KR102629584B1 - 빔 조향 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

다수의 시역에 홀로그램 영상을 제공할 수 있는 빔 조향 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 백라이트 유닛은 2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이 및 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 배치되어 있고, 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성된다.

Description

빔 조향 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 {Beam steering backlight unit and holographic display apparatus including the same}
개시된 실시예들은 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 시역에 홀로그램 영상을 제공할 수 있는 빔 조향 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, 최근 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.
다수의 시역에 홀로그램 영상을 제공할 수 있는 빔 조향 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 빔 조향 백라이트 유닛을 이용한 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이; 상기 광원 어레이에 대향하여 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이; 및 상기 다수의 광원을 구동시키는 제어부;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 배치되어 있고, 상기 광원 어레이는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원이 독립적으로 구동되도록 구성되며, 상기 제어부는 상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성될 수 있다.
각각의 마이크로 렌즈는 그에 대응하는 광원 블록 내의 광원들로부터 입사하는 광을 평행광으로 콜리메이팅하도록 구성될 수 있다.
상기 광원은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다.
예를 들어, 상기 광원은 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode; LD)을 포함할 수 있다.
상기 광원 어레이는 유기발광소자(organic light emitting device; OLED) 패널을 포함할 수 있으며, 상기 유기발광소자 패널의 각각의 화소가 하나의 광원을 구성할 수 있다.
상기 제어부는 각각의 광원 블록 내에서 적어도 2개의 광원을 동시에 점등시키고 모든 광원 블록들에 대해 광원의 점등 위치가 동일하도록 제어할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 인접한 광원 블록들 사이에 돌출하여 배치된 불투명한 배리어를 더 포함할 수 있다.
인접한 광원 블록들 사이의 간격은 각각의 광원 블록 내에서 인접한 광원들 사이의 간격보다 클 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛; 및 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 백라이트 유닛은, 2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이; 상기 광원 어레이에 대향하여 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이; 및 상기 다수의 광원을 구동시키는 제어부;를 포함하고, 상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 배치되어 있고, 상기 광원 어레이는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원이 독립적으로 구동되도록 구성되며, 상기 제어부는 상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성되고, 각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치에 따라 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상의 공간 상의 위치가 변화할 수 있다.
상기 제어부는 각각의 광원 블록 내에서 적어도 2개의 광원을 동시에 점등시키고 모든 광원 블록들에 대해 광원의 점등 위치가 동일하도록 제어함으로써, 공간 상의 적어도 2개의 상이한 위치에 홀로그램 영상을 제공할 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 시선 추적부로부터 입력된 관찰자의 동공 위치에 홀로그램 영상을 제공하도록 각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치를 선택할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치는, 입사광을 회절시켜 영상을 재생하는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛; 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈; 및 운전자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적부;를 포함하며, 상기 백라이트 유닛은, 2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이; 상기 광원 어레이에 대향하여 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이; 및 상기 다수의 광원을 구동시키는 제어부;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 배치되어 있고, 상기 광원 어레이는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원이 독립적으로 구동되도록 구성되며, 상기 제어부는 상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성되고, 각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치에 따라 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 영상의 공간 상의 위치가 변화하며, 상기 제어부는 상기 시선 추적부로부터 입력된 운전자의 동공 위치에 영상을 제공하도록 각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치를 선택할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛은 광 손실 없이 사용자의 위치에 홀로그랭 영상을 제공할 수 있다. 따라서 백라이트 유닛의 전력 소비를 줄일 수 있다. 또한, 조명광을 직접 조향하여 공간 광변조기에 제공하기 때문에 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상의 품질에 영향을 주지 않는다. 또한 개시된 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛은 도광판과 갈바노 미러를 사용하는 방식에 비해 박형으로 제작 가능하므로 홀로그래픽 디스플레이 장치의 두께를 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛 및 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 광원 어레이의 동작 방식을 보이는 평면도이다.
도 3은 다수의 광원의 점등을 제어하기 위한 회로 구조를 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛 및 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 구성에서 광원 어레이의 동작 방식을 보이는 평면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛 및 헤드업 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 빔 조향 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" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛 및 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는, 2차원 배열된 다수의 광원(111)을 갖는 광원 어레이(110), 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈(121)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(120), 다수의 광원(111)을 구동시키는 제어부(151), 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기(140), 및 공간 광변조기(140)에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 도 1에는 필드 렌즈(130)가 마이크로 렌즈 어레이(120)와 공간 광변조기(140) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 필드 렌즈(130)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 필드 렌즈(130)는 공간 광변조기(140)의 전면, 즉 관찰자와 공간 광변조기(140) 사이에 배치될 수도 있다.
공간 광변조기(140)는 영상 신호 처리부(도시되지 않음)로부터 제공되는 홀로그램 신호에 따라 입사광을 회절시켜 변조하기 위한 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 공간 광변조기(140)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 비록 도 1에는 공간 광변조기(140)가 투과형 공간 광변조기인 것으로 도시되어 있지만 반사형 공간 광변조기를 사용하는 것도 가능하다. 투과형인 경우, 공간 광변조기(140)는 예를 들어 GaAs와 같은 화합물 반도체 기반의 반도체 변조기, 또는 LCD(liquid crystal device)를 사용할 수 있다. 반사형인 경우에, 공간 광변조기(120)는, 예를 들어 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 또는 반도체 변조기를 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 구성 중에서, 광원 어레이(110), 마이크로 렌즈 어레이(120) 및 제어부(151)는 함께 공간 광변조기(140)에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 구성할 수 있다. 광원 어레이(110)는 2차원 배열된 다수의 광원(111)들을 포함할 수 있다. 광원(111)은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 광을 제공하기 위하여 광원(111)으로서, 예컨대, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 사용할 수도 있다. 그러나, 광이 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)만을 가지고 있다면 공간 광변조기(140)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있기 때문에, 광원(111)으로로서, 예를 들어, 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 사용하는 것도 가능하다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 광을 방출한다면 다른 어떤 광원(111)도 사용이 가능하다. 또한, 자체 발광형 디스플레이 패널을 광원 어레이(110)로서 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 광원 어레이(110)로서 유기발광소자(organic light emitting device; OLED) 패널을 사용할 수도 있다. 이 경우, 유기발광소자 패널의 각각의 화소가 하나의 광원(111)을 구성할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(120)는 광원 어레이(110)에 평행하게 대향하여 배치되어 있으며, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈(121)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(121)는 광원(111)보다 큰 직경을 가지며 하나의 마이크로 렌즈(121)에 대해 다수의 광원(111)이 배치될 수 있다. 도 1에는 예시적으로 하나의 마이크로 렌즈(121)에 대해 5개의 광원(111)들의 행이 배치된 것으로 도시되어 있지만, 이는 단순한 예일 뿐이며 설계에 따라 하나의 마이크로 렌즈(121)에 더 많은 수의 광원(111)들이 배치될 수도 있고 또는 더 적은 수의 광원(111)들이 배치될 수도 있다.
이하에서는 하나의 동일한 마이크로 렌즈(121)에 대향하여 배치된 다수의 광원(111)들의 집합을 '광원 블록'이라고 부른다. 광원 어레이(110)는 다수의 광원 블록을 갖는다. 예를 들어, 광원 어레이(110)는 마이크로 렌즈(121)의 개수에 해당하는 만큼의 광원 블록을 포함할 수 있다. 따라서 각각의 광원 블록은 다수의 마이크로 렌즈(121) 중 어느 하나와 각각 대응할 수 있다. 각각의 광원 블록에는 다수의 광원(111)들이 2차원 배열될 수 있다.
각각의 마이크로 렌즈(121)는 그에 대응하는 광원 블록 내에 있는 광원(111)들로부터 방출된 광을 평행광으로 콜리메이팅 하여 필드 렌즈(130)에 제공할 수 있다. 그런 후 평행광은 필드 렌즈(130)에 의해 소정의 공간 상에 포커싱될 수 있다. 하나의 광원 블록 내에서 다수의 광원(111)들의 위치가 서로 다르므로, 하나의 광원 블록 내의 다수의 광원(111)으로부터 방출된 광은 필드 렌즈(130)의 초점 평면 상에서 포커싱되는 위치가 서로 다를 수 있다. 또한, 광원 어레이(110) 내의 다수의 광원(111) 중에서 각각의 광원 블록에 대해 상대적으로 동일한 위치에 있는 광원(111)으로부터 방출된 광은 마이크로 렌즈(121)와 필드 렌즈(130)에 의해 필드 렌즈(130)의 초점 평면 상에서 동일한 위치에 포커싱될 수 있다. 평행광이 필드 렌즈(130)에 의해 포커싱되는 동안 공간 광변조기(140)에 의해 회절되어 홀로그램 영상이 재생된다. 따라서, 하나의 광원 블록 내에서 점등되는 광원(111)의 위치에 따라 홀로그램 영상이 형성되는 위치가 달라질 수 있다. 다시 말해, 각각의 광원 블록 내에 배치된 광원(111)들의 개수만큼의 시점을 제공할 수 있다. 이러한 점에서, 광원 어레이(110), 마이크로 렌즈 어레이(120) 및 제어부(151)에 의해 구성되는 백라이트 유닛은 빛의 진행 방향을 제어할 수 있는 빔 조향 백라이트 유닛이라고 볼 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광원 어레이(110)는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원(111)들이 독립적으로 구동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원(111)들 중에서 일부만 선택하여 점등시키고 나머지를 소등시킬 수 있도록 광원 어레이(110)가 구성될 수 있다. 그리고 제어부(151)는 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원(111)만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원(111)을 소등시킬 수 있다. 그러면 각각의 광원 블록 내에서 광원(111)의 점등 위치에 따라 공간 광변조기(140)에 의해 재생되는 홀로그램 영상의 공간 상의 위치가 변화할 수 있다. 따라서, 각각의 광원 블록 내에서 특정 광원(111)을 선택하여 점등시킴으로써 홀로그램 영상이 재생되는 공간 상의 위치를 제어하는 것이 가능하다.
예를 들어, 도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에서 광원 어레이(110)의 동작 방식을 보이는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 다수의 마이크로 렌즈(121)에 각각 일대일로 대응하는 다수의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들이 2차원 배열되어 있으며, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)마다 다수의 광원(111)들이 2차원 배열되어 있다. 도 2에는 예시적으로 2×2로 배열된 마이크로 렌즈(121)들과 광원 블록들이 도시되어 있지만, 실제로는 훨씬 많은 수의 마이크로 렌즈(121)들과 광원 블록들이 배열될 수 있다. 또한, 도 2에는 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 광원(111)들이 5×5로 배열된 것으로 도시되어 있지만, 이는 단순한 예시에 불과하다. 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내의 광원(111)들의 개수는 마이크로 렌즈(121)와 광원(111)의 직경에 따라 달라질 수 있으며, 구현하고자 하는 시점의 개수에 맞도록 선택될 수 있다. 또한, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 광원(111)들의 가로 행과 세로 열의 개수가 다를 수도 있다.
도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 어느 하나의 광원(111)만이 점등되고 나머지는 소등될 수 있다. 또한 다수의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들 내의 광원(111)들 중에서 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대해 상대적으로 동일 위치에 있는 광원(111)들만이 점등되고 나머지 광원(111)들은 소등될 수 있다. 그러면, 필드 렌즈(130)의 초점 평면 상에서 점등된 광원(111)들에 대응하는 위치에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 이를 위해, 제어부(151)는 홀로그램 영상이 재생될 위치를 미리 결정하고 그 위치에 대응하는 광원(111)을 선택하여 점등시킬 수 있다.
이와 같이 광원(111)들을 선택적으로 점등시키기 위하여 광원 어레이(110) 내의 모든 광원(111)들을 독립적으로 구성할 수도 있다. 이 경우, 제어부(151)에는 다수의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들의 좌표 및 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내의 광원(111)들의 좌표가 저장될 수 있다. 이렇게 저장된 좌표를 기초로 제어부(151)는 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대해 상대적으로 동일 위치에 있는 광원(111)들을 동시에 점등시키도록 어드레싱할 수 있다.
대신에, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대해 상대적으로 동일 위치에 있는 광원(111)들이 서로 연결되도록 광원 어레이(110)를 구성할 수도 있다. 예를 들어, 도 3은 다수의 광원(111)의 점등을 제어하기 위한 예시적인 회로 구조를 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 광원 어레이(110)는 수평 스캐닝 드라이버(115), 수평 스캐닝 드라이버(115)에 연결된 다수의 수평 스캐닝 라인(116), 수직 스캐닝 드라이버(117), 및 수직 스캐닝 드라이버(117)에 연결된 다수의 수직 스캐닝 라인(118)을 포함할 수 있다. 각각의 수평 스캐닝 라인(116)은 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들 내의 광원(111)들 중에서 대응하는 열을 따라 배치된 광원(111)들에만 연결된다. 각각의 수직 스캐닝 라인(118)은 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들들 내의 광원(111)들 중에서 대응하는 행을 따라 배치된 광원(111)들에만 연결된다.
예를 들어, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 광원(111)들이 5×5로 배열된 경우, 광원 어레이(110)는 5개의 수평 스캐닝 라인(116)과 5개의 수직 스캐닝 라인(118)을 포함할 수 있다. 첫 번째 수평 스캐닝 라인(116)은 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 첫 번째 열에 배치된 광원(111)들에 연결되며, 첫 번째 수직 스캐닝 라인(118)은 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 첫 번째 행에 배치된 광원(111)들에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광원(111)들은 그 광원(111)들이 위치한 행과 열에 대응하는 어느 한 수평 스캐닝 라인(116)과 어느 한 수직 스캐닝 라인(118)에 연결된다.
따라서 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대해 상대적으로 동일 위치에 있는 광원(111)들은 서로 동일한 수평 스캐닝 라인(116)과 서로 동일한 수직 스캐닝 라인(118)에 연결될 수 있다. 이 경우, 광원 어레이(110) 내의 모든 광원(111)이 독립적으로 구동되는 것이 아니라, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내의 광원(111)들만이 서로에 대해 독립적으로 구동된다고 볼 수 있다. 예를 들어, 수평 스캐닝 드라이버(115)가 첫 번째 수평 스캐닝 라인(116)에 신호를 제공하고 수직 스캐닝 드라이버(117)가 첫 번째 수직 스캐닝 라인(118)에 신호를 제공하면, 다수의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 각각 (1, 1)의 위치에 있는 모든 광원(111)들이 점등될 수 있다. 따라서 제어부(151)가 광원 어레이(110)를 제어하기 위한 어드레싱 과정이 간단해질 수 있다.
이러한 방식으로 광원 어레이(110) 내의 특정 광원(111)을 선택하여 점등시킴으로써 필드 렌즈(130)의 초점 평면 상에서 원하는 위치에 홀로그램 영상을 재생시킬 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 관찰자의 동공 위치에 홀로그램 영상을 제공할 수 있다. 이를 위해, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적부(152)를 더 포함할 수도 있다. 시선 추적부(152)는 카메라 등을 통해 관찰자의 영상을 얻고, 영상 내에서 관찰자의 동공을 검출하여 그 위치를 분석할 수 있다. 그리고 시선 추적부(152)는 관찰자의 동공 위치 변화를 실시간으로 추적하여 그 결과를 제어부(151)에 제공할 수 있다. 그러면 제어부(151)는 시선 추적부(152)로부터 입력된 관찰자의 동공 위치의 변화에 응답하여 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 점등되는 광원(111)의 위치를 변화시킬 수 있다. 다시 말해, 제어부(151)는 필드 렌즈(130)의 초점 평면 상에서의 관찰자의 동공 위치에 대응하는 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내의 광원(111)을 점등시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에는 하나의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 하나의 광원(111)만이 점등되는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4는 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛 및 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 구성에서 광원 어레이(110)의 동작 방식을 보이는 평면도이다. 도 4 및 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제어부(151)는 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 적어도 2개의 광원(111)을 동시에 점등시킬 수도 있다. 이때, 모든 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들에 대해 광원(111)의 점등 위치가 동일할 수 있다. 예를 들어, 모든 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들에서 (3, 2) 및 (3, 3)에 위치한 광원(111)들이 모두 점등되고 나머지는 소등될 수 있다.
그러면 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 필드 렌즈(130)의 초점 평면 상에서 적어도 2개의 위치에 동시에 홀로그램 영상을 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 양안 홀로그램 방식으로 관찰자의 우안(ER)과 좌안(EL)에 시점이 상이한 홀로그램 영상(I1, I2)들을 각각 동시에 제공할 수 있다. 즉, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 관찰자의 우안(ER)에 좌안용 홀로그램 영상(I1)을 제공하고 관찰자의 좌안(EL)에 좌안용 홀로그램 영상과는 시점이 다른 우안용 홀로그램 영상(I2)을 제공할 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에서 제공되는 우안용 홀로그램 영상(I1) 및 좌안용 홀로그램 영상(I2)은, 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식의 우안 영상 및 좌안 영상과는 달리, 단독으로도 관찰자에게 입체감을 제공할 수 있으며 단지 시점만이 서로 다르다. 스테레오스코픽 방식의 경우, 시점이 상이한 우안용 2차원 영상과 좌안용 2차원 영상이 관찰자의 우안과 좌안에서 각각 인지될 때 양안시차를 이용하여 입체감을 제공한다. 따라서, 스테레오스코픽 방식에서는 우안 영상과 좌안 영상 중 어느 하나만으로는 입체감이 발생하지 않으며, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 관찰자가 피로감을 느낄 수 있다. 반면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 소정의 공간 상의 위치, 즉 관찰자의 우안(ER)과 좌안(EL) 시역에 좌안용 홀로그램 영상(I1)과 우안용 홀로그램 영상(I2)을 각각 형성하기 때문에 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차를 제공할 수 있다.
또한, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 적어도 2개의 광원(111)을 동시에 점등시킴으로써 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 인접한 다수의 관찰자들에게 각각 홀로그램 영상을 제공할 수도 있다. 도 4 및 도 5에는 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 2개의 광원(111)이 점등된 것으로 도시되었으나, 이는 단지 예시일 뿐이다. 또한 점등된 광원(111)의 위치도 단지 예시적인 것일 뿐이며, 동시에 제공하고자 하는 홀로그램 영상의 개수 및 홀로그램 영상이 재생되는 위치에 따라, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 점등되는 광원(111)의 개수 및 위치가 달라질 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 광원 어레이(110)는 인접하는 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들 사이에 돌출하여 배치된 불투명한 배리어(112)를 더 포함할 수 있다. 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 가장자리를 따라 배치된 광원(111)들에서 방출된 빛은 해당 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 마이크로 렌즈(121)에 인접한 다른 마이크로 렌즈(121)로도 입사할 수 있다. 이 경우, 추가적인 홀로그램 영상이 원하지 않는 위치에 재생되는 크로스토크가 발생할 수 있다. 배리어(112)는 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)의 가장자리에 배치된 광원(111)들에서 방출된 빛이 해당 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 마이크로 렌즈(121)에 인접한 다른 마이크로 렌즈(121)로 입사하는 것을 막아서 크로스토크를 방지할 수 있다.
또한, 도 7은 또 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 광원 어레이(110)는 인접하는 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들 사이의 스페이서 영역(113)을 더 포함할 수 있다. 스페이서 영역(113)은 인접한 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)들 사이에 간격을 둠으로써 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)의 가장자리에 배치된 광원(111)들에서 방출된 빛이 해당 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 마이크로 렌즈(121)에 인접한 다른 마이크로 렌즈(121)로 입사하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 스페이서 영역(113)의 폭은 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 인접한 광원(111)들 사이의 간격보다 클 수 있다. 특히, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)의 가장자리에 배치된 광원(111)들에서 방출된 빛이 해당 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 마이크로 렌즈(121)에 인접한 다른 마이크로 렌즈(121)로 입사하지 않을 정도로 스페이서 영역(113)의 폭이 충분히 넓을 수 있다.
한편, 도 2, 5, 7에서는 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내의 광원(111)들이 직사각형 형태의 영역 내에 2차원 배열된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 도 8은 또 다른 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 광원(111)들은 그에 대응하는 마이크로 렌즈(121)와 중첩되는 영역 내에만 배열될 수도 있다. 예를 들어, 광원(111)들은 그에 대응하는 마이크로 렌즈(121)로부터 벗어나지 않도록 원형 영역 내에서 2차원 배열될 수 있다. 그러면 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)의 가장자리에 배치된 광원(111)들에서 방출된 빛이 해당 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 마이크로 렌즈(121)에 인접한 다른 마이크로 렌즈(121)로 입사하지 않아서 크로스토크를 방지할 수 있다.
상술한 빔 조향 백라이트 유닛을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 예를 들어 차량용 헤드업 디스플레이 장치로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 일 실시예에 따른 빔 조향 백라이트 유닛 및 헤드업 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 헤드업 디스플레이 장치(200)는 2차원 배열된 다수의 광원(111)을 갖는 광원 어레이(110), 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈(121)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(120), 다수의 광원(111)을 구동시키는 제어부(151), 입사광을 회절시켜 영상을 재생하는 공간 광변조기(140), 및 공간 광변조기(140)에 의해 재생되는 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈(130), 및 운전자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적부(152)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원 어레이(110), 마이크로 렌즈 어레이(120), 및 제어부(151)는 함께 공간 광변조기(140)에 광을 제공하는 빔 조향 백라이트 유닛을 구성할 수 있다. 도 9에 도시된 헤드업 디스플레이 장치(200)의 각각의 구성 및 기능은 도 1 내지 도 8에서 설명한 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성 및 기능과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 헤드업 디스플레이 장치(200)는 예를 들어 차량의 대시보드에 장착되어 차량의 상태 정보, 차량의 운전 정보, 네비게이션 정보 등을 담은 영상을 운전자에게 제공할 수 있다. 공간 광변조기(140)에 의해 재생되는 영상은 운전자에게 직접 진행할 수도 있지만, 예를 들어 차량의 전면 유리(210)를 통해 반사되어 운전자에게 전달될 수도 있다. 시선 추적부(152)는 운전자를 바라 볼 수 있는 차량 실내의 천장 부분에 장착될 수 있다. 시선 추적부(152)는 운전자의 동공 위치를 지속적으로 감시하여 제어부(151)에게 제공할 수 있다. 그러면 제어부(151)는 시선 추적부(152)로부터 입력된 운전자의 동공 위치에 응답하여 운전자의 동공 위치에 영상을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어부(151)는 각각의 광원 블록(110a, 110b, 110c, 110d) 내에서 운전자의 동공 위치에 대응하는 광원(111)의 점등 위치를 선택하고 그 위치에 있는 광원(111)을 점등시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 빔 조향 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 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.
100.....홀로그래픽 디스플레이 장치 110.....광원 어레이
111.....광원 112.....배리어
113.....스페이서 영역 115....수평 스캐닝 드라이버
116.....수평 스캐닝 라인 117....수직 스캐닝 드라이버
118.....수직 스캐닝 라인 120.....마이크로 렌즈 어레이
121.....마이크로 렌즈 130.....필드 렌즈
140.....공간 광변조기 151.....제어부
152.....시선 추적부
200.....헤드업 디스플레이 장치 210.....반사면

Claims (19)

  1. 2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이;
    상기 광원 어레이에 대향하여 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이;
    다수의 수평 스캐닝 라인;
    다수의 수직 스캐닝 라인; 및
    상기 다수의 광원을 구동시키는 제어부;를 포함하며,
    상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 2차원 배열되어 있고,
    상기 광원 어레이는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원이 독립적으로 구동되도록 구성되며,
    상기 제어부는 상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성되고,
    각각의 광원 블록 내에서 각각의 광원은 다수의 수평 스캐닝 라인 중 그 광원이 위치한 열에 대응하는 하나의 수평 스캐닝 라인에 연결되고 다수의 수직 스캐닝 라인 중 그 광원이 위치한 행에 대응하는 하나의 수직 스캐닝 라인에 연결되며,
    상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 광원들은 동일한 수평 스캐닝 라인 및 동일한 수직 스캐닝 라인에 연결되어 있는, 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 마이크로 렌즈는 그에 대응하는 광원 블록 내의 광원들로부터 입사하는 광을 평행광으로 콜리메이팅하도록 구성된 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원인 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode; LD)인 백라이트 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 어레이는 유기발광소자(organic light emitting device; OLED) 패널이며, 상기 유기발광소자 패널의 각각의 화소가 하나의 광원을 구성하는 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 각각의 광원 블록 내에서 적어도 2개의 광원을 동시에 점등시키고 모든 광원 블록들에 대해 광원의 점등 위치가 동일하도록 제어하는 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    인접한 광원 블록들 사이에 돌출하여 배치된 불투명한 배리어를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    인접한 광원 블록들 사이의 간격은 각각의 광원 블록 내에서 인접한 광원들 사이의 간격보다 큰 백라이트 유닛.
  9. 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛; 및
    상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈;를 포함하며,
    상기 백라이트 유닛은:
    2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이;
    상기 광원 어레이에 대향하여 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이;
    다수의 수평 스캐닝 라인;
    다수의 수직 스캐닝 라인; 및
    상기 다수의 광원을 구동시키는 제어부;를 포함하고,
    상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 2차원 배열되어 있고,
    상기 광원 어레이는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원이 독립적으로 구동되도록 구성되며,
    상기 제어부는 상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성되고,
    각각의 광원 블록 내에서 각각의 광원은 다수의 수평 스캐닝 라인 중 그 광원이 위치한 열에 대응하는 하나의 수평 스캐닝 라인에 연결되고 다수의 수직 스캐닝 라인 중 그 광원이 위치한 행에 대응하는 하나의 수직 스캐닝 라인에 연결되며,
    상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 광원들은 동일한 수평 스캐닝 라인 및 동일한 수직 스캐닝 라인에 연결되고,
    각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치에 따라 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상의 공간 상의 위치가 변화하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 마이크로 렌즈는 그에 대응하는 광원 블록 내의 광원들로부터 입사하는 광을 평행광으로 콜리메이팅하도록 구성된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode; LD)인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원 어레이는 유기발광소자(organic light emitting device; OLED) 패널이며, 상기 유기발광소자 패널의 각각의 화소가 하나의 광원을 구성하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 각각의 광원 블록 내에서 적어도 2개의 광원을 동시에 점등시키고 모든 광원 블록들에 대해 광원의 점등 위치가 동일하도록 제어함으로써, 공간 상의 적어도 2개의 상이한 위치에 홀로그램 영상을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    인접한 광원 블록들 사이에 돌출하여 배치된 불투명한 배리어를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    인접한 광원 블록들 사이의 간격은 각각의 광원 블록 내에서 인접한 광원들 사이의 간격보다 큰 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  17. 제 9 항에 있어서,
    관찰자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적부를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 시선 추적부로부터 입력된 관찰자의 동공 위치에 홀로그램 영상을 제공하도록 각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치를 선택하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  19. 입사광을 회절시켜 영상을 재생하는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기에 광을 제공하는 백라이트 유닛;
    상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈; 및
    운전자의 동공 위치를 추적하는 시선 추적부;를 포함하며,
    상기 백라이트 유닛은:
    2차원 배열된 다수의 광원을 포함하는 광원 어레이;
    상기 광원 어레이에 대향하여 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이;
    다수의 수평 스캐닝 라인;
    다수의 수직 스캐닝 라인; 및
    상기 다수의 광원을 구동시키는 제어부;를 포함하고,
    상기 광원 어레이는 상기 다수의 마이크로 렌즈와 각각 대응하는 다수의 광원 블록을 가지며, 각각의 광원 블록 내에 다수의 광원이 2차원 배열되어 있고,
    상기 광원 어레이는 각각의 광원 블록 내의 다수의 광원이 독립적으로 구동되도록 구성되며,
    상기 제어부는 상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 일부 광원만을 선택하여 점등시키고 나머지 광원을 소등시키도록 구성되고,
    각각의 광원 블록 내에서 각각의 광원은 다수의 수평 스캐닝 라인 중 그 광원이 위치한 열에 대응하는 하나의 수평 스캐닝 라인에 연결되고 다수의 수직 스캐닝 라인 중 그 광원이 위치한 행에 대응하는 하나의 수직 스캐닝 라인에 연결되며,
    상기 다수의 광원 블록 내에서 동일 위치에 있는 광원들은 동일한 수평 스캐닝 라인 및 동일한 수직 스캐닝 라인에 연결되고,
    각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치에 따라 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 영상의 공간 상의 위치가 변화하며, 상기 제어부는 상기 시선 추적부로부터 입력된 운전자의 동공 위치에 영상을 제공하도록 각각의 광원 블록 내에서 광원의 점등 위치를 선택하는 헤드업 디스플레이 장치.
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KR101123974B1 (ko) * 2003-12-18 2012-03-27 씨리얼 테크놀로지스 게엠베하 위치 추적 기능을 가진 오토스테레오스코픽 다중 사용자디스플레이

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