KR102205989B1 - 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/10—Processes or apparatus for producing holograms using modulated reference beam
    • G03H1/12—Spatial modulation, e.g. ghost imaging

Abstract

홀로그래픽 표시 장치는 광을 출사하는 광원부 및 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 상기 공간 광 변조기는 상기 광원부에서 출사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 변조하여 홀로그램 영상을 출력할 수 있다. 상기 공간 광변조기는 기판 및 상기 기판 상에 적층된 복수의 광 변조층들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 광 변조층들은 굴절률, 두께, 및 투명도 중 적어도 하나가 서로 상이할 수 있다.

Description

홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법{HOLOGRAPHIC DISPLAY APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정지 영상을 표시하는 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
홀로그래픽(holographic) 방식을 이용한 입체영상 기술은 현재 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 입체영상을 보는 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식에서 나타나는 피로도를 근원적으로 피할 수 있으므로, 궁극적으로 도달하여야 할 차세대 입체영상 기술로 많은 주목을 받고 있다. 홀로그래픽 영상은 눈의 착시를 이용하여 입체감을 느끼는 기존 방식과는 다르게 실제 상이 맺히는 것을 직접 눈으로 보기 때문에, 실물을 보는 것과 차이가 없는 입체감을 느낄 수 있다. 따라서, 장시간 시청하여도 피로도가 나타나지 않는 장점을 갖는다.
홀로그래피(holography) 기술은 1949년 가보어(Gabor) 박사가 전자빔의 파면(wave front)을 기록하여 전자현미경의 분해능을 높이기 위한 방법을 찾는 과정에서 발견되었다. 그 후 기술적 진보가 많이 이루어져, 빛을 이용하여 필름(film)에 홀로그램(hologram)을 기록하고 재생하는 사진 기술은 천연색 영상을 고해상도로 구현할 수 있을 정도로 성숙 단계에 와 있는 상황이다. 하지만, 전자적으로 동영상을 표현하는 기술은 방대한 홀로그램 데이터(data)를 획득하고 처리하기 위해서, 고밀도 전자소자가 개발되어야 하고 데이터 처리와 전송 속도가 현재 기술에 비하여 비약적으로 발전하여야 하기 때문에, 아직 초기 단계로 볼 수 있다.
2차원 사진이 빛의 세기만을 기록하여 재생하는데 반하여 홀로그래피는 빛의 세기와 위상을 같이 기록하여 3차원 영상을 재생하는 기술이다. 가간섭성(coherent) 광원을 이용하여 기준파(reference wave)와 물체에서 반사되어 나온 물체파(object wave)의 간섭 무늬를 감광 필름에 홀로그램 형태로 기록한다. 즉, 기존의 2차원 사진은 영상이 필름에 직접 기록되지만, 홀로그래피는 영상이 아니라 간섭 무늬를 감광 필름에 기록하게 되는 것이다. 여기서, 홀로그램 감광 필름에 기준파를 조사하면, 빛의 회절 원리에 따라 원래 위치에 물체의 상이 그대로 재생된다. 무엇보다 고해상도 영상을 넓은 시야에서 보기 위해서는 감광 필름이 고분해능을 가져야 함을 알 수 있다. 현재 이러한 고해상도를 실현할 수 있는 홀로그램 감광 필름은 많이 개발되어있다.
하지만, 홀로그램을 전자적으로 획득하고 표시할 수 있는 전자소자 제조 기술은 아직 고해상도 영상을 얻기에는 크게 미치지 못하고 있다. 즉, 홀로그램 정보량을 모두 표현하기 위해서는 적어도 수~수십 기가(G) 이상의 화소(pixel) 수를 가진 촬영 소자 소자나 디스플레이(display)가 필요하다.
최근 디지털(digital) 홀로그래피 기술이 크게 발전하여 영상을 획득하여 홀로그램을 생성하는 기술은 어느 정도 가능성을 보이고 있는 실정이다. 깊이 정보를 얻을 수 있는 카메라를 이용하거나, 집적 영상(integral imaging) 방법으로 영상을 촬영하여 홀로그램을 생성하는 기술이 개발되고 있으며, 특히, 수직시차(vertical parallax)를 줄이든지 하여 홀로그램 정보량을 상당히 감소할 수 있는 계산 알고리즘(algorithm)이 개발되어, 현재 데이터 처리 전송 속도의 발전에 비추어 보면 실현 가능성이 매우 높아 보인다.
홀로그램을 표시하는 방법은 크게 음향 광학 변조기(AOM : Acousto-Optic Modulator)나 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)와 같은 공간 광변조기(SLM : Spatial Light Modulator)를 이용하여 이루어진다. MIT 공간 이미징 그룹과 KIST에서는 다채널 음향 광학 변조기를 제조하여 입체영상을 보여주었으나, 음향 광학 변조기는 근원적으로 선형 홀로그램을 표시하므로, 수평시차(horizontal parallax)만 줄 수 있는 한계를 가질 뿐만 아니라, 수직거울(vertical mirror)과 폴리곤거울(polygon mirror) 등을 이용하는 기계식이기 때문에, 상대적으로 구조가 복잡하다. 일본 치바대학 등에서는 액정 표시 장치 공간 광변조기를 사용하여 천연색 동영상을 구현하고 있다. 하지만, 액정 표시 장치 소자가 가지는 한계, 즉, 고속 응답속도와 고밀도 제작이 어려운 점 때문에, 아직까지 고해상도 입체영상을 구현하기에는 현재 기술로는 근원적으로 어려운 실정이다.
본 발명의 목적은 입사된 광의 진폭 및 위상을 제어할 수 있는 공간 광 변조기를 갖는 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 고해상도 홀로그램 영상을 구현할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 홀로그래픽 표시 장치는 광을 출사하는 광원부 및 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 상기 공간 광 변조기는 상기 광원부에서 출사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 변조하여 홀로그램 영상을 출력할 수 있다. 상기 공간 광변조기는 기판 및 상기 기판 상에 적층된 복수의 광 변조층들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 광 변조층들은 굴절률, 두께, 및 투명도 중 적어도 하나가 서로 상이할 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 각각이 입사된 광을 변조하는 복수의 화소들을 포함할 수 있다. 상기 광 변조층들 각각은 상기 화소들 각각에 대응하는 광 변조 소자를 포함할 수 있다.
상기 광 변조층들은 순차적으로 적층된 M (M은 2 이상의 자연수)개의 층들로 이루어질 수 있다. 상기 화소들 각각은 입사된 광을 2M 개의 변조 광들 중 어느 하나로 변조할 수 있다.
상기 광 변조층들은 투명 산화막 또는 투명 감광막으로 형성될 수 있다.
상기 광 변조층들 전체의 두께는 0.4 ~ 0.7 ㎛일 수 있다.
상기 광 변조층들은 서로 상이한 굴절률을 갖고, 서로 동일한 두께 및 투명도를 가질 수 있다.
상기 광 변조층들은 서로 상이한 투명도를 갖고, 서로 동일한 두께 및 굴절률을 가질 수 있다.
상기 광 변조층들은 제1 내지 제4 광 변조층들을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광 변조층들은 서로 다른 굴절률을 갖고, 서로 동일한 두께 및 투명도를 가질 수 있다. 상기 제3 및 제4 광 변조층들은 서로 다른 투명도를 갖고, 서로 동일한 두께 및 굴절률을 가질 수 있다.
상기 광 변조층들은 서로 상이한 두께를 갖고, 서로 동일한 굴절률 및 투명도를 가질 수 있다.
상기 광 변조층들은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광 변조층들은 제1 내지 제4 광 변조층들을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 광 변조층들의 두께는 순차적으로 두 배씩 증가할 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 상기 기판과 상기 광 변조층들 사이에 배치된 식각 방지막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광을 출사하는 광원부 및 상기 광원부에서 출사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 변조하여 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치의 제조 방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제1 광 변조층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 광 변조층이 형성된 기판 상에 상기 제1 광 변조층과 굴절률, 두께, 및 투명도 중 적어도 하나가 서로 상이한 제2 광 변조층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 광 변조층 및 상기 제2 광 변조층은 증착 공정 또는 나노 임프린트 공정을 통해 형성할 수 있다.
홀로그래픽 표시 장치의 제조 방법은 상기 제1 광 변조층이 형성된 기판 상에 식각 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 공간 광 변조기에 입사된 광의 진폭 및 위상을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 홀로그래픽 표시 장치는 고해상도 홀로그램 영상을 구현할 수 있다.
본 발명의 홀로그래픽 표시 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 화소들 각각이 복수개의 광 변조층들을 통해 복수의 비트에 따른 홀로그램 영상을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대한 개략도이다.
도 2 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대한 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 공간 광 변조기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 M 비트 데이터에 해당하는 홀로그램 영상을 표시하기 위한 공간 광 변조기의 개념도이다.
도 5는 도 4의 홀로그램 영상을 표시하는 공간 광 변조기의 단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 M 비트 데이터에 해당하는 홀로그램 영상을 표시하기 위한 공간 광 변조기의 개념도이고다.
도 7는 도 6의 홀로그램 영상을 표시하는 공간 광 변조기의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공간 광 변조기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9 는 도 8에 도시된 공간 광 변조기를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대한 개략도로서, 투과형 공간 광 변조기를 이용하는 방식에 대한 것이다.
도 1을 참조하면, 투과형 홀로그래픽 디스플레이 장치(10a)는 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300a), 및 제2 광학계(400)를 포함한다.
광원부(100)는 광을 출사한다. 광원부(100)는 가간섭성(coherent) 특성을 갖는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원 또는 LED 광원일 수 있다.
제1 광학계(200)는 광원부(100)에서 출사된 광을 공간 광 변조기(300a)에 제공한다. 제1 광학계(200)는 광원부(100)에서 출사된 광을 공간 광 변조기(300a)의 전면에 고르게 출사하는 기능을 수행한다.
제1 광학계(200)는 집속 렌즈(210), 필터(220), 및 확장 렌즈(230)를 포함할 수 있다. 집속 렌즈(210)를 통과한 광은 필터(220)의 핀홀(HL)을 통과할 수 있다. 필터(220)의 핀홀(HL)을 통과한 광은 확장 렌즈(230)를 통과하여 직경이 증가되고, 공간 광 변조기(300a)의 전면에 고르게 입사될 수 있다. 집속 렌즈(210), 필터(220), 및 확장 렌즈(230) 사이의 거리는 적절히 조절될 수 있다.
공간 광 변조기(300a)는 M 비트 데이터(M은 2 이상의 자연수)에 해당하는 홀로그램 영상(IMG)의 간섭 무늬를 기록할 수 있다. M 비트 데이터는 정지된 홀로그램 영상(IMG)에 해당하는 정보를 갖고, M 개의 비트로 이루어진 데이터일 수 있다.
공간 광 변조기(300a)는 입사된 광을 변조하여 M 비트 데이터에 해당하는 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다. 공간 광 변조기(300a)는 입사된 광을 투과시키면서 위상 및 진폭을 변조하여 정지된 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다.
제2 광학계(400)는 공간 광 변조기(300)를 통과한 광을 사용자의 위치에 집속한다.
도 2 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대한 개략도로서 반사형 공간 광 변조기를 이용하는 방식에 대한 것이다.
도 2을 참조하면, 반사형 홀로그래픽 디스플레이 장치(10b)는 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300b), 제2 광학계(400), 및 빔 분할기(500)를 포함한다.
도 2에 도시된 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300b), 제2 광학계(400)는 도 1에 도시된 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
빔 분할기(500)는 입사된 광을 공간 광 변조기(300b)에 출사할 수 있다. 빔 분할기(500)는 공간 광 변조기(300b)에서 반사된 광과 제1 광학계(200)로부터 입사된 광의 간섭을 만들어 내고, 이를 제2 광학계(400)에 출사한다.
공간 광 변조기(300b)는 입사된 광을 반사하면서, 위상과 진폭을 변조하여 정지된 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 공간 광 변조기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 공간 광 변조기(300)는 기판(SB) 및 복수의 광 변조층들(310~340)을 포함할 수 있다.
공간 광 변조기(300)가 도 1과 같이 투과형 공간 광 변조기(300a)로 사용되는 경우, 기판(SB)은 투명할 수 있다. 따라서, 기판(SB)은 입사된 광을 투과시킬 수 있다.
공간 광 변조기(300)가 도 2와 같이 반사형 공간 광 변조기(300b)로 사용되는 경우, 기판(SB)은 광 변조층들(310~340)과 접촉하는 반사층(미도시)을 포함할 수 있다. 반사층은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 기판(SB)은 반사 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
광 변조층들(310~340)은 기판(SB) 상에 차례로 적층된다. 광 변조층들(310~340)은 2 이상의 층들로 형성될 수 있다. 광 변조층들(310~340)은 M 비트 데이터에 대응하여 M 개의 층들로 형성될 수 있다.
광 변조층들(310~340)은 굴절률, 두께 및 투명도 중 적어도 하나가 서로 상이할 수 있다.
이하, M 비트 데이터는 4 개의 비트로 이루어진 데이터이고, 광 변조층들(310~340)은 4 개의 층들로 이루어진 것을 일 예로 설명한다. 광 변조층들(310~340)은 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 광 변조층들(310~340)은 5 개 이상의 층들로 이루어질 수 있다.
공간 광 변조기(300)는 복수의 화소들(PX1~PXm)을 포함할 수 있다. 화소들(PX1~PXm) 각각은 홀로그램 영상을 표시하기 위한 단위 소자일 수 있다. 화소들(PX1~PXm) 각각은 입사된 광을 변조할 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 각각은 상기 화소들(PX1~PXm) 각각에 대응하는 복수의 광 변조 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광 변조층(310)은 상기 화소들(PX1~PXm) 각각에 대응하는 복수의 제1 광 변조 소자들(311)을 포함할 수 있다. 제2 광 변조층(320)은 상기 화소들(PX1~PXm) 각각에 대응하는 복수의 제2 광 변조 소자들(321)을 포함할 수 있다. 제3 광 변조층(330)은 상기 화소들(PX1~PXm) 각각에 대응하는 복수의 제3 광 변조 소자들(331)을 포함할 수 있다. 제4 광 변조층(340)은 상기 화소들(PX1~PXm) 각각에 대응하는 복수의 제4 광 변조 소자들(341)을 포함할 수 있다.
화소들(PX1~PXm) 각각은 제1 내지 제4 광변조 소자들(311~341)을 조합하여 광의 위상과 진폭을 변조할 수 있다. 따라서, 화소들(PX1~PXm)은 입사된 광을 서로 다른 4 개 이상의 광 변조 특성을 갖는 변조 광들로 변조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 M 비트 데이터에 해당하는 홀로그램 영상을 표시하기 위한 공간 광 변조기의 개념도이고, 도 5는 도 4의 홀로그램 영상을 표시하는 공간 광 변조기의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 화소들(PX1~PXm) 각각은 M 비트 데이터에 따라 제1 내지 제4 광 변조 소자들(311~341) 중 적어도 일부를 포함하거나, 제1 내지 제4 광 변조 소자들(311~341)을 포함하지 않을 수 있다. 도 4 및 도 5에서, 화소들(PX1~PXm)은 14개인 것을 일 예로 도시하였다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 M 비트 데이트의 비트들과 서로 1:1 대응하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 4번째 비트(LSB; Least Significant Bit)는 제1 광 변조 소자(311)에 대응하고, 3번째 비트는 제2 광 변조 소자(321)에 대응하고, 2번째 비트는 제3 광 변조 소자(331)에 대응하고, 1번째 비트(MSB; Most Significant Bit)는 제4 광 변조 소자(341)에 대응하도록 구성될 수 있다. 비트 값이 1인 경우, 해당 화소는 해당하는 광 변조 소자를 포함할 수 있고, 비트 값이 0인 경우, 해당 화소는 해당하는 광 변조 소자를 포함하지 않을 수 있다.
제1 화소(PX1)를 일 예로 설명하면, 제1 화소(PX1)는 0011에 해당하는 변조광을 생성한다. 이를 위해, 제1 화소(PX1)는 제1 광 변조 소자(311) 및 제2 광 변조 소자(321)를 포함하고, 제3 광 변조 소자(331) 및 제4 광 변조 소자(341)를 포함하지 않는다. 투과형 공간 광 변조기(301)의 경우, 제1 화소(PX1)에 입사된 광은 제1 및 제2 광 변조 소자(311, 321)를 통과하면서, 위상 및 진폭이 변조되어 출사된다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 다른 2M개의 변조 광을 생성할 수 있다. 화소들(PX1~PXm) 각각이 2M개의 간섭 무늬를 구현할 수 있고, 화소들(PX1~PXm) 각각이 복수의 비트에 따른 홀로그램 영상을 구현할 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조 소자들(311~341)은 매질을 증착하고, 증착된 매질의 일부를 선택적으로 식각함으로써 형성될 수 있다.
증착 공정을 통해 제1 화소(PX1)와 제2 화소(PX2)를 형성하는 방법을 예시적으로 설명한다.
기판(SB) 상에 제1 매질을 증착한다. 증착된 제1 매질 중 제1 화소(PX1)에 대응하는 부분을 남겨두고, 증착된 제1 매질 중 제2 화소(PX2)에 대응하는 부분을 선택적으로 식각한다. 이로써 제1 광 변조 소자(311)가 형성된다.
이후, 제1 광 변조 소자(311)가 형성된 기판(SB) 상에 제2 매질을 증착한다. 증착된 제2 매질 중 제1 화소(PX1)에 대응하는 부분을 남겨두고, 증착된 제2 매질 중 제2 화소(PX2)에 대응하는 부분을 선택적으로 식각한다. 이로써, 제2 광 변조 소자(321)가 형성된다.
이후, 제1 및 제2 광 변조 소자들(311, 321)이 형성된 기판(SB) 상에 제3 매질을 증착한다. 증착된 제3 매질 중 제2 화소(PX2)에 대응하는 부분을 남겨두고, 증착된 제3 매질 중 제1 화소(PX1)에 대응하는 부분을 선택적으로 식각한다. 이로써, 제3 광 변조 소자(331)가 형성된다.
이후, 제1 내지 제3 광 변조 소자들(311, 321, 331)이 형성된 기판(SB) 상에 제4 매질을 증착한다. 증착된 제4 매질 중 제2 화소(PX2)에 대응하는 부분을 남겨두고, 증착된 제4 매질 중 제1 화소(PX1)에 대응하는 부분을 선택적으로 식각한다. 이로써, 제4 광 변조 소자(341)가 형성된다.
이로써, 제1 및 제2 광 변조 소자들(311, 321)을 포함하는 제1 화소(PX1) 및 제3 및 제4 광 변조 소자들(331, 341)을 포함하는 제2 화소(PX2)가 형성될 수 있다.
그러나, 제1 내지 제4 광 변조 소자들(311~341)은 증착 공정으로 형성되는 것에 제한되지 않고, 나노 임프린트(nano-imprint) 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 굴절률, 두께, 및 투명도가 모두 상이할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 상이한 굴절률을 갖고, 서로 동일한 두께 및 투명도를 가질 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 동일한 두께를 가지므로, 화소들(PX1~PXm)의 최대 높이는 모두 일정할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 동일한 투명도를 가지므로, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 투과한 광의 진폭은 일정할 수 있다. 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 투명한 물질, 예를 들어, 투명 산화막 또는 투명 감광막으로 형성될 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 통과한 광의 위상은 서로 달라질 수 있다. 위상 지연 값은 아래의 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112015004281241-pat00001
여기서, n은 매질의 굴절률, d는 매질의 두께, λ는 매질에 입사된 광의 파장, Φ는 매질에 입사된 광의 위상 지연 값이다.
화소들(PX1~PXm) 각각에 입사된 광은 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 통과하면서 2π 만큼 위상 지연될 수 있다. 입사된 광이 가시광의 파장 범위를 갖고, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)의 굴절률 평균이 1.5인 경우, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 전체의 두께는 0.4 ~ 0.7 ㎛ 로 형성될 수 있다. 통상적으로, 화소들(PX1~PXm) 각각의 피치 보다 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 전체의 두께가 작아야 하나의 화소에 입사된 광이 인접한 화소에서 출사되는 크로스토크 문제를 해결하고 넓은 시야각을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 형성한 경우, 공정상 마진을 고려하더라도 화소들(PX1~PXm) 각각의 피치는 1 ㎛ 이내로 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 홀로그래픽 표시 장치에 의하면, 고해상도 홀로그램 영상을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 상이한 투명도를 갖고, 서로 동일한 굴절률 및 두께를 가질 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 동일한 두께를 가지므로, 화소들(PX1~PXm)의 최대 높이는 모두 일정할 수 있다. 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 동일한 굴절률을 가지므로, 제1 광 변조층(310)을 통과한 광과 제2 광 변조층(320)을 통과한 광은 서로 동일한 위상 지연 값을 가질 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 투명도가 서로 상이하므로, 광 투과량이 다를 수 있다. 예시적으로, 제1 광 변조층(310)는 입사된 광의 20%를 투과시키고, 제2 광 변조층(320)는 입사된 광의 40%를 투과시키고, 제3 광 변조층(330)는 입사된 광의 60%를 투과시키고, 제4 광 변조층(340)는 입사된 광의 80%를 투과시킬 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 통과한 광은 서로 다른 진폭을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치는, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)의 투명도를 제어하여 입사된 광의 진폭을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 중 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 갖고, 서로 동일한 두께 및 투명도를 가질 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 중 적어도 두 개는 서로 다른 투명도를 갖고, 서로 동일한 두께 및 굴절률을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 광 변조층들(310, 320)은 서로 다른 굴절률을 갖고, 서로 동일한 두께 및 투명도를 가질 수 잇다. 제3 및 제4 광 변조층들(330, 340)은 서로 다른 투명도를 갖고, 서로 동일한 두께 및 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)의 굴절률 및 투명도를 제어하여 입사된 광의 진폭 및 위상 모두를 조절할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 M 비트 데이터에 해당하는 홀로그램 영상을 표시하기 위한 공간 광 변조기의 개념도이고, 도 7는 도 6의 홀로그램 영상을 표시하는 공간 광 변조기의 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 공간 광 변조기(302)와 도 4 및 도 5에 도시된 공간 광 변조기(301)의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에서, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 상이한 두께를 갖고, 서로 동일한 굴절률 및 투명도를 가질 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 동일한 굴절률 및 투명도를 가지므로, 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 상이한 두께를 가지므로, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 통과한 광은 서로 다른 위상 지연 값을 가질 수 있다. 예시적으로, 상기 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)의 두께는 순차적으로 두 배씩 증가할 수 있다. 제1 광 변조층(310)은 제1 두께(D1)를 가질 수 있다. 제2 광 변조층(320)은 제2 두께(D1)의 두 배인 제2 두께(D2)를 가질 수 있다. 제3 광 변조층(330)은 제2 두께(D2)의 두 배인 제3 두께(D3)를 가질 수 있다. 제4 광 변조층(340)은 제3 두께(D3)의 두 배인 제4 두께(D4)를 가질 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 서로 다른 2M개의 변조 광을 생성할 수 있다. 화소들(PX1~PXm) 각각이 2M개의 간섭 무늬를 구현할 수 있고, 화소들(PX1~PXm) 각각이 복수의 비트에 따른 홀로그램 영상을 구현할 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 나노 임프린트 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공간 광 변조기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)이 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 서로 동일한 물질로 형성되는 경우, 공간 광 변조기(303)는 식각 방지막(350)을 더 포함할 수 있다.
식각 방지막(350)은 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 중 인접한 두 개의 층들 사이에 배치될 수 있다. 식각 방지막(350)은 제1 식각 방지막(351), 제2 식각 방지막(352), 및 제3 식각 방지막(353)을 포함할 수 있다. 제1 식각 방지막(351)은 제1 및 제2 광 변조층들(310, 320) 사이에 배치될 수 있다. 제2 식각 방지막(352)은 제2 및 제3 광 변조층들(320, 330) 사이에 배치될 수 있다. 제3 식각 방지막(353)은 제3 및 제4 광 변조층들(330, 340) 사이에 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)이 동일한 물질로 형성되는 경우, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)은 하나의 에천트에 대해 동일한 식각비를 갖는다. 만일, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)이 증착 공정을 통해 형성되고, 제1 식각 방지막(351)이 없는 경우, 제2 광 변조층(320)을 형성할 때, 제1 광 변조층(310)이 손상될 수 있다.
식각 방지막(350)은 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340) 중 인접한 두 개의 층들 중 상부의 층을 형성할 때 하부의 층이 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 광 변조층들(310~340)을 동일한 물질로 형성하는 경우라도, 증착 공정을 통해 형성할 수 있다.
도 9 는 도 8에 도시된 공간 광 변조기(303)를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 기판(SB) 상에 제1 매질을 증착하고, 증착된 제1 매질을 선택적으로 식각(패터닝)하여 제1 광 변조 소자(311)를 형성한다. 이후, 제1 광 변조 소자(311) 상에 제1 식각 방지막(351)을 증착한다.
제1 식각 방지막(351) 상에 제2 매질(323)을 증착한다. 제1 매질과 제2 매질(323)은 서로 동일한 물질일 수 있다. 제2 매질(323) 상에 감광막 패턴(PR)을 형성한다. 감광막 패턴(PR)이 형성된 영역은 제2 매질(323)이 식각되지 않는 영역이고, 감광막 패턴(PR)이 형성되지 않은 영역은 제2 매질(323)이 식각되는 영역이다.
이후 노광 및 식각 공정을 통해 감광막 패턴(PR)에 의해 노출된 제2 매질(323)을 선택적으로 식각한다. 이때, 제1 광 변조 소자(311)는 제1 식각 방지막(351)에 의해 보호되어 식각되지 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
10a, 10b: 홀로그래픽 디스플레이 장치
100: 광원부
200: 제1 광학계
300: 공간 광 변조기
310~340: 제1 내지 제4 광 변조층들
400: 제2 광학계
500: 빔 분할기

Claims (16)

  1. 광을 출사하는 광원부; 및
    상기 광원부에서 출사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 변조하여 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기를 포함하고,
    상기 공간 광 변조기는,
    기판; 및
    상기 기판 상에 적층된 복수의 광 변조층들을 포함하되,
    상기 복수의 광 변조층들은 상기 기판으로부터 순차적으로 적층된 제1 내지 제4 광 변조층들을 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 광 변조층들의 두께는 순차적으로 두 배씩 증가하며, 상기 제1 내지 제4 광 변조층들의 굴절률 및 투명도는 서로 동일하고,
    상기 제1 내지 제4 광 변조층들 중 서로 인접하는 상기 광 변조층들 사이에 개재되는 식각 방지막을 더 포함하는 홀로그래픽 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 각각이 입사된 광을 변조하는 복수의 화소들을 포함하고,
    상기 광 변조층들 각각은 상기 화소들 각각에 대응하는 광 변조 소자를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 변조층들은 순차적으로 적층된 M (M은 2 이상의 자연수)개의 층들로 이루어지고,
    상기 화소들 각각은 입사된 광을 2M 개의 변조 광들 중 어느 하나로 변조하는 홀로그래픽 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 변조층들은 투명 산화막 또는 투명 감광막으로 형성되는 홀로그래픽 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 변조층들 전체의 두께는 0.4 ~ 0.7 ㎛인 홀로그래픽 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광 변조층들은 서로 동일한 물질로 이루어진 홀로그래픽 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 광을 출사하는 광원부 및 상기 광원부에서 출사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 변조하여 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 제1 광 변조층을 형성하는 단계;
    상기 제1 광 변조층이 형성된 기판 상에 식각 방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 식각 방지막 상에 제2 광 변조층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 광 변조층의 두께는 상기 제1 광 변조층의 두께의 두 배이며, 상기 제1 광 변조층과 상기 제2 광 변조층의 굴절률 및 투명도는 서로 동일한 홀로그래픽 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광 변조층 및 상기 제2 광 변조층은 증착 공정 또는 나노 임프린트 공정을 통해 형성하는 홀로그래픽 표시 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
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