KR20200104102A - 다중핀홀을 이용한 3차원 홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법 - Google Patents

다중핀홀을 이용한 3차원 홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법 Download PDF

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Abstract

시야각 확장판과 이를 포함하는 평판 디스플레이 및 그 동작방법에 관해 개시되어 있다. 일 실시예에 의한 시야각 확장판은 다중핀홀 마스크로써, 복수의 셀 영역과, 상기 복수의 셀 영역에 형성된 복수의 핀홀을 포함하고, 상기 복수의 셀 영역은 평판 디스플레이에 포함된 복수의 화소(pixel)에 대응하도록 구획되어 있다. 일 실시예에 의한 평판 디스플레이는 평행광을 방출하는 광원부와, 상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널(flat panel)과, 상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판을 포함하는데, 상기 확장판은 상기 일 실시예에 의한 확장판일 수 있다. 상기 확장판은 광학 디퓨저(diffuser)일 수도 있다. 일 실시예에 의한 평판 디스플레이의 동작방법은 상기 확장판을 포함하는 평판 디스플레이의 동작 중에 상기 확장판을 움직이는 과정을 포함한다.

Description

다중핀홀을 이용한 3차원 홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법{3 dimensional holographic display by using multi-pinhole and method of operating the same}
본 개시는 평판 디스플레이와 관련된 것으로써, 시야각 확장판과 이를 포함하는 평판 디스플레이 및 그 동작방법에 관한 것이며, 보다 자세하게는 다중핀홀을 이용한 3차원 홀로그래픽 디스플레이 및 그 동작방법에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이(holographic display)는 시청자에게 정확한 깊이 정보를 제공하여 확실한 입체감을 제공할 수 있다.
3차원 홀로그래픽 영상 기법은 3차원 영상 정보를 가진 빛의 파면을 직접적으로 만들어내는 기술이다. 양안의 시차를 이용하여 각각의 눈에 다른 영상정보를 표현하는 기술과 달리, 홀로그래픽 기술은 실제 물체로부터 나오는 빛 정보를 그대로 복원한다. 따라서 3차원 홀로그래픽 영상 기법을 이용하면 관측자는 특수한 안경 없이도 깊이 정보를 갖고 있는 3차원 영상을 볼 수 있다.
기존의 3차원 홀로그픽 영상 기법에서는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 이용하여 빛이 3차원 영상정보를 갖도록 변조한다. 이 경우, 3차원 영상의 크기 및 3차원 영상의 시청이 가능한 시야각의 크기가 공간 광 변조기가 제어 할 수 있는 광학 모드(optical modes)의 개수에 의해 제한된다.
일 실시예는 디스플레이에 적용될 때, 영상크기를 유지하면서(영상크기 손실없이) 시야각을 증가시킬 수 있는 시야각 확장판(예, 다중 핀홀 마스크)을 제공한다.
일 실시예는 투과율을 높일 수 있는 시야각 확장판을 제공한다.
일 실시예는 이러한 시야각 확장판을 포함하는 평판 디스플레이를 제공한다.
일 실시예는 이러한 평판 디스플레이의 동작방법을 제공한다.
일 실시예에 의한 시야각 확장판은 복수의 셀 영역과, 상기 복수의 셀 영역에 형성된 복수의 핀홀을 포함하고, 상기 복수의 셀 영역은 평판 디스플레이에 포함된 복수의 화소(pixel)에 대응하도록 구획되어 있다.
상기 복수의 핀홀은 상기 복수의 셀 영역 전체에 무작위로 분포된 것일 수 있다.
상기 복수의 핀홀은 상기 복수의 셀 영역에 각각 적어도 1개씩 존재할 수 있다.
상기 복수의 셀 영역 중 일부 셀 영역에 형성된 핀홀의 분포 형태는 서로 동일할 수 있다.
상기 복수의 핀홀 중 일부는 상기 복수의 셀 영역 중 선택된 일부 셀 영역에 무작위로 분포하고, 상기 복수의 셀 영역의 나머지에 분포된 복수의 핀홀은 상기 선택된 일부 셀 영역에 분포된 핀홀의 분포 형태가 반복되는 분포 형태를 가질 수 있다.
상기 복수의 핀홀의 분포형태는 기본 홀 분포형태가 복수회 반복된 분포 형태일 수 있다.
상기 각 셀 영역에 복수의 핀홀이 존재하고, 상기 각 셀 영역에서 셀 영역의 중심으로부터 거리에 따라 일정한 수의 핀홀이 존재할 수 있다.
상기 각 셀 영역에 복수의 핀홀이 존재하고, 상기 각 셀 영역에서 셀 영역의 중심으로부터 거리에 따라 존재하는 핀홀의 수는 정규 분포(가우시안 분포)를 따를 수 있다.
상기 복수의 핀홀은 상기 복수의 셀 영역에 각각 1개씩만 존재하고,
상기 복수의 셀 영역에서 셀 영역의 중심과 핀홀의 이격거리는 각 셀 영역별로 다를 수 있다.
일 실시예에 의한 평판 디스플레이는 평행광을 방출하는 광원부와, 상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널(flat panel)과, 상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판을 포함하고, 상기 확장판은 상기 일 실시예에 의한 확장판일 수 있다.
상기 플랫 패널은 홀로그래픽 영상을 제공하는 액정 디스플레이(LCD) 패널일 수 있다.
상기 광원부는 메타 렌즈(meta-lens)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 상기 광원부는 렌즈 역할을 하는 터비드 매체(turbid medium)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 의한 평판 디스플레이는 평행광을 방출하는 광원부와, 상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널과, 상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판을 포함하고, 상기 확장판은 광학 디퓨저(optical diffuser)를 포함한다. 이때, 상기 광학 디퓨저는 간유리 또는 반투과 필름을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의한 평판 디스플레이의 동작방법은 상기 확장판을 포함하는 평판 디스플레이의 동작 중에 상기 확장판을 움직이는 과정을 포함한다.
상기 확장판은 상기 플랫 패널에 평행한 평면에서 병진운동시킬 수 있다.
상기 확장판은 상기 플랫 패널에 대해 경사지게 할 수 있다.
상기 확장판은 상기 플랫 패널에 대해 회전시킬 수 있다.
상기 확장판을 팽창시키고, 상기 팽창된 확장판을 수축시켜 원래의 확장판으로 회복시킬 수 있다.
상기 확장판은 상기 플랫 패널의 영상이 표시되는 면 전체를 덮는 원판 또는 사각판일 수 있다.
다른 실시예에 의한 평판 디스플레이의 동작방법은 상기 광학 디퓨저를 포함하는 확장판을 포함하는 평판 디스플레이의 동작 중에 상기 광학 디퓨저를 움직이는 과정을 포함한다.
일 실시예에 의한 시야각 확장판은 전체 영역에 걸쳐 복수의 핀홀을 포함한다. 따라서 시야각 확장판에 입사되는 광은 핀홀에 의해 큰 회절각으로 회절된다. 이러한 시야각 확장판을 홀로그래픽 디스플레이와 같은 평판 디스플레이에 적용할 경우, 해당 평판 디스플레이의 시야각은 핀홀의 회절각에 의해 결정되는 바, 해당 평판 디스플레이의 영상 크기에 영향을 주지 않으면서 시야각을 증가시킬 수 있다. 또한, 실시예에 의한 시야각 확장판은 제조 과정에서 단일 포토 마스크를 반복 사용하여 형성할 수 있는 바, 대면적의 시야각 확장판을 구현할 수 있다. 이는 곧 대면적의 평판 디스플레이를 구현할 수 있음을 시사한다. 아울러, 실시예에 의한 시야각 확장판은 복수의 핀홀을 포함하여 많은 광이 투과될 수 있다. 그러므로 실시예에 의한 시야각 확장판이 적용된 평판 디스플레이의 경우, 상대적으로 광 투과율이 높아질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 제1 핀홀 마스크의 정면도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 제2 핀홀 마스크의 정면도이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 의한 제3 핀홀 마스크의 정면도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 핀홀 마스크에 형성된 복수의 홀들의 제1 분포 형태를 설명하기 위한 것으로, 핀홀 마스크에 포함된 셀 영역들 중 선택된 한 셀 영역에 대한 정면도이다.
도 6은 도 5의 셀 영역에 형성된 복수의 홀의 거리에 따른 분포형태를 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 의한 핀홀 마스크에 형성된 복수의 홀들의 제2 분포 형태를 설명하기 위한 것으로, 핀홀 마스크에 포함된 셀 영역들 중 선택된 한 셀 영역에 대한 정면도이다.
도 8은 도 7의 셀 영역에 형성된 복수의 홀의 거리에 따른 분포형태를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 1을 9-9’방향으로 절개한 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 의한 평판 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 10의 광원부의 구성에 대한 예를 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 10의 플랫 패널의 화소와 시야각 확장판의 대응을 나타낸 입체도이다.
도 13은 도 10의 평판 디스플레이에서 시야각 확장판의 병진운동(직선운동)을 나타낸 단면도이다.
도 14는 일 실시예에 의한 평판 디스플레이에서 시야각 확장판이 경사진 경우를 나타낸 단면도이다.
도 15는 일 실시예에 의한 평판 디스플레이에서 시야각 확장판이 회전하는 경우를 나타낸 정면도이다.
도 16은 일 실시예에 의한 평판 디스플레이에서 시야각 확장판이 사방으로 팽창되는 경우를 나타낸 평면도이다.
이하, 여러 실시예들에 의한 시야각 확장판과 이를 포함하는 평판 디스플레이와 이러한 평판 디스플레이의 동작방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 평판 디스플레이 동작방법은 평판 디스플레이를 설명하는 과정에서 함께 설명된다.
도 1은 일 실시예에 의한 제1 핀홀 마스크를 보여준다. 도 1에서 가로방향 숫자 1, 2, 3은 제1 핀홀 마스크(30)의 열(column) 번호를 나타내고, 세로방향 숫자 1, 2, 3은 제1 핀홀 마스크(32)의 행(row) 번호를 나타낸다. 제1 핀홀 마스크(32)는 이러한 행과 열로 지정되는 9개의 셀 영역((1,1)~(1,3), (2,1)~(2,3), (3,1)~(3,3))을 포함한다. 셀 영역((1,1)~(1,3), (2,1)~(2,3), (3,1)~(3,3)) 하나하나는 제1 핀홀 마스크(32)가 적용되는 플랫 패널 디스플레이의 화소(pixel)에 대응될 수 있다. 제1 핀홀 마스크(32)는 9개의 셀 영역을 포함하는 것으로 한정하였지만, 셀 영역은 9개 이상이 될 수 있다. 일 예로 제1 핀홀 마스크(32)를 비롯해서 후술되는 다른 핀홀 마스크는 각 핀홀 마스크가 적용되는 장치, 예컨대 플랫 패널 디스플레이의 화소(pixel)의 수와 동일한 수의 셀 영역을 포함할 수 있다. 제1 핀홀 마스크(32)를 비롯해서 후술되는 다른 핀홀 마스크는 탄력성을 갖는 제1 재료로 형성될 수도 있고, 탄력성을 갖지 않는 제2 재료로 형성될 수도 있다. 상기 제1 재료는 압전성(piezoelectric) 물질, 고 열팽창 계수물질 또는 고 탄성계수(high Young's modules) 물질일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다. 상기 압전성 물질은, 예를 들면 석영(quartz), PZT(Pb(ZrxTix-1)O3)(0≤x≤1)) 또는 리튬니오븀산화물(예, LiNbO3)을 포함할 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다. 상기 고 열팽창 계수물질은, 예를 들면 폴리프로필렌, PVC(polyvinyl chloride), 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다. 상기 고 탄성계수 물질은, 예를 들면 폴리스티렌 또는 고무를 포함할 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다. 상기 제2 재료는 코팅된 유리, 금속 또는 필름일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다. 제1 핀홀 마스크(30)와 후술되는 다른 핀홀 마스크는 동등한 역할을 할 수 있는 다른 부재로 대체될 수도 있다. 일 예로, 제1 핀홀 마스크(30) 대신에 터비드 매체(turbid medium)를 포함하는 혹은 터비드 매체로 형성된 플레이트가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 핀홀 마스크(30) 대신에 제1 핀홀 마스크(30)와 동등하거나 유사한 기능을 나타내는 광학 디퓨저(optical diffuser)가 사용될 수도 있고, 이러한 광학 디퓨저를 포함하는 시야각 확장판이 사용될 수도 있다. 상기 광학 디퓨저는 입사광을 확산시켜 조명되는 범위를 넓일 수 있고, 입사광을 특정한 방향으로 고르게 확산시키는 역할을 할 수 있다. 일 예로 상기 광학 디퓨저는 간유리(ground glass) 또는 반투과 필름일 수도 있고, 이러한 부재를 포함하는 것일 수도 있다. 상기 반투과 필름은 크기가 서로 다른 과립들(granules)을 포함할 수 있다.
도 1에서 각 셀 영역은 물리적으로 구별된 경계선을 갖지 않을 수 있다. 도 1에서 각 셀 영역을 구분하는 점선의 경계는 식별을 위해 편의상 기입한 것이다. 9개의 셀 영역들((1,1)~(1,3), (2,1)~(2,3), (3,1)~(3,3))은 각각 복수의 홀(32)을 포함한다. 9개의 셀 영역((1,1)~(1,3), (2,1)~(2,3), (3,1)~(3,3))에 형성된 홀(32)의 수는 셀 영역별로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 일 예로, 제1 셀 영역(1,1)에서 제9 셀 영역(3,3)으로 갈수록 각 셀 영역에 형성된 홀(32)의 수는 증가하거나 감소할 수 있다. 각 셀 영역에 형성된 홀(32)의 수가 동일하던, 동일하지 않던 간에 셀 영역별 복수의 홀(32)의 배치는 서로 다를 수 있다. 곧, 9개의 셀 영역((1,1)~(1,3), (2,1)~(2,3), (3,1)~(3,3))의 홀(32)의 배치는 전부 다를 수 있다. 제1 핀홀 마스크(30)에서 복수의 홀(32)의 형성위치는 무작위다. 제1 핀홀 마스크(30)가 3차원 영상을 표시하는 평판 디스플레이, 예컨대 홀로그래픽 디스플레이에 적용될 수 있는 바, 복수의 홀(32)은 3차원 영상에 에일리어싱(aliasing) 효과가 나타나지 않도록 분포될 수 있다. 이러한 경우는 다른 실시예에 의한 핀홀 마스크에도 적용될 수 있다. 또한, 제1 핀홀 마스크(30)에 포함된 복수의 홀(32)은 하나의 포토 마스크를 사용하여 한번에 형성될 수도 있다. 제1 핀홀 마스크(30)는 복수의 홀(32)을 포함하는 바, 많은 광을 투과시킬 수 있는 바, 제1 핀홀 마스크(30)가 디스플레이 소자에 적용될 경우, 해당 디스플레이는 높은 광 투과율을 확보할 수 있다.
한편, 다른 실시예로, 9개의 셀 영역((1,1)~(1,3), (2,1)~(2,3), (3,1)~(3,3)) 중 일부에서 홀의 배치는 동일할 수도 있는데, 이에 대해서는 도 2에서 설명한다.
도 2는 일 실시예에 의한 제2 핀홀 마스크를 보여준다.
도 2를 참조하면, 제2 핀홀 마스크(40)는 4행 4열의 복수의 셀 영역((1,1)…(4,4))을 포함하지만, 4행 4열로 한정되지 않는다. 각 셀 영역((1,1)…(4,4))은 복수의 홀(42)을 포함한다. 제1 셀 영역(1,1)에 형성된 복수의 홀(42)의 분포 형태를 제1 분포형태라 하고, 제2 셀 영역(1,2)에 형성된 복수의 홀(42)의 분포 형태를 제2 분포 형태라 할 때, 제2 핀홀 마스크(40)에 포함된 셀 영역들((1,1)…(4,4))중 절반은 상기 제1 분포 형태와 같은 홀 분포 형태를 가지며, 나머지 절반은 상기 제2 분포 형태와 같은 홀 분포 형태를 갖는다. 달리 말하면, 상기 제1 분포 형태와 상기 제2 분포 형태를 결합하여 기본 홀 분포 형태라 할 때, 제2 핀홀 마스크(40)에 형성된 복수의 홀(42)은 상기 기본 홀 분포 형태가 반복된 형태로 분포되어 있다. 이러한 형태의 제2 핀홀 마스크(40)는 상기 기본 홀 분포 형태를 형성하는데 사용되는 포토마스크 1개를 반복 사용하여 형성할 수 있다. 따라서 제2 핀홀 마스크(40)는 대면적으로 형성할 수도 있다.
한편, 제1 셀 영역(1,1)과 제2 셀 영역(1,2)에 각각 5개의 홀(42)이 형성된 것으로 예시하였으나, 5개 이상 혹은 이하의 홀(42)이 각 셀 영역((1,1), 1,2))에 존재할 수 있다. 또한, 제1 셀 영역(1,1)과 제2 셀 영역(1,2)에 형성된 홀(42)의 수는 서로 다를 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 제3 핀홀 마스크를 보여준다.
도 3을 참조하면, 제3 핀홀 마스크(50)는 3행 3열의 복수의 셀 영역((1,1)…(3,3))과 복수의 홀(52)을 포함한다. 제3 핀홀 마스크(50)는 3행 3열로 한정되지 않으며, 3행 3열보다 많은 셀 영역을 포함할 수 있다. 복수의 셀 영역((1,1)…(3,3))에는 홀(52)이 1개씩만 형성되어 있다. 셀 영역별로 홀(52)의 위치는 모두 다르다. 곧, 셀 영역의 중심(54)과 홀(52) 사이의 거리는 셀 영역별로 다를 수 있다. 일 예로, 제1 셀 영역(1,1)에서 셀 영역의 중심(54)과 홀(52) 사이의 이격거리는 제1 거리(D1)이고, 제9 셀 영역(3,3)에서 셀 영역의 중심(54)과 홀(52) 사이의 이격거리는 제3 거리(D1)일 수 있다. 이때, 제3 거리(D1)는 제1 거리(D1)보다 크다. 제2 셀 영역 내지 제8 셀 영역((1,2)…(3,2))에서 셀 영역의 중심(54)과 홀(52) 사이의 이격거리는 제1 거리(D1)보다 크고 제3 거리(D3)보다 작을 수 있다. 셀 영역의 중심(54)과 홀(52) 사이의 이격거리는 제1 셀 영역(1,1)에서 제9 셀 영역(3,3)으로 갈수록 차례로 증가할 수 있다. 각 셀 영역의 중심(54)은 평판 디스플레이의 각 화소 중심에 대응될 수 있다.
한편, 복수의 셀 영역((1,1)…(3,3))에서 셀 영역의 중심(54)과 홀(52)의 거리는 셀 영역별로 모두 다르지만, 홀(52)은 x축 상에만 존재한다. 그러나 홀(52)은 x축 상에 존재하는 것이 아니라 다른 방향에도 존재할 수 있다. 도 4는 이에 대한 일 예를 보여준다. 도 4에서 홀(52)은 셀 영역 중심(54) 둘레에 존재한다.
핀홀 마스크에서 각 셀 영역에 형성된 복수의 홀들은 다양한 분포 형태를 가질 수 있다. 셀 영역의 중심에서 멀어지는 방향으로 거리에 따라 홀의 수는 일정하거나 달라질 수 있다. 달리 말하면, 거리에 따라 홀의 밀도는 달라질 수도 있고, 일정할 수도 있다. 도 5 내지 도 8은 이에 대한 예들을 보여준다.
먼저, 도 5는 일 실시예에 의한 핀홀 마스크에 형성된 복수의 홀들의 제1 분포 형태를 설명하기 위한 것으로, 핀홀 마스크에 포함된 셀 영역들 중 선택된 한 셀 영역에 대한 정면도이다. 도 5에서 점선의 동심원들은 홀들의 배치와 배치거리를 설명하기 위해 편의상 기입한 것이고, 물리적으로 형성되는 것은 아니다.
도 5를 참조하면, 셀 영역(60)은 복수의 홀(h1-h5)을 포함한다. 복수의 홀(h1-h5)의 제원(dimension)(예, 직경, 모양 등)은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 1개의 제1 홀(h1)이 셀 영역(60)의 가운데 존재한다. 제1 홀(h1)은 중심(c1)을 포함할 수 있다. 곧, 제1 홀(h1)의 중심은 셀 영역(60)의 중심이 될 수 있다.
셀 영역(60)의 중심(c1)은 디스플레이의 화소의 중심에 대응될 수 있다. 따라서 실시예의 핀홀 마스크가 디스플레이에 적용될 때는 셀 영역(60)의 중심(c1)이 디스플레이의 화소 중심에 일치하도록 핀홀 마스크를 디스플레이에 부착할 수 있다.
계속해서, 제2 홀(h2)은 중심(c1)으로부터 제1 거리(r1)에 분포한다. 셀 영역(60)은 4개의 제2 홀(h2)을 포함하는데, 제2 홀(h2)의 수는 4개로 한정되지 않으며, 4개보다 많거나 적을 수 있다. 제2 홀(h2)은 중심(c1) 둘레에 동심원 상으로 분포되어 있다. 제3 홀(h3)은 제2 홀(h2)보다 중심(c1)에서 멀리 배치되어 있다. 곧, 제3 홀(h3)은 중심(c1)으로부터 제2 거리(r2)에 분포한다. 제2 거리(r2)는 제1 거리(r1)보다 크다. 제3 홀(h3)의 수는 제2 홀(h2)의 수와 동일할 수 있다. 제3 홀(h3)은 중심(c1) 둘레에 동심원 상으로 분포되어 있다. 제3 홀(h3)은 제2 거리(r2)를 유지하면서 다른 위치에 형성될 수 있는데, 일 예로 제3 홀(h3)은 점선원의 위치에 형성될 수도 있다. 제4 홀(h4)은 중심(c1)으로부터 제3 거리(r3)에 분포되어 있다. 제3 거리(r3)는 제2 거리(r2)보다 크다. 제4 홀(h4)의 수는 제2 홀(h2)의 수와 동일할 수 있다. 제4 홀(h4)은 제2 홀(h2)과 동일한 형태로 분포할 수 있다. 곧, 제4 홀(h4)은 중심(c1) 둘레에 동심원 상으로 분포될 수 있다. 제4 홀(h4)은 동일 거리에 있는 다른 위치에 형성될 수도 있는데, 점선원은 그 일 예를 나타낸다. 셀 영역(60)은 4개의 제4 홀(h4)을 포함한다. 제5 홀(h5)은 중심(c1)으로부터 제4 거리(r4)에 분포한다. 제4 거리(r4)는 제3 거리(r3)보다 크다. 제5 홀(h5)의 수는 제2 홀(h2)의 수와 동일할 수 있다. 제5 홀(h5)은 중심(c1) 둘레에 동심원 상으로 분포되어 있다. 제5 홀(h5)은 동일한 거리에 있는 다른 위치에 존재할 수도 있는데, 점선의 원은 그 일 예를 나타낸다.
도 5에 도시하지는 않았지만, 셀 영역(60)은 중심(c1)으로부터 멀어지는 방향으로 제6 홀, 제7 홀…등을 더 포함할 수 있다. 이때, 제6 홀, 제7 홀…의 수는 각각 제2 홀(h2)의 수와 동일할 수 있다.
상술한 바와 같이, 셀 영역(60)에 포함된 홀들(h1-h5)은 서로 다른 거리에 동일한 수로 분포한다. 이러한 제1 분포 형태에서 홀의 밀도는 중심(c1)으로 갈수록 높아지고, 중심(c1)에서 멀어질 수록 감소할 수 있다.
셀 영역(60)에 포함된 복수의 홀들(h1-h5)은 중심(c1)에서부터 거리에 따라 일정한 수로 분포되어 있다. 이러한 제1 분포 형태를 그래프로 나타내면 도 6에 도시한 바와 같은 형태가 될 수 있다. 도 6에서 가로축은 셀 영역(60)의 중심(c1)에서 방사상으로 멀어지는 방향의 거리, 곧 중심(c1)에서 셀 영역(60) 가장자리까지의 거리를 나타내고, 세로축은 해당 거리에 있는 홀의 수를 나타낸다. 도 6은 셀 영역(60)에 형성된 홀들의 수는 중심(c1)에서 멀어지는 방향으로 거리에 따라 일정하게 분포되어 있음을 시사한다.
도 7은 일 실시예에 의한 핀홀 마스크에 형성된 복수의 홀들의 제2 분포 형태를 설명하기 위한 것으로, 핀홀 마스크에 포함된 셀 영역들 중 선택된 한 셀 영역에 대한 정면도이다. 도 7에서 점선의 동심원들은 홀들의 배치와 배치거리를 설명하기 위해 편의상 기입한 것이고, 물리적으로 형성되는 것은 아니다.
도 7을 참조하면, 셀 영역(70)은 복수의 홀(h11~h66)을 포함한다. 복수의 홀(h11~h66)의 크기는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 복수의 홀(h11~h66)은 중심(c11) 둘레에 동심원 상으로 분포할 수 있다. 제1 홀(h11)은 셀 영역(70)의 중심(c11)에 위치한다. 제1 홀(h11)의 제원 및 위치와 관련된 특성은 도 5의 제1 홀(h1)과 동일할 수 있다. 제1 홀(h11)은 선택적일 수 있다. 따라서 셀 영역(70)은 제1 홀(h11)을 포함하지 않을 수도 있다. 제2 홀(h22)은 중심(c11)으로부터 제1 거리(r11)에 위치한다. 중심(c11) 둘레에 4개의 제2 홀(h22)이 형성되어 있다. 제3 홀(h33)은 중심(c11)으로부터 제2 거리(r22)에 형성되어 있다. 제2 거리(r22)는 제1 거리(r11)보다 크다. 중심(c11) 둘레에 8개의 제3 홀(h33)이 분포한다. 제4 홀(h44)은 중심(c11)으로부터 제3 거리(r33)에 위치한다. 제3 거리(r33)는 제2 거리(r22)보다 크다. 중심(c11) 둘레에 12개의 제4 홀(h44)이 분포한다. 제5 홀(h55)은 중심(c11)으로부터 제4 거리(r44)에 위치한다. 제4 거리(r44)는 제3 거리(r33)보다 크다. 중심(c11) 둘레에 8개의 제5 홀(h55)이 존재한다. 제6 홀(h66)은 중심(c11)으로부터 제5 거리(r55)에 존재한다. 제5 거리(r55)는 제4 거리(r44)보다 크다. 중심(c11) 둘레에 4개의 제6 홀(h66)이 분포되어 있다.
도 8은 도 7의 셀 영역(70)에 형성된 복수의 홀(h11~h66)의 거리에 따른 분포형태를 보여준다. 도 8에서 가로축은 셀 영역(70)의 중심(c11)으로부터 측정된 거리를 나타낸다. 세로축은 홀의 수를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 복수의 홀(h11~h66)은 정규 분포(normal distribution) 혹은 가우시안 분포 형태를 갖는다. 곧, 셀 영역(70)은 제1 거리(r11)와 제5 거리(r55) 사이의 중간에 해당하는 지점에 가장 많은 홀이 분포하고, 이 지점으로부터 중심(c11) 및 가장자리를 향해 갈수록 홀의 수가 감소하는 홀 분포 형태를 갖는다.
도 9는 도 1을 9-9’방향으로 절개한 단면을 보여준다.
도 9를 참조하면, 제1 핀홀 마스크(30)는 복수의 홀(32)을 포함한다. 복수의 홀(32)의 상호 이격거리는 일정하지 않다. 복수의 홀(32)은 제1 핀홀 마스크(30)를 관통하여 형성된다. 복수의 홀(32) 각각은 핀홀이고, 각 홀(32)에 입사되는 광(90)은 홀(32)을 통과하면서 회절광(92)되어 넓게 퍼진다. 홀(32)에 의한 회절각에 의해 광(90)을 볼 수 있는 시야각이 결정될 수 있다. 따라서 광(90)이 영상정보, 예컨대 3차원 영상 혹은 홀로그래픽 영상을 포함하는 것이면, 제1 핀홀 마스크(30) 우측에서 상기 영상정보를 볼 수 있는 영역은 제1 핀홀 마스크(30)가 존재하지 않을 때보다 넓어질 수 있다. 곧, 제1 핀홀 마스크(30)가 존재함으로써, 상기 영상 정보를 볼 수 있는 시야각은 제1 핀홀 마스크(30)가 존재하지 않을 때보다 증가할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 의한 평판 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 의한 평판 디스플레이, 곧 플랫 패널 디스플레이(100)는 광원부(106)와 플랫 패널(102)과 시야각 확장판(view angle expanding plate)(104)을 포함한다. 광원부(106)는 플랫 패널(102)에 입사되는 광(L1)을 발생시키는 광원을 포함하거나 광 발생 시스템을 포함할 수 있다. 플랫 패널(102)은 일 예로 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널일 수 있다. 이 LCD는 홀로그래픽 영상, 곧 홀로그램을 표시하기 위한 패널일 수 있다. 따라서 플랫 패널 디스플레이(100)는 홀로그래픽 디스플레이일 수 있다. 평행광(L1)은 홀로그램을 표시하기 위한 기준광으로 사용될 수 있다. 시야각 확장판(104)은 플랫 패널(102)의 홀로그래픽 영상 방출면에 부착될 수 있다. 시야각 확장판(104)과 플랫 패널(102) 사이에 전체적으로 투명하면서 평평한 다른 부재가 위치할 수도 있다. 시야각 확장판(104)은 플랫 패널(102)로부터 방출되는 광을 보다 넓게 확장시켜 시야각을 증가시킨다. 이에 따라 시청자는 시야각 확장판(104)이 존재하지 않을 때보다 넓은 각에서 영상을 시청할 수 있다. 결과적으로, 시야각 확장판(104)에 의해 시청자가 홀로그래픽 영상을 시청할 수 있는 영역을 넓어진다.
시야각 확장판(104)은 입사광을 굴절 또는 회절시키는 구성을 포함하는 광학판일 수 있다. 일 예로, 시야각 확장판(104)은 상술한 실시예들에 의한 핀홀 마스크들 중 하나일 수 있다. 다른 실시예에서 시야각 확장판(104) 대신에 도 1의 설명에서 언급한 상기 광학 디퓨저가 사용될 수도 있다.
도 11은 도 10의 광원부(106)의 구성에 대한 일 예를 보여준다.
도 11을 참조하면, 광원부(106)는 광원(110), 제1 및 제2 렌즈(112, 114)를 포함한다. 광원(110)은 평행광을 방출하는 광원을 포함할 수 있는데, 예를 들면 레이저를 방출하는 광원을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 렌즈(112, 114)는 수렴성을 갖는 렌즈일 수 있는데, 예를 들면 볼록렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(112)는 광원(110)과 제2 렌즈(114) 사이에 배치되어 있다. 제2 렌즈(114)는 제1 렌즈(112)와 플랫 패널(102) 사이에 위치한다. 제1 렌즈(112)와 제2 렌즈(114)의 초점거리는 서로 다를 수 있다. 제1 렌즈(112)에 의해 광원(110)에서 방출되는 평행광은 제1 렌즈(112)의 초점(F1)에 수렴된다. 초점(F1)은 제2 렌즈(114)의 초점이기도 하다. 이와 같이 제1 렌즈(112)와 제2 렌즈(114)는 서로의 초점이 겹치도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈(112)의 초점(F1)을 통과한 광은 초점(F1)에서 발산하는 광처럼 제2 렌즈(114)에 입사되고, 이렇게 입사된 광은 제2 렌즈(114)에 의해 평행광(L1)으로 바뀌어 플랫 패널(102)에 입사된다.
한편, 제1 렌즈(112)와 제2 렌즈(114) 대신에 이들 렌즈와 동등한 역할을 하는 다른 광학부재가 사용될 수 있는데, 일 예로 메타렌즈가 사용될 수 있고, 다른 예로 터비드 매체 기반의 광학부재가 사용될 수도 있다.
도 12는 도 10의 플랫 패널(102)의 화소와 시야각 확장판(104)의 대응을 보여준다.
도 12를 참조하면, 플랫 패널(102)의 화소면(102A)은 복수의 화소(P(1,1)…P(6,6))을 포함하고,시야각 확장판(104)도 복수의 셀 영역(M(1,1)…M(6,6))을 포함한다. 화소면(102A)에 포함된 복수의 화소(P(1,1)…P(6,6))의 수는 시야각 확장판(104)에 포함된 복수의 셀 영역(M(1,1)…M(6,6))의 수와 동일할 수 있다. 화소면(102A)에 포함된 복수의 화소(P(1,1)…P(6,6))는 시야각 확장판(104)에 포함된 복수의 셀 영역(M(1,1)…M(6,6))과 일대 일로 대응할 수 있다. 곧, 복수의 화소(P(1,1)…P(6,6))에서 선택된 한 화소(예컨대, 제1 화소(P(1,1))는 시야각 확장판(104)의 제1 셀 영역(M(1,1))에 대응될 수 있다. 따라서 복수의 화소(P(1,1)…P(6,6))를 통해 방출된 광 혹은 영상은 복수의 화소(P(1,1)…P(6,6))에 대응하는 시야각 확장판(104)의 각 셀 영역(M(1,1)…M(6,6))을 통해 방출될 수 있다. 화소면(102A)과 시야각 확장판(104)은 각각 6행 6열의 화소와 셀 영역을 포함하는 것으로 설명하였지만, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며, 6행 6열로 한정되지 않는다. 플랫 패널 디스플레이가 6행 6열 이상의 화소를 포함하는 것은 자명하다.
도 13은 도 10의 플랫 패널 디스플레이에서 시야각 확장판(104)이 병진운동 혹은 직선운동하는 경우를 보여준다.
도 13을 참조하면, 시야각 확장판(104)의 플랫 패널(102)과 마주하는 면(104S)은 플랫 패널(102)보다 넓다. 곧, 시야각 확장판(104)은 플랫 패널(102)의 영상 방출면과 평행한 방향(y축 방향)으로 플랫 패널(102) 밖으로 돌출된 부분(104P1, 104P2)을 포함한다. 돌출된 부분(104P1, 104P2)의 돌출된 길이는 시야각 확장판(104)의 y축 방향 병진운동의 범위보다 클 수 있다. 곧, y축 방향으로의 병진운동에 따른 시야각 확장판(104)의 y축 방향 이동거리는 시야각 확장판(104)의 돌출된 부분(104P1, 104P2)의 길이보다
짧을 수 있다. 따라서 시야각 확장판(104)이 병진운동을 하더라도 플랫 패널(102)의 영상 방출면 전체는 시야각 확장판(104)으로 덮일 수 있다.
한편, 시야각 확장판(104)은 x축에 수직한 평면, 곧 y-z 평면에서 병진운동 또는 직선운동을 할 수도 있다.
시야각 확장판(104)의 이러한 병진운동으로 기존의 홀로그래픽 디스플레이에 나타날 수 있는 스페클 패턴 노이즈(speckle pattern noise)는 매끈하게 평균화될 수 있다. 이에 따라 표시되는 3차원 영상의 시인성(visibility)이 높아질 수 있다.
도 14는 일 실시예에 의한 평판 디스플레이에서 시야각 확장판이 경사진 경우를 보여준다.
도 14를 참조하면, 시야각 확장판(104)은 플랫 패널(102)에 대해 주어진 각도로 기울어져 있다. 곧, 플랫 패널(102)과 시야각 확장판(104)은 서로 평행하지 않다. 시야각 확장판(104)은 플랫 패널(102)로부터 이격되어 있을 수 있으나, 시야각 확장판(104)의 일부는 플랫 패널(102)의 일부에, 예컨대 플랫 패널(102)의 어느 한 가장자리에 접촉되도록 배치될 수도 있다.
시야각 확장판(104)의 기울어진 정도, 곧 경사각을 조절함으로써, 기존의 홀로그래픽 디스플레이에 나타날 수 있는 스페클 패턴 노이즈를 최소화하거나 제거할 수 있다. 이에 따라 플랫 패널(102)을 통해 표시되는 3차원 영상의 시인성(visibility)이 높아질 수 있다.
도 15는 일 실시예에 의한 평판 디스플레이에서 시야각 확장판이 회전하는 경우를 보여준다.
도 15를 참조하면, 시야각 확장판(150)은 플랫 패널(102)의 앞면, 곧 영상이 표시되는 면보다 넓은 면적을 갖는 원판이다. 플랫 패널(102)의 앞면 전체는 시야각 확장판(150)으로 덮여 있다. 시야각 확장판(150)은 복수의 홀(150h)을 포함한다. 복수의 홀(150h)은 시야각 확장판(150) 전체에 무작위로 형성되어 있다.
플랫 패널(102)이 동작되는 중에 시야각 확장판(150)은 시계 방향이나 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 이때, 회전속도는 일정하거나 일정하지 않을 수 있다. 시야각 확장판(150)은 주어진 회전각의 범위에서 회전될 수 있다. 시야각 확장판(150)은 기존의 홀로그래픽 디스플레이의 단점 혹은 문제점을 개선하는 방향이나 회전속도로 회전될 수 있다. 일 예로, 시야각 확장판(150)은 기존의 홀로그래픽 디스플레이에서 나타날 수 있는 스페클 패턴 노이즈를 최소화하거나 제거할 수 있는 회전조건으로 회전될 수 있다. 이러한 회전으로 홀로그래픽 영상에 대한 시인성을 높일 수 있다.
복수의 홀(150h)은 시야각 확장판(150) 전체 영역에 무작위로 분포하는데, 플랫 패널(102)의 복수의 화소 각각에 적어도 1개의 홀(150h)이 대응되거나 복수의 홀(150h)이 대응될 수 있도록 분포되어 있다. 시야각 확장판(150)이 이와 같이 원판인 경우에도 시야각 확장판(150)의 각 셀 영역에서의 홀(150h) 분포 형태는 도 5 내지 도 8에서 설명한 균일한 분포 형태 또는 가우시안 분포 형태를 가질 수 있다.
한편, 도 15의 시야각 확장판(150)으로 도 13 및 도 14의 시야각 확장판(104)을 대신할 수도 있다.
다른 한편으로, 도 15의 시야각 확장판(150)은 도 13의 돌출된 부분(104P1, 104P2)을 갖는 시야각 확장판(104)으로 대체될 수도 있다. 곧, 도 13의 시야각 확장판(104)도 회전시킬 수 있다.
도 16은 일 실시예에 의한 평판 디스플레이에서 시야각 확장판이 사방으로 팽창되는 경우를 보여준다.
도 16에서 참조번호 160은 팽창전의 시야각 확장판을, 160'은 팽창된 시야각 확장판을 나타낸다.
도 16을 참조하면, 시야각 확장판(160)은 사방으로 팽창될 수 있다. 팽창전 시야각 확장판(160)은 플랫 패널(102)의 화소면(102A) 전체를 덮을 수 있다. 팽창된 시야각 확장판(160')은 도 13의 시야각 확장판(104)이 될 수도 있다. 팽창된 시야각 확장판(160')은 수축되어 팽창전의 시야각 확장판(160)으로 회복될 수도 있다.
또한, 다른 실시예에서 시야각 확장판(160)과 팽창된 시야각 확장판(160')은 모두 사각형이 아니라 원형이 될 수도 있다. 이러한 경우에 팽창된 시야각 확장판(160')은 도 15의 시야각 확장판(150)이 될 수 있다.
시야각 확장판(160)은 물리적 수단이나 전기적 수단을 이용하여 사방으로 팽창시킬 수 있다.
도 13 내지 도 16에서 설명한 시야각 확장판의 운동과 변형은 시야각 확장판이 도 1에서 설명한 상기 광학 디퓨저로 대체되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
(1,1)…(4,4):셀 영역 30-50:제1 내지 제3 핀홀 마스크
22, 42, 52:홀 54:셀 영역의 중심
60, 70:셀 영역 90:홀(32)에 입사되는 광
92:회절광 100:평판 디스플레이
102:플랫 패널 102A:화소면
104, 150:시야각 확장판 104P1, 104P2:돌출된 부분
104S:플랫 패널과 마주하는 시야각 확장판의 면
106:광원부 110:광원
112, 114:제1 및 제2 렌즈 150h:홀
160:팽창전 시야각 확장판 160':팽창된 시야각 확장판
C1, C11:셀 영역의 중심 D1:제1 거리
D3:제3 거리 F1:초점
h1-h5:제1 내지 제5 홀 h11-h66:제1 내지 제6 홀
L1, L2:광 M(1,1)…M(6,6):복수의 셀 영역
P(1,1)…P(6,6):복수의 화소 r11-r55:제1 내지 제5 거리
r1-r4:제1 내지 제4 거리

Claims (24)

  1. 복수의 셀 영역; 및
    상기 복수의 셀 영역에 형성된 복수의 핀홀;을 포함하고,
    상기 복수의 셀 영역은 평판 디스플레이에 포함된 복수의 화소(pixel)에 대응하도록 구획된 시야각 확장판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 핀홀은 상기 복수의 셀 영역 전체에 무작위로 분포된 시야각 확장판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 핀홀은 상기 복수의 셀 영역에 각각 적어도 1개씩 존재하는 시야각 확장판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 셀 영역 중 일부 셀 영역에 형성된 핀홀의 분포 형태는 서로 동일한 시야각 확장판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 핀홀 중 일부는 상기 복수의 셀 영역 중 선택된 일부 셀 영역에 무작위로 분포하고,
    상기 복수의 셀 영역의 나머지에 분포된 복수의 핀홀은 상기 선택된 일부 셀 영역에 분포된 핀홀의 분포 형태가 반복되는 분포 형태를 갖는 시야각 확장판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 핀홀의 분포형태는 기본 홀 분포형태가 반복해서 분포된 형태인 시야각 확장판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 셀 영역에 복수의 핀홀이 존재하고, 상기 각 셀 영역에서 셀 영역의 중심으로부터 거리에 따라 일정한 수의 핀홀이 존재하는 시야각 확장판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 셀 영역에 복수의 핀홀이 존재하고, 상기 각 셀 영역에서 셀 영역의 중심으로부터 거리에 따라 존재하는 핀홀의 수는 정규 분포를 따르는 시야각 확장판.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 핀홀은 상기 복수의 셀 영역에 각각 1개씩만 존재하고,
    상기 복수의 셀 영역에서 셀 영역의 중심과 핀홀의 이격거리는 각 셀 영역별로 다른 시야각 확장판.
  10. 평행광을 방출하는 광원부;
    상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널(flat panel); 및
    상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판;을 포함하고,
    상기 확장판은 청구항 1 내지 9 중 어느 하나인 평판 디스플레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플랫 패널은 홀로그래픽 영상을 제공하는 액정 디스플레이(LCD) 패널인 평판 디스플레이.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원부는 메타 렌즈를 포함하는 평판 디스플레이.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원부는 렌즈 역할을 하는 터비드 매체를 포함하는 평판 디스플레이.
  14. 평행광을 방출하는 광원부;
    상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널(flat panel); 및
    상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판;을 포함하고,
    상기 확장판은 광학 디퓨저(optical diffuser)인 평판 디스플레이.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광학 디퓨저는 간유리 또는 반투과 필름을 포함하는 평판 디스플레이.
  16. 평판 디스플레이의 동작방법에 있어서,
    상기 평판 디스플레이는,
    평행광을 방출하는 광원부;
    상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널(flat panel); 및
    상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판;을 포함하고,
    상기 확장판은 청구항 1 내지 9 중 어느 하나이며,
    상기 평판 디스플레이의 동작 중에 상기 확장판을 움직이는 평판 디스플레이의 동작방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 확장판은 상기 플랫 패널에 평행한 평면에서 병진운동시키는 평판 디스플레이 동작방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 확장판은 상기 플랫 패널에 대해 경사지게 하는 평판 디스플레이 동작방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 확장판은 상기 플랫 패널에 대해 회전시키는 평판 디스플레이 동작방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 확장판을 팽창시키는 평판 디스플레이 동작방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 팽창된 확장판을 수축시켜 원래의 확장판으로 회복시키는 평판 디스플레이 동작방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 확장판은 상기 플랫 패널의 영상이 표시되는 면 전체를 덮는 원판 또는 사각판인 평판 디스플레이 동작방법.
  23. 평판 디스플레이의 동작방법에 있어서,
    상기 평판 디스플레이는,
    평행광을 방출하는 광원부;
    상기 평행광이 입사되고, 3차원 영상을 제공하는 플랫 패널(flat panel); 및
    상기 3차원 영상의 시야각을 확장시키는 확장판;을 포함하고,
    상기 확장판은 광학 디퓨저(optical diffuser)를 포함하고,
    상기 평판 디스플레이의 동작 중에 상기 광학 디퓨저를 움직이는 평판 디스플레이의 동작방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 광학 디퓨저는 간유리 또는 반투과 필름을 포함하는 평판 디스플레이의 동작방법.
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