KR20150078397A - 영상 표시장치 - Google Patents

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    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator

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Abstract

실시예에 따른 영상 표시장치는 백라이트 유닛과, 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기와, 상기 제1 공간 광 변조기로부터 출사된 광의 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기와, 상기 제2 공간 광변조기로부터 출사된 광을 편광시키는 편광기와, 상기 편광기로부터 출사된 광을 시청자 사이의 공간 내의 적절한 위치에서 초점을 교정하는 수렴 렌즈와, 상기 수렴 렌즈으로부터 출사된 광을 시청자가 위치에 따라 입체 영상의 초점을 편향시켜주는 아이-트래커를 포함한다.
실시예는 공간 광변조기를 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기와 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기로 분리하여 구성함으로써, 2D, 3D 전환을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

Description

영상 표시장치{VIDEO DISPLAY APPARATUS}
실시예는 영상 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2D, 3D 전환이 가능한 영상 표시장치에 관한 것이다.
최근 3차원(3D: Three Dimension) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기준의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.
3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 안경방식, 무안경 방식, 체적형 방식, 홀로그래피 및 직접영상 등의 방법들이 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 가장 유사하게 입체감을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 단안으로도 입체감을 느낄 수 있는 특징이 있어, 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 빛과 간섭성이 있는 빛을 겹쳐서 얻어지는 간섭신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용한 것이다. 종래 홀로그래피 이용한 영상장치는 액정-공간 광 변조기(LC-SLM: Liquid Crystal-Spatial Light Modulator)와 같은 공간 광 변조기에 전송하고, 이 SLM에 참조광을 조사하여 입체 영상을 복원/재생한다.
종래 홀로그래피를 이용한 영상장치는 빔 결합기를 사용하여 홀로그래피 영상을 시청자에게 제공하는 방식이나, 별도의 선편광 회전자 및 45도 선편광자를 요구하기 때문에 명암비 및 휘도를 감소시키는 문제점이 발생된다. 이와 함께, 3D 전용으로 개발되고 있기 때문에 2D 영상의 표현이 어려운 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 영상 표시장치는 2D, 3D 전환이 가능한 영상 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 영상 표시장치는 백라이트 유닛과, 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기와, 상기 제1 공간 광 변조기로부터 출사된 광의 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기와, 상기 제2 공간 광변조기로부터 출사된 광을 편광시키는 편광기와, 상기 편광기로부터 출사된 광을 시청자 사이의 공간 내의 적절한 위치에서 초점을 교정하는 수렴 렌즈와, 상기 수렴 렌즈으로부터 출사된 광을 시청자가 위치에 따라 입체 영상의 초점을 편향시켜주는 아이-트래커를 포함한다.
실시예는 공간 광변조기를 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기와 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기로 분리하여 구성함으로써, 2D, 3D 전환을 용이하게 수행할 수 있게 된다.
또한, 실시예는 제1 공간 광변조기와 제2 공간 광변조기를 수평으로 배치함으로써, 제1 공간 광변조기와 제2 공간 광변조기 사이에 별도의 광학 시트 및 광학 구성이 삽입될 필요가 없어 종래에 비해 휘도 및 명암비를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 영상 표시장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 공간 광변조기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 2D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 3D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 영상 표시장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 2D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 박막 평판형 수렴 렌즈에서의 2D 실현 모습을 나타낸 개략도이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 3D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 박막 평판형 수렴 렌즈에서의 3D 실현 모습을 나타낸 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 영상 표시장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 공간 광변조기의 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 2D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이고, 도 4는 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 3D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 영상 표시장치는 백라이트 유닛(Backlight Unit, 100)과, 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 광의 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기(Spatial Light Modulation, 200)와, 상기 제1 공간 광변조기(200)로부터 출사된 광의 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기(300)와, 상기 제2 공간 광변조기(300)로부터 출사된 광을 편광시키는 편광기(Polarizer, 400)와, 상기 편광기(400)로부터 출사된 광을 시청자 사이의 공간 내의 적절한 위치에서 초점을 교정하는 박막 평판형 수렴 렌즈(FL, 500)와, 상기 수렴 렌즈(500)로부터 출사된 광을 시청자가 위치에 따라 입체 영상의 초점을 편향시켜주는 아이 트래커(600)를 포함한다.
백라이트 유닛(100)은 광을 발생시키는 역할을 한다. 백라이트 유닛(100)은 광원과 광섬유를 포함할 수 있다. 광원은 적색 레이저 다이오드(R), 녹색 레이저 다이오드(G), 청색 레이저 다이오드(B)들을 포함하는 레이저 다이오드나 적색, 녹색 및 청색 콜리메이티드 LED들로 이루어질 수 있다. 광원은 적색, 녹색 및 청색을 구분하는 R,G,B 혹은 그 외의 다른 색상들을 조합한 구성일 수 있으며, 백색 레이저 다이오드나 백색 콜리메이티드 LED와 같은 단일 구성일 수 있다.
광 섬유는 광을 고르게 분포시켜 출사시키는 역할을 한다. 광 섬유는 이후에 설명할 제1 공간 광변조기의 전면에 대응되도록 배치될 수 있다. 광원부는 광 섬유의 측면에 배치될 수 있다.
제1 공간 광변조기(200)는 백라이트 유닛(100)의 전방에 배치될 수 있다. 제1 공간 광변조기(200)는 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 광의 위상을 변조시키는 역할을 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공간 광변조기(200)는 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 제1 액정층(230)이 개재된 액정표시패널일 수 있다. 제1 기판(210)은 백라이트 유닛(100)과 대면하는 위치에 배치될 수 있다. 제1 액정층(230)의 러빙 방향은 수직 방향으로 형성될 수 있다. 제1 액정층(230)의 러빙 방향은 수평면을 기준으로 90도를 이루도록 형성될 수 있다.
제1 공간 광변조기(200)는 ECB 모드일 수 있다. 제1 공간 광변조기(200)는 전기적인 신호에 의해 액정의 러빙 방향이 달라질 수 있다. 제1 공간 광변조기(200)가 온되면 액정은 수직 방향으로 배치될 수 있다.
제2 공간 광변조기(300)는 제1 공간 광변조기(200)의 전방에 배치될 수 있다. 제2 공간 광변조기(300)는 제3 기판(310)과 제4 기판(320) 사이에 제2 액정층(330)이 개제된 액정표시패널일 수 있다. 제4 기판(320)은 제1 공간 광변조기(200)의 제2 기판(220)과 대면되는 위치에 배치될 수 있다. 제2 액정층(330)의 러빙 방향은 45도로 경사질 수 있다. 제2 액정층(330)의 러빙 방향은 수평면을 기준으로 45도를 이루도록 형성될 수 있다. 제2 액정층(330)의 러빙 방향은 수직면을 기준으로 45도를 이루도록 형성될 수 있다. 제2 공간 광변조기(300)는 ECB 모드 또는 TN 모드일 수 있다.
제1 공간 광변조기(200)와 제2 공간 광변조기(300)의 합착되는 위치에 배치된 제2 기판(220)의 두께(T2)는 제1 기판(210)의 두께(T1)보다 얇게 형성될 수 있다. 제4 기판(320)의 두께(T3)는 제3 기판(310)의 두께(T4)보다 얇게 형성될 수 있다.
제1 공간 광변조기(200)와 제2 공간 광변조기(300)의 대면되는 기판(220, 320)의 두께를 얇게 함으로써 크로스 토크(Cross Talk) 및 명암비가 향상되는 효과를 이룰 수 있다.
제1 공간 광변조기(200)의 제1 액정층(230)의 샐갭(D1)은 제2 공간 광변조기(300)의 제2 액정층(330)의 샐갭(D2) 보다 클수 있다. 제1 공간 광변조기(200)의 제1 액정층(230)의 샐갭(D1)은 제2 공간 광변조기(300)의 제2 액정층(330)의 샐갭(D2)보다 2배 클 수 있다.
제2 공간 광변조기(300)의 전방에는 편광기(400)가 배치될 수 있다. 편광기(400)는 제2 공간 광변조기(300)로부터 출사된 광을 편광시키는 역할을 한다.
편광기(400)는 제2 공간 광변조기로부터 출사된 광을 90도 회전시키는 역할을 한다. 편광기는 제2 공간 광변조기로부터 출사된 수직 선평광('S-편광'이라 칭함)을 수평 선평광('P-편광'이라 칭함)으로 회전시킬 수 있다. 편광기(400)는 제2 공간 광변조기(300)로부터 출사된 광을 P-편광(L2)만을 투과시킬 수 있다.
박막 평판형 수렴 렌즈(500)는 편광기(400)의 전방에 배치될 수 있다. 박막 평판형 수렴 렌즈(500)는 공간 광변조기(200,300)와 시청자 사이의 공간 내의 적절한 위치에 입체 영상의 초점을 맞춰주는 역할을 한다. 박막 평판형 수렴 렌즈(500)의 초점은 다양하게 설정될 수 있다. 예컨대, 공간 광변조기(200,300)와 시청자 사이의 최적의 위치에 초점을 설정할 수 있다. 이와 다르게, 시청자의 눈에 직접 초점을 맞출 수도 있다. 이 경우, 좌안과 우안에 교대로 좌안 영상과 우안 영상이 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
박막 평판형 수렴 렌즈(500)는 투명 기판의 일측에 필름 렌즈를 부착하여 구성될 수 있다. 투명 기판은 광학적으로 투명한 유리 혹은 투명 필름을 사용할 수 있다. 필름 렌즈는 입사각이 필름 렌즈의 평면으로 수직하게, 즉, 광축에 대해서 0도의 입사각도를 갖는 평행 직진광을 초점 f로 수렴하는 수렴광으로 전환하는 그레이팅 필름으로 형성될 수 있다. 필름 렌즈는 투명 기판의 재료와 굴절율이 동일한 투명 물질로 형성될 수 있다.
아이 트래커(600)는 박막 평판형 수렴 렌즈(500)의 전방에 배치될 수 있다. 아이 트래커(600)는 시청자가 이동하는 경우 시청자의 이동 위치를 검출하고, 시청자의 위치에 따른 관람 각도를 계산한 후에 입체 영상을 시청자가 위치한 각도에 맞추어 편향시켜주는 역할을 한다. 아이 트래커에는 시청자의 위치를 인식하기 위한 시청자 위치 검출기(미도시)가 더 포함될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 2D 영상을 구현하는 경우, 제1 공간 광변조기(200)는 'OFF' 상태로 설정될 수 있다. 즉, 공간 광변조기는 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 광의 진폭만 변조하게 된다. 제2 공간 광변조기(300)로부터 진폭이 변조된 광은 편광기(400)를 통과하면서 90도 회전되어 P-편광(L2)으로 출사되고, 박막 평판형 수렴 렌즈(500) 및 아이 트래커(600)를 거쳐 2D 영상을 표시하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 3D 영상을 구현하는 경우, 제1 공간 광변조기(200)는 'ON' 상태로 설정될 수 있다. 즉, 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 S-편광(L1)은 위상 및 진폭이 변조되고, 위상 및 진폭이 변조된 S-편광(L1)은 편광기(400)를 통과하면서 90도 회전되어 P-편광(L2)으로 회전되고, 박막 평판형 수렴 렌즈(500) 및 아이 트래커(600)를 거쳐 3D 영상을 표시하게 된다.
상기와 같이, 실시예에 따른 공간 광변조기는 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기와 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기로 분리하여 구성함으로써, 2D, 3D 전환을 용이하게 수행할 수 있게 된다.
또한, 실시예에 따른 영상 표시장치는 제1 공간 광변조기와 제2 공간 광변조기 사이에 별도의 광학 시트 및 광학 구성이 삽입될 필요가 없어 종래에 비해 휘도 및 명암비를 향상시킬 수 있게 된다.
도 5는 제2 실시예에 따른 영상 표시장치를 나타낸 개략도이고, 도 6은 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 2D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이고, 도 7은 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 박막 평판형 수렴 렌즈에서의 2D 실현 모습을 나타낸 개략도이고, 도 8은 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 3D 영상을 표시하는 동작을 나타낸 개략도이고, 도 9는 제2 실시예에 따른 영상 표시장치의 박막 평판형 수렴 렌즈에서의 3D 실현 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 영상 표시장치는 백라이트 유닛(Backlight Unit, 100)과, 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 광의 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기(Spatial Light Modulation, 200)와, 상기 제1 공간 광 변조기(200)로부터 출사된 광의 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기(300)와, 상기 제2 공간 광변조기(300)로부터 출사된 광을 편광시키는 편광기(Polarizer, 400)와, 상기 편광기(400)로부터 출사된 광을 선택적으로 편광시키는 활성화 반파장기(Active Half Wave Plate, 700)와, 상기 활성화 반파장기(700)로부터 출사된 광을 시청자 사이의 공간 내의 적절한 위치에서 초점을 교정하는 박막 평판형 수렴 렌즈(FL, 500)와, 상기 수렴 렌즈(500)로부터 출사된 광을 시청자가 위치에 따라 입체 영상의 초점을 편향시켜주는 아이 트래커(600)를 포함한다. 여기서, 활성화 반파장기의 구성을 제외하고는 제1 실시예에 따른 영상 표시장치의 구성과 동일하므로 생략한다.
활성화 반파장기(700)는 전기적 신호의 인가에 따라 제2 공간 광변조기(300)로부터 출사된 S-편광(L1)을 동일편광으로 통과시키거나, 제2 공간 광변조기(300)의 출사광을 선택적으로 회전시켜 P-편광(L2)으로 출광시키는 역할을 한다. 이를 위해 활성화 반파장기(700)는 수평라인 형태로 배열되는 제1 활성영역, 제1 활성영역에 위치하고 수평라인 형태로 배열되는 제2 활성영역을 포함할 수 있다. 제1 활성영역 및 제2 활성영역은 서로 교변하여 배열될 수 있다.
제1 활성영역은 전기적 신호의 인가 여부에 관계하지 않고, 'OFF' 및 'ON' 상태에서 제2 공간 광변조기(300)의 출사광인 S-편광을 동일편광으로 통과시킨다. 다수의 제2 활성영역은 전기적 신호가 인가되지 않은 'OFF' 상태에서, 제2 공간 관변조기(300)의 출사광인 S-편광을 동일 편광으로 통과시키지만, 활성화 반파장기(700)에 전기적 신호가 인가된 'ON' 상태에서 제2 공간 광변조기(300)의 출사광인 S-편광을 90도 회전시켜 P-편광으로 출사시키게 된다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 2D 영상을 구현하는 경우, 활성화 반파장기(700)는 'ON', 제1 공간 광변조기(200)는 'OFF' 상태일 수 있다. 활성화 반파장기(700)가 온되면 진폭만 변조된 P-편광을 S-편광으로 회전시킬 수 있다. 활성화 반파장기(700)에 의해 박막 평판형 수렴 렌즈(500)의 기능은 제거될 수 있다. 박막 평판형 수렴 렌즈(500)는 편광을 변조시키는 기능 대신 광을 확산시키는 기능을 수행할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 3D 영상을 구현하는 경우, 활성화 반파장기(700)는 'OFF', 제1 공간 광변조기(200)는 'ON' 상태일 수 있다. 활성화 반파장기(700)가 오프되면 위상, 진폭이 변조된 P-편광은 그대로 진행하여 시청자에게 3D 영상을 전달할 수 있게 된다. 박막 평판형 수렴 렌즈(500)는 볼록 렌즈의 기능을 수행할 수 있게 된다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 백라이트 유닛 200: 제1 공간 광변조기
300: 제2 공간 광변조기 400: 편광기
500: 수렴 렌즈 600: 아이 트래커

Claims (9)

  1. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 위상을 변조하는 제1 공간 광변조기;
    상기 제1 공간 광 변조기로부터 출사된 광의 진폭을 변조하는 제2 공간 광변조기
    상기 제2 공간 광변조기로부터 출사된 광을 편광시키는 편광기;
    상기 편광기로부터 출사된 광을 시청자 사이의 공간 내의 적절한 위치에서 초점을 교정하는 수렴 렌즈;
    상기 수렴 렌즈으로부터 출사된 광을 시청자가 위치에 따라 입체 영상의 초점을 편향시켜주는 아이 트래커;
    를 포함하는 영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기 및 제2 공간 광변조기는 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정층이 개재된 액정표시패널로 형성된 영상 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기와 제2 공간 광변조기의 합착되는 위치에 배치된 일측 기판은 타측 기판의 두께보다 얇게 형성된 영상 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기의 셀갭은 제2 공간 광변조기의 셀갭 보다 큰 영상 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기의 액정의 러빙 방향은 수직 방향이고, 제2 공간 광변조기의 액정의 러빙 방향은 수평으로부터 45도를 이루도록 형성된 영상 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기는 전기적 신호에 의해 온-오프되는 ECB 모드인 영상 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기가 오프되면 2D 영상이 표시되고, 제1 공간 광변조기가 온되면 3D 영상이 표시되는 영상 표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광기와 박막 평판형 수렴 렌즈 사이에는 전기적 신호에 의해 편광기로부터 출사된 광을 선택적으로 편광시키는 활성화 반파장기가 배치되는 영상 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성화 반파장기가 온되고, 제1 공간 광변조기가 오프되면 2D 영상이 표시되고, 활성화 반파장기가 오프되고, 제1 공간 광변조기가 온되면 3D 영상이 표시되는 영상 표시장치.
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