KR20180065421A - 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 - Google Patents

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20180065421A
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light guide
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optical deflector
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송훈
박준용
성기영
이홍석
최칠성
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삼성전자주식회사
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Abstract

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다. 본 백라이트 유닛은, 도광판, 입사된 광을 도광판의 내부로 진행시키는 입력 커플러, 입력 커플러로부터 출사된 광을 편향시켜 도광판내에 진행시키는 광 편향기; 및 도광판을 진행한 광을 도광판의 외부로 방출시키는 출력 커플러를 포함한다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치{backlight unit 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 광 변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광 변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다.
그런데, 완전한 홀로그래픽 디스플레이 방식을 구현하기 위해서는 매우 높은 해상도의 공간 광 변조기 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 광 변조기의 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.
일 측면(aspect)에 따르는 백라이트 유닛은, 도광판; 입사된 광을 상기 도광판의 내부로 진행시키는 입력 커플러; 상기 도광판의 영역 중 상기 입력 커플러로 입사된 광의 광경로와 중첩되는 않는 영역상에 배치되며, 상기 입력 커플러로부터 출사된 광을 편향시켜 상기 도광판내에 진행시키는 광 편향기; 및 상기 도광판을 진행한 광을 상기 도광판의 외부로 방출시키는 출력 커플러;를 포함한다.
그리고, 상기 광 편향기는, 상기 도광판과 접할 수 있다.
또한, 상기 입력 커플러 및 상기 출력 커플러는, 상기 도광판의 제1 면에 접할 수 있다.
그리고, 상기 광 편향기는, 상기 도광판의 제1 면에 대향하는 제2 면상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 광 편향기는, 상기 제2 면 중 상기 입력 커플러가 배치된 영역과 중첩되지 않는 영역에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 광 편향기는, 상기 입력 커플러로부터 출사된 광을 서로 다른 방향으로 편향시키는 제1 광 편향기 및 제2 광 편향기;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 광 편향기와 상기 제2 광 편향기의 편향시키는 방향은 수직일 수 있다.
그리고, 상기 제1 광 편향기와 상기 제2 광 편향기는, 상기 도광판의 동일한 면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 광 편향기는 상기 도광판 중 상기 입력 커플러가 배치되는 면상에 상기 입력 커플러와 나란하게 배치되고, 상기 제2 광 편향기는, 상기 도광판 중 상기 입력 커플러가 배치되는 면과 대향하는 면상에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 입력 커플러에 입사된 광은 가간섭성 광일 수 있다.
또한, 상기 출력 커플러에서 방출되는 광은 선광일 수 있다.
그리고, 상기 입력 커플러는, 상기 입사된 광에 대해 일정 각도 기울어진 반사판, 프리즘, 블레이즈 그레이팅(blazed grating) 중 적어도 하나를 포함하는 일 수 있다.
또한, 상기 광 편향기는 상기 도광판과 이격 배치되고, 상기 광 편향기와 상기 도광판 사이에는 상기 도광판과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 채워질 수 있다.
상기 광 편향기는, 액정 광 편향기일 수 있다.
한편, 일 측면(aspect)에 따르는 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 제1 입력 커플러로부터 출사된 점광을 제 1 방향으로 확대하여 선광(line light)을 제공하는 제 1 광 확대부; 제2 입력 커플러로부터 출사된 상기 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광(surface light)을 제공하는 제 2 광 확대부; 상기 면광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기; 및 상기 제1 광 확대부 및 상기 제2 광 확대부 중 적어도 하나의 구성요소로서, 제1 입력 커플러로부터 출사된 상기 점광 또는 상기 제2 입력 커플러로부터 출사된 상기 선광을 편향시키는 광 편향기;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 광 확대부는, 상기 제1 입력 커플러로부터 출사된 광이 진행하는 제1 도광판; 및 상기 제1 도광판을 진행한 광을 상기 선광으로 출사시키는 제1 출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 편향기는 상기 제1 도광판과 접할 수 있다.
그리고, 상기 제1 입력 커플러는 상기 제1 도광판의 제1 면에 배치되고, 상기 광 편향기는 상기 제1 면과 대향하는 제2 면 중 상기 제1 입력 커플러가 배치되는 영역과 중첩되지 않는 영역에 배치될 수 있다.
또한, 상기 광 편향기는 상기 공간 광 변조기와 일체화될 수 있다.
그리고, 상기 광 편향기와 상기 도광판은 이격 배치되고, 상기 광 편향기와 상기 도광판 사이에는 상기 도광판과 굴절률이 동일한 물질이 채워질 수 있다.
개시된 실시예는 도광판에 접하는 반사형 광 편향기를 적용함으로써 박형 편향 가능한 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
또는 개시된 실시예는 공간 광 변조기와 일체화된 반사형 광 편향기를 적용함으로써 박형 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 개략적으로 보이는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구체적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 제1 광 확대부의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 복수 개의 광 편향기를 포함하는 제1 광 확대부를 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 복수 개의 광 편향기를 포함하는 제1 광 확대부를 도시한 도면이다.
도 7는 일 실시예에 따른 복수 개의 각도로 광을 편향시킬 수 있는 하나의 광 편향기를 포함하는 제1 광 확대부를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 제1 입력 커플러로서 반사판을 포함하는 제1 광 확대기를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 광 편향기를 포함하는 제2 광 확대부를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 광 편향기를 관계를 도시한 도면이다.
이하, 실시예들에 따른 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 가간섭성 광으로부터 면광을 제공하는 백라이트 유닛(10), 면광을 이용하여 홀로그래픽 영상을 재생하는 공간 광 변조기(20) 및 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 렌즈(30)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 양안 홀로그램 방식으로 관찰자의 좌안과 우안에 시점이 상이한 홀로그램 영상들을 각각 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 관찰자의 좌안 시역에 좌안용 홀로그램 영상을 제공하고 관찰자의 우안 시역에 좌안용 홀로그램 영상과는 시점이 다른 우안용 홀로그램 영상을 제공할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 제1 광 확대부(12)의 단면을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시에에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 가간섭성 광을 제공하는 광원(11), 광을 제 1 방향으로 확대하여 선광(line light)을 제공하는 제1 광 확대부(12), 선광을 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 확대하여 면광(surface light)을 제공하는 제2 광 확대부(13), 면광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광 변조기(20), 및 공간 광 변조기(20)에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 렌즈(30)를 포함할 수 있다. 도 2에는 렌즈(30)가 공간 광 변조기(20)와 제 2 광 확대부 사이에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 렌즈(30)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 렌즈(30)는 공간 광 변조기(20)의 전면에 배치될 수도 있다. 도 2에 도시된 광원(11), 제1 광 확대부(12) 및 제2 광 확대부(13)를 백라이트 유닛(10)이라고 한다.
광원(11)은 점광(point light)을 제공할 수 있다. 광원(11)은 높은 간섭성을 갖는 빛을 발생시키는 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 그러나, 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광 변조기(20)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있기 때문에, 광원 어느 정도의 공간 간섭성을 갖는 빛을 출사한다면 다른 어떤 광원도 사용이 가능하다.
광원(11)은 서로 다른 파장을 광을 제공하는 서브 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장의 광을 제공하는 제1 서브 광원 및 제2 파장의 광을 제공하는 제2 서브 광원을 포함할 수 있다. 도시되어 있지 않지만, 광원(11)과 제1 광 확대부(12) 사에는 광원(11)에서 제공되는 광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅 렌즈 등을 더 포함할 수 있다.
제1 광 확대부(12)는 광원(11)으로부터 제공된 광을 길이 방향, 즉 y 방향으로 확대하여 선광(line light)으로 만드는 역할을 한다. 제1 광 확대부(12)는 내부에서 광이 진행하는 제1 도광판(210), 광원(11)에세 출사된 광을 제1 도광판(210)의 내부로 진행시키는 제1 입력 커플러(220), 제1 입력 커플러(220)로부터 출사된 광을 편향시키고, 편향된 광을 제1 도광판(210)내에 진행시키는 광 편향기(230) 및 제1 도광판(210)을 진행한 광을 제1 도광판(210)의 외부로 출사시키는 제1 출력 커플러(240)를 포함할 수 있다. 제1 출력 커플러(240)에서 출사되는 광은 선광일 수 있다. 또한, 제1 광 확대부(12)는 제1 출력 커플러(240)로부터 나온 광을 반사하여 제2 광 확대부(13)로 입사시키는 제1 미러(250)를 더 포함할 수 있다.
제1 도광판(210)은 투명한 재료로 이루어지며 전반사를 통해 광을 진행시킬 수 있다. 제1 입력 커플러(220)에 입사된 광은 제1 입력 커플러(220)에 의해 회절된 제1 도광판(210)의 길이 방향, 예를 들어, y 방향을 따라 제1 도광판(210)의 내부를 진행하게 된다. 광원(11)에서 출사된 광은 제1 입력 커플러(220)에 수직하게 입사될 수 있다. 제1 입력 커플러(220)에 광이 수직하게 입사되고, 이후 광이 편향되기 때문에 제1 입력 커플러(220)를 수직 입사되는 광에 최적화되도록 설계 하면 광 효율을 증가시킬 수 있다.
제1 입력 커플러(220)는 제1 도광판(210)의 상부 표면의 가장자리에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 제1 입력 커플러(220)는 제1 도광판(210)의 하부에 배치될 수도 있다. 제1 입력 커플러(220)는 입사된 광의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 제1 입력 커플러(220)는 그레이팅(grating) 구조를 포함할 수 있다.
광 편향기(230)는 제1 입력 커플러(220)에서 회절된 광을 편향시켜 편향된 광을 제1 도광판(210)내에서 진행시킬 수 있다. 광 편향기(230)는 제1 도광판(210)의 일 영역상에 배치될 수 있다. 광 편향기(230)는 제1 도광판(210) 중 제1 입력 커플러(220)와 대향하는 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 입력 커플러(220)는 제1 도광판(210)의 제1 면(S1)에 배치될 수 있고, 광 편향기(230)는 제1 면(S1)과 대향하는 도광판의 제2 면(S2)에 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광 편향기(230)는 제1 도광판(210)의 영역 중 제1 입력 커플러(220)로 입사된 광의 광경로와 중첩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광원(11)에서 출사된 광이 입력 커플러와 수직으로 입사할 때, 광 편향기(230)는 제1 입력 커플러(220)가 배치된 영역과 중첩되지 않는 제2 면(S2)의 영역상에 배치될 수 있다. 광 편향기(230)는 제1 도광판(210)에 접할 수 있다. 광 편향기(230)는 다양한 방식으로 제1 도광판(210)에 배치될 수 있는데, 이에 대해 후술하기로 한다.
제1 도광판(210)에서 진행하는 광 중 제1 출력 커플러(240)에 입사된 광은 제1 도광판(210)의 상부 표면으로부터 출사하게 된다. 제1 출력 커플러(240)에서 출사된 광은 제1 도광판(210)의 길이 방향으로 확대될 수 있다. 제1 출력 커플러(240)는, 제1 입력 커플러(220)와 마찬가지로, 입사된 광의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 커플러(240)는 그레이팅(grating) 구조를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광 편향기(230)는 입사되는 광을 회절시켜 원래 진행하는 각도와 다른 각도로 편향시켜 제1 방향으로 진행하는 제1 광(L1) 또는 제2 방향으로 진행하는 제2 광(L2)과 같이 원하는 방향으로 광을 편향시키는 액정 광 편향기일 수 있다. 액정 광 편향기는 액정층을 사이에 두고 이격 배치되는 전극쌍을 포함할 수 있다. 그리하여 전극쌍에 인가되는 전압에 따라 액정의 굴절률을 변경시켜 출사되는 광의 각도가 변경될 수 있다.
광 편향기(230)에 의해 회절된 광(L1, L2)은 다른 각도로 제1 도광판(210)을 진행하게 된다. 상기와 같이 이전과 다른 다른 진행 경로로 진행한 광은 제1 출력 커플러(240)를 통해 다른 출사각으로 출사되게 된다. 그리고, 다른 출사각으로 진행한 광은 제2 광 확대부(13)와 공간 광 변조기(20)를 거친 후 도 1에 도시된 바와 같이 최종적으로 관찰자의 눈으로 진행하게 된다. 광 편향기(230)에서 회절 각도를 제어하여 관찰자의 눈의 위치에 따른 시역에 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 예를 들어, 제1 광(L1)에 의해 편향된 광의 방향에 위치한 관찰자에게 홀로그램 영상이 생성되고, 제2 광(L2)에 의해 제1 광(L1)과 다른 방향으로 편향된 방향에 위치한 관찰자에게 홀로그램 영상이 생성될 수 있다. 제1 출력 커플러(240)에서 출사된 광은 제1 미러(250)를 통해 제2 광 확대부(13)를 향해 반사된다.
앞서 기술한 바와 같이, 광원(11)이 복수 개의 서브 광원으로 이루어진 경우, 제1 광 확대부(12)도 복수 개의 서브 광 확대부로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광원(11)이 각각 적색, 녹색, 청색의 점광을 출사하는 제1 내지 제3 서브 광원을 포함하는 경우, 제1 광 확대부(12)도 적색, 녹색, 청색의 선광을 출사하는 제1 내지 제3 서브 광 확대부를 포함할 수 있다.
제2 광 확대부(13)는 제1 광 확대부(12)로부터 제공된 선광을 길이 방향, 즉 -x 방향으로 확대하여 면광으로 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 제2 광 확대부(13)는 투명한 재료로 이루어지며 전반사를 통해 광을 길이 방향으로 진행시키는 제2 도광판(310), 광을 제2 도광판(310)의 내부로 진행시키는 제2 입력 커플러(320), 광을 제2 도광판(310)의 외부로 출사시키는 제2 출력 커플러(330)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 광 확대부(13)는 제1 광 확대부(12)로부터 입사되는 광을 제2 입력 커플러(320)로 반사하는 제2 미러(340)를 더 포함할 수 있다.
제1 광 확대부(12)에서 출사된 광은 제2 미러(340)에 의해 반사되어 제2 입력 커플러(320)로 입사하게 된다. 제2 입력 커플러(320)에 의해 제2 도광판(310)의 내부로 진입한 광은 전반사를 통해 길이 방향을 따라, 즉, -x방향을 따라 제2 도광판(310)의 내부를 진행하게 된다. 다시 말해, 제2 도광판(310) 내에서 광이 진행하는 방향은 제1 도광판(210)내에서 광이 진행하는 방향과 수직일 수 있다. 이 과정에서, 제2 출력 커플러(330)에 입사된 광의 일부는 제2 도광판(310)의 상부 표면으로 출사하게 된다. 따라서, 광이 길이 방향으로 확대된다고 할 수 있다. 이를 위해 제2 입력 커플러(320)와 제2 출력 커플러(330)는 입사광의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 제2 입력 커플러(320)와 제2 출력 커플러(330)는 그레이팅 구조를 포함할 수 있다.
그리고, 제2 광 확대부(13)로부터 출사된 광은 렌즈(30)를 통해 공간 광 변조기(20)에 입사하게 된다. 공간 광 변조기(20)는 입사광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 역할을 한다. 공간 광 변조기(20)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사광이 회절 및 변조됨으로써 소정의 공간에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 광 확대부(12)와 제2 광 확대부(13)는 동일 평면(in-plane)상에 배치되기 때문에 백라이트 유닛(10)을 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, 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(10)은 2개의 광을 동시에 편향시킬 수 있기 때문에 시분할 방식이 아닌 공간 분할 방식으로 진행 방향이 상이한 2개의 광을 동시에 공간 광 변조기(20)에 제공할 수 있어, 홀로그래픽 영상의 품질이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 일 실시예에 따른 광 편향기는 입사된 광을 반사시키면서 편향시키기 때문에 반사형 광 편향기라고 할 수 있다. 반사형 광 편향기는 입사된 광을 투과시키면서 광을 편향시키는 투과형 광 편향기이 비해 편향 범위가 크다. 예를 들어, 반사형 광 편향기는 투과형 광 편향기에 비해 위상 변조 범위가 2배 크기 때문에 편향 조절 범위를 증가시킬 수 있다. 또는 동일한 편향 조절 범위에서 반사형 광 편향기는 투과형 광 편향기보다 두께를 반으로 줄일 수 있고, 광 편향기의 프린지 효과(fringe effect)를 줄일 수 있어 박형 백라이트 유닛의 구현이 용이하다. 또한, 일 실시예에 따른 반사형 광 편향기는 제1 도광판에 접하게 배치되어 제1 입력 커플러에서 회절된 광을 편향시키기 때문에 박형 백라이트 유닛을 유지할 수 있다.
도 2에서는 제1 광 확대부(12)와 제2 광 확대부(13) 사이의 미러를 통해 광이 전달된다고 하였으나, 이이에 한정되지 않는다. 제2 광 확대부(13)가 제1 광 확대부(12)와 적층되어 형성될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(101)를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 광 확대부(13)의 하부에 제1 광 확대부(12)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 광 확대부(12)의 제1 출력 커플러(240)는 제2 광 확대부(13)의 제2 입력 커플러(320)와 대향하게 배치될 수 있다. 미러를 포함하지 않기 때문에 두께가 실질적으로 크게 증가하지 않는다.
일 실시예에 따른 광 편향기(230)는 제1 입력 커플러(220)에서 회절된 광을 제1 도광판(210)의 내부로 반사하며, 제1 도광판(210)과 다양한 형태의 배치 관계를 가질 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 복수 개의 광 편향기(230)를 포함하는 제1 광 확대부(12a)를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 편향기(230)는 서로 다른 각도로 편향시키는 제1 광 편향기(231) 및 제2 광 편향기(232)를 포함할 수 있다. 제1 광 편향기(231)와 제2 광 편향기(232)의 편향시키는 방향은 서로 수직일 수 있다. 예를 들어, 제1 광 편향기(231)는 광을 수직 방향으로 편향시키는 수직 광 편향기고, 제2 광 편향기(232)는 광을 수평 방향으로 편향시키는 수평 광 편향기일 수 있다. 수직 광 편향기는 재생되는 홀로그램 영상의 위치가 수직 방향으로 조절되도록 광을 편향시키는 역할을 하고, 수평 광 편향기는 재생되는 홀로그램 영상의 위치가 수평 방향으로 조절되도록 광을 편향시키는 역할을 할 수 있다.
제1 광 편향기(231)와 제2 광 편향기(232)는 제1 도광판(210)의 동일한 면에 나란하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 광 편향기(231) 및 제2 광 편향기(232)는 제1 도광판(210)의 제2 면(S2)에 배치될 수 있다. 이와 같이 복수 개의 광 편향기(230)를 제1 도광판(210)에 공간 분할하여 배치시킬 수 있기 때문에 백라이트 유닛(10)의 두께 증가시키지 않으면서 다수의 편향기를 배치시킬 수 있다.
제1 광 편향기(231) 및 제2 광 편향기(232)는 제1 도광판(210)의 동일한 면에 배치된다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 도 6은 다른 실시예에 따른 복수 개의 광 편향기(230)를 포함하는 제1 광 확대부(12b)를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 광 편향기(231)는 도광판 중 제1 입력 커플러(220)가 배치되는 면과 대향하는 면인 제2 면(S2)상에 배치될 수 있고, 제2 광 편향기(232)는 제1 도광판(210) 중 제1 입력 커플러(220)가 배치되는 면인 제1 면(S1)상에 제1 입력 커플러(220)와 나란하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 광 편향기(232)는 제1 면(S1) 중 제1 입력 커플러(220)와 제1 출력 커플러(240) 사이에 배치될 수 있다. 복수 개의 광 편향기(230)가 나란하게 배치되면 제1 광 편향기(231)에 의해 편향된 광이 제2 광 편향기(232)에 의해 편향되기까지 일정 거리를 도광하여야 하나 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 광 편향기(231)는 제1 면(S1)에 배치되고, 제2 광 편향기(232)는 제2 면(S2)에 배치되면 도광 거리를 줄일 수 있어, 유효 출광 영역을 크게 확보할 수 있다.
도 5에서는 제1 광 편향기(231)와 제2 광 편향기(232)는 별도의 장치로 표시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 하나의 광 편향기(230)가 영역을 달리 하여 서로 다른 각도로 광을 편향시킬 수도 있다.
도 7는 일 실시예에 따른 광을 편향시킬 수 있는 하나의 광 편향기(230)를 포함하는 제1 광 확대부(12c)를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 광 편향기(230)는 제1 방향으로 광을 편향시키는 제1 영역(230a)과 제2 방향으로 광을 편향시키는 제2 영역(230b)을 포함할 수 있다. 즉 제1 영역(230a)과 제2 영역(230b)에 인가되는 전기적 신호에 의해 편향 각도가 조절될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 제1 입력 커플러로서 반사판(220a)을 포함하는 제1 광 확대기(12d)를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 입력 커플러(220)는 제1 도광판(210)의 일 영역에 광원(11)으로부터 출사된 광에 대해 일정 각도 기울어진 반사판(220a)일 수 있다. 반사판(220a) 이외에 프리즘, 블레이즈 그레이팅(blazed grating) 등이 배치될 수 있다. 제1 입력 커플러(220)로서 그레이팅 구조가 아닌 반사판을 적용하면 반사판(220a)에 입사된 상당수의 광이 반사되어 제1 도광판(210) 내에 진입하기 때문에 그레이팅 구조에 비해 광효율을 약 3배 이상 증가시킬 수 있다.
지금까지 제1 광 확대부(12)에 배치된 광 편향기(230)에 대해 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 광 편향기는 제2 광 확대부에도 배치될 수 있다. 도 9는 일 실시예에 따른 광 편향기(430)를 포함하는 제2 광 확대부(13a)를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 광 편향기(430)는 제2 입력 커플러(320)로부터 출사된 광을 편향시키고, 편향된 광을 제2 도광판(310)내에서 진행시킬 수 있다. 광 편향기(430)는 제2 도광판(310)의 일 영역상에 배치될 수 있다. 광 편향기(430)는 제2 도광판(310) 중 제2 입력 커플러(320)와 대향하는 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 입력 커플러(320)는 제2 도광판(310)의 제1 면(S3)에 배치될 수 있고, 광 편향기(430)는 제1 면(S3)과 대향하는 도광판의 제2 면(S4)에 배치될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 광 편향기(430)는 제2 도광판(310)의 영역 중 제2 입력 커플러(320)로 입사된 광의 광경로와 중첩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 광 확대부에서 출사된 광이 제2 입력 커플러(320)와 수직으로 입사할 때, 광 편향기(430)는 제2 입력 커플러(320)가 배치된 영역과 중첩되지 않는 제1 면(S3)의 영역상에 배치될 수 있다. 광 편향기(230)는 제2 도광판(310)에 접할 수 있다.
이외에도 광 편향기는 제2 도광판과 접하게 배치될 수도 있으며, 서로 다른 각도로 광을 편향시키는 복수 개의 서브 광 편향기를 포함할 수도 있고, 하나의 광 편향기가 서로 다른 각도로 광을 편향시킬 수도 있다. 광 편향기가 복수 개의 서브 광 편향기를 포함하는 경우, 복수 개의 서브 광 편향기는 제2 도광판의 동일한 면에 나란하게 배치될 수도 있고, 서로 대향하는 면에 각각 배치될 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 광 편향기를 관계를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 광 편향기(430a)는 공간 광 변조기(20)와 일체화되어 구성될 수 있다. 그리고, 광 편향기(430a)와 제2 도광판(310) 사이에는 제2 도광판(310)과 동일한 굴절률을 갖는 물질(360)이 채워질 수 있다. 그리하여, 제2 도광판(310)에서 광 편향기(430a)까지 입사되는 광의 광손실을 줄일 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, 101: 홀로그래픽 디스플레이 장치
10: 백라이트 유닛
20: 공간 광 변조기
30: 렌즈
11: 광원
12: 제1 광 확대부
13: 제2 광 확대부
230, 230a, 430, 430a: 광 편향기

Claims (20)

  1. 도광판;
    광을 상기 도광판의 내부로 진행시키는 입력 커플러;
    상기 도광판의 영역 중 상기 입력 커플러로 입사되는 광의 광경로와 중첩되는 않는 영역에 배치되며, 상기 입력 커플러로부터 출사된 광을 편향시켜 상기 도광판내에 진행시키는 광 편향기; 및
    상기 도광판을 진행한 광을 상기 도광판의 외부로 방출시키는 출력 커플러;를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 편향기는,
    상기 도광판과 접하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 커플러 및 상기 출력 커플러는,
    상기 도광판의 제1 면에 접하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광 편향기는,
    상기 도광판의 제1 면에 대향하는 제2 면상에 배치되는 백라이트 유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광 편향기는,
    상기 제2 면 중 상기 입력 커플러가 배치된 영역과 중첩되지 않는 영역에 배치되는 백라이트 유닛.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광 편향기는,
    상기 입력 커플러로부터 출사된 광을 서로 다른 방향으로 편향시키는 제1 광 편향기 및 제2 광 편향기;를 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 광 편향기와 상기 제2 광 편향기의 편향시키는 방향은 수직인 백라이트 유닛.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 광 편향기와 상기 제2 광 편향기는,
    상기 도광판의 동일한 면에 나란하게 배치되는 백라이트 유닛.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 광 편향기는 상기 도광판 중 상기 입력 커플러가 배치되는 면상에 상기 입력 커플러와 나란하게 배치되고,
    상기 제2 광 편향기는, 상기 도광판 중 상기 입력 커플러가 배치되는 면과 대향하는 면상에 배치되는 백라이트 유닛.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 커플러에 입사된 광은 가간섭성 광인 백라이트 유닛.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 출력 커플러에서 방출되는 광은 선광인 백라이트 유닛.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 커플러는,
    상기 입사된 광에 대해 일정 각도 기울어진 반사판, 프리즘, 블레이즈 그레이팅(blazed grating) 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 광 편향기는 상기 도광판과 이격 배치되고,
    상기 광 편향기와 상기 도광판 사이에는 상기 도광판과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 채워진 백라이트 유닛.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 광 편향기는,
    액정 광 편향기인 백라이트 유닛.
  15. 제1 입력 커플러로부터 출사된 점광을 제 1 방향으로 확대하여 선광(line light)을 제공하는 제 1 광 확대부;
    제2 입력 커플러로부터 출사된 상기 선광을 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 확대하여 면광(surface light)을 제공하는 제 2 광 확대부;
    상기 면광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기; 및
    상기 제1 광 확대부 및 상기 제2 광 확대부 중 적어도 하나의 구성요소로서, 제1 입력 커플러로부터 출사된 상기 점광 또는 상기 제2 입력 커플러로부터 출사된 상기 선광을 편향시키는 광 편향기;를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 광 확대부는,
    상기 제1 입력 커플러로부터 출사된 광이 진행하는 제1 도광판; 및
    상기 제1 도광판을 진행한 광을 상기 선광으로 출사시키는 제1 출력 커플러;를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 광 편향기는
    상기 제1 도광판과 접하는 홀로그래피 디스플레이 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 입력 커플러는 상기 제1 도광판의 제1 면에 배치되고,
    상기 광 편향기는 상기 제1 면과 대향하는 제2 면 중 상기 제1 입력 커플러가 배치되는 영역과 중첩되지 않는 영역에 배치되는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 광 편향기는 상기 공간 광 변조기와 일체화된 홀로그래피 디스플레이 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 광 편향기와 상기 도광판은 이격 배치되고,
    상기 광 편향기와 상기 도광판 사이에는 상기 도광판과 굴절률이 동일한 물질이 채워진 홀로그래피 디스플레이 장치.
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