KR20180053030A - 백라이트 유닛, 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 및 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법 - Google Patents

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안중권
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Abstract

백라이트 유닛, 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이, 및 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법이 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은, 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판과, 상기 도광판을 통해 전달된 광을 확장시키도록 구성되고, 복층 구조를 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자, 및 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자에서 반사된 광을 집광하도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학 소자를 포함한다.

Description

백라이트 유닛, 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 및 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법{Backlight unit, holographic display having the same and method of manufacturing holographic optical device}
예시적인 실시예는 홀로그래픽 3차원 영상을 표시할 수 있는 백라이트 유닛, 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 및 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어 3D 영화가 많이 나오고 있고, 이에 따라 3D 영상 표시 장치에 관련된 기술이 많이 연구 되고 있다. 입체 영상을 구현하는 방법으로, 크게 양안시차 방식(stereoscopic technique), 볼류메트릭 방식 (Volumetric technique) 및 홀로그래픽 방식(Holographic technique) 등이 알려져 있다.
양안시차 방식은 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 사용자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 사용자가 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 3차원 영상을 감상하는 경우에는 눈의 피로감이 크고, 좌안용 영상과 우안용 영상의 2시점만을 제공하는 3차원 영상 표시 장치는 사용자의 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.
예시적인 실시예는 홀로그래픽 3차원 영상을 표시할 수 있는 백라이트 유닛을 제공한다.
예시적인 실시예는 홀로그래픽 3차원 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이를 제공한다.
예시적인 실시예는 복층 구조를 가지는 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법을 제공한다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원; 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판; 상기 도광판의 일 측에 구비된 것으로, 상기 도광판을 통해 전달된 광을 확장시키도록 구성되고, 상기 광의 파장에 의존하여 분리된 복층 구조를 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자; 및 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자에서 반사된 광을 집광하도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학 소자;를 포함할 수 있다.
상기 광원은 레이저 또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 광원으로부터의 광의 경로를 변환하는 적어도 하나의 광경로 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 광원으로부터 광이 상기 도광판에 입사하는 방향을 변환하는 광편향기를 더 포함할 수 있다.
사용자의 동공 위치를 추적하는 아이트래킹 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 홀로그래픽 광학 소자가 제1 칼라 광에 반응하는 제1층과 제2 칼라 광과 제3 칼라 광에 반응하는 제2층을 포함할 수 있다.
상기 제1 칼라 광이 청색 광을 포함하고, 제2 칼라 광이 녹색 광을 포함하고, 제3 칼라 광이 적색 광을 포함할 수 있다.
상기 제1 홀로그래픽 광학 소자가 제1 칼라 광에 반응하는 제1층과 제2 칼라 광에 반응하는 제2층과, 제3 칼라 광에 반응하는 제3층을 포함할 수 있다.
상기 제1 칼라 광이 청색 광을 포함하고, 제2 칼라 광이 녹색 광을 포함하고, 제3 칼라 광이 적색 광을 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원; 광을 가이드하는 도광판; 상기 도광판의 일 면에 구비된 홀로그래픽 광학 소자; 및 상기 광원으로부터의 광을 상기 홀로그래픽 광학 소자로 확장되어 입사시키도록 구성된 광학 소자;를 포함하고, 상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 광을 적어도 두 지점으로 집광하도록 구성될 수 있다.
상기 광학 소자는 프리즘 또는 미러를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는, 광원; 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판; 상기 도광판의 일 측에 구비된 것으로, 상기 도광판을 통해 전달된 광을 확장시키도록 구성되고, 상기 광의 파장에 따라 반응하는, 적층된 적어도 2개의 층을 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자; 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자에서 반사된 광을 집광하도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학 소자; 및 상기 제2 홀로그래픽 광학 소자로부터 상기 도광판을 통해 전달된 광을 이용하여 영상을 표시하는 디스플레이 패널;을 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는, 광원; 광을 가이드하는 도광판; 상기 도광판의 일 면에 구비된 홀로그래픽 광학 소자; 상기 광원으로부터의 광을 상기 홀로그래픽 광학 소자로 확장되어 입사시키도록 구성된 광학 소자; 및 상기 홀로그래픽 광학 소자로부터 상기 도광판을 통해 전달된 광을 이용하여 영상을 표시하는 디스플레이 패널;을 포함하고, 상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 광을 적어도 2 지점으로 포커싱 하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법은, 기판에 제1층을 부착하는 단계; 상기 제1층을 복수 개의 영역으로 분할하고, 순차적으로 제1 칼라 광으로 홀로그램을 기록하는 단계; 상기 제1층에 제2층을 부착하는 단계; 및 상기 제2층을 제2 칼라 광과 제3 칼라 광으로 홀로그램을 기록하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법은, 상기 제1층을 간섭성이 낮은 광원으로 예비 노광하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 홀로그래픽 광학 소자에 다층 구조를 도입하여 광효율을 높일 수 있다. 예시적인 홀로그래픽 디스플레이는 자연스런 3차원 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 개략적인 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 개략적인 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 광원을 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 제1홀로그래픽 광학 소자의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 제1홀로그래픽 광학 소자의 다른 예를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 제1홀로그래픽 광학 소자의 다층 구조의 여러 가지 예를 도시한 것이다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 홀로그램을 기록하는 장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 17은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자에 홀로그램을 기록하는 장치의 다른 예를 도시한 것이다.
도 18은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자에 홀로그램을 기록하는 방법을 나타낸 것이다.
도 19는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 예비 노광에 따른 회절 강도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 다양한 실시예에 따른 백라이트 유닛, 홀로그래픽 디스플레이 및 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 "위", "상부" 또는 "상"에 구비된다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 비접촉으로 위에 존재할 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 A-A 선 단면도를 나타낸 것이다.
예시적인 홀로그래픽 디스플레이는 영상을 표시하는 디스플레이 패널(60)과, 디스플레이 패널(60)에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛은 광원과, 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판(50)과, 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)와, 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)를 포함할 수 있다.
광원은 예를 들어, 레이저 다이오드, 고체 레이저, 발광 다이오드(LED), 광섬유 등을 포함할 수 있다. 광원은 제1광원(10)과 제2광원(20)을 포함할 수 있다. 제1광원(10)은 제1 눈(예를 들어, 좌안)을 위한 영상을 위한 것이고, 제2광원(20)은 제2 눈(예를 들어, 우안)을 위한 영상을 위한 것이다. 제1광원(10)과 제2광원(20)은 각각 복수 개의 칼라 광원을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1광원(10)과 제2광원(20)은 예를 들어, 제1 파장 광을 출사하는 제1 칼라 광원(S1), 제2 파장 광을 출사하는 제2 칼라 광원(S2), 제3 파장 광을 출사하는 제3 칼라 광원(S3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 칼라 광원(S1)은 청색 광을 조사하고, 제2 칼라 광원(S2)은 녹색 광을 조사하고, 제3 칼라 광원(S3)은 적색 광을 조사할 수 있다.
한편, 제1광원(10)과 제2광원(20)의 위치에 따라 광의 경로를 바꿔주기 위한 광경로 변환기가 더 구비될 수 있다.
제1광원(10)과 제2광원(20)으로부터의 광이 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)의 면에 대해 평행한 방향으로 조사되는 경우, 제1광원(10)으로부터의 제1광(L1)이 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)로 향하도록 광의 진행 방향을 변환하는 제1 광경로 변환기(30)가 구비될 수 있다. 또한, 제2광원(20)으로부터의 제2광(L2)이 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)로 향하도록 광의 진행 방향을 변환하는 제2 광경로 변환기(40)가 구비될 수 있다. 광원의 위치는 홀로그래픽 디스플레이의 전체적인 공간 활용이나 사이즈를 컴팩트하게 하기 위해 적절히 선택될 수 있다.
도광판(50)은 제1광(L1)과 제2광(L1)이 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)로 입사되도록 가이드할 수 있다. 도광판(50)은 제1광(L1)과 제2광(L2)을 도광판(50) 내부에서 전반사 없이 제 1 홀로그래픽 광학 소자(H1)쪽으로 전달시킬 수 있다. 도광판(50)의 단면이 직사각형 모양일 수 있으며, 정사각형 모양일 수도 있다. 그러나, 도광판(50)의 단면의 모양은 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도광판(50)은 도광판(50)의 전체 길이를 따라서 단면적이 일정하도록 형성될 수 있다. 도광판(50)은 고 투과성의 플라스틱, 광학 유리 또는 석영유리로 만들어 질 수 있다. 그러나, 도광판(50)의 단면적의 모양 및 재료는 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 형태 및 재료로 형성될 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 광의 파장에 의존하여 분리된 복층 구조를 가질 수 있다. 도 4는 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)의 복층 구조의 일 예를 도시한 것이다. 예를 들어, 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 제1층(H11), 제2층(L12)을 포함할 수 있다. 제1층(H11)은 제1 파장 광에 의존하는 홀로그램 패턴을 포함하고, 제2층(H12)은 제2 파장 광과 제3 파장 광에 의존하는 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다. 또는, 도 4 도시된 2층이 2회 이상 반복 적층 되는 것도 가능하다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)가 제1층(H11), 제2층(H12), 및 제3층(H13)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1층(H11)은 제1 파장 광에 의존하는 홀로그램 패턴을 포함하고, 제2층(H12)은 제2 파장 광에 의존하는 홀로그램 패턴을 포함하고, 제3층(H13)은 제3 파장 광에 의존하는 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1홀로그램 광학 소자(H1)가 청색 파장 광에 의존하는 제1층(B), 녹색 파장 광과 적색 파장 광에 의존하는 제2층(GR)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 제1홀로그램 광학 소자(H1)가 적색 파장 광에 의존하는 제1층(G), 청색 파장 광과 적색 파장 광에 의존하는 제2층(BR)을 포함할 수 있다.
도 8은 제1홀로그램 광학 소자(H1)가 세 개의 층을 포함하는 예를 도시한 것이다. 제1홀로그램 광학 소자(H1)가 청색 광에 의존하는 제1층(B), 적색 광에 의존하는 제2층(R), 녹색 광에 의존하는 제3층(G)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 제1홀로그램 광학 소자(H1)를 복층 구조로 함으로써 광효율을 높일 수 있다. 복수 개 파장에 반응하는 홀로그램 패턴을 모두 한 층에 포함하는 경우, 각 파장에 대한 광 효율이 저하되는데 비해, 복층 구조로 하는 경우 각 층의 대응 파장에 대해 광 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 청색 파장 광은 다른 파장의 광에 비해 광 효율이 낮다. 따라서, 청색 파장 광에 대한 광 효율을 다른 파장 광에 비해 높이도록 청색 파장 광에 의존하는 층을 별도로 구비할 수 있다. 그리고, 도광판(50)을 통해 입사된 광에 대해 청색 파장 광에 의존하는 층이 가장 먼저 위치하도록 함으로써 상대적으로 낮은 광 효율을 가지는 청색 파장 광에 대한 효율을 높일 수 있다. 하지만, 층의 순서가 여기에 한정되는 것은 아니다.
다음은 1층, 2층, 3층 구조를 가지는 홀로그래픽 광학 소자를 사용한 경우 각 칼라 광에 대한 광효율을 나타낸 것이다. 1층 구조의 홀로그래픽 광학 소자는 적색 광, 녹색 광, 청색 광으로 동시에 홀로그램이 기록되고, 2층 구조의 홀로그래픽 광학 소자는 청색 광으로 기록된 제1층과, 적색 광과 녹색 광으로 동시에 기록된 제2층을 포함하고, 3층 구조의 홀로그래픽 광학 소자는 청색 광으로 기록된 제1층, 녹색 광으로 기록된 제2층, 적색 광으로 기록된 제3층을 포함할 수 있다.
　 1층 2층 3층
적색 광 15.16% 27.42% 62.63%
녹색 광 28.14% 41.75% 61.17%
청색 광 23.41% 60.74% 54.64%
표 1에서는 각 칼라광에 대해 1층, 2층, 3층 구조의 순서 대로 광 효율이 높아짐을 알 수 있다.
다음은 청색 광 대응 층, 녹색 광으로 각각 홀로그램을 기록한 3층으로 적층된 구조를 가지는 홀로그래픽 광학 소자의 최종 광 효율을 나타낸 것이다.
최종 광 효율
　 Sample1 Sample2 Sample3 Sample4
적색 광 8.48% 11.05% 8.90% 8.29%
녹색 광 5.60% 6.89% 7.56% 8.61%
청색 광 2.63% 2.22% 2.09% 2.80%
제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 도광판(50)의 일 측면에 구비될 수 있다. 사용자가 3D 화면을 볼 때, 영상이 형성되는 디스플레이 패널 면에 대해 직각인 면이 도광판(50)의 측면일 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널 면과 평행하고, 사용자 쪽에 가까운 도광판 면이 전면(front surface)이고, 디스플레이 패널 면과 평행하고, 사용자 쪽으로부터 먼 도광판 면이 후면(rear surface)일 수 있다.
제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)는 도광판(50)의 전면 또는 후면에 구비될 수 있다. 도 1과 도 2에서는 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)가 도광판(50)의 전면에 구비된 예를 도시한 것이다. 제 1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 제1광원(30)과 제2광원(40)으로부터 입사된 광선을 확장(expand)시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 제1광원(30)과 제2광원(40)으로부터 입사된 광선을 평행하게 만들도록 구성될 수 있다. 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 광을 확장시켜 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)의 전체 면에 입사되도록 할 수 있다.
제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)는 광을 확장시킴과 아울러 제 2 홀로그래픽 광학 소자(H2)쪽으로 반사시킬 수 있다.
제 2 홀로그래픽 광학 소자(50)는 제 1 홀로그래픽 소자(40)에 의해 입사된 광선을 투과시켜 디스플레이 패널(60)로 전달할 수 있다. 제2 홀로그래픽 광학 소자(50)는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 제2 홀로그래픽 광학 소자(50)가 도광판(50)의 전면에 구비되는 경우에는 제2 홀로그래픽 광학 소자(50)가 투과형일 수 있다. 제2 홀로그래픽 광학 소자(50)가 도광판(50)의 후면에 구비되는 경우에는 제2 홀로그래픽 광학 소자(50)가 반사형일 수 있다. 제 2 홀로그래픽 광학 소자(H2)는 입사된 광을 적어도 2개의 시역에 집광시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)는 제1광원(10)으로부터의 제1광(L1)은 제1 시역으로 포커싱하고, 제2광원(20)으로부터의 제2광(L2)은 제2 시역으로 포커싱할 수 있다.
제 1 홀로그래픽 광학 소자(H1) 및 제 2 홀로그래픽 광학 소자(H2)는 회절 격자를 포함할 수 있다. 제 1 홀로그래픽 광학 소자(H1)가 제1광원(10)과 제2광원(20)으로부터 입사된 광선을 평행하게 하고, 도광판(50)의 전면에 위치한 제 2 홀로그래픽 광학 소자(H2)쪽으로 방향 전환 시키도록 회절격자간의 간격 및 기울어진 각도 등이 적절히 조절될 수 있다. 또한, 제 2 홀로그래픽 광학 소자(H2)가 제 1 홀로그래픽 광학 소자(H1)에 의해 방향 전환된 광선을 투과(또는 반사)시키고, 집광될 수 있도록 회절격자간의 간격 및 기울어진 각도 등이 적절히 조절될 수 있다.
또는, 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)는 기준 빔과 신호 빔에 의해 기록된 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
제 2 홀로그래픽 광학 소자(H2)는 예를 들어, 우안 시역과 좌안 시역을 형성할 수 있다. 각각의 시역은 제1 및 제2 광원(10)(20), 도광판(50), 제 1 홀로그래픽 소자(H1) 및 제 2 홀로그래픽 소자(H2)로부터 형성될 수 있다. 두 개의 시역 사이의 각도는, 제1광원(10)과 제2광원(20)으로부터 입사되는 두 개의 광선 사이의 각도에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로 사용자의 양안 간격은 대략적으로 평균이 62mm정도이며, 이러한 수치에 근거하여 두 시역 사이의 각도가 형성되도록 제1 광원(10)과 제2 광원(20)을 위치시킬 수 있다.
한편, 도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이다.
도 9에서 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이와 동일한 참조 번호를 사용하는 구성 요소는 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 도 9를 참조하면, 제1 광경로 변환기(30)와 도광판(50) 사이에 제1 광 편향기(81)가 더 구비되고, 제2 광경로 변환기(40)와 도광판(50) 사이에 제2 광 편향기(82)가 더 구비될 수 있다. 그리고, 사용자의 동공을 추적할 수 있는 아이트래킹 소자(eye tracking device)(83)가 더 구비될 수 있다. 아이트래킹 소자(83)는 사용자의 동공의 위치를 센싱하여 사용자의 동공 위치가 변하는 것을 검출할 수 있다. 아이트래킹 소자(83)가 사용자의 동공 위치의 변화를 감지하면, 제1광원(10)으로부터의 제1광(L1)과 제2광원(20)으로부터의 제2광(L2)의 방향을 편향시켜 시역의 위치를 변화시킬 수 있다.
아이트래킹 소자(83)는 적외선카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다. 아이트래킹 소자(83)는 예를 들어, 카메라 등을 통해 사용자의 영상을 얻고, 영상 내에서 사용자의 동공을 검출하여 그 위치를 분석할 수 있다. 또한, 눈의 깜박임이나 장애물 등에 의해 사용자의 눈을 찾지 못하는 경우 눈의 위치를 예상하고, 사용자의 움직임에 따라 눈의 위치의 이동을 예측할 수 있다. 아이트래킹 소자(83)는 사용자의 동공 위치 변화를 실시간으로 추적하여 그 결과를 제어부(70)에 제공할 수 있다. 제어부(70)는 아이트래킹 소자(83)에서 센싱한 정보에 따라, 사용자의 동공의 위치가 변경되면, 변경된 사용자의 동공 위치로 영상의 시역 위치가 조절되도록 제1 및 제2 광 편향기(81)(82)를 움직여 광의 출력 방향을 제어할 수 있다. 제1 및 제2 광 편향기(81)(82)는 예를 들어, 액정층을 포함할 수 있다.
도 10은 제1광원(10)과 제2광원(20)이 도광판(50)을 향해 직접 광을 출사하도록 배치된 예를 도시한 것이다. 이 경우 제1광원(10)과 도광판(50) 사이 및 제2광원(20)과 도광판(50) 사이에 광 경로 변환기가 별도로 구비되지 않아도 되므로 부품을 줄일 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이의 공간 활용을 효율적으로 하기 위해 제1광원(10)과 제2광원(20)의 배치를 적절히 변경할 수 있다.
도 11은 하나의 광원을 사용한 예를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 홀로그래픽 디스플레이는 광원(11)과, 광원(11)으로부터의 광을 소정 비율로 분할하는 광 분할기(31) 및 광 경로 변환기(32)를 포함할 수 있다. 광 분할기(31)는 광원(11)으로부터의 광 중 일부 광은 투과시키고, 나머지 광은 반사시킬 수 있다. 광 분할기(31)에서 반사된 제1광(L1)은 광 경로 변환기(32)에서 반사되어 도광판(50)으로 향하고, 광 분할기(31)를 투과한 광은 바로 도광판(50)을 향한다. 제1광(L1)과 제2광(L2)이 도광판(50)을 통해 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)에 입사되고, 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)에 의해 광이 확대되어 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2) 전체 면에 입사될 수 있다. 그리고, 제2홀로그래픽 광학 소자(H2)가 서로 다른 방향에서 입사된 제1광(L1)과 제2광(L2)을 각각 다른 위치의 시점에 집광되도록 할 수 있다.
도 11에서 광원(11)이 도면 상 상부 방향으로 광을 출사하도록 배치되어 있지만, 이와 달리 광원(11)이 도광판(50)에 평행한 방향으로 광을 출사하도록 배치되는 것도 가능하다.
도 12는 도광판(50)의 짧은 변의 방향에 제1 및 제2 광원(10)(20)이 구비된 예를 도시한 것이다. 제1 및 제2 광원(10)(20)에 대향하는 도광판(50)의 다른 측 방향에 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)가 구비될 수 있다. 그리고, 도광판(50)의 후면에 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)가 구비될 수 있다. 제 2 홀로그래픽 소자(H2)는 대물렌즈처럼 동작하여, 제 1 홀로그래픽 소자(H1)로부터 들어온 광선을 도광판(50)으로부터 일정한 거리에 적어도 두 개의 집중된 시역을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 예를 들어 모바일 폰에 적용될 수 있으며, 도 12에서와 같이 모바일 폰의 짧은 변에 광원이 배치될 수 있다.
도 13은 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 사시도를 도시한 것이다.
도 13에 도시된 홀로그래픽 디스플레이는 제1광원(110), 제2광원(120), 제1광원(110)과 제2광원(120)으로부터 나온 광을 평행광으로 만드는 광학 소자(130)(140), 도광판(150), 반사기(M), 홀로그래픽 광학 소자(H), 및 디스플레이 패널(160)을 포함할 수 있다.
그리고, 제1광원(110)과 제2광원(120)의 턴온 턴오프를 제어하는 제어부(170)가 구비될 수 있다.
제1광원(110)과 제2광원(120)은 서로 인접하여 배치되고, 예를 들어 레이저 다이오드, 고체 레이저, 발광 다이오드(LED), 광섬유 등을 포함할 수 있다. 제1광원(110)은 제1 눈(예를 들어, 좌안)을 위한 시역을 형성하기 위한 것이고, 제2광원(120)은 제2 눈(예를 들어, 우안)을 위한 시역을 형성하기 위한 것이다. 제1광원(110)과 제2광원(120)은 각각 복수 개의 칼라 광원을 포함할 수 있다.
광학 소자(130)(140)는 각각 제1광원(110)으로부터 나온 제1광(L1)과 제2광원(120)으로부터 나온 제2광(L2)을 평행광으로 만들어 도광판(150)에 입사되도록 할 수 있다. 광학 소자(130)(140)는 예를 들어, 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 홀로그램 소자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 도 13에서 광학 소자(130)(140)가 서로 다른 몸체로 분리되어 구비된 예를 도시하였지만, 하나의 소자로 구성하는 것도 가능하다.
제1광(L1)과 제2광(L2)이 도광판(150)을 통하여 반사기(150)에 입사될 수 있다. 도광판(150)은 제1광(L1)과 제2광(L2)을 전반사 없이 통과시킬 수 있다. 반사기(M)는 제1광(L1)과 제2광(L2)을 홀로그래픽 광학 소자(H)를 향해 반사되도록 배치될 수 있다. 반사기(M)는 광의 반사 각도를 제어하기 위해 경사 반사면을 포함할 수 있다. 광학 소자(130)와 반사기(M)에 의해 제1광(L1)과 제2광(L2)이 확장되고 반사되어 홀로그래픽 광학 소자(H)에 입사될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(H)는 제1광(L1)을 한 시역에 집광시키고, 제2광(L2)을 다른 시역에 집광시킬 수 있다.
디스플레이 패널(160)이 홀로그래픽 광학 소자(H)로부터 입사된 제1광(L1)과 제2광(L2)을 이용하여 영상을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 일반 광학 소자와 홀로그래픽 광학 소자의 조합에 의해 광을 확장하고 집광할 수 있다.
도 14는 도 13에 도시된 홀로그래픽 디스플레이에 아이트래킹 소자(183)가 더 구비된 예를 도시한 것이다. 아이트래킹 소자(183)는 사용자의 눈의 위치를 추적할 수 있다. 사용자의 동공의 위치를 센싱하여 사용자의 동공 위치가 변하는 것을 검출할 수 있다. 아이트래킹 소자(83)는 적외선카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다.
도광판(150)과 디스플레이 패널(160) 사이에 광의 방향을 편향시키는 광 편향기가 구비될 수 있다. 예를 들어, 광 편향기가 광을 세로 방향으로 편향시키는 제1 광편향기(181)와, 광을 가로 방향으로 편향시키는 제2 광편향기(182)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 광편향기(181)(182)는 예를 들어 액정층 또는 전기 습윤 소자 등으로 구현될 수 있다. 아이트래킹 소자(183)가 사용자의 동공 위치의 변화를 감지하면, 제1 광편향기(181)와 제2광편향기(182)가 제1광원(110)으로부터의 제1광(L1)과 제2광원(120)으로부터의 제2광(L2)의 방향을 편향시켜 시역의 위치를 사용자의 동공 위치에 대응되게 변화시킬 수 있다. 그럼으로써 사용자가 이동을 하더라도 영상이 잘 보이도록 할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 예를 들어, 모바일 폰에 적용될 수 있다. 아이트래킹 소자(183)와 광편향기를 이용하여, 사용자가 모바일 폰의 화면을 볼 때, 사용자의 눈의 위치가 이동하는 것을 추적하여 눈의 위치에 따라 3차원 영상이 표시될 수 있다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 도시한 것이다. 홀로그래픽 디스플레이는 제1광원(210), 제2광원(220), 제1광원(210)과 제2광원(220)으로부터 나온 광을 평행광으로 만드는 광학 소자(230)(240), 도광판(250), 프리즘(P), 홀로그래픽 광학 소자(H), 및 디스플레이 패널(260)을 포함할 수 있다.
제1광원(210)과 제2광원(220)은 서로 인접하여 배치되고, 예를 들어 레이저 다이오드, 고체 레이저, 발광 다이오드(LED), 광섬유 등을 포함할 수 있다. 제1광원(210)은 제1 눈(예를 들어, 좌안)을 위한 시역을 형성하기 위한 것이고, 제2광원(220)은 제2 눈(예를 들어, 우안)을 위한 시역을 형성하기 위한 것이다. 제1광원(210)과 제2광원(220)은 각각 복수 개의 칼라 광원을 포함할 수 있다.
광학 소자(230)(240)는 각각 제1광원(210)으로부터 나온 제1광(L1)과 제2광원(220)으로부터 나온 제2광(L2)을 평행광으로 만들어 도광판(250)에 입사되도록 할 수 있다. 광학 소자(230)(S40)는 예를 들어, 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 홀로그램 소자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 도 15에서 광학 소자(230)(240)가 서로 다른 몸체로 분리되어 구비된 예를 도시하였지만, 하나의 소자로 구성하는 것도 가능하다.
제1광(L1)과 제2광(L2)이 도광판(250)을 통하지 않고 프리즘(P)에 직접 입사될 수 있다. 이 경우, 도광판(250)의 두께를 얇게 할 수 있다. 프리즘(P)은 제1광(L1)과 제2광(L2)을 홀로그래픽 광학 소자(H)를 향해 반사되도록 배치될 수 있다. 프리즘(P)은 광의 굴절 반사 각도를 제어할 수 있다. 광학 소자(230)와 프리즘(P)에 의해 제1광(L1)과 제2광(L2)이 확장되고 반사되어 도광판(250)을 통해 홀로그래픽 광학 소자(H)에 입사될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(H)는 제1광(L1)을 한 시역에 집광시키고, 제2광(L2)을 다른 시역에 집광시킬 수 있다.
디스플레이 패널(260)이 홀로그래픽 광학 소자(H)로부터 입사된 제1광(L1)과 제2광(L2)을 이용하여 영상을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 미러와 같은 광학 소자와 홀로그래픽 광학 소자의 조합에 의해 광을 확장하고 집광할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이는 아이트래킹 소자(283)가 더 포함할 수 있다. 아이트래킹 소자(283)는 사용자의 눈의 위치를 추적할 수 있다. 사용자의 동공의 위치를 센싱하여 사용자의 동공 위치가 변하는 것을 검출할 수 있다. 아이트래킹 소자(283)는 적외선카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다.
도광판(250)과 디스플레이 패널(260) 사이에 광의 방향을 편향시키는 광 편향기가 구비될 수 있다. 예를 들어, 광 편향기가 광을 세로 방향으로 편향시키는 제1 광편향기(281)와, 광을 가로 방향으로 편향시키는 제2 광편향기(282)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 광편향기(281)(282)는 예를 들어 액정층 또는 전기 습윤 소자 등으로 구현될 수 있다. 아이트래킹 소자(283)가 사용자의 동공 위치의 변화를 감지하면, 제1 광편향기(281)와 제2광편향기(282)가 제1광원(210)으로부터의 제1광(L1)과 제2광원(220)으로부터의 제2광(L2)의 방향을 편향시켜 시역의 위치를 사용자의 동공 위치에 대응되게 변화시킬 수 있다. 그럼으로써 사용자가 이동을 하더라도 영상이 잘 보이도록 할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 예를 들어, 모바일 폰에 적용될 수 있다. 아이트래킹 소자(283)와 광편향기를 이용하여, 사용자가 모바일 폰의 화면을 볼 때, 사용자의 눈의 위치가 이동하는 것을 추적하여 눈의 위치에 따라 3차원 영상이 표시될 수 있다. 제어부(270)는 아이트래킹 소자(283)에서 센싱한 정보에 따라 사용자의 동공의 위치가 변하면, 변화된 사용자의 동공 위치로 영상의 표시 위치가 조절되도록 제1광편향기(281)와 제2광편향기(282)를 제어할 수 있다.
도 16은 광을 두 개의 시역으로 집광시키도록 홀로그래픽 광학 소자에 홀로그램 패턴을 기록하는 홀로그램 기록 장치(400)를 도시한 것이다.
홀로그램 기록 장치(400)는 도 1에 도시된 제2 홀로그래픽 광학 소자(H2)나 도 13과 도 15에 도시된 홀로그래픽 광학 소자(H)를 형성하는데 사용될 수 있다. 도 16을 참조하면, 홀로그램 기록 장치(400)는 제1 칼라 광원(411), 제2 칼라 광원(412), 제3 칼라 광원(413), 제1 칼라 광원(411)으로부터의 제1광을 편광 방향에 따라 분할하는 제1 편광 빔스플리터(431), 제2 칼라 광원(412)으로부터의 제2광을 편광 방향에 따라 분할하는 제2 편광 빔스플리터(432), 및 제3 칼라 광원(413)으로부터의 제3광을 편광 방향에 따라 분할하는 제3 편광 빔스플리터(433)를 포함할 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(431), 제2 편광 빔스플리터(432), 및 제3 편광 빔스플리터(433)는 각각 제1편광(예를 들어, P 편광)은 투과하고, 제2편광(예를 들어, S 편광)은 반사시킬 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(431), 제2 편광 빔스플리터(432), 및 제3 편광 빔스플리터(433)에 의해 분할된 광은 각각 신호 광과 참조 광으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 빔스플리터(431), 제2 편광 빔스플리터(432), 및 제3 편광 빔스플리터(433)에 의해 반사된 광을 신호 광으로 사용하고, 제1 편광 빔스플리터(431), 제2 편광 빔스플리터(432), 및 제3 편광 빔스플리터(433)을 통과한 광을 참조 광으로 사용할 수 있다.
제1 칼라 광원(411)과 제1 편광 빔스플리터(431) 사이에 제1 파장판(421), 제2 칼라 광원(412)과 제1 편광 빔스플리터(432) 사이에 제2 파장판(422), 제3 칼라 광원(413)과 제3 편광 빔스플리터(433) 사이에 제3 파장판(423)이 더 구비될 수 있다. 제1 파장판(421), 제2 파장판(422), 제3 파장판(423)은 예를 들어 1/4 파장판일 수 있으며, 광의 위상을 변경할 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(431)를 통과한 제1 칼라 참조 광과, 제2 편광 빔스플리터(432)를 통과한 제2 칼라 참조 광과, 제3 편광 빔스플리터(433)를 통과한 제3 칼라 참조 광은 각각 평행광 형성 수단에 의해 평행광으로 될 수 있다.
평행광 형성 수단은 다양한 예들이 가능하며, 예를 들어 대물 렌즈, 핀홀, 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 빔스플리터(431)를 통과한 제1 칼라 참조 광은 제1 대물 렌즈(OL1), 제1 핀홀(PH1), 제1렌즈(446)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제2 편광 빔스플리터(432)를 통과한 제2 칼라 참조 광은 제2 대물 렌즈(OL2), 제2 핀홀(PH2), 제2렌즈(447)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제3 편광 빔스플리터(433)를 통과한 제3 칼라 참조 광은 제3 대물 렌즈(OL3), 제3 핀홀(PH3), 제3렌즈(448)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(431)와 제1 대물 렌즈(OL1) 사이에 제4 파장판(436), 제2 편광 빔스플리터(432)와 제2 대물 렌즈(OL2) 사이에 제5 파장판(437), 제3 편광 빔스플리터(433)와 제3 대물 렌즈(OL3) 사이에 제6 파장판(438)이 더 구비될 수 있다.
평행한 제1 칼라 참조 광과, 제2 칼라 참조 광과, 제3 칼라 참조 광을 하나의 광 경로로 합성하기 위해 제1미러(M1), 제1 다이크로익 미러(DM1), 제2 다이크로익 미러(DM2)가 구비될 수 있다. 1미러(M1), 제1 다이크로익 미러(DM1), 제2 다이크로익 미러(DM2)가 일렬로 배열될 수 있다. 제1 다이크로익 미러(DM1)와 제2 다이크로익 미러(DM2)는 소정 칼라 광을 반사시키고 나머지 칼라 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 다이크로익 미러(DM1)는 제2 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다. 제2 다이크로익 미러(DM2)는 제3 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다.
제1 칼라 참조 광이 제1미러(M1)에서 반사된 다음, 제1 다이크로익 미러(DM1)와 제2 다이크로익 미러(DM2)를 통과할 수 있다. 제2 칼라 참조 광이 제1 다이크로익 미러(DM1)에서 반사되고, 제2 다이크로익 미러(DM2)를 통과할 수 있다. 제3 칼라 참조 광이 제2 다이크로익 미러(DM2)에서 반사될 수 있다.
상기와 같은 메커니즘을 통해 제1 칼라 참조 광, 제2 칼라 참조 광, 제3 칼라 참조 광이 하나의 광 경로에서 합성될 수 있다. 합성된 광은 일 방향으로 확장된 단면적을 가질 수 있다. 그리고, 상기 광을 다른 방향으로 확장시키기 위한 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 렌즈는 예를 들어, 오목 실린드리컬 렌즈(L1), 볼록 실린드리컬 렌즈(L2)를 포함할 수 있다. 제2 다이크로익 미러(DM2)와 오목 실린드리컬 렌즈(L1) 사이에 적어도 하나의 광경로 변환기를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 광경로 변환기는 제2 미러(M2)와 제3 미러(M3)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광경로 변환기는 광의 경로를 변경하여 각 부품들의 배치를 적절하게 할 수 있도록 한다.
제1 편광 빔스플리터(431), 제2 편광 빔스플리터(432), 제3 편광 빔스플리터(433)를 통과한 제1, 제2 및 제3 참조 광을 이용하는 시스템이 참조광 시스템(RO1)을 구성할 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(431), 제2 편광 빔스플리터(432), 제3 편광 빔스플리터(433)에서 각각 반사된 제1, 제2 및 제3 신호 광을 이용하는 시스템이 신호광 시스템(SO1)을 구성할 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(431)에서 반사된 제1 칼라 신호 광과, 제2 편광 빔스플리터(432)에서 반사된 제2 칼라 신호 광과, 제3 편광 빔스플리터(433)에서 반사된 제3 칼라 신호 광을 하나의 광경로로 합성하기 위해 제7미러(M7), 제3 다이크로익 미러(DM3), 및 제4 다이크로익 미러(DM4)가 일렬로 배치될 수 있다.
제3 다이크로익 미러(DM3)는 제2 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다. 제4 다이크로익 미러(DM4)는 제3 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다.
제1 칼라 신호 광이 제7미러(M7)에서 반사된 다음, 제3 다이크로익 미러(DM3)와 제4 다이크로익 미러(DM4)를 통과할 수 있다. 제2 칼라 신호 광이 제3 다이크로익 미러(DM3)에서 반사되고, 제4 다이크로익 미러(DM4)를 통과할 수 있다. 제3 칼라 신호 광이 제4 다이크로익 미러(DM4)에서 반사될 수 있다.
상기와 같은 메커니즘을 통해 제1 칼라 신호 광, 제2 칼라 신호 광, 제3 칼라 신호 광이 하나의 광 경로에서 합성될 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(431)와 제7미러(M7) 사이에 제4 미러(M4), 제2 편광 빔스플리터(432)와 제3 다이크로익 미러(DM3) 사이에 제5 미러(M5), 제3 편광 빔스플리터(433)와 제4 다이크로익 미러(DM4) 사이에 제6 미러(M6)가 더 구비될 수 있다.
합성된 신호 광이 제4 대물 렌즈(OL4)와 제4 핀홀(PH4)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제4 다이크로익 미러(DM4)와 제4 대물 렌즈(OL4) 사이에 제8 미러(M8)가 더 구비될 수 있다.
위에서 설명한 참조 광과 신호 광이 간섭하여 기판(SUB) 상에 홀로그램 패턴(HP)이 기록될 수 있다. 이상 설명한 방법에서 제1, 제2 및 제3 칼라 광원(411)(412)(413)을 동시에 사용하여 홀로그램을 기록하는 것도 가능한 한편, 필요에 따라 제1 제1, 제2 및 제3 칼라 광원(411)(412)(413)을 선택적으로 사용하여 순차적으로 홀로그램을 기록하는 것도 가능하다.
도 16에 도시된 홀로그램 기록 장치(400)는 상대적으로 넓은 면적에 홀로그램을 기록할 수 있다.
도 17은 다른 예시적인 실시예에 따른 홀로그램 기록 장치(500)를 도시한 것이다. 홀로그램 기록 장치(500)는 도 16에 도시된 홀로그램 기록 장치(400)에 비해 작은 면적에 홀로그램을 기록할 수 있다.
홀로그램 기록 장치(500)는 도 1에 도시된 제1 홀로그래픽 광학 소자(H1)를 형성하는데 사용될 수 있다. 도 17을 참조하면, 홀로그램 기록 장치(500)는 제1 칼라 광원(511), 제2 칼라 광원(512), 제3 칼라 광원(513), 제1 칼라 광원(511)으로부터의 제1광을 편광 방향에 따라 분할하는 제1 편광 빔스플리터(531), 제2 칼라 광원(512)으로부터의 제2광을 편광 방향에 따라 분할하는 제2 편광 빔스플리터(532), 및 제3 칼라 광원(513)으로부터의 제3광을 편광 방향에 따라 분할하는 제3 편광 빔스플리터(533)를 포함할 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(531), 제2 편광 빔스플리터(532), 및 제3 편광 빔스플리터(533)는 각각 제1편광(예를 들어, P 편광)은 투과하고, 제2편광(예를 들어, S 편광)은 반사시킬 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(531), 제2 편광 빔스플리터(532), 및 제3 편광 빔스플리터(533)에 의해 분할된 광은 각각 신호 광과 참조 광으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 빔스플리터(531), 제2 편광 빔스플리터(532), 및 제3 편광 빔스플리터(533)에 의해 반사된 광을 신호 광으로 사용하고, 신호 광을 사용하는 시스템이 신호광 시스템(SO2)을 구성할 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(531), 제2 편광 빔스플리터(532), 및 제3 편광 빔스플리터(533)을 통과한 광을 참조 광으로 사용할 수 있고, 참조 광을 사용하는 시스템이 참조광 시스템(RO2)을 구성할 수 있다.
제1 칼라 광원(511)과 제1 편광 빔스플리터(531) 사이에 제1 파장판(521), 제2 칼라 광원(512)과 제1 편광 빔스플리터(532) 사이에 제2 파장판(522), 제3 칼라 광원(513)과 제3 편광 빔스플리터(533) 사이에 제3 파장판(523)이 더 구비될 수 있다. 제1 파장판(521), 제2 파장판(522), 제3 파장판(523)은 예를 들어 1/4 파장판일 수 있으며, 광의 위상을 변경할 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(531)를 통과한 제1 칼라 참조 광과, 제2 편광 빔스플리터(532)를 통과한 제2 칼라 참조 광과, 제3 편광 빔스플리터(533)를 통과한 제3 칼라 참조 광은 각각 평행광 형성 수단에 의해 평행광으로 될 수 있다.
평행광 형성 수단은 다양한 예들이 가능하며, 예를 들어 대물 렌즈, 핀홀, 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 빔스플리터(531)를 통과한 제1 칼라 참조 광은 제1 대물 렌즈(OL11), 제1 핀홀(PH11), 제1렌즈(541)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제2 편광 빔스플리터(532)를 통과한 제2 칼라 참조 광은 제2 대물 렌즈(OL12), 제2 핀홀(PH12), 제2렌즈(542)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제3 편광 빔스플리터(533)를 통과한 제3 칼라 참조 광은 제3 대물 렌즈(OL13), 제3 핀홀(PH13), 제3렌즈(543)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(531)와 제1 대물 렌즈(OL11) 사이에 제4 파장판(536), 제2 편광 빔스플리터(532)와 제2 대물 렌즈(OL12) 사이에 제5 파장판(537), 제3 편광 빔스플리터(533)와 제3 대물 렌즈(OL13) 사이에 제6 파장판(538)이 더 구비될 수 있다.
평행한 제1 칼라 참조 광과, 제2 칼라 참조 광과, 제3 칼라 참조 광을 하나의 광 경로로 합성하기 위해 제1미러(M11), 제1 다이크로익 미러(DM11), 제2 다이크로익 미러(DM12)가 구비될 수 있다. 제1미러(M11), 제1 다이크로익 미러(DM11), 제2 다이크로익 미러(DM12)가 일렬로 배열될 수 있다. 제1 다이크로익 미러(DM11)와 제2 다이크로익 미러(DM12)는 소정 칼라 광을 반사시키고 나머지 칼라 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 다이크로익 미러(DM11)는 제2 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다. 제2 다이크로익 미러(DM12)는 제3 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다.
제1 칼라 참조 광이 제1미러(M11)에서 반사된 다음, 제1 다이크로익 미러(DM11)와 제2 다이크로익 미러(DM12)를 통과할 수 있다. 제2 칼라 참조 광이 제1 다이크로익 미러(DM11)에서 반사되고, 제2 다이크로익 미러(DM12)를 통과할 수 있다. 제3 칼라 참조 광이 제2 다이크로익 미러(DM12)에서 반사될 수 있다.
상기와 같은 메커니즘을 통해 제1 칼라 참조 광, 제2 칼라 참조 광, 제3 칼라 참조 광이 하나의 광 경로에서 합성될 수 있다. 합성된 광은 일 방향으로 확장된 단면적을 가질 수 있다. 그리고, 제2 다이크로익 미러(DM12) 다음에 오목 실린드리컬 렌즈(545)가 더 구비될 수 있다. 또한, 오목 실린드리컬 렌즈(545) 다음에 광경로를 변환하기 위한 제2미러(M12)가 더 구비될 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(531), 제2 편광 빔스플리터(532), 제3 편광 빔스플리터(533)를 통과한 제1, 제2 및 제3 참조 광을 이용하는 시스템이 참조광 시스템(RO2)을 구성할 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(531), 제2 편광 빔스플리터(532), 제3 편광 빔스플리터(533)에서 각각 반사된 제1, 제2 및 제3 신호 광을 이용하는 시스템이 신호광 시스템(SO2)을 구성할 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(531)에서 반사된 제1 칼라 신호 광과, 제2 편광 빔스플리터(532)에서 반사된 제2 칼라 신호 광과, 제3 편광 빔스플리터(533)에서 반사된 제3 칼라 신호 광을 하나의 광경로로 합성하기 위해 제5미러(M15), 제3 다이크로익 미러(DM13), 및 제4 다이크로익 미러(DM14)가 일렬로 배치될 수 있다.
제3 다이크로익 미러(DM13)는 제2 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다. 제4 다이크로익 미러(DM14)는 제3 칼라 광을 반사시키고, 제1 칼라 광과 제3 칼라 광을 투과시킬 수 있다.
제1 칼라 신호 광이 제5미러(M15)에서 반사된 다음, 제3 다이크로익 미러(DM13)와 제4 다이크로익 미러(DM14)를 통과할 수 있다. 제2 칼라 신호 광이 제3 다이크로익 미러(DM13)에서 반사되고, 제4 다이크로익 미러(DM14)를 통과할 수 있다. 제3 칼라 신호 광이 제4 다이크로익 미러(DM14)에서 반사될 수 있다.
상기와 같은 메커니즘을 통해 제1 칼라 신호 광, 제2 칼라 신호 광, 제3 칼라 신호 광이 하나의 광 경로에서 합성될 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(531)와 제6미러(M16) 사이에 제3 미러(M13), 제2 편광 빔스플리터(532)와 제3 다이크로익 미러(DM13) 사이에 제4 미러(M14), 제3 편광 빔스플리터(533)와 제4 다이크로익 미러(DM14) 사이에 제5 미러(M15)가 더 구비될 수 있다.
합성된 신호 광이 제4 대물 렌즈(OL14)와 제4 핀홀(PH14)에 의해 평행광으로 될 수 있다. 제4 다이크로익 미러(DM14)와 제4 대물 렌즈(OL14) 사이에 제7 미러(M17)가 더 구비될 수 있다.
상기 평행광을 일 방향으로 집속하기 위해 적어도 하나의 렌즈를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5 렌즈(545) 다음에 오목 실린드리컬 렌즈(546)와 볼록 실린드리컬 렌즈(547)가 더 구비될 수 있다.
위에서 설명한 참조 광과 신호 광이 간섭하여 기판(SUB) 상에 어느 일 방향으로 확장된 면적에 홀로그램 패턴(HP)이 기록될 수 있다. 이상 설명한 방법에서 제1, 제2 및 제3 칼라 광원(511)(512)(513)을 동시에 사용하여 홀로그램을 기록하는 것도 가능한 한편, 필요에 따라 제1 제1, 제2 및 제3 칼라 광원(511)(512)(513)을 선택적으로 사용하여 순차적으로 홀로그램을 기록하는 것도 가능하다.
한편, 도 18에 도시된 바와 같이 홀로그램을 기록시 기판(SUB)을 복수 개의 영역(A1, A2, A3,..An)으로 분할하고, 복수 개의 영역(A1, A2, A3,..An)을 순서 대로 노광하여 홀로그램을 기록할 수 있다. 그럼으로써 홀로그램 기록에 사용되는 칼라 광원의 파워를 효율적으로 사용할 수 있다. 청색 광원은 다른 칼라 광원에 비해 상대적으로 적은 파워와 적은 광 효율을 가지기 때문에, 넓은 면적에 동시에 홀로그램을 기록할 때, 파워가 충분히 확보되지 못할 수 있다. 이런 경우, 면적을 분할하여 홀로그램을 기록함으로써 전체적으로 균일한 광효율을 가지고, 그리고, 높은 광 파원 밀도를 가지고 홀로그램을 기록할 수 있다. 홀로그램 기록 매질의 회절 효율은 광 파워 밀도가 높을수록 증가될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법은 도 19를 참조하면, 기판에 제1층을 부착하는 단계(S100), 상기 제1층을 복수 개의 영역으로 분할하고, 순차적으로 제1 칼라 광으로 홀로그램을 기록하는 단계(S200)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 18을 참조하여 설명한 분할 노광 방법을 사용할 수 있다. 홀로그램을 기록하는 것은 도 16 또는 도 17을 참조하여 설명한 홀로그램 기록 방법을 사용할 수 있다.
다음, 상기 제1층에 제2층을 부착할 수 있다(S300). 그리고, 상기 제2층을 제2 칼라 광과 제3 칼라 광으로 홀로그램을 기록할 수 있다(S400). 또는, 제2층을 제2 칼라 광으로 홀로그램을 기록하고, 제2층에 제3층을 부착한 다음, 제3층을 제3 칼라 광으로 홀로그램을 기록할 수 있다.
한편, 신호 광과 참조 광의 노광 전에 간섭성(coherence)이 낮은 광원을 이용하여 예비 노광(pre-exposure)을 한 후에 신호 광과 참조 광을 이용하여 홀로그램 기록을 할 수 있다. 그러면, 신호 광과 참조 광의 회절 강도를 향상할 수 있다.
도 20은 예비 노광에 대한 홀로그램 패턴의 회절 효율의 변화를 보인 것이다. 점선이 100초 동안 예비 노광을 한 경우이고, 실선이 200초 동안 예비 노광을 한 경우이다. 예비 노광을 1회 또는 2회를 한 경우 회절 강도가 향상됨을 보인다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 홀로그래픽 디스플레이, 모바일 폰, 3D TV 등에 적용될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10,11,20,110,120,210,220:광원
30,31,40:광경로 변환기
50,150,250:도광판, 60,160,260:디스플레이 패널
H1,H2,H:홀로그래픽 광학 소자
M:미러, P:프리즘
70,170,270:제어부

Claims (19)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판의 일 측에 구비된 것으로, 상기 도광판을 통해 전달된 광을 확장시키도록 구성되고, 상기 광의 파장에 의존하여 분리된 복층 구조를 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자; 및
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자에서 반사된 광을 집광하도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학 소자;를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 또는 발광 다이오드를 포함하는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 광의 경로를 변환하는 적어도 하나의 광경로 변환기를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 광이 상기 도광판에 입사하는 방향을 변환하는 광편향기를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    사용자의 동공 위치를 추적하는 아이트래킹 소자를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자가 제1 칼라 광에 반응하는 제1층과 제2 칼라 광과 제3 칼라 광에 반응하는 제2층을 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 칼라 광이 청색 광을 포함하고, 제2 칼라 광이 녹색 광을 포함하고, 제3 칼라 광이 적색 광을 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자가 제1 칼라 광에 반응하는 제1층과 제2 칼라 광에 반응하는 제2층과, 제3 칼라 광에 반응하는 제3층을 포함하는 백라이트 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 칼라 광이 청색 광을 포함하고, 제2 칼라 광이 녹색 광을 포함하고, 제3 칼라 광이 적색 광을 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 광원;
    광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판의 일 면에 구비된 홀로그래픽 광학 소자; 및
    상기 광원으로부터의 광을 상기 홀로그래픽 광학 소자로 확장되어 입사시키도록 구성된 광학 소자;를 포함하고,
    상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 광을 적어도 두 지점으로 집광하도록 구성된 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 또는 발광 다이오드를 포함하는 백라이트 유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광학 소자는 프리즘 또는 미러를 포함하는 백라이트 유닛.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 광의 경로를 변환하는 적어도 하나의 광경로 변환기를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 광원으로부터 광이 상기 도광판에 입사하는 방향을 변환하는 광편향기를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  15. 제10항에 있어서,
    사용자의 동공 위치를 추적하는 아이트래킹 소자를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  16. 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판의 일 측에 구비된 것으로, 상기 도광판을 통해 전달된 광을 확장시키도록 구성되고, 상기 광의 파장에 따라 반응하는, 적층된 적어도 2개의 층을 포함하는 제1 홀로그래픽 광학 소자;
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자에서 반사된 광을 집광하도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학 소자; 및
    상기 제2 홀로그래픽 광학 소자로부터 상기 도광판을 통해 전달된 광을 이용하여 영상을 표시하는 디스플레이 패널;을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  17. 광원;
    광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판의 일 면에 구비된 홀로그래픽 광학 소자;
    상기 광원으로부터의 광을 상기 홀로그래픽 광학 소자로 확장되어 입사시키도록 구성된 광학 소자; 및
    상기 홀로그래픽 광학 소자로부터 상기 도광판을 통해 전달된 광을 이용하여 영상을 표시하는 디스플레이 패널;을 포함하고,
    상기 홀로그래픽 광학 소자가 상기 광을 적어도 2 지점으로 포커싱 하도록 구성된 백라이트 유닛.
  18. 기판에 제1층을 부착하는 단계;
    상기 제1층을 복수 개의 영역으로 분할하고, 순차적으로 제1 칼라 광으로 홀로그램을 기록하는 단계;
    상기 제1층에 제2층을 부착하는 단계; 및
    상기 제2층을 제2 칼라 광과 제3 칼라 광으로 홀로그램을 기록하는 단계;를 포함하는 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1층을 간섭성이 낮은 광원으로 예비 노광하는 단계를 더 포함하는 홀로그래픽 광학 소자의 제조 방법.
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