 이유는 도 3에서와 같이 수렴광(B2)을 만들기 위한 렌즈(LEN)가 평행 직진광(B1)의 광 경로 상에 놓이게 되므로 제1 평행 직진광(B1)과 수렴광(B2)을 동시에 기록 매질인 평판 필름(FI)에 조사할 수 없다.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 실질적으로 제조할 수 있고, 사용할 수 있는 제2 실시 예를 제공한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)는 투명 기판(SUB)과, 상기 투명 기판(SUB)의 일측면에 부착된 필름 렌즈(PL)를 포함한다. 투명 기판(SUB)은 광학적으로 투명한 유리 혹은 투명 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 필름 렌즈(PL)의 재료와 굴절율이 동일한 투명 물질을 선택하는 것이 좋다.

필름 렌즈(PL)는 입사각이 필름 렌즈(PL)의 평면으로 수직하게, 즉 광축에 대해서 0도의 입사각도를 갖는 평행 직진광(100)을 초점 f로 수렴하는 수렴광(BO)으로 전환하는 그레이팅 필름이다. 필름 렌즈(PL)는 500μm 이하의 두께를 갖는 광 반응성 필름인 것이 바람직하다. 또한, 광학적으로 투명한 광 반응성 고분자인 포토폴리머 (photopolymer) 혹은 젤라틴(gelatine)을 포함하는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 투명 기판(SUB)의 재료와 굴절율이 동일한 투명 물질을 선택하는 것이 좋다.

이하, 도 6a 및 6b를 참조하여, 필름 렌즈(PL)에 대하여 상세히 설명한다. 도 6a는 필름 렌즈(PL)를 형성하기 위한 마스터 필름(MP)을 제조하는 방법을 나타내는 개략도이다. 도 6b는 마스터 필름(MP)를 이용하여 필름 렌즈(PL)를 제조하는 방법을 나타내는 개략도이다.

투명한 광 기록 매질이면서 박막 평판형 마스터 필름(MP)을 제조하기 위한 제1 평판 필름(FI1)을 준비한다. 제1 평판 필름(FI1)의 일측면에서 평행 직진광(100)과 경사 평행광(300)을 동시에 조사한다. 평행 직진광(100)은 광축에 대해 0도±5도의 범위 내의 각도로 입사하는 평행광인 것이 바람직하다. 경사 평행광(300)은 제1 평판 필름(FI1)의 일측면에서 광축에 대해 입사각도 θ도±5도의 범위 내의 각도를 갖고 평행하게 조사한다. 그러면, 제1 평판 필름(FI1)에는 평행 직진광(100)과 경사 평행광(300)이 중첩된 간섭 패턴이 기록된다. 이와 같이 간섭 패턴이 기록된 제1 평판 필름(FI1)이 바로 마스터 필름(MP)이 된다.

여기서, 경사 평행광(300)의 입사각도 θ는 도 3에서 설명한 바와 같이, 수렴광을 형성하기 위한 광학적 장치들에 간섭을 받지않고 제1 평판 필름(FI1)으로 입사할 수 있는 입사각도이어야 한다. 또한, 회절 효율이 최대 값을 가져야 한다. 여러 차례 실험한 결과, 경사 평행광(300)의 입사각도 θ는 상기 수선축에 대하여 45도 ± 30도 범위의 어느 한 값을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 39도 내지 41도 범위 내에서 설계자의 선택에 의해서 적절한 값을 선택하는 것이 바람직하다. 실험 및 시뮬레이션 결과에 의하면, 39.2도 내지 40.2도 사이의 값이 바람직하며, 가장 바람직하게는 39.8도가 최적의 조건을 갖는다.

그리고 나서, 마스터 필름(MP)을 이용하여, 필름 렌즈(PL)를 제조한다. 도 6b를 참조하여 마스터 필름(MP)에 경사 평행광(300)과 수렴광(450)을 이용하여 필름 렌즈(PL)를 제조하는 방법을 설명한다.

투명한 기록 매질이면서 동시에 필름 렌즈로 만들 제2 평판 필름(FI2)을 준비한다. 제2 평판 필름(FI2)의 일측면에 마스터 필름(MP)을 배치한다. 마스터 필름(FI2)에서 제2 평판 필름(FI2)이 놓인 방향의 반대면에서 수렴광(450)과 경사 평행광(300)을 동시에 조사한다.

경사 평행광(300)은 마스터 필름(MP)의 일측면에서 광축에 대해 입사각도 θ인 45도 ± 30도 범위의 어느 한 값을 갖도록 평행하게 조사한다. 그러면, 경사 평행광(300)은 마스터 필름(MP)을 통과하면서, 마스터 필름(MP)에 형성된 간섭 무늬에 의해 회절되어, 평행 직진 출사광(350)으로 변하여 제2 평판 필름(FI2)으로 투사된다.

그리고 수렴광(450)은 제2 평행 직진광(400)을 볼록렌즈(LEN)에 조사하여 형성할 수 있다. 이때 수렴광(450)의 초점 f는 마스터 필름(MP)에서 수렴광(450)이 입사하는 면상에서 광축과 만나는 지점이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이는, 수렴광(450)이 마스터 필름(MP)의 간섭 무늬에 의한 회절이 발생하지 않고 마스터 필름(MP)을 그대로 통과한다. 즉, 초점 f에서 발산하여 제2 평판 필름(FI2)으로 조사된다.

그 결과, 제2 평판 필름(FI2)에는 수렴광(450)과 평행 직진 출사광(350)이 중첩된 간섭 무늬가 기록된다. 이와 같이 간섭 무늬가 기록된 제2 평판 필름(FI2)이 바로 필름 렌즈(PL)가 된다.

도 7a 및 도 7b를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의해 제조한 필름 렌즈(PL)를 통과하는 빛의 경로를 설명함으로써 필름 렌즈의 작동에 대하여 설명한다. 도 7a는 필름 렌즈를 이용하여 평행 직진광이 수렴광으로 바꾸는 과정을 보여주는 광 경로를 나타내는 도면이다. 도 7b는 필름 렌즈를 이용하여 발산광이 평행 직진광으로 바꾸는 과정을 보여주는 광 경로를 나타내는 도면이다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 필름 렌즈(PL)의 일측면에서 평행 직진광(100)을 조사하면, 도 7a에 도시한 바와 같이, 필름 렌즈(PL)에 형성된 회절 무늬를 통과한 후에는 초점 f로 수렴하는 수렴광(BO)으로 출사한다. 반면에, 필름 렌즈(PL)의 일측면에서 초점 f를 갖는 발산광(455)을 조사하면, 도 7b에 도시한 바와 같이, 필름 렌즈(PL)에 형성된 회절 무늬를 통과한 후에는 광축에 대해서 평행한 직진 평행광(150)으로 출사한다.

이상 본 발명의 제2 실시 예에 의한 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에 적용할 수 있다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의해 제조한 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)를 구비한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에서 입체 영상이 관람자의 눈에 초점이 설정된 상태를 나타낸 개략도이다. 도 8을 참조하면, 백 라이트 유닛(BLU)을 출사한 백 라이트(BL)는 공간 광 변조기(200)에 의해 홀로그램에 의한 입체 영상을 구현한다. 입체 영상은 박막 평판형 수렴 렌즈(FL)에 의해 관람자의 눈으로 전송된다. 특히, 관람자의 눈에 입체 영상의 초점이 맞추어져 수렴하므로, 정확한 입체 영상을 관람자에게 제공할 수 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: 박막 평판형 수렴 렌즈
B1: 제1 평행 직진광 B2, 450: 수렴광
B3, 400: 제2 평행 직진광 LEN: 볼록 렌즈
FI: 평판 필름 FI1: 제1 평판 필름
FI2: 제2 평판 필름 MP: 마스터 필름
PL: 필름 렌즈 SUB: 투명 기판
BO: 출사광 100: 평행 직진광
300: 경사 직진광 350: 평행 직진 출사광
150: 직진 평행광

Claims

백 라이트를 제공하는 백 라이트 유닛;
상기 백 라이트 유닛의 일면에 배치된 박막형 공간 광 조절기; 그리고
상기 박막형 공간 광 조절기의 일면에 배치된 투명 기판, 및 상기 투명 기판의 일측면에 부착되며, 일측변에서 상기 투명 기판의 수선축에 대해 평행하게 입사되는 평행 직진광을 수렴광으로 변환하여 타측변으로 출사하는 간섭 무늬가 투명 필름에 형성된 필름 렌즈를 구비하는 박막 평판형 수렴 렌즈를 포함하되,
상기 간섭 무늬는,
상기 투명 기판의 수선축에 대해 경사각도를 갖고 입사하는 경사 직진광을 상기 평행 직진광으로 변환하는 간섭 패턴을 갖는 마스터 필름의 일측변에서, 상기 마스터 필름으로 상기 경사 직진광과 상기 수렴광을 동시에 조사하여, 상기 마스터 필름에 의해 변환된 상기 평행 직진광과 상기 마스터 필름을 통과한 상기 수렴광을 중첩하여 형성된 것이며,
상기 수렴광은,
상기 마스터 필름의 상기 일측변에서 상기 수선축에 평행하게 입사되는 상기 평행 직진광이, 상기 수선축 위에서 그리고 상기 마스터 필름의 광 입사면 위에 초점이 설정된 볼록 렌즈를 통하여 출사되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 경사 직진광은, 상기 경사 각도가 상기 수선축에 대하여 45도 ± 30도 범위의 어느 한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 필름 렌즈는 500μm 이하의 두께를 갖는 광반응 특성을 갖는 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 필름 렌즈는, 투명한 포토폴리머 (photopolymer) 및 투명한 젤라틴(gelatine) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 투명 기판 그리고 상기 필름 렌즈는 굴절율이 동일한 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.