KR102526753B1 - 가간섭성 백라이트 유닛, 및 이를 채용한 3차원 영상 표시 장치 - Google Patents
가간섭성 백라이트 유닛, 및 이를 채용한 3차원 영상 표시 장치 Download PDFInfo
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Abstract
가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치가 개시된다. 개시된 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치는 가간섭성 광이 전반사되며 진행하는 도광판과 도광판의 측면으로 향하는 광을 다시 내부로 반사시키는 반사 광학 소자를 포함한다.
Description
본 개시는 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치에 대한 것이다.
최근 들어 3D 영화가 많이 나오고 있고, 이에 따라 3차원 영상에 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. 다른 방식으로 홀로그램을 이용하여 3차원 영상을 표시하는 홀로그래픽 장치가 있다.
안경형 3차원 영상 표시 장치는 영화관에서는 적청(Red-Green) 안경방식이 사용되며, TV의 경우에는 편광 안경 방식 또는 액정 셔터 방식으로 양분되어 있다. 무안경 3차원 영상 표시 장치는 구조에 따라 베리어(Barrier) 방식, 렌티큘러(Lenticular) 방식, 지향성 백라이트 유닛 방식 등이 있다. 3차원 영상 구현 방식에 따라, 멀티뷰 렌더링(Multiview rendering) 방식, 3차원 공간의 모든 정보를 담고 그것을 3차원 공간에 복셀(Voxel)로 표시하는 볼류메트릭(Volumetric) 방식, 곤충의 복안(파리눈) 모양 렌즈를 통해 맺히는 여러 각도에서의 영상을 촬영하고 이를 역으로 디스플레이 하는 인티그럴 이미징(Integral Imaging) 방식, 홀로그래픽(Holographic) 방식 등이 있다.
본 개시는 반사 광학 소자를 이용하는 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치를 제공하여 광효율을 향상시키고자 한다.
본 개시에 따른 가간섭성 백라이트 유닛은, 가간섭성 광을 조사하는 광원; 서로 마주하는 제 1 평판면 및 제 2 평판면을 포함하는 도광판; 상기 제 1 평판면 또는 제 2 평판면에 마련되며, 상기 광원에서 조사되는 가간섭성 광을 상기 도광판의 내부로 회절시키는 제 1 회절격자; 상기 도광판의 측면들 중 적어도 어느 한 측면에 마련되며, 상기 도광판의 내부에서 상기 측면으로 향하는 가간섭성 광을 상기 도광판의 내부로 반사시키는 반사 광학 소자; 및 상기 도광판의 제 1 평판면에 마련되며, 상기 도광판의 내부에서 전반사 진행되는 가간섭성 광을 외부로 출광시키는 제 2 회절격자;를 포함한다.
상기 반사 광학 소자는, 거울면 또는 재귀반사면을 포함할 수 있다.
상기 도광판의 어느 한 측면에만 재귀반사면이 마련될 수 있다.
상기 제 1 회절격자는 제 1 평판면의 제 1 영역에 마련되고, 상기 제 2 회절격자는 제 1 평판면의 제 2 영역에 마련될 수 있다.
상기 광원은, 상기 도광판의 제 1 평판면에 대향되는 제 2 평판면을 통해 가간섭성 광이 입사되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 회절격자 및 상기 제 2 회절격자는 서로 인접하게 마련될 수 있다.
상기 제 1 회절격자는 제 2 평판면의 제 1 영역에 마련되고, 상기 제 2 회절격자는 상기 제 1 영역과 마주하지 않는 상기 제 1 평판면의 제 2 영역에 마련될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 회절격자는 상기 도광판에 대한 가간섭성 광의 입사각과 상기 제 2 회절격자에서 방출되는 가간섭성 광의 출사각이 서로 대응되도록 형성될 수 있다.
상기 광원은, 상기 제 1 회절격자에 대하여 수직으로 가간섭성 광을 입사할 때,
상기 제 2 회절격자는, 상기 제 2 회절격자에 대하여 수직으로 가간섭성 광을 방출할 수 있다.
상기 광원은, 상기 도광판의 일면에 수직한 방향을 기준으로 가간섭성 광의 입사각을 -θin 과 +θin 로 변화하며 조사할 때,
상기 제 2 회절격자를 통해 방출되는 가간섭성 광의 출사각은 -θout 과 +θout 로 변화될 수 있다.
가간섭성 광의 입사각이 -θin 일 때, 광의 출사각은 +θout 에 대응되며, 광의 입사각이 +θin 일 때, 가간섭성 광의 출사각은 -θout 에 대응 될 수 있다.
상술한 가간섭성 백라이트 유닛은 다음의 조건을 만족할 수 있다.
θin = θout .
상기 광원은 적색 광원, 청색 광원 및 녹색 광원을 포함할 수 있다.
상기 광원의 전면부에 마련되는 콜리메이터를 더 포함할 수 있다.
상기 광원의 전면부에 마련되는 빔 익스펜더를 더 포함할 수 있다.
다른 개시에 따른 가간섭성 백라이트 유닛은, 가간섭성 광을 조사하는 광원; 평판 형상의 도광판; 상기 도광판의 평판면에 마련되며, 상기 광원에서 조사되는 가간섭성 광을 상기 도광판의 내부로 회절시키는 제 1 회절격자; 상기 도광판의 평판면에 마련되며, 상기 도광판의 내부에서 전반사 진행되는 가간섭성 광을 외부로 출광시키는 제 2 회절격자; 및 상기 도광판의 측면들 중 적어도 어느 한 측면에 마련되어 상기 도광판 내부에 전반사 진행되는 가간섭성 광이 단일의 광 경로를 형성하도록 하는 재귀반사면;을 포함한다.
본 개시에 따른 3차원 표시 장치는, 상술한 가간섭성 백라이트 유닛; 및 디스플레이 패널;을 포함한다.
상기 디스플레이 패널은, 상기 가간섭성 백라이트 유닛에서 출광되는 가간섭성 광을 영상 정보에 따라 변조하는 표시 요소층과, 가간섭성 광을 집광하여 시역 윈도우(viewing window)를 형성할 수 있다.
또는, 상기 디스플레이 패널은, 상기 가간섭성 백라이트 유닛에서 출광되는 가간섭성 광을 영상 정보에 따라 변조하는 표시 요소층과, 상기 가간섭성 백라이트 유닛에서 출광되는 가간섭성 광의 출사각의 변화에 따라 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 사용자의 좌안과 우안에 각각 제공하도록 집광하는 렌즈를 포함할 수 있다.
개시된 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치는 반사 광학 소자로 재귀반사면 또는 거울면을 채용하여 광효율이 높다.
재귀반사면을 채용한 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치는 가간섭성 광의 입사각을 조절하여 출사각을 조절할 수 있다.
거울면을 채용한 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치는 상대적으로 적은 직경의 가간섭성 광을 이용해서도 균일한 영상 출력을 가질 수 있다.
도 1a 는 일 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 포함하는 3차원 영상 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 전술한 가간섭성 백라이트 유닛의 입사각과 출사각의 관계를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10는 광 경로의 길이에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도광판에서의 위치에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 포함하는 3차원 영상 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 전술한 가간섭성 백라이트 유닛의 입사각과 출사각의 관계를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10는 광 경로의 길이에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도광판에서의 위치에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치 에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1a 는 일 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(100)을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1b는 일 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(100)을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 가간섭성 백라이트 유닛(100)는 도광판(120), 도광판(120)의 측면들(121, 122, 125, 126)에 형성되는 반사 광학 소자(160)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 가간섭성 광을 조사할 수 있다. 가간섭성이란 광이 서로 겹쳤을 때, 보강 간섭 또는 상쇄 간섭을 일으킬 수 있는 광의 성질을 의미한다. 예를 들어, 가간섭성 광은 위상차이가 시간의 흐름에 관계없이 일정한 광일 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 레이저 다이오드(Laser Diode)나, 고체 레이저 등 일 수 있다. 광원(110)은 서로 다른 컬러의 단색 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은(110)은 적색광을 조사하는 적색 광원(미도시), 청색광을 조사하는 청색 광원(미도시), 녹색광을 조사하는 녹색 광원(미도시)을 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 광원(110)은 어느 한 컬러의 단색 광원만을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예로, 광원(110)은 서로 다른 컬러의 광을 조사할 수 있는 가변 광원을 포함할 수 있다.
도광판(120)은 평판 형상을 지닐 수 있다. 도 1b를 참조하면, 도광판(120)은 직육면체 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도광판(120)은 직육면체의 평판을 완만하게 구부러뜨린 곡선 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도광판(120)은 도광판(120)은 측면들(121, 122, 125, 126)에 비해 상대적으로 넓은 면적을 가지는 제 1 평판면(124)와 제 2 평판면(123)을 구비할 수 있다. 제 1 평판면(124)과 제 2 평판면(123)은 대향 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 평판면(124)과 제 2 평판면(123)은 서로 평행할 수 있다. 제 1 측면(121)과 제 2 측면(122)은 대향 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 측면(121)과 제 2 측면(122)은 서로 평행할 수 있다. 제 3 측면(125)과 제 4 측면(126)은 대향 될 수 있다. 제 3 측면(125)과 제 4 측면(126)은 서로 평행할 수 있다.
도광판(120)은 가간섭광에 대해 투명한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도광판(120)은 글래스재나 플라스틱재로 형성될 수 있다.
광원(110)은 도광판의 제 2 평판면(123)에 빛을 조사하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 도광판의 제 2 평판면(123)에 인접하여 배치될 수 있다. 가간섭성 광은 제 2 평판면(123)의 일부 영역으로 입사될 수 있다. 제 2 평판면(123)의 일부 영역은, 제 1 영역(124a)과 대면하는 영역일 수 있다.
제 1 회절격자(130)는 제 1 평판면(124) 또는 제 2 평판면(123)에 마련될 수 있다. 예를 들어 제 1 회절격자(130)는 제 1 평판면 상의 제 1 영역(124a)이나 제 1 영역(124a)과 대향되는 제 2 평판면 상의 제 3 영역(123a) 상에 마련될 수 있다. 본 실시예는 제 1 회절격자(130)가 제 1 영역(124a)에 마련되는 것을 전제로 서술하나 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 회절격자(130)이 제 3 영역(123a) 마련되는 실시예는 이하 도 9에서 별도로 후술한다. 제 1 회절격자(130)는 가간섭성 광을 회절시킬 수 있다. 본 실시예에 따른, 제 1 회절격자(130)의 외면에는 가간섭성 광을 도광판(120)의 내부로 반사시키기 위한 반사코팅을 포함할 수도 있다. 제 1 회절격자(130)는 반복적인 그레이팅 패턴을 포함할 수 있으며, 그레이팅 패턴의 구체적인 예는 한정하지 않는다. 예를 들어, 제 1 회절격자(130)는 요철 모양의 그레이팅 패턴, 톱니 모양의 그레이팅 패턴, 삼각함수 모양의 그레이팅 패턴 등의 어느 한 패턴을 포함할 수 있다. 제 1 회절격자(130)의 넓이가 넓을수록 광원(110)으로부터 조사되는 가간섭성 광의 직경을 넓게 할 수 있다.
제 2 회절격자(140)는 제 1 평판면(123)에 마련될 수 있다. 제 2 회절격자(140)는 제 2 영역(124b) 상에 마련될 수 있다. 제 2 회절격자(140)는 도광판(120) 내부를 진행하던 가간섭성 광을 도광판(120)의 내부로 방출될 수 있다. 이때, 제 2 회절격자(140)는 가간섭성 광이 제 2 영역(124b)에 대하여 일정 출사각을 가지도록 회절 시킬 수 있다. 제 2 회절격자(140)는 반복적인 그레이팅 패턴을 포함할 수 있으며, 패턴의 구체적인 예는 한정하지 않는다. 예를 들어, 제 2 회절격자(140)는 요철 모양의 그레이팅 패턴, 톱니 모양의 그레이팅 패턴, 삼각함수 모양의 그레이팅 패턴 등의 어느 한 패턴을 포함할 수 있다. 제 2 회절격자(140)의 넓이가 넓을수록, 제 2 회절격자(140) 상에 마련되는 디스플레이 패널(도 2의 250)의 넓이가 커질 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(100)을 포함하는 3차원 영상 표시 장치(200)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 제 2 회절격자(150) 상에 디스플레이 유닛(250)이 마련될 수 있다. 가간섭성 백라이트 유닛(100)은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)의 구성과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
디스플레이 패널(250)은 제 2 회절격자(140)에서 방출되는 가간섭성 광을 영상 정보에 따라 변조하는 표시 요소층(252)과, 제 2 회절격자(140)에서 방출되는 가간섭성 광을 포커싱하기 위한 렌즈(251)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 제 2 회절격자(140) 상에 렌즈(251) 및 표시 요소층(252)이 차례로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 2 회절격자(140) 상에 표시 요소층(252) 및 렌즈(251)가 차례로 마련될 수 있다. 디스플레이 패널(250)은 컬러 필터층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 컬러 필터층(미도시)은, 예를 들어, 표시 요소층(252) 및 렌즈(251)의 사이에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
표시 요소층(252)은 3차원 영상 표시 장치에 일반적으로 사용되는 공간 광 변조기(Spatial light modulator;SLM)를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기는 공지의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 요소층(252)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 또는 반도체 광 변조기를 사용할 수 있다. 물론, 표시 요소층(252)으로서 위상과 진폭을 모두 변조시키는 복소 공간 광 변조기나 또는 위상을 변조시키는 위상 공간 광 변조기를 사용할 수 있음은 물론이다.
표시 요소층(252)은 그 표면에 제어부(미도시)로부터 제공되는 홀로그램 데이터 신호에 따라 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 표시 요소층(252)에 입사된 가간섭성 광은 홀로그램 패턴에 의해 홀로그램 파면의 이미지로 변조된 회절광이 된다. 홀로그램 파면의 이미지를 갖는 회절광은 후술하는 바와 같이 렌즈(251)를 거쳐 시역 윈도우(viewing window; VW)에서 회절 간섭에 의해 홀로그램 영상을 형성하게 된다. 시역 윈도우(VW)는 사용자가 홀로그램 영상을 볼 수 있는 공간으로 이해될 수 있다.
렌즈(251)는 제 2 회절격자(140)에서 일정 각도로 방출되는 가간섭성 광을 관측자에게 집광할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(251)는 가간섭 광을 집광하는 광학 소자 일 수 있다. 예를 들어, 렌즈(251)는 볼록 렌즈일 수 있다. 렌즈(251)는 상기 표시 요소층(252)에서 결상된 홀로그램 영상을 사용자의 동공 앞에 집속시킴으로서, 시역 윈도우(VW)를 사용자의 동공 앞에 형성할 수 있다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(300)을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 서로 대향되는 양 측면들(121, 122, 도 1b의 125, 도 1b의 126) 상에 재귀반사면이 마련될 수 있다. 예를 들어, 서로 대향되는 제 1 측면(121) 상에는 재귀반사면(361r)이 제 2 측면(122) 상에는 재귀반사면(362r)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 서로 대향되는 제 3 측면(도 1b의 125) 및 제 4 측면(도 1b의 126)에도 재귀반사면이 마련될 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(300)은 재귀반사면(361r, 362r)을 제외한 나머지 구성은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
제 1 측면(121) 상의 재귀반사면(361r) 및 제 2 측면(122) 상의 재귀반사면(362r)은 각 측면들(121, 122, 도 1b의 125, 도 1b의 126)으로 향하는 가간섭광을 반사시켜 광 누출을 방지할 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(300)은 도광판(120) 내부에서 단일의 광경로를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(300)은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)에 비해 손실1을 방지할 수 있으므로, 상대적으로 더 높은 광효율을 가질 수 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(400)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 측면들(120)중 적어도 한 측면 상에 거울면이 마련될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제 1 측면(121) 상에 거울면(461m)이 마련될 수 있고, 제 2 측면(122) 상에 거울면(462m)이 마련될 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(400)는 거울(461m, 462m)을 제외한 나머지 구성은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
제 1 측면(121) 상의 거울(461m)은 제 1 측면(121)으로 도달하는 가간섭광의 광 손실을 방지할 수 있다. 거울(461m)은 입사각과 반사각이 동일하도록 입사되는 가간섭성 광을 반사시킬 수 있다. 제 1 측면(121)에서 반사된 가간섭성 광은, 기존의 광경로와 평행한 별도의 광경로를 형성할 수 있다. 별도의 광경로로 제 2 측면(122)에 도달한 가간섭성 광은 거울(462m)이 없을 시에는 도광판(120) 외부로 빠져나가, 광 손실이 발생할 수 있다. 거울(462m)이 제 2 측면(122) 상에 마련될 경우에는 이러한 광 손실을 방지할 수 있다. 거울(462m)에 의해서 재차 반사된 가간섭성 광은 점선으로 도시된 광 경로를 형성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(400)은 도광판(120) 내부에서 복수의 광 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 가간섭성 광의 직경이 상대적으로 작아도 도광판(120) 내부를 통해 다양한 광경로로 진행하는 가간섭성 광은 제 2 회절격자(140)의 면에 고르게 입사할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(500)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제 1 측면(121) 상에, 재귀반사면(561r)이 마련될 수 있고, 제 2 측면(122) 상에, 거울(562m)이 마련될 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(500)은 재귀반사면(561r) 및 거울(562m)을 제외한 나머지 구성은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
제 1 측면(121) 상의 재귀반사면(561r) 및 제 2 측면(122) 상의 거울(562m)은 측면으로 누출되는 광 손실을 방지할 수 있으므로, 가간섭성 백라이트 유닛(500)의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(500)는 도광판(120) 내부에서 복수의 광 경로를 형성할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(600)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제 1 측면(121) 상에, 재귀반사면(661r)이 마련될 수 있고, 제 2 측면(122) 상에, 재귀반사면(662r)이 마련될 수 있다. 또한, 가간섭성 백라이트 유닛(600)은 광원(110)의 전면부에 빔 익스펜더(111) 및 콜리메이터(112)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(600)는 빔 익스펜더(111) 및 콜리메이터(112)를 제외한 나머지 구성은 도 3의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
빔 익스펜더(111)는 가간섭성 광의 직경을 확대하여, 가간섭성 광이 제 1 영역(124a) 및 제 2 영역(124b)에 도달하는 영역을 넓힐 수 있다. 도 3에서 상술한 바와 같이, 도광판(120)의 양 측면(121, 122)에 재귀반사면(661r, 662r)이 포함될 경우, 도광판(120) 내부의 광 경로는 단일로 형성될 수 있다. 도광판(120) 내부의 광 경로가 단일로 형성될 때, 제 2 영역(124b)의 일부 영역에는 가간섭성 광이 도달하지 않을 수 있다. 도 6을 참조하면, 가간섭성 광의 직경을 확대하면, 전반사하는 가간섭성 광이 더 넓은 면적으로 제 2 영역(124b)에 입사할 수 있다. 따라서, 제 2 영역(124b)에 가간섭성 광이 도달하지 않는 부분을 감소시킬 수 있어, 홀로그래픽 디스플레이(600)에서 조사되는 홀로그램 영상의 균일성이 확보될 수 있다. 예를 들어, 가간섭성 광의 직경을 충분히 확대하면, 제 2 영역(124b)의 전체 영역에 가간섭성 광이 도달할 수 있다. 빔 익스펜더(111)는 공지의 구성을 가질 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
콜리메이터(112)는 가간섭성 광의 확산을 방지하고, 파면(wavefront)를 일정하게 유지할 수 있다. 콜리메이터(112)는 공지의 구성을 가질 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(700)을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 광원(710)이 제 1 회절격자(730) 상에 마련될 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(700)은 광원(710) 및 제 1 회절격자(730)를 제외한 나머지 구성은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
광원(710)은 제 1 회절격자(730) 상에서 가간섭성 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 광원(710)은 제 1 회절격자(730)에 인접하여 배치될 수 있다. 광원(710)의 전면부에는 빔 익스펜더(111) 및 콜리메이터(112)가 추가로 마련될 수도 있다. 전술한 실시예와는 달리, 제 1 회절격자(730)는 반사코팅을 필요로 하지 않을 수 있다.
본 실시예에서는 측면들(120)중 어느 한 측면에만 재귀반사면(161r)이 마련되는 경우를 전제로 하여 설명했으나, 이는 설명의 편의를 위한 것에 불과하다. 예를 들어, 반사 광학 소자(160)이 측면들(120)중 적어도 한 측면에 위치하는 경우에 대해서, 광원(710)은 제 1 회절격자(730) 상에 마련될 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(800)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(800)는 가간섭성 백라이트 유닛(870) 및 디스플레이 패널(850)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(870)은 제 1 측면(121) 상에, 재귀반사면(861r)이 마련될 수 있고, 제 2 측면(122) 상에, 재귀반사면(862r)이 마련될 수 있다. 또한 가간섭성 광은 입사각을 가변하며 조사될 수 있다.
본 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(870)은 는 재귀반사면(861r, 862r) 및 광원(미도시)의 입사각을 제외한 나머지 구성은 도 1의 가간섭성 백라이트 유닛(100)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(800)는 양안시차를 기반으로 3차원 영상을 표시한다. 3차원 영상 표시 장치(800)는 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 관측자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 관측자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다. 예를 들어, 3차원 영상 표시 장치(800)는 제 2 영역(124b) 상에서 가간섭성 광의 출사각이 -θout 및 +θout 으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 3차원 영상 표시 장치(800)는 출사각 -θout 의 가간섭성 광을 관측자의 좌안에 조사하고, 출사각 +θout 의 가간섭성 광을 관측자의 우안에 조사할 수 있다. 또는, 예를 들어 3차원 영상 표시 장치(800)는 출사각 -θout 의 가간섭성 광을 관측자의 우안에 조사하고, 출사각 +θout 의 가간섭성 광을 관측자의 좌안에 조사할 수 있다.
본 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(800)는 가간섭성 광의 입사각을 조절하여 제 2 회절격자(140)를 통해 방출되는 가간섭성 광의 출사각이 일정 각도가 되도록 조절할 수 있다. 이러한 입사각에 따른 출사각의 일정 각도의 조절을 스티어링(steering)이라 한다. 예를 들어, 광원(810)은 도광판(120)의 제 1 영역(124a)에 수직한 방향을 기준으로 하는 입사각을 -θin 과 +θin 으로 반복하며 변화시켜 출사각을 조절할 수 있다. 도 8을 참조하면, 광원(810)은 입사각 -θin 의 가간섭성 광을 조사하며, 이 때 제 2 회절격자(140)에서 방출되는 가간섭성 광의 출사각은 -θout 일 수 있다. 도 8을 참조하면, 광원(810)은 입사각 +θin 의 가간섭성 광을 조사하며, 이 때 제 2 회절격자(140)에서 방출되는 가간섭성 광의 출사각은 +θout 일 수 있다. 예를 들어, θin 과 θout 은 서로 동일할 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 가간섭성 백라이트 유닛(800)은 지향성 광을 조명하는 백라이트 유닛일 수 있다.
광원(미도시)은 입사각이 -θin 과 +θin 로 달리되도록 다른 위치에 배치될 수 있다.
스티어링은, 도광판(120) 내부에 형성되는 가간섭성 광의 광 경로가 단일할 것을 요건으로 할 수 있다. 예를 들어, 도광판(120) 상의 광 경로가 단일하기 위해서는, 측면들(121, 122, 도1의 125, 도1의 126) 상에 적어도 하나의 재귀반사면이 마련되고, 거울면은 마련되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제 1 측면(121) 상에 재귀반사면(861r)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 제 2 측면(122) 상에 재귀반사면(862r)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 제 2 측면(122) 상에 재귀반사면(862r)이 마련되지 않는 열린 상태인 경우, 제 2 측면(122)으로 입사된 가간섭성 광이 외부로 누출될 수 있다. 이 경우, 3차원 영상 표시 장치(800)의 광효율이 상대적으로 저하될 수 있다.
입사각 +θin 인, 가간섭성 광을 l1 이라 할 때, 우측 방향으로 회절되는 가간섭성 광 l1r은 제 1 영역(124a)에 수직선을 기준으로 θl1r 의 각도로 회절되며, 좌측 방향으로 회절되는 가간섭성 광 l1l은 θl1l의 각도로 회절된다. 도 8을 참조하면, θl1r 과 θl1l은 서로 일치하지 않을 수 있다.
예를 들어, 제 1 측면(121) 상에 재귀반사면(861r)이 아닌 거울(도 4의 461m)이 마련될 경우, 가간섭성 광 l1에 대하여 우측으로 회절된 가간섭성 광 l1r과 좌측으로 회절된 가간섭성 광l1l은 서로 다른 입사각을 가지는 광 경로로 제 2 평판면(123) 또는 제 2 영역(124b)에 입사될 수 있다. 결과적으로, 제 2 회절격자(140)에서 방출되는 출사각이 다르게 될 수 있다. 이때, 관측자에게 보여지는 3차원 영상 표시 장치(800)의 영상은 열화될 수 있다.
예를 들어, 제 1 측면(121) 상에 재귀반사면(861r)이 마련될 경우, 광 경로는 그대로 역으로 반사되므로, 도광판(120) 내에서의 l1l과 l1r의 광경로는 일치될 수 있다. 따라서, 회절각도인 θl1r 과 θl1l은 서로 일치하지 않음에도 불구하고, l1l과 l1r은 동일 입사각으로 제 2 회절격자(140)에 입사될 수 있다. 따라서, 출사각 역시 동일할 수 있다. 이는 입사각 -θin 인 입사광 l2 에 대하여도 마찬가지이다. 입사광 l2 광경로에 관한 설명은 상술한 입사광 l1과 실질적으로 동일하므로 편의상 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(800)는 광원(810) 전면에 마련되는 빔 익스펜더(도 6의 111) 및 콜리메이터(도 6의 112)를 더 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(850)은 제 2 회절격자(140)에서 방출되는 가간섭성 광을 영상 정보에 따라 변조하는 표시 요소층(852)과, 제 2 회절격자(840)에서 방출되는 가간섭성 광을 포커싱하기 위한 렌즈(851)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(851)는 볼록 렌즈일 수 있다. 렌즈(851)는 제 2 회절격자(140)에서 출광되는 가간섭성 광의 출사각의 변화에 따라 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 시청자의 좌안과 우안에 각각 제공하도록 집광할 수 있다.
본 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치(800)는 시분할 방식 또는 공간분할 방식으로 구동될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(900)을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 제 1 회절격자(930)는 제 2 평판면(123)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회절격자(930)는 제 2 평판면(123)의 제 3 영역(123a) 상에 마련될 수 있다. 제 3 영역(123a)은 제 1 영역(124a)와 서로 대향되며 동일한 면적을 가지도록 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제 3 영역(123a)과 제 1 영역(124a)은 서로 다른 면적을 가질 수도 있다.
제 2 회절격자(140)은 제 1 회절격자(130)와 대향되도록 제 1 평판면(124) 상에 마련될 수 있다.
광원(910)은 제 1 회절격자(930)를 향해 가간섭성 광을 조사할 수 있다. 광원(910)은 제 3 영역(123a) 상에 마련되거나 또는 제 1 영역(124a) 상에 마련될 수 있다.
가간섭성 백라이트 유닛(900)은 재귀반사면(961r, 962r)을 양 측면에 포함할 수 있다. 이는 하나의 실시예에 불과하며, 가간섭성 백라이트 유닛(900)은 거울면을 포함할 수도 있다.
요컨대, 제 1 회절격자(930)와 제 2 회절격자(140)는 도광판(120)의 평판면 및 측면들 상에 다양하게 마련될 수 있으며, 그 구체적인 실시예는 한정되지 않는다. 다만, 가간섭성 백라이트 유닛(900)의 활용예를 고려할 때, 제 1 회절격자(930)와 제 2 회절격자(140)는 상대적으로 넓은 면적을 가지는 제 1 평판면(124) 및 제 2 평판면(123) 상에 마련되는 것이 더 효율적일 수 있다.
전술한 도 1 내지 도 8의 실시예에 따른 가간섭성 백라이트 유닛(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)도 마찬가지로 제 1 회절격자와 제 2 회절격자가 서로 다른 평판면에 위치할 수 있음은 물론이다.
도 10은 광 경로의 길이에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 그래프의 x축은 가간섭성 광이 도광판(120)에서 형성하는 광 경로의 길이(mm)이며, y축은 회절 효율(%)를 나타낸다. 도광판(120)에서 형성하는 광 경로의 길이(mm)가 길어질수록, 회절 효율은 감소할 수 있다. 반사 광학 소자(도 1의 160)의 도입으로, 광 경로의 길이(mm)가 길어지면, 회절 효율(%)은 누적되어 커지므로, 가간섭성 백라이트 유닛의 광 효율은 향상될 수 있다.
도 11은 도광판에서의 위치에 따른 회절 효율을 나타내는 그래프이다. x축은 가간섭광이 진행하는 도광판(120)에서의 위치(mm)를 나타내며, y축은 회절 효율(%)를 나타낸다. 반사 광학 소자(도 1의 160)의 도입으로, 광 경로의 길이(mm)가 길어지면, 회절 효율(%)은 누적되어 커지므로, 가간섭성 백라이트 유닛의 광 효율은 향상될 수 있다. 도 11을 참조하면, 적색광, 청색광, 녹색광 각각의 파장의 광에 대하여 광 경로 위치 150 mm에서 다시 그래프가 꺾여지는 부분은 반사 광학 소자(도 1의 160)의 도입에 의한 광 이득에 해당한다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 가간섭성 백라이트 유닛 및 3차원 영상 표시 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
110 : 광원
120 : 도광판
130 : 제 1 회절격자
140 : 제 2 회절격자
150 : 디스플레이 패널
120 : 도광판
130 : 제 1 회절격자
140 : 제 2 회절격자
150 : 디스플레이 패널
Claims (20)
- 가간섭성 광을 조사하는 광원;
서로 마주하는 제 1 평판면 및 제 2 평판면을 포함하는 평판 형상의 도광판;
상기 제 1 평판면 또는 제 2 평판면에 마련되며, 상기 광원에서 조사되는 가간섭성 광을 상기 도광판의 내부로 회절시키는 제 1 회절격자;
상기 도광판의 측면들 중 적어도 어느 한 측면에 마련되며, 상기 도광판의 내부에서 상기 측면으로 향하는 가간섭성 광을 상기 도광판의 내부로 반사시키는 반사 광학 소자; 및
상기 제 1 평판면에 마련되며, 상기 도광판의 내부에서 전반사 진행되는 가간섭성 광을 외부로 출광시키는 제 2 회절격자;를 포함하며,
상기 제 1 회절격자와 상기 제 2 회절격자의 길이의 합은 상기 도광판의 길이와 같은, 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사 광학 소자는, 거울면 또는 재귀반사면을 포함하는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 2 항에 있어서,
상기 도광판의 어느 한 측면에만 재귀반사면이 마련되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회절격자는 제 1 평판면의 제 1 영역에 마련되고, 상기 제 2 회절격자는 제 1 평판면의 제 2 영역에 마련되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 4 항에 있어서,
상기 광원은, 상기 도광판의 제 1 평판면에 대향되는 제 2 평판면을 통해 가간섭성 광이 입사되도록 배치되는 가간섭 성 백라이트 유닛. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 회절격자 및 상기 제 2 회절격자는 서로 인접하게 마련되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 회절격자는 제 2 평판면의 제 3 영역에 마련되고,
상기 제 2 회절격자는 상기 제 3 영역과 마주하지 않도록 상기 제 1 평판면의 제 2 영역에 마련되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 회절격자는 상기 도광판에 대한 가간섭성 광의 입사각과 상기 제 2 회절격자에서 방출되는 가간섭성 광의 출사각이 서로 대응되도록 형성되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 8 항에 있어서,
상기 광원은, 상기 제 1 회절격자에 대하여 수직으로 가간섭성 광을 입사할 때,
상기 제 2 회절격자는, 상기 제 2 회절격자에 대하여 수직으로 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 8 항에 있어서,
상기 광원은, 상기 도광판의 일면에 수직한 방향을 기준으로 가간섭성 광의 입사각을 -θin 과 +θin 로 변화하며 조사할 때,
상기 제 2 회절격자를 통해 방출되는 가간섭성 광의 출사각은 -θout 과 +θout 로 변화되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 10 항에 있어서,
가간섭성 광의 입사각이 -θin 일 때, 광의 출사각은 -θout 에 대응되며, 광의 입사각이 +θin 일 때, 가간섭성 광의 출사각은 +θout 에 대응되는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 10 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 가간섭성 백라이트 유닛.
θin = θout. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원은 적색 광원, 청색 광원 및 녹색 광원을 포함하는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원의 전면부에 마련되는 콜리메이터를 더 포함하는 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원의 전면부에 마련되는 빔 익스펜더를 더 포함하는 가간섭성 백라이트 유닛. - 가간섭성 광을 조사하는 광원;
평판 형상의 도광판;
상기 도광판의 평판면에 마련되며, 상기 광원에서 조사되는 가간섭성 광을 상기 도광판의 내부로 회절시키는 제 1 회절격자;
상기 도광판의 평판면에 마련되며, 상기 도광판의 내부에서 전반사 진행되는 가간섭성 광을 외부로 출광시키는 제 2 회절격자; 및
상기 도광판의 측면들 중 적어도 어느 한 측면에 마련되어 상기 도광판 내부에 전반사 진행되는 가간섭성 광이 단일의 광 경로를 형성하도록 하는 재귀반사면;을 포함하며,
상기 제 1 회절격자와 상기 제 2 회절격자의 길이의 합은 상기 도광판의 길이와 같은, 가간섭성 백라이트 유닛. - 제 1 항의 가간섭성 백라이트 유닛; 및
디스플레이 패널;을 포함하는 3차원 영상 표시 장치. - 제 17항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은,
상기 가간섭성 백라이트 유닛에서 출광되는 가간섭성 광을 영상 정보에 따라 변조하는 표시 요소층과, 가간섭성 광을 집광하여 시역 윈도우(viewing window)를 형성하는 렌즈를 포함하는 3차원 영상 표시 장치. - 제 8 항의 가간섭성 백라이트 유닛; 및
디스플레이 패널;을 포함하는 3차원 영상 표시 장치. - 제 19항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은,
상기 가간섭성 백라이트 유닛에서 출광되는 가간섭성 광을 영상 정보에 따라 변조하는 표시 요소층과, 상기 가간섭성 백라이트 유닛에서 출광되는 가간섭성 광의 출사각의 변화에 따라 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 사용자의 좌안과 우안에 각각 제공하도록 집광하는 렌즈를 포함하는 3차원 영상 표시 장치.
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