KR20160026570A - 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이가 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은 도광판, 광의 출사 방향을 조절할 수 있는 광원 유닛 및 도광판에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자를 포함할 수 있다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이{Backlight unit and holographic display having the same}
예시적인 실시예는 광의 방향을 제어할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이에 관한 것이다.
최근 들어 3D 영화가 많이 나오고 있고, 이에 따라 3D 영상 표시 장치에 관련된 기술이 많이 연구 되고 있다. 3D 영상 표시 장치는 양안시차를 기반으로 3D영상을 표시하고 있기 때문에 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.
그러나, 양안 시차 방식으로 표시된 3차원 영상을 감상하는 경우에는 눈의 피로감이 크고, 좌안용 영상과 우안용 영상의 2시점만을 제공하는 3차원 영상 표시 장치는 시청자의 이동에 따른 시점의 변화를 반영하지 못하기 때문에, 자연스러운 입체감을 제공하는데 한계가 있다.
보다 자연스런 입체 영상을 표시하기 위해 홀로그래픽 디스플레이(Holographic display)가 연구되고 있다. 하지만, 홀로그래픽 디스플레이는 시야각이 좁아 영상을 볼 수 있는 영역이 제한적이다.
예시적인 실시예는 광의 방향을 제어할 수 있는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
예시적인 실시예는 광을 방향을 제어하여 시역의 위치를 변화시킬 수 있는 홀로그래픽 디스플레이를 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은,
도광판;
상기 도광판으로 입사하는 광의 입사각을 조절할 수 있도록 출사 광의 방향을 조절할 수 있는 광원 유닛; 및
상기 도광판에 구비된 것으로 도광판에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자;를 포함할 수 있다.
상기 광원 유닛은 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 복수 개의 광원이 각각 다른 출광 방향을 가지도록 배열될 수 있다.
상기 광원 유닛은, 적어도 하나의 광원 및 상기 적어도 하나의 광원의 출광 방향을 조절하는 빔스티어링부를 포함할 수 있다.
상기 빔 스티어링부는 상기 적어도 하나의 광원을 회동시키는 제1구동부를 포함할 수 있다.
상기 빔 스티어링부는 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 도광판으로 입사되도록 반사시키는 미러와 상기 미러를 회동시키는 제2구동부를 포함할 수 있다.
상기 빔 스티어링부는 상기 광원으로부터 출사된 광을 굴절시켜 상기 도광판으로 입사되도록 하는 굴절부를 포함하고, 상기 굴절부가 변하여 도광판으로 입사되는 광의 입사각을 조절하는 능동 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 능동 광학 소자는 전기 습윤 프리즘 또는 굴절률 변환 소자를 포함할수있다.
상기 광원 유닛은 간섭성 광원을 포함할 수 있다.
상기 도광판과 회절 소자가 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 상기 도광판의 하부에 배치된 2D용 도광판과, 상기 2D용 도광판에 광을 조사하는 광원을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는,
도광판;
상기 도광판으로 입사하는 광의 입사각을 조절할 수 있도록 출사 광의 방향을 조절할 수 있는 광원 유닛;
상기 도광판에 구비된 것으로 도광판에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자; 및
상기 회절 소자를 통과한 빔을 변조하여 홀로그래픽 영상을 표시하는 공간 광변조기;를 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 디스플레이가 시청자의 눈을 추적할 수 있는 센서와, 상기 센서로부터 검출된 신호에 따라 상기 광원 유닛으로부터의 광의 출사 방향이 조절되도록 광원 유닛을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 홀로그래피 디스플레이는 상기 공간 광변조기에 컴퓨터 생성 홀로그램 영상 신호를 입력하는 영상 보드를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이는 3차원 영상을 실감나게 표시할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광의 출사 방향을 조절하여 영상의 시야각 영역을 이동할 수 있다. 예시적인 홀로그래픽 디스플레이는 영상이 표시되는 영역을 사용자의 위치에 대응되게 이동하여 시야각 한계를 극복할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 평면도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이에 필드 렌즈를 더 구비한 예를 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이에 2D용 백라이트 유닛을 더 구비한 예를 도시한 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 정면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도광판에서 회절 소자로 입사되는 광의 입사각과 회절각을 도시한 것이다.
도 7은 도광판에서 회절 소자로 입사되는 광의 입사각에 대한 회절각의 변화를 도시한 것이다.
도 8은 도광판으로 입사되는 광의 입사각에 대한 홀로그래픽 디스플레이에서 출사되는 광의 출사각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도광판과 회절 소자가 일체형으로 형성된 예를 도시한 것이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이에서 광원 유닛을 변형한 예를 도시한 것이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이에서 광원 유닛을 변형한 예를 도시한 것이다.
도 13 및 도 14는 도 12에 도시된 홀로그래픽 디스플레이에 구비된 전기 습윤 프리즘을 도시한 것이다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 한 층이 기판이나 다른 층의 "위", "상부" 또는 "상"에 구비된다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 또 다른 층이 존재할 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이(1)를 개략적으로 도시한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이(1)는 광을 조사하는 백라이트 유닛(BLU)과, 상기 백라이트 유닛(BLU)으로부터의 광을 변조하여 영상을 표시하는 공간 광 변조기(40)를 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 광을 조사하는 광원 유닛(10)과, 도광판(20)과, 상기 도광판(20)에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자(30)을 포함할 수 있다.
상기 광원 유닛(10)은 상기 도광판(20)으로 입사하는 광의 입사각이 변하도록 광의 진행 방향을 조절할 수 있다. 광원 유닛(10)은 도광판(20)에 이웃하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 광원 유닛(10)은 도광판(20)의 측부 또는 도광판의 일면 일측에 배치될 수 있다. 도 1에서는 시청자(VR)가 홀로그래픽 디스플레이(1)를 보는 방향에서 볼 때, 도광판(20)의 하측에 배치된 예를 도시한 것이다. 홀로그래픽 디스플레이(1)는 예를 들어, TV, 컴퓨터 모니터, 테블릿, 휴대폰 등에 적용될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 홀로그래피 디스플레이(1)의 평면도를 도시한 것이다. 광원 유닛(10)으로부터 나온 광이 도광판(20)에 입사되고, 상기 광이 도광판(20)에서 전반사되면서 회절 소자(30)를 통해 공간 광 변조기(40)에 입사될 수 있다. 도광판(20)은 광의 입사각에 따라 도광판 내에서 광이 전반사되도록 할 수 있다.광은 도광판(20) 내에서 일부 광은 전반사되고, 일부 광은 출광되어, 광이 전체 면에 균일하게 전달될 수 있다. 상기 도광판20)에 의해 백라이트 유닛(BLU)은 면광원으로 기능할 수 있다.
상기 회절 소자(30)는 광의 출광 방향을 조절할 수 있다. 회절 소자(30)는 회절 소자에 광이 들어오는 각도에 따라 광이 출사되는 방향이 달라지도록 할 수 있다. 상기 광원 유닛(10)으로부터의 광이 도광판(20)으로 입사할 때, 상기 광의 입사각의 변화에 따라 상기 도광판(20)과 회절 소자(30)를 거쳐 나오는 광의 출사 방향이 바뀔 수 있다. 도 1에서는 회절 소자(30)가 도광판(20)의 일면에 구비된 예를 도시하였으나, 회절 소자가 도광판(20)의 양면에 구비되는 것도 가능하다.
공간 광변조기(40)는 회절 소자(30)를 통해 나온 광을 이용하여 영상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(40)는 홀로그래픽 영상 신호를 입력 받아 상기 회절 소자(30)로부터의 광을 영상 신호에 따라 광의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변조할 수 있다. 상기 공간 광변조기(40)에 의해 변조된 광은 3차원 영상을 형성할 수 있다. 상기 공간 광변조기(40)는 예를 들어, 전기적 신호에 의해 굴절률을 변화시킬 수 있는 광전 물질층을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(40)는 예를 들어 액정층을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(40)는 광전 물질층에 전압이 인가될 때 굴절률이 변화되어 출광되는 광의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 공간 광변조기(40)는 복수 개의 픽셀을 포함할 수 있고, 상기 복수 개의 픽셀은 예를 들어 2차원 메트릭스 형태로 배열될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이(1)의 동작을 설명한다.
광원 유닛(10)으로부터 나온 광이 도광판(20)에 입사되고, 도광판(20)을 통해 광이 도광판 전체 면에 균일하게 전달되어 회절 소자(30)에 입사될 수 있다. 회절 소자(30)는 광이 입사되는 각도에 따라 특정 방향으로 회절되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 입사각을 가지고 입사된 광은 회절 소자(30)를 통해 제1방향으로 회절되고, 제2 입사각을 가지고 입사된 광은 회절 소자(30)를 통해 제2방향으로 회절될 수 있다. 회절 방향이 변함에 따라 공간 광변조기(40)에서 형성된 영상이 표시되는 시역의 위치가 변할 수 있다. 예를 들어, 제1입사각을 가지고 회절 소자(30)에 입사된 광은 공간 광 변조기(40)를 통과해 제1시역(A1)에 영상이 표시될 수 있고, 제2입사각을 가지고 회절 소자(30)에 입사된 광은 공간 광 변조기(40)를 통과해 제2시역(A2)에 영상이 표시될 수 있다.
회절 소자(30)로 입사되는 광의 입사각은 상기 광원 유닛(10)에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 광원 유닛(10)이 도광판(20)으로 입사된 광의 입사각을 조절하여 최종적으로 영상이 표시되는 시역의 위치를 조절할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이(1)는 픽셀 크기가 작을수록 화각이 커질 수 있다. 그런데, 픽셀 크기를 작게 하는 데에는 한계가 있기 때문에 시야각(viewing angle)을 크게 하는 데에도 한계가 있을 수 있다. 따라서, 시청자(VR)의 위치에 따라 시역(viewing area)의 위치를 변화시켜 시야각(viewing angle)의 한계를 극복할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이의 공간 광 변조기(40) 다음에 필드 렌즈(50)를 더 구비한 예를 도시한 것이다. 필드 렌즈(5)는 백라이트 유닛(BLU)에서 나와 퍼진 빛을 시역 쪽으로 모아주기 위한 집광 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 필드 렌즈는 렌즈의 위상을 평면 상에 기록한 회절광학소자(Diffractive Optical Element) 또는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)로 제작될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이의 공간 광 변조기(40)에 2D용 백라이트 유닛(BLU1)을 더 구비한 예를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 홀로그래픽 디스플레이는 홀로그램용 백라이트 유닛(BLU)과 2D(2 Dimension) 용 백라이트 유닛(BLU1)을 포함할 수 있다. 2D용 백라이트 유닛(BLU1)은 예를 들어, 광원(5)과, 도광판(7)을 포함할 수 있다. 광원(5)은 예를 들어, 발광 소자(LED)를 포함할 수 있다. 상기 광원(5)은 간섭성 광원일 필요는 없다. 홀로그래픽 영상을 표시할 때, 상기 홀로그램용 백라이트 유닛(BLU)의 광원 유닛(10)을 턴온하고, 2D용 백라이트 유닛(BLU1)의 광원(5)을 턴오프한다. 2D 영상을 표시할 때, 상기 상기 홀로그램용 백라이트 유닛(BLU)의 광원 유닛(10)을 턴오프하고, 2D용 백라이트 유닛(BLU1)의 광원(5)을 턴온한다. 상기 광원(5)에서 출사된 광은 상기 도광판(7)을 경유하여 홀로그램용 백라이트 유닛(BLU)의 도광판(20)으로 입사된다. 상기 도광판(20)은 투명 재질로 되어 있으므로, 상기 광은 도광판(20)을 통과하여 회절 소자(30)에 입사될 수 있다. 상기 광은 회절 소자(30)에 수직 입사될 수 있으므로, 회절 소자를 투과하여 공간 광 변조기(40)에 입사될 수 있다. 공간 광 변조기(40)에 2D 영상 신호가 입력되고, 2D 영상 신호에 따라 상기 광이 변조되어 2D 영상이 표시될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서는 2D 영상과 홀로그래픽 3D 영상을 선택적으로 표시할 수 있다.
도 5는 광원 유닛(10)이 시청자가 디스플레이를 보는 방향에서 도광판(20)의 아래 쪽에 배치된 예를 보인 것이다. 하지만, 광원 유닛(10)의 위치는 여기에 한정되는 것은 아니고, 도광판(20)의 측부에 배치되는 것도 가능하다. 광원 유닛(10)은 예를 들어, 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 복수 개의 광원으로부터 나온 광이 각각 다른 각도로 도광판에 입사되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 광원 유닛(10)은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광원(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)을 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광원(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)은 간섭성 광을 조사하는 광원일 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광원(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)은 레이저일 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광원(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)은 단파장 광원이거나, 각 광원에서 광을 합성하여 백색광을 조사하는 광원일수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제5 광원(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)으로부터 출사된 광이 도광판(20)으로 입사될 때, 각 광의 입사각이 다르게 되도록 광원을 배치할 수 있다. 광원 유닛(10)에서는 시청자의 위치에 따라 제1광원 내지 제5광원 중 어느 하나의 광원이 턴온되고, 나머지 광원은 턴오프될 수 있다. 제1 내지 제5광원이 차례로 턴온될 때, 시역의 위치가 예를 들어, 디스플레이의 수평 방향으로 이동할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하여 도광판(WG)에서 회절 소자(G)로의 광의 입사각과 회절 소자(G)에 의한 회절각의 관계를 설명한다.
도 6를 참조하면, 도광판(WG) 위에 회절 소자(G)가 구비되고, 도광판(WG)에서 진행하던 광이 회절 소자(G)를 통해 출사될 수 있다. 광이 도광판(WG)에서 회절 소자(G)로 입사될 때, 광의 입사각을 i0라고 하고, 광의 회절각을 θ0라고 한다. 광의 입사각이 i0에서 i로 변하면, 광의 회절각도 θ0 에서 θ 로 변할 수 있다. 도 7은 입사각(i)에 대한 회절각(θ)의 변화를 나타낸 그래프이다. 여기서, λ=532nm의 파장을 가지는 광을 사용하였다. 입사각이 커짐에 따라 회절각도 커지는 변화를 보였다.
도 8은 도광판에 대한 광의 입사각에 대한 회절 소자로부터 출사되는 광의 출사각의 변화를 나타낸 것이다. 출사각은 회절 소자의 수평 방향에 대한 각도(수평 각도)와 회절 소자의 수직 방향에 대한 각도(수직 각도)를 측정한 결과(exp)와 이론 값(cal)으로 나타내었다. 수평 각도와 관련하여서는, 입사각이 변함에 따라 출사각도 변하는 특성을 보였다. 수직 각도와 관련하여서는, 입사각의 변화에 따라 출사각이 변하였지만, 수평 각도에 비해 상대적으로 변화량이 적었다.
시청자가 홀로그래픽 디스플레이를 보면서 이동하게 될 때, 주로 수평 방향으로 이동하게 되므로, 시역(viewing area)의 위치가 수평 방향으로 이동함으로써, 시청자의 위치 변화에 따른 시야각(viewing angle)의 한계를 좁힐 수 있다.
이상과 같이 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 광원 유닛에서 도광판으로의 광의 입사각을 조절하여, 회절 소자에서 출사되는 광의 출사 방향을 조절함으로써, 시역의 위치를 변화시킬 수 있다.
도 9에서는 도광판과 회절 소자가 일체형으로 형성된 예를 도시한 것이다. 도 1에서는 도광판(20)과 회절 소자(30)가 별도로 구비되어 있다. 도 9을 참조하면, 도광판 몸체 상부에 회절 그레이팅을 형성한 도광판(25)을 보여준다. 도광판과 회절 소자를 일체형으로 형성함으로써 홀로그래픽 디스플레이의 두께를 감소시킬 수 있고, 제조 비용도 절감할 수 있다.
도 10는 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이(100)를 도시한 것이다. 홀로그래픽 디스플레이(100)는 광을 조사하는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 변조하여 영상을 표시하는 공간 광 변조기(140)를 포함할 수 있다.
백라이트 유닛은 광을 조사하는 광원 유닛(110)과, 도광판(120)과, 상기 도광판(120)에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자(130)을 포함할 수 있다. 광원 유닛(110)은 광을 조사하는 광원(113)과, 상기 광원(113)을 회동시켜 광원(113)으로부터 나오는 광의 방향을 변화시키는 빔 스티어링부(115)를 포함할 수 있다. 광원 유닛(110)은 도광판(120)의 상부 일측에 구비될 수 있다. 회절 소자(130)가 상기 광원 유닛(110)이 구비되고 남은 영역의 도광판(120) 상부에 배치될 수 있다. 도광판(120), 회절 소자(130) 및 공간 광 변조기(140)는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
광원(113)에서 나온 광이 도광판(120)에 입사되고, 도광판(120)을 통해 전달된 광이 회절 소자(130)에 의해 출사 방향이 조절되어 공간 광 변조기(140)로 입사될 수 있다. 공간 광 변조기(140)는 상기 광을 이용하여 3차원 영상을 형성 및 표시할 수 있다.
빔 스티어링부(115)는 예를 들어, 상기 광원(113)을 회동시키는 구동부(115)일 수 있다. 상기 빔 스티어링부(115)에 의해 광원(113)이 회동될 때, 광원(113)에서 나온 광의 도광판(120)에 대한 입사각이 변하고, 입사각의 변화에 따라 도광판(120) 및 회절 소자(130)를 거쳐 출사되는 광의 출사 방향이 변할 수 있다. 결과적으로 3차원 영상이 표시되는 시역이 변할 수 있다.
도 11에 도시된 홀로그래픽 디스플레이(100A)는 도 10에서 광원 유닛(110)의 구성을 변형한 예를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 광원 유닛(110)은 광을 조사하는 광원(116)과, 상기 광원(116)을 회동시켜 광원(116)으로부터 나오는 광의 방향을 변화시키는 빔 스티어링부(ST)를 포함할 수 있다. 빔 스티어링부(ST)는 상기 광을 반사시키는 미러(117)와, 상기 미러를 회동시키는 구동부(D)를 포함할 수 있다. 상기 미러(117)는 예를 들어 갈바노 미러일 수 있다. 광원(116)에서 조사된 광은 미러(117)에서 반사되어 도광판(120)으로 입사될 수 있다. 도광판(120)을 통해 전달된 광이 회절 소자(130)에 의해 출사 방향이 조절되어 공간 광 변조기(140)로 입사될 수 있다. 공간 광 변조기(140)는 상기 광을 이용하여 3차원 영상을 형성 및 표시할 수 있다.
상기 미러(117)가 회동되면, 광원(116)에서 나온 광의 도광판(120)에 대한 입사각이 변하고, 입사각의 변화에 따라 도광판(120) 및 회절 소자(130)를 거쳐 출사되는 광의 출사 방향이 변할 수 있다. 결과적으로 3차원 영상이 표시되는 시역이 변할 수 있다.
도 11에서는 미러가 하나 구비된 예를 도시하였으나, 미러가 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 예를 들어, 복수 개의 미러를 이용하여 광 경로를 변화시킴으로써 광원 유닛의 공간 배치를 효율적으로 변형할 수 있다.
도 12 도시된 홀로그래픽 디스플레이(100B)는 도 10에서 광원 유닛(110)의 구성을 변형한 예를 도시한 것이다.
도 12을 참조하면, 광원 유닛(110)은 광을 조사하는 광원(118)과, 상기 광의 진행 방향을 변화시키는 빔 스티어링부(119)를 포함할 수 있다. 상기 빔 스티어링부(119)는 능동 광학 소자를 포함할 수 있다. 능동 광학 소자는 예를 들어, 상기 광원으로부터 출사된 광을 굴절시켜 상기 도광판으로 입사되도록 하는 굴절부를 포함하고, 상기 굴절부가 변하여 도광판으로 입사되는 광의 입사각을 조절할 수 있다.
상기 능동 광학 소자는 예를 들어, 전기 습윤 프리즘 또는 굴절률 변환 소자를 포함할 수 있다. 전기 습윤 프리즘은 유체의 표면에 전기장을 가해 주면 유체의 표면 장력이 변하는 소자이다. 굴절률 변환 소자는 예를 들어, 전압을 가하면 굴절률이 변하는 액정 또는 광을 조사하면 굴절률이 변하는 광전도성 물질(photoconductive material)을 포함할 수 있다.
도 13 및 도 14은 능동 광학 소자의 일 예인 전기 습윤 프리즘의 개략적인 구조를 도시한 것이다. 도 13를 참조하면, 능동 광학 소자(119)는 서로 마주 보게 배치된 제1전극(162a)과 제2전극(162b)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(162a)과 제2전극(162b) 사이에는 굴절률이 다른 제1매질(165)과 제2 매질(166)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1매질(165)은 무극성 유체이고, 제2매질(166)은 분극성 유체일 수 있다. 예를 들어, 제1매질은 오일(oil)일 수 있으며, 제2매질은 물 또는 소금물일 수 있다. 제1매질(165)과 제2매질(166) 사이의 경계면이 굴절면(154)이 된다. 상기 제1전극(162a)과 제2전극(162b)의 내측에는 각각 소수성막(164)이 구비될 수 있다. 제1전극(162a)과 소수성막(164) 사이, 제2전극(162b)과 소수성막(164) 사이에는 절연층(163)이 구비될 수 있다. 또는, 절연층(163) 자체가 소수성 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 별도의 소수성막이 구비될 필요가 없다.
도 13에서는 2개의 전극에 의해 구동되는 방식을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 프리즘 유닛의 4개의 측벽에 각각 전극이 마련되어, 4개의 전극에 의한 구동방식을 취할 수도 있다.
제1전극(162a)과 제2전극(162b)에 전압이 인가되지 않은 경우 제1매질(165)은 상기 소수성막(164)과 높은 접촉각(θ)을 가지고 기울어지게 된다. 상기 제1전극(162a)과 제2전극(162b)에 전압이 인가되면 상기 소수성막(164)과 제1매질(165)의 접촉각이 낮아지고, 그럼으로써 상기 굴절면(154)의 기울기가 변한다. 상기 굴절면(154)의 기울기가 변하면 광의 출광 방향, 즉 광의 진행 방향이 변한다. 이와 같이, 상기 제1전극(162a)과 제2전극(162b)에 가해주는 전압을 on-off 조절하거나, 전압의 크기를 조절하여 광의 진행 방향을 제어할 수 있다. 도 13에서는 광(L)이 굴절면(154)에서 굴절되어 도면상 왼쪽으로 진행되는 것을 보여준다. 도 14은 제1전극(162a)과 제2전극(162b)에 전압을 인가하여 굴절면(154)이 입사면과 평행하게 변화된 상태를 보인 것이다. 이 경우에는 광(L)이 굴절면(154)을 직각으로 투과하여 진행될 수 있다. 굴절면(154)의 기울기는 제1 전극(162a) 및 제2 전극(162b)에 인가되는 전압의 크기와 방향에 따라 달라질 수 있으며, 굴절면(154)의 기울기가 변하면 광의 진행 방향이 변할 수 있다.
본 실시예에서는, 능동 광학 소자에 의해 광원(116)에서 나온 광의 도광판(120)에 대한 입사각이 변하고, 입사각의 변화에 따라 도광판(120) 및 회절 소자(130)를 거쳐 출사되는 광의 출사 방향이 변할 수 있다. 결과적으로 3차원 영상이 표시되는 시역이 변할 수 있다.
이상과 같이 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 빔 스티어링부를 통해 광원에서 나온 광의 진행 방향을 바꿈으로써 도광판으로 입사되는 광의 입사각을 변화시킬 수 있다. 입사각의 변화에 따라 광의 출사각이 변함으로써, 홀로그래픽 영상이 표시되는 시역이 변할 수 있다. 예시적인 실시예에서는 광원 유닛에서 광의 입사각을 변화시키고, 도광판을 통해 광을 전달하므로, 홀로그래픽 디스플레이의 전체 두께를 감소시킬 수 있다. 그리고, 광을 방향을 조절하기 위한 부재를 공간 광변조기의 앞에 두거나 뒤에 두는 경우에 비해 상대적으로 3차원 영상의 화질에 영향을 적게 미칠 수 있다.
도 15는 홀로그래픽 디스플레이(200)의 다른 예를 도시한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이(200)는 광을 조사하는 백라이트 유닛(BLU)과, 상기 백라이트 유닛(BLU)으로부터의 광을 변조하여 영상을 표시하는 공간 광 변조기(240)를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(240)에 홀로그래픽 영상 신호를 입력하는 영상 보드(240)가 구비될 수 있다. 상기 영상 보드(240)는 공간 광 변조기(240)에 컴퓨터 생성 홀로그램(Computed Generated Hologram) 영상 신호를 입력할 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 광을 조사하는 광원 유닛(210)과, 도광판(220)과, 상기 도광판(220)에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자(230)를 포함할 수 있다.
상기 광원 유닛(210)은 상기 도광판(220)으로 입사하는 광의 입사각이 변하도록 광의 진행 방향을 조절할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이(200)는 시청자의 눈동자를 추적할 수 있는 센서(250)를 더 포함할 수 있다. 눈동자 추적 센서(250)는 예를 들어, 시청자의 눈에서 반사되어 나오는 반사광을 검출하거나, 시청자의 눈을 카메라로 찍어 안구가 어느 방향을 향하고 있는지를 검출하는 등 다양한 방식으로 시청자의 안구 추적을 할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이(200)는 눈동자 추적 센서(250)에서 검출한 데이터를 처리하는 데이터 처리부(260)를 더 포함할 수 있다. 상기 데이터 처리부(260)는 예를 들어, 눈동자 추적 센서(250)에서 검출한 데이터를 이용하여 시청자의 눈동자의 위치와 대응되는 홀로그래픽 영상의 시역을 도출하고, 상기 시역으로 홀로그래픽 영상을 표시할 수 있도록 하기 위한 광원 유닛의 광의 출사 방향에 대한 정보를 도출할 수 있다. 시청자의 눈동자의 위치에 대응되는 홀로그래픽 영상의 시역과, 이 시역에 대응되는 광원 유닛의 광의 출사 방향에 대한 정보는 미리 데이터 처리부(260)에 저장될 수 있다.
상기 광원 유닛(210)으로부터 출사되는 광의 방향을 제어하기 위한 제어부(270)가 더 구비될 수 있다. 상기 제어부(270)는 상기 데이터 처리부(260)로부터 광원 유닛의 광의 출사 방향에 대한 정보를 받고, 광의 출사 방향에 대응되는 광이 나가도록 광원 유닛을 제어할 수 있다. 상기 제어부(270)는 예를 들어, 데이터 처리부(260)로부터 제1 출사 방향으로 광을 출사하라는 지시를 받으면, 제1 출사 방향으로 광이 나갈 수 있도록 광원 유닛을 제어할 수 있다. 광원 유닛(210)이 도 5에 도시된 구성을 가질 때, 예를 들어 제1 광원(10-1)을 턴온 하고, 나머지 광원은 턴오프 할 수 있다. 또는, 광원 유닛(210)이 도 10에 도시된 구성을 가질 때, 제1 출사 방향에 대응되는 방향으로 광이 출사되도록 구동부(115)를 제어하여 광원(113)을 움직일 수 있다.
한편, 상기 백라이트 유닛(BLU) 하부에 2D용 백라이트 유닛(BLU1;도 4 참조)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 시청자의 위치에 따라 적당한 시역을 검출하고, 이 시역에 영상이 표시되도록 조절함으로써 시청자가 편리하게 홀로그래픽 영상을 시청할 수 있도록 할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 광의 출광 방향을 조절할 수 있는 백라이트 유닛을 구비하여 시역의 위치를 조절할 수 있다. 시청자의 위치에 따라 시역의 위치를 조절하여 좁은 시야각의 한계를 해소할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1,100.100A,100B,200...홀로그래픽 디스플레이
10,110,210..광원 유닛, 20,120,220...도광판
30,130,230...회절 소자
40,140,240...공간 광변조기
250...눈동자 추적 센서
260...데이터 처리부
270...제어부
BLU...백라이트 유닛
113,116,118...광원, 115,ST,119...빔 스티어링부

Claims (22)

  1. 도광판;
    상기 도광판으로 입사하는 광의 입사각을 조절할 수 있도록 출사 광의 방향을 조절할 수 있는 광원 유닛; 및
    상기 도광판에 구비된 것으로 도광판에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자;를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원 유닛은 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 복수 개의 광원이 각각 다른 출광 방향을 가지도록 배열된 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원 유닛은,
    적어도 하나의 광원 및 상기 적어도 하나의 광원의 출광 방향을 조절하는 빔스티어링부를 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 스티어링부는 상기 적어도 하나의 광원을 회동시키는 제1구동부를 포함하는 백라이트 유닛.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 빔 스티어링부는 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 도광판으로 입사되도록 반사시키는 미러와 상기 미러를 회동시키는 제2구동부를 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 빔 스티어링부는 상기 광원으로부터 출사된 광을 굴절시켜 상기 도광판으로 입사되도록 하는 굴절부를 포함하고, 상기 굴절부가 변하여 도광판으로 입사되는 광의 입사각을 조절하는 능동 광학 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 능동 광학 소자는 전기 습윤 프리즘 또는 굴절률 변환 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 유닛은 간섭성 광원을 포함하는 백라이트 유닛.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판과 회절 소자가 일체형으로 형성된 백라이트 유닛.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판의 하부에 배치된 2D용 도광판과, 상기 2D용 도광판에 광을 조사하는 광원을 더 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 도광판;
    상기 도광판으로 입사하는 광의 입사각을 조절할 수 있도록 출사 광의 방향을 조절할 수 있는 광원 유닛;
    상기 도광판에 구비된 것으로 도광판에서 출사되는 광의 방향을 제어할 수 있는 회절 소자; 및
    상기 회절 소자를 통과한 빔을 변조하여 홀로그래픽 영상을 표시하는 공간 광변조기;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원 유닛은 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 복수 개의 광원이 각각 다른 출광 방향을 가지도록 배열된 홀로그래픽 디스플레이.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광원 유닛은,
    적어도 하나의 광원 및 상기 적어도 하나의 광원의 출광 방향을 조절하는 빔스티어링부를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 빔 스티어링부는 상기 적어도 하나의 광원을 회동시키는 제1구동부를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 빔 스티어링부는 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 도광판으로 입사되도록 반사시키는 미러와 상기 미러를 회동시키는 제2구동부를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 빔 스티어링부는 상기 광원으로부터 출사된 광을 굴절시켜 상기 도광판으로 입사되도록 하는 굴절부를 포함하고, 상기 굴절부가 변하여 도광판으로 입사되는 광의 입사각을 조절하는 능동 광학 소자를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 능동 광학 소자는 전기 습윤 프리즘 또는 굴절률 변환 소자를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 유닛은 간섭성 광원을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  19. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판과 회절 소자가 일체형으로 형성된 홀로그래픽 디스플레이.
  20. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 디스플레이가 시청자의 눈을 추적할 수 있는 센서와, 상기 센서로부터 검출된 신호에 따라 상기 광원 유닛으로부터의 광의 출사 방향이 조절되도록 광원 유닛을 제어하는 제어부를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  21. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀로그래피 디스플레이는 상기 공간 광변조기에 컴퓨터 생성 홀로그램 영상 신호를 입력하는 영상 보드를 더 포함하는 홀로그래피 디스플레이.
  22. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판의 하부에 배치된 2D용 도광판과, 상기 2D용 도광판에 광을 조사하는 광원을 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
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