KR102336298B1 - 홀로그램 프로젝터 - Google Patents

홀로그램 프로젝터 Download PDF

Info

Publication number
KR102336298B1
KR102336298B1 KR1020207006817A KR20207006817A KR102336298B1 KR 102336298 B1 KR102336298 B1 KR 102336298B1 KR 1020207006817 A KR1020207006817 A KR 1020207006817A KR 20207006817 A KR20207006817 A KR 20207006817A KR 102336298 B1 KR102336298 B1 KR 102336298B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
hologram
alignment layer
pixel
Prior art date
Application number
KR1020207006817A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200034796A (ko
Inventor
닐 콜링스
후안 쉬
Original Assignee
듀얼리타스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 듀얼리타스 리미티드 filed Critical 듀얼리타스 리미티드
Publication of KR20200034796A publication Critical patent/KR20200034796A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102336298B1 publication Critical patent/KR102336298B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13373—Disclination line; Reverse tilt
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133738—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homogeneous alignment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13378—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • G02F1/133784—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by rubbing
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136277—Active matrix addressed cells formed on a semiconductor substrate, e.g. of silicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13706—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having positive dielectric anisotropy
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1393—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/292—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2286—Particular reconstruction light ; Beam properties
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal
    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G02B2027/0109—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements comprising details concerning the making of holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/1313—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells specially adapted for a particular application
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133749—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for low pretilt angles, i.e. lower than 15 degrees
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/02—Function characteristic reflective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/07—Polarisation dependent
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/50—Phase-only modulation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/006—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G03H2001/0816—Iterative algorithms
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H2001/2223—Particular relationship between light source, hologram and observer
    • G03H2001/2231—Reflection reconstruction
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/34—Multiple light sources
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/20—Nature, e.g. e-beam addressed
    • G03H2225/22—Electrically addressed SLM [EA-SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/31—Amplitude only
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/32—Phase only
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/30—Modulation
    • G03H2225/33—Complex modulation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/52—Reflective modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/55—Having optical element registered to each pixel
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/60—Multiple SLMs
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/60—Multiple SLMs
    • G03H2225/61—Multiple SLMs for multicolour processing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2240/00—Hologram nature or properties
    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/61—SLM related parameters, e.g. pixel size

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

반사형 액정 디스플레이 장치 및 디스플레이 드라이버를 포함하는 홀로그램 프로젝터에 있어서,
상기 반사형 액정 디스플레이 장치는:
제1 기판 및 상기 제1 기판에 실질적으로 평행한 제2 기판 사이에 배치되는 광 변조층으로서, 상기 광 변초증은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함하고, 상기 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하고, 상기 제1 배향막은 상기 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도(pre-tilt angle)(θ1)를 갖도록 배열되며 포함하며, 여기서 θ1>5° 이고, 상기 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배향막을 포함하며, 상기 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정이 제2 프리틸트 각도 θ2 를 갖도록 배열되고, 여기서 제1 프리틸트 각도(θ1)>5° 인, 광 변조층; 및
상기 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리 (x)를 갖는 복수의 픽셀로서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리 (d)는 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이고, 액정의 복굴절률(△n)은 0.20과 같거나 그 보다 큰, 복수의 픽셀을 포함하고,
상기 디스플레이 드라이버는, 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들로부터 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동시켜 홀로그램을 디스플레이 하도록 상기 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동 시키도록 배열되는,
홀로그램 프로젝터.

Description

홀로그램 프로젝터
본 발명은 프로젝터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홀로그램 프로젝터, 홀로그램 프로젝션 시스템 및, 홀로그램 프로젝터와 같은 프로젝터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액정 디스플레이에서 프린징 전계 효과를 감소시키는 방법 및 액정 디스플레이에서 디스크 경사결함(disclination) 영향을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 일부 실시 예는 액정 셀에서 경사결함 라인을 이동시키는 방법에 관한 것이다. 일부 실시 예는 헤드 업 디스플레이 및 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것이다.
물체에서 산란된 광은 진폭 및 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭 및 위상 정보는 예컨대 잘 알려진 간섭 기술에 의해 감광성 플레이트 상에 캡쳐 되어 홀로그래픽 기록 또는 간섭 줄무늬를 포함하는 "홀로그램"을 형성할 수 있다. 홀로그램은 원 객체를 나타내는 2 차원 또는 3 차원 홀로그래픽 재구성(reconstruction) 또는 재생(replay) 이미지를 형성하기에 적절한 광을 조사함으로써 구성될 수 있다.
컴퓨터 생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 수치적으로 간섭 프로세스(interference process)를 시뮬레이션 할 수 있다. 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)는 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적 변환에 기초한 기술에 의해 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬 또는 푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 표현 또는 객체의 주파수 도메인 표현으로 간주될 수 있다. CGH는 또한, 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기법(point cloud technique)에 의해 계산될 수 있다.
CGH는 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 형성된 공간 광변조기(SLM) 상에 인코딩 될 수 있다. 광 변조는 예컨대 전기적으로 어드레스 가능한 액정, 광학적으로 어드레스 가능한 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
SLM은 셀들(cells) 또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레싱 가능한 픽셀들을 포함할 수 있다. 광 변조 방식은 이진(binary), 다중 레벨(multilevel) 또는 연속(continuous)일 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 픽셀로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM으로부터 반사되어 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. SLM은 변조 광이 SLM을 투과하여 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.
상기 기술을 이용하여 화상을 투영하는 홀로그래픽 프로젝터가 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터는 예컨대 헤드업 디스플레이(HUD) 및 근안 장치를 포함하는 헤드마운트 디스플레이(HMD)에 적용되고 있다.
본 발명은 액정(liquid crystal)의 국부적 배향(local orientation)이 n-방향자, 단순하게는, 방향자에 의해 설명되는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 몇몇 경우에, 픽셀로 이루어진 액정 장치는 소위 프린징 전계(fringing field) 효과에 의해 영향받을 수 있다. 프린징 전계는 전기장이 불균일한 것으로서, 이는 액정 방향자의 국부적인 방향을 결정한다. 프린징 전계는 각각의 픽셀이, 데이터 전압을 나타내는 수직 전기장에 영향을 미치는 인접한 픽셀로부터의 원하지 않는 수평 전기장에 노출됨으로써, 발생한다. 프린징 전계는 따라서 액정의 배향을 왜곡시키고 디스플레이 장치의 성능에 해로운 영향을 미친다.
위상을 조절하는 디스플레이 장치에서, 프린징 전계 효과는 복 굴절 손실 및 불균일한 위상 지연을 초래한다. 예를 들어, 본 발명자들은 프린징 전계 효과가 4㎛ 픽셀 및 수 마이크로미터의 셀 갭으로 15-30%의 위상 지연 손실을 초래한다는 것을 발견하였다. 이것은 경사 선에서의 광 회절 및 지연의 손실로 인해 홀로 그래픽 투영의 품질을 저하시킬 수 있다.
예를 들어, 유전체 차폐벽 구조를 포함하여 전극의 형상을 변경하거나 유전체 차폐벽 구조에 연관하여 프린징 전계 효과를 감소시키려는 시도가 있었다. 그러나 이러한 접근 방식은 표면 처리가 필요한 미세 구조를 요하기 때문에 복잡하다.
미국 특허, US 6,473,149호는 소위 역 틸트 경사결함(reverse tilt disclination)을 제거하는 픽셀 간 영역에서 액정의 굴곡 변형이 형성되는 것을 방해하도록 배열된 스페이서 재료를 개시하고 있다.
본 명세서는, 적어도 픽셀 밀도가 높고 위상 홀로그래피에 대해 0 내지 2π 의 전체 위상 지연 범위에서 각 픽셀의 고속 스위칭이 필요한 경우, 프린징 전계의 효과를 상당히 감소시키는 간단한 접근 방식을 기술한다.
본 발명의 양태들은 첨부된 독립 청구항들에서 정의된다.
다른 많은 유형의 디스플레이 장치가 존재한다. 본 발명은 위상 홀로그램을 사용하여 영상 속도로 홀로 그래픽을 투영하기 위한 고해상도(고밀도 픽셀) 및 고속 스위칭 픽셀을 갖는 반사형 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따르면, 고해상도 디스플레이는 픽셀 피치가 10㎛ 이하인 것으로 정의된다. 고품질 홀로그램 프로젝션은 최대 2π 위상 지연을 제공할 수 있는 픽셀이 필요하다. 반사 셀 합계의 총 지연, Φ은 다음 식을 만족한다.
Figure 112020024323055-pct00001
여기서 d는 셀 간격이고, △n은 액정의 복 굴절이며, λ는 빛의 파장이다. 곱 d△n 값은 경로 차이값으로 알려져 있다. 본 개시내용은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 포함하는 평면상-정렬 네마틱 셀(planar-aligned nematic cell)에 관한 것으로, 이러한 구성은 위상 홀로그래피에 효과적인 것으로 밝혀졌다. 이러한 셀의 응답 시간은 셀 갭의 제곱에 연관된다. 본 개시내용은 및 한계 내에서 동작함으로써 0.5㎛≤d≤3㎛ 및 △n≥0.20 이내에서 최대 2π 의 고속 스위칭 위상 지연을 제공한다.
몇몇 유형의 액정 디스플레이의 경우에, 프린징 전계는 픽셀에서 소위 경사결함(디스클리네이션)을 발생시켜 성능을 저하시킬 수 있다. 본 개시 내용에 따른 반사형 액정 표시 장치의 유형에서, 이러한 경사결함이 특히 두드러지는 것으로 알려져 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치에서 발생하는 특정 경사결함은 장치가 위상 홀로그램을 표시하는데 사용되면서 0에서 2π의 빠른 스위칭이 요구될 때 문제가 있다는 것으로 알려져 있다.
반사형 액정 디스플레이 장치 및 디스플레이 드라이버를 포함하는 홀로그램 프로젝터가 제공된다. 반사형 액정 표시 장치는 광 변조층, 제1 기판, 제2 기판 및 복수의 픽셀을 포함한다. 광 변조층은 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된다. 제2 기판은 제1 기판에 실질적으로 평행하다. 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함한다. 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하고, 제1 배향막은 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도(pre-tilt angle) θ1를 갖도록 배열되며, 여기서 θ1>5° 이다. 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배향막을 포함하며, 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정이 제2 프리틸트 각도 θ2 를 갖도록 배열되고, 여기서 θ1>5° 이다. 복수의 픽셀은 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리 (x)를 갖는다. 제1 기판과 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리 (d)는 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이다. 액정의 복 굴절률(△n)은 0.20과 같거나 그 보다 크다. 디스플레이 드라이버는, 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들로부터 선택된 각각의 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동함으로써 홀로그램을 디스플레이 하도록 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동 시키도록 배열된다. 복수의 변조 레벨은 제1 및 제2 기판상의 각각의 전극 사이에 가변 전압 (보통 0V 내지 5 또는 6V)을 인가함으로써 제공된다.
본 발명의 발명자들은 액정의 극성 프리틸트 각도를 몇도 정도 변화 시키는 것이 수십 마이크로 미터만큼 경사결함의 위치를 변화 시킨다는 것을 발견하였다. 본 발명의 발명자들은 본 개시내용에 따른 특정 셀들에 의해, 그 성능을 저하시키지 않으면서도, 두 기판 상에 0.5 내지 3㎛의 셀 갭에 적어도 5도의 프리틸트 각도를 적용함으로써, 각 픽셀의 활성 영역의 외부로 그리고 픽셀 사이 간극 영역으로 효과적으로 경사결함을 이동시키는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 이 접근 방식은 배향막을 사용하여 간단하고 쉽게 구현된다. 액정 셀의 제조 분야에 대한 당업자에게 본 명세서에 개시된 배향막을 제공하는 방법은 공지된 것이므로, 상세한 설명은 본 명세서에서 제공되지 않는다. 본 접근 방식은 적어도 그 단순성으로 인해 미세 구조를 사용하는 다른 접근 방식보다 특히 유리하다.
제1 프리틸트 각도는 15°와 같거나 그 보다 작을 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 제2 프리틸트 각도는 또한 15 °이하일 수 있다. 프리틸트 각도가 증가함에 따라, 액정은 인가된 전기장으로부터 이완되는데 시간이 더 걸리고, 또한 위상 지연을 유지하기 위해 더 큰 셀 갭(cell gap)이 필요하다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 셀에 대해서, 프리틸트 각도가 15 도보다 큰 경우, 이러한 단점이 프린징 전계 효과를 감소시켜 얻는 이점 보다 클 수 있다는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 15도 이상의 결사결함 선형 변위가 더 감소하다는 것은 거의 밝혀진 바가 없다.
픽셀이 반복된 거리는 6 ㎛ 와 같거나 그 보다 작을 수 있다. 본 개시에 따른 액정 셀에서, 5도보다 큰 프리틸트 각도는 픽셀 반복 거리 또는 픽셀 피치가 6㎛ 이하이면 특히 효과적이라는 것으로 알려져 있다.
제1 기판과 제2 기판의 내부면 사이의 거리 (d)는 1㎛ 이상 3㎛ 이하일 수 있다. 거리(d)가 1㎛ 미만인 경우, 장치를 제조하기가 매우 어려워질 수 있고, 필요한 전체 위상 지연의 범위를 얻기 위해서 매우 높은 복 굴절률을 갖는 특이한 액정 혼합물이 요구된다는 것으로 알려져 있다.
복 굴절률은 0.25 이상, 예컨대 0.3 이상일 수 있다. 본 명세서에 기술 된 프린징 전계 효과는 비교적 얇은 셀에서 관찰된다. 얇은 셀은 고품질 위상 홀로그래피에 필요한 모든 범위의 위상 지연을 얻기 위해서 더 높은 복 굴절률 액정을 필요로 한다.
복 굴절률은 0.70 이하, 예컨대 0.6 이하일 수 있다. 복 굴절률이 높으면 스위칭 속도가 저하될 수 있는데, 이는 이러한 재료가 일반적으로 점성이 더 높기 때문이다. 또한, 액정은 청색광에 민감해질 수 있고 본 개시에 따른 장치에 문제가 되는 광분해를 겪을 수 있다.
제1 프리틸트 각도와 제2 프리틸트 각도는 평행 할 수 있다. 본 발명의 발명자들은 본 명세서에 기술된 개념이 Pi-셀에서 발견되는 소위 역 병렬 프리틸트 구조(anti-parallel pre-tilt configuration)에서 덜 효과적이라는 것을 발견하였다. 따라서, 본 개시에 따른 광-변조층은 예를 들어 Pi- 셀과 달리 바이어스 전압을 요구하지 않는다. 본 발명자들은 역병렬 배열(anti-parallel arrangement)에서 경사결함 위치가 프리틸트 각도에 덜 반응한다는 것을 발견 하였다.
제1 프리틸트 각도와 제2 프리틸트 각도는 실질적으로 동일하여 제작을 용이하게 한다.
본 개시 내용의 실시예들은 비-트위스트 네마틱(non-twisted nematic) 구조와 같은 비-트위스트 액정 구조에 관한 것이다. 액정 구조가 꼬임(twist)을 포함 할 때, 셀의 거동은 매우 다양해 진다. 구체적으로, 전압에 대한 트위스트 구조인 액정의 응답은 본 개시에 따른 액정의 응답과 매우 상이하다. 즉, 본 개시에 따르면, 제1 배향막은 제1 기판에 근접한 액정 상에 제1 방위각을 부여하도록 추가로 배치될 수 있고, 제2 배향막은 또한 액정에 근접한 제2 기판에 제2 방위각을 부여하도록 배치될 수 있고, 여기서, 제1 방위각 및 제2 방위각은 실질적으로 평행하다. 간단히 말해서, 트위스트(꼬임) 구조가 없다.
홀로그램 프로젝터는 제1 방위각과 실질적으로 평행한 편광 방향을 갖는 선형 편광된 광을 반사형 액정 디스플레이 장치에 조사하도록 구성된 광원을 더 포함 할 수 있다.
복수의 픽셀들에 인접한 픽셀은 0.1 내지 0.4㎛의 픽셀 간 간격을 가질 수 있다. 큰 프린징 전계 효과가 이 범위에서 관찰 되며 이에 본원에 개시된 개념은 이 범위 내에서 특히 효과적이다.
반사형 액정 장치에서 , 경사결함을 이동시키는 것과 같이, 프린징 전계 효과를 감소시키는 방법이 또한 제공된다. 반사형 액정 장치는 제1 기판과 제1 기판에 실질적으로 평행한 제2 기판 사이에 있는 광 변조층을 포함한다. 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함한다. 제1 기판은 실질적으로 투명하고 제1 배향막을 포함한다. 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배향막을 포함한다. 광 변조층은 픽셀 반복 거리(pixel repeat distance) x (여기서, x≤10 ㎛ 및 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이고, d는 제1 기판 및 제2 기판이 마주하는 내부 거리이고, Δn≥0.20이고, Δn은 액정의 복굴절율임)를 갖는 광변조층 상에 형성되는 복수의 픽셀을 더 포함한다. 본 방법은 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도 θ1 (여기서, θ1> 5°)를 갖게 하고, 제2 기판에 근접한 액정에 제2 프리틸트 각도 θ2 (여기서, θ2> 5°)를 갖게 하는 것을 포함한다.
제1 / 제2 프리틸트 각도를 갖게 하는 단계는 제1 / 제2 배향막을 배향 방향으로 러빙하는(rubbing) 단계를 포함할 수 있다.
본 방법은 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들 중에서 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동함으로써 홀로그램을 디스플레이 하도록 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
d가 3㎛보다 큰 경우, 액정 응답 시간은 d에 따라 증가하기 때문에 비디오 속도로 홀로그램 시퀀스를 표시하는 것이 더 어려울 수는 있으나, 본 발명에 따른 프린징 전계 효과는 최대 5 ㎛의 셀 갭에 대해 감소될 수 있음을 확인하였다. 이에, 다른 예에서, d는 0.5 ㎛≤d≤5 ㎛이다. 따라서, 반사형 액정 디스플레이 장치 및 디스플레이 드라이버를 포함하는 홀로그램 프로젝터가 제공된다. 반사형 액정 표시 장치는 광 변조층, 제1 기판, 제2 기판 및 복수의 픽셀을 포함한다. 광 변조층은 제1 기판과 제2 기판 사이에 있다. 제2 기판은 제1 기판과 실질적으로 평행하다. 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함한다. 제1 기판은 실질적으로 투명하고 제1 배향막을 포함하며, 제1 배향막은 제1 기판에 근접한 액정 상이 제1 프리틸트 각도 (θ1)를 갖도록 배열되고, 여기서 θ1> 5°이다. 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배항막을 포함하고, 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정 상이 제2 프리틸트 각도(θ2)를 갖도록 배열되고, 여기서, θ2> 5°이다. 복수의 픽셀은 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리(x)를 갖는다. 제1 기판과 제2 기판의 내부면 사이의 거리(d)는 0.5 ㎛≤d≤5 ㎛이다. 액정의 복 굴절률 Δn은 0.20 이상이다. 디스플레이 드라이버는 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들 중에서 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동시켜 홀로그램을 디스플레이 하도록 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동 시키도록 배열된다.
반사형 액정 표시 장치가 제공된다. 반사형 액정 표시 장치는 광 변조층, 제1 기판, 제2 기판 및 복수의 픽셀을 포함한다. 광 변조층은 제1 기판과 제2 기판 사이에 있다. 제2 기판은 제1 기판과 실질적으로 평행하다. 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함한다. 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하고, 제1 배향막은 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도 (θ1)를 갖도록 배열되고, 여기서, θ1> 5°이다. 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배향막을 포함하고, 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정이 제2 프리틸트 각도(θ2)를 갖도록 배열되고,여기서, θ2> 5°이다. 복수의 픽셀은 광 변조층 상에 정의되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리(x)를 갖는다. 제1 기판과 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리(d)는 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이다. 액정의 복 굴절률 △n은 0.20 이상이다.
반사형 액정 디스플레이 장치 및 디스플레이 드라이버를 포함하는 홀로그램 프로젝터가 제공된다. 반사형 액정 표시 장치는 광 변조층, 제1 기판, 제2 기판 및 복수의 픽셀을 포함한다. 광 변조층은 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된다. 제2 기판은 제1 기판과 실질적으로 평행하다. 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함한다. 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하며, 제1 배향막은 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도(θ1)를 갖도록 배열되고, 여기서, θ1> 5°이다. 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 기판을 가지고, 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정이 제2 프리틸트 각도 (θ2)를 갖도록 배열되고, 여기서, θ2> 5°이다. 복수의 픽셀은 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리 (x)를 갖는다. 곱 d·Δn는, d·Δn≥0.2, 예컨대, d·Δn ≥0.30이고, 여기서 d는 제1 기판과 제2 기판의 내부면 사이의 거리이고, Δn 은 액정의 복굴절률이다. 디스플레이 드라이버는 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들 중에서 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동시켜 홀로그램을 디스플레이 하도록 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동시키도록 배열된다.
또한, 액정 디스플레이 장치 및 디스플레이 드라이버를 포함하는 홀로그램 프로젝터가 제공된다. 액정 표시 장치는 광 변조층, 제1 기판, 제2 기판 및 복수의 픽셀을 포함한다. 광 변조층은 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된다. 제2 기판은 제1 기판과 실질적으로 평행하다. 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함한다. 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하고, 제1 배향막은 제1 기판에 근접한 액정 상이 제1 프리틸트 각도 (θ1)를 갖도록 배열되고, 여기서 θ1> 5°이다. 제2 기판은 실질적으로 투과성이며 제2 배향막을 포함하고, 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정 상이 제2 프리틸트 각도(θ2)를 갖도록 배열되고, 여기서 θ2> 5°이다. 복수의 픽셀은 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리(x)를 갖는다. 제1 기판과 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리 (d)는 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이다. 액정의 복 굴절률 Δn은 0.20 이상이다. 디스플레이 드라이버는 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들 중에서 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동시켜 홀로그램을 디스플레이 하도록 액정 디스플레이 디바이스를 구동 시키도록 배열된다.
"홀로그램"이라는 용어는 객체에 대한 진폭 정보 또는 위상 정보, 또는 그들의 몇몇 조합들을 포함하는 기록물을 지칭하는 데 사용된다. "홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)"이란 용어는 홀로그램을 조사하여 형성되는 물체의 광학적 재구성을 가리키는 용어이다. "재생 평면(replay plane)"라는 용어는 본 명세서에서 홀로그래픽 재구성이 완전히 형성된 공간 상의 평면을 가리키는데 사용된다. 용어 "재생 필드"는 공간 광 변조기로부터 공간적으로 변조 된 광을 수신 할 수 있는 재생 평면의 하위 영역을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다. "이미지" 및 "이미지 영역"이라는 용어는 홀로그래픽 재구성을 형성하는 광에 의해 조명되는 재생 필드의 영역을 지칭한다. 실시예들에서, "이미지"는 "이미지 픽셀"로 지칭 될 수 있는 개별 스폿을 포함 할 수 있다.
"인코딩(encoding)", "기록(writing)"또는 "어드레싱(addressing)"이라는 용어는 각 픽셀의 변조 레벨을 각각 결정하는 복수의 제어 값에 대해 SLM의 복수의 픽셀을 제공하는 프로세스를 기술하는데 사용된다. SLM의 픽셀들은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포(light modulation distribution)를 "표시(display)"하도록 구성 될 수 있다. 즉, SLM은 홀로그램을 "표시하는 것"으로 지칭될 수 있다.
수용 가능한 품질의 홀로그래픽 재구성은 본래의 객체와 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이러한 홀로그래픽 기록은 위상-한정 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 몇몇 실시예들은 단지 예시적으로 위상-한정 홀로그램에 관련되어 기술되었으나 본 발명은 진폭한정 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
본 발명은 또한 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그래픽 재구성을 형성하는데 동일하게 적용 가능하다. 일부 실시예에서, 이것은 원래 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 모두 포함하는 소위 완전-복소 홀로그램을 사용하는 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 각 화소에 할당된 값(그레이 레벨)이 진폭 및 위상 성분을 갖기 때문에 완전-복소 홀로그램으로 불릴 수 있다. 각 화소에 할당된 값(그레이 레벨)은 진폭 및 위상 성분을 갖는 복소수로 표현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 완전-복소 컴퓨터 생성 홀로그램이 계산된다. 예를 들어, 본 발명은 두 개의 어레이로 이루어진 위상-변조 픽셀이 이용되는 완전-복소 홀로그램에 적용될 수 있다.
위상 값, 위상 성분, 위상 정보, 또는 간단히, 컴퓨터 생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 화소들의 위상을 “위상-지연”의 약자로서 참조할 수 있다. 즉, 기술된 임의의 위상 값은 사실 그 화소에 의해 제공된 위상 지연의 양을 나타내는 숫자 (예를 들어, 0 내지 2π범위인)이다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 화소가 위상 값 π/2를 갖는 것으로 기술된다면, 이는 전달된 광의 위상을 π/2라디안만큼 변경할 것이다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기의 화소 각각은 복수의 가능한 변조 값들(예를 들어, 위상 지연 값들)에서 동작 가능하다. “그레이 레벨”이란 용어는 복수의 이용 가능한 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, “그레이 레벨”이란 용어는 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 정도를 제공하지 않더라도, 편의상 위상-한정 변조기의 복수의 가용 위상 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다. “그레이 레벨”이란 용어는 또한 복소 변조기에서 복수의 가용 복소 변조 레벨을 지칭하는데 사용될 수 있다.
"프리틸트" 각도가 전체적으로 참조된다. 액정 디스플레이 분야의 당업자는 배향막 및 프리틸트 각도의 개념에 대해 익숙할 것이다. 본 발명은 막대형(rod-shape) 분자를 포함하는 네마틱 액정 재료에 관한 것이다. 이러한 재료가 정렬될 때(예를 들어, 러빙에 의해 형성된 배향막에 근접하여 배치될 때), 정렬된 분자는 막대의 평면 내 및 평면 외의 배향 둘 모두를 나타낸다. 배향막이 러빙에 의해 형성된 경우, 막대의 평면내 정렬 방향은 전체적으로 러빙 방향과 동일하다. 기판에 대한 막대의 평면 외 틸트 각도(tilt angle) ( "극각(polar angle)")가 프리틸트 각도가 된다. 다시 말해서, 프리틸트 각도는 대응하는 배향막에 근접한 액정의 종축의 기판의 평면에 대한 극각이다.
"픽셀 피치"로도 지칭될 수 있는 "픽셀 반복 거리"가 참조된다. 픽셀 어레이의 픽셀 피치는 인접한 픽셀들의 대응하는 지점들 사이의 직선 거리이다. 따라서 이 용어는 어레이의 주기성 또는 픽셀이 반복되는 주파수를 반영한다. 픽셀 피치는 픽셀의 폭과 픽셀간 간극의 합을 포함한다. 본 발명은 x- 방향의 픽셀 피치 및 y- 방향의 픽셀 피치를 갖는 평면 상에 [x X y] 픽셀 어레이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에 언급된 임의의 복 굴절율 값은 650 nm의 파장에서의 복 굴절률이다.
상이한 구성 및 구성의 그룹이 후술하는 상세한 설명에 개별적으로 개시될 수 있지만, 임의의 구성 또는 구성의 그룹의 임의의 특징은 임의의 구성 또는 구성 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 개시된 특징들의 모든 가능한 조합 및 순열이 고려된다.
구체적인 실시예들은 다음의 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그래픽 재구성을 생성하는 반사형 SLM을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 Gerchberg-Saxton 타입 알고리즘의 첫 번째 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 2b는 Gerchberg-Saxton 형 알고리즘의 대안적인 두 번째 및 후속 반복을 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4a는 평면 상태의 n- 방향자를 갖는 프레데릭츠(Freedericksz) 셀을 도시 한 것이다.
도 4b는 전기장 (E)의 존재로 인해 수직 배향 시(in homeotropic state) n- 방향자를 갖는 프레데릭츠 (Freedericksz) 셀을 도시한다.
도 5는 실시 예들에 따른 실리콘 디바이스상 전기 제어 복굴절 액정의 개략도이다.
도 6은 실예들에 따른 극성 프리틸트 각도를 갖는 액정을 도시한다.
도 7a는 실시예들에 따른 한 쌍의 인접한 픽셀들에서 액정의 배열을 도시한다.
도 7b는 도 7a에 도시된 한 쌍의 인접 픽셀들에 의해 나타나는 대규모 지연을 도시한다.
도 8a는 본 개시에 따른 홀로그램을 디스플레이하는 위상 변조 픽셀 어레이의 디지털 프로세싱된 광학 사진이다.
도 8b는도 8a의 하위 영역의 확대 이미지이다.
도 9a는 수직 격자를 디스플레이 하는 위상 변조 픽셀 어레이의 프로세싱 되지 않은 광학 사진이다.
도 9b는 경사결함 라인을 강조하기 위하여 도 9a를 디지털적으로 개선한 버전이다.
도 10은 실시예들에 따라 서로 다른 프리틸트 각도를 갖는 1.2㎛의 셀 갭을 갖는 4㎛ 픽셀의 평면도를 도시한다.
도 11은 셀 갭이 5㎛ 인 4㎛ 픽셀의 대응하는 뷰를 도시한다.
도 12a는 프리틸트 각도가 3도인 액정의 배향을 나타내며 0V에서 4 개의 인접 픽셀과 5V에서 4㎛ 정사각형인 픽셀의 평면도이다.
도 12b는 프리틸트 각도가 7 도인 동일한 픽셀의 평면도이다.
도 13a는 삼각 데이터 포인트 마커(triangle data point markers)를 사용한 이론적 위상 지연 (경사결함 없음)에 대한 프리틸트 각도의 효과 및 1.2 ㎛ 셀 갭을 갖는 정사각 데이터 포인트 마커를 사용한 (결사결함으로 인한) 실제 위상 지연 을 도시한다.
도 13b는 도 13a에서 5㎛ 셀 갭을 갖는 것을 도시한다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.
본 발명은 다음에 설명되는 구성에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 확장된다. 즉, 본 발명은 다른 형태로 실시될 수 있으며 설명을 위하여 제시된 기술 내용의 구성에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
단수 형태의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함 할 수 있다.
다른 구조물의 상부/하부 또는 상/하에 형성된 구조물이라고 기술된 경우, 구조물들이 서로 접촉하는 경우 및 제3의 구조물이 그 사이에 배치되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
시간 관계를 기술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후", "후속", "다음", "전" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 규정하지 않는 한은 연속적 및 비연속적 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 그 기재가 "막(just)", "바로(immediate)" 또는 "직접(direct)"라는 기재가 사용되지 않는 한, 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1요소는 제2요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2요소는 첨부된 청구 범위를 벗어남 없이 제1요소로 지칭될 수 있다.
상이한 구성의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 어떤 구성은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.
광학 구성
도 1은 컴퓨터 생성 홀로그램이 단일 공간 광 변조기 상에 인코딩 되는 실시예를 도시한다. 컴퓨터 생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 말할 수 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘 장치, "LCOS"상의 반사형 액정이다. 홀로그램은 공간 광 변조기 상에 인코딩 되고, 홀로그래픽 재구성은 재생 필드, 예컨대 스크린 또는 디퓨져와 같은 수광 부재 또는 스크린에 형성된다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens, 111)를 통해 SLM(140)에 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 파면의 방향은(예컨대, 투명층의 평면 대비 완전 직각으로부터 2°또는 3°정도 떨어진) 약간 오프노멀(Off-Normal)하다. 다른 실시들예에서, 전체적으로 평면 파면은 예를 들어 빔 스플리터를 사용하여 수직 입사 방식으로 제공된다. 도 1에 도시된 예시에서, 이러한 배치는, 광원으로부터 오는 광이 SLM의 후방면의 미러에 반사되며 출사 파면(Exiting Wavefront, 112)을 형성하기 위해 위상-변조층(phase-modulating layer)과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 보다 구체적으로, 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM (140)으로부터 변조 된 광 빔을 수신하고 스크린 (125)에서 홀로그래픽 재구성을 생성하기 위해 주파수 공간 변환을 수행한다.
특히, 이러한 유형의 홀로그램에서 홀로그램의 각 픽셀들이 전체 재구성에 관여한다. 재생필드 상의 특정 지점들(또는 이미지 픽셀들)과 특정 광 변조 요소들(또는 홀로그램 픽셀들) 간에는 일대일 상관 관계가 없다. 즉, 광 변조층으로부터 출사되는 변조된 광은 재생필드에 걸쳐서 분배된다.
이 실시예들에서, 공간 상에서의 홀로그래픽 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 광 파워(optical power)에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 임의의 렌즈가 푸리에 변환 렌즈로 작동 할 수 있지만 렌즈의 성능은 푸리에 변환의 정확도를 제한할 것이다. 당업자라면 렌즈를 사용하여 광학 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해한다고 볼 것이다.
홀로그램 계산
일부 실시예에서, 컴퓨터 생성 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에 기반 홀로그램이고, 여기서 이미지는 양의 렌즈의 푸리에 변환 특성을 이용하여 파-필드(far-field)에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 재생면의 원하는 광 필드를 푸리에 변환하여 렌즈 평면에 오도록 계산된다. 컴퓨터 생성 푸리에 홀로그램은 푸리에 변환을 사용하여 계산될 수 있다.
푸리에 변환 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤(Gerchberg-Saxton) 알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하여 계산 될 수 있다. 또한, 게르흐버그-섹스톤 알고리즘은 공간 도메인 내 진폭-한정 정보(예컨대, 사진) 로부터 푸리에 도메인 내 홀로그램(예를 들어, 푸리에 변환 홀로그램)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 즉, 객체에 관한 위상 정보는 공간영역 내의 진폭-한정 정보로부터 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 몇몇 실시예들에서 컴퓨터 생성 홀로그램은 게르흐버그-섹스톤 알고리즘 또는 그 다양한 변환 응용법들을 이용해 진폭-한정 정보로부터 계산된다.
게르흐버그-색스톤 알고리즘은, 각각의 평면 A와 B에서 광빔(light beam) IA(x, y) 및 IB(x, y)의 강도 단면(intensity cross-sections)이 각각 단일 푸리에 변환으로 상호 연관되어 있는 상황을 고려한다. 주어진 강도 단면에서, 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근사치인 ψA(x, y) 및 ψB(x, y) 가 구해진다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 반복 프로세스(iterative process)를 따름으로써 이 문제에 대한 해결책을 찾는다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 영역과 푸리에(스펙트럼 또는 주파수) 영역 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 대표하는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서(repeatedly transferring) 공간적 및 스펙트럼 제약(constraints)을 반복적으로 적용한다. 공간 및 스펙트럼 제약 조건은 각각 IA(x, y) 및 IB(x, y)이다. 공간 또는 스펙트럼 영역의 제약 조건은 데이터 세트의 진폭에 부여된다. 해당 위상 정보는 일련의 반복을 통해 얻어진다.
몇몇 실시예들에서, 위상한정 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170 호 또는 제2,501,112 호에 기술 된 바와 같은 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기반한 알고리즘을 사용하여 계산되며, 이는 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다. 다만, 본 명세서에 기술된 위상 한정 홀로그램을 계산하는 것은 단지 예시로서 기술된 것에 불과하다. 이 실시예들에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 나타내는 데이터 세트에 푸리에 변환의 위상 정보 ψ[u, v]를 획득하고, 여기서, 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지(예컨대, 사진)를 나타낸다. 크기 및 위상은 푸리에 변환에 의해 본질적으로 결합되기 때문에, 변환된 크기 및 위상은 계산된 데이터 세트의 정확도와 관련된 유용한 정보를 내포한다. 이에, 이 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두를 피드백 하는 방식으로 반복적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이 실시예들에서, 위상 정보 ψ[u, v]만이 이미지 평면에서 대상 이미지를 표현하는 홀로그램을 형성하기 위해 홀로그램으로서 사용된다. 홀로그램은 위상 값들의 데이터 세트(예, 2D 어레이)이다.
다른 실시예들에서, 게르흐버그-섹스톤 알고리즘에 기반한 알고리즘이 완전 복소 홀로그램(fully-complex hologram)을 계산하기 위해 사용된다. 완전 복소 홀로그램은 크기 성분 및 위상 성분을 갖는 홀로그램이다. 홀로그램은 복소 데이터 값을 갖는 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이며, 여기서 각각의 복소 값은 크기 성분 및 위상 성분을 가진다.
몇몇 실시예들에서, 이 알고리즘은 복소 데이터를 처리하고 푸리에 변환은 복소 푸리에 변환이다. 복소 데이터는 (i) 실수 성분 및 허수 성분 또는 (ii) 크기 성분 및 위상 성분을 포함하는 것으로 간주 될 수 있다. 몇몇 실시 예들에서, 복소수 데이터의 2 개의 성분은 알고리즘의 여러 단계들에서 상이하게 처리된다.
도 2A는 위상-한정 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시예에 따른 알고리즘의 제1반복을 도시한다. 알고리즘에 대한 입력은 화소 또는 데이터 값의 2D 어레이를 포함하는 입력 이미지(210)이며, 여기서 각 화소 또는 데이터 값은 크기 또는 진폭 값이다. 즉, 입력 이미지(210)의 각 화소 또는 데이터 값은 위상 성분을 갖지 않는다. 따라서, 입력 이미지(210)는 크기-한정 또는 진폭-한정 또는 세기-한정 분포로 간주될 수 있다. 이러한 입력 이미지(210)의 일례는 프레임의 시간적 시퀀스를 포함하는 비디오 또는 사진의 한 프레임이다. 알고리즘의 제1반복은 랜덤 위상 분포(또는 랜덤 위상 시드)(230)를 사용하여, 초기 복소 데이터 세트(starting complex data set)의 각각의 데이터 요소가 크기 및 위상을 포함하도록, 입력 이미지의 각 화소에 랜덤 위상 값을 할당하는 단계를 포함하는 데이터 형성 단계(202A)에서 시작한다. 초기 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제1프로세싱 블록(250)은 초기 복소 데이터 세트를 수신하고 복소 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 제2프로세싱 블록(253)은 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하여 홀로그램(280A)을 출력한다. 일부 실시예에서, 홀로그램(280A)은 위상-한정 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 각각의 위상 값을 양자화하고 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 각 진폭 값을 1로 설정한다. 각 위상 값은 위상-한정 홀로그램을 "표시"하는데 사용될 공간 광 변조기의 화소 상에 표현될 수 있는 위상 레벨에 따라 양자화된다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 각 화소가 256 개의 상이한 위상 레벨을 제공하면, 홀로그램의 각 위상 값은 256개의 가능한 위상 레벨 중 하나의 위상 레벨로 양자화된다. 홀로그램(280A)은 입력 이미지를 나타내는 위상-한정 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시예에서, 홀로그램(280A)은 수신된 푸리에 변환된 복소 데이터 세트로부터 유도된 복소 데이터 값(각각 진폭 성분 및 위상 성분을 포함함)의 어레이를 포함하는 완전-복소 홀로그램이다. 일부 실시예에서, 제2프로세싱 블록(253)은 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한한다. 제한 단계는 복소수 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 복소수 변조 레벨로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.
그러나, 다른 실시예에서, 알고리즘은 도 2a의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2a의 점선 화살표를 따르는 단계는 선택적이다(즉, 모든 실시예에 필수적인 것은 아님).
제3프로세싱 블록(256)은 제2프로세싱 블록(253)으로부터 수정된 복소 데이터 세트를 수신하고, 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성하기 위해 역 푸리에 변환을 수행한다. 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하고, 진폭 값(211A)의 분포 및 위상 값(213A)의 분포를 추출한다. 선택적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 진폭 값들(211A)의 분포를 평가한다. 구체적으로, 제4프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 진폭 값(211A)의 분포를, 당연히 진폭 값의 분포인, 입력 이미지(510)와 비교할 수 있다. 진폭 값들(211A)과 입력 이미지(210)의 분포 사이의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 허용 가능한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 진폭 값들(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 차이가 충분히 작으면, 제4프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 입력 이미지(210)를 충분히 정확하게 나타내는 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교 과정에서 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 위상 값(213A)의 분포는 무시된다. 진폭 값들(211A) 및 입력 이미지(210)의 분포를 비교하기위한 임의의 수의 상이한 방법들이 이용될 수 있으며, 본 개시는 임의의 특정 방법에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 평균 제곱 차이가 계산되고, 평균 제곱 차이가 임계값 보다 작은 경우, 홀로그램(280A)은 수용 가능한 것으로 간주된다. 제4프로세싱 블록(259)이 홀로그램(280A)이 수용 가능하지 않다고 결정하면, 알고리즘의 추가 반복이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 비교 단계는 필수적인 것은 아니며, 다른 실시예에서, 수행된 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 사용자 정의된다.
도 2B는 알고리즘의 두 번째 반복 및 알고리즘의 임의의 반복을 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 처리 블록을 통해 피드백 된다. 제1반복에서, 데이터 형성 단계(202A)는 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 두 번째 및 후속 반복에서, 데이터 형성 단계(202B)는 (i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와 (ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함한다.
도 2b의 데이터 형성 단계(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2a를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 제2반복 홀로그램(280B)을 형성한다. 따라서 여기에서 프로세스의 설명은 반복되지 않는다. 알고리즘은 제2반복 홀로그램(280B)이 계산되면 중단될 수 있다. 그러나, 알고리즘의 임의의 수의 추가 반복이 수행될 수 있다. 제3프로세싱 블록(256)은 제4프로세싱 블록(259)이 요구되거나 더 많은 반복이 요구되는 경우에만 요구된다는 것을 이해할 것이다. 출력 홀로그램(280B)은 일반적으로 반복마다 개선된다. 그러나 실제로는, 측정 가능한 개선이 관찰되지 않거나, 처리 시간의 증가라는 부정적 효과가 추가 반복을 수행하는 긍정적 이점 보다 커지는 시점이 도달한다. 따라서, 알고리즘은 반복적이고 수렴적으로 기술된다.
도 2C는 두 번째 및 후속 반복의 대안적인 실시예를 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백 된다. 진폭 값(211A)의 분포는 대안적인 진폭 값의 분포를 위해 소거된다. 이 대안적인 실시예에서, 대안적인 진폭 값의 분포는 이전 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 도출된다. 특히, 프로세싱 블록(258)은 이전 반복의 진폭 값들 (211)의 분포로부터 입력 이미지(210)의 진폭 값들의 분포를 감산하고, 그 차이를 이득 계수 α만큼 스케일링하고, 입력 이미지(210)로부터 스케일링 된 차분을 감산한다. 이는 다음의 방정식에 의해 수학적으로 표현되며, 아래 첨자 텍스트 및 숫자는 반복 횟수를 나타낸다.
Figure 112020024323055-pct00002
여기서:
F'는 역 푸리에 변환이고;
F는 순방향 푸리에 변환이고;
R[x, y]는 제3프로세싱 블록(256)에 의해 출력된 복소 데이터 세트이고;
T[x, y]는 입력 또는 대상 이미지이고;
∠는 위상 성분이고;
ψ는 위상-한정 홀로그램 (280B)이고;
η은 진폭 값(211B)의 새로운 분포이며;
α는 이득 계수이다.
이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 반복 횟수에 의존한다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 단지 반복 횟수의 함수이다.
도 2c의 실시예는 다른 모든 면에서 도 2a 및 도 2b의 실시예와 동일하다. 위상 전용 홀로그램 ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서의 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.
일부 실시예들에서, 푸리에 변환은 홀로그램 데이터 내 렌즈 데이터(lensing data)를 포함함으로써 컴퓨터로 수행된다. 즉, 홀로그램은 객체를 나타내는 데이터뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 데이터를 포함한다. 이러한 실시예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략된다. 컴퓨터 생성 홀로그램 분야에서 렌즈를 나타내는 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광 경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중심에서의 광 경로 길이는 렌즈 가장자리에서의 광 경로 길이보다 길다. 진폭-한정 홀로그래픽 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 데이터를 홀로그램과 결합함으로써 그 홀로그램의 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요없이 수행될 수 있는 방법이 알려져 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 합산과 같은 단순 합산에 의해 홀로그래픽 데이터와 결합된다. 일부 실시예에서, 푸리에 변환을 수행하기 위해 소프트웨어 렌즈와 함께 물리적 렌즈가 사용된다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 재구성이 파-필드(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 다른 실시 예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 빔 스티어링(beam steering)과 같은 그레이팅의 기능을 수행하도록 형성된 데이터를 포함할 수 있다. 다시, 컴퓨터 생성 홀로그래피의 분야에서 그러한 홀로그래픽 데이터를 계산하고 이것을 객체를 나타내는 홀로그래픽 데이터와 결합시키는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상-한정 홀로그래픽 그레이팅은 블레이즈된(brazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 객체를 나타내는 진폭-한정 홀로그램에 간단히 중첩(superimposed)되어 진폭-한정 홀로그램의 각도 스티어링(angular steering)을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 또는 광학들에 의해 제공된다.
일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
실시예는 푸리에 홀로그래피 및 게르흐버그-색스톤 타입 알고리즘에 관한 것이다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 프레넬 홀로그래피 및 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
광 변조
공간 광 변조기는 컴퓨터 생성 홀로그램을 디스플레이 하는 데 사용될 수 있다. 홀로그램이 위상-한정 홀로그램인 경우, 위상을 변조하는 공간 광 변조기가 필요하다. 홀로그램이 완전-복소 홀로그램인 경우, 위상 및 진폭을 변조하는 공간 광 변조기가 사용될 수 있거나 위상을 변조하는 제1공간 광 변조기 및 진폭을 변조하는 제2공간 광 변조기가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 광 변조 소자(즉, 화소)는 액정을 포함하는 셀이다. 즉, 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 광학 능동 소자가 액정인 액정 장치이다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 즉, 각 액정 셀은 어느 한 시점에서 복수의 가능한 광 변조 레벨들로부터 선택된 하나의 광 변조 레벨에서 동작하도록 구성된다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨 중에서 다른 광 변조 레벨로 동적으로 재구성 가능하다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 실리콘(LCOS) 공간 광 변조기 상의 반사형 액정이지만, 본 발명은 이러한 유형의 공간 광 변조기에 한정하지 않는다.
LCOS 장치는 작은 개구(예를 들어, 폭이 수 센티미터) 내의 조밀한 어레이의 광 변조 소자 또는 화소를 제공한다. 화소는 통상 약 10미크론 이하이어서 수 도 수준의 회절각을 가지며, 이는 광학 시스템이 콤팩트 할 수 있다는 것을 의미한다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조광하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조광하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 화소를 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 묻을 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 화소는 밀집되어 있어 화소 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 화소가 광학적으로 편평하다는 이점을 갖는 실리콘 후면을 사용한다. 이 점은 위상 변조 장치에서 특히 중요하다.
단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 소자는 단결정 실리콘 기판(302)을 사용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향막(Alignment Layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향막(303)에 배치된다. 제2배향막(305)은 액정층(304)에 배치되고, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)은 제2배향막(305)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2배향막(305) 사이에 배치된다.
전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 화소로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 화소 영역, 즉 충전율은 화소(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 화소의 비율이다. 각각의 전극(301)에 인가된 투명전극(307)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조된 요소의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면(wavefront)에 위상-한정 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.
전술한 LCOS SLM는 공간적으로 변조된 광을 반사에 의해 출력한다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 거울 면 아래에 있으며, 높은 충전율(일반적으로 90 % 이상) 및 고해상도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 사용하는 또 다른 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 요구되는 액정 층 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(움직이는 비디오 이미지의 투영을 위한 주요 이점). 그러나, 본 발명의 개시 내용은 투과형 LCOS SLM을 사용하여 동일하게 구현될 수 있다.
셀 구성 및 액정 전이
본 발명에 따른 광 변조층은 평면상 정렬 네마틱(Planer-Ailgned Nematic, "PAN") 셀에 배열된 액정을 포함한다.
수직축 프레데릭츠 셀(homeotropic Freedericksz cell)에 대한 평면이 또한 전기적으로 제어되는 복굴절 셀(Electrically Controlled Birefringence cell)로 알려져 있는데, 이는 프리틸트가 없는 셀에 걸친 전압이 임계 전압을 초과할 때, n 방향자가 전계 방향으로 재배향되기 때문이다. 이 방향으로 전이되는 것은 평면에서 수직으로 전이하는 프레데릭츠 전이로 알려져 있으며, 도 4a 및 4b에 도시되어 있다. 도 4a는 전기장이 없는 상태에서 액정의 배향을 보여준다. 도 4b는 제1 기판과 제2 기판 사이에 충분한 전기장이 존재하는 경우 액정이 정렬되는 것을 도시한다. 이러한 전이의 결과로, 입사 광선에 대한 겉보기 복굴절이 감소된다. 큰 전압(임계 전압보다 훨씬 큰 전압)이 존재하는 경우, n-방향자는, 정렬 표면에 가까운 것을 제외하고는, 기판에 수직하게 배향되며, 이는 매우 작은 위상 지연을 초래한다.
전계가 존재하는 경우, 액정 n-방향자는 두 방향 중 어디로도 회전될 수 있고( "전방 틸팅"또는 "후방 틸팅"이라고 함), 이를 방지하기 위하여, 배향막이 사용된다. 배향막은 종종 러빙된 폴리머이지만, 다른 방식도 배향막을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 배향막은 두 기판 모두에 적용되며 표준 ECB 셀의 경우 이러한 층들은 도 5와 같이 평행한 방식으로 정렬된다. 평면상 정렬 액정 셀은, 입사광의 편광이 n-방향자(장축)에 평행한 경우, 효율적인 위상 변조기를 이룬다.
보다 상세하게, 도 5는 상부 유리 기판(501)상의 제1 배향막(503) 및 실리콘 백플레인(backplan e)(507)상의 제2 배향막(505)을 도시한다. 복수의 액정 방향자(509)가 예시로서 도 5에 도시되어 있다. 전기장이 없을 때, 액정 방향자(509)는 제1 배향막(503) 및 제2 배향막(505)에 따라 스스로 정렬된다. 이 예시에서, 제1 배향막(503) 및 제2 배향막(505)은 평행한 것으로 간주되며, 이는 상부 유리 기판(501)에 근접한 액정의 n-방향자는 실리콘 백플레인(507)에 근접한 액정의 n- 방향자에 평행하기 때문이다. 예를 들어, 평행 배향막들은 2 개의 배향막들은 역 평행 마찰하여(anti-parallel rubbing) 형성될 수 있다. 즉, 제1 배향막을 제1 방향으로 러빙하고(문지르고) 제2 배향막을 제2 방향으로 러빙하고(문지르고), 여기서 제1 방향은 제2 방향과 반대이다. 도 5의 예에서, 제1 배향막(503)은 오른쪽에서 왼쪽으로 러빙하고, 제2 배향막(505)은 왼쪽에서 오른쪽으로(역 평행하게) 러빙한다. 병렬 구조를 형성하는 다른 방법 역시 당업계에 공지되어 있다. 전계가 존재 하는 경우, 액정은 앞서 도면들에 도시한 바와 같이 그 그림과 같이 방향이 바뀔 수 있다.
전기적으로 제어된 복굴절 셀은 양의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정을 사용하고; 이는, 셀에 걸쳐 인가된 전기장이 임계 전압을 초과 할 때, 셀이 항상 수직 상태로 빠르게 스위칭 된다는 것을 의미한다.
일반적으로, 제1 기판(예를 들어, 전방 유리) 및 제2 기판(예를 들어, LCOS 백플레인) 모두에 낮은(약 2°) 표면 경사 러빙 폴리머 배향막이 사용된다. 도 6은 마찰 방향(601)으로 폴리이 미드(PI) 재료를 마찰하는 원리를 도시한다. 실시 예들에서, 제1 배향막에 의해 제공되는 제1 배향 방향은 제2 배향막에 의해 제공되는 제2 배향 방향과 평행하다.
프린징 전계의 효과
프린징 전계는 인접 픽셀 사이에 전위차가 있을 때 발생한다. 이러한 프린징 전계들은 픽셀들 사이의 경계에서 n-방향자를 비틀어 픽셀의 에지에서 위상 지연 손실이 일어난다. "왜곡(distortion)"은, 액정이 그 전체 구조 에너지(탄성 및 유전 에너지)를 최소화하기 때문에, 발생한다. 탄성 에너지는 3 개(또는 그 이상)의 탄성 상수에 의존하기 때문에, 실제 탄성 왜곡(트위스트-벤드, 역 틸트 등)은 액정 혼합물에 의존할 것이다. 유전 에너지는 액정 혼합물에 또한 의존하는 방향자에 평행하면서 수직한 유전 유전율에 의존한다. "경사결함(disclination)"은 배향막에 의해 촉진되는 정렬과 전체 구조 에너지를 최소화하는 것 사이의 상충 관계에 의해 야기되는 n- 방향자가 더 급격하게 변화하는 것이다.
도 7a는 본 개시에 따른 장치에서 한 쌍의 인접 픽셀을 관통하는 단면도이다. 정렬 방향은 페이지 평면(page plane)에 있다. 이 도면은 각 픽셀에서 450nm에서 복굴절률이 0.415 인 액정의 n- 방향자를 나타낸다. 각 픽셀의 폭은 x 방향(x 축)으로 약 9 ㎛이고 두께는 1.2 ㎛(y 축)이다. 도 7a의 좌측은 5V가 제1 및 제2 기판(셀의 상부 및 하부)에 걸쳐 인가되는 "ON"픽셀을 도시한다. 표시된 선은 등전위 선이다. 왼쪽 픽셀의 액정은 일반적으로 전자장과 정렬된다(그림 4B에 따라). 도 7A의 우측 픽셀은 제1 및 제2 기판을 가로 질러 전위가 없는 "OFF"픽셀을 도시한다. 따라서 오른쪽 픽셀의 액정은 일반적으로 평면이다(그림 4A에 따라). "ON"픽셀(왼쪽)은 최소 위상 지연을 제공하고 "OFF"픽셀 "(오른쪽)은 최대 위상 지연을 제공한다. 프린징 전계는 경계 영역에서 액정의 배향에 영향을 미친다.
도 7b는 도 7a에 도시된 액정 어레이에 의한 지연을 도시한다. "ON"픽셀(오른쪽)의 경계(상단 모서리)에서의 지연 손실(오른쪽)이 앞서 설명한 바와 같은 왜곡(distortion)이다. "OFF" 픽셀(왼쪽) 내에서 복굴절의 급격한 증가가 경사결함(disclination)이다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따른, 위상 홀로그램을 디스플레이 하는 픽셀 어레이의 현미경 이미지이다. 정렬 방향은 SW에서 NE 방향이며, 도시된 패턴은 평행한 편광기(polarizer)와 분석기(analyser) 사이에서 관찰된다. 액정은 590nm에서 대략 0.256의 복굴절율을 가지며, 셀 갭은 2.1㎛이다. 이미지는 백색 LED 광원을 사용하여 생성되었으며, 셀은 평행한 편광기들 사이에서 45도를 지향한다. 컬러는 픽셀에서의 지연을 나타내며, 이는 계조(grey level)(도 7b의 숫자)로 캘리브레이션 되어 있다. 왜곡(위상 지연 손실)은 픽셀 경계에서 볼 수 있다. 중요한 것은, 위상 지연의 손실이 이웃하는 픽셀들 사이의 천이가 최대치 미만일 때에도 발생한다는 것이다. 도 8b의 숫자들은 선택된 포인트의 0 내지 255 사이의 계조이며, 여기서, 계조 0은 최대 위상 지연(예 : 2π)을 나타내고, 계조 255는 최소 위상 지연(예를들어, 0)을 나타낸다.
도 9a는 본 개시에 따른 LCOS 장치에서 450 nm에서 대략 0.30의 복굴절률을 갖는 액정을 포함하는 픽셀 그룹의 이미지이다. 도 9a의 사진은 청색 필터를 사용해 반사 방식으로 촬영되었다. 픽셀 반복 거리는 6㎛ 이고 픽셀 배열은 수직 격자를 디스플레이 하여 왼쪽의 두 픽셀이 높은 전압을 가지며 오른쪽의 두 픽셀이 0 볼트를 갖도록 한다. 도 9b는 경사결함 라인을 강조하기 위하여 도 9a를 디지털적으로 개선한 버전이다. 구체적으로, 도 9b는 픽셀(901), 인터 픽셀 영역(903) 및 경사결함(905)과 같은 4 개의 전체 픽셀을 도시한다.
본 발명의 발명자들은 전술한 위상 홀로그래피 장치를 사용할 때 프리틸트 각도를 적어도 5도 이상 증가시킬 수 있다는 예상치 못한 이점을 발견하였다. 본 개시에 따른 제1 및 제2 배향막을 사용하여 프리틸트 각도를 제공하는 방법은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 프리틸트 각도는 당 업계에 공지된 러빙 방법을 사용하여 러빙/정렬 방향으로 제1 및 제2 배향막을 러빙함으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 프리틸트 각도는 또한 수직 및 수평 폴리이미드를 적절한 비율로 혼합함으로써 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리이미드를 러빙함으로써 10도 미만의 프리틸트 각도가 제공된다. 몇몇 실시예에서, 10 도 보다 큰 프리틸트 각도는 광정렬(photo-alignment) 또는 증발 공정(evaporative process)에 의해 제공된다.
도 10은 서로 다른 프리틸트 각도를 갖는 1.2 ㎛(셀 간격) 픽셀(5V에서 구동됨)의 평면도를 도시한다. 계조 값(greyscale level)은 위상 지연을 나타낸다. 도시된 V 자형 선은 경사결함(복 굴절의 급격한 변화)이다. 도 10a, 10b, 10c, 10d, 10e 및 10f에서 나타나는 프리틸트는 각각 0, 3, 5, 7, 10 및 15도이다. 프리틸트를 증가 시키면 결함(경사결함)이 어떻게 픽셀 간 갭으로 이동하는 지가 도시 되어있다. 이는 벌크 위상 지연 에러를 감소시킨다. 본 발명의 발명자들은 도시된 바와 같이 프리틸트를 증가시키는 것이 유효 픽셀 영역 외부로 및 픽셀 간 갭 내부로 적절히 경사결함을 밀어 넣기 때문에 이와 같은 개선이 이루어질 수 있다는 것을 확인하였다. 그러므로, 각각의 픽셀은 복굴절율의 급격한 증가점(sharp spike)가 비표시 영역으로 밀리기 때문에 기대될 수 있는 정도에 가까운 지연을 제공한다.
도 11은 6V에서 구동되는 서로 다른 프리틸트를 갖는 5㎛(셀 간격) 픽셀의 평면도를 도시한다. 계조 값은 위상 지연을 나타낸다. 도시된 결함은 액정 분자의 역 틸팅 변형(reverse tilted deformation)에 의해 유도된 에지 경사결함 영역을 포함한다. 도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e 및 11f에 나타나는 프리틸트는 각각 3, 5, 10, 15 및 20도이다. 다시, 프리틸트를 증가시키는 것이 어떻게 결함을 픽셀 간 갭 내로 이동시켜 벌크 위상 지연 에러를 감소시키는 지가 도시 된다. 프리틸트 각도를 증가 시키면 액정 분자의 안정성이 향상되고 액정이 보다 균일하게 배향된다.
마찬가지로, 도 12는 프린징 전계를 야기하는 4 개의 인접한 픽셀로 둘러싸인 단일 픽셀의 액정들의 평면도를 도시한다. 도 12a는 3도의 프리틸트로 이루어지고 12b는 7도로 이루어진다. 중앙 픽셀은 "ON" 상태(예 : 5V)에 있고 4 개의 주변 픽셀은 "OFF"상태(예 : 0V)에 있다. 각 기판상의 프리틸트 각도를 5도 이상으로 증가시키는 것은 픽셀의 활성 영역으로부터 경사 결함을 제거하는 것으로 확인되었다.
본 발명의 발명자들은 다양한 셀에 대한 경사 결함의 효과를 감소시키는 데 5도 보다 큰 프리틸트 각도를 사용하는 것의 효용을 측정 하였다. 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 경사결함을 갖는 셀의 벌크 지연에 대한 프리틸트 각도로 인한 효과를 측정하였다. 간결성을 위해, 본 개시에서는 결과의 샘플만이 제공된다.
도 13a는 1.2 ㎛ 셀 갭을 갖는 셀에서 프리틸트 각도가 어떻게 높은 복굴절률 픽셀의 높은 밀도로 인한 프린징 전계에 의해 발생된 위상 지연 에러를 감소시키는지를 보여준다. 이 예에서, 상업적으로 입수 가능한 네마틱 액정을 포함하는 픽셀은 5V에서 구동되고 모든 측면들에서 "OFF"된 픽셀에 의해 둘러싸여 있다. 액정의 복굴절률은 (650nm에서) 0.235이다. x-축은 최대 위상 지연의 백분율(즉, 0V)의 위상 지연이다. 5V는 액정을 수직 방향으로 완전히 정렬시키기에 충분하지 않기 때문에 위상 지연은 0에 도달하지는 않는다. 정사각형 데이터 포인트는, 경사 결함을 포함하여, 측정된 위상 지연을 나타내고, 삼각형 데이터 포인트는 , 경사 결함이 존재하지 않을 때 얻을 수 있는 이론적인 위상 지연을 나타낸다. 프리틸트 각도가 증가함에 따라 위상 지연이 이론 값에 근접한다는 것을 도 13a로부터 알 수 있다. 즉, 프리틸트 각도가 증가함에 따라 측정된 위상 지연과 이론적 위상 지연 간의 차이가 감소한다. 본 발명의 발명자들은 5 내지 15도 사이에서 가장 현저한 개선이 이루지는 것을 확인하였다. 프리틸트를 3도에서 적어도 5도 증가시키면 위상 지연 오차가 28 %에서 23 %로 감소하는 것을 확인하였다. 프리틸트 각도가 7도 더 증가하면 총 위상 손실이 20 % 미만으로 감소했다. 15도 이상에서는 이 셀에서 더 이상 개선되는 것은 관찰되지 않았다. 5㎛ 셀 갭에서 15도 보다 큰 프리틸트에 따른 개선은 거의 관찰되지 않았다.
도 13b는도 13a와 동일하지만 셀 갭이 5㎛ 인 경우를 나타낸다. 특히, 프리틸트를 이용한 개선은 이러한 더 높은 셀 갭에서 현저히 덜 두드러진다. 실제로, 본 발명의 발명자들은 셀 갭이 3㎛ 미만이면서 0.5㎛보다 큰 경우 프리틸트 각도가 5 도보 다 큰 것이 가장 효과적이라는 것을 확인하였다.
추가 기능
몇몇 실시 예에서, 광원은 레이저 다이오드와 같은 레이저이다. 본 발명의 홀로그램 프로젝션 시스템은 개선 된 HUD(head-up display) 또는 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, HUD를 제공하기 위해 차량에 설치된 홀로 그래픽 프로젝션 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 차량은 자동차, 트럭, 밴, 화물 자동차, 오토바이, 기차, 비행기, 보트 또는 선박과 같은 자동차일 수 있다.
홀로그래픽 재구성의 품질은 화소화 된 공간 광 변조기를 사용함에 따른 회절 특성에 의한 결과로서 소위 0차(zero order) 문제에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 0차 광은 "잡음"으로 간주될 수 있으며, 예를 들어 SLM으로부터의 경면 반사광 및 다른 원하지 않는 광을 포함한다.
푸리에 홀로그래피의 예에서, 이러한 "잡음"는 푸리에 렌즈의 초점 위치에 초점을 맞추어 홀로그래픽 재구성의 중심에 밝은 지점을 만든다. 0차 광은 단순히 차단될 수 있지만, 밝은 스폿을 어두운 스폿으로 교체하는 것을 의미할 것이다. 일부 실시예는 0차 광의 평행화된(collimated) 광선 만을 제거하는 각도 선택 필터를 포함한다. 또한, 실시예는 유럽특허 제2,030,072 호에 개시된 0차(zero-order)를 관리하는 방법을 포함하며, 상기 특허는 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다.
일부 실시 예에서, 홀로그램의 크기(각 방향의 픽셀 수)는 공간 광 변조기의 크기와 동일하여 홀로그램이 공간 광 변조기를 채운다. 즉, 홀로그램은 공간 광 변조기의 모든 픽셀을 사용한다. 다른 실시 예들에서, 홀로그램의 크기는 공간 광 변조기의 크기보다 작다. 이들 다른 실시 예들 중 일부에서, 홀로그램의 일부(즉, 홀로그램의 픽셀의 연속 서브 세트)는 미사용 픽셀에서 반복된다. 이 기술은 "타일링(tiling)"으로 지칭될 수 있으며, 여기서 공간 광 변조기의 표면 영역은 다수의 "타일"로 분할되고, 이들 각각은 홀로그램의 적어도 서브 세트를 나타낸다. 그러므로 각 타일은 공간 광 변조기보다 크기가 작다.
홀로 그래픽 재생 필드의 크기(즉, 홀로 그래픽 재구성의 물리적 또는 공간적 크기)는 공간 광 변조기의 픽셀 간격(즉, 공간 광 변조기의 인접한 광 변조 요소들 또는 픽셀들 사이의 거리)에 의해 결정된다. 재생 필드에 형성될 수 있는 가장 작은 특징은 "해상도 요소", "이미지 스폿" 또는 "이미지 픽셀"로 지칭될 수 있다. 전형적으로, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 사각형 형상을 갖는다. 사각형 조리개의 푸리에 변환은 sinc 함수이므로 각 이미지 픽셀은 sinc2 함수이다. 보다 구체적으로, 재생 필드상의 각각의 이미지 픽셀의 공간 강도 분포는 sinc2 함수이다. 각각의 sinc 함수는 피크 강도 1 차 회절 차수 및 1 차 차수로 부터 방사상으로 연장되는 일련의 감소 강도 더 높은 회절 차수를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 각각의 sinc 함수의 크기(즉, 각각의 sinc 함수의 물리적 또는 공간 범위)는 공간 광 변조기의 크기(즉, 광-변조 소자 또는 공간 광의 어레이에 의해 형성된 개구의 물리적 또는 공간적 범위)에 의해 결정된다. 변조기 픽셀). 구체적으로, 광 변조 픽셀들의 어레이에 의해 형성된 개구가 클수록 이미지 픽셀들은 더 작아진다. 작은 이미지 픽셀을 갖는 것이 일반적으로 바람직하다.
일부 실시 예들에서, "타일링(tiling)"기술은 이미지 품질을 증가시키기 위해 구현된다. 구체적으로, 일부 실시 예는 홀로 그래픽 재구성으로 들어가는 신호 내용의 양을 최대화하면서 이미지 픽셀의 크기를 최소화하기 위해 타일링 기술을 구현한다.
일부 실시 예에서, 공간 광 변조기에 기록된 홀로그램 패턴은 적어도 하나의 전체 타일(즉, 완전한 홀로그램) 및 적어도 하나의 타일 부분(즉, 홀로그램의 픽셀의 연속 서브 세트)을 포함한다.
홀로 그래픽 재구성은 공간 광 변조기에 의해 정의된 전체 윈도우의 0차 회절 차수 내에 생성된다. 제1 및 후속 차수는 이미지와 겹치지 않고 공간 필터를 사용하여 차단될 수 있도록 충분히 변위 되는 것이 바람직하다.
몇몇 실시예들에서, 홀로그램 재구성은 컬러이다. 본 명세서에 개시된 예들에서, 3개의 상이한 컬러 광원 및 3개의 대응하는 SLM이 합성 컬러를 제공하는데 사용된다. 이러한 예는 공간적으로 구분된 색(SSC: Spatially-Separated Colour)이라고 할 수 있다. 본 개시 내용을 포함하는 변형예에서, 각 컬러에 대한 상이한 홀로그램은 동일한 SLM의 다른 영역 상에 디스플레이된 다음 합성되어 합성 컬러 이미지를 형성한다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명의 장치 및 방법 중 적어도 일부가 합성 컬러 홀로그래픽 이미지를 제공하는 다른 방법에도 동등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
이러한 방법 중 하나는 프레임 순차 색상(FSC: Frame Sequential Colour)로 알려져 있다. 예시적인 FSC시스템에서, 3개의 레이저(적색, 녹색 및 청색)가 사용되며, 각각의 레이저는 단일 SLM에서 연속적으로 발사되어 비디오의 각 프레임을 생성한다. 인간 관찰자가 3개의 레이저에 의해 형성된 이미지의 조합으로부터 다색 이미지를 볼 정도로 충분히 빠른 속도로 컬러가(적색, 녹색, 청색, 적색, 녹색, 청색 등) 순환된다. 따라서 각 홀로그램은 색상별로 구분된다. 예를 들어 초당 25프레임의 비디오에서 첫 번째 프레임은 초당 75분의 1 초 동안 빨간색 레이저를 발사한 다음, 초당 1/75초 동안 녹색 레이저를 발사하고, 최종적으로 청색 레이저는 1/75초 동안 발사될 것이다. 그런 다음 빨간색 레이저로 시작하여 다음 프레임이 생성되는 방식이다.
FSC 방식의 장점은 각 컬러에 대해 전체 SLM이 사용된다는 것이다. 이는 SLM의 모든 화소가 각각의 컬러 이미지로 사용되기 때문에 생성된 세가지 색 이미지의 화질이 손상되지 않을 것을 의미한다. 반면, FSC방식의 단점은, 각 레이저가 단지 1/3시간을 사용하기 때문에 생성된 전반적인 이미지가 SSC방법에 의해 생성된 이미지보다 1/3배 정도로 어둡다는 것이다. 이러한 단점은 레이저를 오버드라이브(overdriving)하거나 보다 강한 레이저를 사용함으로써 잠재적으로 해결될 수 있으나, 이는 더 많은 전력을 요구하므로, 고비용을 수반하고 덜 콤팩트한 시스템을 얻게 된다.
SSC 방식의 장점은 3개의 레이저가 동시에 발사되기 때문에 이미지가 더 밝다는 점이다. 그러나, 공간의 제약 때문에 SLM을 하나만 사용해야 한다면, 3개의 별개의 SLM의 효과를 얻기 위해, SLM의 표면영역은 동일하게 3등분으로 분할될 수 있다. 그러나, 이것의 단점은 각 단색 이미지에 사용할 수 있는 SLM 표면 영역이 감소되기 때문에 각각의 단일 컬러 이미지의 화질이 감소한다는 것이다. 이에 따라, 다색 이미지의 화질은 감소된다. 가용한 SLM 표면 영역이 감소되면 SLM 상의 더 적은 화소만을 사용할 수 있기 때문에, 화질은 감소된다. 해상도가 감소되므로, 화질도 감소된다.
실시예는 가시 광선으로 SLM을 조광하는 것을 설명하지만, 통상의 기술자라면 광원 및 SLM이 예를 들어 본 명세서에 개시된 바와 같이 적외선 또는 자외선 광을 지향(direct)하는데 똑같이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 통상의 기술자라면 정보를 사용자에게 제공하기 위해 적외선 및 자외선을 가시 광선으로 변환하는 기술을 인지하고 있을 것이다. 예를 들어, 본 개시는 이러한 목적을 위해 인광체 및/또는 양자점 기술을 사용하는 것으로 확장된다.
일부 실시예는 단지 예로서 ID 및 2D 홀로그래픽 재구성을 기술한다. 다른 실시예에서, 홀로그래픽 재구성은 3D 홀로그래픽 재구성이다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 컴퓨터-생성 홀로그램은 3D 홀로그래픽 재구성을 형성한다.
여기에 설명된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 기계가 여기에 기재된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령들을 기계의 수행 지령으로서 저장할 수 있는 어떤 매체 혹은 다중의 매체의 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리 칩, 광학 디스크, 자기(magnetic) 메모리의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형 및 비 일시적 데이터 저장소(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하지만, 디스크 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 실행을 위한 명령어는 캐리어 매체에 의해 전달될 수 있다. 이러한 캐리어 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.
첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.

Claims (15)

  1. 반사형 액정 디스플레이 장치 및 디스플레이 드라이버를 포함하는 홀로그램 프로젝터에 있어서,
    상기 반사형 액정 디스플레이 장치는:
    제1 기판 및 상기 제1 기판에 실질적으로 평행한 제2 기판 사이에 배치되는 광 변조층으로서, 상기 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 비-트위스트(non-twisted) 구조의 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함하고, 상기 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하고, 상기 제1 배향막은 상기 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도(pre-tilt angle)(θ1)를 갖도록 배열되며 포함하며, 여기서 5°<θ1≤15°이고, 상기 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배향막을 포함하며, 상기 제2 배향막은 제2 기판에 근접한 액정이 제2 프리틸트 각도(θ2)를 갖도록 배열되고, 여기서 5°<θ2≤ 15° 인, 광 변조층; 및
    상기 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리 (x)를 갖는 복수의 픽셀로서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리 (d)는 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이고, 액정의 복굴절률(△n)은 0.20과 같거나 그 보다 큰, 복수의 픽셀을 포함하고,
    상기 디스플레이 드라이버는, 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들로부터 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동시켜 홀로그램을 디스플레이 하도록 상기 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동 시키도록 배열되는,
    홀로그램 프로젝터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 픽셀 반복 거리 (x)는 6 ㎛ 이하인 홀로그램 프로젝터.
  5. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리 (d)는 1 ㎛≤d≤3 ㎛인 홀로그램 프로젝터.
  6. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 액정의 복굴절률(△n)은 0.25 이상인 홀로그램 프로젝터.
  7. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 액정의 복굴절률(△n)은 0.7 이하인 홀로그램 프로젝터.
  8. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 액정은 평행한 프리틸트 구조로 배열된 홀로그램 프로젝터.
  9. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 제1 프리틸트 각도 및 상기 제2 프리틸트 각도는 실질적으로 동일한 홀로그램 프로젝터.
  10. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 제1 배향막은 상기 제1 기판에 근접한 액정 상이 제1 방위각을 갖도록 추가로 배치되고, 상기 제2 배향막은 액정에 근접한 제2 기판이 제2 방위각을 갖도록 배치될 수 있고, 상기 제1 방위각 및 상기 제2 방위각은 실질적으로 평행한 홀로그램 프로젝터.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제1 방위각과 실질적으로 평행한 편광 방향을 갖는 선형 편광된 광을 상기 반사형 액정 디스플레이 장치에 조사하도록 구성된 광원을 더 포함하는 홀로그램 프로젝터.
  12. 제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 중 인접한 픽셀은 0.1 내지 0.4㎛의 픽셀 간 간격을 갖는 홀로그램 프로젝터.
  13. 홀로그래픽 프로젝터의 반사형 액정 디스플레이 장치의 프린징 전계 효과를 감소시키는 방법에 있어서,
    상기 반사형 액정 디스플레이 장치는:
    제1 기판 및 상기 제1 기판에 실질적으로 평행한 제2 기판 사이에 배치되는 광 변조층으로서, 상기 광 변조층은 양의 유전율 이방성을 갖는 비-트위스트(non-twisted) 구조의 평면상 정렬 네마틱 액정을 포함하고, 상기 제1 기판은 실질적으로 투명하며 제1 배향막을 포함하고, 상기 제2 기판은 실질적으로 반사성이며 제2 배향막을 포함하는, 광 변조층; 및
    상기 광 변조층 상에 형성되고 x≤10 ㎛ 인 픽셀 반복 거리 (x)를 갖는 복수의 픽셀로서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 내부 면들 사이의 거리 (d)는 0.5 ㎛≤d≤3 ㎛이고, 액정의 복굴절률(△n)은 0.20과 같거나 그 보다 큰, 복수의 픽셀을 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 제1 배향막에 의해, 상기 제1 기판에 근접한 액정이 제1 프리틸트 각도(θ1)를 갖게 하는 단계로서, 5°<θ1≤15°인 단계; 및
    상기 제2 배향막에 의해, 상기 제2 기판에 근접한 액정이 제2 프리틸트 각도(θ2)를 갖게 하는 단계로서, 5°<θ2≤15°인 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 제1 프리틸트 각도를 갖게 하는 단계 및 상기 제2 프리틸트 각도를 갖게 하는 단계는 제1 배향막을 제1 방향으로 러빙하는 단계 및 제2 배향막을 제2 방향으로 러빙하는 단계를 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향과 반대 방향인 방법.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서, 상기 홀로그래픽 프로젝터의 광원에 의해 상기 액정 디스플레이 장치를 조사하는 단계, 및 위상 변조 값을 갖는 복수의 변조 레벨들 중에서 선택된 개별 변조 레벨에서 각각의 픽셀을 독립적으로 구동함으로써 홀로그램을 디스플레이 하도록 반사형 액정 디스플레이 장치를 구동하는 단계를 더 포함하는 방법.
KR1020207006817A 2017-09-08 2018-09-06 홀로그램 프로젝터 KR102336298B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1714493.2 2017-09-08
GB1714493.2A GB2568021B (en) 2017-09-08 2017-09-08 Holographic projector
PCT/GB2018/052530 WO2019048867A1 (en) 2017-09-08 2018-09-06 HOLOGRAPHIC PROJECTOR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200034796A KR20200034796A (ko) 2020-03-31
KR102336298B1 true KR102336298B1 (ko) 2021-12-09

Family

ID=60117157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207006817A KR102336298B1 (ko) 2017-09-08 2018-09-06 홀로그램 프로젝터

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11372287B2 (ko)
EP (1) EP3679421B1 (ko)
JP (1) JP6994788B2 (ko)
KR (1) KR102336298B1 (ko)
CN (1) CN111095090B (ko)
GB (1) GB2568021B (ko)
TW (1) TWI676049B (ko)
WO (1) WO2019048867A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2585213B (en) * 2019-07-02 2023-08-16 Dualitas Ltd Spatial light modulation
GB2585211B (en) * 2019-07-02 2021-12-08 Dualitas Ltd Spatial light modulation
GB2587400B (en) * 2019-09-27 2022-02-16 Dualitas Ltd Hologram display using a liquid crystal display device
WO2021070351A1 (ja) * 2019-10-10 2021-04-15 サンテック株式会社 液晶デバイス、光学システム、空間位相変調器、及び液晶デバイスの製造方法
CN110596949B (zh) * 2019-10-28 2022-08-19 京东方科技集团股份有限公司 液晶空间光调制器以及三维显示装置
GB2598310B (en) * 2020-08-24 2022-10-12 Dualitas Ltd Data processing
WO2022254833A1 (ja) * 2021-05-31 2022-12-08 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理方法及びプログラムを記録した記録媒体
KR102665047B1 (ko) * 2021-12-30 2024-05-10 경희대학교 산학협력단 반사형 복소수 공간 광 변조기

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3007524B2 (ja) * 1993-03-15 2000-02-07 シャープ株式会社 液晶表示装置及び液晶素子
JPH07294936A (ja) * 1994-04-25 1995-11-10 Casio Comput Co Ltd マトリックス型液晶表示装置
JPH07301813A (ja) * 1994-05-06 1995-11-14 Casio Comput Co Ltd マトリックス型液晶表示装置
KR100325065B1 (ko) * 1998-06-30 2002-08-24 주식회사 현대 디스플레이 테크놀로지 고휘도및광시야각을갖는반사형액정표시장치
US6194039B1 (en) * 1999-10-22 2001-02-27 Elsicon, Inc. Materials for inducing alignment in liquid crystals and liquid crystal displays
JP3791377B2 (ja) 2001-09-28 2006-06-28 株式会社日立製作所 液晶表示素子及びそれを用いた表示装置
KR20030039401A (ko) 2001-11-13 2003-05-22 엘지전선 주식회사 광배향을 이용한 엘코스 액정디스플레이 장치 및 그제조방법
US20040165128A1 (en) 2003-02-26 2004-08-26 Three-Five Systems, Inc. Vertically aligned nematic mode liquid crystal display having large tilt angles and high contrast
JP4108589B2 (ja) * 2003-11-05 2008-06-25 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 液晶表示装置及びその製造方法
KR20060059090A (ko) * 2004-11-26 2006-06-01 삼성에스디아이 주식회사 액정 표시 장치
US7932980B2 (en) * 2005-11-23 2011-04-26 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Liquid crystal display device having patterned electrodes for repetitive divided horizontal electric field and fringing electric field
JP2007248699A (ja) 2006-03-15 2007-09-27 Seiko Epson Corp 電気光学装置及び電子機器
KR20070096528A (ko) 2006-03-24 2007-10-02 일진디스플레이(주) 액정 표시장치
CN101063757A (zh) * 2006-04-28 2007-10-31 联诚光电股份有限公司 反射式单晶硅液晶面板
JP5603539B2 (ja) * 2008-03-03 2014-10-08 セイコーエプソン株式会社 液晶装置および電子機器
JP2009223137A (ja) 2008-03-18 2009-10-01 Seiko Epson Corp 液晶装置及び電子機器
US8810758B2 (en) * 2009-03-24 2014-08-19 Jay Ahling Dual-function alignment layer for liquid crystal devices to improve degradation resistance to radiation
GB201011829D0 (en) * 2010-07-14 2010-09-01 Two Trees Photonics Ltd Display system
GB2496108B (en) 2011-10-26 2015-03-04 Two Trees Photonics Ltd Image production
GB2498170B (en) 2011-10-26 2014-01-08 Two Trees Photonics Ltd Frame inheritance
GB2499579B (en) 2012-02-07 2014-11-26 Two Trees Photonics Ltd Lighting device
GB2501112B (en) 2012-04-12 2014-04-16 Two Trees Photonics Ltd Phase retrieval
WO2014037036A1 (en) * 2012-09-05 2014-03-13 Seereal Technologies S.A. Controllable diffraction device for a light modulator device
GB2509180B (en) 2012-12-21 2015-04-08 Two Trees Photonics Ltd Projector
CN105190417B (zh) * 2013-02-27 2018-07-13 视瑞尔技术公司 相位调制器
GB2526158B (en) 2014-05-16 2017-12-20 Two Trees Photonics Ltd Imaging device for moving a virtual image
GB2526275B (en) 2014-05-16 2017-12-13 Two Trees Photonics Ltd Display for reducing speckle
GB2554575B (en) 2014-05-16 2018-09-26 Two Trees Photonics Ltd Diffuser for head-up display
GB2526159B (en) 2014-05-16 2017-12-20 Two Trees Photonics Ltd Diffuser for head-up display
EP3029127B1 (en) 2014-12-01 2017-12-20 Merck Patent GmbH Liquid crystal medium
US9448415B2 (en) * 2015-02-25 2016-09-20 Omnivision Technologies, Inc. Spatially interleaved polarization converter for LCOS display
KR20180039123A (ko) * 2015-08-11 2018-04-17 디아이씨 가부시끼가이샤 액정 표시 소자
GB2547929B (en) 2016-03-03 2018-02-21 Daqri Holographics Ltd Display system
GB2547926B (en) 2016-03-03 2020-04-29 Dualitas Ltd Display system
US10847068B2 (en) 2016-10-27 2020-11-24 Dualitas Ltd Method of operating a display driver
WO2018100394A1 (en) 2016-12-02 2018-06-07 Dualitas Ltd. Holographic projector
CN106716238B (zh) * 2016-12-13 2020-08-21 香港应用科技研究院有限公司 减少边缘场效应的空间光调制器
GB2567410B (en) 2017-08-02 2020-08-19 Envisics Ltd A display device and system
US11231583B2 (en) 2017-08-02 2022-01-25 Envisics Ltd. Display device and system
GB2567409B (en) 2017-08-02 2020-08-26 Envisics Ltd A display device and system
GB2565834B (en) 2017-08-25 2020-05-20 Dualitas Ltd Display system
GB2569206B (en) 2018-05-25 2019-12-04 Dualitas Ltd A method of displaying a hologram on a display device comprising pixels
GB2569208B (en) 2018-07-19 2019-12-04 Envisics Ltd A head-up display

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MI WANG ET AL, "LCoS SLM Study and Its Application in Wavelength Selective Switch", PHOTONICS, vol.4, no.4, (2017-03-23)

Also Published As

Publication number Publication date
GB2568021A (en) 2019-05-08
CN111095090B (zh) 2023-06-06
US11372287B2 (en) 2022-06-28
TW201921032A (zh) 2019-06-01
GB201714493D0 (en) 2017-10-25
JP6994788B2 (ja) 2022-01-14
JP2020533629A (ja) 2020-11-19
GB2568021B (en) 2021-12-01
TWI676049B (zh) 2019-11-01
WO2019048867A1 (en) 2019-03-14
KR20200034796A (ko) 2020-03-31
EP3679421A1 (en) 2020-07-15
EP3679421B1 (en) 2022-05-04
US20210232005A1 (en) 2021-07-29
CN111095090A (zh) 2020-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102336298B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
KR102341991B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
US11454929B2 (en) Method of hologram calculation
GB2576553A (en) Method of hologram calculation
JP7439175B2 (ja) 液晶表示装置を使用するホログラム表示
GB2576552A (en) Light modulator
EP4187315A1 (en) Birefringent cell
KR102697993B1 (ko) 공간 광 변조

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
E701 Decision to grant or registration of patent right