KR20140138001A - 광각의 가간섭 광 생성 장치 및 방법, 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

광각의 가간섭 광 생성 장치 및 방법, 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

가간섭 광을 생성하는 방법 및 장치, 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 일 측면에 있어서, 광각의 가간섭 광 생성 장치는 광학적 수단에 의하여, 평행한 빛을 초점으로 집중시킴으로써 광각의 가간섭 광을 생성할 수 있다.

Description

광각의 가간섭 광 생성 장치 및 방법, 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING WIDE ANGLE COHERENT LIGHT AND DISPLAY APPARATUS THEREOF}
아래에서 설명하는 예들은 가간섭 광을 광각으로 생성하는 방법 및 장치, 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3차원 디스플레이 기술은 영화, TV, 휴대폰 등 다양한 영상 디스플레이 분야에 적용된다. 3차원 디스플레이의 궁극적 목적은 사람이 실제 환경에서 경험하는 것과 같은 입체감을 느낄 수 있게 하는 것으로, 이를 위해 스테레오 방식, 다시점 방식 등 많은 종류의 기술이 연구되고 있다.
하지만 시점(viewpoint)에 기반한 영상 기술은 공간 상의 특정한 지점에서 2차원으로 투사된 빛 정보만을 이용하므로, 3차원 빛 정보를 모두 표현할 수 없으며, 이로 인하여 부자연스러운 입체의 표현, 입체 시청 시 시각적 피로 등의 문제가 발생할 수 있다.
3차원 공간의 빛 정보를 실제와 같이 복원하는 대표적인 기술로 홀로그램이 있으며, 홀로그램은 빛의 파동적 특성인 간섭을 이용하여 공간에 빛을 복원하는 것을 특징으로 한다. 홀로그램의 개념은 1948년 Dennis Garbor에 의해 최초 제안되었지만, 현재에 와서도 홀로그램 디스플레이는 상용화 되지 못하고 있다.
일 측면에 있어서, 가간섭 광 생성 장치는 평행한 빛을 발생하는 백라이트부 및 상기 평행한 빛을 초점으로 집중시키고 상기 초점에서 전파된 빛의 간섭을 이용하여 홀로그램을 형성하도록 가간섭 광을 생성하는 가간섭 광 생성부를 포함할 수 있다.
상기 가간섭 광 생성부는 굴절률이 다른 두 매질에서 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 렌즈일 수 있다.
상기 가간섭 광 생성 장치는 픽셀을 더 포함하며, 상기 가간섭 광 생성부는 상기 픽셀이 위치한 면의 후면에 위치하여, 상기 픽셀을 통과한 상기 평행한 빛을 상기 초점으로 집중할 수 있다.
상기 가간섭 광 생성 장치는 슬릿을 포함하지 않을 수 있다.
상기 가간섭 광 생성 장치는 복수의 픽셀들을 더 포함하며, 각 픽셀마다 상기 가간섭 광 생성부가 형성될 수 있다.
상기 가간섭 광 생성 장치는 픽셀을 더 포함하며, 상기 가간섭 광 생성부는 상기 픽셀이 위치한 면의 전면에 위치하여, 상기 평행한 빛이 상기 픽셀을 통과하기 전 상기 평행한 빛을 상기 초점으로 집중할 수 있다.
상기 렌즈는 컨벡스 구조의 렌즈 및 컨케이브 구조의 렌즈 중 하나일 수 있다.
상기 가간섭 광 생성부는 광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 위상 변환기일 수 있다.
상기 가간섭 광 생성부는 상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 위상 변환 그레이팅일 수 있다.
상기 가간섭 광 생성부는 상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 진폭 변환 그레이팅일 수 있다.
상기 초점에서 전파된 빛은 15˚ 이상의 광각을 가질 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 초점에서 전파된 빛은 30˚ 이상의 광각을 가질 수 있다. 상기 초점에서 전파된 빛은 60˚ 이상의 광각을 가질 수 있다.
상기 가간섭 광 생성 장치는 복수의 픽셀을 포함하며, 상기 픽셀들의 폭은 10 μm 이상일 수 있다.
일 측면에 있어서, 가간섭 광 생성 방법은 평행한 빛을 발생하는 단계 및 상기 평행한 빛을 초점으로 집중시키고 상기 초점에서 전파된 빛의 간섭을 이용하여 홀로그램을 형성하도록 가간섭 광을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가간섭 광을 생성하는 단계는 렌즈에 의하여, 굴절률이 다른 두 매질에서 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
상기 가간섭 광을 생성하는 단계는 위상 변환기에 의하여, 광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
상기 가간섭 광을 생성하는 단계는 위상 변환 그레이팅에 의하여, 상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
상기 가간섭 광을 생성하는 단계는 진폭 변환 그레이팅에 의하여, 상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
일 측면에 있어서, 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치는 평행한 빛을 발생하는 백라이트부, 복수의 픽셀들을 포함하며 상기 복수의 픽셀들을 통과하는 상기 평행한 빛의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광 변조부, 상기 복수의 픽셀들 별로 상기 위상 또는 진폭이 변조된 빛을 초점으로 집중시키고 상기 초점에서 빛이 전파되도록 가간섭 광을 생성하는 가간섭 광 생성부 및 상기 복수의 픽셀들 별로 생성된 상기 광각의 가간섭 광의 간섭을 이용하여 공간 상에 3차원 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 렌즈인 경우의 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 위상 변환기(phase modulator)인 경우의 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 위상 변환 그레이팅(phase modulating grating인 경우의 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 진폭 변환 그레이팅(amplitude modulating grating인 경우의 도면이다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치의 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 다른 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 방법의 흐름도이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
홀로그램은 가간섭 광(coherent light)의 간섭 특성을 이용하여 생성될 수 있다. 여기서 가간섭 광이란 광학적으로 간섭을 야기시킬 수 있는 광을 의미하며, 일반적으로는 동일한 파장의 빛을 말한다. 간섭을 제어하기 위해서는 빛의 위상 정보가 사전에 파악될 필요가 있다.
다수의 가간섭 광을 동시에 생성하는 일반적인 방법은 슬릿을 사용하는 것이다. 홀로그램 실험 등에 많이 사용되고 있는 디스플레이는 LCoS (Lyquid Crystal on Silicon) 기술을 이용한 마이크로 디스플레이로, 현 수준은 0.7인치 크기에 200만 픽셀을 구현하고 있다. 픽셀 폭은 8um 수준으로 회절각은 3.9˚이며, 상용 디스플레이로 사용되기에는 크기 및 광생성 각도 측면에서 부족함이 있다.
광시야각 홀로그램을 구현하는 또 다른 방법으로 사용자 눈추적을 통한 Active Rendering 기술이 있다. 사용되는 디스플레이는 1500만 화소급의 비교적 낮은 스펙으로 회절각도는 0.2˚ 수준이지만, 눈 추적을 통해 20인치 화면에서 15˚의 시야각을 제공한다. 하지만 1인용으로 제한되며, 현재까지 휘도 특성이 낮다.
이상에서 살펴본 바와 같이 홀로그램을 대화면, 광각으로 구현하는 것에 대해 많은 연구가 진행되고 있으나, 현재까지 구현된 수단은 많은 수의 픽셀 자원을 사용하고 있어, 디스플레이로 적용되기에는 어려움이 많다.
빛은 전자기장의 시공간적 변화에 의한 전자기 파동 (electromagnetic wave)이며, 전자의 움직임 변화에 의해 발생한다. 이에 따라 빛은 파동의 특징인 파장 (wave length), 세기 (amplitude), 위상 (phase) 정보를 가지며, 보통 동시에 복수의 전자들에 의해 발생하므로 집합적 특성 (group property)을 가지게 되므로, 파장, 세기, 위상이 서로 다른 많은 파동이 결합된 결과로 표현된다.
홀로그램은 공간 상의 특정 위치에 다수의 파동을 보강, 상쇄 간섭시켜, 허공에 빛을 표현하는 기술로, 홀로그램의 표현을 위해서는 상호 간섭이 가능한 가간섭 (coherent) 광이 필요하다. 예를 들어, 단일한 파장의 빛의 경우 가간섭성을 가지므로, 홀로그램의 표현을 위해 사용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 백라이트부(110) 및 가간섭광 생성부(130)를 포함할 수 있다.
백라이트부(110)는 픽셀(120)이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 백라이트부(110)는 단일한 파장의 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 백라이트부(110)는 LED 등과 같은 다양한 광원을 이용하여 픽셀(120)이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다.
가간섭광 생성부(130)는 백라이트부(110)에서 발생한 평행한 빛을 초점(140)으로 집중시켜 광각의 가간섭 광(coherent light)을 생성할 수 있다. 가간섭 광 생성부(130)는 평행한 빛을 하나의 초점(140)으로 집중시킬 수 있는 다양한 종류 및 형태의 광학적 수단에 대응할 수 있다.
가간섭 광 생성부(130)는 픽셀(120)이 위치한 면의 후면에 위치하여, 픽셀(120)을 통과한 평행한 빛을 초점(140)으로 집중할 수 있다.
예를 들어, 가간섭 광 생성부(130)는 렌즈일 수 있다. 렌즈는 굴절률이 다른 두 매질에서 백라이트부(110)에서 발생한 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
렌즈의 형상에 따라 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이에 차이가 발생할 수 있고, 광경로의 길이 차에 기초하여, 동일하게 렌즈에 입사된 평행한 빛 간에 위상 차가 발생할 수 있다. 위상 차에 기초하여, 상기 평행한 빛은 하나의 초점으로 집중되고, 상기 초점으로부터 입사된 각도와 동일한 각도로 전파(propagation)될 수 있다. 전파되는 빛은 가간섭 광으로 보강, 상쇄 간섭을 통하여 홀로그램의 생성에 사용될 수 있다.
렌즈는 컨벡스(convex) 구조의 렌즈 및 컨케이브(concave) 구조의 렌즈 중 하나일 수 있다. 컨벡스 구조의 렌즈이면, 초점은 빛이 진행하는 방향의 관점에서 렌즈의 후면에 위치할 수 있다. 컨케이브 구조의 렌즈이면, 초점은 빛이 진행하는 방향의 관점에서 렌즈의 전면에 위치할 수 있다.
가간섭 광 생성부(130)는 위상 변환기(phase modulator)일 수 있다. 위상 변환기는 광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 백라이트부(110)에서 발생한 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
위상 변환기는 광축의 중심의 굴절율과 광축 주변의 굴절율이 다르다. 굴절율의 차에 기초하여, 동일하게 위상 변환기에 입사된 평행한 빛 간에 위상 차가 발생할 수 있다. 위상 차에 기초하여, 상기 평행한 빛은 하나의 초점으로 집중되고, 상기 초점으로부터 입사된 각도와 동일한 각도로 전파(propagation)될 수 있다. 전파되는 빛은 가간섭 광으로 간섭을 통하여 홀로그램의 생성에 사용될 수 있다.
가간섭 광 생성부(130)는 위상 변환 그레이팅(phase modulating grating)일 수 있다. 위상 변환 그레이팅은 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
위상 변환 그레이팅의 형상에 따라 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이에 차이가 발생할 수 있고, 광경로의 길이 차에 기초하여, 동일하게 위상 변환 그레이팅에 입사된 평행한 빛 간에 위상 차가 발생할 수 있다. 위상 차에 기초하여, 상기 평행한 빛은 하나의 초점으로 집중되고, 상기 초점으로부터 입사된 각도와 동일한 각도로 전파(propagation)될 수 있다. 전파되는 빛은 가간섭 광으로 간섭을 통하여 홀로그램의 생성에 사용될 수 있다.
가간섭 광 생성부(130)는 진폭 변환 그레이팅(amplitude modulating grating)일 수 있다. 진폭 변환 그레이팅은 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
진폭 변환 그레이팅은 평행한 빛의 이동을 부분적으로 차단함으로써, 진폭 변환 그레이팅을 통과한 빛 간에 진폭 차가 발생할 수 있다. 진폭 차에 기초하여, 상기 평행한 빛은 하나의 초점으로 집중되고, 상기 초점으로부터 입사된 각도와 동일한 각도로 전파(propagation)될 수 있다. 전파되는 빛은 가간섭 광으로 간섭을 통하여 홀로그램의 생성에 사용될 수 있다.
가간섭 광 생성부(130)를 통해 평행한 빛이 집중되는 초점은 수학식 1에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
f = 2/p cot(θ/2)
여기서, f는 초점, p는 픽셀의 폭, θ는 초점으로부터 전파되는 가간섭 광의 공간각도(spatial angle)를 나타낸다. 이하 설명하는 가간섭 광 생성부(130)를 통해 빛을 초점에 집중하고 전파하게 되면 공간 각도가 넓은 가간섭 광을 형성할 수 있다. 수학식 1에서 보여 주듯이, 픽셀의 폭 p와 초점 f의 조절을 통해 공간각도 θ는 15˚ 이상, 30˚ 이상 또는 60˚ 이상도 가능하다. 뿐만 아니라, 픽셀의 폭이 수 μm 혹은 10 μm 이상으로 제한되더라도 초점 f의 조절을 통해 공간각도 θ가 15˚ 이상, 30˚ 이상 또는 60˚ 이상이 되는 광 생성 장치를 구현할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 렌즈인 경우의 도면이다.
도 2를 참조하면, 백라이트부(210)는 픽셀(220)이 위치한 면과 평행한 빛, 평행파(211, 213, 215, 217)를 발생할 수 있다. 렌즈(230)는 픽셀(220)의 후면에 위치할 수 있다. 픽셀(220)을 통과한 빛은 렌즈(230)를 통과하면서, 초점(240)으로 집중될 수 있다. 초점(240)을 통과한 빛(250)은 광각(θ)으로 전파될 수 있다.
빛이 렌즈(230)를 통과하는 부분(270)을 확대해보면, 렌즈(230)의 부분(271)과 공기(273)의 굴절률이 다르고, 빛이 이동하는 광경로의 길이 차가 발생하여 위상 차가 발생할 수 있다. 위상 차에 기초하여, 렌즈(230)를 통과한 빛은 하나의 초점(240)으로 집중될 수 있다.
빛이 렌즈(230)를 통과한 후, 집중되는 초점(240)에 대한 부분(260)을 살펴보면, 빛은 광각(θ)으로 초점(240)으로 집중된 후, 광각(θ)으로 다시 전파될 수 있다. 전파된 빛은 간섭을 통하여 홀로그램을 형성하는 데 이용될 수 있다.
렌즈(230)는 빛을 한 점(240)으로 집중할 수 있는 렌즈라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 픽셀(220)을 통과한 빛은 렌즈(230)에 의해 굴절되어 한 점(240)으로 집중된 후 계속해서 전파된다.
렌즈(230)면에 입사된 빛은 렌즈(230)의 굴절률에 반비례하여 속도가 감소하여 전파되는데, 렌즈(230)면이 구면 혹은 포물면을 이루고 있으므로 광축 중심에서 먼쪽의 빛은 렌즈를 통과하는 광경로가 짧아 위상이 빨라지며, 광축 중심에서는 렌즈를 통과하는 광경로가 길어 상대적으로 위상이 느려진다.
렌즈(230)를 통과하며 위상이 변화된 빛은 초점(240)을 향해 파면이 원형으로 형성되어 진행되며, 초점(240)을 지나서도 원형의 파면을 유지한 채 전파되어 나간다. 초점(240)에서 보면 빛이 하나의 위상을 가지며, 단일한 파장으로 전파되어 나가므로 가간섭 특성을 유지하게 되고, 넓은 각도로 전파되는 특성을 가지게 된다. 이와 같이 픽셀(220)마다 동일한 형태의 렌즈(230)를 배치하게 되면 각각의 초점(240)에서 동일한 위상의 가간섭 광이 생성되고 광각으로 전파될 수 있다.
이 광각의 가간섭 광을 제어하면 공간의 원하는 위치에 보강, 상쇄 간섭을 통한 홀로그램 영상이 생성될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 위상 변환기(phase modulator)인 경우의 도면이다.
도 3을 참조하면, 백라이트부(310)는 픽셀(320)이 위치한 면과 평행한 빛, 평행파(311)를 발생할 수 있다. 위상 변환기(330)는 픽셀(320)의 후면(오른편)에 위치할 수 있다. 픽셀(320)을 통과한 빛은 위상 변환기(330)를 통과하면서, 초점(340)으로 집중될 수 있다. 초점(340)을 통과한 빛(350)은 광각(θ)으로 전파될 수 있다.
빛이 위상 변환기(330)를 통과하는 부분(370)을 확대해보면, 위상 변환기(330)의 광축(331)에 가까운 부분(371)과 광축(331)으로부터 먼 부분(373)의 굴절률(n(x))이 다르므로, 위상 차가 발생할 수 있다. 위상 차에 기초하여, 위상 변환기(330)를 통과한 빛의 파면(375, 377, 379)은 원형으로 형성되어, 하나의 초점(340)으로 집중될 수 있다.
빛이 위상 변환기(330)를 통과한 후, 집중되는 초점(340)에 대한 부분(360)을 살펴보면, 빛은 광각(θ)으로 초점(340)으로 집중된 후, 광각(θ)으로 다시 전파될 수 있다.
위상 변환기(330)는 광축(331)을 중심으로 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 도 2의 경우 렌즈(230)를 이용하여 빛을 집중시키는 것이 굴절률이 다른 두 매질에서 광경로 길이 차이에 의한 위상 차를 이용한 것이라면, 도 3의 경우 광경로의 절대 길이는 동일하나 광축(331) 중심과 광축(331) 주변의 굴절율을 연속적으로 변화시킴으로써 위상 변환기(330)를 통과한 빛이 위치에 따라 서로 다른 위상을 가질 수 있다.
위상 변환기(330)는 홀로그래픽 광학 엘리먼트(Holographic Optical Element, HOE)를 사용하여 구현될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 위상 변환 그레이팅(phase modulating grating)인 경우의 도면이다. 도 4를 참조하면, 백라이트부(410)는 픽셀(430)이 위치한 면과 평행한 빛, 평행파(411)를 발생할 수 있다. 위상 변환 그레이팅(430)는 픽셀(420)의 후면(오른편)에 위치할 수 있다. 픽셀(420)을 통과한 빛은 위상 변환 그레이팅(430)를 통과하면서, 초점(440)으로 집중될 수 있다. 초점(440)을 통과한 빛(450)은 광각(θ)으로 전파될 수 있다. 예를 들어, 위상 변환 그레이팅(430)은 톱니 모양의 형상으로 생성될 수 있다.
빛이 위상 변환 그레이팅(430)를 통과하는 부분(470)을 확대해보면, 위상 변환 그레이팅(430)의 오목한 부분(471)과 볼록한 부분(473)의 광경로의 길이 차가 발생하여 위상 차가 발생할 수 있다. 위상 차에 기초하여, 위상 변환 그레이팅(430)를 통과한 빛은 하나의 초점(440)으로 집중될 수 있다.
빛이 위상 변환 그레이팅(430)를 통과한 후, 집중되는 초점(440)에 대한 부분(460)을 살펴보면, 빛은 광각(θ)으로 초점(440)으로 집중된 후, 광각(θ)으로 다시 전파될 수 있다.
위상 변환 그레이팅(430)는 에칭, 식각 등의 방법을 이용하여 고정밀로 제작이 가능하므로 대면적에서 균일한 특성으로 구현될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 가간섭 광 생성부가 진폭 변환 그레이팅(amplitude modulating grating)인 경우의 도면이다.
도 5를 참조하면, 평행한 빛(520)은 진폭 변환 그레이팅(510)를 통과하면서, 초점으로 집중될 수 있다. 초점을 통과한 빛(520)은 광각(θ)으로 전파될 수 있다.
진폭 변환 그레이팅(510)의 부분 별로 빛(520)이 통과할 수도 있고, 통과하지 못할 수도 있다. 통과 여부에 따라 진폭 차가 발생할 수 있다. 진폭 차에 기초하여, 진폭 변환 그레이팅(510)를 통과한 빛은 하나의 초점으로 집중될 수 있다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 도 1의 다른 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 백라이트부(610) 및 가간섭광 생성부(620)를 포함할 수 있다.
백라이트부(610)는 픽셀(630)이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 백라이트부(610)는 단일한 파장의 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 백라이트부(610)는 LED 등과 같은 다양한 광원을 이용하여 픽셀(630)이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다.
가간섭광 생성부(620)는 백라이트부(610)에서 발생한 평행한 빛을 초점(640)으로 집중시켜 광각의 가간섭 광(coherent light)을 생성할 수 있다. 가간섭 광 생성부(620)는 평행한 빛을 하나의 초점(640)으로 집중시킬 수 있는 다양한 종류 및 형태의 광학적 수단에 대응할 수 있다.
가간섭 광 생성부(620)는 픽셀(630)이 위치한 면의 전면에 위치하여, 평행한 빛이 픽셀(630)을 통과하기 전 평행한 빛을 초점(640)으로 집중할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치는 백라이트부(710), 공간 광 변조부(720), 가간섭 광 생성부(730) 및 디스플레이부(740)를 포함할 수 있다.
백라이트부(710)는 복수의 픽셀들이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다. 백라이트부(710)는 단일한 파장의 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 백라이트부(710)는 LED 등과 같은 다양한 광원을 이용하여 픽셀이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다.
공간 광 변조부(720)는 복수의 픽셀들을 포함하며, 복수의 픽셀들을 통과하는 평행한 빛의 위상 또는 진폭을 변조할 수 있다. 공간 광 변조부(720)는 픽셀 별로 위치할 수 있다. 공간 광 변조부(720)는 픽셀을 통과하는 빛의 위상 또는 진폭을 변조할 수 있다.
픽셀 별로 공간 광 변조부(720)에서 변조된 빛의 위상 또는 진폭은 가간섭 광 생성부(730)에 의해 광각의 가간섭 광에 반영되고, 디스플레이부(740)에서 공간 상에 3차원 영상을 복원하는 소스로 사용될 수 있다.
가간섭 광 생성부(730)는 복수의 픽셀들 별로 위상 또는 진폭이 변조된 빛을 초점으로 집중시켜 광각의 가간섭 광을 생성할 수 있다.
가간섭 광 생성부(730)는 렌즈일 수 있다. 렌즈는 굴절률이 다른 두 매질에서 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다. 렌즈는 컨벡스(convex) 구조의 렌즈 및 컨케이브(concave) 구조의 렌즈 중 하나일 수 있다.
가간섭 광 생성부(730)는 위상 변환기(phase modulator)일 수 있다. 위상 변환기는 광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
가간섭 광 생성부(730)는 위상 변환 그레이팅(phase modulating grating)일 수 있다. 위상 변환 그레이팅은 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
가간섭 광 생성부(730)는 진폭 변환 그레이팅(amplitude modulating grating)일 수 있다. 진폭 변환 그레이팅은 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
디스플레이부(740)는 복수의 픽셀들 별로 생성된 광각의 가간섭 광의 간섭을 이용하여 공간 상에 3차원 영상을 디스플레이 할 수 있다. 디스플레이부(740)는 홀로그램 면에 픽셀 별로 생성된 광각의 가간섭 광을 이용하여 3차원 영상을 디스플레이할 수 있다. 디스플레이부의 구체적인 예로서, 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD: Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display), 유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light-Emitting Diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display) 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치는 백라이트부(810), 디스플레이 패널(820) 및 광학적인 수단(830)을 포함할 수 있다.
백라이트부(810)는 디스플레이 패널(820)로 평행한 빛을 발생할 수 있다.
디스플레이 패널(820)은 공간 광 변조기(spatial light modulator)로, 빛의 위상 또는 세기를 변조할 수 있는 구조로 구성되며, 격자 모양의 픽셀 구조를 가진다.
디스플레이 패널(820)의 부분(840)을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 블랙 매트릭스 구조의 전극(843), 트랜지스터(841), 픽셀(845)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(841)로 TFT(Thin Film Transistor)가 사용될 수 있고, 픽셀(845)로 ITO(Indium Tin Oxide) 필름이 사용될 수 있다.
광학적인 수단(830)의 부분(850)을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 가간섭 광 생성부(851)는 픽셀(845)에 대응하여 위치할 수 있다. 가간섭 광 생성부(851)로는 도 2 내지 도 5에서 설명한 예를 사용할 수 있으며, 도 9의 예에서는 렌즈를 이용하는 것을 표시하고 있다. 공간 광 변조기의 픽셀 마다 렌즈가 대응하여 배치될 수 있다.
도 9 및 도 10은 다른 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치의 구조를 나타낸 도면이다
도 9는 가간섭 광 생성부(931, 933, 935, 937)의 배치 위치에 대한 예를 나타낸다. 가간섭 광 생성부(931, 933, 935, 937)는 디스플레이 패널(920) 면 앞에 배치되는 것이 가능하다. 가간섭 광 생성부(931, 933, 935, 937)는 디스플레이 패널(920)의 픽셀(921, 923, 925, 927) 별로 대응하여 위치할 수 있다. 평행한 빛(910)은 디스플레이 패널(920)에서 위상 또는 진폭이 변조된 후, 가간섭 광 생성부(931, 933, 935, 937)를 통과하여 초점으로 집중되고, 초점으로부터 광각으로 전파될 수 있다.
도 10은 가간섭 광 생성부(1021, 1023, 1025, 1027)의 배치 위치에 대한 예를 나타낸다. 가간섭 광 생성부(1021, 1023, 1025, 1027)는 디스플레이 패널(1030) 면 뒤에 배치되는 것이 가능하다. 가간섭 광 생성부(1021, 1023, 1025, 1027)는 디스플레이 패널(1030)의 픽셀(1031, 1033, 1035, 1037) 별로 대응하여 위치할 수 있다. 평행한 빛(1010)은 가간섭 광 생성부(1021, 1023, 1025, 1027)를 통과하여 디스플레이 패널(1030) 상의 초점으로 집중되고, 디스플레이 패널(1030)에서 위상 또는 진폭이 변조된 후, 초점으로부터 광각으로 전파될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 방법의 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 1110단계에서, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 픽셀이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 단일한 파장의 빛을 발생할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 LED 등과 같은 다양한 광원을 이용하여 픽셀이 위치한 면과 평행한 빛을 발생할 수 있다.
1120단계에서, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 평행한 빛을 초점으로 집중시키고 초점에서 전파된 빛은 광각의 가간섭 광을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 렌즈에 의하여, 굴절률이 다른 두 매질에서 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용함으로써, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 위상 변환기에 의하여, 광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 위상 변환 그레이팅에 의하여, 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 진폭 변환 그레이팅에 의하여, 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 평행한 빛을 초점으로 집중할 수 있다.
일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 광학적 수단을 이용하여 각 픽셀에서 생성되는 빛이 넓은 시야각을 가지도록 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 픽셀 폭의 크기를 기존 상용 디스플레이 수준, 예를 들면 100μm 혹은 100 μm 이상으로 유지한 상태에서도, 광학적인 수단을 이용하여 광각의 가간섭 광을 생성할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 광각의 가간섭 광 생성 장치는 홀로그램 영상을 표현하는 데 있어, 광학적인 수단을 이용하여 상대적으로 큰 폭의 픽셀에서도 넓은 각도의 가간섭 광을 생성하며, 홀로그램 디스플레이, 홀로그램 프린팅 등 3차원 영상을 재현하는 분야에서 널리 활용될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (24)

  1. 평행한 빛을 발생하는 백라이트부; 및
    상기 평행한 빛을 초점으로 집중시키고 상기 초점에서 전파된 빛의 간섭을 이용하여 홀로그램을 형성하도록 가간섭 광을 생성하는 가간섭 광 생성부
    를 포함하는 가간섭 광 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는 굴절률이 다른 두 매질에서 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 렌즈인
    가간섭 광 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    픽셀을 더 포함하며,
    상기 가간섭 광 생성부는 상기 픽셀이 위치한 면의 후면에 위치하여, 상기 픽셀을 통과한 상기 평행한 빛을 상기 초점으로 집중하는
    가간섭 광 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    슬릿을 포함하지 않는 가간섭 광 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 픽셀들을 더 포함하며, 각 픽셀마다 상기 가간섭 광 생성부가 형성된 가간섭 광 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    픽셀을 더 포함하며,
    상기 가간섭 광 생성부는 상기 픽셀이 위치한 면의 전면에 위치하여, 상기 평행한 빛이 상기 픽셀을 통과하기 전 상기 평행한 빛을 상기 초점으로 집중하는
    가간섭 광 생성 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈는
    컨벡스 구조의 렌즈 및 컨케이브 구조의 렌즈 중 하나인
    가간섭 광 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 위상 변환기인
    가간섭 광 생성 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 위상 변환 그레이팅인
    가간섭 광 생성 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 진폭 변환 그레이팅인
    가간섭 광 생성 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초점에서 전파된 빛은 15˚ 이상의 광각을 가지는 가간섭 광 생성 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 초점에서 전파된 빛은 30˚ 이상의 광각을 가지는 가간섭 광 생성 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초점에서 전파된 빛은 60˚ 이상의 광각을 가지는 가간섭 광 생성 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    복수의 픽셀을 포함하며, 상기 픽셀들의 폭은 10 μm 이상인 가간섭 광 생성 장치.
  15. 평행한 빛을 발생하는 단계; 및
    상기 평행한 빛을 초점으로 집중시키고 상기 초점에서 전파된 빛의 간섭을 이용하여 홀로그램을 형성하도록 가간섭 광을 생성하는 단계
    를 포함하는 가간섭 광 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가간섭 광을 생성하는 단계는
    렌즈에 의하여, 굴절률이 다른 두 매질에서 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는
    가간섭 광 생성 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 가간섭 광을 생성하는 단계는
    위상 변환기에 의하여, 광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는
    가간섭 광 생성 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 가간섭 광을 생성하는 단계는
    위상 변환 그레이팅에 의하여, 상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는
    가간섭 광 생성 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 가간섭 광을 생성하는 단계는
    진폭 변환 그레이팅에 의하여, 상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는
    가간섭 광 생성 방법.
  20. 평행한 빛을 발생하는 백라이트부;
    복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들을 통과하는 상기 평행한 빛의 위상 또는 진폭을 변조하는 공간 광 변조부;
    상기 복수의 픽셀들 별로 상기 위상 또는 진폭이 변조된 빛을 초점으로 집중시키고 상기 초점에서 빛이 전파되도록 가간섭 광을 생성하는 가간섭 광 생성부; 및
    상기 복수의 픽셀들 별로 생성된 상기 가간섭 광의 간섭을 이용하여 공간 상에 3차원 영상을 디스플레이하는 디스플레이부
    를 포함하는 가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    굴절률이 다른 두 매질에서 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 렌즈인
    가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    광축의 중심과 광축 주변의 굴절율을 서로 다르게 변화시켜, 상기 평행한 빛이 이동하는 광경로의 위치에 의한 위상 차를 이용함으로써, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 위상 변환기인
    가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 서로 다른 광경로의 길이 차이에 의한 위상 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 위상 변환 그레이팅인
    가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 가간섭 광 생성부는
    상기 평행한 빛이 이동하는 복수의 광경로들 중 일부를 차단함으로써, 진폭 차를 이용하여, 상기 평행한 빛을 초점으로 집중하는 진폭 변환 그레이팅인
    가간섭 광을 이용한 디스플레이 장치.
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