KR102349960B1 - Backlight unit for holographic display - Google Patents

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앤드레이 엔. 푸틸린
세르게이 이. 두바이닌
게르만 비. 두비닌
세르게이 에스. 코펜킨
유리 피. 보로딘
이홍석
최칠성
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Abstract

홀로그래픽 디스플레이를 위한 백라이트 유닛이 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은 적어도 한 개의 광원부; 적어도 한 개의 입력 커플러; 빛을 가이드 하는 도광판; 상기 도광판의 제 1 표면에 위치한 제 1 홀로그래픽 소자; 및 상기 도광판의 제 2 표면에 위치한 제 2 홀로그래픽 소자를 포함하며, 상기 입력 커플러는 상기 광원부로부터 방출되는 광선을 상기 도광판을 통해서 상기 제 1 홀로그래픽 소자에 균일하게 비추도록 구성되고, 상기 도광판은 내부에서 전반사 없이 상기 광선을 상기 제 1 홀로그래픽 소자에 전달하도록 구성되며, 상기 제 1 홀로그래픽 소자는 상기 광선을 평행하게 하고, 상기 제 2 홀로그래픽 소자로 방향전환 시키고, 상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 광선을 상기 도광판의 바깥으로 내보낸다.
A backlight unit for a holographic display is disclosed.
The disclosed backlight unit includes at least one light source unit; at least one input coupler; light guide plate to guide the light; a first holographic element located on a first surface of the light guide plate; and a second holographic element positioned on the second surface of the light guide plate, wherein the input coupler is configured to uniformly illuminate the light beam emitted from the light source unit to the first holographic element through the light guide plate, the light guide plate comprising: configured to transmit the light beam to the first holographic element without total internal reflection, the first holographic element collimating the light beam and redirecting the light beam to the second holographic element, the second holographic element emits the light beam to the outside of the light guide plate.

Description

홀로그래픽 디스플레이용 백라이트 유닛 {Backlight unit for holographic display}Backlight unit for holographic display

개시된 실시예들은 레이저 광원으로부터 간섭성의 평행광을 이용하여 3D 홀로그래픽 디스플레이를 구현하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to a backlight unit for realizing a 3D holographic display using coherent collimated light from a laser light source.

최근 들어 3D 영화가 많이 나오고 있고, 이에 따라 3D 영상 표시 장치에 관련된 기술이 많이 연구 되고 있다. 현재 상용화되고 있는 3차원 영상 표시 장치는 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 시청자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 시청자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다. 이러한 3차원 영상 표시 장치에는 특수 안경을 필요로 하는 안경식 3차원 영상 표시 장치와 안경을 필요로 하지 않는 무안경식 3차원 영상 표시 장치가 있다.Recently, a lot of 3D movies have been released, and accordingly, a lot of technology related to a 3D image display device is being studied. A three-dimensional image display device that is currently commercialized uses binocular parallax of both eyes. By providing a left-eye image and a right-eye image from different viewpoints, respectively, the viewer can feel a three-dimensional effect. let it be Such a 3D image display device includes a glasses-type 3D image display device that requires special glasses and a glasses-type 3D image display device that does not require glasses.

그러나, 양안 시차 방식으로 표시된 3차원 영상을 감상하는 경우에는 눈의 피로감이 크고, 좌안용 영상과 우안용 영상의 2시점만을 제공하는 3차원 영상 표시 장치는 시청자의 이동에 따른 시점의 변화를 반영하지 못하기 때문에, 자연스러운 입체감을 제공하는데 한계가 있다. However, when viewing a 3D image displayed in the binocular disparity method, the user experiences great eye fatigue, and the 3D image display device that provides only two views of the left-eye image and right-eye image reflects the change in viewpoint according to the movement of the viewer. Because it cannot, there is a limit to providing a natural three-dimensional effect.

보다 자연스런 입체 영상을 표시하기 위해 홀로그래픽 디스플레이(holographic display)가 연구되고 있다.In order to display a more natural three-dimensional image, a holographic display is being studied.

높은 균일성을 가진 평행광을 제공하고, 도광시 반사에 의한 빛의 손실을 감소시킬 수 있는 백라이트 시스템을 제공한다.A backlight system capable of providing parallel light with high uniformity and reducing light loss due to reflection during light guiding is provided.

일 유형에 따른 백라이트 유닛은 적어도 한 개의 광원부; 적어도 한 개의 입력 커플러; 빛을 가이드 하는 도광판; 상기 도광판의 제 1 표면에 위치한 제 1 홀로그래픽 소자; 및 상기 도광판의 제 2 표면에 위치한 제 2 홀로그래픽 소자를 포함하며, 상기 입력 커플러는 상기 광원부로부터 방출되는 광선을 상기 도광판을 통해서 상기 제 1 홀로그래픽 소자에 균일하게 비추도록 구성되고, 상기 도광판은 내부에서 전반사 없이 상기 광선을 상기 제 1 홀로그래픽 소자에 전달하도록 구성되며, 상기 제 1 홀로그래픽 소자는 상기 광선을 평행하게 하고, 상기 제 2 홀로그래픽 소자로 방향전환 시키고, 상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 광선을 상기 도광판의 바깥으로 내보낸다.According to one type of backlight unit, at least one light source unit; at least one input coupler; light guide plate to guide the light; a first holographic element located on a first surface of the light guide plate; and a second holographic element positioned on a second surface of the light guide plate, wherein the input coupler is configured to uniformly illuminate the light beam emitted from the light source unit to the first holographic element through the light guide plate, the light guide plate comprising: configured to transmit the light beam to the first holographic element without total internal reflection, the first holographic element collimating the light beam and redirecting the light beam to the second holographic element, the second holographic element emits the light beam to the outside of the light guide plate.

상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 도광판의 윗면 또는 밑면에 위치할 수 있다.The second holographic element may be located on an upper surface or a lower surface of the light guide plate.

상기 광원부는 발광다이오드, 레이저 다이오드, 고체 레이저 및 광섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The light source unit may include at least one of a light emitting diode, a laser diode, a solid laser, and an optical fiber.

상기 입력 커플러는 오목렌즈, 볼록렌즈, 투과형 홀로그램 소자 및 반사형 홀로그램 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The input coupler may include at least one of a concave lens, a convex lens, a transmissive hologram element, and a reflective hologram element.

상기 도광판은 고 투과성 플라스틱, 광학유리 및 석영 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The light guide plate may include at least one of a high transmittance plastic, an optical glass, and a quartz glass.

상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 도광판의 바깥으로 평행한 광선을 내보낼 수 있다. The second holographic element may emit parallel rays to the outside of the light guide plate.

상기 제 2 홀로그래픽 소자는 일정한 거리에 적어도 두 개의 집중된 시역을 형성할 수 있다.The second holographic element may form at least two focused viewing areas at a predetermined distance.

상기 도광판은 길이를 따라서 일정한 단면적을 가질 수 있다.The light guide plate may have a constant cross-sectional area along its length.

상기 도광판의 단면은 직사각형 모양일 수 있다.A cross-section of the light guide plate may have a rectangular shape.

상기 제 1 홀로그래픽 소자 및 상기 제 2 홀로그래픽 소자는 회절격자를 포함할 수 있다.The first holographic element and the second holographic element may include a diffraction grating.

상기 제 1 홀로그래픽 소자 및 상기 제 2 홀로그래픽 소자는 광학적으로 투명한 재료로 형성될 수 있다.The first holographic element and the second holographic element may be formed of an optically transparent material.

상기 도광판의 앞면, 밑면, 윗면 및 뒷면은 평평한 면으로 이루어질 수 있다.A front surface, a bottom surface, an upper surface, and a rear surface of the light guide plate may be formed of flat surfaces.

또한, 일 유형에 따르는 백라이트 유닛은 사용자의 동공 위치를 추적하는 아이 트래킹(eye-tracking)부를 더 포함할 수 있다.In addition, the backlight unit according to one type may further include an eye-tracking unit for tracking the user's pupil position.

예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 간섭성의 평행광을 만들 수 있다.A backlight unit according to an exemplary embodiment may generate coherent collimated light.

또한, 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 적어도 두개의 시역을 만들 수 있다.Also, the backlight unit according to the exemplary embodiment may create at least two viewing zones.

또한, 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 조명의 효율성과 균일성을 높일 수 있다.In addition, the backlight unit according to the exemplary embodiment may increase the efficiency and uniformity of illumination.

또한, 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있다.Also, the backlight unit according to the exemplary embodiment may reduce the thickness of the backlight unit.

도 1은 실시예에 따른 평행광을 출사하는 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 일정한 거리에 두 개의 집중된 시역을 형성하는 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 평행광을 도광판의 윗면으로 출사시키는 제 2 홀로그래픽 소자에 의해 제공된 홀로그램을 기록하는 홀로그램 기록장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 일정한 거리에 집중된 시역을 형성하는 제 2 홀로그래픽 소자에 의해 제공된 홀로그램을 기록하는 홀로그램 기록장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 입사된 빛을 평행하게 하고, 제 2 홀로그래픽 소자로 방향을 전환시키는 제 1 홀로그래픽 소자에 의해 제공된 홀로그램을 기록하는 홀로그램 기록장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 홀로그램 기록장치를 A에서 바라본 단면도이다.
1 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of a backlight unit emitting parallel light according to an embodiment.
2 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of a backlight unit forming two focused viewing zones at a predetermined distance according to an exemplary embodiment.
3 is a block diagram schematically showing a hologram recording apparatus for recording a hologram provided by a second holographic element that emits parallel light to the upper surface of the light guide plate.
4 is a block diagram schematically showing a hologram recording apparatus for recording a hologram provided by a second holographic element that forms a viewing area focused at a predetermined distance.
5 is a block diagram schematically showing a hologram recording apparatus for recording a hologram provided by a first holographic element that parallels incident light and converts a direction to a second holographic element.
6 is a cross-sectional view of the hologram recording apparatus shown in FIG. 5 as viewed from A. Referring to FIG.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. . Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

도 1은 실시예에 따른 평행광을 출사하는 백라이트 유닛(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2는 실시예에 따른 일정한 거리에 두 개의 집중된 시역을 형성하는 백라이트 유닛(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a backlight unit 100 emitting parallel light according to an embodiment, and FIG. 2 is a backlight unit 100 forming two focused viewing areas at a constant distance according to the embodiment. It is a configuration diagram schematically showing the configuration.

도 1을 참조하면, 백라이트 유닛(100)은 두 개의 광원부(10), 두 개의 입력 커플러(20), 도광판(30), 제 1 홀로그래픽 소자(40), 및 제 2 홀로그래픽 소자(50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the backlight unit 100 includes two light source units 10 , two input couplers 20 , a light guide plate 30 , a first holographic element 40 , and a second holographic element 50 . may include

도광판(30)은 앞면(31), 밑면(32), 윗면(33), 및 뒷면(34)을 포함할 수 있다.The light guide plate 30 may include a front surface 31 , a bottom surface 32 , an upper surface 33 , and a rear surface 34 .

제 1 홀로그래픽 소자(40)는 도광판(30)의 뒷면(34)에 위치할 수 있으며, 제 2 홀로그래픽 소자(50)는 도광판(30)의 밑면(32)에 위치할 수 있다.The first holographic element 40 may be positioned on the rear surface 34 of the light guide plate 30 , and the second holographic element 50 may be positioned on the lower surface 32 of the light guide plate 30 .

광원부(10)는 입력 커플러(20)쪽으로 빛을 방출할 수 있다. 광원부(10)는 발광다이오드(LED), 레이저 다이오드, 고체 레이저 또는 광섬유를 포함할 수 있다. 그러나 광원부(10)는 이에 제한되는 것은 아니며, 백라이트 유닛(100)에 적합한 어떠한 종류의 광원도 포함할 수 있다.The light source unit 10 may emit light toward the input coupler 20 . The light source unit 10 may include a light emitting diode (LED), a laser diode, a solid laser, or an optical fiber. However, the light source unit 10 is not limited thereto, and any type of light source suitable for the backlight unit 100 may be included.

입력 커플러(20)는 광원부(10)로부터 나오는 빛을 사용하여, 제 1 홀로그래픽 소자(40)에 균일한 빛을 제공할 수 있다. 각각의 입력 커플러(20)는 오목렌즈, 볼록렌즈, 투과형 홀로그램 소자, 반사형 홀로그램 소자 또는 그 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.The input coupler 20 may use light emitted from the light source unit 10 to provide uniform light to the first holographic element 40 . Each input coupler 20 may include a concave lens, a convex lens, a transmissive hologram element, a reflective hologram element, or a combination thereof, but is not limited thereto.

도 1에서는 두 개의 광원부(10) 및 두 개의 입력 커플러(20)를 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 개수가 될 수 있다.In FIG. 1 , two light source units 10 and two input couplers 20 are illustrated, but the present invention is not limited thereto, and other numbers may be used.

도광판(30)은 광원부(10)로부터 입사된 빛을 도광판(30)내부에서 전반사 없이 제 1 홀로그래픽 소자(40)쪽으로 전달시킬 수 있다. 즉, 도광판(30)의 내부로 입사된 빛은 도광판(30)의 앞면(31), 밑면(32), 측면 및 윗면(33)에서 전반사 되지 않을 수 있다. 도광판(30)은 입사광의 전달에 적합한 어떠한 형태도 가질 수 있다. 예를 들면, 도 1에서 도시된 바와 같이, 도광판(30)의 단면이 직사각형 모양일 수 있으며, 정사각형 모양일 수도 있다. 그러나, 도광판(30)의 단면의 모양은 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도광판(30)은 도광판(30)의 전체 길이를 따라서 단면적이 일정하도록 형성될 수 있다. 도광판(30)은 고 투과성의 플라스틱, 광학 유리 또는 석영유리로 만들어 질 수 있다. 그러나, 도광판(30)의 단면적의 모양 및 재료는 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 형태 및 재료로 형성될 수 있다.The light guide plate 30 may transmit the light incident from the light source unit 10 toward the first holographic element 40 without total reflection inside the light guide plate 30 . That is, light incident into the light guide plate 30 may not be totally reflected on the front surface 31 , the bottom surface 32 , the side surfaces and the upper surface 33 of the light guide plate 30 . The light guide plate 30 may have any shape suitable for transmitting incident light. For example, as shown in FIG. 1 , the cross-section of the light guide plate 30 may have a rectangular shape or a square shape. However, the shape of the cross-section of the light guide plate 30 is not limited thereto. Also, the light guide plate 30 may be formed to have a constant cross-sectional area along the entire length of the light guide plate 30 . The light guide plate 30 may be made of highly transparent plastic, optical glass, or quartz glass. However, the shape and material of the cross-sectional area of the light guide plate 30 are not limited thereto, and may be formed of other shapes and materials.

제 1 홀로그래픽 소자(40)는 광원부(10)로부터 입사된 광선을 평행하게 하고, 도광판(30)의 밑면(32)에 위치한 제 2 홀로그래픽 소자(50)쪽으로 방향전환 시킬 수 있다.The first holographic element 40 may parallel the light rays incident from the light source unit 10 , and may change the direction toward the second holographic element 50 located on the bottom surface 32 of the light guide plate 30 .

제 2 홀로그래픽 소자(50)는 제 1 홀로그래픽 소자(40)에 의해 방향전환된 광선을 반사시킬 수 있다. 제 2 홀로그래픽 소자(50)에 의해 반사된 광선은 도광판(30)의 윗면(33)을 통해서 도광판(30)으로부터 출사될 수 있다.The second holographic element 50 may reflect the light beam redirected by the first holographic element 40 . The light beam reflected by the second holographic element 50 may be emitted from the light guide plate 30 through the upper surface 33 of the light guide plate 30 .

제 1 홀로그래픽 소자(40) 및 제 2 홀로그래픽 소자(50)는 회절격자를 포함할 수 있다. 제 1 홀로그래픽 소자(40)가 광원부(10)로부터 입사된 광선을 평행하게 하고, 도광판(30)의 밑면(32)에 위치한 제 2 홀로그래픽 소자(50)쪽으로 방향전환 시키도록 회절격자간의 간격 및 기울어진 각도 등은 적절히 조절될 수 있다. 또한, 제 2 홀로그래픽 소자(50)가 제 1 홀로그래픽 소자(40)에 의해 방향전환된 광선을 반사시켜서, 도광판(30)의 윗면(33)을 통해서 도광판(30)으로부터 출사될 수 있도록 회절격자간의 간격 및 기울어진 각도 등은 적절히 조절될 수 있다.The first holographic element 40 and the second holographic element 50 may include a diffraction grating. The distance between the diffraction gratings so that the first holographic element 40 parallels the light rays incident from the light source unit 10 and changes the direction toward the second holographic element 50 located on the bottom surface 32 of the light guide plate 30 . and the inclined angle may be appropriately adjusted. In addition, the second holographic element 50 reflects the light beam redirected by the first holographic element 40 and diffracts it so that it can be emitted from the light guide plate 30 through the upper surface 33 of the light guide plate 30 . The spacing between the grids and the inclined angle may be appropriately adjusted.

제 1 홀로그래픽 소자(40)가 위치한 도광판(30)의 뒷면(34)과 제 2 홀로그래픽 소자(50)가 위치한 도광판(30)의 밑면(32)이 형성하는 각도는 90도일 필요는 없으며, 다양한 각도를 이룰 수 있다. 이 경우, 제 1 홀로그래픽 소자(40)로 입사된 광선을 평행하게 하고, 제 2 홀로그래픽 소자(50)쪽으로 방향전환 시키도록 회절격자간의 간격 및 기울어진 각도 등이 적절히 조절될 수 있다. 또한, 제 2 홀로그래픽 소자(50)가 제 1 홀로그래픽 소자(40)에 의해 방향전환된 광선을 반사시켜서, 도광판(30)의 윗면(33)을 통해서 도광판(30)으로부터 출사될 수 있도록 회절격자간의 간격 및 기울어진 각도 등은 적절히 조절될 수 있다.The angle formed by the rear surface 34 of the light guide plate 30 on which the first holographic element 40 is located and the lower surface 32 of the light guide plate 30 on which the second holographic element 50 is located does not need to be 90 degrees, Various angles can be achieved. In this case, the distance between the diffraction gratings and the inclined angle may be appropriately adjusted to parallelize the light rays incident on the first holographic element 40 and change the direction toward the second holographic element 50 . In addition, the second holographic element 50 reflects the light beam redirected by the first holographic element 40 and diffracts it so that it can be emitted from the light guide plate 30 through the upper surface 33 of the light guide plate 30 . The spacing between the grids and the inclined angle may be appropriately adjusted.

제 2 홀로그래픽 소자(50)는 두 가지 실시예를 가질 수 있다.The second holographic element 50 may have two embodiments.

첫 번째 실시예로, 도 1을 참조하면, 제 2 홀로그래픽 소자(50)는 제 1 홀로그래픽 소자(40)로부터 들어온 광선을 도광판(30)의 윗면(33)을 통해 적어도 두 개의 평행한 광선으로 출사시킬 수 있다.As a first embodiment, referring to FIG. 1 , the second holographic element 50 transmits the light rays from the first holographic element 40 to at least two parallel rays through the upper surface 33 of the light guide plate 30 . can be emitted as

두 번째 실시예로, 도 2를 참조하면, 제 2 홀로그래픽 소자(50)는 대물렌즈처럼 동작하여, 제 1 홀로그래픽 소자(40)로부터 들어온 광선을 도광판(30)으로부터 일정한 거리에 적어도 두 개의 집중된 시역을 형성하도록 출사시킬 수 있다.As a second embodiment, referring to FIG. 2 , the second holographic element 50 operates like an objective lens, so that at least two beams from the first holographic element 40 are transmitted at a predetermined distance from the light guide plate 30 . It can be emitted to form a focused field of view.

또한, 제 2 홀로그래픽 소자(50)의 실시예에 따른, 평행하게 출사된 광선 또는 한 점으로 향하는 광선은 홀로그래픽 디스플레이를 비출 수 있다. In addition, according to an embodiment of the second holographic element 50 , a light beam emitted in parallel or a light beam directed to a point may illuminate the holographic display.

본 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)은 적어도 두 개의 광학 채널을 가질 수 있다. 특히, 백라이트 유닛(100)은 왼쪽과 오른쪽 시역을 형성할 수 있다. 각각의 시역은 광원부(10), 하나의 입력 커플러(20), 도광판(30), 제 1 홀로그래픽 소자(8) 및 제 2 홀로그래픽 소자(9)로부터 형성될 수 있다. 두 광학 채널 사이의 각도인 2φ는, 광원부(10)로부터 입사되는 두 개의 광선 사이의 각도에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로 사용자의 양안 간격은 대략적인 평균이 62mm정도이며, 이러한 수치에 근거하여 두 광학 채널 사이의 각도 2φ가 형성되도록 적어도 두 개의 광원부(10)를 위치시킬 수 있다. 그러나, 사용자에 따라서, 양안 간격은 조금씩 차이가 있을 수 있으며, 사용자의 시점의 이동이 있는 경우에는 평균값을 근거로 하여 작성한 홀로그램 영상이 다소 부자연스럽게 인지될 수도 있다.The backlight unit 100 according to the present embodiment may have at least two optical channels. In particular, the backlight unit 100 may form left and right viewing areas. Each viewing area may be formed from the light source unit 10 , one input coupler 20 , the light guide plate 30 , the first holographic element 8 , and the second holographic element 9 . The angle 2φ between the two optical channels may be determined by the angle between the two light rays incident from the light source unit 10 . In general, the average distance between the user's eyes is about 62 mm, and based on this numerical value, at least two light sources 10 may be positioned so that an angle of 2 phi between the two optical channels is formed. However, depending on the user, the distance between the eyes may be slightly different, and when the user's viewpoint is moved, the holographic image created based on the average value may be perceived somewhat unnaturally.

이를 해결하기 위해, 백라이트 유닛(100)은 아이 트래킹부(60) 및 제어부(70)를 더 포함할 수 있다. 아이 트래킹부(60)는 사용자의 눈 위치를 센싱하기 위한 것이다. 이를 위하여, 아이 트래킹부(60)는 적외선카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다. 아이 트래킹부(60)는 예를 들어, 카메라 등을 통해 사용자의 영상을 얻고, 영상 내에서 사용자의 동공을 검출하여 그 위치를 분석할 수 있다. 또한, 눈의 깜박임이나 장애물 등에 의해 관찰자의 눈을 찾지 못하는 경우 눈의 위치를 예상하고, 사용자의 움직임에 따라 눈의 위치의 이동을 예측할 수 있다. 아이 트래킹부(60)는 사용자의 동공 위치 변화를 실시간으로 추적하여 그 결과를 제어부(70)에 제공할 수 있다. 제어부(70)는 아이 트래킹부(60)에서 센싱한 정보에 따라, 사용자의 동공의 위치가 변경되면, 변화된 사용자의 동공 위치로 영상의 생성위치가 조절되도록 광원부(10)를 움직여 백라이트 유닛(100)에서의 광 출력 방향을 제어할 수 있다.To solve this, the backlight unit 100 may further include an eye tracking unit 60 and a control unit 70 . The eye tracking unit 60 is for sensing the user's eye position. To this end, the eye tracking unit 60 may include an infrared camera, a visible light camera, or other various sensors. The eye tracking unit 60 may obtain an image of the user through, for example, a camera, detect the user's pupil in the image, and analyze the position thereof. In addition, when the observer's eyes cannot be found due to blinking or obstacles, the eye position may be predicted, and the movement of the eye position may be predicted according to the user's movement. The eye tracking unit 60 may track a change in the user's pupil position in real time and provide the result to the control unit 70 . When the position of the user's pupil is changed according to the information sensed by the eye tracking unit 60 , the control unit 70 moves the light source unit 10 so that the image generation position is adjusted to the changed pupil position of the user. ) can control the light output direction.

도 3은 평행광을 도광판의 윗면으로 출사시키는 제 2 홀로그래픽 소자(50)에 회절 패턴을 기록하는 홀로그램 기록장치(300)를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 3을 참조하면, 홀로그램 기록장치(300)는 광원부(302), 셔터(320), 반사부재(M1, M2, M3), 제 1 반파장판(310), 제 2 반파장판(311), 편광 빔 스플리터(304), 조리개(D1, D2), 핀 홀(312), 마이크로 렌즈(O1, O2), 렌즈(314), 도광판(30), 감광매체(316), 및 커버글래스(318)를 포함할 수 있다.3 is a block diagram schematically showing a hologram recording apparatus 300 for recording a diffraction pattern on the second holographic element 50 that emits parallel light to the upper surface of the light guide plate. Referring to FIG. 3 , the hologram recording apparatus 300 includes a light source unit 302 , a shutter 320 , reflective members M1 , M2 , M3 , a first half-wave plate 310 , a second half-wave plate 311 , and polarization Beam splitter 304, apertures D1, D2, pinhole 312, micro lenses O1, O2, lens 314, light guide plate 30, photosensitive medium 316, and cover glass 318 may include

광원부(302)로부터 입사된 광선은 편광 빔 스플리터(304)에 의해 참조부분(306)을 통과하는 참조광(reference beam) 및 신호부분(308)을 통과하는 신호광(signal beam)으로 각각 분리될 수 있다.The light beam incident from the light source unit 302 may be separated into a reference beam passing through the reference section 306 and a signal beam passing through the signal section 308 by a polarizing beam splitter 304, respectively. .

참조광 및 신호광의 세기는 제 1 반파장판(310)에 의해 조절될 수 있다. 제 1 반파장판(310)을 회전시킴으로써, 참조광 및 신호광의 세기(intensity)를 조절할 수 있다.The intensity of the reference light and the signal light may be adjusted by the first half-wave plate 310 . By rotating the first half-wave plate 310, the intensity of the reference light and the signal light may be adjusted.

편광 빔 스플리터(304)에 의해 분리된 참조광 및 신호광은 서로 다른 편광 상태를 가질 수 있다. 예를 들면, 참조광은 P편광(또는 S편광)상태일 수 있으며, 신호광은 S편광(또는 P편광)상태일 수 있다. 홀로그램 기록을 위해서는 참조광 및 신호광이 같은 편광상태를 가져야 하므로, 참조광 또는 신호광 중 하나의 편광상태를 바꿔주기 위해서 제 2 반파장판(311)이 추가될 수 있다. 도 3에서는 참조광의 편광상태를 바꿔주기 위해 제 2 반파장판(311) 추가되어 있으나, 신호광의 편광상태를 바꿔주기 위해 제 2 반파장판(311)이 추가될 수도 있을 것이다.The reference light and the signal light separated by the polarization beam splitter 304 may have different polarization states. For example, the reference light may be in a P-polarized (or S-polarized) state, and the signal light may be in an S-polarized (or P-polarized) state. Since the reference light and the signal light must have the same polarization state for hologram recording, a second half-wave plate 311 may be added to change the polarization state of either the reference light or the signal light. Although the second half-wave plate 311 is added to change the polarization state of the reference light in FIG. 3 , the second half-wave plate 311 may be added to change the polarization state of the signal light.

참조부분(306)에서 참조광은 핀 홀(312)에 의해 걸러지고, 렌즈(314)에 의해 평행하게 된다. 평행해진 참조광은 도광판(30)의 측면을 투과하여, 감광매체(316) 방향으로 진행할 수 있다. 감광매체(316)는 도광판(30)의 밑면(32)에 접촉되어 위치할 수 있다.In the reference portion 306 , the reference light is filtered by the pin hole 312 and parallelized by the lens 314 . The parallel reference light may pass through the side surface of the light guide plate 30 and travel toward the photosensitive medium 316 . The photosensitive medium 316 may be positioned in contact with the lower surface 32 of the light guide plate 30 .

신호부분(308)에서 신호광은 핀 홀(312)에 의해 걸러지고, 렌즈(314)에 의해 평행하게 된다. 평행해진 신호광은 반사부재(M3)에 의해 반사되어 감광매체(316) 방향으로 진행할 수 있다.In the signal portion 308 , the signal light is filtered by the pin hole 312 and parallelized by the lens 314 . The parallelized signal light may be reflected by the reflective member M3 and travel toward the photosensitive medium 316 .

신호광은 감광매체(316)가 위치한 도광판(30)의 밑면에서 반사에 의한 빛의 손실이 발생할 수 있다. 반사에 의한 손실을 줄이기 위해, 커버글래스(318)가 감광매체(316)에 접촉되어 위치할 수 있다. Signal light may be lost due to reflection from the lower surface of the light guide plate 30 on which the photosensitive medium 316 is located. In order to reduce loss due to reflection, the cover glass 318 may be positioned in contact with the photosensitive medium 316 .

셔터(320)는 광원부(302)광원으로부터 입사된 광선의 노출시간을 조절할 수 있다.The shutter 320 may adjust the exposure time of the light incident from the light source 302 .

도 4는 일정한 거리에 집중된 시역을 형성하는 제 2 홀로그래픽 소자(50)에 회절 패턴을 기록하는 홀로그램 기록장치(400)를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 기록장치에서 신호부분(308)에 위치한 대물렌즈(322)를 더 포함할 수 있다. 대물렌즈(322)는 빛을 집중시키는 역할을 할 수 있으며, 홀로그램 기록장치(400) 재생 시, 일정한 거리에 집중된 시역을 형성하도록 할 수 있다.4 is a block diagram schematically illustrating a hologram recording apparatus 400 for recording a diffraction pattern on a second holographic element 50 that forms a viewing area focused at a predetermined distance. Referring to FIG. 4 , the recording apparatus shown in FIG. 3 may further include an objective lens 322 positioned in the signal part 308 . The objective lens 322 may serve to focus light, and when the hologram recording apparatus 400 is reproduced, a viewing area focused at a predetermined distance may be formed.

도 5는 입사된 빛을 평행하게 하고, 제 2 홀로그래픽 소자(50)로 방향을 전환시키는 제 1 홀로그래픽 소자(40)에 의해 제공된 홀로그램을 기록하는 홀로그램 기록장치(500)를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 6은 도 5에 도시된 홀로그램 기록장치를 A에서 바라본 단면도이다.5 is a configuration schematically showing a hologram recording apparatus 500 for recording a hologram provided by a first holographic element 40 that parallels incident light and redirects it to a second holographic element 50 FIG. 6 is a cross-sectional view of the hologram recording apparatus shown in FIG. 5 as viewed from A. As shown in FIG.

도 5 를 참조하면, 홀로그램 기록장치(500)는 광원부(502), 셔터(522), 반사부재(M1, M2, M3), 제 1 반파장판(510), 제 2 반파장판(511), 편광 빔 스플리터(504), 조리개(D1, D2), 핀 홀(512), 마이크로 렌즈(O1, O2), 렌즈(514), 도광판(30), 사각개구면(516), 감광매체(517), 슬릿(518) 및 실린더형 오목렌즈(520)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the hologram recording apparatus 500 includes a light source unit 502 , a shutter 522 , reflective members M1 , M2 , M3 , a first half-wave plate 510 , a second half-wave plate 511 , and polarization. Beam splitter 504, aperture D1, D2, pin hole 512, micro lens O1, O2, lens 514, light guide plate 30, square aperture 516, photosensitive medium 517, It may include a slit 518 and a cylindrical concave lens 520 .

광원부(502)광원으로부터 입사된 광선은 편광 빔 스플리터(504)에 의해 참조부분(506)을 통과하는 참조광 및 신호부분(508)을 통과하는 신호광으로 각각 분리될 수 있다.A light beam incident from the light source unit 502 may be separated into a reference light passing through the reference portion 506 and a signal light passing through the signal portion 508 by the polarization beam splitter 504 .

광선의 편광 상태는 제 1 반파장판(510)에 의해 조절될 수 있다. 제 1 반파장판(510)을 회전시킴으로써, 참조광 및 신호광의 세기(intensity)를 조절할 수 있다. The polarization state of the light beam may be adjusted by the first half-wave plate 510 . By rotating the first half-wave plate 510, the intensity of the reference light and the signal light may be adjusted.

편광 빔 스플리터(504)에 의해 분리된 참조광 및 신호광은 서로 다른 편광 상태를 가질 수 있다. 예를 들면, 참조광은 P편광(또는 S편광)상태일 수 있으며, 신호광은 S편광(또는 P편광)상태일 수 있다. 홀로그램 기록을 위해서는 참조광 및 신호광이 같은 편광상태를 가져야 하므로, 참조광 또는 신호광 중 하나의 편광상태를 바꿔주기 위해서 제 2 반파장판(511)이 추가될 수 있다. 도 5에서는 참조광의 편광상태를 바꿔주기 위해 제 2 반파장판(511) 추가되어 있으나, 신호광의 편광상태를 바꿔주기 위해 제 2 반파장판(511)이 추가될 수도 있을 것이다.The reference light and the signal light separated by the polarization beam splitter 504 may have different polarization states. For example, the reference light may be in a P-polarized (or S-polarized) state, and the signal light may be in an S-polarized (or P-polarized) state. Since the reference light and the signal light must have the same polarization state for hologram recording, a second half-wave plate 511 may be added to change the polarization state of either the reference light or the signal light. In FIG. 5 , the second half-wave plate 511 is added to change the polarization state of the reference light, but a second half-wave plate 511 may be added to change the polarization state of the signal light.

신호부분(508)에서 신호광은 핀 홀(512)에 의해 걸러지고, 렌즈(514)에 의해 평행하게 된다. 평행해진 신호광은 신호부분(508)에 위치한 슬릿(518)으로 흡수될 수 있으며, 감광매체(517) 방향으로 진행할 수 있다.In the signal portion 508 , the signal light is filtered by the pin hole 512 and parallelized by the lens 514 . The parallelized signal light may be absorbed into the slit 518 located in the signal portion 508 and may travel in the direction of the photosensitive medium 517 .

참조부분(506)에서 참조광은 핀 홀(512)에 의해 걸러지고, 렌즈(514)에 의해 평행하게 될 수 있다. 평행해진 신호광은 반사부재(M3)에 의해 반사되어 사각개구면(516)으로 흡수될 수 있으며, 감광매체(517) 방향으로 진행할 수 있다. 감광매체(517)는 도광판(30)의 뒷면(34)에 접촉되어 위치할 수 있다.In the reference portion 506 , the reference light is filtered by the pin hole 512 and may be parallelized by the lens 514 . The parallelized signal light may be reflected by the reflective member M3 to be absorbed by the rectangular opening surface 516 , and may travel toward the photosensitive medium 517 . The photosensitive medium 517 may be positioned in contact with the rear surface 34 of the light guide plate 30 .

참조부분(506)에서 참조광이 도광판(30) 내부로 입사될 시, 도광판(30) 내부로 균일하게 광선을 펼쳐주기 위하여, 실린더형 오목렌즈(520)가 사용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 신호광이 실린더형 오목렌즈(520)에 의해 도광판(30) 내부로 균일하게 펼쳐질 수 있다.When the reference light from the reference portion 506 is incident into the light guide plate 30 , a cylindrical concave lens 520 may be used to uniformly spread the light rays into the light guide plate 30 . Referring to FIG. 6 , the signal light may be uniformly spread into the light guide plate 30 by the cylindrical concave lens 520 .

셔터(522)는 광원부(502)광원으로부터 입사된 광선의 노출시간을 조절할 수 있다.The shutter 522 may adjust the exposure time of the light incident from the light source unit 502 .

광원부(10)는 적어도 두 개의 레이저 다이오드를 포함할 수 있으나, 여러 개의 레이저 다이오드의 사용은 백라이트 유닛을 과열시킬 수 있다. 백라이트 유닛의 과열을 최소화하기 위해, 매우 낮은 흡수율을 지닌 광학 재료를 사용할 수 있다. 상기 광학 재료는 높은 투과성의 플라스틱, 광학 유리, 또는 석영유리가 될 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.The light source unit 10 may include at least two laser diodes, but the use of several laser diodes may overheat the backlight unit. In order to minimize overheating of the backlight unit, an optical material having a very low absorption rate may be used. The optical material may be, but is not limited to, highly transparent plastic, optical glass, or quartz glass.

도광판(30)의 뒷면(34)에 위치한 제 1 홀로그래픽 소자(40) 및 도광판(30)의 밑면(32)에 위치한 제 2 홀로그래픽 소자(9)는 서로 각각 독립적으로 기록될 수 있다. 이를 통해, 각각의 홀로그래픽 소자(40,50)의 파라미터를 조절함으로써 전체 시스템의 출력 파라미터를 조절하도록 할 수 있다.The first holographic element 40 located on the rear surface 34 of the light guide plate 30 and the second holographic element 9 located on the lower surface 32 of the light guide plate 30 may be recorded independently of each other. Through this, it is possible to adjust the output parameters of the entire system by adjusting the parameters of each of the holographic elements 40 and 50 .

백라이트 유닛(100)은 홀로그래픽 디스플레이, 스마트폰 또는 3D TV 등에 적용될 수 있다.The backlight unit 100 may be applied to a holographic display, a smart phone, or a 3D TV.

이상에서 백라이트 유닛은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the backlight unit has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

100 … 백라이트 유닛 300, 500 … 홀로그램 기록장치
10 … 광원부 20 … 입력 커플러
30 … 도광판 31 … 도광판의 앞면
32 … 도광판의 밑면 33 … 도광판의 윗면
34 … 도광판의 뒷면 40 … 제 1 홀로그래픽 소자
50 … 제 2 홀로그래픽 소자 60 … 아이 트래킹부
70 … 제어부 302, 502 … 광원부
304, 504 … 편광 빔 스플리터 310, 510 … 제 1 반파장판
311, 511 … 제 2 반파장판 312, 512 … 핀 홀
314, 514 … 렌즈 316, 517 … 감광매체
318 … 커버글래스 322 … 대물렌즈
308, 508 … 신호부분 306, 506 … 참조부분
320, 522 … 셔터 516 … 사각개구면
518 … 슬릿 520 … 실린더형 오목렌즈
M1, M2, M3 … 반사부재 O1, O2 … 마이크로 렌즈
D1, D2 … 조리개
100 … Backlight unit 300, 500 … hologram recorder
10 … Light source 20 . input coupler
30 … light guide plate 31 … the front side of the light guide plate
32 … The underside of the light guide plate 33 … upper surface of the light guide plate
34 … The back side of the light guide plate 40 … first holographic element
50 … The second holographic element 60 . eye tracker
70 … Controls 302, 502 . light source
304, 504... Polarizing beam splitters 310, 510 ... first half-wave plate
311, 511 … Second half-wave plates 312, 512 ... pin hole
314, 514 . Lens 316, 517 … photosensitive medium
318 … Cover Glass 322 … objective lens
308, 508 … Signal parts 306, 506 ... reference part
320, 522 . Shutter 516 … square aperture
518 … slit 520 … cylindrical concave lens
M1, M2, M3 … Reflective members O1, O2 ... micro lens
D1, D2 … iris

Claims (13)

적어도 두 개의 광원부;
적어도 두 개의 입력 커플러;
빛을 가이드 하는 도광판;
상기 도광판의 제 1 표면에 위치한 제 1 홀로그래픽 소자;
상기 도광판의 제 2 표면에 위치한 제 2 홀로그래픽 소자; 및
상기 적어도 두 개의 광원부를 이동시켜 상기 적어도 두 개의 광원부로부터 출력된 광선 사이의 각도를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 적어도 두 개의 입력 커플러는 상기 적어도 두 개의 광원부로부터 출력된 광선을 상기 도광판을 통해서 상기 제 1 홀로그래픽 소자에 균일하게 비추도록 구성되고,
상기 도광판은 내부에서 전반사 없이 상기 광선을 상기 제 1 홀로그래픽 소자에 전달하도록 구성되며,
상기 제 1 홀로그래픽 소자는 상기 광선을 평행하게 하고, 상기 제 2 홀로그래픽 소자로 방향전환 시키고,
상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 광선을 상기 도광판의 바깥으로 내보내며,
상기 제2 홀로그래픽 소자를 지난 상기 광선은 다른 두 개의 시역을 형성하며, 상기 두 개의 시역 사이의 각도는 상기 적어도 두 개의 광원부로부터 출력된 두 개의 광선 사이의 각도에 의해 결정되는 백라이트 유닛.
at least two light sources;
at least two input couplers;
light guide plate to guide the light;
a first holographic element located on a first surface of the light guide plate;
a second holographic element located on a second surface of the light guide plate; and
A control unit for controlling an angle between the light rays output from the at least two light source units by moving the at least two light source units;
The at least two input couplers are configured to uniformly illuminate the light rays output from the at least two light source units to the first holographic element through the light guide plate,
the light guide plate is configured to transmit the light beam to the first holographic element without total internal reflection;
the first holographic element collimates and redirects the light beam to the second holographic element;
The second holographic element emits the light beam to the outside of the light guide plate,
The light beam passing through the second holographic element forms two different viewing zones, and an angle between the two viewing zones is determined by an angle between the two beams output from the at least two light sources.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 도광판의 윗면 또는 밑면에 위치하는 백라이트 유닛
The method of claim 1,
The second holographic element is a backlight unit positioned on an upper surface or a lower surface of the light guide plate.
제 1 항에 있어서,
상기 광원부는 발광다이오드, 레이저 다이오드, 고체 레이저 및 광섬유 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The light source unit includes at least one of a light emitting diode, a laser diode, a solid laser, and an optical fiber.
제 1 항에 있어서,
상기 입력 커플러는 오목렌즈, 볼록렌즈, 투과형 홀로그램 소자 및 반사형 홀로그램 소자 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The input coupler is a backlight unit including at least one of a concave lens, a convex lens, a transmissive hologram element, and a reflective hologram element.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판은 고 투과성 플라스틱, 광학유리 및 석영 유리 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The light guide plate is a backlight unit including at least one of a high-transmittance plastic, optical glass, and quartz glass.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 홀로그래픽 소자는 상기 도광판의 바깥으로 평행한 광선을 내보내는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The second holographic element is a backlight unit that emits parallel rays to the outside of the light guide plate.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 홀로그래픽 소자는 일정한 거리에 적어도 두 개의 집중된 시역을 형성하는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The second holographic element is a backlight unit that forms at least two focused viewing areas at a predetermined distance.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판은 길이를 따라서 일정한 단면적을 갖는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The light guide plate has a constant cross-sectional area along a length of the backlight unit.
제 8 항에 있어서,
상기 도광판의 단면은 직사각형 모양인 백라이트 유닛.
9. The method of claim 8,
A cross section of the light guide plate has a rectangular shape.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 홀로그래픽 소자 및 상기 제 2 홀로그래픽 소자는 회절격자를 포함하는 백라이트 유닛
The method of claim 1,
The first holographic element and the second holographic element are a backlight unit including a diffraction grating.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 홀로그래픽 소자 및 상기 제 2 홀로그래픽 소자는 광학적으로 투명한 재료로 형성된 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The first holographic element and the second holographic element are formed of an optically transparent material.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판의 앞면, 밑면, 윗면 및 뒷면은 평평한 면으로 이루어진 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The front, bottom, top, and back surfaces of the light guide plate are formed of flat surfaces.
제 1 항에 있어서,
사용자의 동공 위치를 추적하는 아이 트래킹(eye-tracking)부를 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method of claim 1,
The backlight unit further comprising an eye-tracking unit for tracking the user's pupil position.
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