KR102409393B1 - 도광판, 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치 - Google Patents

도광판, 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

도광판, 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치가 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은, 광원 및 광원으로부터의 광이 진행하도록 안내하는 2개 이상의 층을 포함하는 도광판을 포함하고, 2개 이상의 층이 광의 투과율과 반사율의 비율을 조절하도록 구성될 수 있다.

Description

도광판, 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치{Light guide plate, backlight unit, and holographic display device having the same}
예시적인 실시예들은 영상의 띠무늬를 감소시킨 도광판, 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3차원 영상을 구현하는 방식으로서 안경 방식과 무안경 방식이 널리 상용화되어 사용되고 있다. 안경 방식에는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식이 있으며, 무안경 방식에는 렌티큘러 방식과 패럴랙스 배리어 방식이 있다. 이러한 방식들은 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점 수의 증가에 한계가 있을 뿐만 아니라, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 시청자로 하여금 피로감을 느끼게 한다.
뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차(full parallax)를 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 방식으로서, 홀로그래픽 디스플레이 방식이 점차 실용화되고 있다. 홀로그래픽 디스플레이 방식은, 원본 물체로부터 반사된 물체광과 참조광을 간섭시켜 얻은 간섭무늬를 기록한 홀로그램 패턴에 참조광을 조사하여 회절시키면, 원본 물체의 영상이 재생되는 원리를 이용하는 것이다. 현재 실용화되고 있는 홀로그래픽 디스플레이 방식은 원본 물체를 직접 노광하여 홀로그램 패턴을 얻기 보다는 컴퓨터로 계산된 홀로그램(computer generated hologram; CGH)을 전기적 신호로서 공간 광변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다.
그런데, 완전한 홀로그래픽 디스플레이 방식을 구현하기 위해서는 매우 높은 해상도의 공간 광변조기 및 매우 많은 데이터 처리량이 필요하다. 최근에는 데이터 처리량 및 해상도의 조건을 완화하기 위하여, 관찰자의 양안에 해당하는 시역에만 각각 홀로그램 영상을 제공하는 양안 홀로그램(binocular hologram) 방식이 제안되고 있다. 예를 들어, 관찰자의 좌안 시역에 해당하는 시점을 갖는 홀로그램 영상과 관찰자의 우안 시역에 해당하는 시점을 갖는 홀로그램 영상만을 생성하여 관찰자의 좌안과 우안에 각각 제공하는 것이다. 이 경우, 나머지 시점들에 대한 홀로그램 영상들을 생성하지 않아도 되기 때문에 데이터 처리량을 크게 줄일 수 있으며, 현재 상용화된 디스플레이 장치로도 공간 광변조기의 해상도 조건을 만족할 수 있다.
한편, 액정디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)에 사용되는 백 라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)에 비해 홀로그래픽 디스플레이에 사용되는 BLU는 간섭성이 높은 광이 사용된다. BLU는 도광관으로부터 방출되는 광의 간섭성을 유지하기 위해 그레이팅(grating)이 사용된다. 그런데, 홀로그래픽 디스플레이 장치의 도광판에서 출광되는 광에 띠무늬가 생성되어 화질이 저하되는 경우가 있다.
예시적인 실시예는 영상의 띠무늬를 감소시킨 도광판을 제공한다.
예시적인 실시예는 영상의 띠무늬를 감소시킨 도광판을 포함한 백라이트 유닛을 제공한다.
예시적인 실시예는 영상의 띠무늬를 감소시킨 도광판을 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원; 및 상기 광원으로부터의 광이 진행하도록 안내하는 2개 이상의 층을 포함하고, 상기 2개 이상의 층이 광의 반사율과 투과율의 비율을 조절하는 도광판;을 포함한다.
상기 2개 이상의 층이 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하고, 상기 제2층이 제1층과 제3층 중 적어도 하나와 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제1층과 제2층의 굴절률 차가 0.2 이상일 수 있다.
상기 제2층과 제3층이 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제2층과 제3층의 굴절률 차가 0.2 이상일 수 있다.
상기 제1층, 제2층, 및 제3층이 각각 1.2 내지 2.0 범위의 굴절률을 가질 수지는 있다.
상기 제1층과 제3층이 각각 0.1-5mm 범위의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1층에 반사층이 더 구비될 수 있다.
상기 제2층이 접착층일 수 있다.
상기 제1층, 제2층, 제3층이 2회 이상 반복 적층될 수 있다.
상기 제3층에 입력 그레이팅과 출력 그레이팅이 더 구비될 수 있다.
상기 제1층과 제3층의 두께가 다를 수 있다.
상기 제1층이 제3층보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 2개 이상의 층 중 하나가 투과율 조절층을 포함할 수 있다.
상기 투과율 조절층은 40-60%의 투과율을 가질 수 있다.
상기 2개 이상의 층이 제1층, 접착층으로 된 제2층, 투과율을 조절하는 제3층 및 제4층을 포함할 수 있다.
제1층과 제2층의 굴절률이 같을 수 있다.
상기 2개 이상의 층이 제1층과 제4층이 각각 0.1-5mm 범위의 두께를 가질 수지는 있다.
상기 제1층, 제2층, 제3층 및 제4층이 2회 이상 반복 적층될 수 있다.
상기 제4층에 입력 그레이팅과 출력 그레이팅이 더 구비될 수 있다.
상기 제1층과 제4층의 두께가 다를 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 도광판은, 광을 안내하는 제1층; 제2층; 및 광을 안내하는 제3층;을 포함하고, 광의 투과율과 반사율의 비율을 조절하도록 구성될 수 있다.
상기 제1층과 제2층의 굴절률 차가 0.2 이상일 수 있다.
상기 제2층이 투과율을 조절하는 코팅층일 수 있다.
상기 제2층은 40-60%의 투과율을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원으로부터의 광이 진행하도록 안내하는 2개 이상의 층을 포함하고, 상기 2개 이상의 층이 광의 반사율과 투과율의 비율을 조절하는 도광판; 및 상기 도광판으로부터의 입사 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기;를 포함한다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 도광판의 투과율을 조절하여 영상의 띠무늬를 감소시킴으로써 영상 품질을 높일 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 2개 이상의 층이 적층된 구조의 도광판에 의해 광 균일도가 향상될 수 있다.
도 1은 예시적인 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 백라이트 유닛의 도광판에 포함된 층의 투과율을 변화시킬 때 도광판의 위치에 따른 출력 강도의 변화를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 층의 두께를 변화시킨 예를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 백라이트 유닛의 도광판에 포함된 층을복수 회 적층한 구조를 도시한 것이다.
도 6은 예시적인 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 백라이트 유닛의 도광판에 포함된 층을복수 회 적층한 구조를 도시한 것이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 도광판, 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 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.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
백라이트 유닛(100)은 광원(110)과, 광원(110)으로부터의 광을 안내하는 도광판(120)을 포함할 수 있다.
광원(110)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공할 수 있다. 광원(110)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광변조기에 의해 회절 및 변조되어 가간섭성을 가질 수 있기 때문에, 어느 정도의 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 광원도 사용이 가능하다.
광원(110)은 서로 다른 파장의 광을 방출하는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1파장 대역의 광을 방출하는 제1광원, 제1파장과 다른 제2파장 대역의 광을 방출하는 제2광원, 제1 및 제2 파장과 다른 제3 파장의 광을 방출하는 제3광원을 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3 파장의 광은 각각 적색, 녹색, 청색광일 수 있다.
도광판(120)은 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 2개 이상의 층은 광을 내부 반사를 통해 도광시키는 층을 나타낼 수 있다.
2개 이상의 층은 광의 반사율과 투과율의 비율을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 층 중 이웃하는 두 층이 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 도광판(120)이 제1층(121), 제2층(122) 및 제3층(123)을 포함하고, 제1층(121)과 제2층(122)이 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 제1층(121)과 제2층(122)의 굴절률 차가 0.2 이상일 수 있다. 또한, 제1층(121)의 굴절률이 제2층(122)의 굴절률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 1층(121)과 제2층(122)이 각각 1.2 내지 2.0 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 제1층(121)과 제2층(122)이 400-2000nm 범위의 광을 투과시키는 레진(resin) 또는 글라스로 구성될 수 있다.
한편, 제2층(122)과 제3층(123)이 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 제2층(122)과 제3층(123)의 굴절률 차가 0.2 이상일 수 있다. 또한, 제2층(122)의 굴절률이 제3층(123)의 굴절률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 2층(122)과 제3층(123)이 각각 1.2 내지 2.0 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 제2층(122)과 제3층(123)이 400-2000nm 범위의 광을 투과시키는 레진(resin) 또는 글라스로 구성될 수 있다.
제1층(121)과 제3층(123)은 서로 다른 굴절률을 가지거나 같은 굴절률을 가질 수 있다. 제2층(122)은 제1층(121)과 제3층(123)을 결합하기 위한 접착층일 수 있다. 예를 들어, 제2층(122)은 제1층(121) 및 제3층(123) 중 적어도 하나와 같은 굴절률을 가질 수 있다.
제1층(121)에 반사층(130)이 더 구비될 수 있다. 반사층(130)은 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 반사층(130)은 반사 기능이 있는 코팅은 모두 가능하며, 유전체 미러 코팅(dielectric coating)을 하는 것이 좋다. 광원(110)에서 조사된 광이 제1층(121)으로 입사될 수 있도록 반사층(130)은 광원(110)으로부터의 광이 통과하는 영역에는 구비되지 않을 수 있다.
제3층(123)에 입력 그레이팅(140)과 출력 그레이팅(150)이 더 구비될 수 있다. 입력 그레이팅(140)은 광원(110)으로부터 조사된 광이 제1층 내지 제3층(121)(122)(123)을 통과하여 입력 그레이팅(140)에 의해 반사되어 도광판(120) 내부에서 진행되도록 할 수 있다. 입력 그레이팅(140)은 광이 반사되는 각도를 조절하여 광이 도광판(120) 내부를 진행하는 방향을 제어할 수 있다. 입력 그레이팅(140)으로 적색광, 녹색광, 청색광이 입사하고, 내부 전반사에 의해 도광판을 통해 광이 진행될 수 있다. 출력 그레이팅(140)은 광이 출력될 때 평행광으로 출력될 수 있도록 할 수 있다. 출력 그레이팅(140)는 예를 들어, 광의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 백라이트 유닛은 도광판을 2개 이상의 층으로 구성하여 출광되는 광의 균일도를 높일 수 있다.
한편, 도광판의 층들의 굴절률 차이에 의해서 투과율이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1층(121)과 제2층(122)의 굴절률 차에 의해 제1층(121)과 제2층(122) 사이의 투과율이 결정될 수 있다. 투과된 광은 제3층(123)까지 진행한 후에 도광되고, 제1층(121)과 제2층(122)의 계면에서 반사된 광은 제1층(121)에서 도광될 수 있다.
도광판이 하나의 층으로 이루어진 경우 도광판을 통해 출력된 광에는 띠무늬가 형성될 수 있다. 입력 광의 사이즈 고정, 빔 스티어링으로 인한 도광 각도 변화로 인해 띠무늬(stripe)가 발생될 수 있다. 그런데, 본 실시예에서와 같이 도광판을 2개 이상의 층으로 구성한 경우 광이 도광되는 회수를 조절하여 띠무늬를 줄일 수 있다.
굴절률이 서로 다른 두 개 층의 계면에서 발생하는 투과율(혹은 반사율)은 3 개의 독립변수로 결정될 수 있다. 3개의 독립변수는 편광(p편광, s편광), 입사각(0~90도), 굴절률 비율(n2/n1, n1과 n2는 두 개 층의 굴절률)로 정의할 수 있다. TE 모드(transverse electric mode)에서는 굴절률 차가 0.2 이상 일 때 띠무늬를 감소시키는데 효과적일 수 있다.
s 편광의 경우 투과율 계산식은 다음과 같다
Figure 112017078443996-pat00001
Figure 112017078443996-pat00002
Figure 112017078443996-pat00003
<식 1>
p 편광의 경우 투과율 계산식은 다음과 같다
Figure 112017078443996-pat00004
Figure 112017078443996-pat00005
Figure 112017078443996-pat00006
<식 2>
여기서, θ1은 제1층(121)에서 제2층(122)으로의 광의 입사각을, θ2는 굴절각을 나타낼 수 있다.
상기 식 1과 식 2에 따라 제1층과 제2층의 투과율이 조절되고, 투과율에 따라 광이 도광되는 횟수가 달라질 수 있다. 도광되는 횟수가 증가될수록 띠무늬가 감소될 수 있다. s 편광이 p 편광에 비해 상대적으로 도광 횟수가 증가되어 띠무늬가 감소될 수 있다.
광의 제2층에 대한 입사각은 제1층(121)의 굴절률에 따라 달라질 수 있다. 광의 제2층에 대한 입사각이 작을수록 도광 횟수가 증가되어 띠무늬가 감소될 수 있다. 도광 횟수는 광이 층 내에서 바운스되는 횟수를 나타낼 수 있다.
칼라 띠 무늬를 감소하기 위한 복수 층 구조에 대해 시뮬레이션을 하였다. 3개의 주요 변수를 투과율, 제1층에서의 도광 거리, 제2층에서의 도광 거리로 설정하였다. 도광 거리는 광이 층 내에서 이동한 거리를 나타낼 수 있다. 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d는 각각 투과율이 0.1, 0.3, 0.4, 0.7이고, 제1층의 도광 거리가 6.3mm이고, 제2층의 도광 거리가 3.6mm 일 때 도광판의 위치에 따른 출력 강도(output intensity)를 나타낸 것이다. 시뮬레이션 결과 제1층과 제2층 사이의 투과율이 대략 50%일 때 띠무늬가 감소되었고, 광 균일도가 향상되었다. 예를 들어, 제1층과 제2층 사이의 투과율이 40-60% 범위를 가질 때 띠무늬가 감소될 수 있다.
한편, 제1층(121)과 제2층(122)의 도광 거리 차가 적을 때 제1층(121)과 제2층(122)의 도광 거리 차가 클 때에 비해 상대적으로 띠무늬가 많이 발생되었다.
제1층(121)과 제3층(123)의 두께는 0.1-5.0mm 범위를 가질 수 있고, 제2층(122)은 50nm-5.0mm 범위를 가질 수 있다. 제1층(121)이 제3층(123)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 도 3a는 제1층(121)과 제3층(123)이 같은 두께를 가질 때, 광 경로를 나타내고, 제 3b는 제1층(121)이 제3층(123)보다 작은 두께를 가질 때 광 경로를 나타낸 것이다. 제1층(121)이 제3층(123)보다 작은 두께를 가질 때 상대적으로 광이 더 균일하게 도광될 수 있다.
도 4는 도 1과 비교할 때, 입력 그레이팅(140)에 반사층(145)을 더 구비한 예를 도시한 것이다. 반사층(145)은 광이 입력 그레이팅(140)에서 투과되어 외부로 출력됨으로써 광효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 제1층(121)과 제2층(122)을 2회 이상 반복하여 적층한 구조를 도시한 것이다. 본 실시예에서는 도광판이 3층 이상의 층을 구비함으로써 광 균일도를 증가하고, 띠무늬를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제1층(121)과 제2층(122)을 2-4회 반복하여 적층할 수 있다.
도 6은 다른 실시에에 따른 백라이트 유닛(200)을 도시한 것이다.
백라이트 유닛(200)은 광원(210)과 2개 이상의 층을 포함하는 도광판(220)을 포함할 수 있다. 광원(210)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공할 수 있다. 광원(210)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
도광판(220)은 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 2개 이상의 층은 광을 도광시키는 층을 나타낼 수 있다.
2개 이상의 층 중 적어도 하나가 투과율을 조절하는 투과율 조절층일 수 있다.
예를 들어, 도광판(220)이 제1층(221), 제2층(222), 제3층(223), 및 제4층(224)을 포함할 수 있다.
제1층(221)과 제4층(224)은 광이 진행하는 통로가 되는 층일 수 있고, 제3층(223)은 광 투과율을 조절하는 투과율 조절층일 수 있다. 제3층(223)은 유전체 미러 코팅층(dielectric mirror coating layer)일 수 있다. 제3층(223)은 예를 들어 40-60% 범위의 투과율을 가질 수 있다. 제1층(221)으로 입사한 광은 제3층(223)에서 일부 광은 투과되고, 일부 광은 반사될 수 있다. 투과된 광은 제4층(224)까지 진행한 후에 도광되고, 제3층(223)에서 반사된 광은 제1층(221)에서 도광될 수 있다.
제2층(222)은 제1층(221)과 제4층(224)을 결합하는 접착층일 수 있다. 이 경우, 제1층(221)과 제2층(222)의 굴절률이 같을 수 잇다. 또는, 제3층(223)이 접착층이고, 제2층(222)이 투과율 조절층일 수 있다. 이 경우, 제3층(223)과 제4층(224)의 굴절률이 같을 수 있다. 제1층(221)과 제4층(224)은 같은 굴절률을 가질 수 있다. 제1층(221)과 제4층(224)이 다른 굴절률을 가지는 것도 가능하지만, 제1층(221)과 제4층(224)이 같은 굴절률을 가지는 경우에도 제2층(222)에 의해 투과율을 조절함으로써 도광판으로부터 출력된 광의 띠무늬를 줄일 수 있다. 또한, 도광판을 2개 이상의 층으로 구성할 때 광의 균일도를 높일 수 있다.
예를 들어, 1층(221)과 제4층(224)이 각각 1.2 내지 2.0 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 제1층(221)과 제4층(224)이 400-2000nm 범위의 광을 투과시키는 레진(resin) 또는 글라스로 구성될 수 있다.
제1층(221)에 반사층(230)이 더 구비될 수 있다. 반사층(230)은 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 광원(210)에서 조사된 광이 제1층(221)으로 입사될 수 있도록 반사층(230)은 광원(210)으로부터의 광이 통과하는 영역에는 구비되지 않을 수 있다.
제4층(224)에 입력 그레이팅(240)과 출력 그레이팅(250)이 더 구비될 수 있다. 입력 그레이팅(240)은 광원(210)으로부터 조사된 광이 제1층 내지 제4층(221)(222)(223)(224)을 통과하여 입력 그레이팅(240)에 의해 반사되어 도광판(220) 내부에서 진행되도록 할 수 있다. 입력 그레이팅(240)은 광이 반사되는 각도를 조절하여 광이 도광판(220) 내부를 진행하는 방향을 제어할 수 있다. 입력 그레이팅(240)으로 적색광, 녹색광, 청색광이 입사하고, 내부 전반사에 의해 도광판을 통해 광이 진행될 수 있다. 출력 그레이팅(240)은 광이 출력될 때 평행광으로 출력될 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 투과율 조절층을 이용하여 광이 도광되는 회수를 조절하여 띠무늬를 줄일 수 있다.
한편, 제1층(221)과 제4층(224)은 각각 0.1-5mm 범위를 가질 수 있다. 제1층(221)과 제4층(224)의 두께가 같을 수 있다. 또는, 제1층(221)과 제4층(224)의 두께를 다르게 구성하는 것도 가능하다.
도 7은 제1층(221)과 제4층(224)을 2회 이상 반복하여 적층한 구조를 도시한 것이다. 예를 들어, 제1층(22)과 제4층(224)을 2-4회 적층할 수 있다. 본 실시예에서는 도광판이 3층 이상의 층을 구비함으로써 광 균일도를 증가시키고, 투과율 조절층을 이용하여 띠무늬를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제1층(221), 제2층(222), 제3층(223), 제4층(224), 제2층(222), 제3층(223), 제1층(221), 제2층(222), 제3층(223), 및 제4층(224)을 적층할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)를 도시한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 광을 제공하는 광원(310), 광원(310)으로부터의 광을 안내하는 도광판(320)과, 도광판(320)으부터의 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광 변조기(350)를 포함할 수 있다. 광원(310)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공할 수 있다. 도광판(320)은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 예가 적용될 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도광판(320)과 공간 광 변조기(350) 사이에는 공간 광 변조기(350)에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간상에 포커싱 하는 필드 렌즈(340)가 더 구비될 수 있다. 또한, 도광판(320)에서 나오는 광의 진행방향을 2차원적으로 제어하는 제1 및 제2 빔 스티어러(beam steerer)(330)(335)가 더 구비될 수 있다. 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)는 시청자의 동공 위치에 따라 출력되는 광빔의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 빔 스티어러(330)는 광빔의 가로 방향 위치를 조절하고, 제2 빔 스티어러(335)는 광빔의 세로 방향 위치를 조절할 수 있다. 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)는 예를 들어 액정층 또는 전기 습윤 소자 등으로 구현될 수 있다.
도 8에서, 필드 렌즈(340)의 위치는 제2 빔 스티어러(335)와 공간 광 변조기(350) 사이에 위치하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 필드 렌즈(340)는 예를 들어, 공간 광 변조기(350)의 전면에 위치할 수도 있다.
광원(310)과 도광판(320) 사이에 빔 확장부(beam expander)(315)가 더 구비될 수 있다. 빔 확장부(315)는 광원(310)으로부터의 점광(point light)을 콜리메이팅시켜 1차적으로 광빔을 확장시킬 수 있다. 빔 확장부(315)는 예를 들어 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 광빔을 콜리메이팅시켜 광빔의 발산각을 0도에 가깝게 할수록 광의 간섭성을 높일 수 있다. 따라서, 광빔이 빔 확장부(315)에 의해 콜리메이팅되어 홀로그래픽 영상의 품질이 높아질 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 시청자의 위치를 인식하는 아이트래킹 센서(370)를 더 구비할 수 있고, 아이트래킹 센서(370)로부터 감지된 위치에 따라, 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)를 제어하는 제어부(360)를 더 구비할 수 있다. 아이트래킹 센서(370)는 적외선카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다.
제어부(360)는 또한, 광원(310)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(360)는 홀로그램 영상이 시청자의 좌안, 우안에 시순차적으로 형성되도록 광빔의 조사방향을 시순차적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 양안 홀로그램 방식으로 관찰자의 좌안(LE)과 우안(RE)에 시점(view point)이 상이한 홀로그램 영상들을 각각 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 관찰자의 좌안(LE) 시역에 좌안용 홀로그램 영상을 제공하고 관찰자의 우안(RE) 시역에 좌안용 홀로그램 영상과는 시점이 다른 우안용 홀로그램 영상을 제공할 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)에서 제공되는 좌안용 홀로그램 영상 및 우안용 홀로그램 영상은, 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식의 좌안 영상 및 우안 영상과는 달리, 단독으로도 관찰자에게 입체감을 제공할 수 있으며, 단지 시점만이 서로 다르다. 스테레오스코픽 방식의 경우, 시점이 상이한 좌안용 2차원 영상과 우안용 2차원 영상이 관찰자의 좌안과 우안에서 각각 인지될 때 양안시차를 이용하여 입체감을 제공한다. 따라서, 스테레오스코픽 방식에서는 좌안 영상과 우안 영상 중 어느 하나만으로는 입체감이 발생하지 않으며, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 관찰자가 피로감을 느낄 수 있다. 반면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 소정의 공간 상의 위치, 즉 관찰자의 좌안(LE)과 우안(RE) 시역에 좌안용 홀로그램 영상과 우안용 홀로그램 영상을 각각 형성하기 때문에 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차를 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)가 양안 시점만을 제공하는 이유는, 관찰자가 좌안(LE)과 우안(RE)으로 2개의 시점만을 인식할 수 있기 때문에, 관찰자가 인식할 수 있는 시점 정보를 제외한 나머지 시점 정보를 제거하여 데이터 처리량을 줄이기 위한 것이다. 하지만, 다양한 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 더 많은 시점을 제공하는 것도 가능하다.
한편, 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)에 의해, 홀로그램 영상이 포커싱되는 위치가 조절될 수 있다. 다시 말하면, 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)에 의해, 좌안 홀로그램 영상이 포커싱되는 좌안 위치, 우안 홀로그램 영상이 포커싱되는 우안 위치가 조절될 수 있다. 각 시청자의 고유한 좌안, 우안 간격이 아이트래킹 센서(370)에 의해 감지될 수 있고, 또한, 시청자의 움직임에 의한 좌안, 우안 위치의 변경이 감지될 수 있다. 이와 같이 감지된 정보에 따라, 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)가 광빔의 진행 방향을 제어할 수 있다.
제1 빔 스티어러(330)와 제2 빔 스티어러(335) 중 어느 하나는 입사 광을 회절시켜 서로 다른 각도로 진행하는 2개의 광빔을 만드는 액정 편향기일 수 있다. 제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335) 중 어느 하나가 광을 동시에 좌안, 우안을 향하도록 공간적으로 분리하는 경우, 광원(110)의 시순차 구동은 필요하지 않을 수 있다.
필드 렌즈(340)는 제1 및 제2 스티어러(330)(335)에서 방향 제어된 광을 소정 공간에 포커싱할 수 있다. 필드 렌즈(340)는 프레넬 렌즈, 액정 렌즈, 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical element)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 빔 스티어러(330)(335)에서 방향 제어된 광은 필드 렌즈(340)를 통해 공간 광 변조기(350)에 입사하게 된다. 공간 광 변조기(350)는 입사광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 역할을 할 수 있다. 공간 광 변조기(350)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사광이 회절 및 변조됨으로써 소정의 공간 상의 위치에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 예를 들어, 모바일 폰에 적용될 수 있다. 아이트래킹 소자(370)와 빔 스티어러를 이용하여, 사용자가 모바일 폰의 화면을 볼 때, 사용자의 눈의 위치가 이동하는 것을 추적하여 눈의 위치에 따라 3차원 영상이 표시될 수 있다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(400)를 도시한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(400)는 광을 제공하는 광원(410), 광원(410)으로부터의 광을 안내하는 도광판(420)과, 도광판(420)으부터의 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광 변조기(450)를 포함할 수 있다. 광원(410)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공할 수 있다. 도광판(420)은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 예가 적용될 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도광판(420)과 공간 광 변조기(450) 사이에는 공간 광 변조기(350)에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간상에 포커싱 하는 필드 렌즈(440)가 더 구비될 수 있다.
광원(410)과 도광판(420) 사이에 빔 확장부(beam expander)(415)가 더 구비될 수 있다. 빔 확장부(415)는 광원(410)으로부터의 점광(point light)을 콜리메이팅시켜 1차적으로 광빔을 확장시킬 수 있다.
또한, 광원(410)과 도광판(420) 사이에 광의 진행방향을 2차원적으로 제어하는 제1 및 제2 빔 스티어러(beam steerer)(418)(419)가 더 구비될 수 있다. 제1 및 제2 빔 스티어러(418)(419)는 시청자의 동공 위치에 따라 출력되는 광빔의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 빔 스티어러(418)는 광빔의 가로 방향 위치를 조절하고, 제2 빔 스티어러(419)는 광빔의 세로 방향 위치를 조절할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(400)는 시청자의 위치를 인식하는 아이트래킹 센서(470)를 더 구비할 수 있고, 아이트래킹 센서(470)로부터 감지된 위치에 따라, 제1 및 제2 빔 스티어러(418)(419)를 제어하는 제어부(460)를 더 구비할 수 있다.
제어부(460)는 또한, 광원(410)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(460)는 홀로그램 영상이 시청자의 좌안, 우안에 시순차적으로 형성되도록 광빔의 조사방향을 시순차적으로 제어할 수 있다.
도 7과 도 8을 비교할 때, 빔 스티어러의 위치가 다르며, 동일한 이름의 구성 요소는 실질적으로 동일한 기능과 동작을 수행하므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 홀로그래픽 디스플레이, 모바일 폰, 3D TV 등에 적용될 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 복수 층이 적층된 구조의 도광판에 의해 광 균일도가 향상되고, 띠무늬가 감소될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
110,210,310,410: 광원, 120,220: 도광판
130,230: 반사층, 140,240: 입력 그레이팅
150,250: 출력 그레이팅

Claims (30)

  1. 광원; 및
    상기 광원으로부터의 광이 진행하도록 안내하는 2개 이상의 층을 포함하고, 상기 2개 이상의 층이 광의 반사율과 투과율의 비율을 조절하는 도광판;을 포함하고,
    상기 2개 이상의 층이 제1층, 접착층으로 된 제2층, 투과율을 조절하는 제3층 및 제4층을 포함하고,
    상기 제1층과 제2층의 굴절률이 같은 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2층과 제3층이 서로 다른 굴절률을 가진 백라이트 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2층과 제3층의 굴절률 차가 0.2 이상인 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1층, 제2층, 및 제3층이 각각 1.2 내지 2.0 범위의 굴절률을 가지는 백라이트 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1층과 제3층이 각각 0.1-5mm 범위의 두께를 가지는 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1층에 반사층이 더 구비된 백라이트 유닛.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1층, 제2층, 제3층이 2회 이상 반복 적층된 백라이트 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제3층에 입력 그레이팅과 출력 그레이팅이 더 구비된 백라이트 유닛.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1층과 제3층의 두께가 다른 백라이트 유닛.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1층이 제3층보다 작은 두께를 가지는 백라이트 유닛.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 2개 이상의 층 중 하나가 투과율 조절층을 포함하는 백라이트 유닛.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 투과율 조절층은 40-60%의 투과율을 가지는 백라이트 유닛.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 2개 이상의 층이 제1층과 제4층이 각각 0.1-5mm 범위의 두께를 가지는 백라이트 유닛.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1층, 제2층, 제3층 및 제4층이 2회 이상 반복 적층되는 백라이트 유닛.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제4층에 입력 그레이팅과 출력 그레이팅이 더 구비된 백라이트 유닛.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1층과 제4층의 두께가 다른 백라이트 유닛.
  22. 광을 안내하는 제1층;
    접착층으로 된 제2층;
    광을 안내하는 제3층; 및
    상기 제3층에 구비된 제4층;을 포함하고,
    상기 제1층과 제2층의 굴절률이 같으며,
    광의 투과율과 반사율의 비율을 조절하도록 구성된 도광판.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제22항에 있어서,
    상기 제2층은 40-60%의 투과율을 가지는 도광판.
  26. 광원;
    상기 광원으로부터의 광이 진행하도록 안내하는 2개 이상의 층을 포함하고, 상기 2개 이상의 층이 광의 반사율과 투과율의 비율을 조절하는 도광판; 및
    상기 도광판으로부터의 입사 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기;를 포함하고,
    상기 2개 이상의 층이 제1층, 접착층으로 된 제2층, 투과율을 조절하는 제3층 및 제4층을 포함하고,
    상기 제1층과 제2층의 굴절률이 같은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제3층과 제4층이 서로 다른 굴절률을 가진 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제3층과 제4층의 굴절률 차가 0.2 이상인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 2개 이상의 층이 투과율 조절층을 가진 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 투과율 조절층이 40-60% 범위의 투과율을 가진 홀로그래픽 디스플레이 장치.
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