KR101993566B1 - 위상 변조기와 상호 작용하는 광을 변조하는 위상 변조기 - Google Patents

위상 변조기와 상호 작용하는 광을 변조하는 위상 변조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상 변조기(1)와 상호 작용하는 원편광의 위상을 변조하는 위상 변조기(1)에 관한 것이다. 그러한 위상 변조기(1)는 제1 및 제2 기판들(2, 3), 전극 어레이(4), 및 액정 분자들(6)을 갖는 액정층(5)을 포함한다. 제1 기판(2)은 제2 기판(3)과 대향되어 배치된다. 액정층(5)은 2개의 기판들(2, 3) 사이에 배치도니다. 제1 기판(2)은 제1 표면(7)을 구비하고, 제2 기판(3)은 제2 표면(8)을 구비한다. 제1 표면(7)은 제1 표면(7)에 인접한 액정 분자들(6)을 제1 표면(7)과 대략 평행한 방향으로 배향하도록 형성된다. 제2 표면(8)은 제2 표면(8)에 인접한 액정 분자들(6)을 제2 표면(8)과 대략 수직한 방향으로 배향하도록 형성된다. 전극 어레이(4)는 액정 분자 배향의 인플레인 성분이 미리 정해지질 수 있는 중간 배향에 대해 약 180도의 각도 범위에서, 예컨대 -90도와 +90도 사이에서 설정될 수 있도록 제어될 수 있다. 또한, 본 발명은 2차원 및/또는 3차원 이미지 콘텐츠를 표시하는 디스플레이에 관한 것이기도 하다.

Description

위상 변조기와 상호 작용하는 광을 변조하는 위상 변조기{PHASE MODULATOR FOR MODULATING LIGHT INTERACTING WITH THE PHASE MODULATOR}
본 발명은 위상 변조기와 상호 작용하는 원편광(circular polarized light)의 위상을 변조하는 위상 변조기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 2차원 및/또는 3차원 이미지 콘텐츠를 표시하는 디스플레이에 관한 것이기도 하다.
S. Pancharatnam, Proc. Ind. Aca. Sci, p.137, 1955에 따르면, 광의 위상은 원편광을 사용하고 반파장판(λ/2 plate)의 인플레인 회전(in-plane rotation), 즉 반파장판의 평면에서의 반파장판의 회전을 수행함으로써 변조될 수 있다. 그것이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 원편광이 반파장판에 입사한다. 원편광의 회전 방향이 바뀐다. 추가로, 평면에서의 반파장판의 광축의 각도에 의존하는 위상이 설정된다. 반파장판이 각도 φ만큼 회전하면(도 1의 아래 부분), 출력에서의 위상은 각도 2φ만큼 변한다. 즉, 위상의 변화는 반파장판의 회전 각도의 2배에 해당한다. 180도만큼의 반파장판의 회전에 의해 360도(2π)의 위상 변조 또는 위상 변화를 얻는다.
반파장판의 기계적 회전 대신에, 액정(liquid crystal; LC)을 기반으로 한 광변조기에서는 LC 분자들의 장축의 회전(예컨대, 전기장에 의해 발생하는)이 일어날 수 있다.
그러나 그와 관련하여, 네마틱(nematic) LC는 인가된 전압의 절대치에만 반응하고 그 부호에는 반응하지 않는다. LC 분자들의 미리 정해진 표면 배향(surface orientation) 및 IPS(in-plane switching) LC 모드에서와 같이 표면 배향에 대해 각도를 이뤄 인가되고 그 각도가 최대 90도에 달할 수 있는, 픽셀 평면에서의 전기장에 의해, 0도 내지 최대 90도의 LC 분자들의 회전만을 생성할 수도 있다. 예컨대, PSS(polarization-shielded smectic) LC 모드에서와 같은 스멕틱(smectic) LC는 전기장의 부호에 따라 그 회전 방향을 바꾼다. 그러나 그 자체만으로는 LC의 +90도 또는 -90도 회전이 불가능하다. 스멕틱 LC 분자들은 네마틱 LC와는 달리 층상으로 배열되고, 분자들의 90도 회전은 그러한 층상 구조를 얻는 것과 양립될 수 없다. 즉, 종래의 LC 모드에 의해서는 LC의 회전의 180도의 원하는 각도 범위가 얻어질 수 없다.
DE 10 2009 045 125.0 또는 국제 특허 출원 PCT/EP2010/064504에는, 그러한 문제점에 대한 해결책으로서, 스위칭 가능한 표면 배향(switchable surface alignment)을 전술한 LC 모드들 중의 하나와 조합함으로써 LC 분자들의 회전의 각도 범위를 확대시키는 방안이 개시되어 있다. 그러나 여기서는 그 해결 방안이 증대된 제작 비용 및 제어 비용을 내포하고 있다는 단점이 있다. 즉, 공간 광변조기(SLM = spatial light modulator)의 제조 시에, 오늘날 LCD 제조에서 통용되는 바와 같은 표준 재료들과는 다른 특수한 배향막을 기판에 부착하여야 한다. SLM의 제어 시에, 상황 여하에 따라서는 표면 배향을 스위칭하고 LC 분자들을 직접 제어하기 위한 신호를 생성하여야 한다. 그것은 경우에 따라 2개의 신호들의 조합에 의해 개별 위상 값을 설정하기 위해 양 신호들이 시간 순차적으로 요구된다면 SLM의 픽셀의 제어를 위해 좀더 신속한 신호 전달도 필요로 한다.
WO 2008/104533 A1 및 Tagungen Eurodisplay 2009[1]와 lmid2009[2]에서의 것들과 같은 내용상으로 유사한 간행물들에는, 하이브리드 배향형 네마틱(hybrid aligned nematic; HAN) LC 모드가 개시되어 있다. 그러한 HAN LC 모드에서는, 2개의 기판들 사이의 샌드위치 배열로 된 LC 분자들을 하나의 표면에서는 샌드위치 표면에 대해 수직으로 그리고 다른 표면에서는 샌드위치 표면에 대해 평행하게 배향시킨다. 그러한 표면 배향은 고정적이다. 평행 배향은 예컨대 IPS 또는 TN(twisted nematic) 모드에서 통상적이고, 수직 배향은 VA(vertical alignment) 모드에서 통상적이다. 양 기판들에 대해 상이한 배향막들이 요구되기는 하지만, 양 타입들은 모두 LCD 산업에서 통상적인 표준 방법들에 의해 생성될 수 있다.
가장 단순한 이론적 모델에서는, 흔히 LC 분자들을 "강성 막대들(rigid rods)", 즉 고체 막대들로서 설명한다. 그러나 그러한 단순한 가정과는 달리, LC 분자들은 예컨대 구부러진 바나나 모양의 형태를 가질 수 있거나(banana shape), 다른데 보다 끝 부분이 더 두꺼운 형태, 즉 배 모양으로 될 수도 있다(pear shape). 2개의 이상적인 막대들에 대해서는 평행 배향과 반평행(antiparallel) 배향이 에너지적으로 등가인 반면에, 다른 기하 형태들에서는, 특히 퍼짐(splay) 또는 휨(bend)과 같은 변형을 유도하는 경우에는, 예컨대 배 모양 또는 바나나 형태를 갖는 분자들의 평행 배향이 반평행 배향에 비해 선호된다.
따라서 LC의 변형에 의해, 해당 분자 형태를 갖는 LC 재료에서 편광을 유도하기도 한다. 그것은 변전 효과(flexoelectric effect)라는 이름으로 알려져 있다. 변전 효과에 의한 편광이 존재하면, LC 분자들이 인가된 전기장의 각각의 부호에 상이하게 반응한다.
HAN 구성에서는, 양 기판들에서의 LC의 상이한 표면 배향 및 LC들 사이의 탄성력(LC 층 두께에 걸쳐 평행 배향으로부터 수직 배향으로 연속적으로 이행하는 것에 의거한)에 의해 그러한 변형이 유도되고, 따라서 변전 효과에 의한 편광이 생성된다.
인가된 인플레인 전기장에 대해, 디스플레이 평면(SLM의 기판의 표면과 평행한)에서 LC 분자들 또는 그 투영의 회전이 일어난다. 이때, 변전 효과에 의한 편광에 의거하여, 분자들의 회전 방향이 전압의 부호에 의존하여 달라진다. WO 2008/104533 A1에는, IPS 디스플레이에서와 같이 전극들이 배열되는 구성 및 FFS(fringe field switching) 디스플레이에서와 같이 동일 기판에 부가의 접지 전극이 존재하는 구성이 개시되어 있다. 또한, WO 2008/104533 A1에는, LC 분자들의 평행 배향을 갖는 기판에 또는 대안적으로 LC 분자들의 수직 배향을 갖는 기판에도 인플레인 전극들 또는 FFS 전극들이 선택적으로 배열되는 구성들도 개시되어 있다. 그 공보에서, 전자는 양의(positive) Δε를 갖는 LC 재료들에 대한 구성으로서 개시되어 있고, 후자는 음의(negative) Δε를 갖는 LC 재료들에 대한 구성으로서 개시되어 있다
WO 2008/104533 A1에서, 그러한 구성들의 목적은 양 스위칭 과정들(온 및 오프)에 대해 짧은 스위칭 시간을 구현하는 것인데, 그것은 전압의 상이한 부호들을 사용할 수 있음으로써 양 스위칭 과정들이 전기장에 의해 제어되기 때문이다. 진폭 변조에 있어서는, 선편광(linear polarized light)을 사용하고, +45도 또는 -45도의 LC 분자들의 회전만이 요구된다.
WO 2008/104533 A1 및 그와 관련된 간행물[1]에 개시된 IPS 기반의 전극 어레이에서는, 매 다음 다음의 전극마다 다시 동일한 전압이 인가된다. 그럼으로써, 2개의 전극들 사이마다 플러스와 마이너스 전기장이 교대된다. 따라서 픽셀 내의 LC 분자들의 회전 방향이 작은 범위에 걸쳐 교체된다. 그것은 진폭 변조기에 있어서는 지장이 되지 않는데, 왜냐하면 진폭 변조기에서는 진폭 변조가 회전 각도의 절대치에 의존하지 부호에 의존하지 않기 때문이다. 그러나 그러한 구성은 위상 변조에 있어서는 적합하지 않은데, 왜냐하면 픽셀 내에 부분적으로 상이한 위상 값이 구현되기 때문이다. 그것은 FFS 기반의 전극 어레이에 대해서도 비슷하다. FFS 기반의 전극 어레이에서는, 래스터의 2개의 전극들 사이에서 절반에는 분자들의 하나의 회전 방향이 생성되고 다른 절반에는 분자들의 다른 회전 방향이 생성되는데, 그에 관해서는 예컨대 [2]의 도면 3을 참조하면 된다. 진폭 변조에 있어서는 그러한 어레이도 적합하지만, 위상 변조에 있어서는 적합하지 않다.
따라서 본 발명의 과제는 약 2π의 위상 값 범위에 걸쳐 광의 위상을 변조할 수 있고 LC 분자들의 인플레인 성분의 회전을 기반으로 동작하는 LC 기반의 광변조기 또는 위상 변조기를 제공하는 것이다. 제작 및 제어와 관련하여, DE 10 2009 045 125.0에 개시된 IPS 또는 PSS와 같은 LC 모드들과 스위칭 가능한 표면 배향의 조합보다 덜 복잡한 배열을 찾아내는 것이 요망된다.
전술한 과제는 위상 변조기와 상호 작용하는 원편광을 변조하는 청구항 1에 따른 위상 변조기에 의해 해결된다. 그러한 위상 변조기는 제1 및 제2 기판들, 전극 어레이, 및 액정 분자들을 갖는 액정층을 포함한다. 제1 기판은 제2 기판과 대향되어 배치된다. 제1 기판은 제2 기판과 대략 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 액정층은 2개의 기판들 사이에 배치된다. 제1 기판은 제1 표면 또는 표면층을 구비하고, 제2 기판은 제2 표면 또는 표면층을 구비한다. 제1 표면은 제1 표면에 인접한 액정 분자들을 제1 표면과 실질적으로 평행한 방향으로 배향하도록 형성된다. 제2 표면은 제2 표면에 인접한 액정 분자들을 제2 표면과 실질적으로 수직한 방향으로 배향하도록 형성된다. 전극 어레이는 액정 분자 배향의 인플레인 성분이 지정 가능한 중간 배향에 대해 약 180도의 각도 범위에서, 예컨대 -90도와 +90도 사이에서 설정될 수 있도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 위상 변조기 또는 광변조기는 특히 SLM(공간 광변조기)의 작용 방식, 즉 위상 변조기와 상호 작용하는 광의 위상이 위상 변조기의 각각의 공간 위치에 의존하여 변조되거나 영향을 받을 수 있는 작용 방식을 갖고, 그 중에서도 특히 위상 변조기의 제어에 의존하는 작용 방식을 갖는다. 본 발명에 따른 위상 변조기는 원편광과 상호 작용하도록 마련된다. 광원의 광이 원편광을 갖지 않을 경우, 본 발명에 따른 위상 변조기의 입력 측에 상응하는 편광판이 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기장의 부호에 의존하여 선택적으로 0도 내지 +90도 또는 0도 내지 -90도의 LC 분자 배향의 인플레인 성분의 회전을 얻고, 그에 따라 인가되는 전기장의 제어에 의해 전체적으로 0도 내지 2π의 범위의 위상 변조를 달성하기 위해 HAN 구성이 사용된다. -90도의 LC 분자 배향의 인플레인 성분은 0의 위상 변조에 해당하고, 0도의 LC 분자 배향의 인플레인 성분은 π의 위상 변조에 해당하며, +90도의 LC분자 배향의 인플레인 성분은 2π의 위상 변조에 해당한다. 그와 관련하여, LC 층의 두께는 LC 층의 광학 기능이 반파장판(λ/2 판)과 상응하도록 선택되는 것이 바람직하다. 위상 변조기의 출력 측에 원편광판이 마련된다면, LC 층의 다른 두께도 허용되고 위상 변조에 사용될 수 있다. 그러나 그 경우에는 그 다른 두께로 인해 위상 변조기의 투과성이 감소하는 단점이 있다. 그러나 본 발명에 따른 위상 변조기는 바람직하게도 1개보다 많은 파장들에 맞춰(예컨대, 적색, 녹색, 청색에 맞춰) 설계될 수 있는데, 그것은 중간 파장(예컨대, 녹색)에 대한 액청층의 광학 기능이 반파장판과 상응하도록 액정층의 두께를 선택함으로써 이뤄질 수 있다. 전체적으로, LC 층의 두께는 LC 층의 광학 기능이 지연판과 상응하도록 선택될 수 있다.
위상 SLM에 있어서는, 통상적으로 다수의 전극들의 빗 모양 어레이에 의해 픽셀 내에서 그 픽셀에 걸쳐 균일한 인플레인 전압 구배가 생성된다. 전압 구배의 부호는 LC 분자들의 회전 방향을 결정하고, 그 구배의 크기는 액정 분자들의 회전 각도를 결정한다.
그러한 위상 변조기의 해당 구조는 반사식 디스플레이에도 적용될 수 있고, 그에 있어서 경우에 따라서는 +45도 내지 -45도의 더 작은 각도 범위로도 2π의 위상 변조를 달성하기에 충분하거나, 그 광학 기능이 1/4 파장판과 상응하는 더 얇은 액정층으로도 전체의 각도 범위를 사용할 수 있게 하기에 충분한데, 왜냐하면 반사형으로 형성된 위상 SLM을 광이 2번 통과하기 때문이다. 그러한 점에서, 본 발명에 따른 위상 변조기는 투과 방식 또는 반사 방식으로 구동될 수 있도록 형성될 수 있다. 또는, 위상 변조기가 반사 방식으로 구동될 때, 액정층의 두께가, 중간 파장에 대한 액정층의 광학 기능이 반파장판의 광학 기능이도록 선택될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 위상 디플렉터(phase deflector)는 DE 10 2009 045 125.0 또는 국제 특허 출원 PCT/EP2010/064504에 개시된 위상 디플렉터와 유사하게 사용될 수 있다. 따라서 DE 10 2009 045 125.0 및 국제 특허 출원 PCT/EP2010/064504의 개시 내용은 그대로 본원에 참조로 포함된다. 예컨대, 홀로그래피 디스플레이에서 뷰어 추적(트래킹)용으로 사용될 수 있는 위상 디플렉터들과 같은 회절 소자들이 예컨대 DE 10 2009 028 626.8 또는 국제 특허 출원 PCT/EP2010/058625에 회절 장치로 지칭되어 개시되어 있다. 본 발명에 따른 위상 디플렉터는 다른 무엇보다도 DE 10 2009 028 626.8 또는 PCT/EP2010/058625에 개시된 회절 장치와 유사하게 사용될 수 있기 때문에, DE 10 2009 028 626.8 및 국제 출원 PCT/EP2010/058625의 개시 내용은 그대로 본원에 참조로 포함된다.
그 전극 피치 또는 전극 간격이 LC 층 두께와 대략 동일한 정도의 크기인, DE 10 2009 028 626.8 또는 PCT/EP2010/058625에 개시된 바와 유사하게 사용될 수 있는 위상 변조 기반의 가변 편향 격자가 개별 인플레인 전극들의 개별적인 제어에 의해 구현될 수 있다. 이때, 편광 격자에서와 같이 주기적으로 회전하는 LC 배향의 인플레인 성분이 설정되어 격자 주기 내에서 0도 내지 180도의 LC 분자들의 인플레인 투영의 연속적인 회전이 얻어지도록 하는 것이 바람직하다. 그것은 전극들 사이의 상응하는 전압 구배에 의해서는 물론 LC 분자들 사이의 탄성력에 의해서도 달성된다. 적절한 제어에 의해, 액정 분자들의 가변적으로 설정 가능한 배향들 및 그에 수반되는 굴절률 분포가 나타날 수 있고, 그에 따라 결과적으로 광학적 적용에 대해 가변적 격자 주기들이 설정될 수 있다. 즉, 가변 편광 격자(variable polarization grating)가 구현된다. 그러한 구현은 선행 기술에 공지된 것보다 간단하게 이뤄진다. 예컨대, 그러한 구현은 US 2009/0073331 A1로부터 공지된 V-COPA로 지칭되는 가변 편광 격자에서보다 간단하다.
DE 10 2009 045 125.0에 따른 조치와는 다르게, 본 발명의 범위에서는 바람직하게도 산업적으로 통용되는 방법들에 따라 예컨대 기판의 표면 코팅의 브러싱(brushing)에 의해 종래의 고정적인 LC 분자들의 표면 배향을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 위상 변조기의 제작 비용 및 제어 비용이 낮아진다. PSS-LC와는 달리, 네마틱 LC를 사용할 수 있다. 기본적으로, 네마틱 LC의 처리(충전, 배향)가 더 간단하다. WO 2008/104533 A1에 언급된 급속 온/오프를 위상 변조에 사용할 수도 있다. 편광 격자에서의 높은 회절 효율(duffraction efficiency)을 편향 수단에 사용할 수 있다.
위상 변조기는 위상 변조기와 상호 작용하는 광이 회절에 의거하여 지정 가능한 방향으로 가변적으로 편형될 수 있고, 그에 의해 편향 격자의 기능이 달성될 수 있도록 형성될 수 있다. 그 경우, 본 발명에 따른 위상 변조기에 의해, 예컨대 DE 10 2009 028 626.8에 개시된 것들과 유사한 적용들이 가능하게 된다. 그를 위해, 위상 변조기의 전극 어레이의 전극들의 적절한 제어에 의해, 액정 분자들의 지정 가능한 배향이 설정될 수 있고, 그에 의거하여 액정 분자들의 층에서 상응하는 굴절률 분포가 주어지고, 그에 의해 편향 격자의 기능이 구현된다.
위상 변조기의 전극 어레이의 전극들은 광선이 각각 위상 변조기에 입사하는 위상 변조기의 위치에 의존하여 광 또는 그 광선이 가변적으로 지정 가능한 방향으로 편향될 수 있도록 제어될 수 있다.
그에 대해 대안적으로, 위상 변조기는 개별 픽셀을 구비할 수 있다. 싱글 픽셀 그 자체는 예컨대 홀로그래피 디스플레이로써 3차원 장면을 재구성하거나 표시하기 위해 홀로그램 데이터가 인코딩되는 WO 2006/066919 A1에 따른 홀로그래피 디스플레이의 광소자로서의 역할을 한다. 위상 변조기의 각각의 픽셀은 전극 어레이의 적어도 2개의 전극들을 구비한다.
전극 어레이는 특히 위상 변조기의 경우에는 픽셀의 영역에서 거의 일정한 전압 구배가 인가되도록 제어될 수 있다. 전극 어레이는 특히 위상 디플렉터의 경우에는 2개의 인접한 전극들 사이에서 거의 일정한 전압 차가 각각 인가되도록 제어될 수 있다.
LC의 배향이 전압의 제곱에만 반응하는 종래의 IPS 광변조기의 IPS 픽셀에 있어서는, 통상적으로 그 구성 또는 구조가 서로 끼워 넣어질 수 있는 빗들에 해당하는 전극들이 사용되는데, 그에 대해서는 예컨대 도 3을 참조하면 된다. 2개의 전압 값들, 즉 하나의 빗에 해당하는 전극(공통 전극)에 대한 전압 값과 두 번째 빗에 해당하는 전극에 대한 전압 값만이 필요하다. 그 경우, 2개의 인플레인 전극들 사이에는 상이한 부호들을 갖는 교대되는 전압들(+V 및 -V)이 인가된다. 그러나 본 발명에 따른 광변조기의 픽셀에 있어서는, 인접한 전극들 사이에 동일한 부호의 전극이 각각 요구된다. 그럼으로써, 픽셀 내에서 상이하게 증가하는(위상 값에 따라서는 하강하는) 전압 값들이 전극 어레이의 개별 전극들에 사용되어야 한다. 즉, 픽셀을 제어하는데 필요한 전압들의 총수가 예컨대 IPS와 같은 다른 LC 모드들에 비해 증가할 수 있다.
따라서 바람직한 실시 형태에서는, 기판의 표면이 패터닝된 표면 코팅을 구비하거나, 제1 및 제2 패턴 영역들을 갖는 배향막을 구비한다. 제1 및 제2 패턴 영역들은 인접한 전극들 사이에 인접하게 각각 배열되고, 제1 패턴 영역과 접촉하는 액정들이 제2 패턴 영역과 접촉하는 액정들과 대략 반평행하게 배향되도록 형성된다. 따라서 적어도 하나의 기판의 표면에서의 배향막의 패터닝에 의해 액정들의 하이브리드 배향이 제공될 수 있다. 그것은 액정들이 표면과 거의 평행하게 배치되는 기판의 표면인 것이 바람직하다. 패터닝은 예컨대 폴리이미드로 이뤄진 배향막의 경우 및 기계적 마찰의 경우에 그 폴리이미드 배향막의 상이한 영역들에서의 반평행한 마찰 방향들에 해당한다. 그러나 배향은 일반적으로 다른 재료들로도 그리고 다른 제조 방법들에 의해서도, 예컨대 광배향(photoalignment)에 의해서도 이뤄질 수 있다. 광배향에서는 공간 패터닝을 위해 예컨대 마스크들이 사용될 수 있고, 그에 따라 마스크에 의해 덮이거나 덮이지 않은 영역들이 상이한 배향을 얻게 된다. 패터닝의 크기는 인플레인 전극들을 구비한 기판에서 한 쌍의 인접한 전극들 사이에 하나의 배향이 존재하고, 다음 쌍의 인접한 전극들 사이에 반대 배향이 존재하도록 정해진다. 선택적으로, 패터닝은 그 자체가 전극들을 구비하지 않는 기판에서도 수행될 수 있는데, 다만 그 경우에는 배향막의 패터닝된 영역들이 대향된 기판의 전극들 쪽으로 향해야 한다. 그 경우, 액정들의 하이브리드 배향은 하나의 전극 쌍에 대해서는 플러스 전압의 인가 시에 시계 방향으로의 액정들의 회전이 일어나도록 형성된다. 다음 전극 쌍에 대해서는 마이너스 전압의 인가 시에 시계 방향으로의 액정들의 회전이 발생한다. 그 경우, 그러한 픽셀이 서로 끼워 넣어지는 빗 모양의 인플레인 전극들을 구비하고 그 자체가 종래의 IPS 디스플레이에서와 동일하게 제어될 수 있는 것이 바람직하다.
DE 10 2009 0002 987 A1에는, PSS LC 모드를 기반으로 하는 제어 가능한 위상 변조 장치가 개시되어 있는데, 그 위상 변조 장치에서는 각각의 LC 변조 셀이 기록되는 위상 값들에 따라 국부적으로 플러스 또는 마이너스 전압 값들로 제어될 수 있다. 마이너스 전압은 예컨대 0 내지 π의 위상 값을 설정하기 위해 사용되고, 플러스 전압은 π 내지 2π의 위상 값을 설정하기 위해 사용된다. 디스플레이들에서는 통상적으로 하나의 프레임 또는 이미지에서 플러스 전압이 픽셀에 인가되고 다음 프레임에서 마이너스 전압이 픽셀에 인가되도록 교류 전압이 사용된다는 것에 유의하여야 할 것이다. 그것은 장시간에 걸쳐 인가되는 직류 전압으로 인한 LC 재료들의 화학적 분해 및 전하 캐리어 효과(charge carrier effect)를 방지하기 위한 역할을 한다. 인가되는 전압의 제곱에만 반응하는 종래의 LC 모드들에 있어서는, 전압의 부호 변동이 LC의 배향에 영향을 주지 않는다. PSS를 진폭 변조기로서 사용하는 경우에는, 부호 변동에 의해 2개의 상이한 LC 배향들이 생기기는 하지만, 양자가 동일한 투과성을 갖는다. 그러나 PDD 위상 변조기에 있어서는, 인가되는 전압의 부호를 바꾸면 바람직하지 않게 위상 값들이 변하는 결과가 초래된다. DE 10 2009 002 987 A1에서는, 그에 대한 해결 방안으로서, 위상의 전역 오프셋(global offset)을 연속된 프레임들 사이에 도입하는 것을 제안하고 있는데, 그것은 인접한 픽셀들 사이의 상대 위상만이 위상 변조기의 기능성에 관련이 있고 픽셀에 기록되는 절대 위상은 관련이 없기 때문이다. 그러한 위상 오프셋에 의해, 위상 변조기의 대부분의 픽셀에 있어 2개의 프레임들 사이에서 전압의 부호가 변하게 된다. 따라서 직류 전압 효과가 방지된다.
HAN은 다른 무엇보다도 HAN 광변조기 또는 HAN 위상 디플렉터의 제어를 위해서는 동일 기판의 인접한 인플레인 전극들 사이의 인플레인 전압 차들을 사용하는 반면에, PSS에서는 대향된 기판들의 전극들 사이의 아웃업플레인(out-of-plane) 전압들을 사용한다는 점에서 PSS와 상이하다. 그러나 PSS와 HAN은 진폭 디스플레이에 있어서는 인가되는 인플레인 전압의 부호가 바뀌면 그 결과로 상이한 LC 배향이 그러나 동일한 투과성이 생기는 반면에, 위상 디스플레이에 있어서는 인플레인 전압의 부호의 변동이 위상 값을 상이하게 하는 결과를 낳는다는 공통점을 갖는다.
따라서 HAN 모드로 구동되는 위상 변조기(특히, HAN 광변조기 또는 HAN 위상 디플렉터)의 경우에도 정해진 위상 분포가 기록되어야 하는데, 다만 직류 전압의 인가를 거의 회피시켜야 한다. 멀티 뷰어 시스템(multi-viewer system)으로서의 홀로그래피 디스플레이에서 여러 눈 위치들 사이의 스위칭에 의해 통계적 시간 평균으로 뷰어를 추적하는데 위상 디플렉터를 사용함에 있어서는, 어차피 위상 디플렉터의 2개의 전극들 사이의 플러스 전극과 마이너스 전극 간의 비교가 제공된다. 그러나 싱글 뷰어 시스템(single-viewer system)에서 그 뷰어가 긴 시간(예컨대, 여러 초)에 걸쳐 고정 위치에 머무르는 특수한 경우에 있어서는, 그렇게 하려면 예컨대 그 시간에 걸쳐 변함없는 격자 주기를 설정하는 것이 필요하다. 그럴 경우, 직류 전압 효과의 위험이 존재한다. SLM에 있어서는, 예컨대 정적인 이미지 콘텐츠가 표시되는 경우에 직류 전압 효과의 위험이 주어진다.
따라서 본 발명의 바람직한 구성 형태에서는, 그러한 지장 있는 직류 전압 효과를 회피시키기 위해 연속된 프레임들 사이에서 기록된 위상 값들의 위상 오프셋을 사용한다. 유의하여야 할 것은 반드시 인플레인 전극들에서의 전압의 절대치가 그 부호를 바꿔야 하는 것이 아니라, 인접한 인플레인 전극들 사이의 전압 차가 바뀐다는 점이다. 그것은 도 9 및 도 9에 관한 도면 설명에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
그에 대한 대안적 실시 형태에서는, 직류 전압 효과를 회피시키기 위해, 연속된 프레임들에서 전극들에 인가되는 인플레인 전압들의 통상적인 부호 변동을 수행하되, 추가로 2개의 프레임들 사이에서 편광 스위칭 소자에 의해 위상 SLM 또는 위상 디플렉터에 대한 입력 편광을 스위칭하는 것을 제안한다. 그것은 도 10 및 도 10에 관한 도면 설명에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 따른 방식에서는, 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 장치 및 청구항 1 내지 청구항 11 중의 어느 하나에 따른 위상 변조기를 구비하는, 2차원 및/또는 3차원 이미지 콘텐츠를 표시하는 디스플레이가 제공된다. 광 전파 방향으로 조명 장치의 하류에 위상 변조기가 배열된다. 본 발명에 따른 디스플레이는 WO 2006/066919 A1에 개시된 원리에 따라 동작하여 3차원 홀로그래피 이미지 콘텐츠의 표시를 위해 사용될 수 있도록 구성되는 것이 매우 바람직하다. 그 디스플레이는 입체 이미지 콘텐츠 및/또는 멀티 뷰어 이미지 콘텐츠가 표시될 수 있도록 구성될 수도 있다. 즉, 그러한 디스플레이(3D 디스플레이)는 3차원 이미지 콘텐츠를 인간이 인지하도록 3차원으로 표시할 수 있다. 본 발명에 따른 디스플레이를 위한 위상 변조기의 가능한 구성들에 관해서는, 반복을 피하기 위해 명세서의 앞 부분을 참조하는 것으로 한다.
본 발명에 따른 사상을 바람직하게 구성하고 개선하는 다양한 방안들이 주어진다. 그에 관해서는, 한편으로 청구항 1에 종속하는 청구항들을 그리고 다른 한편으로 첨부 도면들에 의거한 본 발명의 바람직한 실시예들의 하기 설명을 참조하면 된다. 첨부 도면들에 의거한 본 발명의 바람직한 실시예들의 설명과 함께, 본 발명의 사상의 바람직한 구성들 및 개선들도 전반적으로 설명하기로 한다. 개략적인 첨부 도면들 중에서,
도 1은 원편광 및 반파장판의 광축의 회전에 의해 위상 변조의 원리를 나타낸 도면이고;
도 2는 변전 효과를 기반으로 한 선행 기술에 따른 HAN의 원리를 나타낸 도면이며;
도 3은 선행 기술에 따른 전극들의 IPS형 어레이를 구비한 HAN 셀을 나타낸 도면이고;
도 4는 본 발명에 따른 위상 변조기의 제1 실시예를 나타낸 도면이며;
도 5는 선행 기술에 따른 LC 기반의 편광 격자를 나타낸 도면이고;
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 위상 변조기의 일부의 또 다른 실시예를 각각 단면도로 나타낸 도면들이며;
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 위상 변조기의 일부의 또 다른 실시예를 위에는 정면도로 그리고 아래에는 측면 단면도로 각각 개략적으로 나타낸 도면들이고;
도 7a 및 도 8a는 도 7 및 도 8에 따른 실시예들의 픽셀의 일부를 개략적인 3차원 도면으로 각각 나타낸 도면들이며;
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 위상 변조기의 일부의 또 다른 실시예를 도면 (A) 및 도면 (B)에 도시된 것에 상응하는 2개의 상이한 구동 상태들에서 정면도로 각각 개략적으로 나타낸 도면들이다.
첨부 도면들에서, 동일하거나 유사한 구성 요소들은 동일한 도면 부호들로 표시되어 있다.
도 2는 변전 효과를 기반으로 한 선행 기술에 따른 HAN 셀의 원리를 도시하고 있다. HAN 셀에서, LC 분자들(6)은 하나의 표면(7)에서는 그 표면(7)과 평행하게 배향되고, 다른 표면(8)에서는 그 표면(8)과 수직으로 배향된다. 액정 분자들(6)의 분자 형태가 적절하다면, 그러한 배향에 의해 변전 효과에 의한 편광이 발생한다. 그 경우, 인가된 전압(V)의 부호에 의존하는 액정 분자들(6)의 광축의 회전 방향이 나타난다.
도 2a는 전극 어레이가 활성화되지 않은 HAN 셀의 일부를 위에는 단면도로 그리고 아래에는 사시 측면도로 도시하고 있다. 도 2b는 Pflexo 및 액정층(5)의 광축이 오른쪽으로 회전하는 제1 활성 구동 상태에 있는 도 2a에 도시된 HAN 셀을 왼편에 도시하고 있다. 도 2b의 오른편에는, Pflexo 및 액정층(5)의 광축이 왼쪽으로 회전하는 제2 활성 구동 상태에 있는 도 2a에 도시된 HAN 셀이 도시되어 있다. 도 2c는 선행 기술로부터 공지된 HAN 셀을 왼편에는 제1 구동 상태로 그리고 오른편에는 제2 구동 상태로 도시하고 있다. 그러한 HAN 셀에서, 전극 어레이(4)는 제1 기판(2)에 배열되고, 제1 표면(7)은 그 제1 표면(7)에 인접한 액정 분자들(6)의 광축이 표면(7)과 거의 평행하게 배향되도록 형성된다. 그에 상응하여, 전극 어레이(4)에 의해 생성되어 액정 분자들(6)을 배향하는 인플레인 전기장은 배향될 액정 분자들(6)이 배열된 HAN 셀의 부분, 즉 제1 기판(2)의 제1 표면(7)에 인접한 부분 및 제1 표면(7)과 거의 평행하게 배향된 액정 분자들(6)에 직접 작용한다.
도 3은 선행 기술에 따른 전극들의 IPS형 어레이를 구비한 HAN 셀을 도시하고 있다. 그러한 전극 어레이에서는, 플러스 전압과 마이너스 전압이 교대된다. 따라서 광축의 회전 방향이 바뀐다. 진폭 변조에 있어서는 회전 각도의 절대치만이 결정적인 사항이기 때문에, 그러한 어레이에 의해 진폭 변조된 픽셀이 구동될 수 있다. 그러나 위상 변조는 전압의 부호에 의존한다. 위상 변조된 픽셀에 대해서는, 도 3에 따른 전극 어레이가 적합하지 않다.
도 4에는, 본 발명에 따른 위상 변조기(1)의 일부가 상부 영역에 사시도 도시되어 있다. 그러한 위상 변조기(1)는 제1 기판(2), 제2 기판(3), 및 전극 어레이(4)를 포함한다. 제1 기판(2)과 제2 기판(3) 사이에는, 도 4에 도시되지 않은 액정 분자들의 층이 배열된다. 도 4의 하부 영역에는, 제2 기판(3)이 전극 어레이(4)와 함께 단면도로 개략적으로 도시되어 있다. 여기에는, 제1 기판(2)이 도시되어 있지 않다. 또한, 전극 어레이(4)가 활성화되었을 때의 전기력선들이 도시되어 있다. 전극 어레이(4)는 줄무늬 형태로 형성된다. 전극 어레이(4)는 그 전극 어레이(4)의 개별 전극들에 상이한 전압들이 인가되도록 제어되는 것이 바람직하다. 도 4에서, 그러한 상이한 전압들은 전압 V1 내지 전압 V6이다. 본 발명에 따른 위상 변조기(1)의 위상 변조된 픽셀에 있어서는, 픽셀의 횡단면에 걸쳐 일정한 전압 구배가 인가되어야 한다. 그러면, 각각 V6 - V5 = V5 - V4 = ... = V2 - V1 = ΔV가 된다. 위상 디플렉터에 있어서는, 줄무늬 형태의 전극들이 개별적으로 제어된다.
도 5는 선행 기술에 따른 LC 기반의 편광 격자를 도시하고 있다. 여기서, LC 분자들(6)은 인플레인으로 배향되고, 그 평면에서 180도의 격자 주기에 걸쳐 회전한다. 도 5(a)는 편광 격자의 일부를 정면도로, 즉 뷰어가 디스플레이 화면과 평행하게 배열된 그러한 편광 격자를 구비한 디스플레이를 바라보는 도면으로 도시하고 있다. 도 5(b)는 도 5(a)에 도시된 편광 격자의 부분을 단면도로 도시하고 있다. Λ는 편광 격자의 격자 주기에 해당한다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예, 즉 HAN 모드를 기반으로 한 편광 격자를 제공하는 본 발명에 따른 위상 변조기(1)의 부분을 개략적인 3차원 사시도로 도시하고 있다. 본 도면에서는, 각각의 표면(7, 8)을 갖는 제1 기판(2)과 제2 기판(3) 및 액정 분자들(6)을 갖는 액정층(5)만이 도시되어 있다. 도 6a에는 액정 분자들(6)이 대칭의 타원체의 형태로 도시되어 있지만, 액정 분자들(6)은 변전 효과를 유발하는 도 6a에 도시되지 않은 바나나 형태 또는 대안적인 배 모양을 갖는다. 어느 경우든, 제1 기판(2)의 표면(7)에 인접한 액정 분자들(6)은 그 표면(7)과 거의 평행하게 배향되는데, 왜냐하면 표면(7)이 그에 상응하게 형성되기 때문이다. 또한, 제2 기판(3)의 표면(8)에 인접한 액정 분자들(6)은 그 표면(8)과 거의 수직으로 배향되는데, 왜냐하면 표면(8)이 그에 상응하게 형성되기 때문이다. 도 6a에는, 전극 어레이가 도시되어 있지 않다.
도 6b는 본 발명에 따른 위상 변조기(1)의 일부의 또 다른 실시예를 단면도로 도시하고 있다. 본 발명에 따른 위상 변조기(1)의 본 실시예에서는, 제1 기판(2)의 제1 표면(7)이 층의 형태로 형성된다. 액정 분자들(6)의 액정층(5)과 접경된 표면(7)은 그 표면(7)에 인접한 액정 분자들(6)이 그 표면(7)과 거의 평행하게 배향되도록 형성된다. 그러한 표면(7)의 층 내에 및 제1 기판(2) 상에, 대략 줄무늬 형태로 형성된 전극들을 구비한 전극 어레이(4)가 배열된다. 제2 기판(3)은 층의 형태로 형성된 표면(8)을 구비하는데, 그 표면(8)은 그에 인접한 액정 분자들(6)이 그 표면(8)과 거의 수직으로 배향되거나 정렬되도록 형성된다. 도 6b에 도시된 위상 변조기(1)는 활성화된 전극 어레이(4)를 구비하는데, 그 전극 어레이(4)는 그 절반만 도시된 16 ㎛의 격자 주기를 갖는 편광 격자가 형성되도록 설정되어 있다. 액정층(5)에 도시된 상이한 그레이 스케일 값들은 설정된 전기장 세기들에 해당한다. 또한, 해당 전기장 세기들의 등전위선들이 도시되어 있다.
도 6c는 HAN 모드를 기반으로 한 편광 격자를 구현하는 위상 변조기(1)의 부분의 또 다른 실시예를 단면도로 도시하고 있다. HAN 구성에 따르면, LC 분자들(6)은 하나의 표면층 또는 표면(7)에서만 인플레인(in-plane)으로 배향되고, 다른 표면층 또는 표면(8)에서는 아웃업플레인(out-of-plane)으로(즉, 표면(8)과 거의 수직으로) 배향된다. 편광 격자에서는 액정 분자들(6)의 투영이 평면 또는 표면(7)에서 180도의 격자 주기에 걸쳐 회전하는 반면에, 그 평면으로부터 벗어나 있는 액정 분자들(6)이 갖는 각도는 대략 일정하게 유지된다. 한계적 경우로서, 상부 기판(2)의 부근에서는 순수한 인플레인 회전이 일어나고, 하부 기판(3)의 부근에서는 액정 분자들(6)이 표면(7)과 수직으로 되어 그 자신의 축을 중심으로만 회전한다.
도 7은 본 발명에 따른 위상 변조기의 픽셀의 일부를 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 픽셀은 디스플레이의 광변조기의 일부이고, 뷰어가 광변조기 또는 디스플레이를 바라보는 도면으로 도시되어 있다. 설명을 위해, 그 아래에는 셀 또는 픽셀이 90도만큼 기울어져 도시되어 있다(전극(E2)을 구비한 하부 기판(3)이 오른편에 도시되어 있음). 상부 도면에서, 액정 분자들(6)은 아래쪽에서는 뷰어에 가깝게 위치되어 도면 평면으로부터 나오는 쪽을 향한 기판에 인접해 있다. 액정 분자들(6)은 위쪽에서는 뷰어로부터 멀리 떨어져 위치되어 도면 평면 속으로 향하는 기판에 인접해 있다. 도면 평면에서의 균일한 회전 각도를 위해서는, 전극들(E1과 E2) 사이에 플러스 전압(V1)이 요구되고, 전극들(E2와 E3) 사이에도 역시 플러스 전압(V1)이 요구된다. 따라서 제3 전극(E3)에는 2×V1의 전압이 인가된다.
도 8에는, 액정 분자들(6)이 표면(7)과 거의 평행하게 배향되는 측에 패터닝된 배향막들(A1, A2)을 갖는 배열이 도시되어 있다. 상부 도면에는, 전극들(E1과 E2) 사이에 이전과 동일한 배향이 설정되는 것이 도시되어 있다. 그 대신, 전극들(E2와 E3) 사이에는 배향막들에 의거하여 도면의 위쪽에서는 수직 배향이 그리고 도면의 아래쪽에서는 수평 배향이 설정된다. 그에 상응하여, 동일한 전압에서 다른 회전 방향이 형성된다. 전극(E1)에 걸리는 전압 0V, 전극(E2)에 걸리는 전압 V1, 및 다시 전극(E3)에 걸리는 전압 0V에 대해, 인가된 전압의 상이한 부호들이 각각 나타나지만, 동일한 회전 방향이 주어진다. 또 다른 전극들도 역시 전압 값들 V1 및 0을 교대로 갖는다. 본 실시예에서는, 바람직하게도 단지 2개의 빗 모양 전극들만 있으면 되고, 픽셀의 개별 전극들의 개별적인 제어가 필요하지 않다.
도 7a 및 도 8a에는, 도 7 및 도 8에 도시된 광변조기에서 도 7 및 도 8의 상부 영역에 도시된 부분이 각각 3차원 도면으로 도시되어 있는데, 본 도면에 도시된 액정 분자들(6)은 크게 확대되어 그리고 그 3차원 형태에 있어 이상화되어 도시되어 있다.
도 9는 본 발명에 따른 위상 변조기의 일부의 또 다른 실시예를 정면도로 각각 도시하고 있다. 특히, HAN 위상 디플렉터에 있어 연속된 프레임들 사이의 위상 오프셋을 사용하는 것이 도시되어 있다. 액정 분자들(6)이 평면 배향을 갖는 기판 부근에서의 액정 분자들(6)의 배향만이 개략적으로 도시되어 있다. 도 9(B)에는, 위상 오프셋에 의해 도 9(A)와 대비하여 격자 주기는 그대로 유지되지만, 직류 전압 효과가 회피되도록 인가되는 전압이 변하는 것이 도시되어 있다. 본 도면에는, 2개씩의 인접한 전극들에 인가되는 상대 전압들이 전극들에 걸쳐 도시되어 있고, 아래쪽에는 전극들에 인가되는 총 전압들이 도시되어 있다. 대부분의 전극들에 있어서는 상대 전압이 플러스와 마이너스 사이에서 변하고, 몇몇에 있어서는 0과 플러스 또는 마이너스 사이에서 변하기도 한다. 본 예에서, 2개의 프레임들 사이의 위상 오프셋은 π이고, 그것은 90도만큼 변한 액정 분자들(6)의 인플레인 회전 각도에 해당한다. 원칙적으로, 전압들의 결과적인 시간 평균치를 더 감소시키기 위해, 상이한 위상 오프셋을 갖는 2개보다 많은 프레임들, 예컨대 시퀀스 0, π/2, π, 3π/2를 사용할 수도 있다. 그에 상응하여, 하나의 프레임에 대해 위상 변조기에 기록되는 위상 값들을 그 다음 프레임에 대해 위상 변조기에 기록되는 위상 값들과 상이하게 하여 인접한 인플레인 전극들 사이의 전압 차가 변하도록 위상 오프셋을 형성한다.
도 10(A) 및 도 10(B)는 본 발명에 따른 위상 변조기의 일부의 또 다른 실시예를 정면도로 각각 개략적으로 도시하고 있다. 위상 디플렉터에 있어 평면 배향을 갖는 기판 부근에서의 액정 분자들(6)의 배향이 개략적으로 도시되어 있다. 도 10(A)와 도 10(B) 사이에서는, 인가되는 모든 전압들의 부호가 바뀐다. 그럼으로써, 위상 변조기와 상호 작용하는 광에 대한 굴절률 분포가 그로부터 나오는 액정들의 배향 분포가 생기게 된다. 그러한 굴절률 분포는 원편광에 대해 동일한 주기를 갖지만 회전 방향이 바뀌는 편광 격자와 같이 작용한다. 그러한 편광 격자는 동일한 입력 편광의 광에 있어서는 부호가 변하는 위상 응답에 해당하고, 광을 다른 방향으로 편향시킨다. 그러나 도 10(A)와 도 10(B)에 도시된 구동 상태들 사이에서 추가로 입사광의 편광도 예컨대 좌원편광으로부터 우원편광으로(화살표에 의해 지시됨) 스위칭하면, 도 10(B)의 액정 분자들(6)의 배향을 갖는 변경된 편광에 대해 도 10(A)의 액정 분자들(6)의 배향을 갖는 원래의 편광과 동일한 위상 응답을 얻게 된다. 그러한 구성에서는, 이미 2개의 프레임들에 걸쳐 시간 평균치가 0으로 되는 것이 바람직하다. 여기서는, 실시예들로서 위상 디플렉터들이 도시되었다. 그러나 전술한 개념은 특히 투과형 광변조기는 물론 반사형 광변조기에도 적용될 수 있다. 편광 스위칭 소자는 예컨대 (온/오프) 스위칭 가능한 플랫 전극들(픽셀화되지 않은)을 갖는 LC 기반의 반파장판의 형태로 구현될 수 있다. 환언하면, 본 발명에 따른 위상 변조기의 전극 어레이의 전극들에 인가되는 2개의 연속된 프레임들의 전압들은 부호 변동을 갖는다. 편광 스위칭 소자에 의해, 연속된 프레임들 중의 하나에 있어서는 위상 변조기와 상호 작용하는 광이 제1 편광 상태로 프레임을 보낸다. 그 다음 프레임에 있어서는, 위상 변조기와 상호 작용하는 광이 제2 편광 상태로 프레임을 보내게 된다.
인용된 간행물:
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[2] lmid 2009 Digest, Vortrag 1-4, S. 14-16
끝으로, 전술한 실시예들은 청구되는 사상을 설명하는 역할을 하는데 지나지 않고, 그 사상은 그러한 실시예들에 한정되는 것이 아니라는 점에 특별히 유의하여야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 위상 변조기와 상호 작용하는 편광의 위상을 변조하는 위상 변조기로서,
    제1 및 제2 기판들, 전극 어레이, 및 액정 분자들을 갖는 액정층을 포함하되,
    상기 전극 어레이는 상기 제1 및 제2 기판들 중 어느 하나의 기판 상에 평행하게 배열되고 독립적으로 제어 가능한 개별 전극을 포함하고,
    제1 기판은 제2 기판과 대향되어 배치되고, 액정층은 2개의 기판들 사이에 배치되며,
    제1 기판은 제1 표면을 구비하고, 제2 기판은 제2 표면을 구비하며,
    제1 표면은 액정 분자들을 배향하도록 형성되고,
    제2 표면은 액정 분자들을 배향하도록 형성되며,
    상기 액정층의 두께가, 중간 파장에 대한 액정층의 광학 기능이 반파장판의 광학 기능이거나, 중간 파장에 대한 액정층의 광학 기능이 1/4 파장판의 광학 기능이도록 선택됨으로써, 상기 위상 변조기가 하나 이상의 파장에 맞춰 형성되고,
    상기 전극 어레이는, 하나의 격자 주기 내에서, 상기 개별 전극에 인가된 전압을 조절하여 상기 액정 분자들의 배향의 인플레인 성분이 독립적으로 인접한 개별 전극들에 대해 180도의 설정 가능한 각도 범위를 갖도록 제어하도록 구성되는 것인 위상 변조기.
  2. 제 1 항에 있어서, 위상 변조기와 상호 작용하는 광이 회절에 의거하여 지정 가능한 방향으로 가변적으로 편향될 수 있고, 그에 의해 편향 격자의 기능이 달성될 수 있도록 형성되는 위상 변조기.
  3. 제 2 항에 있어서, 전극 어레이는, 광이 위상 변조기에 입사하는 위상 변조기의 위치에 따라 광이 가변적으로 지정 가능한 방향으로 편향되도록 제어되는 것인 위상 변조기.
  4. 제 2 항에 있어서, 개별 전극을 개별적으로 제어함으로써 위상 변조의 원리에 기초한 가변 편향 격자가 제공되는 것인 위상 변조기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 어레이는, 하나의 격자 주기 내에서, 개별 전극에 인가된 전압을 조절하여 액정 분자들의 배향의 인플레인 성분이 인가된 전압의 하나의 부호를 위한 45도보다 큰 설정 가능한 각도 범위를 갖고, 인가된 전압의 반대 부호를 위한 45도보다 큰 다른 설정 가능한 각도 범위를 갖도록 제어하도록 구성되는 것인 위상 변조기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 변조기 상으로 입사하는 광선은, 상기 위상 변조기 상의 상기 광선의 위치에 따라 가변적으로 지정 가능한 방향으로 편향되는 것인 위상 변조기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 액정 분자들은 상기 제1 표면에 실질적으로 평행한 배향으로 상기 제1 표면의 옆에 위치하는 것인 위상 변조기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 액정 분자들은 상기 제2 표면에 실질적으로 수직한 배향으로 상기 제2 표면의 옆에 위치하는 것인 위상 변조기.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 편향 격자의 전극 피치는 상기 액정 층의 두께와 동일한 정도의 크기인 것인 위상 변조기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 변조기는 원편광의 위상을 변조하도록 형성되는 것인 위상 변조기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 어레이는 인플레인 전극을 포함하는 것인 위상 변조기.
  12. 제 1 항에 있어서, 위상 변조기는 개별 픽셀을 구비하고, 위상 변조기의 각각의 픽셀은 전극 어레이의 적어도 2개의 전극들을 구비하는 것인 위상 변조기.
  13. 제 12 항에 있어서, 전극 어레이는 픽셀의 영역에서 실질적으로 일정한 전압 구배가 실현되도록 제어되는 것인 위상 변조기.
  14. 제 12 항에 있어서, 전극 어레이는 2개의 인접한 전극들 사이에 실질적으로 일정한 전압 차가 인가되도록 제어되는 것인 위상 변조기.
  15. 제 12 항에 있어서, 픽셀 내에 다수의 전극들의 빗 모양 어레이가 마련되고, 상기 빗 모양 어레이에 의해 픽셀에 걸쳐 균일한 인플레인(in-plane) 전압 구배가 생성될 수 있는 것인 위상 변조기.
  16. 제 1 항에 있어서, 투과 방식 또는 반사 방식으로 구동될 수 있도록 형성되는 위상 변조기.
  17. 제 1 항에 있어서, 제1 프레임에 대해 위상 변조기에 기록되는 위상 값들이 제2 프레임에 대해 위상 변조기에 기록되는 위상 값들과, 상기 제2 프레임의 인접한 개별 전극들로부터 일정한 거리에 있는 상기 제1 프레임의 인접한 개별 전극들 사이의 전압 차에 상응하는 위상 오프셋만큼 차이나는 것인 위상 변조기.
  18. 제 1 항에 있어서, 전극들에 인가되는 전압들은 연속적인 프레임들 간에 부호 변동을 갖고, 편광 스위칭 소자에 의해 연속된 프레임들 중의 하나에 있어서는 위상 변조기와 상호 작용하는 광이 제1 편광 상태로 될 수 있고, 그 다음 프레임에 있어서는 위상 변조기와 상호 작용하는 광이 제2 편광 상태로 될 수 있는 것인 위상 변조기.
  19. 적어도 하나의 광원을 갖는 조명 장치 및 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 위상 변조기를 구비하는, 2차원 및 3차원 이미지 콘텐츠 중 어느 하나 또는 둘 모두를 표시하는 디스플레이로서,
    광 전파 방향으로 조명 장치의 하류에 위상 변조기가 배열되는 것인 디스플레이.
  20. 삭제
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