KR102360752B1 - 홀로그래픽 광학 요소를 사용하는 무안경 입체 3d 디스플레이 디바이스 - Google Patents

홀로그래픽 광학 요소를 사용하는 무안경 입체 3d 디스플레이 디바이스 Download PDF

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Abstract

무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)가 개시된다. 본 디바이스는 광(162, 164)을 교대로 발생시키도록 구성된 제1 광원(112) 및 제2 광원(114) 그리고 제1 광원으로부터의 광을 제1 방향으로 제1 광 빔(172)으로서 그리고 제2 광원으로부터의 광을 제2 방향으로 제2 광 빔(174)으로서 안내하도록 배열된 도광체 패널(120)을 포함한다. 본 디바이스에서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소의 스택(130)은 도광체 패널로부터의 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 수렴시키도록 구성되어 있다. 복수의 홀로그래픽 광학 요소의 스택은 적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소(132) 및 적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소(134)를 포함할 수 있다. 도광체 패널은 제1 및 제2 광원으로부터의 광을 홀로그래픽 요소의 스택에 인접한 도광체 패널의 표면(1010) 쪽으로 반사시키도록 구성된 프리즘 구조물을 포함한다. 프리즘 구조물은 제1 경사 표면을 가지는 적어도 하나의 제1 경사 표면(1032) 및 제2 경사각을 가지는 적어도 하나의 제2 경사 표면(1034)을 포함하고, 여기서 제1 및 제2 경사각은 10° 미만이다.

Description

홀로그래픽 광학 요소를 사용하는 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스{AUTOSTEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE USING HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENTS}
본 개시 내용은 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(autostereoscopic 3D display device)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 복수의 HOE(holographic optical element: 홀로그래픽 광학 요소)를 사용하는 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
최근에, 3D(three-dimensional) 영상을 보기 위한 3D 디스플레이가 보편화되었다. 예를 들어, 3D 디스플레이 또는 3D 텔레비전을 갖춘 영화관은 보는 사람이 향상된 시각적 경험을 위해 3D 영화를 보게 해줄 수 있다. 그렇지만, 이러한 3D 영화는 종종 보는 사람에게 3D 영상을 지각하기 위해 3D 안경 또는 시각 보조기구를 착용하도록 요구한다. 이러한 3D 안경 또는 시각 보조기구의 사용은 디바이스의 중량 또는 번거로움으로 인해 어떤 보는 사람에게는 불편할 수 있다.
보는 사람의 이러한 불편을 완화시키기 위해, 보는 사람이 3D 안경 또는 시각 보조기구 없이 3D 영상을 지각하게 해주기 위해 무안경 입체 디스플레이가 개발되었다. 종래의 무안경 입체 디스플레이는 전형적으로 공간 다중화 방법(spatial-multiplexed method) 또는 시간 다중화 방법(time-multiplexed method)을 사용하여 3D 영상을 디스플레이한다. 공간 다중화 방법에서, 좌안에 대한 시야와 우안에 대한 시야를 분할하여 보는 사람을 위한 입체 영상 쌍을 형성하기 위해, 시차 장벽(parallax-barrier) 또는 렌티큘러 시트(lenticular-sheet)와 같은 광학 스트라이프 패널(optical stripe panel)이 무안경 입체 디스플레이에 제공될 수 있다. 그렇지만, 이러한 광학 스트라이프 패널의 사용은 열화되거나 감소된 영상 해상도, 낮은 광 효율, 및 좁은 시야각을 가져올 수 있다.
시간 다중화 방법에서, 보는 사람의 좌안 및 우안이 3D 영상을 지각하게 해주기 위해 좌시야 영상과 우시야 영상이 순차적으로 디스플레이된다. 이 방법에서, 좌시야 영상과 우시야 영상에 대한 지향성 백라이트(directional backlight)를 형성하기 위해 다양한 유형의 렌즈, 거울, 또는 프리즘을 갖는 3D 필름이 전형적으로 사용된다. 그렇지만, 렌즈 또는 거울의 사용은 3D 디스플레이 디바이스의 크기의 증가를 가져올 수 있다. 프리즘을 갖는 3D 필름의 경우에, 프리즘을 갖는 마이크로미터 크기의 3D 필름을 정밀하게 제조하고 프리즘을 갖는 3D 필름을 도광체 구조물에 맞춰 정확하게 정렬하는 것이 어려울 수 있다.
본 개시 내용은 복수의 홀로그래픽 광학 요소를 사용하는 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
본 개시 내용의 일 실시예에 따르면, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스가 개시된다. 본 디바이스는 광을 교대로 발생시키도록 구성된 제1 광원 및 제2 광원; 제1 광원으로부터의 광을 제1 방향으로 제1 광 빔으로서 그리고 제2 광원으로부터의 광을 제2 방향으로 제2 광 빔으로서 안내하도록 배열된 도광체 패널; 및 도광체 패널로부터의 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 수렴시키도록 구성된 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택을 포함하고, 여기서 도광체 패널은 제1 광원 및 제2 광원으로부터의 광을 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택에 인접한 도광체 패널의 표면 쪽으로 반사시키도록 구성된 프리즘 구조물을 포함하며, 여기서 프리즘 구조물은 제1 경사각을 가지는 적어도 하나의 제1 경사 표면 및 제2 경사각을 가지는 적어도 하나의 제2 경사 표면을 포함하고, 여기서 제1 경사각 및 제2 경사각은 10° 미만이다. 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스는 유리하게도 시차 장벽 또는 렌티큘러 시트를 사용하는 종래의 무안경 입체 3D 디스플레이 시스템과 비교하여 길이 방향에서의 긴 시야 범위 및 감소된 크로스토크를 제공할 수 있다.
상기의 실시예의 프리즘 구조물의 특정의 장점은 제1 광원 및 제2 광원으로부터의 광을 준평행화되거나(quasi-collimated) 실질적으로 평행화된 한 쌍의 광 빔으로서 방향 전환시킬 수 있다는 것이다. 게다가, 제1 광원 및 제2 광원으로부터의 광이 도광체 패널 내부에서 광 분포를 향상시키고 균질화하기 위해 적어도 하나의 제1 경사 표면 및/또는 적어도 하나의 제2 경사 표면으로부터 여러 번 반사될 수 있다. 더욱이, 10° 미만의 경사각의 특정의 장점은 도광체 패널로부터 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택 쪽으로 굴절되는 광 빔의 평행화를 향상시킬 수 있다는 것이다.
일부 실시예에서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택은 적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소 및 적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소는 제1 광 빔을 제1 위치로 수렴시킬 수 있는 반면, 적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소는 제2 광 빔을 제2 위치로 수렴시킬 수 있다. 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택을 포함하는 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스는 높은 회절 효율 그리고 따라서 고휘도의 영상을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소는 제1 광 빔의 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시키도록 구성된 하나 이상의 제1 광중합체 필름들을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소는 제2 광 빔의 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시키도록 구성된 하나 이상의 제2 광중합체 필름들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 광중합체 필름들 및 하나 이상의 제2 광중합체 필름들을 갖는 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스는 풀 컬러 디스플레이(full color display)를 가능하게 하기 위해 제1 광 빔 및 제2 광 빔의 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 제1 광중합체 필름들 및 하나 이상의 제2 광중합체 필름들 각각은 적색, 녹색 또는 청색 파장을 회절시키도록 구성될 수 있다. 적색, 녹색 또는 청색 파장을 회절시키는 것은 풀 컬러 디스플레이를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들 각각은 평행 광 빔과 발산 광 빔의 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 간섭 패턴을 갖는 홀로그래픽 광학 요소는 보는 사람의 한 쌍의 눈 전방에 한 쌍의 수렴하는 광 필드(converging light field)를 형성한다.
일부 실시예에서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들 각각은 체적 홀로그래픽 광학 요소(volume holographic optical element)일 수 있다. 체적 홀로그래픽 광학 요소는, 보는 사람을 위해 출력되는 광의 밝기가 향상될 수 있도록, 색 크로스토크(color crosstalk)를 감소시킬 수 있고 회절 효율을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도광체 패널은 프리즘 구조물로부터 반사되는 광을 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택에 인접한 도광체 패널의 표면에 수직인 방향에 대해 45° 초과의 굴절각으로 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택 쪽으로 굴절시키도록 구성될 수 있다. 45° 초과의 굴절각으로 굴절된 광은 복수의 홀로그래픽 광학 요소들과 결합하여 보는 사람의 한 쌍의 눈에 수렴되는 광 필드들 사이의 색 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도광체 패널은 제1 광원 및 제2 광원으로부터의 광을 실질적으로 균일한 강도 분포를 가지는 제1 광 빔 및 제2 광 빔으로서 안내하도록 구성될 수 있다. 이러한 균일한 강도 분포는 보는 사람을 위해 출력되는 광의 밝기의 균질성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 굴절된 광의 각도 대역폭은 30° 미만일 수 있다. 이러한 좁은 각도 대역폭은 굴절된 광의 평행화를 향상시킬 수 있고, 회절 효율을 개선시킬 수 있으며, 보는 사람의 한 쌍의 눈에 수렴되는 광 필드들 사이의 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스는 제1 영상 세트 및 제2 영상 세트를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 패널; 및 제1 광원과 제2 광원을 교대로 활성화시키고 제1 영상 세트 중 하나의 영상과 제2 영상 세트 중 하나의 영상을 교대로 디스플레이하기 위해 디스플레이 패널을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스는 디스플레이 해상도의 감소 없이 보는 사람을 위해 투사될 제1 영상 세트와 제2 영상 세트를 시간 다중화할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 제1 영상 세트 중 하나의 영상 및 제2 영상 세트 중 하나의 영상을 디스플레이하는 것을 제1 광원 및 제2 광원을 활성화시키는 것과 동기화시키기 위해 하나 이상의 제어 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 이러한 제어 신호의 사용은 입체 영상을 디스플레이하기 위해 디스플레이 패널을 제1 광원 및 제2 광원과 동기하여 효율적으로 구동할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 영상 세트 중 하나의 영상과 제2 영상 세트 중 하나의 영상은 입체 영상 쌍에 대응할 수 있고, 제어 유닛은 각각의 입체 영상 쌍을 디스플레이하기 위해 발생된 수직 동기화 신호 또는 미리 결정된 수의 수평 동기화 신호들에 기초하여 제1 영상 세트와 제2 영상 세트를 디스플레이하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다. 수평 동기화 신호들로부터 수직 동기화 신호를 발생시키는 것은 플리커링(flickering)을 감소시키기 위해 제1 영상 세트와 제2 영상 세트를 포함하는 3D 입체 영상을 보다 높은 주파수 또는 프레임 레이트로 디스플레이하는 것을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들 각각은 기준 빔(reference beam)을 하나 이상의 제1 입사각들에 기초하여 홀로그래픽 광학 요소 상에 그리고 물체 빔(object beam)을 하나 이상의 제2 입사각들에 기초하여 홀로그래픽 광학 요소 상에 조사(illuminate)하는 것에 의해 기록되는 하나 이상의 간섭 패턴들을 포함할 수 있다. 간섭 패턴을 상이한 홀로그래픽 광학 요소 상에 개별적으로 기록하는 것에 의해, 홀로그래픽 광학 요소의 회절 효율이 향상될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 광학 요소의 스택은 풀 컬러 디스플레이를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 간섭 패턴들은 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시키도록 구성될 수 있다. 간섭 패턴에 의한 하나 이상의 미리 결정된 파장들의 회절은 풀 컬러 디스플레이를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 제1 입사각들이 서로 상이할 수 있고, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 제2 입사각들이 서로 상이할 수 있다. 간섭 패턴들을 상이한 입사각들을 사용하여 홀로그래픽 광학 요소들에 기록하는 것은 상이한 색들에 대한 회절 효율을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 입사각들 중 하나 및 제2 입사각들 중 하나를 포함하는 한 쌍의 각도가 적색, 녹색 또는 청색 파장에 대한 브래그 각(Bragg-angle) 조건에 기초하여 결정될 수 있다. 브래그 각 조건을 충족시키는 입사각을 사용하여 간섭 패턴을 기록하는 것은 회절 효율을 향상시키고 보는 사람을 위해 출력되는 광의 밝기를 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 광 빔 및 제2 광 빔은 30° 미만의 각도 대역폭으로 준평행화되거나 실질적으로 평행화될 수 있다. 이러한 준평행화거나 실질적으로 평행화된 광 빔은 회절 효율을 개선시키고 보는 사람의 한 쌍의 눈에 수렴되는 광 필드들 사이의 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
본 개시 내용의 발명 양태의 실시예가 이하의 상세한 설명을 참조하여 첨부 도면과 관련하여 읽으면 이해될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 보는 사람에 의해 3D 영상으로서 지각될 수 있는 LCD(liquid crystal display, 액정 디스플레이) 패널 상에 디스플레이되는 입체 영상 쌍을 투사하도록 구성된 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스를 나타낸다.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스에서 입체 영상을 투사하기 위해 LCD 패널 및 광원을 제어하도록 구성된 제어 유닛의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, H_SYNC 신호 및 V_SYNC_1 신호에 기초하여 LCD 구동 유닛에 의해 V_SYNC_2 신호를 발생시키는 타이밍도를 나타낸다.
도 4는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 기준 빔과 물체 빔을 홀로그래픽 광학 요소 상에 조사하는 것에 의해 간섭 패턴을 기록하는 것을 나타낸다.
도 5는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 홀로그래픽 광학 요소의 상부 표면 상의 기준 중심점 쪽으로 지향되는, 물체 빔의 광선의 입사각과 기준 빔의 광선의 입사각을 나타낸다.
도 6은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 기준 빔과 물체 빔 사이의 간섭의 패턴을 홀로그래픽 광학 요소에 기록하도록 구성된 기록 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 7은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 기록 시스템에서 수행되는, 기준 빔과 물체 빔 사이의 간섭의 패턴을 홀로그래픽 광학 요소에 기록하는 방법의 플로우차트를 나타낸다.
도 8은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택으로서 구성된 홀로그래픽 광학 요소를 나타낸다.
도 9는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 평행화된 광 빔을, 각각, 제1 방향 및 제2 방향으로 홀로그래픽 광학 요소들의 스택 상에 조사하도록 구성된 도광체 패널을 나타낸다.
도 10은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 광원으로부터 조사된 광을 명시된 방향으로 안내하도록 구성되어 있는 도광체 패널의 일부분을 단면도로 나타낸다.
이제부터, 다양한 실시예에 대해 상세히 언급할 것이며, 이 실시예들의 예는 첨부 도면에 예시되어 있다. 이하의 상세한 설명에서, 본 개시 내용의 발명 양태의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 상세가 기재된다. 그러나, 본 개시 내용의 발명 양태가 이 구체적인 상세가 없어도 실시될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 다른 경우에, 다양한 실시예의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해, 널리 공지된 방법, 절차, 시스템, 및 컴포넌트가 상세히 기술되지 않았다.
도 1은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 보는 사람(190)에 의해 3D 영상으로서 지각될 수 있는 LCD 패널(140) 상에 디스플레이되는 입체 영상 쌍을 투사하도록 구성된 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)를 나타낸 것이다. 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)는 한 쌍의 광원(112 및 114), 도광체 패널(120), 적어도 2 개의 HOE(holographic optical element)(132 및 134)의 스택(130), LCD 패널(140), 및 제어 유닛(150)을 포함한다. 제어 유닛(150)은 입체 영상 쌍을 광원(112 및 114)과 동기하여 디스플레이하기 위해 LCD 패널(140)을 구동하도록 구성되어 있다.
도시된 바와 같이, 제어 유닛(150)은 입체 영상 쌍을 동기하여 디스플레이하기 위해 LCD 패널(140) 및 광원(112 및 114)에 결합되어 있다. 일 실시예에서, 입체 영상 쌍은, 보는 사람(190)의 우안 및 좌안에 의해, 각각, 지각될 수 있는, 우시야 영상과 좌시야 영상을 포함할 수 있다. 입체 영상 쌍을 투사하기 위해, 제어 유닛(150)은 좌안에 대한 좌시야 영상을 디스플레이하기 위해 LCD 패널(140)을 구동하고 광원(112)을 활성화시킬 수 있다. 제어 유닛(150)은 이어서 우안에 대한 우시야 영상을 디스플레이하기 위해 LCD 패널(140)을 구동하고 광원(114)을 활성화시킬 수 있다. 좌안과 우안을 위해 LCD 패널(140)에 제공되는 입체 영상과 동기하여 광원(112 및 114)을 교대로 활성화시키는 것에 의해, 보는 사람(190)의 좌안과 우안에 대해 3D 영상이 투사될 수 있다. 예시된 실시예가 입체 영상 쌍을 사용해 기술되어 있지만, 예시된 실시예가 또한 보는 사람(190)을 위한 복수의 입체 영상 쌍을 순차적으로 그리고 교대로 디스플레이하고 투사할 수 있다.
제어 유닛(150)의 제어 하에서, 광원(112) 및 광원(114)은, 각각, 광(162) 및 광(164)을 교대로 발생시키도록 구성되어 있다. 광원(112) 및 광원(114)은 좌안과 우안을 위해 LCD 패널(140) 상에 교대로 디스플레이되는 입체 영상을 교대로 조명하는 백라이트 유닛(backlight unit)(BLU)으로서 역할할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(112) 및 광원(114)은, 각각, 광(162) 및 광(164)을 도광체 패널(120) 내로 또는 그 쪽으로 방출하도록 배열되어 있다. 일 실시예에서, 광원(112)과 광원(114)은 도광체 패널(120)의 양 측면(예컨대, 좌측면 및 우측면)으로부터, 각각, 광(162) 및 광(164)을 방출하도록 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(112 및 114)은 하나 이상의 가스 방전 램프, 레이저 다이오드, 또는 LED(light emitting diode, 발광 다이오드), 예컨대 백색 LED, 적색, 청색, 녹색 LED 세트, 보색 LED 세트, 단색 LED, 기타 등등을 포함할 수 있다.
도광체 패널(120)은 광원(112)으로부터의 광(162)을 제1 방향으로 그리고 광원(114)으로부터의 광(164)을 제2 방향으로 안내하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 광원(112)으로부터의 광(162)은, 도 1에서 실선 화살표로 나타낸 바와 같이, 도광체 패널(120) 내에서 안내되고 제1 평행화된 광 빔(172)으로서 출력될 수 있다. 다른 한편으로, 광원(114)으로부터의 광(164)은, 도 1에서 점선 화살표로 나타낸 바와 같이, 도광체 패널(120) 내에서 안내되고 제2 평행화된 광 빔(174)으로서 출력될 수 있다. 제1 평행화된 광 빔(172) 및 제2 평행화된 광 빔(174)은 또한 실질적으로 평행화되거나 준평행화된 광 빔일 수 있다. 도광체 패널(120)은 광을 명시된 방향으로 준평행화되거나 실질적으로 평행화된 광 빔으로서 안내하기 위해 사용될 수 있는 플라스틱(예컨대, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트 등), 유리 등과 같은 임의의 적당한 투명 또는 반투명 재료 또는 매체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 준평행화된 광 빔 또는 실질적으로 평행화된 광 빔은 FWHM(full width at half maximum, 반치폭)으로서 측정된 30° 미만의 각도 대역폭을 가질 수 있다.
제1 방향에서의 광 빔(172) 및 제2 방향에서의 광 빔(174)은 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)의 스택(130)에 입사된다. 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134) 각각은 평행 광 빔(예컨대, 기준 빔)과 발산 광 빔(예컨대, 물체 빔)의 간섭 패턴을 포함하도록 구성되어 있다. 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)에 체적 위상 격자(volume phase grating)로서 기록될 수 있다. 이 경우에, 평행 광 빔은 평면파일 수 있고, 발산 광 빔은 구면파일 수 있다.
홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)의 예시된 스택(130)에서, 간섭 패턴을 갖는 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)는 도광체 패널(120)로부터의 광 빔(172 및 174)을 한 쌍의 물체 빔(182 및 184)으로, 각각, 수렴시키도록 구성되어 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소(132)는 도광체 패널(120)로부터의 광 빔(172)을 보는 사람(190)의 좌안에 대응하는 위치에 수렴하는 물체 빔(182)으로 수렴시킨다. 다른 한편으로, 홀로그래픽 광학 요소(134)는 도광체 패널(120)로부터의 광 빔(174)을 보는 사람(190)의 우안에 대응하는 위치에 수렴하는 물체 빔(184)으로 수렴시킨다. 일부 실시예에서, 광(예컨대, 광 빔)을 수렴시킨다는 것은 광의 파면이, 수렴 렌즈, 수렴 거울 등과 같은 굴절 또는 반사 광학 요소의 경우에서와 같이, 국소적으로 2 개의 음의 곡률 반경에 의해 특징지워질 수 있다는 것을 의미한다. 복수의 홀로그래픽 광학 요소의 경우에, 음의 곡률 반경이 각각의 홀로그래픽 광학 요소에 대해 상이할 수 있다.
홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)로부터의 수렴하는 물체 빔(182 및 184)은, 각각, LCD 패널(140) 상에서 좌안 및 우안에 대응하는 한 쌍의 위치에, 각각, 디스플레이되는 입체 영상 쌍을 투시하기 위해 LCD 패널(140)을 통과한다. 좌시야 영상이 LCD 패널(140) 상에 디스플레이되고 광원(112)이 활성화될 때, 수렴하는 물체 빔(182)은 좌시야 영상을 보는 사람(190)의 좌안에 투사하기 위해 LCD 패널(140)을 통과한다. 이와 유사하게, 우시야 영상이 LCD 패널(140) 상에 디스플레이되고 광원(114)이 활성화될 때, 수렴하는 물체 빔(184)은 우시야 영상을 보는 사람(190)의 우안에 투사하기 위해 LCD 패널(140)을 통과한다. 좌시야 영상과 우시야 영상을 좌안과 우안을 통해 교대로 보는 것에 의해, 보는 사람(190)이 3D 영상을 지각할 수 있다.
예시된 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)가, LCD 패널(140)을 사용하는 것으로 기술되어 있지만, 수렴하는 물체 빔(182 및 184)이 통과할 수 있는 임의의 적당한 디스플레이 패널을 이용할 수 있다. 그에 부가하여, 적어도 2 개의 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)는 임의의 적당한 수의 홀로그래픽 광학 요소를 포함할 수 있고 임의의 적당한 순서로 적층될 수 있다. 게다가, 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134) 각각은 체적 홀로그래픽 광학 요소(volume holographic optical element)(VHOE)일 수 있다.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)에서 입체 영상을 투사하기 위해 LCD 패널(140) 및 광원(112 및 114)을 제어하도록 구성된 제어 유닛(150)의 블록도를 나타낸 것이다. 제어 유닛(150)은 프로세서(210), LCD 구동 유닛(220), 및 광원 스위칭 유닛(230)을 포함한다. 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)는 좌시야 영상 세트와 우시야 영상 세트를 포함하는 복수의 입체 영상 쌍을 저장하는 저장 유닛(240)을 포함한다. 대안적으로, 저장 유닛(240)은 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)의 외부에 있을 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 입체 영상 쌍은 영상 프레임에 대응할 수 있고, 초당 30 프레임(예컨대, 30Hz)과 같은 명시된 프레임 레이트에 따라 저장될 수 있다. 이 경우에, 복수의 입체 영상 쌍에 대응하는 복수의 비디오 영상 프레임이 명시된 프레임 레이트로 디스플레이되기 위해 저장 유닛(240)에 순차적으로 저장될 수 있다. 예를 들어, 각각의 비디오 영상 프레임이 하향식 방법(top-down method)에 따라 좌시야 영상 및 우시야 영상을 우영상(right-image)의 끝에 있는 프레임 끝 표시자(end-of-frame indicator)와 함께 순차적으로 저장하도록 포맷(format)될 수 있다. 게다가, 각각의 비디오 영상 프레임이 명시된 해상도(예컨대, m x n)에 기초하여 포맷될 수 있다. 저장 유닛(240)은 비디오 영상 프레임을 저장하기 위해 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리 등(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 임의의 적당한 유형의 메모리 디바이스를 사용하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 좌시야 영상과 우시야 영상을 교대로 디스플레이하기 위해 저장 유닛(240) 내의 대응하는 좌시야 영상 세트와 우시야 영상 세트로부터의 입체 영상 쌍에 대응하는 비디오 영상 프레임에 순차적으로 액세스할 수 있다. 비디오 영상 프레임이 액세스될 때, 프로세서(210)는 비디오 영상 프레임 및/또는 LCD 패널(140)의 수평 해상도에 기초하여 수평 동기화 신호(H_SYNC)를 그리고 프레임 끝 표시자에 기초하여 수직 동기화 신호(V_SYNC_1)를 발생시킨다. 프로세서(210)는 클럭 신호(CLOCK) 및 H_SYNC 신호와 함께 디스플레이 데이터로서 비디오 영상 프레임을 LCD 패널(140)에 순차적으로 제공한다. 그에 부가하여, 프로세서(210)는 H_SYNC 신호 및 V_SYNC_1 신호를 LCD 구동 유닛(220)에 제공한다.
H_SYNC 신호 및 V_SYNC_1 신호에 기초하여, LCD 구동 유닛(220)은 LCD 패널(140)을 디스플레이하는 것과 광원(112 및 114)을 활성화시키는 것을 동기화시키기 위해 하나 이상의 제어 신호를 발생시킨다. 도시된 바와 같이, 제어 신호는 다른 수직 동기화 신호(V_SYNC_2) 및 스위칭 신호(222)를 포함한다. 일 실시예에서, LCD 구동 유닛(220)은 각각의 비디오 영상 프레임의 끝에 대한 수신된 V_SYNC_1 신호에 기초하여 V_SYNC_2 신호를 발생시킨다. 그에 부가하여, V_SYNC_2 신호는 비디오 영상 프레임 내의 좌시야 영상의 끝에서 발생된다. 그에 따라, V_SYNC_2 신호는 각각의 좌시야 영상의 끝 및 각각의 비디오 영상 프레임의 끝을 표시하기 위해 발생되고, 그로써 V_SYNC_1 신호의 주파수의 2배이다. 예를 들어, 초당 30 프레임(예컨대, 30Hz)의 프레임 레이트가 주어진 경우, LCD 구동 유닛(220)은 초당 60 프레임(예컨대, 60Hz)의 프레임 레이트로 V_SYNC_2 신호를 발생시킨다. LCD 구동 유닛(220)은 V_SYNC_2 신호를 LCD 패널(140)에 제공하고, LCD 패널은 프로세서(210)로부터 수신된 비디오 영상 프레임의 좌시야 영상과 우시야 영상을 V_SYNC_2 신호에 기초하여 교대로 디스플레이한다.
일 실시예에서, LCD 구동 유닛(220)은 광원(112 및 114)을 활성화시키는 것을, 각각, 좌시야 영상 및 우시야 영상을 디스플레이하는 것과 동기화시키기 위해 V_SYNC_2 신호와 동기하여 스위칭 신호(222)를 발생시킨다. V_SYNC_2 신호가 좌시야 영상의 끝에 대응할 때, 광원(112)으로의 스위칭을 나타내기 위해 스위칭 신호(222)가 발생된다. 다른 한편으로, V_SYNC_2 신호가 비디오 영상 프레임의 끝에 대응할 때, 광원(114)으로의 스위칭을 나타내기 위해 스위칭 신호(222)가 발생된다.
LCD 구동 유닛(220)으로부터의 스위칭 신호(222)에 응답하여, 광원 스위칭 유닛(230)은 광원(112)과 광원(114) 간에 스위칭한다. 예를 들어, 스위칭 신호(222)가 광원(112)으로의 스위칭을 나타낼 때, 광원 스위칭 유닛(230)은 광원(112)을 활성화시킬 수 있다. 이와 유사하게, 스위칭 신호(222)가 광원(114)으로의 스위칭을 나타낼 때, 광원(114)이 활성화될 수 있다.
비디오 영상 프레임이 좌시야 영상 및 우시야 영상을 우영상의 끝에 있는 프레임 끝 표시자와 함께 순차적으로 저장하도록 포맷되는 것으로 기술되어 있지만, 비디오 영상 프레임이 우시야 영상 및 좌시야 영상을 좌시야 영상의 끝에 있는 프레임 끝 표시자와 함께 순차적으로 저장하도록 포맷될 수 있다. 이 경우에, 프로세서(210)는 각각의 비디오 영상 프레임에 대한 프레임 끝 표시자에 기초하여 V_SYNC_1 신호를 발생시킨다. 그에 부가하여, LCD 구동 유닛(220)은 V_SYNC_1 신호 및 H_SYNC 신호에 기초하여 우시야 영상 및 비디오 영상 프레임 둘 다의 끝에 대해 V_SYNC_2 신호를 발생시킨다. LCD 구동 유닛(220)으로부터 V_SYNC_2 신호를 수신할 때, LCD 패널은 광원(112 및 114)을 활성화시키는 것과 동기하여 우시야 영상과 좌시야 영상을 교대로 디스플레이한다.
도 3은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, H_SYNC 신호 및 V_SYNC_1 신호(320 및 322)에 기초하여 LCD 구동 유닛(220)에 의해 V_SYNC_2 신호(330, 332, 및 334)를 발생시키는 타이밍도(300)를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여 앞서 기술된 바와 같이, LCD 구동 유닛(220)은 프로세서(210)로부터 복수의 펄스를 포함하는 H_SYNC 신호 및 V_SYNC_1 신호(320 및 322)를 수신한다. 수신된 H_SYNC 신호 및 V_SYNC_1 신호(320 및 322)로부터, LCD 구동 유닛(220)은, 각각의 비디오 영상 프레임 내의 좌시야 영상(또는 우시야 영상)의 끝 및 비디오 영상 프레임의 끝을 표시하기 위해, V_SYNC_1 신호(320 및 322)의 2배의 주파수로 V_SYNC_2 신호(330, 332, 및 334)를 발생시킨다.
일 실시예에서, 프로세서(210)는 저장 유닛(240)에 저장된 비디오 영상 프레임에 대한 프레임 레이트에 기초하여 V_SYNC_1 신호(320 및 322)를 발생시킨다. 그에 부가하여, 프로세서(210)는 각각의 비디오 영상 프레임에 대한 프레임 레이트 및 수직 해상도(V R )에 기초하여 H_SYNC 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 프레임 레이트가 30Hz이고 수직 해상도(V R )가 1,102 픽셀일 때, V_SYNC_1 신호(320 및 322)는 프로세서(210)에 의해 30Hz의 주파수로 발생되고, H_SYNC 신호는 33,060Hz(즉, 30Hz x 1,102 픽셀)의 주파수로 발생된다.
V_SYNC_1 신호(320)를 수신한 것에 응답하여, LCD 구동 유닛(220)은 V_SYNC_2 신호(330)를 발생시키고 프로세서(210)로부터 수신되는 H_SYNC 신호의 개수를 카운팅하도록 구성되어 있다. 카운트된 H_SYNC 신호의 개수가 R V /2일 때, LCD 구동 유닛(220)은 좌시야 영상(또는 우시야 영상)의 끝을 표시하기 위해 V_SYNC_2 신호(332)를 발생시킨다. 다음 V_SYNC_1 신호(322)가 수신될 때, 비디오 영상 프레임의 끝을 표시하기 위해 V_SYNC_2 신호(334)가 발생된다. 카운트된 H_SYNC 신호의 개수는 임의의 적당한 때에 V_SYNC_2 신호(332)를 발생시킬 때 리셋될 수 있고, 후속하는 H_SYNC 신호는 V_SYNC_2 신호(334)를 발생시킬 때 카운팅될 수 있다. V_SYNC_2 신호를 저장된 비디오 영상 프레임에 대한 프레임 레이트의 2배의 주파수(예컨대, 60Hz)로 발생시키기 위해 이 프로세스가 반복될 수 있다.
도 4는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 기준 빔(420)과 물체 빔(430)을 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사하는 것에 의해 간섭 패턴을 기록하는 것을 나타낸 것이다. 예시된 바와 같이, 기준 빔(420)은 평면파를 형성하기 위해 실질적으로 평행화되거나 준평행화될 수 있다. 기준 빔(420)은 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412)에 대해 미리 결정된 입사각으로 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사된다.
도 4에서, 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412) 상의 중심점(O)은 기준 좌표(0, 0, 0)를 갖는 기준점으로서 역할한다. 한 쌍의 점(r 1 및 r 2 )은, 각각, 보는 사람의 우안과 좌안의 위치에 대응한다. 시청 거리(viewing distance)(L)는 홀로그래픽 광학 요소(410)와 보는 사람의 우안 또는 좌안에 대한 점(r 1 또는 r 2 ) 사이의 미리 결정된 거리를 나타낸다. 게다가, 거리(D)는 점(r 1 )과 점(r 2 ) 사이의 양안 거리(inter-ocular distance)를 나타낸다. 그에 따라, 점(r 1 )과 점(r 2 )은, 각각, 좌표(-D/2, 0, -L) 및 좌표(D/2, 0, -L)로 표기될 수 있다. 예를 들어, 시청 거리(L)는 300mm일 수 있고, 양안 거리(D)는 65mm일 수 있다. 일부 실시예에서, 시청 거리(L)는 100mm 초과의 임의의 적당한 거리일 수 있는 반면, 양안 거리(D)는 양 눈 사이의 거리를 나타내는 데 적당한 임의의 거리일 수 있고 50mm부터 75mm까지의 범위에 있을 수 있다.
물체 빔(430)은 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사되는 발산하거나 실질적으로 구면인 빔이다. 도시된 바와 같이, 물체 빔(430)은 보는 사람의 우안의 위치에 대응하는 점(r 1 )으로부터 발산하고, 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412) 쪽으로 지향된다. 일 실시예에서, E R 로 표기된 평행화된 기준 빔과 E s 로 표기된 발산하는 물체 빔은 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00001
Figure 112016088239124-pct00002
여기서 I R 및 I S 는, 각각, 기준 빔(420)의 강도(intensity) 및 물체 빔(430)의 강도를 나타내고, K R 및 K S 는, 각각, 기준 빔(420)의 파수 벡터(wave vector) 및 물체 빔(430)의 파수 벡터를 나타내며, r 은 좌표(0, 0, 0)를 갖는 중심점(O)으로부터 좌표(x, y, z)를 갖는 점(r)으로의 벡터를 나타낸다.
기준 빔(420)과 물체 빔(430)이 홀로그래픽 광학 요소(410)를 조사할 때, 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 요소(410)에 체적 위상 격자로서 기록될 수 있다. 이상의 수학식 1 및 수학식 2에 기초하여, 브래그 조건을 충족시키는 간섭 패턴은 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00003
여기서 K G 는 격자의 파수 벡터를 나타내고, 파수 벡터들( K R , K S , 및 K G ) 사이의 브래그 조건은 K G = K S - K R 에 의해 표현된다.
유사한 방식으로, 기준 빔과 물체 빔의 다른 쌍(도시되지 않음)이 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사될 수 있다. 이 경우에, 기준 빔이 또한 평면파를 형성하기 위해 실질적으로 평행화되거나 준평행화될 수 있다. 게다가, 물체 빔은 보는 사람의 좌안에 대응하는 점(r 2 )으로부터 발산하여, 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412) 쪽으로 지향될 수 있다. 기준 빔과 물체 빔 쌍이 홀로그래픽 광학 요소를 조사할 때, 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 요소(410)에 체적 위상 격자로서 기록될 수 있다. 브래그 조건을 충족시키는 간섭 패턴은 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00004
여기서 I R 및 I S 는, 각각, 기준 빔의 강도와 물체 빔의 강도를 나타내고, K R , K S , 및 K G 는, 각각, 기준 빔의 파수 벡터, 물체 빔의 파수 벡터, 및 격자의 파수 벡터를 나타내며, 파수 벡터들( K R , K S , 및 K G ) 사이의 브래그 조건은 K G = K S - K R 에 의해 표현된다.
도 5는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412) 상의 기준 중심점(O) 쪽으로 지향되는, 물체 빔(430)의 광선(510)의 입사각(α)과 기준 빔(420)의 광선(520)의 입사각(β)을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 물체 빔(430)의 광선(510)은 보는 사람의 우안에 대응하는 점(r 1 )으로부터 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412) 상의 중심점(O)으로 조사된다. 광선(510)은 상부 표면(412)에 수직인 라인(530)에 대해 입사각(α)을 형성한다. 다른 한편으로, 기준 빔(420)의 광선(520)은 법선(530)에 대해 입사각(β)으로 홀로그래픽 광학 요소(410)의 상부 표면(412)에서의 중심점(O)에 조사된다.
예시된 실시예에서, 상부 표면(412)에 입사하는 광선(510)은 홀로그래픽 광학 요소(410)에서 법선(530)에 대해 굴절각(α')으로 굴절된다. 이와 유사하게, 상부 표면(412)에 입사하는 광선(520)은 홀로그래픽 광학 요소(410)에서 법선(530)에 대해 굴절각(β')으로 굴절된다. 스넬의 법칙(Snell's law)에 기초하여, 입사각(α 및 β)과 굴절각(α' 및 β') 사이의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00005
Figure 112016088239124-pct00006
여기서 n air 는 공기에 대한 굴절률을 나타내고, n p 는 홀로그래픽 광학 요소(410)에 대한 굴절률을 나타낸다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소(410)에 대한 굴절률(n p )은 1.485일 수 있다.
광선(510 및 520)이 홀로그래픽 광학 요소(410)를 조사할 때, 도 4를 참조하여 앞서 기술된 바와 같이, 광선(510)과 광선(520) 사이의 간섭 패턴이 형성되고 홀로그래픽 광학 요소(410)에 체적 위상 격자로서 기록된다. 간섭 패턴(또는 체적 위상 격자)은 적색, 녹색, 또는 청색에 대응할 수 있는 광선(510 및 520)의 파장에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 녹색 광의 광선(510 및 520)을 조사하는 것에 의해 간섭 패턴이 기록될 수 있다.
일 실시예에서, 예를 들어, 532nm의 파장을 가지는 녹색 광의 광선(510 및 520)이 입사각(α g 및 β g )으로 홀로그래픽 광학 요소(410)에 입사할 때, 광선(510 및 520)은 홀로그래픽 광학 요소(410)에서 굴절각(α g ' 및 β g ')을 형성한다. 이 경우에, 녹색 광에 대한 입사각(α g 및 β g )의 반각(half angle)(θ g )은 하기의 수학식에 의해 정의될 수 있다:
Figure 112016088239124-pct00007
이와 유사하게, 녹색 광에 대한 굴절각(α g ' 및 β g ')의 반각(θ g ')은 하기의 수학식에 의해 정의될 수 있다:
Figure 112016088239124-pct00008
녹색 광에 대한 반각(θ g ' )에 기초하여, 홀로그래픽 광학 요소(410)에 기록되는, 녹색 광에 대한 체적 위상 격자의 주기(Λ g )가 브래그 각 조건을 충족시킬 때, 녹색 광에 대한 격자 주기(Λ g )는 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00009
여기서 λ g 는 녹색 광의 파장(예를 들어, 532nm)을 나타낸다.
녹색 광에 대한 반각(θ g ' )이 주어진 경우, 브래그 각 조건을 충족시키는, 적색 광에 대한 격자 주기(Λ r )와 청색 광에 대한 격자 주기(Λ b )는, 각각, 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00010
Figure 112016088239124-pct00011
여기서 λ r 은 적색 광의 파장(예컨대, 633nm)을 나타내고, λ b 는 청색 광의 파장(예컨대, 490nm)을 나타낸다.
적색 광에 대한 격자 주기(Λ r )가 결정되면, 적색 광에 대한 입사각(α r ' 및 β r ')의 반각(θ r ')은 하기의 수학식에 의해 얻어질 수 있다:
Figure 112016088239124-pct00012
마찬가지로, 청색 광에 대한 입사각(α b ' 및 β b ')의 반각(θ b ')은 하기의 수학식에 의해 얻어질 수 있다:
Figure 112016088239124-pct00013
앞서 기술된 바와 같이, 녹색 광에 대한 입사각(α g ' 및 β g ')이 결정되면, 적색 광에 대한 반각(θ r ') 및 청색 광에 대한 반각(θ b ')이 상기의 수학식에 기초하여 얻어질 수 있다. 게다가, 적색 광에 대한 반각(θ r ')이 얻어지면, 적색 광에 대한 입사각(α r ' 및 β r ')이 상기의 수학식 12를 충족시키는 임의의 적당한 값으로 결정될 수 있다. 이와 유사하게, 청색 광에 대한 반각(θ b ')이 얻어지면, 청색 광에 대한 입사각(α b ' 및 β b ')이 상기의 수학식 13을 충족시키는 임의의 적당한 값으로 결정될 수 있다. 수학식 12 및 수학식 13에 기술된 α g ', β g ', α r ', β r ' , α b ' 및 β b ' 에 대한 선택 기준에 부가하여, 항등식 α g ' - β g ' = α r ' - β r ' = α b ' - β b ' 이 또한 충족될 수 있다. 공기에서의 각자의 각도는 수학식 5 및 수학식 6에서 스넬의 법칙을 사용하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소(410)에 대한 굴절률(n p )이 1.485일 때, 녹색 광에 대한 입사각(α g 및 β g )은, 각각, 6° 및 55°이도록 구성될 수 있다. 녹색 광에 대한 이 입사각에 기초하여, 적색 광에 대한 입사각(α r 및 β r )은, 각각, 1.4° 및 48.7°인 것으로 결정될 수 있고, 청색 광에 대한 입사각(α b 및 β b )은, 각각, 8.5° 및 58.8°인 것으로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 적색, 녹색, 및 청색에 대한 입사각 쌍(α r 과 β r , α g 와 β g , 그리고 α b 와 β b )이 얻어질 수 있다. 예시된 실시예에서의 광선(510 및 520)이 녹색 광인 것으로 기술되어 있지만, 그들은 또한 임의의 다른 적당한 색 또는 파장의 광일 수 있고, 다른 색 또는 파장에 대한 광선(510 및 520)의 입사각이 그로부터 얻어질 수 있다.
적색, 녹색 및 청색에 대한 입사각이 얻어지면, 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 색의 광선(510 및 520)이 연관된 입사각 쌍(α r 과 β r , α g 와 β g , 또는 α b 와 β b )으로 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사될 수 있다. 그 결과, 입사각 쌍(즉 α r 과 β r 쌍, α g 와 β g 쌍, 또는 α b 와 β b 쌍)과 연관되어 있는 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 요소(410)에 기록된다. 재구성 모드(reconstruction mode)에서, 기준 빔이 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사될 때, 기록된 간섭 패턴은 점(r 1 )에 대응하는 위치에 기준 빔을 수렴시키도록 구성되어 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소(410) 상에 조사되는 기준 빔의 파장이 홀로그래픽 광학 요소(410)에서의 간섭 패턴이 기록되었던 브래그 각 조건으로부터 어느 정도 벗어날 수 있다. 브래그 각 조건으로부터 벗어나는 것에 의해, 색이 얼마간 오정렬될 수 있고, 이것은 보다 넓은 색역의 디스플레이를 가져올 수 있고 색 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
전술한 도 4 및 도 5에서의 실시예들은 우안에 대응하는 점(r 1 )으로부터 나오는 물체 빔(430) 및 광선(510), 및 좌측으로부터 입사하는 기준 빔(420)을 참조하여 기술되어 있다. 그렇지만, 그 실시예들은 물체 빔이 좌안에 대응하는 점(r 2 )으로부터 발산하고 기준 빔이 우측으로부터 홀로그래픽 광학 요소(410)에 입사하는 경우에 똑같이 적용 가능하다. 이 경우에, 물체 빔은 점(r 2 )으로부터 중심점(O) 쪽으로 지향되는 광선을 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 기준 빔(670)과 물체 빔(680) 사이의 간섭의 패턴을 홀로그래픽 광학 요소(690)에 기록하도록 구성된 기록 시스템(600)의 블록도를 나타낸 것이다. 기록 시스템(600)은 레이저 광원(612), 공간 필터(614), 빔 콜리메이터(616), 및 평행화된 빔을 발생시키는 빔 확장기(618)를 포함한다. 레이저 광원(612)은 명시된 파장의 레이저 빔을 방출하도록 구성되어 있다. 공간 필터(614)는 레이저 빔의 강도 프로파일을 향상시키기 위해 레이저 광원(612)으로부터 레이저 빔을 수광하여 필터링한다. 빔 콜리메이터(616)는 필터링된 레이저 빔으로부터 평행화된 빔을 생성하도록 구성되어 있고, 빔 확장기(618)는 평행화된 빔의 직경을 증가시키기 위해 빔 콜리메이터(616)로부터의 평행화된 빔을 확장시킨다.
기록 시스템(600)은 빔 확장기(618)로부터의 평행화된 빔을 빔 분할기(630) 쪽으로 지향시키도록 구성된 거울(620)을 추가로 포함한다. 빔 분할기(630)는, 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)을 생성하기 위해, 평행화된 빔을 한 쌍의 광 빔으로 분할한다. 한 쌍의 광 빔 중 하나의 광 빔은 이동 스테이지(642) 및 회전 스테이지(644) 상에 탑재되어 있는 거울(640) 쪽으로 지향된다. 이동 스테이지(642) 및 회전 스테이지(644)를 제어하는 것에 의해, 거울(640)은 광 빔을 명시된 입사각을 갖는 기준 빔(670)으로서 홀로그래픽 광학 요소(690) 쪽으로 반사시키도록 구성될 수 있다.
빔 분할기(630)로부터의 다른 광 빔은 이동 스테이지(662) 및 회전 스테이지(664) 상에 탑재되어 있는 거울(660)에서의 위치에 수렴하기 위해 수렴 렌즈(650)를 통과한다. 이동 스테이지(662) 및 회전 스테이지(664)를 제어하는 것에 의해, 거울(640)은 광 빔을 명시된 입사각을 갖는 물체 빔(680)으로서 홀로그래픽 광학 요소(690) 쪽으로 반사시키도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 물체 빔(680)은 거울(660)에서의 수렴하는 위치로부터 홀로그래픽 광학 요소(690) 쪽으로 발산한다.
홀로그래픽 광학 요소(690)는 이동 스테이지(692)(예컨대, 레일) 및 회전 스테이지(694) 상에 탑재되어 있다. 이동 스테이지(692) 및 회전 스테이지(694)는 또한 거울(640 및 660)과 동기하여 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)의 원하는 입사각을 위해 홀로그래픽 광학 요소(690)를 위치시키도록 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 기록 시스템(600)은 또한 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)을 원하는 입사각으로 지향시키기 위해 이동 스테이지(642, 662, 및 692)와 회전 스테이지(644, 664, 및 694)를 제어하는 제어 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저 광원(612)은 녹색에 대응하는 명시된 파장(예컨대, 532nm)의 레이저 빔을 방출하도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 이동 스테이지(642, 662, 및 692)와 회전 스테이지(644, 664, 및 694)는 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)을 녹색에 대해 미리 결정된 입사각(예를 들어, 앞서 기술한 바와 같은 55° 및 6°)으로 홀로그래픽 광학 요소(690) 쪽으로 지향시키도록 제어될 수 있다. 이러한 방식으로 조사되는 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)은 녹색과 연관된 간섭 패턴을 생성한다. 홀로그래픽 광학 요소(690)에서의 간섭 패턴이 체적 위상 격자로서 기록된다.
적색 또는 청색과 같은 다른 색에 대한 다른 홀로그래픽 광학 요소를 생성하기 위해, 이동 스테이지(642, 662, 및 692)와 회전 스테이지(644, 664, 및 694)는 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)을 다른 미리 결정된 입사각 쌍으로 홀로그래픽 광학 요소 쪽으로 지향시키도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 앞서 기술된 바와 같이, 적색에 대한 입사각 쌍은 48.7°와 1.4°일 수 있고, 청색에 대한 입사각 쌍은 58.8°와 8.5°일 수 있다. 레이저 광원(612)이, 녹색에 대응하는 파장의 레이저 빔으로 기술되어 있지만, 적색, 청색 등과 같은 임의의 다른 적당한 파장의 레이저 빔도 발생시킬 수 있다. 이러한 경우에, 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)에 대한 입사각이 레이저 빔에 기초하여 결정될 수 있고, 기록 시스템(600)은 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)을 그 입사각으로 홀로그래픽 광학 요소(690) 상에 조사되도록 구성할 수 있다. 간섭 패턴을 개개의 홀로그래픽 광학 요소 상에 개별적으로 기록하는 것에 의해, 회절 효율이 복수의 간섭 패턴을 홀로그래픽 광학 요소 상에 동시에 기록하는 경우보다 향상될 수 있다.
도 7은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 기록 시스템(600)에서 수행되는, 기준 빔(670)과 물체 빔(680) 사이의 간섭의 패턴을 복수의 홀로그래픽 광학 요소에 기록하는 방법(700)의 플로우차트를 나타낸 것이다. 710에서, 레이저 광원(612)으로부터 방출될 레이저 빔의 파장(예컨대, 녹색에 대응하는 532nm)에 기초하여 한 세트의 명시된 색(예컨대, 적색, 녹색, 및 청색)에 대해 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)에 대한 복수의 입사각 쌍이 결정된다. 720에서, 명시된 색(예컨대, 적색)에 대해 결정된 입사각 쌍으로 기준 빔(670) 및 물체 빔(680)을 수광하기 위해 홀로그래픽 광학 요소가 위치된다. 일 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소를 위치시키기 위해 이동 스테이지(642, 662, 및 692)와 회전 스테이지(644, 664, 및 694)가 제어될 수 있다.
730에서, 레이저 광원(612)에 의해 방출된 레이저 빔으로부터 기준 빔(670)과 물체 빔(680)이 발생된다. 일 실시예에서, 기준 빔(670)과 물체 빔(680)을 발생시키기 위해 공간 필터(614), 빔 콜리메이터(616), 빔 확장기(618), 및 빔 분할기(630)가 사용될 수 있다. 740에서, 기준 빔(670)과 물체 빔(680)이 명시된 색에 대해 결정된 입사각으로 홀로그래픽 광학 요소 상으로 지향된다. 이와 같이, 750에서, 기준 빔(670)과 물체 빔(680)의 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 요소에 기록된다.
홀로그래픽 광학 요소에 기록하는 것이 완료되면, 760에서, 다음의 명시된 색(예컨대, 녹색 또는 청색)이 남아 있는지가 결정된다. 다음의 명시된 색이 남아 있으면, 방법(700)은, 다음의 명시된 색에 대해 결정된 입사각 쌍으로 기준 빔(670)과 물체 빔(680)을 수광할 새로운 홀로그래픽 광학 요소를 위치시키기 위해, 720으로 진행한다. 그렇지 않고, 다음의 명시된 색이 남아 있지 않으면, 방법(700)은 간섭 패턴이, 각각, 기록된 복수의 홀로그래픽 광학 요소를 적층하기 위해 770으로 진행한다.
도 8은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 복수의 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)의 스택으로서 구성된 홀로그래픽 광학 요소(800)를 나타낸 것이다. 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830) 각각은 체적 홀로그래픽 광학 요소일 수 있다. 체적 홀로그래픽 광학 요소는 기록 재료의 두께가 하나 이상의 간섭 패턴을 기록하는 데 사용되는 광의 파장보다 더 큰 홀로그램일 수 있다. 예를 들어, 체적 홀로그래픽 광학 요소는 10 마이크로미터와 100 마이크로미터 사이의 범위에 있는 두께로 구성될 수 있다. 그렇지만, 하나 이상의 간섭 패턴을 기록하는 데 적당한 임의의 다른 두께가 체적 홀로그래픽 광학 요소 각각에 대해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830) 각각이 홀로그래픽 광중합체 필름일 수 있다.
도 6을 참조하여 기술된 바와 같이, 평행화된 기준 빔과 발산하는 물체 빔의 간섭 패턴이 평행화된 기준 빔과 발산하는 물체 빔에 대한 녹색(예컨대, 532 nm)과 같은 명시된 파장에 기초하여 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830) 각각에 기록될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소(810)에 기록된 간섭 패턴이 적색(예컨대, 633nm)에 대응하는 파장의 입사 광 빔을 회절시키도록 구성되어 있다. 이와 같이, 적색의 광 빔이 홀로그래픽 광학 요소(810)에 들어갈 때, 홀로그래픽 광학 요소(810)에서의 간섭 패턴은, 예를 들어, 보는 사람의 좌안에 대응하는 위치에 수렴하도록 광 빔을 회절시킨다. 다른 한편으로, 다른 색의 광 빔은 회절 없이 홀로그래픽 광학 요소(810)를 통과할 수 있다. 유사한 방식으로, 홀로그래픽 광학 요소(820 및 830)에 기록된 간섭 패턴은 다른 색의 광 빔을 회절시키는 일 없이 녹색 및 청색의 광 빔을, 각각, 좌안에 대응하는 위치로 회절시키도록 구성되어 있다. 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)가, 입사 광 빔을 보는 사람의 좌안에 대응하는 위치에 수렴시키는 것으로 기술되어 있지만, 입사 광 빔을 보는 사람의 우안에 대응하는 위치에 수렴시키도록 구성될 수도 있다.
홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)는 홀로그래픽 광학 요소(830, 820, 및 810)가 아래로부터 위로의 순서로 적층되는 스택을 형성한다. 다른 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)는 임의의 다른 적당한 순서로 적층될 수 있다. 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)의 스택은 도 1에서의 홀로그래픽 광학 요소(132) 또는 홀로그래픽 광학 요소(134)로서 사용될 수 있다. 홀로그래픽 광학 요소(134)의 경우에, 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)의 스택은 홀로그래픽 광학 요소(134)로서 사용하기 위해 180° 회전될 수 있다.
도 9는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 평행화된 광 빔(172 및 174)을, 각각, 제1 방향 및 제2 방향으로 홀로그래픽 광학 요소(800 및 900)의 스택 상에 조사하도록 구성된 도광체 패널(120)을 나타낸 것이다. 평행화된 광 빔(172 및 174) 각각은 적색, 녹색, 및 청색과 같은 복수의 색의 광을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 광학 요소(800)는 도 8을 참조하여 앞서 기술한 바와 같은 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)의 스택으로서 구성되어 있다. 이와 유사하게, 홀로그래픽 광학 요소(900)는 홀로그래픽 광학 요소(910, 920, 및 930)의 스택으로서 구성되어 있다. 일 실시예에 따르면, 홀로그래픽 광학 요소(800 및 900)는 도 1에서의 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)는, 각각, 적색, 녹색, 및 청색의 광 빔을 회절시키도록 구성된 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 도광체 패널(120)로부터의 평행화된 광 빔(172)이 제1 방향으로 홀로그래픽 광학 요소(800) 상에 조사될 때, 광 빔(172)에서의 적색, 녹색, 및 청색의 광 빔이 보는 사람의 좌안에 대응하는 위치에 수렴하도록, 각각, 홀로그래픽 광학 요소(810, 820, 및 830)에서 회절된다. 이와 유사하게, 홀로그래픽 광학 요소(910, 920, 및 930)도, 각각, 적색, 녹색, 및 청색의 광 빔을 회절시키도록 구성된 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우에, 홀로그래픽 광학 요소(910, 920, 및 930)에서의 간섭 패턴은, 각각, 보는 사람의 우안에 대응하는 위치에 수렴하도록 평행화된 광 빔(174)에서의 적색, 녹색, 및 청색의 광 빔을 회절시킨다.
홀로그래픽 광학 요소(900)가 예시된 실시예에서 홀로그래픽 광학 요소(800) 상에 적층되는 것으로 기술되지만, 홀로그래픽 광학 요소(800 및 900)가 정반대 순서로 적층될 수 있다. 게다가, 홀로그래픽 광학 요소(900)는 홀로그래픽 광학 요소(930, 920, 및 910)가 아래로부터 위로의 순서로 적층되는 스택을 형성하는 것으로 기술되지만, 홀로그래픽 광학 요소(910, 920, 및 930)는 임의의 적당한 순서로 적층될 수 있다. 일부 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소(800 및 900) 각각은 임의의 적당한 색의 광을 회절시키기 위해 임의의 적당한 수의 홀로그래픽 광학 요소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소(800 또는 900)에서의 하나 이상의 홀로그래픽 광학 요소 쌍은 황색과 자주색, 청색과 오렌지색 등과 같은 하나 이상의 보색 쌍의 광을 회절시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 홀로그래픽 광학 요소는 상이한 색에 대한 복수의 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소(800)는 적색과 청색에 대한 간섭 패턴을 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 요소 및 녹색에 대한 간섭 패턴을 포함하는 제2 홀로그래픽 광학 요소를 포함할 수 있다. 이 경우에, 적색 및 청색의 입사광은 보는 사람의 좌안에 대응하는 위치에 수렴하도록 제1 홀로그래픽 광학 요소에서 회절될 수 있다. 이와 유사하게, 녹색의 입사광은 보는 사람의 좌안에 대응하는 위치에 수렴하도록 제2 홀로그래픽 광학 요소에서 회절될 수 있다.
도 10은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 명시된 방향으로 광원으로부터 조사된 광을 안내하도록 구성되어 있는 도광체 패널(1000)의 일부분을 단면도로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 도광체 패널(1000)은 도 1에서의 홀로그래픽 광학 요소(132 및 134)의 스택(130)과 같은 복수의 홀로그래픽 광학 요소의 스택에 인접하는 상부 표면(1010)을 포함한다. 도광체 패널(1000)은 또한 측면 표면(1020) - 이를 통해 광원으로부터의 광이 조사됨 - 을 포함한다. 게다가, 도광체 패널(1000)의 하부 표면(1030)은 광원으로부터의 광을 복수의 홀로그래픽 광학 요소의 스택에 인접한 상부 표면(1010) 쪽으로 반사시키기 위해 프리즘 구조물로서 구성되어 있다.
하부 표면(1030) 상의 프리즘 구조물은 복수의 경사 표면 쌍(1032 및 1034)으로서 구성되어 있다. 각각의 경사 표면 쌍(1032 및 1034)은 하부 표면(1030) 상에 그루브(groove)를 형성한다. 대칭이거나 비대칭일 수 있는 경사 표면(1032 및 1034)은 상부 표면(1010)에 평행한 기준 평면(1040)에 대해, 각각, 한 쌍의 경사각(θ E 및 θ W )을 형성한다. 일부 실시예에서, 경사각(θ E 및 θ W )은 10° 미만이고 서로 동일할 수 있다. 도광체 패널(1000)의 측면 표면(1020)은 기준 평면(1040)에 수직인 라인(1042)에 대해 경사각(γ)으로 경사져 있을 수 있다.
예시된 실시예에서, 광원 및 도광체 패널(1000)은 도 1에서 앞서 예시된 광원(112 또는 114) 및 도광체 패널(120)로서 구현될 수 있다. 광원은 도광체 패널(1000)의 측면 표면(1020) 상에 광(1052)을 조사하고, 광(1052)은 굴절률의 차이로 인해 측면 표면(1020)에서 굴절각(θ 1 )으로 도광체 패널(1000) 내로 굴절된다. 굴절된 광(1052)은 입사각(ρ i )으로 경사 표면(1032)에 입사하고 굴절각(ρ r )으로 경사 표면(1032)으로부터 반사된다. 이 경우에, 입사각(ρ i ) 및 굴절각(ρ r )은 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112016088239124-pct00014
경사 표면(1032)으로부터 반사된 광(1052)은 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있는 입사각(
Figure 112016088239124-pct00015
)으로 상부 표면(1010)에 입사한다:
Figure 112016088239124-pct00016
입사광(1052)은 이어서 광(1052)을 명시된 방향으로 홀로그래픽 광학 요소의 스택 쪽으로 안내하기 위해 상부 표면(1010)에서 굴절각(
Figure 112016088239124-pct00017
)으로 굴절된다. 스넬의 법칙에 기초하여, 굴절각(
Figure 112016088239124-pct00018
)이 하기의 수학식에 의해 얻어질 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00019
여기서 n LGP 는 도광체 패널(1000)의 굴절률을 나타내고, n air 는 공기의 굴절률을 나타낸다. 예를 들어, 도광체 패널(1000)이 폴리메틸 메타크릴레이트 또는 폴리카보네이트로 형성되는 경우에, n LGP 는 약 1.5 내지 1.6일 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광원은 또한 도광체 패널(1000)의 측면 표면(1020)에 광(1054)을 조사할 수 있고, 이 광은 측면 표면(1020)에서 굴절각(θ 2 )으로 굴절된다. 굴절된 광(1054)은 이어서 상부 표면(1010)으로부터 경사 표면(1034) 쪽으로 입사각(ρ i )으로 반사된다. 경사 표면(1034)에 입사하는 광(1054)은 경사 표면(1034)으로부터 반사각(ρ r ) - 입사각(ρ i )과 같음 - 으로 반사된다. 반사된 광(1054)은 이어서 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있는 입사각(
Figure 112016088239124-pct00020
)으로 상부 표면(1010) 쪽으로 지향된다:
Figure 112016088239124-pct00021
상부 표면(1010)에 입사하는 광(1054)은 광(1054)을 명시된 방향으로 홀로그래픽 광학 요소의 스택 쪽으로 안내하기 위해 굴절각(
Figure 112016088239124-pct00022
)으로 굴절된다. 스넬의 법칙에 기초하여, 굴절각(
Figure 112016088239124-pct00023
)이 하기의 수학식에 의해 얻어질 수 있고:
Figure 112016088239124-pct00024
예시된 실시예가 광(1052) 및 광(1054)이 각각 경사 표면(1032 및 1034)으로부터 반사되는 것으로 기술하지만, 도광체 패널(1000)은 광(1052 및 1054)을 하나 이상의 경사 표면(1032 및/또는 1034)으로부터 임의의 적당한 횟수 반사시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원으로부터의 광이 도광체 패널(1000)의 측면 표면(1020)에서 굴절각(θ)으로 굴절될 때, 광은 하나 이상의 경사 표면(1032)으로부터 n 번 그리고/또는 하나 이상의 경사 표면(1034)으로부터 m 번 반사될 수 있고, 여기서 n과 m은 0보다 크거나 같은 정수이다.
광이 n 및/또는 m 번 반사된 후에, 광은 어떤 입사각으로 상부 표면(1010)에 입사할 수 있고, 그곳에서 입사광은 상부 표면(1010)을 통해 굴절된다. 예를 들어, 입사각이 내부 전반사를 위한 임계각 미만일 때, 입사광은 상부 표면(1010)을 통해 굴절될 수 있다. 광이 상부 표면(1010)을 통해 굴절되기 위해, 입사각(
Figure 112016088239124-pct00025
)은 하기의 수학식에 의해 표현될 수 있다:
Figure 112016088239124-pct00026
그에 부가하여, 굴절각(
Figure 112016088239124-pct00027
)은 스넬의 법칙에 따라 하기의 수학식에 의해 결정될 수 있다:
Figure 112016088239124-pct00028
일 실시예에서, 경사 표면(1032 및 1034)의 경사각(θ E 및 θ W )은, 각각, 10° 미만으로 설정될 수 있다. 이상과 같이 구성된 도광체 패널(1000)은, 증가된 정확성 및 광 강도 분포의 균일성으로, 광원으로부터 조사된 광을 명시된 방향으로 안내할 수 있다. 예를 들어, 10° 미만의 경사각(θ E 및 θ W )으로 구성된 도광체 패널(1000)은 광원으로부터의 광을 상부 표면(1010)에서 45° 초과의 굴절각으로 굴절되도록 안내할 수 있다. 도광체 패널(1000)에서의 경사 표면(1032 및 1034)이 람베르트 반사 표면(Lambertian reflection surface)으로서 기능할 수 있고, 그로써 도광체 패널(1000)의 상부 표면(1010)을 통해 굴절되는 입사광의 균일한 분포를 향상시킨다.
일부 실시예에 따르면, 광원으로부터의 광은 상부 표면(1010)의 위치에 따라 다양한 각도로 상부 표면(1010)을 통해 굴절될 수 있다. 이러한 경우에, 가장 큰 굴절각과 가장 작은 굴절각 사이의 차이는 굴절각의 각도 대역폭이라고 지칭될 수 있고, 각도 대역폭은 FWHM(Full Width at Half Maximum) 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 경사 표면(1032 및 1034)의 경사각(θ E 및 θ W )이, 각각, 10° 미만으로 설정될 때, 굴절각의 각도 대역폭은 30° 미만으로 좁혀질 수 있다. 그 결과, 도광체 패널(1000)에 의해 안내되는 광 빔은 실질적으로 평행화되거나 준평행화될 수 있다. 광원으로부터의 광을 명시된 방향으로 45° 초과의 원하는 굴절각으로 안내하기 위해, 경사 표면(1032 및 1034)의 경사각(θ E 및 θ W )이 10° 미만의 임의의 적당한 각도로 구성될 수 있다.
발명 요지가 구조적 특징 및/또는 방법 동작과 관련하여 기술되어 있지만, 첨부된 청구항에 한정된 발명 요지가 꼭 앞서 기술한 특정의 특징 또는 동작으로 제한되지는 않는다는 것을 잘 알 것이다. 오히려, 앞서 기술된 특정의 특징 및 동작은 청구항을 구현하는 예시적인 형태로서 개시되어 있다.

Claims (17)

  1. 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100)로서,
    광(162, 164)을 교대로 발생시키도록 구성된 제1 광원(112) 및 제2 광원(114);
    제1 광원(112)으로부터의 광(162)을 제1 방향으로 제1 광 빔(172)으로서 그리고 제2 광원(114)으로부터의 광(164)을 제2 방향으로 제2 광 빔(174)으로서 안내하도록 배열된 도광체 패널(120); 및
    도광체 패널(120)로부터의 제1 광 빔(172) 및 제2 광 빔(174)을 수렴시키도록 구성된 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택(130)을 포함하고,
    도광체 패널(120)은 제1 및 제2 광원(112, 114)으로부터의 광(162, 164)을 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택(130)에 인접한 도광체 패널(120)의 표면(1010) 쪽으로 반사시키도록 구성된 프리즘 구조물을 포함하며;
    프리즘 구조물은 복수 쌍의 제1 및 제2 경사 표면(1032, 1034)으로서 구성되어 있고, 각각의 제1 경사 표면(1032)은 제1 경사각을 갖고, 각각의 제2 경사 표면(1034)은 제2 경사각을 갖고;
    제1 및 제2 경사각은 10° 미만인, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  2. 제1항에 있어서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택(130)은 적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소(132) 및 적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소(134)를 포함하고,
    적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소(132)는 제1 광 빔(172)을 제1 위치로 수렴시키고, 적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소(134)는 제2 광 빔(174)을 제2 위치로 수렴시키는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  3. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 제1 홀로그래픽 광학 요소(132)는 제1 광 빔(172)의 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시키도록 구성된 하나 이상의 제1 광중합체 필름들(810, 820, 830)을 포함하고,
    적어도 하나의 제2 홀로그래픽 광학 요소(134)는 제2 광 빔(174)의 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시키도록 구성된 하나 이상의 제2 광중합체 필름들(910, 920, 930)을 포함하는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  4. 제3항에 있어서, 하나 이상의 제1 및 제2 광중합체 필름들(810, 820, 830, 910, 920, 930) 각각은 적색, 녹색, 또는 청색 파장을 회절시키도록 구성되어 있는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  5. 제1항에 있어서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들 각각은 평행 광 빔과 발산 광 빔의 간섭 패턴을 포함하는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  6. 제1항에 있어서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들 각각은 체적 홀로그래픽 광학 요소(volume holographic optical element)인, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  7. 제1항에 있어서, 도광체 패널(120)은 프리즘 구조물로부터 반사된 광을 45° 초과의 굴절각으로 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 스택(130) 쪽으로 굴절시키도록 구성되어 있는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  8. 제7항에 있어서, 도광체 패널(120)은 제1 및 제2 광원(112, 114)으로부터의 광(162, 164)을 실질적으로 균일한 강도 분포를 가지는 제1 및 제2 광 빔(172, 174)으로서 안내하도록 구성되어 있는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  9. 제8항에 있어서, 굴절된 광의 각도 대역폭은 30° 미만인, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  10. 제1항에 있어서,
    제1 영상 세트 및 제2 영상 세트를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 패널(140); 및
    제1 및 제2 광원(112, 114)을 교대로 활성화시키고 제1 영상 세트 중 하나의 영상과 제2 영상 세트 중 하나의 영상을 교대로 디스플레이하기 위해 디스플레이 패널(140)을 제어하도록 구성된 제어 유닛(150)을 추가로 포함하는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  11. 제10항에 있어서, 제어 유닛(150)은 제1 영상 세트 중 하나의 영상 및 제2 영상 세트 중 하나의 영상을 디스플레이하는 것을 제1 및 제2 광원(112, 114)을 활성화시키는 것과 동기화시키기 위해 적어도 하나의 제어 신호를 발생시키도록 구성되어 있는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  12. 제10항에 있어서, 제1 영상 세트 중 하나의 영상과 제2 영상 세트 중 하나의 영상은 입체 영상 쌍에 대응하고,
    제어 유닛(150)은 각각의 입체 영상 쌍을 디스플레이하기 위해 발생된 수직 동기화 신호 또는 미리 결정된 수의 수평 동기화 신호들에 기초하여 제1 및 제2 영상 세트를 디스플레이하는 것을 제어하도록 구성되어 있는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  13. 제1항에 있어서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들 각각은 기준 빔(670)을 하나 이상의 제1 입사각에 기초하여 홀로그래픽 광학 요소 상에 그리고 물체 빔(680)을 하나 이상의 제2 입사각에 기초하여 홀로그래픽 광학 요소 상에 조사하는 것에 의해 기록되는 하나 이상의 간섭 패턴들을 포함하는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  14. 제13항에 있어서, 하나 이상의 간섭 패턴들은 하나 이상의 미리 결정된 파장들을 회절시키도록 구성되어 있는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  15. 제13항에 있어서, 복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 제1 입사각들은 서로 상이하고,
    복수의 홀로그래픽 광학 요소들의 제2 입사각들은 서로 상이한, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  16. 제13항에 있어서, 제1 입사각들 중 하나 및 제2 입사각들 중 하나를 포함하는 한 쌍의 각도는 적색, 녹색, 또는 청색 파장에 대한 브래그 각(Bragg-angle) 조건에 기초하여 결정되는, 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
  17. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 광 빔(172, 174)은 30° 미만의 각도 대역폭으로 준평행화되는(quasi-collimated), 무안경 입체 3D 디스플레이 디바이스(100).
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