KR102047829B1 - 백라이트 유닛과 그를 이용한 홀로그램 영상 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛과 그를 이용한 홀로그램 영상 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 확산광을 조사하는 유기발광다이오드 소자를 포함하는 다수의 유기발광다이오드 화소를 포함하는 광 조사장치; 및 상기 유기발광다이오드 화소의 확산광을 평행광으로 출력하는 평행광 변환장치를 포함한다.

Description

백라이트 유닛과 그를 이용한 홀로그램 영상 표시장치{BACKLIGHT UNIT AND HOLOGRAM IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 백라이트 유닛과 그를 이용한 홀로그램 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, 스테레오스코피 (stereoscopy), 홀로그래피 (holography) 및 집적영상 (integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 3차원 영상으로 재현하여 안경 없이 입체 영상을 구현할 수 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 간섭무늬를 사진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭무늬를 형성하는데, 이 간섭무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 간섭무늬는 빛의 파동의 세기(intensity)와 위상(phase) 정보를 포함한다. 세기 정보는 간섭무늬의 패턴들 간의 콘트라스트(contrast)로 기록되고, 위상 정보는 간섭무늬에서 패턴들 간의 거리로 기록되고, 이렇게 기록된 간섭무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 간섭무늬를 3차원 입체 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라고 한다.
컴퓨터를 이용하여 홀로그램 패턴의 저장, 전송 및 영상처리하는 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)이 개발되었다. 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 홀로그램 시스템은 컴퓨터로 간섭무늬를 계산하여 홀로그램 간섭 무늬 이미지를 생성할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램 시스템은 홀로그램 간섭 무늬 이미지 데이터를 공간 광변조기(Spatial Light Modulator, 이하 "SLM"이라 함)에 전송한다. SLM에 참조광이 조사되면, SLM에 표시된 홀로그램 간섭 무늬 패턴들이 3차원 입체 영상으로 복원된다.
도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 컴퓨터(10)는 구현하고자 하는 입체 영상에 해당하는 홀로그램 간섭무늬 데이터를 생성한다. 생성된 홀로그램 간섭무늬 데이터는 SLM(20)으로 전송된다. SLM(20)은 투과형 액정표시패널로 형성하여 홀로그램 간섭무늬 이미지를 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 배치될 수 있다. 레이저 광원(30)에서 출사된 참조광(90)은, 확장기(40)와 렌즈(50)를 거쳐 SLM(20)의 일측면에 조사된다. SLM(20)이 투과형 액정표시패널인 경우, SLM(20)의 타측면에는 SLM(20)에 구현된 홀로그램 간섭무늬 이미지에 의해 3차원 입체 영상(80)이 표시된다. 3차원 입체 영상(80)은 SLM(20) 상에 배치되는 필드 렌즈(FL)에 의해 형성되는 초점거리에 표시된다.
한편, 레이저 광원(30)에서 출사된 참조광(90)은 확장기(40)와 렌즈(50)를 거쳐 SLM(20)에 조사되기 때문에, 홀로그램 영상 재생 장치에서 레이저 광원(30), 확장기(40), 렌즈(50)를 포함하는 백라이트 유닛의 두께가 두껍다는 문제가 있다. 이는 최근의 표시장치에 대한 요구사항인 박형화에 배치된다. 또한, 레이저 광원(30)은 비용이 높다는 문제가 있으므로, 레이저 광원(30)을 대신할만한 광원이 요구되고 있다.
본 발명은 비용을 절감함과 동시에 두께를 줄일 수 있는 백라이트 유닛과 그를 이용한 홀로그램 영상 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 확산광을 조사하는 유기발광다이오드 소자를 포함하는 다수의 유기발광다이오드 화소를 포함하는 광 조사장치; 및 상기 유기발광다이오드 화소의 확산광을 평행광으로 출력하는 평행광 변환장치를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 영상 표시장치는 홀로그램 간섭무늬 이미지를 표시하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기에 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 백라이트 유닛은, 확산광을 조사하는 유기발광다이오드 소자를 포함하는 다수의 유기발광다이오드 화소를 포함하는 광 조사장치; 및 상기 유기발광다이오드 화소의 확산광을 평행광으로 출력하는 평행광 변환장치를 포함한다.
본 발명은 OLED 소자를 포함하는 OLED 화소를 광원으로 SLM에 광을 조사하며, 특히 평행광 변환장치를 이용하여 OLED 화소로부터 출력되는 확산광을 평행광으로 변환함으로써, 면광원에서 출력되는 효과를 얻을 수 있으며, 광 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 선편광자를 포함하여 SLM에 제1 선편광의 광을 입사시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명은 종래 레이저 광원 대비 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 OLED 화소와 평행광 변환장치 사이의 거리를 조정할 수 있으므로, 두께를 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 영상 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 상세히 보여주는 측면도.
도 4는 도 3의 OLED 화소와 렌즈를 보여주는 확대측면도.
도 5는 도 4의 θ에 따라 확산광 대비 평행광의 정도에 대한 실험 결과를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 상세히 보여주는 측면도.
도 7은 도 6의 평행광 변환장치의 제조 방법을 보여주는 흐름도.
도 8a 내지 도 8c는 도 6의 평행광 변환장치의 제조 방법을 보여주는 예시도면들.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 공간 광변조기(Spatial Light Modulator, 이하 "SLM"이라 함)에 홀로그램 간섭 무늬 이미지를 표시하고, 홀로그램 간섭 무늬 이미지에 참조광을 조사하여 홀로그램 입체 영상을 표시하는 홀로그램 영상 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에서 SLM은 투과형 액정표시장치로 구현된 것을 중심으로 설명하였다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 영상 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 3은 도 2의 SLM, SLM 구동부, 백라이트 유닛, 및 백라이트 유닛 구동부를 상세히 보여주는 예시도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 홀로그램 영상 표시장치는 SLM(100), SLM 구동부(200), 백라이트 유닛(300), 백라이트 구동부(400), 제어부(500) 등을 포함한다.
SLM(100)은 두 장의 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한 투과형 액정표시패널로 구현될 수 있다. SLM(100)의 하부기판에는 제1 데이터 라인들과 제1 게이트 라인(GL1)들의 교차구조에 의해 매트릭스 형태로 화소들이 배열된다. SLM(100)의 화소들 각각은 박막 트랜지스터(thin film transistor, 이하 "TFT"라 칭함)에 접속되고, TFT를 통해 제1 데이터 라인으로부터 공급되는 제1 데이터 전압을 화소 전극에 충전한다. SLM(100)의 화소들 각각은 화소 전극과 공통전극 간의 전압 차에 의해 액정층의 액정을 구동시켜 빛의 투과량을 조정함으로써 홀로그램 간섭무늬 이미지를 표시한다. SLM(100)에는 블랙 매트릭스(black matrix)와 컬러 필터(color filter) 등이 형성될 수 있다. SLM(100)은 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있음에 유의하여야 한다.
SLM 구동부(200)는 제1 데이터 구동회로(210)와 제1 게이트 구동회로(220)를 포함한다. 제1 데이터 구동회로(210)는 제어부(500)로부터 입력되는 홀로그램 간섭무늬 데이터(HDATA)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 제1 데이터 전압들을 발생하고 제1 데이터 전압들을 SLM(100)의 제1 데이터 라인들에 공급한다. 제1 게이트 구동회로(220)는 제어부(500)의 제어 하에 제1 데이터 라인들에 공급되는 제1 데이터 전압들에 동기화되도록 제1 게이트 펄스를 SLM(100)의 제1 게이트 라인(GL1)들에 순차적으로 공급한다.
특히, SLM(100)은 도 2와 같이 중앙부에서 양측 가장자리로 스캐닝 구동될 수 있다. 구체적으로, 제1 게이트 구동회로(220)는 SLM(100)의 중앙부에 형성된 제1 게이트 라인(GL1)으로부터 양측 가장자리에 형성된 제1 게이트 라인(GL1)까지 제1 게이트 펄스를 순차적으로 공급할 수 있다. 제1 데이터 구동회로(220)는 제1 게이트 펄스에 동기하여 제1 데이터 전압들을 동시에 공급할 수 있다.
SLM(100)의 배면에는 다수의 광원을 포함하는 백라이트 유닛(300)이 배치된다. 백라이트 유닛(300)의 광원은 유기발광다이오드(ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE, 이하 "OLED"라 칭함) 소자를 포함하는 OLED 화소로 구현된다. 이 경우, 백라이트 유닛(300)은 제2 데이터 라인(DL2)과 제2 게이트 라인(GL2)들의 교차 영역에 매트릭스 형태로 배치된 다수의 OLED 화소를 포함하는 광 조사장치를 구비할 수 있다. OLED 화소는 스위칭 TFT와 구동 TFT를 이용하여 OLED 소자에 흐르는 전류를 제어하여 광을 조사한다. 구체적으로, 스위칭 TFT는 제2 게이트 라인(GL2)의 제2 게이트 펄스에 응답하여 제2 데이터 라인(DL2)의 데이터 전압을 구동 TFT의 게이트 전극에 공급한다. 구동 TFT는 제2 데이터 라인(DL2)의 데이터 전압에 응답하여 턴-온되어 OLED 소자에 구동 전류를 공급한다.
백라이트 유닛(300)은 다수의 OLED 화소가 확산광을 발광하므로 확산광을 평행광으로 변환하기 위한 평행광 변환장치와, SLM(100)에 선편광으로 광을 입사시켜야 SLM(100)에 의해 광이 변조되므로, SLM(100)에 선편광을 입사시키기 위한 선편광자를 더 구비한다. 다수의 OLED 화소는 점광원에 해당하나, 다수의 OLED 화소의 확산광은 평행광 변환장치에 의해 평행광으로 변환되므로, 면광원에서 출력되는 효과를 얻을 수 있다. 백라이트 유닛(300)에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 6을 결부하여 후술한다.
백라이트 유닛 구동부(400)는 광 조사장치의 다수의 OLED 화소를 발광시키기 위한 제2 데이터 구동회로(410)와 제2 게이트 구동회로(420)를 포함한다. 제2 데이터 구동회로(410)는 제어부(500)로부터 입력되는 백라이트 데이터(BDATA)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 제2 데이터 전압들 또는 제3 데이터 전압들을 발생하고 제2 데이터 전압들 또는 제3 데이터 전압들을 광 조사장치의 제2 데이터 라인(DL2)들에 공급한다. 제2 게이트 구동회로(420)는 제어부(500)의 제어 하에 제2 데이터 전압들 또는 제3 데이터 전압들에 동기화되도록 제2 게이트 펄스를 광 조사장치의 제2 게이트 라인(GL2)들에 순차적으로 공급한다.
특히, 백라이트 유닛(300)은 도 2와 같이 SLM(100)의 스캐닝 방향과 같은 중앙부에서 양측 가장자리로 스캐닝 구동될 수 있다. 구체적으로, 제2 게이트 구동회로(420)는 광 조사장치의 중앙부에 형성된 제2 게이트 라인(GL2)부터 양측 가장자리에 형성된 제2 게이트 라인(GL2)까지 제2 게이트 펄스를 순차적으로 공급할 수 있다. 제2 데이터 구동회로(410)는 제2 게이트 펄스에 동기되는 제2 데이터 전압들을 동시에 공급할 수 있다. 제2 데이터 전압들은 OLED 화소들을 발광시키는 턴-온 전압들로 구현될 수 있다. 따라서, 광 조사장치의 OLED 화소들은 중앙부부터 일측 가장자리로 순차적으로 점등되고, 중앙부부터 타측 가장자리로 순차적으로 점등된다. 또한, 제2 게이트 구동회로(420)는 제2 게이트 펄스가 공급되고 소정의 기간이 경과한 후, 광 조사장치의 중앙부에 형성된 제2 게이트 라인(GL2)부터 양측 가장자리에 형성된 제2 게이트 라인(GL2)까지 제3 게이트 펄스를 순차적으로 공급할 수 있다. 제2 데이터 구동회로(410)는 제3 게이트 펄스에 동기되는 제3 데이터 전압들을 동시에 공급할 수 있다. 제3 데이터 전압들은 OLED 화소들을 비발광시키는 턴-오프 전압들로 구현될 수 있다. 따라서, 광 조사장치의 OLED 화소들은 중앙부부터 일측 가장자리로 순차적으로 소등되고, 중앙부부터 타측 가장자리로 순차적으로 소등된다.
또는, 백라이트 유닛(300)은 SLM(100)의 스캐닝 구동이 완료되어 화소들의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 광을 조사하도록 구현될 수 있다. 이를 위해, 제2 게이트 구동회로(420)는 광 조사장치의 제2 게이트 라인(GL2)들에 제2 게이트 펄스들을 동시에 공급하고, 제2 데이터 구동회로(410)는 제2 게이트 펄스들에 동기하여 제2 데이터 전압들을 동시에 공급할 수 있다. 제2 데이터 전압들은 OLED 화소들을 발광시키는 턴-온 전압들로 구현될 수 있다. 따라서, 광 조사장치의 OLED 화소들은 SLM(100)의 스캐닝 구동이 완료된 시점에 동시에 점등된다. 제2 게이트 구동회로(420)는 버티컬 블랭크 기간의 시작 시점 또는 SLM(100)의 스캐닝 구동이 80% 내지 90% 완료된 시점에 제2 게이트 펄스들을 공급할 수 있다. 버티컬 블랭크 기간은 SLM(100)의 화소들에 데이터가 공급되지 않는 휴지 기간을 의미한다. 또한, 제2 게이트 구동회로(420)는 제2 게이트 펄스가 공급되고 소정의 기간이 경과한 후, 광 조사장치의 제2 게이트 라인(GL2)들에 제3 게이트 펄스를 동시에 공급하고, 제2 데이터 구동회로(410)는 제3 게이트 펄스들에 동기하여 제3 데이터 전압들을 동시에 공급할 수 있다. 제3 데이터 전압들은 OLED 화소들을 소등시키는 턴-오프 전압들로 구현될 수 있다. 따라서, 광 조사장치의 OLED 화소들은 점등된 시점으로부터 소정의 기간만큼 경과된 후에 동시에 소등된다.
한편, SLM(100) 상에는 필드 렌즈가 배치되어 SLM(100)으로부터 출력된 광을 어느 한 초점에 수렴시킬 수 있다. 또한, SLM(100) 상에는 사용자의 위치에 따라 홀로그램 입체영상의 표시위치를 이동시킬 수 있는 아이 트래킹 장치(eye-tracking unit)가 배치될 수 있다. 이 경우, 사용자의 위치를 검출하는 사용자 감지장치가 필요하다.
제어부(500)는 SLM 구동부(200)를 제어하여 SLM(100)을 구동시킨다. 제어부(500)는 외부의 컴퓨터 또는 비디오 처리 장치로부터 홀로그램 간섭무늬 데이터(HDATA)와 타이밍 신호들을 입력받는다. 타이밍 신호들은 수직동기신호(vertical synchronization signal), 수평동기신호(horizontal synchronization signal), 데이터 인에이블 신호(data enable signal), 및 클럭 신호(clock signal) 등을 포함할 수 있다. 제어부(500)는 타이밍 신호들에 기초하여 SLM 구동부(200)의 제1 게이트 구동회로(220)를 제어하기 위한 제1 게이트 제어신호(GCS1)를 생성하고, SLM 구동부(200)의 제1 데이터 구동회로(210)를 제어하기 위한 제1 데이터 제어신호(DCS1)를 생성한다. 제어부(500)는 제1 게이트 제어신호(GCS1)를 SLM 구동부(200)의 제1 게이트 구동회로(220)로 출력하고, 홀로그램 간섭무늬 데이터(HDATA)와 제1 데이터 제어신호(DCS1)를 SLM 구동부(200)의 제1 데이터 구동회로(210)로 공급한다.
또한, 제어부(500)는 백라이트 구동부(400)를 제어하여 백라이트 유닛(300)의 광원들을 점등시킨다. 제어부(500)는 타이밍 신호들에 기초하여 백라이트 구동부(400)의 제2 게이트 구동회로(420)를 제어하기 위한 제2 게이트 제어신호(GCS2)를 생성하고, 백라이트 구동부(400)의 제2 데이터 구동회로(410)를 제어하기 위한 제2 데이터 제어신호(DCS2)를 생성한다. 제어부(500)는 제2 게이트 제어신호(GCS2)를 백라이트 구동부(400)의 제2 게이트 구동회로(420)로 출력하고, 내장 또는 외장 메모리에 저장된 백라이트 데이터(BDATA)와 제2 데이터 제어신호(DCS2)를 백라이트 구동부(400)의 제2 데이터 구동회로(410)로 공급한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 상세히 보여주는 측면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)은 광 조사장치(310), 선편광자(320), 및 평행광 변환장치(330)를 포함한다. 광 조사장치(310)의 광원은 OLED 소자를 포함하는 OLED 화소(313)로 구현된다. 광 조사장치(310)는 상부 기판(311), 하부 기판(312), OLED 화소(313) 등을 포함한다. OLED 화소(313)는 상부 기판(311)과 하부 기판(312) 사이에 형성된다. OLED 화소(313)들 사이에는 화소를 구분하기 위한 격벽이 형성될 수 있다. OLED 화소(313)는 캐소드층, 전자 수송층, OLED 층, 정공 수송층, 및 애노드층을 포함할 수 있다. OLED 화소(313)들은 적색, 녹색 및 청색 화소의 조합으로 구현되어 백색 광을 출력하거나, 그외의 다른 색상의 광원들의 조합으로 구현되어 백색 광을 출력하거나, 단일 색(백색)의 화소로 구현되어 백색 광을 출력할 수도 있다.
광 조사장치(310) 상에는 평행광 변환장치(330)가 배치된다. 평행광 변환장치(330)는 OLED 화소(313)로부터 출력된 확산광(DL)을 평행광(PL)으로 변환한다. OLED 화소(313)로부터 출력된 확산광(DL)은 광의 확산으로 인해 손실이 발생하므로, 본 발명은 평행광 변환장치(330)를 이용하여 확산광(DL)을 평행광(PL)으로 변환함으로써, 광의 손실을 최소화할 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)의 평행광 변환장치(330)는 다수의 렌즈(L)를 포함하는 렌즈 어레이(lens array)로 구현될 수 있다. 다수의 렌즈(L)는 광 조사장치(310)의 다수의 OLED 화소(313)에 일대일로 대응되도록 형성된다.
도 4는 도 3의 OLED 화소(313)와 렌즈(L)를 보여주는 확대측면도이다. 도 4를 참조하면, OLED 화소(313)의 폭(W1)은 렌즈(L)의 폭(W2)보다 좁게 형성될 수 있다. 또한, OLED 화소(313)로부터 조사된 확산광(DL)을 평행광(PL)으로 출력하기 위해서, 렌즈(L)의 곡률(R)은 렌즈(L)의 초점거리와 렌즈(L)의 굴절률(n)을 이용하여 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112012103889444-pat00001
또한, 렌즈(L)의 초점거리(f)는 수학식 2과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112012103889444-pat00002
수학식 2에서, f는 렌즈(L)의 초점거리, W1은 OLED 화소(313)의 폭, θ는 OLED 화소(313)의 중앙을 기준으로 렌즈(L)의 중앙으로부터 렌즈(L)의 가장자리까지의 각도를 의미한다.
도 5는 도 4의 θ에 따라 확산광 대비 평행광의 정도에 대한 실험 결과를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, θ는 도 4와 같이 OLED 화소(313)의 중앙을 기준으로 렌즈(L)의 중앙으로부터 렌즈(L)의 가장자리까지의 각도를 의미하고, 확산광(DL) 대비 평행광(PL)의 비율(%)은 OLED 화소(313)로부터 출력된 확산광(DL)이 렌즈(L)에 의해 평행광(PL)으로 출력되는 비율을 의미한다. 확산광(DL) 대비 평행광(PL)의 비율(%)이 높을수록 휘도 손실 없이 렌즈(L)에 의해 확산광(DL)을 평행광(PL)으로 변환하여 출력할 수 있다는 것을 의미한다.
도 5와 같이 θ가 높을수록 확산광(DL) 대비 평행광(PL)의 비율(%)이 높아진다. 특히, θ가 54.5°인 경우 확산광(DL) 대비 평행광(PL)의 비율(%)이 90% 이고, θ가 77°인 경우 확산광(DL) 대비 평행광(PL)의 비율(%)이 99% 이므로, θ는 54.5° 이상이고 77° 이하인 것이 바람직하다. θ가 클수록 광 조사장치(310)의 OLED 화소(313)와 평행광 변환장치(330)의 렌즈(L)가 가까워지므로, 두께가 줄어드는 효과가 있다. θ는 사전 실험을 통해 적절한 값으로 미리 결정될 수 있다.
평행광 변환장치(330)의 렌즈(L)들 상에는 선편광자(320)가 배치된다. SLM(100)에 선편광을 입사시켜야 SLM(100)의 액정층에 의해 광이 변조될 수 있다. 선편광자(320)는 평행광 변환장치(300)로부터 출력된 평행광(PL) 중에서 제1 선편광(↕)만을 출력한다. 따라서, SLM(100)의 액정층에는 제1 선편광(↕)이 입사되므로, SLM(100)의 액정층에 의해 광이 변조될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 OLED 소자를 포함하는 OLED 화소(313)를 광원으로 채용하여 SLM(100)에 광을 조사하는데, OLED 화소(313)로부터 출력되는 확산광(DL)을 평행광(PL)으로 변환함으로써, 면광원에서 출력되는 효과를 얻을 수 있으며, 광 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 선편광자(320)를 포함하여 SLM(100)에 제1 선편광(↕)의 광을 입사시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명은 종래 레이저 광원 대비 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 θ에 따라 OLED 화소(313)와 렌즈(L) 사이의 거리를 조정할 수 있으므로, 두께를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 상세히 보여주는 측면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)은 광 조사장치(310), 선편광자(320), 및 평행광 변환장치(340)를 포함한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)의 광 조사장치(310)와 선편광자(320)는 제1 실시 예에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)의 광 조사장치(310)와 선편광자(320)에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)의 평행광 변환장치(340)는 도 8c와 같이 기판(341)과 기록 매질(342)을 포함하는 광변환 필름(LCF)으로 구현될 수 있다. 광변환 필름(LCF)은 기판(341) 상에 형성된 기록 매질(342)에 광 패턴을 형성함으로써, 확산광(DL)을 평행광(PL)로 변환할 수 있다. 확산광(DL)은 소정의 거리만큼 떨어진 곳에서부터 확산되는 광으로 정의될 수 있다. 기록 매질(342)은 광중합체(photopolymer)로 구현될 수 있다. 광변환 필름(LCF)의 기록 매질(342)에 광 패턴 형성에 대하여는 도 7과 도 8을 결부하여 상세히 설명한다.
도 7은 도 6의 광변환 필름의 제조 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 8a 내지 도 8c는 도 6의 광변환 필름의 제조 방법을 보여주는 예시도면들이다.
첫 번째로, 확산광을 평행광으로 변환하는 광변환 필름(LCF)을 제조하기 위해서는, 또 다른 광변환 필름인 더미 광변환 필름(DLCF)이 필요하다. 도 8a에는 더미 광변환 필름의 제조방법이 나타나 있다. 더미 광변환 필름(DLCF)은 투명 기판(351)과 기록 매질(352)을 포함한다. 더미 광변환 필름(DLCF)을 제조하기 위해서는 더미 광변환 필름(DLCF)의 기록 매질(352) 상에 부착되는 글래스(glass)(353)와 더미 광변환 필름(DLCF)의 투명 기판(351)에 부착되는 빛 흡수층(354)이 더 필요하다. 빛 흡수층(354)은 기록 매질(352)을 기준으로 제1 확산광(DL1)과 제1 평행광(PL1)이 입사되는 면과 반대면에서 광이 입사되는 것을 차단하는 역할을 한다.
제1 확산광(DL1)은 렌즈 어레이(360)에 제2 평행광(PL2)을 입사시켜 렌즈 어레이(360)의 초점거리(f)로부터 확산되는 광이다. 렌즈 어레이(360)의 초점거리(f)가 짧아질수록 렌즈 어레이(360)와 더미 광변환 필름(DLCF) 사이의 거리는 짧아진다. 렌즈 어레이(360)는 다수의 렌즈(L2)를 포함하고, 다수의 렌즈(L2)는 OLED 화소(313)에 일대일로 대응되도록 형성될 수 있다. 따라서, 렌즈 어레이(360)로부터 조사되는 다수의 제1 확산광(DL1)은 수직으로 기록 매질(352)에 입사된다. 한편, 도 8a에 도시된 렌즈 어레이(360)는 본 발명의 제1 실시 예의 평행광 변환장치(330)의 렌즈 어레이와 다른 것임에 주의하여야 한다.
제1 평행광(PL1)은 기록 매질(352)에 소정의 제1 각도(θ1)로 비스듬하게 입사된다. 제1 평행광(PL1)의 입사각인 제1 각도(θ1)는 더미 광변환 필름(DLCF)의 입사 경계면의 수직 법선(p)을 기준으로 측정한 각도이다.
결국, 더미 광변환 필름(DLCF)의 기록 매질(352)에는 수직으로 입사되는 다수의 제1 확산광(DL1)과 소정의 제1 각도(θ1)로 비스듬하게 입사되는 제1 평행광(PL1)이 기록된다. 따라서, 더미 광변환 필름(DLCF)의 기록 매질(352)에 제1 확산광(DL1)이 입사되는 경우 제1 평행광(PL1)이 출력된다. (S101)
두 번째로, 더미 광변환 필름(DLCF)을 이용하여 광변환 필름(LCF)을 생성한다. 광변환 필름(LCF)은 투명 기판(341)과 기록 매질(342)을 포함한다. 광변환 필름(LCF)을 제조하기 위해서는 광변환 필름(LCF)의 기록 매질(342) 상에 부착되는 글래스(343)와 광변환 필름(LCF)의 투명 기판(341)에 부착되는 빛 흡수층(344)이 더 필요하다. 빛 흡수층(344)은 기록 매질(342)을 기준으로 제2 확산광(DL2)과 제3 평행광(PL3)이 입사되는 면과 반대면에서 광이 입사되는 것을 차단하는 역할을 한다.
더미 광변환 필름(DLCF)의 기록 매질(352)에는 소정의 제1 각도(θ1)로 비스듬하게 입사되는 제1 평행광(PL1)이 기록되어 있으므로, 더미 광변환 필름(DLCF)은 제1 평행광(PL1)이 입사되는 경우 더미 광변환 필름(DLCF)으로부터 D 만큼 떨어진 거리에서부터 확산되는 다수의 제2 확산광(DL2)을 출력한다. 즉, 다수의 제2 확산광(DL2)은 광변환 필름(LCF)으로부터 렌즈 어레이(360)의 초점거리(f)만큼 떨어진 거리에서부터 확산되는 광을 의미한다. 더미 광변환 필름(DLCF)으로부터 조사되는 다수의 제2 확산광(DL2)은 수직으로 광변환 필름(LCF)의 기록 매질(342)에 입사된다. 더미 광변환 필름(DLCF)의 기록 매질(352)에는 더미 광변환 필름(DLCF)에 수직으로 입사되는 제3 평행광(PL3)이 기록되어 있지 않으므로, 더미 광변환 필름(DLCF)은 제3 평행광(PL3)이 입사되는 경우 제3 평행광(PL3)을 그대로 출력한다.
결국, 광변환 필름(LCF)에는 제2 확산광(DL2)과 제3 평행광(PL3)이 입사되며, 광변환 필름(LCF)의 기록 매질(342)에는 제2 확산광(DL2)과 제3 평행광(PL3)이 기록된다. 따라서, 광변환 필름(LCF)의 기록 매질(342)에 제2 확산광(DL2)이 입사되는 경우 제3 평행광(PL3)이 출력된다. (S102)
세 번째로, 광변환 필름(LCF)은 제2 확산광(DL2)을 조사하는 광 조사장치(310)로부터 렌즈 어레이(360)의 초점거리(f)만큼 떨어진 거리에 배치된다. 이 경우, 광변환 필름(LCF)에 제2 확산광(DL2)이 입사되는 경우, 광변환 필름(LCF)은 제3 평행광(PL3)을 출력한다. (S103)
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 OLED 소자를 포함하는 OLED 화소(313)를 광원으로 채용하여 SLM(100)에 광을 조사하는데, OLED 화소(313)로부터 출력되는 확산광(DL)을 평행광(PL)으로 변환함으로써, 면광원에서 출력되는 효과를 얻을 수 있으며, 광 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 선편광자(320)를 포함하여 SLM(100)에 제1 선편광(↕)의 광을 입사시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명은 종래 레이저 광원 대비 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 렌즈 어레이(360)의 초점거리(f)에 따라 OLED 화소(313)와 광변환 필름(LCF) 사이의 거리를 조정할 수 있으므로, 두께를 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 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 정하여져야만 할 것이다.
100: SLM 200: SLM 구동부
210: 제1 데이터 구동회로 220: 제1 게이트 구동회로
300: 백라이트 유닛 310: 광 조사장치
311: 하부 기판 312: 상부 기판
313: OLED 화소 320: 선편광자
330, 340: 평행광 변환장치 341: 투명 기판
342: 기록 매질 400: 백라이트 구동부
410: 제2 데이터 구동회로 420: 제2 게이트 구동회로
500: 제어부
LCF:

Claims (16)

  1. 확산광을 조사하는 유기발광다이오드 소자를 포함하는 다수의 유기발광다이오드 화소를 포함하는 광 조사장치; 및
    상기 유기발광다이오드 화소의 확산광을 평행광으로 출력하도록, 상기 광 조사장치로부터의 광이 입사하는 측에 배치되는 제1 기록매질과, 상기 제1 기록매질에 부착되어 광이 출사하는 측에 배치되는 제2 기록매질을 포함하는 광변환 필름을 포함하며,
    상기 제1 기록매질에는, 제1 각도로 입사되는 제1 평행광과, 렌즈 어레이를 통해 확산되어 수직으로 입사되는 제1 확산광이 기록되고 제2 기록매질에는 상기 제1 각도로 입사된 제1 평행광을 통과시켜 형성된 제2 확산광과, 상기 제2 기록매질에 수직으로 입사되어 통과되는 제3 평행광이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변환 필름으로부터 출력된 평행광 중에서 제1 선편광만 출력하는 선편광자를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 홀로그램 간섭무늬 이미지를 표시하는 공간 광변조기; 및
    청구항 1 또는 청구항 6 기재의 백라이트 유닛을 포함하는 홀로그램 영상 표시장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 광변환 필름으로부터 출력된 평행광 중에서 제1 선편광만 출력하는 선편광자를 더 포함하는 홀로그램 영상 표시장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 상기 공간 광 변조기의 중앙부에서 양측 가장자리로 스캐닝 구동되고,
    상기 광 조사장치는 상기 공간 광 변조기의 스캐닝 구동과 같이 상기 공간 광 변조기의 중앙부에서 양측 가장자리로 스캐닝 구동되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 표시장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 상기 공간 광 변조기의 중앙부에서 양측 가장자리로 스캐닝 구동되고,
    상기 광 조사장치는 상기 다수의 유기발광다이오드 화소를 동시에 점등 및 소등시키는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1확산광은 상기 렌즈 어레이에 제2 평행광을 입사시켜 상기 렌즈 어레이의 초점거리로부터 확산되는 광이며,
    상기 제2 확산광은 상기 광변환 필름으로부터 상기 렌즈 어레이의 초점거리만큼 떨어진 거리에서부터 확산되는 광인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1확산광은 상기 렌즈 어레이에 제2 평행광을 입사시켜 상기 렌즈 어레이의 초점거리로부터 확산되는 광이며,
    상기 제2 확산광은 상기 광변환 필름으로부터 상기 렌즈 어레이의 초점거리만큼 떨어진 거리에서부터 확산되는 광인 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 표시장치.
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