KR20190099724A - 빔 편향기 및 이를 포함하는 3차원 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

빔 편향기는 입사되는 광 중 제 1 편광의 광을 선택하여 제 1 방향으로 편향시키는 제 1-1 편향기; 상기 제 1-1 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판; 및 상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제1 편광의 광을 선택하여 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 편향시키는 제 1-2 편향기;를 포함한다.
빔 편향기는 입사광을 독립적인 두 방향으로 분기하여 편향시킬 수 있으므로 3차원 디스플레이 장치에 적용되어 양질의 3차원 영상을 제공할 수 있다.

Description

빔 편향기 및 이를 포함하는 3차원 디스플레이 장치{Beam deflector and 3-dimensional display device including the same}
본 개시는 빔 편향기 및 이를 포함하는 3차원 디스플레이 장치에 대한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이(Holographic Display)는 넓은 깊이 표현 영역에서 또렷한 3차원 영상을 표현 하면서도, 눈의 피로감이 없어 긍극의 3차원 디스플레이로 여겨지고 있다. 하지만 이를 구현하기 위해서 파장 크기의 픽셀(Pixel)을 가진 고해상도의 공간 광변조기(spatial light modulator; SLM), 가간섭성을 가진 면광원, 그리고 방대한 양의 컴퓨터 생성 홀로그램(Computer Generated Hologram; CGH)의 계산이 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.
한편, 이러한 디스플레이 구현을 위해서는 관찰자의 양안 위치로 해당 시점의 영상을 담은 빛을 전달해야 하므로, 두 종류의 빛을 개별적으로 제어하는 것이 필요하다.
본 개시는 빔 편향기 및 이를 포함하는 3차원 디스플레이 장치를 제공한다.
일 유형에 따르면, 입사되는 광 중 제 1 편광의 광을 선택하여 제 1 방향으로 편향시키며, 상기 제 1 방향의 궤적이 수평 방향을 따라 제어되는 제 1-1 편향기; 상기 제 1-1 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판; 및 상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제1 편광의 광을 선택하여 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 편향시키며, 상기 제 2 방향의 궤적이 상기 수평 방향을 따라 제어되는 제 1-2 편향기;를 포함하는, 빔 편향기가 제공된다.
상기 제 1-1 및 제 1-2 편향기는 전기적으로 제어되는 광학적 이방성을 가지는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 1-1 및 제 1-2 편향기는 장축 방향이 상기 제 1 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및 상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제1전극부와 제2전극부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며, 상기 복수의 서브 전극은 상기 수평 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향과 수직 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다.
상기 빔 편향기는 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 선택하여 제 3 방향으로 편향시키며, 상기 제 3 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-3 편향기; 상기 제 2-3 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판; 및 상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 선택하여 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키며, 상기 제 4 방향의 궤적이 상기 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-4 편향기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2-3 및 제 2-4 편향기는 장축 방향이 상기 제 2 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및 상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제3전극부와 제4전극부를 포함할 수 있다.
상기 제 3 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며, 상기 복수의 서브 전극은 상기 수직 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다.
상기 빔 편향기는 상기 반파장판에 대하여 상기 제 1-1 편향기와 같은 측에 배치되어, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 제 3 방향으로 편향시키며, 상기 제 3 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-3 편향기; 및 상기 반파장판에 대하여 상기 제 1-2 편향기와 같은 측에 배치되어, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키며, 상기 제 4 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-4 편향기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2-3 및 제 2-4 편향기는 장축 방향이 상기 제 2 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및 상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제 3 전극부와 제 4 전극부를 포함할 수 있다.
상기 제 3 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며, 상기 복수의 서브 전극은 상기 수직 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다.
일 유형에 따르면, 가간섭성 광빔을 제공하는 광원; 상기 광원으로부터의 광을 독립적인 두 방향으로 분기하여 편향시키는 것으로, 상술한 어느 하나의 빔 편향기; 및 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 형성하는 공간 광변조기;를 포함하는, 3차원 디스플레이 장치가 제공된다.
상술한 빔 편향기는 두 종류의 빛을 독립적인 두 방향으로 편향시킬 수 있다.
상술한 빔 편향기가 편향시키는 두 방향은 이차원적으로 제어될 수 있다.
상술한 빔 편향기는 3차원 디스플레이 장치에 채용되어 적은 계산량으로, 양질의 3차원 영상을 제공하도록 활용될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1의 빔 편향기에 구비된 액정 분자들 및 서브 전극들의 세부적인 형상을 보인 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 도 1의 제 1-1 편향기에서 서브 전극들에 인가되는 전압, 제 1 편광의 광과 제 2 편광의 광에 대한 액정층의 굴절률 분포 및 입사광의 편향 방향을 예시적으로 보인다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 도 1의 제 1-1 편향기에서 서브 전극들에 인가되는 전압, 제 1 편광의 광과 제 2 편광의 광에 대한 액정층의 굴절률 분포 및 입사광의 편향 방향에 대한 다른 예시를 보인다.
도 5는 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.
도 6은 도 5의 빔 편향기에 구비된 액정 분자들 및 서브 전극들의 세부적인 형상을 보인 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 12는 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 사시도이고, 도 2는 도 1의 빔 편향기에 구비된 액정 분자들 및 서브 전극들의 세부적인 형상을 보인 평면도이다.
빔 편향기(100)는 입사광(Li) 중 제 1 편광의 광을 선택하여 제 1 방향으로 편향시키는 제 1-1 편향기(110), 제 1-1 편향기(110)를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사하는 광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판(150) 및 반파장판(150)을 통과하여 입사하는 광 중 제1 편광의 광을 선택하여 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 편향시키는 제 1-2 편향기(120)를 포함한다.
빔 편향기(100)는 서로 다른 두 종류의 광을 두 방향으로 분기하여 편향시키며 편향되는 방향을 독립적으로 제어한다. 서로 다른 두 종류의 광은 지향점이 다른 광일 수 있고, 예를 들어, 디스플레이 장치에 적용될 때, 다른 영상 정보에 따라 변조되는 광일 수 있다.
빔 편향기(100)에서의 입사광(Li)의 분기 및 편향은 편광 상태에 의존할 수 있다. 입사광(Li)은 서로 수직 방향인, 제 1 편광의 광과, 제 2 편광의 광을 포함할 수 있다. 이하에서, 광의 진행방향이 Z 방향인 기준에서, 제 1 편광은 Y 방향의 선편광으로 기호 ↔로 표시하며, 제 2 편광의 광은 X 방향의 선편광으로 기호 ⊙로 표시할 것이다.
제 1-1 편향기(110)는 입사광(Li) 중 제 1 편광(↔)의 광을 선택하여 제 1 방향으로 편향시키며, 편향각이 제어된다. 이를 위하여, 제 1-1 편향기(110)는 전기적으로 제어되는 광학적 이방성(optical anisotropy)을 가지는 물질을 포함할 수 잇다. 광학적 이방성은 서로 다른 편광의 광에 대해 서로 다른 굴절률을 나타내는 성질로서, 광학적 이방성 물질은 예를 들어, 제 1 편광(↔)의 광에 대한 굴절률과, 제 1 편광과 수직인 제 2 편광(⊙)의 광에 대한 굴절률이 서로 다를 수 있다. 이러한 물질로서, 장축 방향으로 편광된 광에 대한 굴절률과 이에 수직으로 편광된 광에 대한 굴절률이 서로 다른 액정 물질을 예시하여 설명할 것이나, 광학적 이방성 물질이 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1-1 편향기(110)는 액정층(117)과, 액정층(117)을 사이에 두고 이격 배치된 제 1 전극부(115), 제 2 전극부(118)를 포함한다. 제 1 전극부(115), 제 2 전극부(118)는 서로 마주하는 투명 기판(111)(129)에 각각 형성될 수 있다.
제 1-2 편향기(120)는 액정층(127)과, 액정층(127)을 사이에 두고 이격 배치된 제 1 전극부(125), 제 2 전극부(128)를 포함한다. 제 1 전극부(125), 제 2 전극부(128)는 서로 마주하는 투명 기판(121)(129)에 각각 형성될 수 있다.
제 1-1 편향기(110)에 구비되는 제 1 전극부(115)는 복수의 서브 전극(112)을 포함하며, 복수의 서브 전극(112)은 Y 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 X 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 복수의 서브 전극(112)에의 인가 전압은 개별적으로 조절될 수 있다. 제 1-1 편향기(110)의 제 2 전극부(118)는 복수의 서브 전극(112) 전체를 마주하는 형태의 평판 형상을 가질 수 있고, 제 1 전극부(115)를 이루는 각각의 서브 전극(112)과의 사이에 전압을 형성하기 위한 기준 전압이 인가될 수 있다.
마찬가지로, 제 1-2 편향기(120)에 구비되는 제 1 전극부(125)도 복수의 서브 전극(122)을 포함하며, 복수의 서브 전극(122)은 Y 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 X 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 복수의 서브 전극(122)에의 인가 전압은 개별적으로 조절될 수 있다. 제 1-2 편향기(120)의 제 2 전극부(128)는 복수의 서브 전극(122) 전체를 마주하는 형태의 평판 형상을 가질 수 있고, 제 1 전극부(125)를 이루는 각각의 서브 전극(122)과의 사이에 전압을 형성하기 위한 기준 전압이 인가될 수 있다.
제 1 전극부(115)(125), 제 2 전극부(118)(128) 는 투명 전도성 물질, 예를 들어, ITO(indium-tin-oxide), IZO(indium-zinc-oxide), ITZO(indium-tin-zinc-oxide)로 이루어질 수 있다.
투명 기판(111)(119)(121)(129)은 유리, 투명 플라스틱 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 투명 기판(111)(119)(121)(129)에는 액정 분자(LC)들을 도 2에 도시된 방향으로 배향하기 위한 배향층(alignment layer)(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1-1 편향기(110), 제 1-2 편향기(120)의 액정층(117)(127)에 구비되는 액정 분자(LC)들은 장축 방향이 제 1 편광(↔) 방향, 즉, Y 방향과 나란한 모드로 초기 배열된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 서브 전극(112)(122) 배치 및 액정 분자(LC)들이 초기 배열된 방향은 액정 분자(LC)의 장축 방향, 즉, Y 방향으로 편광된 제 1 편광(↔)의 광을 편향시키며, 편향되는 방향의 궤적을 수평 방향(H)으로 하기 위한 것이다. H 방향은 도면에서는 Y 방향이며, 빔 편향기(100)가 디스플레이 장치에 적용될 때, 시청자가 바라보는 화면의 가로 방향일 수 있다.
도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여, 제 1-1 편향기(110)가 제 1 편광(↔)의 광을 선택하여 원하는 편향각으로 편향시키고, 제 2 편광(⊙)의 광은 편향시키지 않는 원리를 살펴보기로 한다. 제 1-1 편향기(110)를 예시하여 설명할 것이나, 동일한 원리가 제 1-2 편향기(120)에도 적용된다.
도 3a 내지 도 3d는 각각 도 1의 제 1-1 편향기의 서브 전극들에 인가되는 전압, 제 1 편광의 광과 제 2 편광의 광에 대한 액정층의 굴절률 분포 및 입사광의 편향 방향을 예시적으로 보인다.
도 3a를 참조하면, 복수의 서브 전극(112)에의 인가 전압은 계단형으로 반복될 수 있다. 이러한 형태의 인가 전압은 액정층(117)내에 전기장 분포를 형성하며, 액정 분자(LC)들이 전기장 방향에 의존하여 정렬하게 된다. 예를 들어, 액정 분자(LC)들은 유전율 이방성이 양인 경우 방향자(director), 즉, 장축 방향이 전기장 방향으로 배열되며, 유전율 이방성이 음인 경우에는 장축 방향이 전기장 방향에 수직하게 배열될 수 있다. 액정 분자(LC)들이 회전하는 정도는 각 위치에서의 전기장 세기에 의존하며, 액정 분자(LC)들이 정렬된 형태는 도 3d와 같이, 즉, 각 위치에서 조금씩 다르게 나타난다. 액정 분자(LC)들은 장축 방향의 굴절률과, 이에 수직인 단축 방향의 굴절률이 다르기 때문에, 액정 분자(LC)들의 방향자 분포에 따라 액정층(117) 내에 굴절률 구배(refractive index gradient)가 형성될 수 있다.
도 3b는 액정층(117) 내의 굴절률 분포를 예시적으로 보인다. 도시된 굴절률 분포는 액정 디렉터(director) 방향, 즉, 액정 분자(LC)의 장축 방향의 편광인 제 1 편광(↔)의 광에 대한 굴절률이며, 액정 분자(LC)의 장축 방향과 수직인, 제 2 편광(⊙)의 광은 액정층(117) 내의 굴절률 분포를 느끼지 못한다. 도 3c에서 도시한 바와 같이, 제 2 편광(⊙)에 대한 굴절률은 위치에 따라 일정하며, 즉, 제 2 편광(⊙)의 광은 액정층(117) 내에 굴절률 변화가 없는 것으로 느끼게 된다.
도 3d에 도시한 광의 편향은 제 1 편광(↔)의 광에 대한 것이다. 제 2 편광(⊙)의 광은 액정층(117)을 통과 후에도 진행 방향을 유지하며, 편향되지 않는다. 제 1 편광(↔)의 광이 편향된 정도는 제 1 전극부(115), 제 2 전극부(118)간의 전압으로 조절될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 전극부(115)를 이루는 복수의 서브 전극(112) 각각에 인가된 전압을 조절하여, 원하는 편향 방향에 알맞은 굴절률 분포를 액정층(117) 내에 형성함으로써 편향 방향이 조절된다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 도 1의 제 1-1 편향기에서 서브 전극들에 인가되는 전압, 제 1 편광의 광과 제 2 편광의 광에 대한 액정층의 굴절률 분포 및 입사광의 편향 방향에 대한 다른 예시를 보인다.
도 4a와 같이, 서브 전극들에 인가되는 전압을 위치별로 조절하여, 도 3a와는 다른 전압 분포를 형성할 수 있다. 이러한 전압 분포에 의해 형성되는 전기장 분포에 따라, 액정층(117)내의 액정 분자(LC)들은 도 4d와 같은 형태로 정렬될 수 있다. 액정 분자(LC)들의 정렬 형태에 따라, 제 1 편광(↔)의 광에 대한, 액정층(117) 내의 굴절률 분포는 도 4b와 같이 나타날 수 있다. 제 2 편광(⊙)의 광에 대한 굴절률은 도 4c와 같이 일정하며, 즉, 제 2 편광(⊙)의 광은 액정층(117) 내의 굴절률 변화를 겪지 않으므로 편향되지 않는다.
이러한 굴절률 분포에 따라, 제 1 편광(↔)의 광이 액정층(117)에 입사하면, 도 4d와 같이 편향되어 출사된다. 편향된 정도는 도 3d와는 차이가 있으며, 서브 전극(112)에의 인가 전압을 조절하여 편향각이 조절됨을 알 수 있다. 편향각이 조절되는 궤적은 복수의 서브 전극(112)이 이격 배열된 방향, 즉, Y 방향이 된다.
실시예에 따른 빔 편향기(100)는 이러한 편광 선택 편향기인 제 1-1 편향기(110), 제 1-2 편향기(120)를 구비하여, 각각에의 인가 전압을 조절함으로써, 두 종류의 광을 분기하여 원하는 편향각으로 편향시킬 수 있다.
다시, 도 1을 참조하여, 빔 편향기(100)에의 입사광(Li)이 두 방향으로 분기되어 편향되는 과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
입사광(Li)은 서로 수직인 두 편광의 광이 랜덤하게 혼합된 형태일 수 있고, 제 1-1 편향기(110)를 통과함에 따라, 편광 별로 진행방향이 달라진다. 제 1-1 편향기(110)는 전술한 바와 같이, 액정층(117)에 구비된 액정 분자(LC)의 디렉터 방향인, 제 1 편광(↔)의 광에 대해서만 편향 작용을 나타낸다. 즉, 제 1 편광(↔)의 광은 입사된 방향에 대해 각도 θa만큼 편향된 제 1 방향을 향하며, 제 2 편광(⊙)의 광은 방향 변화 없이 진행한다. 편향각 θa는 서브 전극(112) 각각에의 인가 전압으로 조절되며, 서브 전극(112)들이 이격 배열된 방향은 Y 방향이므로, 이에 따라, 제 1 방향이 조절되는 궤적은 Y 방향, 즉, 수평 방향(H)이 될 수 있다. 광 경로가 분리된 두 광을 이하에서는 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)으로 명명하기로 한다.
제 1-1 편향기(110)에서 분리된 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 반파장판(150)을 지나며 편광이 변화된다. 제 1 분기광(La 의 편광은 제 1 편광(↔)에서 제 2 편광(⊙)으로 바뀌고, 제 2 분기광(Lb)의 편광은 제 2 편광(⊙)에서 제 1 편광(↔)으로 바뀐다.
제 1 분기광(La)과 제 2 분기광(Lb)이 제 1-2 편향기(120)에 입사하면, 제 1-2 편향기(120)는 제 1 편광(↔)의 광을 편향시키므로, 제 1 편광(↔) 상태인 제 2 분기광(Lb)이 편향된다. 제 2 분기광(Lb)의 편향 방향은 제 2 방향이며, 제 1 방향과는 다른 방향이다. 편향각 θb는 서브 전극(122) 각각에의 인가 전압으로 조절되며, 서브 전극(122)들이 배열된 방향은 Y 방향이므로, 이에 따라, 제 2 방향이 조절되는 궤적은 수평 방향(H)이 될 수 있다.
이와 같이, 빔 편향기(100)는 입사광(Li)을 제 1 분기광(La)과 제 2 분기광(Lb)으로 분리하며, 각기 다른 방향으로 편향시킬 수 있다. 이러한 서로 다른 방향이 조절되는 궤적은 수평 방향이 될 수 있고, 예를 들어, 관찰자의 좌, 우안의 수평 방향 위치를 고려하여, 두 종류의 광의 편향 방향이 조절될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 사시도이고, 도 6은 도 5의 빔 편향기에 구비된 액정 분자들 및 서브 전극들의 세부적인 형상을 보인 단면도이다.
빔 편향기(200)는 입사광(Li) 중 제 2 편광(⊙)의 광을 선택하여 제 3 방향으로 편향시키는 제 2-3 편향기(230), 제 2-3 편향기(230)를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사하는 광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판(250) 및 반파장판(250)을 통과하여 입사하는 광 중 제 2 편광(⊙)의 광을 선택하여 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키는 제 2-4 편향기(240)를 포함한다.
본 실시예에 따른 빔 편향기(200)는 두 종류의 광(La)(Lb)이 두 방향으로 편향 조절되는 궤적이 수직 방향(V)(X 방향)인 점에서 도 1의 빔 편향기(100)와 차이가 있으며, 이를 위해, 제 2-3 편향기(230), 제 2-4 편향기(240)의 서브 전극(232)(242) 배열 방향과 액정 분자(LC)의 장축 방향이 제 1-1 편향기(110), 제 1-2 편향기(120)와는 차이를 갖게 된다.
제 2-3 편향기(230)는 액정층(237)과, 액정층(237)을 사이에 두고 이격 배치된 제 3 전극부(235), 제 4 전극부(238)를 포함한다. 제 3 전극부(235), 제 4 전극부(238)는 서로 마주하는 투명 기판(231)(239)에 각각 형성될 수 있다.
제 2-4 편향기(240)는 액정층(247)과, 액정층(247)을 사이에 두고 이격 배치된 제 3 전극부(245), 제 4 전극부(248)를 포함한다. 제 3 전극부(245), 제 4 전극부(248)는 서로 마주하는 투명 기판(241)(249)에 각각 형성될 수 있다.
제 2-3 편향기(230)의 제 3 전극부(235)는 복수의 서브 전극(232)을 포함하며, 복수의 서브 전극(232)은 X 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 Y 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 복수의 서브 전극(232)에의 인가 전압은 개별적으로 조절될 수 있다. 제 2-3 편향기(230)의 제 4 전극부(238)는 복수의 서브 전극(232) 전체를 마주하는 형태의 평판 형상을 가질 수 있고, 제 3 전극부(235)를 이루는 각각의 서브 전극(232)과의 사이에 전압을 형성하기 위한 기준 전압이 인가될 수 있다.
마찬가지로, 제 2-4 편향기(240)의 제 3 전극부(245)는 복수의 서브 전극(242)을 포함하며, 복수의 서브 전극(242)은 X 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 Y 방향인 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 복수의 서브 전극(242)에의 인가 전압은 개별적으로 조절될 수 있다. 제 2-4 편향기(240)의 제 4 전극부(248)는 복수의 서브 전극(242) 전체를 마주하는 형태의 평판 형상을 가질 수 있고, 제 3 전극부(245)를 이루는 각각의 서브 전극(242)과의 사이에 전압을 형성하기 위한 기준 전압이 인가될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 2-3 편향기(230), 제 2-4 편향기(240)의 액정층(237)(247)에 구비되는 액정 분자(LC)들은 장축 방향이 제 2 편광(⊙) 방향, 즉, X 방향과 나란한 모드로 초기 배열된다. 투명 기판(231)(241)(239)(249)에는 액정 분자(LC)들을 도시된 방향으로 배향하기 위한 배향층(alignment layer)(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 서브 전극(232)(242) 배치 및 액정 분자(LC)들이 초기 배열된 모드에서의 액정 디렉터 방향은 장축 방향, 즉, X 방향으로 편광된 제 2 편광(⊙)의 광을 편향시키며, 편향되는 방향의 궤적을 수직 방향(V)으로 하기 위한 것이다. 수직 방향(V)방향은 도면에서는 X 방향이며, 빔 편향기(200)가 디스플레이 장치에 적용될 때, 시청자가 바라보는 화면의 세로 방향일 수 있다.
실시예에 따른 빔 편향기(200)는 이러한 편광 선택 편향기인 제 2-3 편향기(230), 제 2-4 편향기(240)를 구비하고 각각에의 인가 전압을 조절함으로써, 두 종류의 광을 분기하여 원하는 편향각으로 편향시킬 수 있다.
도 5를 참조하여, 빔 편향기(200)에의 입사광(Li)이 두 방향으로 분기되어 편향되는 과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
입사광(Li)은 서로 수직인 두 편광의 광이 랜덤하게 혼합된 형태일 수 있고, 제 2-3 편향기(230)를 통과함에 따라, 편광 별로 진행방향이 달라진다. 제 2-3 편향기(230)는 전술한 바와 같이, 액정층(237)에 구비된 액정 분자(LC)의 디렉터 방향인, 제 2 편광(⊙)의 광에 대해서만 편향 작용을 나타낸다. 즉, 제 2 편광(⊙)의 광은 입사된 방향에 대해 각도 φa만큼 편향된 제 3 방향을 향하며, 제 1 편광(↔)의 광은 방향 변화 없이 진행한다. 편향각 φa는 서브 전극(232) 각각에의 인가 전압으로 조절되며, 서브 전극(232)들이 이격 배열된 방향은 X 방향이므로, 이에 따라, 제 3 방향이 조절되는 궤적은 X 방향, 즉, 수직 방향(V)이 될 수 있다.
제 2-3 편향기(230)에 의해, 제 2 편광(⊙)의 광만이 소정 각도 φa만큼 편향되어, 입사광(Li)이 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)으로 분리된다. 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 반파장판(250)을 지나며 편광이 변화된다. 제 1 분기광(La)의 편광은 제 2 편광(⊙)에서 제 1 편광(↔)으로 바뀌고, 제 2 분기광(Lb)의 편광은 제 1 편광(↔)에서 제 2 편광(⊙)으로 바뀐다.
제 1 분기광(La)과 제 2 분기광(Lb)이 제 2-4 편향기(240)에 입사하면, 제 2-4 편향기(240)는 제 2 편광(⊙)의 광을 편향시키므로, 제 2 편광(⊙) 상태인 제 2 분기광(Lb)이 편향된다. 제 2 분기광(Lb)의 편향 방향은 제 4 방향이며, 제 3 방향과는 다른 방향이다. 편향각 φb는 서브 전극(242) 각각에의 인가 전압으로 조절되며, 서브 전극(242)들이 이격 배열된 방향은 X 방향이므로, 이에 따라, 제 4 방향이 조절되는 궤적은 수직 방향(V)이 될 수 있다.
빔 편향기(200)는 입사광(Li)을 제 1 분기광(La)과 제 2 분기광(Lb)으로 분리하며, 각기 다른 방향으로 편향시킬 수 있다. 이러한 서로 다른 방향이 조절되는 궤적은 수직 방향이 될 수 있고, 예를 들어, 관찰자의 좌, 우안의 위치가 수평 방향 뿐 아니라 수직 방향으로도 변화될 수 있음을 고려하여 두 종류의 광의 편향 방향이 조절될 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 빔 편향기의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
빔 편향기(300)는 입사광(Li)을 두 방향으로 분기하여 편향시키되, 편향 조절되는 궤적이 2차원적으로 개별 조절될 수 있는 구성인 점에서, 전술한 빔 편향기(100)(200)와 차이가 있다.
빔 편향기(300)는 도 1에서 설명한 빔 편향기(100)와 도 5에서 설명한 빔 편향기(200)를 포함하며, 이들이 광 경로를 따라 배치되어 있다. 배치 순서는 빔 편향기(100)를 지난 광이 빔 편향기(200)에 입사되는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며 그 순서는 뒤바뀔 수 있다.
빔 편향기(100)(200)의 구조에서, 제 1-1 편향기(110), 제 1-2 편향기(120), 제 2-3 편향기(230), 제 2-4 편향기(240)에 구비되는 투명 기판의 도시는 편의상 생략되었다.
빔 편향기(100)에 도 1에서 설명한 바와 같이, 입사광(Li)을 제1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)으로 분기하며, 제 1 분기광(La)을 제 1 방향, 제 2 분기광(Lb)을 상기 제 1 방향과는 다른, 제 2 방향으로 편향시킨다. 빔 편향기(100)에 구비된 제 1-1 편향기(110), 제 1-2 편향기(120)의 서브 전극(112)(122)들의 배열 방향 및 액정 분자(LC)의 장축 방향에 의해, 제 1 방향, 제 2 방향이 조절되는 궤적은 수평 방향(Y 방향)이 된다. 이러한 편향 이후의 광에 대해서는 (H)를 부기하였다.
빔 편향기(100)를 지나며, 수평 방향(H) 궤적 내에서 소정의 편향각으로 분기된 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 다시 빔 편향기(200)를 지나며 수직 방향(V)의 궤적 내에서 편향각이 추가 조절된다. 빔 편향기(200)에 구비된 제 2-3 편향기(230), 제 2-4 편향기(240)의 서브 전극(232)(242)들의 배열 방향 및 액정 분자(LC)들의 장축 방향에 의해, 추가 조절되는 방향의 궤적은 수직 방향(X 방향)이 된다. 이러한 추가 편향된 광에 대해서는 (H, V)를 부기하였다.
도 8 내지 도 11은 또 다른 실시예들에 따른 빔 편향기(400)(401)(402)(403)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 8 내지 도 11의 빔 편향기(400)(401)(402)(403)는 도 7의 빔 편향기(300)의 변형예로서, 입사광(Li)을 두 방향으로 분기하여 편향시키며, 편향 조절되는 궤적이 2차원적으로 개별 조절될 수 있는 구성인 점에서, 도 7의 빔 편향기(300)와 기능이 동일하며, 반파장판(150)을 하나만 사용하는 점에서 차이가 있다.
빔 편향기(400)는 반파장판(150)과, 이를 사이에 두고, 반파장판(150)의 일측에 배치된 제 1-1 편향기(110), 제 2-4 편향기(240)와, 반파장판(150)의 다른 일측에 배치된 제 2-3 편향기(230), 제 1-2 편향기(120)를 포함한다.
도 8에서는 제 1-1 편향기(110)를 지난 광 경로에 제 2-4 편향기(240)가 배치된 것으로 도시되었으나, 이 배치 순서는 서로 바뀔 수 있다. 마찬가지로, 도 8에서는 제 2-3 편향기(230)를 지난 광 경로에 제 1-2 편향기(120)가 배치된 것으로 도시되었으나, 이 배치 순서는 서로 바뀔 수 있다. 이렇게 배치 순서가 뒤바뀐 실시예들은 도 9 내지 도 11에 도시되어 있다.
도 8을 참조하여, 빔 편향기(400)가 입사광(Li)을 두 방향으로 분기하여 편향시키며, 편향 궤적을 이차원적으로 조절하는 것을 살펴보기로 한다.
빔 편향기(400)에의 입사광(Li)은 제 1-1 편향기(110)를 지나며 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)으로 분기된다. 제 1 분기광(La)은 제 1 편광(↔)의 광으로, 제 1-1 편향기(110)에 의해 수평 방향 궤적의 소정 각도로 편향된다. 이러한 편향은 (H)로 부기하고 있다. 제 2 분기광(Lb)은 제 2 편광(⊙)의 광으로, 제 1-1 편향기(110)를 지나며 편향되지 않는다.
제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)이 제 2-4 편향기(240)에 입사하면, 제 2-4 편향기(240)는 제 2 편광(⊙)의 광을 수직 궤적으로 편향시키므로, 제 2 편광(⊙) 상태인 제 2 분기광(Lb)만이 수직 방향의 소정 각도로 편향된다. 이러한 편향은 (V)로 부기하고 있다.
제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 반파장판(250)을 지나며 편광 방향이 90도로 바뀐다. 제 1 분기광(La)은 제 1 편광(↔)에서 제 2 편광(⊙)으로, 제 2 분기광(La)은 제 2 편광(⊙)에서 제 1 편광(↔)으로 편광 상태가 바뀐다.
다음, 제 2-3 편향기(230)에 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)이 입사하면, 제 2-3 편향기(230)는 제 2 편광(⊙)의 광을 수직 방향 궤적의 소정 각도로 편향시키므로, 제 1 분기광(La)이 수직 방향 궤적의 소정 각도로 추가 편향된다. 즉, 제 1 분기광(La)의 방향은 수평 방향 궤적의 편향에 수직 방향 궤적의 편향이 추가된 방향이 되며, 이는 (H, V)로 부기하고 있다.
다음, 제 1-2 편향기(120)에 제 1 분기광(La), 제2 분기광(Lb)이 입사하면, 제 1-2 편향기(120)는 제 1 편광(↔)의 광을 수평 방향 궤적의 소정 각도로 편향시키므로, 제 2 분기광(Lb)이 수평 방향 궤적의 소정 각도로 추가 편향된다 제 2 분기광(Lb)의 방향은 수평 방향 궤적의 편향에 수직 방향 궤적의 편향이 추가된 방향이며, 이는 (H, V)로 부기하고 있다.
이와 같이, 빔 편향기(400)에의 입사광은 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)으로 나뉘어 서로 다른 방향으로 편향되며, 편향된 방향은 수평 방향 궤적의 각도, 수직 방향 궤적의 각도가 별도로 조절되어 원하는 임의의 방향이 될 수 있다.
도 9 내지 도 11의 빔 편향기(401)(402)(403)에서도 유사한 방식으로, 입사광(Li)이 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)으로 나뉘어 서로 다른 방향으로 편향된다. 각 분기광(La)(Lb)의 수평 방향 궤적의 편향과 수직 방향 궤적의 편향이 일어나는 순서에서만 차이가 있고, 빔 편향기(401)(402)(403)를 출사할 때는 결과적으로 도 8과 같은 형태의 빔 분기 및 편향이 일어나는 점에서 동일하다.
도 12는 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
3차원 디스플레이 장치(1000)는 가간섭성 광빔을 제공하는 광원(1100), 광원(1100)으로부터의 광을 편향시키는 빔 편향기(1200), 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 형성하는 공간 광변조기(1600)를 포함한다.
3차원 디스플레이 장치(1000)는 또한, 빔 편향기(1200)에서 편향되는 광을 공간 광 변조기(1600)에 대응하는 크기로 확대하고, 편향 방향에 따른 초점 궤적이 평면이 되도록 조절하는 에프-세타(f-θ) 렌즈(1400), 광 변조기(1600)에서 형성된 홀로그램 영상을 소정의 공간 상에 포커싱하는 필드 렌즈(1500)를 더 구비할 수 있다. 필드 렌즈(1500)와 광 변조기(1600)의 배치 순서는 도시된 형태에 제한되지 않으며 배치 위치가 서로 바뀔 수 있다.
3차원 디스플레이 장치(1000)는 또한, 시청자의 좌안, 우안 위치를 추적하는 아이 트래킹 센서(1700)와 빔 편향기(1200)에서 광을 편향시키는 방향을 제어하고, 공간 광 변조기(1600)에서 형성하는 홀로그램 패턴을 위한 CGH 연산(computer generating hologram calculation)을 수행하는 제어부(1800)를 더 포함할 수 있다.
빔 편향기(1200)는 광원(1100)에서의 광(Li)을 소정의 두 방향으로 편향시킬 수 있다. 빔 편향기(1200)에서 분기된 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 각각 시청자의 좌안, 우안을 향하는 광이 될 수 있다. 빔 편향기(1200)로는 도 1의 빔 편향기(100), 또는, 도 7 내지 도 11의 빔 편향기(300)(400)(401)(402)(403) 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 도 1의 빔 편향기(100)가 채용되는 경우, 빔 편향기(1200)는 시청자가 화면을 바라보는 기준에서의 수평 방향(Y 방향) 궤적으로 빔을 편향한다. 도 7 내지 도 11의 빔 편향기(300)(400)(401)(402)(403)가 채용되는 경우, 빔 편향기(1200)는 수평 방향(Y 방향) 및 수직 방향(X 방향)이 자유롭게 조절되는 임의의 두 위치로 빔을 편향시킬 수 있다.
광원(1100)에서의 광(Li)은 빔 편향부(1200)에 의해 편향된 후, 에프-세타(f-θ) 렌즈(1400), 필드 렌즈(1500)를 경유하여 공간 광 변조기(1600)에 입사한다.
두 지향성 빔, 즉, 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 공간 광 변조기(1600)에서 변조된다. 공간 광 변조기(1600)는 광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 역할을 한다. 공간 광변조기(1600)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사광이 회절 및 변조됨으로써 소정의 공간 상의 위치에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 제 1 분기광(La)은 좌안 홀로그램용 광으로 사용되고 제 2 분기광(Lb)은 우안 홀로그램용 광으로 사용된다. 즉, 제 1 분기광(La)에 의해 공간 광 변조기(1600)에서 좌안 홀로그램 영상이 재생되고, 제 2 분기광(Lb)에 의해 공간 광 변조기(1600)에서 우안 홀로그램 영상이 재생될 수 있다.
제어부(1800)는 아이 트래킹 센서(1700)에서 센싱한 시청자의 좌, 우안 위치에 대한 정보를 반영하여, 빔 편향기(1200)를 제어할 수 있다. 또한, 제 1 분기광(La)에 의해 좌안 홀로그램 영상이 재생되고, 제 2 분기광(Lb)에 의해 우안 홀로그램 영상이 재생되도록, 공간 광 변조기(1600)를 제어할 수 있다.
빔 편향기(1200)는 좌, 우안 위치의 수평 방향(Y 방향), 수직 방향(X 방향) 정보를 모두 반영하여 빔을 분기하여 편향시킬 수 있으므로, 시청자는 위치에 구애받지 않고 3차원 영상을 시청할 수 있다. 또한, 홀로그램 영상은 시청자의 시역 위치에만 형성되므로 CGH 계산량도 대폭 감소될 수 있다.
도 13은 다른 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
3차원 디스플레이 장치(2000)는 가간섭성 광빔을 제공하는 광원(1100), 광원(1100)으로부터의 광을 편향시키는 빔 편향기(1200), 및 입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 형성하는 공간 광 변조기(1600)를 포함한다. 또한, 광원(1100)에서의 광을 가이드하여 공간 광변조기(1600)를 향하게 하는 도광부(1300), 홀로그램 영상을 소정의 공간상에 포커싱 하기 위한 필드렌즈(1500)를 더 구비할 수 있다. 필드 렌즈(1500)와 광 변조기(1600)의 배치 순서는 도시된 형태에 제한되지 않으며 배치 위치가 서로 바뀔 수 있다.
3차원 디스플레이 장치(2000)는 또한, 시청자의 좌안, 우안 위치를 추적하는 아이 트래킹 센서(1700)와 빔 편향기(1200)에서 광을 편향시키는 방향을 제어하고, 공간 광 변조기(1600)에서 형성하는 홀로그램 패턴을 위한 CGH 연산(computer generating hologram calculation)을 수행하는 제어부(1800)를 더 포함할 수 있다.
빔 편향기(1200)는 광원(1100)에서의 광(Li)을 소정의 두 방향으로 편향시킬 수 있다. 빔 편향기(1200)에서 분기된 제 1 분기광(La), 제 2 분기광(Lb)은 각각 시청자의 좌안, 우안을 향하는 광이 될 수 있다. 빔 편향기(1200)로는 도 1의 빔 편향기(100), 또는, 도 7 내지 도 11의 빔 편향기(300)(400)(401)(402)(403) 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 도 1의 빔 편향기(100)가 채용되는 경우, 빔 편향기(1200)는 시청자가 화면을 바라보는 기준에서의 수평 방향(Y 방향) 궤적으로 빔을 편향한다. 도 7 내지 도 11의 빔 편향기(300)(400)(401)(402)(403)가 채용되는 경우, 빔 편향기(1200)는 수평 방향(Y 방향) 및 수직 방향(X 방향)이 자유롭게 조절되는 임의의 두 위치로 빔을 편향시킬 수 있다.
실시예의 3차원 디스플레이 장치(2000)는 도 12의 3차원 디스플레이 장치(1000)에 비해 얇은 두께를 가질 수 있는 구성이다. 도 12의 3차원 디스플레이 장치(1000)의 Z축 방향 길이는 빔 편향기(1200)와 공간 광 변조기(1600)의 크기 차이가 클수록 길어질 수 있다. 본 실시예의 3차원 디스플레이 장치(2000)는 빔 편향기(1200)에서 편향된 광을 공간 광 변조기(1600)의 크기에 맞도록 확대할 수 있는 도광부(1300)를 채용하고 있어 Z축 방향 길이가 줄어들 수 있다.
광원(1100)에서의 광(Li)은 빔 편향부(1200)에 의해 편향된 후, 도광부(1300)에 의해 가이드되며 공간 광변조기(1600)에 대응하는 크기로 확대되어 공간 광 변조기(1600)를 향하는 방향으로 출사된다. 도광부(1300)에는 빔 편향기(1200)에서 편향된 광이 입사되게 하는 입력 커플러(1320), 도광부(1300)에 의해 가이드되며 진행되는 광의 출사를 위한 출력 커플러(1340)가 더 마련될 수 있다.
도광부(1300)를 통해 출사되는 두 지향성 빔은 필드 렌즈(1500)를 통해 공간 광변조기(1600)에 입사하게 된다. 공간 광변조기(1600)는 입사광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 역할을 한다. 공간 광변조기(1600)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사광이 회절 및 변조됨으로써 소정의 공간 상의 위치에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 좌안 위치에는 좌안 홀로그램 영상이, 우안 위치에는 우안 홀로그램 영상이 재생될 수 있다.
빔 편향기(2300)를 통해 출사되는 두 지향성 빔은 필드 렌즈(2500)를 통해 공간 광변조기(2600)에 입사하게 된다. 공간 광변조기(2600)는 입사광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성하는 역할을 한다. 공간 광변조기(2600)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사광이 회절 및 변조됨으로써 소정의 공간 상의 위치에 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 제 1 분기광(La)은 좌안 홀로그램용 광으로 사용되고 제 2 분기광(Lb)은 우안 홀로그램용 광으로 사용된다. 즉, 제 1 분기광(La)에 의해 공간 광 변조기(1600)에서 좌안 홀로그램 영상이 재생되고, 제 2 분기광(Lb)에 의해 공간 광 변조기(1600)에서 우안 홀로그램 영상이 재생될 수 있다.
제어부(1800)는 아이 트래킹 센서(1700)에서 센싱한 시청자의 좌, 우안 위치에 대한 정보를 반영하여, 빔 편향기(1200)를 제어할 수 있다. 또한, 제 1 분기광(La)에 의해 좌안 홀로그램 영상이 재생되고, 제 2 분기광(Lb)에 의해 우안 홀로그램 영상이 재생되도록, 공간 광 변조기(1600)를 제어할 수 있다.
빔 편향기(1200)는 좌, 우안 위치의 수평 방향(Y 방향) 및 수직 방향(X 방향) 정보를 모두 반영하여 빔을 분기하여 편향시킬 수 있으므로, 시청자는 위치에 구애받지 않고 3차원 영상을 시청할 수 있다. 또한, 홀로그램 영상은 시청자의 시역 위치에만 형성되므로 CGH 계산량도 대폭 감소될 수 있다.
도 12 및 도 13의 3차원 디스플레이 장치(1000)(2000)에서 빔 편향기(1200)의 위치가 예시되었으나, 빔 편향기(1200)의 위치는 이에 한정되지 않고 다르게 변경될 수도 있다. 예를 들어, 필드 렌즈(1500)와 공간 광 변조기(1600) 사이의 위치에 배치될 수 있고, 또는 공간 광 변조기(1600)가 필드 렌즈와 빔 편향기(1200) 사이에 배치되도록 변경되는 것도 가능하다.
또한, 이상 설명된 실시예들의 빔 편향기는 액정 물질을 포함하는 것을 예시하여 설명하였으나, 광학적 이방성을 가지는 물질로서, 이방성의 정도가 조절될 수 있는 물질이라면 어떤 것이든지 이를 위한 조절 요소와 함께, 실시예들에 따른 빔 편향기에 채용될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300, 400, 401, 402, 403, 1200.. 빔 편향기
110.. 제 1-1 편향기
120.. 제 1-2 편향기
230.. 제 2-3 편향기
240.. 제 2-4 편향기
150, 250.. 반파장판
111, 119, 121, 129, 231, 239, 241, 249.. 투명기판
112, 122, 232, 242.. 서브 전극
115, 125.. 제 1 전극부
118, 128.. 제 2 전극부
235, 245.. 제 3 전극부
238, 248.. 제 4 전극부
1000, 2000.. 3차원 디스플레이 장치
1100.. 광원
1300.. 도광부
1400.. 에프-세타 렌즈
1500.. 필드 렌즈
1600.. 공간 광 변조기

Claims (20)

  1. 입사되는 광 중 제 1 편광의 광을 선택하여 제 1 방향으로 편향시키며, 상기 제 1 방향의 궤적이 수평 방향을 따라 제어되는 제 1-1 편향기;
    상기 제 1-1 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판; 및
    상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제1 편광의 광을 선택하여 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 편향시키며, 상기 제 2 방향의 궤적이 상기 수평 방향을 따라 제어되는 제 1-2 편향기;를 포함하는, 빔 편향기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1-1 및 제 1-2 편향기는 전기적으로 제어되는 광학적 이방성을 가지는 물질을 포함하는, 빔 편향기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1-1 및 제 1-2 편향기는
    장축 방향이 상기 제 1 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제1전극부와 제2전극부를 포함하는, 빔 편향기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 1 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며,
    상기 복수의 서브 전극은 상기 수평 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향과 수직 방향인 스트라이프 형상을 가지는, 빔 편향기.
  5. 제1항에 있어서,
    입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 선택하여 제 3 방향으로 편향시키며, 상기 제 3 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-3 편향기;
    상기 제 2-3 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판; 및
    상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 선택하여 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키며, 상기 제 4 방향의 궤적이 상기 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-4 편향기;를 더 포함하는, 빔 편향기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 2-3 및 제 2-4 편향기는
    장축 방향이 상기 제 2 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제3전극부와 제4전극부를 포함하는, 빔 편향기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 3 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며,
    상기 복수의 서브 전극은 상기 수직 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향인 스트라이프 형상을 가지는, 빔 편향기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반파장판에 대하여 상기 제 1-1 편향기와 같은 측에 배치되어, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 제 3 방향으로 편향시키며, 상기 제 3 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-3 편향기; 및
    상기 반파장판에 대하여 상기 제 1-2 편향기와 같은 측에 배치되어, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키며, 상기 제 4 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-4 편향기;를 더 포함하는, 빔 편향기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제 2-3 및 제 2-4 편향기는
    장축 방향이 상기 제 2 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제 3 전극부와 제 4 전극부를 포함하는, 빔 편향기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제 3 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며,
    상기 복수의 서브 전극은 상기 수직 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향인 스트라이프 형상을 가지는, 빔 편향기.
  11. 가간섭성 광빔을 제공하는 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 독립적인 두 방향으로 분기하여 편향시키는 것으로,
    입사되는 광 중 제 1 편광의 광을 선택하여 제 1 방향으로 편향시키며, 상기 제 1 방향의 궤적이 수평 방향을 따라 제어되는 제 1-1 편향기와,
    상기 제 1-1 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판과,
    상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제1 편광의 광을 선택하여 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 편향시키며, 상기 제 2 방향의 궤적이 상기 수평 방향을 따라 제어되는 제 1-2 편향기를 포함하는, 빔 편향기; 및
    입사광을 회절시켜 홀로그램 영상을 형성하는 공간 광 변조기;를 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제 1-1 및 제 1-2 편향기는 전기적으로 제어되는 광학적 이방성을 가지는 물질을 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제 1-1 및 제 1-2 편향기는
    장축 방향이 상기 제 1 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제1전극부와 제2전극부를 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제 1 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며,
    상기 복수의 서브 전극은 상기 수평 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향과 수직 방향인 스트라이프 형상을 가지는, 3차원 디스플레이 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 빔 편향기는,
    입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 선택하여 제 3 방향으로 편향시키며, 상기 제 3 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-3 편향기와,
    상기 제 2-3 편향기를 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사광의 편광을 90도 회전시키는 반파장판과,
    상기 반파장판을 통과한 광의 광 경로상에 배치되며, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 선택하여 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키며, 상기 제 4 방향의 궤적이 상기 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-4 편향기를 더 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제 2-3 및 제 2-4 편향기는
    장축 방향이 상기 제 2 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제3전극부와 제4전극부를 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제 3 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며,
    상기 복수의 서브 전극은 상기 수직 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향인 스트라이프 형상을 가지는, 3차원 디스플레이 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 반파장판에 대하여 상기 제 1-1 편향기와 같은 측에 배치되어, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 제 3 방향으로 편향시키며, 상기 제 3 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-3 편향기와,
    상기 반파장판에 대하여 상기 제 1-2 편향기와 같은 측에 배치되어, 입사되는 광 중 제 2 편광의 광을 상기 제 3 방향과 다른 제 4 방향으로 편향시키며, 상기 제 4 방향의 궤적이 수직 방향을 따라 제어되는 제 2-4 편향기를 더 포함하는, 3차원 디스플레이 장치
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제 2-3 및 제 2-4 편향기는
    장축 방향이 상기 제 2 편광 방향과 나란한 모드로 초기 배열되는 액정 분자들을 포함하는 액정층; 및
    상기 액정층을 사이에 두고 이격 배치된 제 3 전극부와 제 4 전극부를 포함하는, 3차원 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제 3 전극부는 복수의 서브 전극을 포함하며,
    상기 복수의 서브 전극은 상기 수직 방향을 따라 이격 배치되고, 길이 방향이 상기 수평 방향인 스트라이프 형상을 가지는, 3차원 디스플레이 장치.
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