KR20180012058A - 홀로그래픽 디스플레이 장치용 박형 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 - Google Patents

홀로그래픽 디스플레이 장치용 박형 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 Download PDF

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송훈
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Abstract

박형으로 제작할 수 있는 양안 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 박형 홀로그래픽 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 백라이트 유닛은 광을 제공하는 광원부, 상기 광원부로부터 제공된 빛을 제 1 방향으로 확대하는 제 1 빔 확대부, 상기 제 1 빔 확대부로부터 제공된 빛을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하는 제 2 빔 확대부, 및 제 1 빔 확대부에 입사하는 빛을 편향시키는 빔 편향기를 포함할 수 있다. 또한 개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상술한 백라이트 유닛, 필드 렌즈 및 공간 광변조기를 포함할 수 있다.

Description

홀로그래픽 디스플레이 장치용 박형 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 {Slim backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same}
개시된 실시예들은 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박형으로 제작할 수 있는 양안 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 박형 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.
그런데, 완전한 홀로그래픽 디스플레이 방식을 구현하기 위해서는 매우 높은 해상도의 공간 광변조기 및 매우 많은 데이터 처리량이 필요하다. 최근에는 데이터 처리량 및 해상도의 조건을 완화하기 위하여, 관찰자의 양안에 해당하는 시역에만 각각 홀로그램 영상을 제공하는 양안 홀로그램(binocular hologram) 방식이 제안되고 있다. 예를 들어, 관찰자의 좌안 시역에 해당하는 시점을 갖는 홀로그램 영상과 관찰자의 우안 시역에 해당하는 시점을 갖는 홀로그램 영상만을 생성하여 관찰자의 좌안과 우안에 각각 제공하는 것이다. 이 경우, 나머지 시점들에 대한 홀로그램 영상들을 생성하지 않아도 되기 때문에 데이터 처리량을 크게 줄일 수 있으며, 현재 상용화된 디스플레이 장치로도 공간 광변조기의 해상도 조건을 만족할 수 있다.
박형으로 제작할 수 있는 양안 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
또한, 상기 박형 백라이트 유닛을 포함하는 박형 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
개시된 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광빔을 제공하는 광원부; 상기 광원부에서 제공된 광빔을 제 1 방향으로 확대하여 선광을 제공하는 것으로, 빛을 제 1 방향으로 진행시키는 제 1 도광판을 갖는 제 1 빔 확대부; 상기 제 1 빔 확대부에서 제공된 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광을 제공하는 것으로, 빛을 제 2 방향으로 진행시키는 제 2 도광판을 갖는 제 2 빔 확대부; 및 상기 광원부와 상기 제 1 빔 확대부 사이의 광 경로에 배치되어 광빔의 진행 방향을 2차원적으로 제어하는 빔 편향부;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부가 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 광원부는 제 1 파장의 빛을 제공하는 제 1 광원부, 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛을 제공하는 제 2 광원부, 및 제 1 및 제 2 파장과 다른 제 3 파장의 빛을 제공하는 제 3 광원부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 광원부는 상기 제 1 도광판의 측면에 대향하여 제 2 방향을 따라 각각 차례로 배열될 수 있다.
상기 제 1 빔 확대부는, 제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 제 1 입력 커플러; 제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 1 출력 커플러; 제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 제 2 입력 커플러; 제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 2 출력 커플러; 제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 제 3 입력 커플러; 및 제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 3 출력 커플러;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 빔 확대부는, 상기 제 1 출력 커플러로부터 나온 제 1 파장의 빛을 반사하는 미러; 상기 제 2 출력 커플러로부터 나온 제 2 파장의 빛을 반사하고 제 1 파장의 빛을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러; 및 상기 제 3 출력 커플러로부터 나온 제 3 파장의 빛을 반사하고 제 1 및 제 2 파장의 빛을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 편향부는, 상기 제 1 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 1 입력 커플러에 입사하는 제 1 파장의 빛의 입사각을 조절하는 제 1 수평 빔 편향기와 제 1 수직 빔 편향기; 상기 제 2 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 2 입력 커플러에 입사하는 제 2 파장의 빛의 입사각을 조절하는 제 2 수평 빔 편향기와 제 2 수직 빔 편향기; 및 상기 제 3 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 3 입력 커플러에 입사하는 제 3 파장의 빛의 입사각을 조절하는 제 3 수평 빔 편향기와 제 3 수직 빔 편향기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 수평 빔 편향기와 제 1 수직 빔 편향기 중 적어도 하나, 상기 제 2 수평 빔 편향기와 제 2 수직 빔 편향기 중 적어도 하나, 및 상기 제 3 수평 빔 편향기와 제 3 수직 빔 편향기 중 적어도 하나는 입사광을 회절시켜 서로 다른 각도로 진행하는 2개의 광빔을 만드는 액정 편향기일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기, 상기 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기, 상기 제 1 내지 제 3 입력 커플러, 및 상기 제 1 내지 제 3 출력 커플러는 상기 제 1 도광판 상에서 제 2 방향을 따라 각각 차례로 배열될 수 있다.
상기 제 2 빔 확대부는 상기 제 1 빔 확대부로부터 오는 빛을 상기 제 2 도광판의 내부로 진행시키는 제 4 입력 커플러, 및 빛을 상기 제 2 도광판의 외부로 방출되는 제 4 출력 커플러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 빔 확대부는 상기 제 1 빔 확대부로부터 오는 빛을 상기 제 4 입력 커플로로 반사하는 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부가 서로에 대해 회전되도록 구성되며, 상기 미러는 상기 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부 사이의 상대적인 각도에 따라 경사각이 조절되도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 빔 확대부는 상기 제 2 빔 확대부의 하부에서 상기 제 4 입력 커플러와 대향하도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 빔 확대부는, 상기 제 1 광원부로부터 제공된 제 1 파장의 빛을 제 1 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 제 1 파장 빔 확대부; 상기 제 1 파장 빔 확대부의 위에 배치된 것으로, 상기 제 2 광원부로부터 제공된 제 2 파장의 빛을 제 2 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 제 2 파장 빔 확대부; 및 상기 제 2 파장 빔 확대부의 위에 배치된 것으로, 상기 제 3 광원부로부터 제공된 제 3 파장의 빛을 제 3 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 제 3 파장 빔 확대부;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 파장 빔 확대부는 제 1 파장 도광판, 상기 제 1 파장 도광판의 상부 표면에 배치된 제 1 입력 커플러와 제 1 출력 커플러를 포함하며, 상기 제 2 파장 빔 확대부는 제 2 파장 도광판, 상기 제 2 파장 도광판의 상부 표면에 배치된 제 2 입력 커플러와 제 2 출력 커플러를 포함하며, 상기 제 2 파장 빔 확대부는 제 2 파장 도광판, 상기 제 2 파장 도광판의 상부 표면에 배치된 제 2 입력 커플러와 제 2 출력 커플러를 포함하고, 위쪽에서 보았을 때, 상기 제 1 내지 제 3 출력 커플러가 상기 제 4 입력 커플러와 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 광원부는 상기 제 1 파장 도광판의 제 1 측면에 대향하여 배치되고, 상기 제 2 광원부는 제 1 측면의 반대쪽인 상기 제 2 파장 도광판의 제 2 측면에 대향하여 배치되며, 상기 제 3 광원부는 상기 제 3 파장 도광판의 제 1 측면에 대향하여 배치되고, 상기 제 1 파장 도광판 및 제 3 파장 도광판은 상기 제 2 파장 도광판에 대해 상대적으로 제 1 측면을 향하여 더 시프트될 수 있다.
상기 제 2 파장 도광판은 상기 제 3 파장 도광판보다 길이가 길고 제 1 측면으로 더 돌출되어 있으며, 제 1 파장 도광판은 길이가 가장 길고 상기 제 2 파장 도광판보다 제 1 측면으로 더 돌출될 수 있다.
상기 제 1 빔 확대부는, 제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 1 입력 커플러; 제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 1 출력 커플러; 제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 2 입력 커플러; 제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 2 출력 커플러; 제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 3 입력 커플러; 및 제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 3 출력 커플러;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 편향부는, 상기 제 1 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 1 입력 커플러에 입사하는 제 1 파장의 빛의 입사각을 조절하는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 1 수평 빔 편향기와 2개의 제 1 수직 빔 편향기; 상기 제 2 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 2 입력 커플러에 입사하는 제 2 파장의 빛의 입사각을 조절하는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 2 수평 빔 편향기와 2개의 제 2 수직 빔 편향기; 및 상기 제 3 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 3 입력 커플러에 입사하는 제 3 파장의 빛의 입사각을 조절하는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 3 수평 빔 편향기와 2개의 제 3 수직 빔 편향기;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 광원부는 상기 제 1 도광판에 대해 모두 동일 측면에 배치될 수 있다.
또는, 상기 제 1 내지 제 3 광원부는 상기 제 1 도광판의 양쪽 측면에 각각 번갈아 배치될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 가간섭성 광빔을 제공하는 광원부; 상기 광원부에서 제공된 광빔을 제 1 방향으로 확대하여 선광을 제공하는 것으로, 빛을 제 1 방향으로 진행시키는 제 1 도광판을 갖는 제 1 빔 확대부; 상기 제 1 빔 확대부에서 제공된 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광을 제공하는 것으로, 빛을 제 2 방향으로 진행시키는 제 2 도광판을 갖는 제 2 빔 확대부; 상기 광원부와 상기 제 1 빔 확대부 사이의 광 경로에 배치되어 광빔의 진행 방향을 2차원적으로 제어하는 빔 편향부; 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈;를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 백라이트 유닛은 도광판과 빔 편향기를 이용하여 진행 방향이 상이한 2개의 광빔을 공간 광변조기에 제공할 수 있다. 따라서 2개의 시역에 시점이 상이한 홀로그래픽 영상을 각각 제공하는 양안 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛을 얇은 두께로 제작하는 것이 가능하다. 또한, 개시된 실시예에 따른 백라이트 유닛은 시분할 방식이 아닌 공간 분할 방식으로 진행 방향이 상이한 2개의 광빔을 동시에 공간 광변조기에 제공할 수 있어서, 홀로그램 영상의 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구체적인 구성을 보다 상세히 보이는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 폭 방향 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 길이 방향 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부가 서로에 대해 회전된 상태를 보이는 단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 폭 방향 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 폭 방향 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 홀로그래픽 디스플레이 장치용 박형 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" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 힌지(103)를 통해 서로 접힐 수 있는 제 1 하우징(101)과 제 2 하우징(102)을 포함할 수 있다. 제 1 하우징(101)은 후술하는 공간 광변조기를 통해 홀로그램 영상을 생성하여 소정의 공간 상에 투사할 수 있다. 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 양안 홀로그램 방식으로 관찰자의 좌안(EL)과 우안(ER)에 시점이 상이한 홀로그램 영상들을 각각 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 관찰자의 좌안(EL) 시역에 좌안용 홀로그램 영상을 제공하고 관찰자의 우안(ER) 시역에 좌안용 홀로그램 영상과는 시점이 다른 우안용 홀로그램 영상을 제공할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에서 제공되는 좌안용 홀로그램 영상 및 우안용 홀로그램 영상은, 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식의 좌안 영상 및 우안 영상과는 달리, 단독으로도 관찰자에게 입체감을 제공할 수 있으며, 단지 시점만이 서로 다르다. 스테레오스코픽 방식의 경우, 시점이 상이한 좌안용 2차원 영상과 우안용 2차원 영상이 관찰자의 좌안과 우안에서 각각 인지될 때 양안시차를 이용하여 입체감을 제공한다. 따라서, 스테레오스코픽 방식에서는 좌안 영상과 우안 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 좌안(EL)과 우안(ER) 시역에 좌안용 홀로그램 영상과 우안용 홀로그램 영상을 각각 형성하기 때문에 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차를 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)가 양안 시점만을 제공하는 이유는, 관찰자가 좌안과 우안으로 2개의 시점만을 인식할 수 있기 때문에, 관찰자가 인식할 수 있는 시점 정보를 제외한 나머지 시점 정보를 제거하여 데이터 처리량을 줄이기 위한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구체적인 구성을 보다 상세히 보이는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시에에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 가간섭성 광빔을 제공하는 광원부(120), 광빔을 제 1 방향으로 확대하여 선광(line light)을 제공하는 제 1 빔 확대부(110), 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광(surface light)을 제공하는 제 2 빔 확대부(160), 상기 광원부(120)와 상기 제 1 빔 확대부(110) 사이의 광 경로에 배치되어 광빔의 진행 방향을 2차원적으로 제어하는 빔 편향부(170), 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기(200), 및 공간 광변조기(200)에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈(210)를 포함할 수 있다. 도 2에는 필드 렌즈(210)가 공간 광변조기(200)와 제 2 빔 확대부(160) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 필드 렌즈(210)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 필드 렌즈(210)는 공간 광변조기(200)의 전면에 배치될 수도 있다.
여기서, 광원부(120), 제 1 빔 확대부(110), 및 제 2 빔 확대부(160)는 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 백라이트 유닛을 구성할 수 있다. 광원부(120)와 제 1 빔 확대부(110)는 도 1의 제 1 하우징(101) 내에 배치될 수 있으며, 제 2 빔 확대부(160), 필드 렌즈(210) 및 공간 광변조기(200)는 제 2 하우징(102) 내에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만 제 1 하우징(101)과 제 2 하우징(102) 내에는 영상 신호를 생성하고 영상 신호 처리부를 포함하는 각종 제어 회로가 분산되어 배치될 수 있다.
광원부(120)는 제 1 파장의 빛을 제공하는 제 1 광원부(120a), 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛을 제공하는 제 2 광원부(120b), 및 제 1 및 제 2 파장과 다른 제 3 파장의 빛을 제공하는 제 3 광원부(120c)를 포함할 수 있다. 예를 들어 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)는 청색, 녹색, 적색과 같이 서로 다른 파장의 빛을 각각 제공할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)는 제 1 빔 확대부(110)의 측면에 대향하여 배치되며 길이 방향을 따라, 즉 -x 방향을 따라 차례로 배열될 수 있다.
제 1 광원부(120a)는 제 1 파장의 빛을 방출하는 제 1 광원(121a), 제 1 광원(121a)에서 방출된 제 1 파장의 빛을 전달하는 제 1 광전달 부재(122a), 제 1 파장의 빛을 외부로 출력하는 제 1 광출력 부재(123a), 제 1 파장의 빛을 콜리메이팅하는 제 1 콜리메이팅 렌즈(124a), 및 제 1 파장의 빛을 제 1 빔 확대부(110)로 반사하는 제 1 미러(125a)를 포함할 수 있다. 또한 제 2 광원부(120b)는 제 2 파장의 빛을 방출하는 제 2 광원(121b), 제 2 광원(121b)에서 방출된 제 2 파장의 빛을 전달하는 제 2 광전달 부재(122b), 제 2 파장의 빛을 외부로 출력하는 제 2 광출력 부재(123b), 제 2 파장의 빛을 콜리메이팅하는 제 2 콜리메이팅 렌즈(124b), 및 제 2 파장의 빛을 제 빔 확대부(110)로 반사하는 제 2 미러(125b)를 포함할 수 있다. 제 3 광원부(120c)는 제 3 파장의 빛을 방출하는 제 3 광원(121c), 제 3 광원(121c)에서 방출된 제 3 파장의 빛을 전달하는 제 3 광전달 부재(122c), 제 3 파장의 빛을 외부로 출력하는 제 3 광출력 부재(123c), 제 3 파장의 빛을 콜리메이팅하는 제 3 콜리메이팅 렌즈(124c), 및 제 3 파장의 빛을 제 1 빔 확대부(110)로 반사하는 제 3 미러(125c)를 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 제 1 내지 제 3 광원(121a, 121b, 121c)에서 방출된 점광(point light)은 제 1 내지 제 3 콜리메이팅 렌즈(124a, 124b, 124c)에 의해 어느 정도 확대되어 제 1 빔 확대부(110)에 제공될 수 있다.
제 1 내지 제 3 광원(121a, 121b, 121c)으로는 높은 간섭성을 갖는 빛을 발생시키는 레이저 다이오드(laser diode)를 사용할 수 있다. 그러나, 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광변조기(200)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있기 때문에, 제 1 내지 제 3 광원(121a, 121b, 121c)으로서 발광 다이오드(LED)를 사용하는 것도 가능하다. 발광 다이오드 외에도 어느 정도의 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 어떤 광원도 사용이 가능하다.
도 2에는 제 1 내지 제 3 미러(125a, 125b, 125c)를 통해 제 1 내지 제 3 파장의 빛이 최종적으로 제 1 빔 확대부(110)에 제공되는 것으로 도시되어 있으나, 실시 형태에 따라 제 1 내지 제 3 미러(125a, 125b, 125c)는 생략될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 광전달 부재(122a, 122b, 122c)를 제 1 빔 확대부(110)의 상부 표면까지 연장하고, 제 1 내지 제 3 광출력 부재(123a, 123b, 123c)와 제 1 내지 제 3 콜리메이팅 렌즈(124a, 124b, 124c)를 제 1 빔 확대부(110)의 상부 표면에 대향하게 배치할 수도 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 광전달 부재(122a, 122b, 122c)는 예를 들어 광섬유일 수도 있지만, 다수의 미러 또는 릴레이 렌즈의 배열을 사용할 수도 있다.
제 1 빔 확대부(110)는 광원부(120)로부터 제공된 광빔을 폭 방향, 즉 y 방향으로 확대하여 선광(line light)으로 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 제 1 빔 확대부(110)는 투명한 재료로 이루어지며 전반사를 통해 빛을 폭 방향으로 진행시키는 제 1 도광판(111), 제 1 파장의 빛을 제 1 도광판(111)의 내부로 진행시키는 제 1 입력 커플러(133a), 제 1 파장의 빛을 제 1 도광판(111)의 외부로 방출시키는 제 1 출력 커플러(141), 제 2 파장의 빛을 제 1 도광판(111)의 내부로 진행시키는 제 2 입력 커플러(133b), 제 2 파장의 빛을 제 1 도광판(111)의 외부로 방출시키는 제 2 출력 커플러(142), 제 3 파장의 빛을 제 1 도광판(111)의 내부로 진행시키는 제 3 입력 커플러(133c), 및 제 3 파장의 빛을 제 1 도광판(111)의 외부로 방출시키는 제 3 출력 커플러(143), 제 1 출력 커플러(141)로부터 나온 제 1 파장의 빛을 반사하는 제 4 미러(151), 제 2 출력 커플러(142)로부터 나온 제 2 파장의 빛을 반사하고 제 1 파장의 빛을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러(152), 및 제 3 출력 커플러(143)로부터 나온 제 3 파장의 빛을 반사하고 제 1 및 제 2 파장의 빛을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러(153)를 포함할 수 있다.
한편, 빔 편향부(170)는 제 1 내지 제 3 미러(125a, 125b, 125c)와 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c) 사이에 각각 배치된 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c)와 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c)를 포함할 수 있다. 특히, 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c)와 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c)는 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c)에 각각 대향하도록 배치될 수 있다. 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c)는 재생되는 홀로그램 영상의 위치를 수평 방향으로 조절할 수 있도록 입사광을 편향시키는 역할을 하며, 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c)는 재생되는 홀로그램 영상의 위치를 수직 방향으로 조절할 수 있도록 입사광을 편향시키는 역할을 할 수 있다. 도 2에는 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c)가 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c)의 위에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c)가 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c)의 아래에 배치될 수도 있다.
제 1 미러(125a)에서 반사된 제 1 파장의 빛은 제 1 수평 빔 편향기(131a)와 제 1 수직 빔 편향기(132a)를 거쳐 제 1 입력 커플러(133a)에 입사할 수 있다. 이때, 제 1 수평 빔 편향기(131a)와 제 1 수직 빔 편향기(132a)에 의해 제 1 입력 커플러(133a)에 입사하는 제 1 파장의 빛의 입사각이 조절될 수 있다. 또한, 제 2 수평 빔 편향기(131b)와 제 2 수직 빔 편향기(132b)는 제 2 입력 커플러(133b)에 입사하는 제 2 파장의 빛의 입사각이 조절할 수 있으며, 제 3 수평 빔 편향기(131c)와 제 3 수직 빔 편향기(132c)는 제 3 입력 커플러(133c)에 입사하는 제 3 파장의 빛의 입사각이 조절할 수 있다.
제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)와 마찬가지로, 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c), 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c), 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c), 및 제 1 내지 제 3 출력 커플러(141, 142, 143)는 길이 방향을 따라, 즉 -x 방향으로 차례로 배열될 수 있다. 도 2에는 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c)가 제 1 도광판(111)의 상부 표면의 가장자리에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 제 1 도광판(111)의 측면에 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c)가 배치될 수도 있다. 이 경우, 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c)와 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c)도 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c)와 대향하도록 제 1 도광판(111)의 측면에 배치될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성을 보이는 폭 방향 단면도이다. 특히, 도 3은 제 1 빔 확대부(110)의 제 1 입력 커플러(133a)와 제 1 출력 커플러(141)를 y 방향으로 절단한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 입력 커플러(133a)에 의해 제 1 도광판(111)의 내부로 진입한 제 1 파장의 빛은 전반사를 통해 폭 방향을 따라, 즉 -y 방향을 따라 제 1 도광판(111)의 내부를 진행하게 된다. 이 과정에서, 제 1 출력 커플러(141)에 입사한 제 1 파장의 빛의 일부가 제 1 도광판(111)의 상부 표면으로 출사하게 된다. 따라서, 제 1 파장의 빛이 폭 방향으로 확대될 수 있다. 이러한 제 1 입력 커플러(133a)와 제 1 출력 커플러(141)는 입사광의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 수평 빔 편향기(131a)는 입사광을 회절시켜 서로 다른 각도로 진행하는 2개의 광빔(L1, L2)을 만드는 액정 편향기일 수 있다. 2개의 광빔(L1, L2)은 제 1 입력 커플러(133a)에 서로 다른 각도로 입사하게 되며, 제 1 도광판(111)의 내부에서도 서로 다른 각도로 진행하게 된다. 그 결과, 제 1 출력 커플러(141)를 통해 출사하는 2개의 광빔(L1, L2)의 출사각도 역시 서로 다르게 된다. 2개의 광빔(L1, L2)은 제 2 빔 확대부(160)와 공간 광변조기(200)를 거친 후 도 1에 도시된 바와 같이 최종적으로 관찰자의 좌안과 우안으로 각각 진행할 수 있다. 제 1 수평 빔 편향기(131a) 대신에 제 1 수직 빔 편향기(132a)가 액정 편향기일 수도 있으며, 또는 제 1 수평 빔 편향기(131a)와 제 1 수직 빔 편향기(132a)가 모두 액정 편향기일 수도 있다. 제 1 파장의 빛과 관련된 제 1 수평 빔 편향기(131a), 제 1 수직 빔 편향기(132a), 제 1 입력 커플러(133a) 및 제 1 출력 커플러(141)에 대한 상술한 설명은, 제 2 파장의 빛과 관련된 제 2 수평 빔 편향기(131b), 제 2 수직 빔 편향기(132b), 제 2 입력 커플러(133b) 및 제 2 출력 커플러(142), 제 3 파장의 빛과 관련된 제 3 수평 빔 편향기(131c), 제 3 수직 빔 편향기(132c), 제 3 입력 커플러(133c) 및 제 3 출력 커플러(143)에도 그대로 적용될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성을 보이는 길이 방향 단면도이다. 특히, 도 4는 제 1 빔 확대부(110), 제 2 빔 확대부(160), 필드 렌즈(210) 및 공간 광변조기(200)의 중심부를 x 방향으로 절단한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제 1 출력 커플러(141)에 의해 출사된 제 1 파장의 빛은 제 4 미러(151)에 의해 제 2 빔 확대부(160)를 향해 반사된다. 그런 후, 제 1 파장의 빛은 제 1 다이크로익 미러(152)와 제 2 다이크로익 미러(153)를 투과한 다음, 제 5 미러(155)에 입사한다. 또한, 제 2 출력 커플러(142)에 의해 출사된 제 2 파장의 빛은 제 1 다이크로익 미러(152)에 의해 제 2 빔 확대부(160)를 향해 반사된다. 그런 후, 제 2 파장의 빛은 제 2 다이크로익 미러(153)를 투과하여 제 5 미러(155)에 입사한다. 제 3 출력 커플러(143)에 의해 출사된 제 3 파장의 빛은 제 2 다이크로익 미러(153)에 의해 제 2 빔 확대부(160)를 향해 반사되어 제 5 미러(155)에 입사한다.
제 2 빔 확대부(160)는 제 1 빔 확대부(110)로부터 제공된 선형 광빔을 길이 방향, 즉 x 방향으로 확대하여 면광으로 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 제 2 빔 확대부(160)는 투명한 재료로 이루어지며 전반사를 통해 빛을 길이 방향으로 진행시키는 제 2 도광판(112), 빛을 제 2 도광판(112)의 내부로 진행시키는 제 4 입력 커플러(113), 빛을 제 2 도광판(112)의 외부로 방출시키는 제 4 출력 커플러(114), 및 제 1 빔 확대부(110)로부터 오는 빛을 제 4 입력 커플러(113)로 반사하는 제 5 미러(155)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 파장의 빛은 제 5 미러(155)에 의해 반사되어 함께 제 4 입력 커플러(113)에 입사하게 된다. 제 4 입력 커플러(113)에 의해 제 2 도광판(112)의 내부로 진입한 빛은 전반사를 통해 길이 방향을 따라, 즉 -x 방향을 따라 제 2 도광판(112)의 내부를 진행하게 된다. 다시 말해, 제 2 도광판(112) 내에서 빛이 진행하는 방향은 제 1 도광판(111) 내에서 빛이 진행하는 방향과 수직하다. 이 과정에서, 제 4 출력 커플러(114)에 입사한 빛의 일부가 제 2 도광판(112)의 상부 표면으로 출사하게 된다. 따라서, 빛이 길이 방향으로 확대될 수 있다. 이를 위하여 제 4 입력 커플러(113)와 제 4 출력 커플러(114)는 입사광의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다.
마지막으로, 제 2 빔 확대부(160)로부터 출사된 빛은 필드 렌즈(210)를 통해 공간 광변조기(200)에 입사하게 된다. 공간 광변조기(200)는 입사광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 역할을 한다. 공간 광변조기(200)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사광이 회절 및 변조됨으로써 소정의 공간 상의 위치에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 빔 확대부(110)와 제 2 빔 확대부(160)가 동일 평면(in-plane) 상에 배치되기 때문에 백라이트 유닛을 박형으로 제작할 수 있다. 따라서 2개의 시역에 시점이 상이한 홀로그래픽 영상을 각각 제공하는 양안 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)를 얇은 두께로 제작하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛은 2개의 광빔(L1, L2)을 동시에 편향시킬 수 있기 때문에, 시분할 방식이 아닌 공간 분할 방식으로 진행 방향이 상이한 2개의 광빔(L1, L2)을 동시에 공간 광변조기(200)에 제공할 수 있어서 홀로그램 영상의 품질이 향상될 수 있다. 또한, 제 1 빔 확대부(110)에서 제 1 내지 제 3 파장의 빛을 각각 별도로 확대하고 편향시키기 때문에 색분산 문제가 억제될 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에서 제 1 빔 확대부(110)와 제 2 빔 확대부(160)가 서로에 대해 회전된 상태를 보이는 단면도이다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 제 1 하우징(101)과 제 2 하우징(102)은 힌지(103)를 통해 서로 접힐 수 있다. 예를 들어, 제 1 하우징(101)과 제 2 하우징(102)이 90도로 접히는 경우, 제 1 하우징(101) 내에 배치된 제 1 빔 확대부(110)는 제 2 하우징(102) 내에 배치된 제 2 빔 확대부(160)에 대해 90도 회전하게 된다. 그러면 제 1 빔 확대부(110)로부터 제 2 빔 확대부(160)로 진행하는 빛은 제 5 미러(155) 없이도 제 4 입력 커플러(113)에 입사할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 5 미러(155)가 제 2 빔 확대부(160)로 진행하는 빛을 가리지 않도록 제 5 미러(155)를 회전시켜 빛의 진행 경로로부터 이탈시킬 수 있다. 또한, 제 1 빔 확대부(110)로부터 오는 빛이 제 4 입력 커플러(113)에 적절한 각도로 입사할 수 있도록, 제 1 빔 확대부(110)와 제 2 빔 확대부(160) 사이의 상대적인 각도에 따라 제 5 미러(155)의 경사각을 조절할 수도 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 폭 방향 단면도이다. 특히, 도 6은 제 1 빔 확대부(110)의 제 1 입력 커플러(133a)와 제 1 출력 커플러(141)를 y 방향으로 절단한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제 1 빔 확대부(110)는 도광판(111)의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 1 수평 빔 편향기(131a), 2개의 제 1 수직 빔 편향기(132a), 및 2개의 제 1 입력 커플러(133a)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서는 제 1 수평 빔 편향기(131a), 제 1 수직 빔 편향기(132a), 및 제 1 입력 커플러(133a)가 제 1 도광판(111)의 한쪽 가장자리에만 배치되었으며, 액정 편향기를 이용하여 상이한 각도로 진행하는 2개의 광빔(L1, L2)을 만들었다. 그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 광원부(120a)에서 미러 2개의 광빔(L1, L2)을 만들어 제 1 광빔(L1)은 제 1 도광판(111)의 우측으로 제공하고 제 2 광빔(L2)은 제 1 도광판(111)의 좌측으로 제공할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 광원부(120a)에서 제 1 광전달 부재(122a)의 출력단을 2개의 가닥으로 분기시키거나 또는 하프 미러, 빔스플리터 등을 이용하여 빛을 2개의 광빔(L1, L2)으로 분할할 수 있다. 그러면, 제 1 광빔은(L1)은 제 1 도광판(111) 내에서 우측으로부터 좌측 방향으로 진행하다가 제 1 출력 커플러(141)에 의해 출사되며, 제 2 광빔(L2)은 제 1 도광판(111) 내에서 좌측으로부터 우측 방향으로 진행하다가 제 2 출력 커플러(141)에 의해 출사될 수 있다. 이 경우, 제 1 수평 빔 편향기(131a)와 제 1 수직 빔 편향기(132a)로서 액정 편향기가 아닌 갈바노 미러를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 백라이트 유닛의 두께를 줄이기 위하여 이 경우에도 여전히 제 1 수평 빔 편향기(131a)와 제 1 수직 빔 편향기(132a)로서 액정 편향기를 사용할 수도 있다.
한편, 도 1에 도시된 실시예에서는 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)가 제 1 도광판(111)에 대해 모두 동일 측면에 배치되었으며, 이에 따라 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131b, 131c), 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132b, 132c), 및 제 1 내지 제 3 입력 커플러(133a, 133b, 133c)도 모두 제 1 도광판(111)에 대해 동일 측면에 배치되었다. 그러나, 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)들이 제 1 도광판(111)의 양쪽 측면에 분산되어 배치될 수도 있다.
예를 들어, 도 7은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 제 1 및 제 3 광원부(120a, 120c)는 제 1 도광판(111)의 우측에 배치되고 제 2 광원(120b)는 제 1 도광판(111)의 좌측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 3 수평 빔 편향기(131a, 131c), 제 1 및 제 3 수직 빔 편향기(132a, 132c), 및 제 1 및 제 3 입력 커플러(133a, 133c)가 제 1 도광판(111)의 우측에 배치될 수 있다. 또한, 제 2 수평 빔 편향기(131b), 제 2 수직 빔 편향기(132b), 및 제 2 입력 커플러(133b)는 제 1 도광판(111)의 좌측에 배치될 수 있다.
지금까지 설명한 실시예에서는 제 1 빔 확대부(110)와 제 2 빔 확대부(160)가 동일 평면 상에 배치되었으나, 제 1 빔 확대부(110)와 제 2 빔 확대부(160)를 적층형으로 배치할 수 도 있다. 예를 들어, 도 8은 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 사시도이다. 도 8을 참조하면, 제 2 빔 확대부(160)의 하부에 제 1 빔 확대부(110)가 배치되어 있다. 상세하게는, 제 1 빔 확대부(110)는 제 2 빔 확대부(160)의 하부에서 제 4 입력 커플러(113)와 대향하도록 배치될 수 있다.
또한 제 1 빔 확대부(110)는 각각의 파장에 따라 분할되어 적층형으로 배치된 제 1 파장 빔 확대부(110a), 제 2 파장 빔 확대부(110b), 및 제 3 파장 빔 확대부(110c)를 포함할 수 있다. 제 1 파장 빔 확대부(110a)는 제 1 광원부(120a)로부터 제공된 제 1 파장의 빛을 폭 방향, 즉 y 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 역할을 한다. 또한, 제 2 파장 빔 확대부(110b)는 제 2 광원부(120b)로부터 제공된 제 2 파장의 빛을 폭 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 역할을 하며, 제 3 파장 빔 확대부(110c)는 제 3 광원부(120c)로부터 제공된 제 3 파장의 빛을 폭 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 역할을 한다.
제 1 파장 빔 확대부(110a)는 제 1 파장 도광판(111a), 제 1 파장 도광판(111a)에 상부 표면에 배치된 제 1 입력 커플러(133a)와 제 1 출력 커플러(141), 및 제 1 파장 도광판(111a)의 하부 표면에 배치된 제 4 미러(151)를 포함할 수 있다. 대부분의 제 1 파장의 빛은 제 1 출력 커플러(141)에 의해 제 1 파장 도광판(111a)의 상부 표면으로 출사하지만, 일부의 빛은 제 1 파장 도광판(111a)의 하부 표면으로 출사할 수도 있다. 제 4 미러(151)는 제 1 파장 도광판(111a)의 하부 표면으로 출사하는 빛을 반사하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또는, 제 1 출력 커플러(141)가 제 1 파장 도광판(111a)의 하부 표면으로 빛을 반사하도록 구성되고, 제 4 미러(151)가 제 1 파장 도광판(111a)의 하부 표면으로 출사하는 빛을 반사하도록 구성될 수도 있다.
제 2 파장 빔 확대부(110b)는 제 1 파장 빔 확대부(110a)의 바로 위에 배치된다. 제 2 파장 빔 확대부(110b)는 제 2 파장 도광판(111b), 제 2 파장 도광판(111b)에 상부 표면에 배치된 제 2 입력 커플러(133b)와 제 2 출력 커플러(142), 및 제 2 파장 도광판(111b)의 하부 표면에 배치된 제 1 다이크로익 미러(152)를 포함할 수 있다. 대부분의 제 2 파장의 빛은 제 2 출력 커플러(142)에 의해 제 2 파장 도광판(111b)의 상부 표면으로 출사하지만, 일부의 빛은 제 2 파장 도광판(111b)의 하부 표면으로 출사할 수도 있다. 제 1 다이크로익 미러(152)는 제 2 파장 도광판(111b)의 하부 표면으로 출사하는 제 2 파장의 빛을 반사하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 제 1 다이크로익 미러(152)는 제 1 파장 빔 확대부(110a)로부터 오는 제 1 파장의 빛을 투과시킬 수 있다. 대신에, 제 2 출력 커플러(142)가 제 2 파장 도광판(111b)의 하부 표면으로 빛을 반사하도록 구성되고, 제 1 다이크로익 미러(152)는 제 2 파장 도광판(111b)의 하부 표면으로 출사하는 빛을 반사하도록 구성될 수도 있다.
제 3 파장 빔 확대부(110c)는 제 2 파장 빔 확대부(110b)의 바로 위에 배치된다. 제 3 파장 빔 확대부(110c)는 제 3 파장 도광판(111c), 제 3 파장 도광판(111c)에 상부 표면에 배치된 제 3 입력 커플러(133c)와 제 3 출력 커플러(142), 및 제 3 파장 도광판(111c)의 하부 표면에 배치된 제 2 다이크로익 미러(153)를 포함할 수 있다. 대부분의 제 3 파장의 빛은 제 3 출력 커플러(143)에 의해 제 3 파장 도광판(111c)의 상부 표면으로 출사하지만, 일부의 빛은 제 3 파장 도광판(111c)의 하부 표면으로 출사할 수도 있다. 제 2 다이크로익 미러(153)는 제 3 파장 도광판(111c)의 하부 표면으로 출사하는 제 3 파장의 빛을 반사하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 제 2 다이크로익 미러(153)는 제 1 및 제 2 파장 빔 확대부(110a, 110b)로부터 오는 제 1 및 제 2 파장의 빛을 투과시킬 수 있다. 대신에, 제 3 출력 커플러(143)가 제 3 파장 도광판(111c)의 하부 표면으로 빛을 반사하도록 구성되고, 제 2 다이크로익 미러(153)는 제 3 파장 도광판(111c)의 하부 표면으로 출사하는 빛을 반사하도록 구성될 수도 있다.
이러한 적층형 구조에서 백라이트 유닛 및 홀로그래픽 디스플레이 장치의 두께를 줄이기 위하여, 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)들을 제 1 빔 확대부(110)의 양쪽 측면에 각각 번갈아 배치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원부(120a)는 제 1 파장 빔 확대부(110a)의 우측에 배치되고, 제 2 광원부(120b)는 제 2 파장 빔 확대부(110b)의 좌측에 배치되고, 제 3 광원부(120c)는 제 3 파장 빔 확대부(110c)의 우측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제 1 수평 빔 편향기(131a), 제 1 수직 빔 편향기(132a) 및 제 1 입력 커플러(133a)는 제 1 파장 도광판(111a)의 우측에 배치되며, 제 2 수평 빔 편향기(131b), 제 2 수직 빔 편향기(132b) 및 제 2 입력 커플러(133b)는 제 2 파장 도광판(111b)의 좌측에 배치되고, 제 3 수평 빔 편향기(131c), 제 3 수직 빔 편향기(132c), 및 제 3 입력 커플러(133c)가 제 3 파장 도광판(111c)의 우측에 배치될 수 있다.
그리고, 제 1 내지 제 3 파장 도광판(111a, 111b, 111c)은 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)가 있는 방향으로 상대적으로 더 시프트될 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장 도광판(111a)과 제 3 파장 도광판(110c)은 우측으로 더 시프트되어 있고 제 2 파장 도광판(111b)은 좌측으로 더 시프트될 수 있다. 그러면 제 1 파장 도광판(111a)과 제 3 파장 도광판(110c)이 우측으로 돌출되면서 제 1 수평 빔 편향기(131a) 및 제 1 수직 빔 편향기(132a)와 제 3 수평 빔 편향기(131c) 및 제 3 수직 빔 편향기(132c)가 각각 배치될 공간이 마련될 수 있다. 또한 제 2 파장 도광판(111b)이 좌측으로 돌출되면서 제 2 수직 빔 편향기(132b) 및 제 2 입력 커플러(133b)가 배치될 공간이 마련될 수 있다. 이러한 방식으로 제 1 내지 제 3 파장 도광판(111a, 111b, 111c)이 서로에 대해 시프트되더라도, 제 1 내지 제 3 출력 커플러(141, 142, 143)는 서로에 대해 시프트되지 않게 배치된다. 예를 들어, 위쪽에서 보았을 때, 제 1 내지 제 3 출력 커플러(141, 142, 143)는 제 2 도광판(112)의 제 4 입력 커플러(113)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 그러면, 제 1 내지 제 3 출력 커플러(141, 142, 143)에 의해 출사된 제 1 내지 제 3 파장의 빛이 제 4 입력 커플러(113)에 손실 없이 입사할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 보이는 폭 방향 단면도이다. 도 9에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에서, 도 8의 실시예와 마찬가지로, 제 1 빔 확대부(110)와 제 2 빔 확대부(160)가 적층형으로 배치되어 있다. 그러나 도 9에 도시된 실시예의 경우, 도 8의 실시예와 달리, 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)가 제 1 빔 확대부(110)에 대해 동일한 측면에 배치되어 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 광원부(120a, 120b, 120c)는 각각 제 1 파장 빔 확대부(110a), 제 2 파장 빔 확대부(110b) 및 제 3 파장 빔 확대부(110c)에 대해 좌측에 배치될 수 있다.
이러한 구조에서, 백라이트 유닛 및 홀로그래픽 디스플레이 장치의 두께를 줄이기 위하여, 아래쪽으로 갈수록 도광판이 좌측으로 더 돌출될 수 있다. 예를 들어, 제 3 파장 도광판(111c)의 아래쪽에 있는 제 2 파장 도광판(111b)은 제 3 파장 도광판(111c)보다 길이가 길고 좌측으로 더 돌출될 수 있다. 또한, 제 2 파장 도광판(111b)의 아래쪽에 있는 제 1 파장 도광판(111a)은 길이가 가장 길고 제 2 파장 도광판(111b)보다 좌측으로 더 돌출될 수 있다. 이 경우에도, 제 1 내지 제 3 출력 커플러(141, 142, 143)는, 위쪽에서 보았을 때, 제 2 도광판(112)의 제 4 입력 커플러(113)와 중첩되도록 배치될 수 있다.
상술한 홀로그래픽 디스플레이 장치용 박형 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100.....홀로그래픽 디스플레이 장치 101, 102.....하우징
103.....힌지 110, 160.....빔 확대부
111, 112.....도광판
113, 133a, 133b, 133c.....입력 커플러
114, 141, 142, 143.....출력 커플러
120.....광원부 121a, 121b, 121c.....광원
122a, 122b, 122c.....광전달 부재
123a, 123b, 123c.....광출력 부재
124a, 124b, 124c.....콜리메이팅 렌즈
125a, 125b, 125c, 151, 155.....미러
131a, 131b, 131c, 132a, 132b, 132c.....빔 편향기
152, 153.....다이크로익 미러 170.....빔 편향부
200.....공간 광변조기 210.....필드 렌즈

Claims (22)

  1. 광빔을 제공하는 광원부;
    상기 광원부에서 제공된 광빔을 제 1 방향으로 확대하여 선광을 제공하는 것으로, 빛을 제 1 방향으로 진행시키는 제 1 도광판을 갖는 제 1 빔 확대부;
    상기 제 1 빔 확대부에서 제공된 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광을 제공하는 것으로, 빛을 제 2 방향으로 진행시키는 제 2 도광판을 갖는 제 2 빔 확대부; 및
    상기 광원부와 상기 제 1 빔 확대부 사이의 광 경로에 배치되어 광빔의 진행 방향을 2차원적으로 제어하는 빔 편향부;를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부가 동일 평면 상에 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는 제 1 파장의 빛을 제공하는 제 1 광원부, 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛을 제공하는 제 2 광원부, 및 제 1 및 제 2 파장과 다른 제 3 파장의 빛을 제공하는 제 3 광원부를 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 광원부는 상기 제 1 도광판의 측면에 대향하여 제 2 방향을 따라 각각 차례로 배열되어 있는 백라이트 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부는:
    제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 제 1 입력 커플러;
    제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 1 출력 커플러;
    제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 제 2 입력 커플러;
    제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 2 출력 커플러;
    제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 제 3 입력 커플러; 및
    제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 3 출력 커플러;를 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부는:
    상기 제 1 출력 커플러로부터 나온 제 1 파장의 빛을 반사하는 미러;
    상기 제 2 출력 커플러로부터 나온 제 2 파장의 빛을 반사하고 제 1 파장의 빛을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러; 및
    상기 제 3 출력 커플러로부터 나온 제 3 파장의 빛을 반사하고 제 1 및 제 2 파장의 빛을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러;를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 빔 편향부는:
    상기 제 1 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 1 입력 커플러에 입사하는 제 1 파장의 빛의 입사각을 조절하는 제 1 수평 빔 편향기와 제 1 수직 빔 편향기;
    상기 제 2 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 2 입력 커플러에 입사하는 제 2 파장의 빛의 입사각을 조절하는 제 2 수평 빔 편향기와 제 2 수직 빔 편향기; 및
    상기 제 3 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 3 입력 커플러에 입사하는 제 3 파장의 빛의 입사각을 조절하는 제 3 수평 빔 편향기와 제 3 수직 빔 편향기;를 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 수평 빔 편향기와 제 1 수직 빔 편향기 중 적어도 하나, 상기 제 2 수평 빔 편향기와 제 2 수직 빔 편향기 중 적어도 하나, 및 상기 제 3 수평 빔 편향기와 제 3 수직 빔 편향기 중 적어도 하나는 입사광을 회절시켜 서로 다른 각도로 진행하는 2개의 광빔을 만드는 액정 편향기인 백라이트 유닛.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 수평 빔 편향기, 상기 제 1 내지 제 3 수직 빔 편향기, 상기 제 1 내지 제 3 입력 커플러, 및 상기 제 1 내지 제 3 출력 커플러는 상기 제 1 도광판 상에서 제 2 방향을 따라 각각 차례로 배열되어 있는 백라이트 유닛.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 확대부는 상기 제 1 빔 확대부로부터 오는 빛을 상기 제 2 도광판의 내부로 진행시키는 제 4 입력 커플러, 및 빛을 상기 제 2 도광판의 외부로 방출되는 제 4 출력 커플러를 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 확대부는 상기 제 1 빔 확대부로부터 오는 빛을 상기 제 4 입력 커플로로 반사하는 미러를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부가 서로에 대해 회전되도록 구성되며, 상기 미러는 상기 제 1 빔 확대부와 제 2 빔 확대부 사이의 상대적인 각도에 따라 경사각이 조절되도록 구성된 백라이트 유닛.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부는 상기 제 2 빔 확대부의 하부에서 상기 제 4 입력 커플러와 대향하도록 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부는:
    상기 제 1 광원부로부터 제공된 제 1 파장의 빛을 제 1 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 제 1 파장 빔 확대부;
    상기 제 1 파장 빔 확대부의 위에 배치된 것으로, 상기 제 2 광원부로부터 제공된 제 2 파장의 빛을 제 2 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 제 2 파장 빔 확대부; 및
    상기 제 2 파장 빔 확대부의 위에 배치된 것으로, 상기 제 3 광원부로부터 제공된 제 3 파장의 빛을 제 3 방향으로 확대하여 선광으로 만드는 제 3 파장 빔 확대부;를 포함하는 백라이트 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 빔 확대부는 제 1 파장 도광판, 상기 제 1 파장 도광판의 상부 표면에 배치된 제 1 입력 커플러와 제 1 출력 커플러를 포함하며,
    상기 제 2 파장 빔 확대부는 제 2 파장 도광판, 상기 제 2 파장 도광판의 상부 표면에 배치된 제 2 입력 커플러와 제 2 출력 커플러를 포함하며,
    상기 제 2 파장 빔 확대부는 제 2 파장 도광판, 상기 제 2 파장 도광판의 상부 표면에 배치된 제 2 입력 커플러와 제 2 출력 커플러를 포함하고,
    위쪽에서 보았을 때, 상기 제 1 내지 제 3 출력 커플러가 상기 제 4 입력 커플러와 중첩되도록 배치되는 백라이트 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 광원부는 상기 제 1 파장 도광판의 제 1 측면에 대향하여 배치되고, 상기 제 2 광원부는 제 1 측면의 반대쪽인 상기 제 2 파장 도광판의 제 2 측면에 대향하여 배치되며, 상기 제 3 광원부는 상기 제 3 파장 도광판의 제 1 측면에 대향하여 배치되고,
    상기 제 1 파장 도광판 및 제 3 파장 도광판은 상기 제 2 파장 도광판에 대해 상대적으로 제 1 측면을 향하여 더 시프트되어 있는 백라이트 유닛.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 파장 도광판은 상기 제 3 파장 도광판보다 길이가 길고 제 1 측면으로 더 돌출되어 있으며, 제 1 파장 도광판은 길이가 가장 길고 상기 제 2 파장 도광판보다 제 1 측면으로 더 돌출되어 있는 백라이트 유닛.
  18. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 확대부는:
    제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 1 입력 커플러;
    제 1 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 1 출력 커플러;
    제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 2 입력 커플러;
    제 2 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 2 출력 커플러;
    제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 내부로 진행시키는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 3 입력 커플러; 및
    제 3 파장의 빛을 상기 제 1 도광판의 외부로 방출시키는 제 3 출력 커플러;를 포함하는 백라이트 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 빔 편향부는:
    상기 제 1 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 1 입력 커플러에 입사하는 제 1 파장의 빛의 입사각을 조절하는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 1 수평 빔 편향기와 2개의 제 1 수직 빔 편향기;
    상기 제 2 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 2 입력 커플러에 입사하는 제 2 파장의 빛의 입사각을 조절하는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 2 수평 빔 편향기와 2개의 제 2 수직 빔 편향기; 및
    상기 제 3 입력 커플러에 대향하여 배치되어 상기 제 3 입력 커플러에 입사하는 제 3 파장의 빛의 입사각을 조절하는 것으로, 상기 제 1 도광판의 상부 표면의 양쪽 가장자리에 각각 배치된 2개의 제 3 수평 빔 편향기와 2개의 제 3 수직 빔 편향기;를 포함하는 백라이트 유닛.
  20. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 광원부는 상기 제 1 도광판에 대해 모두 동일 측면에 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  21. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 광원부는 상기 제 1 도광판의 양쪽 측면에 각각 번갈아 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  22. 가간섭성 광빔을 제공하는 광원부;
    상기 광원부에서 제공된 광빔을 제 1 방향으로 확대하여 선광을 제공하는 것으로, 빛을 제 1 방향으로 진행시키는 제 1 도광판을 갖는 제 1 빔 확대부;
    상기 제 1 빔 확대부에서 제공된 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광을 제공하는 것으로, 빛을 제 2 방향으로 진행시키는 제 2 도광판을 갖는 제 2 빔 확대부;
    상기 광원부와 상기 제 1 빔 확대부 사이의 광 경로에 배치되어 광빔의 진행 방향을 2차원적으로 제어하는 빔 편향부;
    입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기; 및
    상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
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