KR20210074157A

KR20210074157A - 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20210074157A
Application number: KR1020200039707A
Authority: KR
Inventors: 김윤희; 김휘; 송훈; 김수빈; 이홍석
Original assignee: 삼성전자주식회사; 고려대학교 세종산학협력단
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-06-21

Abstract

축비킴(off-axis) 방식으로 홀로그래픽 영상을 재생할 때 확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 2차원 배열된 다수의 화소를 구비하는 공간 광변조기, 및 상기 공간 광변조기의 각각의 화소로부터 오는 광빔의 빔경을 확대하도록 배치된 개구 확대 필름을 포함할 수 있다. 상기 개구 확대 필름에 의해 확대된 각각의 광빔의 빔경은 상기 공간 광변조기의 각각의 화소의 개구의 폭보다 클 수 있다.

Description

확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 {Holographic display apparatus providing expanded viewing window}

개시된 실시예들은 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축비킴(off-axis) 방식으로 홀로그래픽 영상을 재생할 때 확장된 시야창을 제공할 수 있는 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, 홀로그래픽 디스플레이 방식이 고려되고 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 고려되고 있는 홀로그래픽 디스플레이 방식은 원본 물체를 직접 노광하여 홀로그램 패턴을 얻기 보다는 컴퓨터로 계산된 홀로그램(computer generated hologram; CGH) 신호를 전기적 신호로서 공간 광변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다.

확장된 시야창을 제공할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 2차원 배열된 다수의 화소를 구비하는 공간 광변조기; 및 상기 공간 광변조기의 각각의 화소로부터 오는 광빔의 빔경을 확대하는 개구 확대 필름;을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 공간 광변조기는 다수의 개구 및 상기 다수의 개구를 둘러싸는 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.

상기 확대된 광빔은 중심으로부터 주변부로 세기가 작아지는 세기 분포를 가질 수 있다.

상기 확대된 광빔의 빔경은 상기 공간 광변조기의 각각의 개구의 폭보다 클 수 있다.

예를 들어, 상기 확대된 광빔의 빔경은 상기 공간 광변조기의 화소 주기보다 더 클 수 있다.

일 실시예에서, 상기 개구 확대 필름은 상기 공간 광변조기의 출광면에 마주하여 배치된 도광층 및 상기 도광층의 상부 표면에 배치된 격자층을 포함할 수 있다.

상기 도광층의 두께는 약 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다.

상기 격자층은, 상기 도광층으로부터 상기 격자층의 하부 표면에 수직하게 입사하는 광빔의 일부를 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광시키고, 나머지 일부의 광빔을 상기 도광층을 향해 비스듬하게 진행시킬 수 있다.

상기 도광층은 상기 격자층으로부터 비스듬하게 오는 광빔을 전반사를 통해 상기 도광층의 내부를 따라 전파시킬 수 있다.

상기 격자층은 상기 도광층으로부터 상기 격자층의 하부 표면에 비스듬하게 입사하는 광빔의 일부를 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광시킬 수 있다.

상기 격자층의 하부 표면에 수직하게 입사하여 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광되는 제 1 광빔과 상기 격자층의 하부 표면에 비스듬하게 입사하여 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광되는 제 2 광빔이 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다.

상기 개구 확대 필름은 상기 도광층과 상기 격자층을 휘어지지 않게 지지하는 기판을 더 포함하며, 상기 도광층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 높을 수 있다.

또한, 다른 실시예에서, 상기 개구 확대 필름은 상기 공간 광변조기의 출광면에 마주하여 배치된 제 1 격자층, 상기 제 1 격자층 위에 배치된 도광층, 및 상기 도광층 위에 배치된 제 2 격자층을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 개구 확대 필름은 상기 공간 광변조기의 출광면에 마주하여 배치된 격자층 및 상기 격자층의 상부 표면 위에 배치된 도광층을 포함할 수 있다.

상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 공간 광변조기에 가간섭성의 콜리메이팅된 조명광을 제공하는 백라이트 유닛, 및 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그래픽 영상을 공간 상에 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 공간 광변조기의 출광면과 상기 개구 확대 필름 사이에 배치되거나 또는 상기 공간 광변조기의 입광면에 마주하여 배치된 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이는 광빔의 세기 분포를 곡선형의 가우스 분포 형태로 변환하는 다수의 가우시안 아포다이제이션 필터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 홀로그래픽 디스플레이 장치는 상기 공간 광변조기와 상기 개구 확대 필름 사이에 배치되거나 또는 상기 개구 확대 필름의 출광면에 마주하여 배치된 프리즘 어레이를 더 포함할 수 있다.

상기 프리즘 어레이는 2차원 배열된 다수의 단위 영역으로 분할되며, 각각의 단위 영역은 입사광을 서로 다른 방향으로 진행시키는 다수의 프리즘을 포함할 수 있다.

상기 프리즘 어레이의 다수의 프리즘은 상기 공간 광변조기의 다수의 화소와 각각 일대일로 대응할 수 있다.

예를 들어, 상기 프리즘 어레이의 각각의 단위 영역의 제 1 프리즘에 대응하는 상기 공간 광변조기의 제 1 화소는 제 1 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작하며, 상기 프리즘 어레이의 각각의 단위 영역의 제 2 프리즘에 대응하는 상기 공간 광변조기의 제 2 화소는 제 1 시점과 상이한 제 2 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작할 수 있다.

개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 따르면, 1차 이상의 고차 회절을 제거 또는 저감함으로써 홀로그래픽 영상을 관찰할 수 있는 공간, 즉 시야창이 넓어지게 된다. 따라서, 관찰자는 더 넓은 영역에서 홀로그래픽 영상을 관찰할 수 있다.

또한 개시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 따르면, 프리즘 어레이를 이용하여 시야창을 더욱 확장시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 일 실시예에 따른 개구 확대 필름의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 3a는 개구 확대 필름 없이 공간 광변조기만을 사용하는 경우에, 공간 광변조기의 개구를 투과한 조명광의 세기 분포를 예시적으로 보이며, 도 3b와 도 3c는 도 3a의 경우에 공간 광변조기의 개구를 투과한 조명광이 푸리에 렌즈의 초점 평면에서 형성하는 광 세기 분포를 예시적으로 보이고, 도 3d는 도 3a의 경우에 비교예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의해 푸리에 렌즈의 초점 평면에 형성되는 빛의 분포를 예시적으로 보인다.
도 4a는 공간 광변조기와 개구 확대 필름을 함께 사용하는 경우에, 공간 광변조기의 개구와 개구 확대 필름을 투과한 조명광의 세기 분포를 예시적으로 보이며, 도 4b 내지 도 4d는 도 4a의 경우에 공간 광변조기의 개구와 개구 확대 필름을 투과한 조명광이 푸리에 렌즈의 초점 평면에서 형성하는 광 세기 분포를 예시적으로 보이고, 도 4e는 도 4a의 경우에 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의해 푸리에 렌즈의 초점 평면에 형성되는 빛의 분포를 예시적으로 보인다.
도 5는 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 다른 실시예들에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치들의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 10a 및 도 10b는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 11은 도 10a 및 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 프리즘 어레이의 다수의 프리즘의 배열을 예시적으로 보인다.
도 12은 도 10a 및 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치의 공간 광변조기의 다수의 화소의 배열을 예시적으로 보인다.
도 13은 도 10a 및 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의해 푸리에 렌즈의 초점 평면에 형성되는 빛의 분포를 예시적으로 보인다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 확장된 시야창을 제공하는 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 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 2차원 배열된 다수의 화소를 구비하는 공간 광변조기(120), 및 공간 광변조기(120)의 각각의 화소로부터 나오는 빛의 빔경을 확대하도록 배치된 개구 확대 필름(130)을 포함할 수 있다.

또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 공간 광변조기(120)에 가간섭성의 콜리메이팅된 조명광을 제공하는 백라이트 유닛(110), 홀로그래픽 영상을 공간 상에 포커싱하는 푸리에 렌즈(140), 및 재생할 홀로그래픽 영상을 기초로 홀로그램 데이터 신호를 생성하여 공간 광변조기(120)에 제공하는 영상 처리기(150)를 더 포함할 수도 있다. 도면에는 푸리에 렌즈(140)가 공간 광변조기(120)의 입광면에, 다시 말해 백라이트 유닛(110)과 공간 공변조기(120) 사이에 배치된 것으로 도시되었지만, 푸리에 렌즈(140)의 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 푸리에 렌즈(140)는 공간 광변조기(120)와 개구 확대 필름(130) 사이 또는 개구 확대 필름(130)의 출광면에 배치될 수도 있다.

백라이트 유닛(110)은 높은 가간섭성을 갖는 조명광을 제공하기 위하여 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(110)은, 레이저 다이오드 이외에도, 공간 간섭성을 갖는 광을 방출한다면 다른 어떤 광원도 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 백라이트 유닛(110)은 레이저 다이오드에서 방출된 빛을 확대하여 균일한 세기 분포를 갖는 콜리메이팅된 평행광을 만드는 광학계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛(110)은 균일한 세기 분포를 갖는 평행한 가간섭성 조명광을 공간 광변조기(120)의 전체 영역에 제공할 수 있다.

공간 광변조기(120)는 영상 처리기(150)로부터 제공되는 홀로그램 데이터 신호, 예컨대 CGH 데이터 신호에 따라 조명광을 회절 및 변조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(120)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 비록 도 1에는 공간 광변조기(120)가 투과형 공간 광변조기인 것으로 도시되어 있지만 반사형 공간 광변조기를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 공간 광변조기(120)는 조명광을 회절시키기 위한 홀로그램 패턴을 표시하기 위하여 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(120)는 LCD(liquid crystal device), 반도체 변조기, DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon) 등을 사용할 수 있다.

일반적으로, 공간 광변조기(120)는 2차원 격자 형태의 블랙 매트릭스(black matrix)와 블랙 매트릭스에 의해 둘러싸인 다수의 개구(aperture)를 포함한다. 블랙 매트릭스 아래에는 각각의 개구의 동작을 제어하기 위한 구동 회로가 배치되며, 각각의 개구는 투과광 또는 반사광의 세기 또는 위상을 변화시키는 활성 영역이다. 구동 회로의 제어에 따라 각각의 개구를 통과하는 빛 또는 개구에 의해 반사되는 빛의 세기 또는 위상이 조절될 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(150)로부터 제공되는 CGH 데이터 신호에 따라 공간 광변조기(120)가 홀로그램 패턴을 표시하면, 다수의 개구에서 조명광의 세기 또는 위상이 서로 다르게 조절될 수 있다. 공간 광변조기(120)의 다수의 개구에서 각각 세기 또는 위상이 변조된 조명광의 광빔들이 간섭을 일으키면서 푸리에 렌즈(140)의 초점에 모이게 되면 홀로그래픽 영상이 관찰자의 눈(E)에 보일 수 있다. 따라서, 재생되는 홀로그래픽 영상은 영상 처리기(150)로부터 제공되는 CGH 데이터 신호 및 이를 기초로 공간 광변조기(120)가 표시하는 홀로그램 패턴에 의해 결정될 수 있다.

개구 확대 필름(130)은 공간 광변조기(120)의 각각의 개구를 통과하는 또는 각각의 개구에서 반사된 조명광의 광빔의 빔경을 확대하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 일 실시예에 따른 개구 확대 필름(130)의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 공간 광변조기(120)의 출광면에 마주하여 개구 확대 필름(130)이 배치된다. 공간 광변조기(120)는 다수의 개구(121) 및 다수의 개구(121)를 둘러싸는 블랙 매트릭스(122)를 포함한다. 따라서, 공간 광변조기(120)의 다수의 개구(121)로부터 각각 오는 다수의 광빔이 개구 확대 필름(130)에 입사하게 된다.

개구 확대 필름(130)은 공간 광변조기(120)의 출광면과 마주하여 배치된 도광층(132) 및 도광층(132)의 상부 표면에 배치된 격자층(133)을 포함할 수 있다. 또한, 개구 확대 필름(130)은 도광층(132)과 격자층(133)을 휘어지지 않게 지지하기 위한 기판(131)을 더 포함할 수도 있다. 그러나, 도광층(132)이 그 자체로 휘어지지 않고 지지된다면 기판(131)이 생략될 수도 있다. 도면 상에는 편의상 기판(131)의 두께가 도광층(132)의 두께보다 약간 큰 정도로 도시되었지만, 도광층(132)은 기판(131)보다 훨씬 얇을 수 있다. 예를 들어, 기판(131)의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 1 mm이고 도광층(132)의 두께는 약 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 기판(131)은 단단한 재질의 유리나 투명한 폴리머 재료로 이루어질 수 있으며, 도광층(132)은 그 내부에서 빛을 전달하기 위하여 기판(131)보다 높은 굴절률을 갖는 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

도광층(132)의 상부 표면에 배치된 격자층(133)은 도광층(132)으로부터 격자층(133)에 입사하는 빛의 일부를 격자층(133)의 상부 표면의 표면 법선과 평행한 방향(즉, 격자층(133)의 상부 표면에 수직한 방향)으로 출광시키고, 나머지 일부의 빛을 도광층(132)을 향해 비스듬하게 진행하도록 반사할 수 있다. 격자층(133)은 다양한 종류의 표면 격자(surface grating) 또는 체적 격자(volume grating)로 이루어질 수 있다. 표면 격자는, 예를 들어, 이진 위상 격자(binary phase grating), 블레이즈 격자(blazed grating) 등과 같은 회절 광학 소자(diffractive optical element; DOE)를 포함할 수 있다. 또한, 체적 격자는, 예를 들어, 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical element; HOE), 기하 위상 격자(geometric phase grating), 브래그 편광 격자(Bragg polarization grating), H-PDLC(holographically formed polymer dispersed liquid crystal) 등을 포함할 수 있다. 이러한 체적 격자는 굴절률이 상이한 재료들의 주기적인 미세한 패턴들을 포함할 수 있다. 격자층(133)을 구성하는 주기적인 격자 패턴들의 크기, 높이, 주기, 듀티비(duty ratio), 모양 등에 따라서, 격자층(133)은 입사광을 회절시켜 소멸 간섭과 보강 간섭을 일으킴으로써 입사광의 진행 방향을 바꿀 수 있다.

공간 광변조기(120)의 개구(121)로부터 오는 광빔은 기판(131)의 하부 표면에 수직하게 입사하고 기판(131)과 도광층(132)을 지나 격자층(133)의 하부 표면에 수직하게 입사한다. 격자층(133)은 그 하부 표면에 수직하게 또는 경사지게 입사하는 입사 광빔 중에서 0차 회절된 광빔을 격자층(133)의 상부 표면의 법선과 평행한 방향으로 출광시키고, 1차 회절된 광빔을 도광층(132)을 향해 비스듬하게 진행시하도록 반사할 수 있다. 도광층(132)은 격자층(133)으로부터 비스듬하게 오는 광빔을 전반사를 통해 도광층(132)의 내부를 따라 전파시키도록 구성된다. 따라서, 1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 상부 표면과 하부 표면 사이에서 전반사되면서 도광층(132)의 내부를 따라 진행할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이, +1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 오른쪽 방향을 따라 진행하고, -1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 왼쪽 방향을 따라 진행할 수 있다. 도 2에서 화살표는 광빔의 중심부를 대표하여 표시된 것이며, 실제 광빔은 개구(121)의 폭(W1)과 같은 빔경을 가질 수 있다. 또한 도 2의 단면도에서는, 편의상 왼쪽으로 진행하는 -1차 회절된 광빔과 오른쪽으로 진행하는 +1차 회절된 광빔이 대표적으로 표시되었지만, 실제로 1차 회절된 광빔은 격자층(133)의 입사 위치를 중심으로 모든 반경 방향으로 진행할 수 있다.

격자층(133)에 의해 1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 하부 표면에서 전반사되어 다시 도광층(132)의 상부 표면에 경사지게 입사하게 된다. 그런 후, 1차 회절된 광빔 중에서 일부는 도광층(132)의 상부 표면에서 다시 전반사되지만, 나머지 일부는 격자층(133)에 의해 회절되어 격자층(133)의 상부 표면의 법선과 평행한 방향으로 출광된다.

따라서, 격자층(133)으로부터 출광하는 광빔은 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)을 포함한다. 도 2의 단면도에서는, 편의상 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)의 좌측과 우측에 ±1차 회절에 의해 출광된 광빔(-L1, +L1)이 각각 하나씩 대표적으로 도시되었지만, 실제로는 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)의 둘레를 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)이 링형으로 연속적으로 둘러싸게 된다. 이를 위하여, 격자층(133)은 모든 방향으로 입사광을 회절시킬 수 있는 2차원 격자 필름으로 구성될 수 있다. 또는 대신에, 격자층(133)은 서로 직교하는 방향성을 갖는 2개의 1차원 격자 필름을 적층하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 예를 들어, 가로 방향의 1차원 격자 필름에 의해 광빔이 가로 방향으로 확대되어 출광되고, 세로 방향의 1차원 격자 필름에 의해 광빔이 세로 방향으로 확대되어 최종적으로 링형의 광빔(L1)이 출광될 수 있다.

1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)은 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다. 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)과 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)이 중첩하는 정도는 도광층(132)의 두께에 따라 달라질 수 있다. 도광층(132)의 두께가 지나치게 큰 경우, 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)이 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 중첩되지 않고 그 둘 사이에 간격이 존재하게 된다. 도광층(132)의 두께를 점차 줄여가면, 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)의 경계가 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)의 경계와 일치하게 된다. 도광층(132)의 두께를 더욱 줄이면, 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)이 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 중첩할 수 있다. 따라서, 도광층(132)의 최대 두께는 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)의 경계가 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)의 경계와 일치하도록 선택될 수 있다.

상술한 바와 같이, 공간 광변조기(120)의 각각의 개구(121)로부터 개구 확대 필름(130)에 입사한 광빔은, 개구 확대 필름(130)을 통과하면서 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)으로 나뉘게 된다. 이러한 광빔들을 합쳐서 하나의 확대된 광빔으로 볼 수 있다. 결과적으로, 개구 확대 필름(130)은 공간 광변조기(120)의 개구(121)로부터 입사하는 광빔의 빔경을 확대하는 역할을 하게 된다. 공간 광변조기(120)의 개구(121)로부터 개구 확대 필름(130)에 입사하는 광빔의 빔경은 개구(121)의 폭(W1)과 같다. 하지만, 개구 확대 필름(130)을 통과하면서 확대된 광빔의 빔경은 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)을 합한 광빔의 빔경(W3)과 같으며, 공간 광변조기(120)의 개구(121)의 폭(W1)보다 클 수 있다.

이렇게 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 광빔의 빔경(W3)은 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)과 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)이 중첩되는 정도에 따라 달라질 수 있다. 다시 말해, 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 광빔의 빔경(W3)은 도광층(132)의 두께에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 광빔의 빔경(W3)이 공간 광변조기(120)의 화소의 피치(W2)보다 크도록 도광층(132)의 두께가 선택될 수 있다. 공간 광변조기(120)의 화소의 피치(W2)는 개구(121)의 폭(W1)과 블랙 마스크(122)의 폭의 합과 같다.

종래의 경우에, 개구(121)들 사이에 존재하는 블랙 마스크(122)로 인하여, 공간 광변조기(120)의 다수의 개구(121)들로부터 나오는 다수의 광빔들 사이에는 영상 정보가 없는 간극이 존재하게 된다. 이러한 광빔들 사이의 간극은 고차 회절 패턴의 세기를 증가시키는 역할을 한다. 반면, 본 실시예에 따르면, 개구 확대 필름(130)이 각각의 광빔의 빔경을 확대하기 때문에, 고차 회절 패턴의 세기가 감소하고 궁극적으로 고차 회절 패턴이 제거될 수도 있다.

한편, 0차 회절에 의해 출광된 광빔(L0)의 세기는 1차 회절에 의해 출광된 광빔(L1)의 세기보다 크다. 따라서, 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 광빔은 광빔의 중심으로부터 주변부로 세기가 작아지는 분포, 대략적으로 가우스 분포(Gaussian distribution)와 유사한 형태를 갖게 된다. 본 실시예에 따르면, 공간 광변조기(120)의 개구(121)의 폭(W1)보다 큰 빔경을 가지면서 중심에서 주변부로 갈수록 세기가 작아지는 분포를 갖는 이러한 확대된 광빔으로 인해, 공간 광변조기(120)에 의해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 발생하는 고차 노이즈가 줄어서 홀로그래픽 영상을 볼 수 있는 영역인 시야창이 확대될 수 있다.

상술한 바와 같이, 공간 광변조기(120)는 다수의 개구(121)를 포함하는 어레이와 블랙 마스크(122)로 구성되어 있으며, 이러한 공간 광변조기(120)의 물리적인 구조는 규칙적인 회절 격자로서도 작용하게 된다. 따라서, 조명광은 공간 광변조기(120)에서 표시되는 홀로그램 패턴뿐만 아니라, 공간 광변조기(120)를 구성하는 규칙적인 구조에 의해서도 회절 및 간섭하게 된다. 또한, 조명광 중에서 일부는 홀로그램 패턴에 의해 회절되지 않고 공간 광변조기(120)를 그대로 투과하게 된다. 그 결과, 홀로그래픽 영상이 점으로 모아지는 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면(또는 동공 평면) 상에는 다수의 격자점(lattice spot)들이 나타나게 된다. 이러한 다수의 격자점들은 재생되는 홀로그래픽 영상의 화질을 저하시키고 홀로그래픽 영상의 감상을 불편하게 만드는 영상 노이즈로서 작용한다. 예를 들어, 푸리에 렌즈(140)의 광축 상에는 회절되지 않은 조명광에 의한 0차 노이즈가 형성된다.

또한, 0차 노이즈 주변에는 공간 광변조기(120)의 규칙적인 화소 구조에 의해 회절된 빛의 간섭으로 인해 발생하는 규칙적인 격자 구조를 갖는 다수의 고차 노이즈가 형성된다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(120)와 함께 개구 확대 필름(130)을 사용하면 규칙적인 격자 구조를 갖는 다수의 고차 노이즈를 줄여서 시야창이 확대될 수 있다.

예를 들어, 도 3a는 개구 확대 필름(130) 없이 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 투과한 조명광의 세기 분포를 예시적으로 보이며, 도 3b와 도 3c는 도 3a의 조명광이 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성하는 광 세기 분포를 예시적으로 보인다. 특히, 도 3b는 하나의 화소의 의해 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보인 것이며, 도 3c는 인접한 다수의 화소들이 동시에 켜져 있는 경우에 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보인 것이다.

도 3a에서 'B'는 균일한 분포의 조명광이 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 투과한 세기 분포를 나타내며, 개구(121)의 폭(W1)에 걸쳐 균일한 분포를 갖는다. 도 3a에서, 'A'는 'B'로 표시된 균일한 분포의 조명광이 가우시안 아포다이제이션 필터(Gaussian apodization filter)를 통과한 경우의 세기 분포로서, 가우스 분포를 보인다. 개구 확대 필름(130)이 없는 경우, 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 투과한 조명광의 빔경은 공간 광변조기(120)의 개구(121)의 폭(W1)과 거의 동일하다. 공간 광변조기(120)의 개구(121)의 폭(W1)이 공간 광변조기(120)의 화소 주기보다 작기 때문에, 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 투과한 조명광의 빔경도 공간 광변조기(120)의 화소 주기보다 작다.

하나의 화소의 의해 형성되는 광 세기 분포를 보이는 도 3b에서 'A'로 표시된 그래프는 도 3a에서 'A'로 표시된 가우스 분포를 가지는 조명광이 공간 광변조기(120)의 개구(121)에 의한 회절 현상으로 인하여 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 확장된 후의 세기 분포를 나타낸 것이다. 또한, 도 3b에서 'B'로 표시된 그래프는 도 3a에서 'B'로 표시된 균일한 세기 분포를 갖는 조명광이 공간 광변조기(120)의 하나의 화소의 개구(121)를 통과하였을 때 회절로 인해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포이다.

인접한 다수의 화소들에 의해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포를 보이는 도 3c에서 'B'로 표시된 그래프는 도 3a에서 'B'로 표시된 균일한 세기 분포를 갖는 조명광이 공간 광변조기(120)의 인접한 다수의 화소의 개구(121)들을 통과하였을 때 회절로 인해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포이다. 도 3c에서 그래프 'B'의 중심 피크는 0차 회절에 의해 발생한 것이고, 주변의 피크들은 ±1차 이상의 고차 회절에 의해 발생한 것이다. 따라서, 도 3a에서 'A'로 표시된 가우스 분포를 갖는 조명광이 형성하는 간섭 패턴은 도 3b의 그래프 'A'와 도 3c의 그래프 'B'의 곱과 같을 수 있으며, 도 3c에서 그래프 'D'로 표시되었다. 도 3c에서 그래프 'D'로 표시된 바와 같이, 초점 평면에서 확장된 그래프 'A'의 분포가 그래프 'B'의 고차 회절에 의한 피크를 포함하기 때문에, 도 3a에서 'A'로 표시된 가우스 분포를 갖는 조명광을 사용하더라도, 0차 회절과 고차 회절에 의한 간섭 패턴이 발생하게 된다.

도 3d는 도 3a로 도시된 비교예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치에 의해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에 형성되는 빛의 분포를 예시적으로 보인다. 비교예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는 도 1에 도시된 구성에서 개구 확대 필름(130)이 없는 구조를 가질 수 있다. 도 3d를 참조하면, 초점 평면의 중심, 즉 광축 상에는 0차 회절에 의한 0차 노이즈(N0)가 형성된다. 그리고, 0차 노이즈(N0)의 주변에는 ±1차 이상의 고차 회절에 의해 발생하는 고차 노이즈(N1)들이 격자 형태로 규칙적으로 형성된다. 도 3d에서 고차 노이즈(N1)들에 의해 둘러싸인 굵은 실선으로 표시된 사각형은 공간 광변조기(120)의 해상도에 의해 결정되는 홀로그래픽 디스플레이 장치의 시야창이 된다.

이러한 다수의 노이즈(N0, N1)들이 관찰자의 눈에 보이지 않도록 하기 위하여, 홀로그래픽 영상의 스폿이 다수의 노이즈(N0, N1)들을 피하여 재생되도록 축비킴(off-axis) 방식으로 홀로그래픽 영상을 재생할 수 있다. 다수의 노이즈(N0, N1)들은 공간 광변조기(120)의 물리적인 내부 구조에 의해 발생하는 것이고 공간 광변조기(120)가 표시하는 홀로그램 패턴과는 무관하기 때문에, 다수의 노이즈(N0, N1)들의 위치는 언제나 고정되어 있다. 반면, 홀로그래픽 영상의 스폿 위치는 공간 광변조기(120)에서 표시되는 홀로그램 패턴에 의해 결정되므로, 다수의 노이즈(N0, N1)들이 없는 위치에 홀로그래픽 영상이 재생되도록 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(150)는 홀로그래픽 영상 정보를 담고 있는 CGH 데이터에 프리즘 페이즈(prism phase)를 더 할 수 있다. 그러면, 공간 광변조기(120)에서 홀로그램 패턴과 함께 표시되는 프리즘 패턴에 의해, 홀로그래픽 영상은 광축으로부터 비켜서 재생될 수 있다. 따라서, 재생되는 홀로그래픽 영상은 0차 노이즈(N0)로부터 떨어질 수 있다.

예를 들어, 도 3d에 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 영상 신호(S)는 축비킴 방식을 이용하여 0차 노이즈(N0)로부터 대각선 방향으로 약간 떨어져 위치할 수 있다. 축비킴 방식의 경우, 0차 노이즈(N0)를 중심으로 홀로그래픽 영상 신호(S)의 반대쪽으로 복소 켤레 영상(complex conjugate image) 신호(S*)가 함께 발생할 수 있다. 그러나, 축비킴 방식을 이용하더라도, 프리즘 페이즈의 표현 한계는 공간 광변조기(120)의 화소 주기보다 작아서 홀로그래픽 영상 신호(S)는, 도 3d에 도시된 바와 같이, 고차 노이즈(N1)보다 멀리 벗어날 수 없다. 따라서, 이러한 고차 노이즈(N1)는 시야창의 확대를 어렵게 하고 홀로그래픽 영상의 감상에 방해가 된다. 또한, 고차 노이즈(N1)들을 중심으로 대각선 방향으로 고차 회절에 의한 홀로그래픽 영상 신호(S1)들과 그의 복소 켤레 영상 신호(S1*)들이 함께 발생할 수 있다. 이러한 고차 회절에 의한 홀로그래픽 영상 신호(S1)와 그의 복소 켤레 영상 신호(S1*)도 홀로그래픽 영상의 감상에 방해가 된다.

도 4a는 공간 광변조기(120)의 개구(121)와 개구 확대 필름(130)을 투과한 조명광의 세기 분포를 예시적으로 보인다. 또한, 도 4b 내지 도 4d는 도 4a의 조명광이 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성하는 광 세기 분포를 예시적으로 보인다. 특히, 도 4b는 하나의 화소의 의해 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보인 것이며, 도 4c는 인접한 다수의 화소들이 동시에 켜져 있는 경우에 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보인 것이고, 도 4d는 공간 광변조기(120)의 개구(121)와 개구 확대 필름(130)을 투과한 조명광의 회절로 인해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보인 것이다.

도 4a에서 'B'는 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 투과한 조명광의 세기 분포를 나타내며 'C'로 표시된 그래프는 공간 광변조기(120)의 개구(121)와 개구 확대 필름(130)을 투과한 조명광의 세기 분포를 나타낸다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(120)의 개구(121)와 개구 확대 필름(130)을 투과한 조명광의 세기가 가우스 분포를 갖는다고 가정한다. 개구 확대 필름(130)을 사용하면, 조명광의 빔경은 공간 광변조기(120)의 개구(121)의 폭(W1)보다 크고, 조명광의 빔경은 공간 광변조기(120)의 화소 주기보다도 클 수도 있다. 이는, 광학적으로, 조명광이 통과하는 광변조기(120)의 개구(121)가 공간 광변조기(120)의 화소 주기보다도 더 큰 것과 같은 효과를 줄 수 있다. 다시 말해, 개구 확대 필름(130)은 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 확대하는 것과 같은 효과를 줄 수 있다.

하나의 화소의 의해 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보이는 도 4b에서 'B'로 표시된 그래프는 도 3b의 'B'로 표시된 그래프와 동일하다. 다시 말해, 도 4b에서 'B'로 표시된 그래프는 균일한 세기 분포를 갖는 조명광이 공간 광변조기(120)의 개구(121)를 통과하고 개구 확대 필름(130)은 통과하지 않을 때 회절로 인해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포이다. 도 4b에서 'C'로 표시된 그래프는 도 4a의 'C'로 표시된 세기 분포를 갖는 조명광이 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성하는 광 세기 분포를 간섭을 고려하지 않고 나타낸 것이다. 공간 광변조기(120)의 개구(121)가 확대되는 것과 같은 광학적 효과로 인하여 도 4a의 'C'로 표시된 세기 분포를 갖는 조명광은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 거의 확장되지 않는다.

인접한 다수의 화소의 의해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포를 예시적으로 보이는 도 4c에서 'B'로 표시된 그래프는 도 4a에서 'B'로 표시된 균일한 세기 분포를 갖는 조명광이 공간 광변조기(120)의 인접한 다수의 화소의 개구(121)들을 통과하였을 때 회절로 인해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성되는 광 세기 분포이다. 도 4c에서 그래프 'B'의 중심 피크는 0차 회절에 의해 발생한 것이고, 주변의 피크들은 ±1차 이상의 고차 회절에 의해 발생한 것이다.

도 4a에서 'C'로 표시된 가우스 분포를 갖는 조명광이 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서 형성하는 간섭 패턴은 도 4b의 그래프 'C'와 도 4c의 그래프 'B'와의 곱과 같을 수 있으며, 도 4d에서 그래프 'D'로 표시되었다. 도 4b의 그래프 'C'의 분포는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 도 4c의 그래프 'B'의 0차 회절에 의한 피크만을 포함할 수 있다. 따라서, 도 4a에서 'C'로 표시된 가우스 분포를 갖는 넓은 빔경의 조명광을 사용하면, 도 4d에 도시된 바와 같이, 0차 회절에 의한 간섭 패턴만이 발생하게 되며, 고차 회절에 의한 간섭 패턴은 나타나지 않는다.

도 4e는 도 4a의 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에 의해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에 형성되는 빛의 분포를 예시적으로 보인다. 도 4e를 참조하면, 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에서는 0차 노이즈(N0), 홀로그래픽 영상 신호(S), 및 복소 켤레 영상 신호(S*)만이 나타나게 되고, 도 3d에 도시된 고차 노이즈(N1)들 및 고차 회절에 의한 홀로그래픽 영상 신호(S1)들과 그의 복소 켤레 영상 신호(S1*)들은 거의 나타내지 않게 된다. 따라서, 개구 확대 필름(130)을 사용함으로써, 관찰자는 고차 노이즈(N1)에 의해 방해 받지 않고 홀로그래픽 영상을 감상할 수 있으며, 더 넓은 영역에서 홀로그래픽 영상을 감상할 수 있다.

개구 확대 필름(130)은 도 2에 도시된 구조 이외에도 다양한 다른 구조로 제작될 수 있다. 예컨대, 도 5는 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름(130a)의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 확대 필름(130a)은 공간 광변조기(120)의 출광면과 마주보도록 배치된 제 1 격자층(133a), 제 1 격자층(133a) 위에 배치된 도광층(132), 및 도광층(132) 위에 배치된 제 2 격자층(133b)을 포함할 수 있다. 도광층(132)은 제 1 격자층(133a)과 제 2 격자층(133b) 사이에 배치된다. 제 1 격자층(133a)과 제 2 격자층(133b)은 다양한 종류의 표면 격자 또는 체적 격자로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 격자층(133a)과 제 2 격자층(133b)은 후술하는 기능을 수행할 수 있도록 도 2에 도시된 격자층(133)과는 크기, 높이, 주기, 듀티비, 모양 등에 있어서 상이한 주기 격자 패턴을 가질 수 있다.

개구 확대 필름(130a)은 제 1 격자층(133a)이 공간 광변조기(120)의 출광면과 마주보도록 배치될 수 있다. 그러면, 공간 광변조기(120)의 개구(121)로부터 오는 광빔은 먼저 제 1 격자층(133a)의 하부 표면에 수직하게 입사한다. 제 1 격자층(133a)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광을 회절시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 격자층(133a)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광 중에서 일부를 0차 회절시켜 상부 표면의 법선과 평행한 방향(즉, 상부 표면에 수직한 방향)으로 진행시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 격자층(133a)에 의해 0차 회절된 광빔의 진행 방향은 바뀌지 않는다. 또한, 제 1 격자층(133a)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광 중에서 일부를 1차 회절시켜 상부 표면에 대해 경사진 방향으로 진행시키도록 구성될 수 있다.

제 1 격자층(133a)에 의해 0차 회절된 광빔은 도광층(132)의 상부 표면에 수직하게 입사하며, 1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 상부 표면에 경사지게 입사할 수 있다. 도광층(132)의 상부 표면에는 제 2 격자층(133b)이 배치되어 있다. 제 2 격자층(133b)은 하부 표면에 입사하는 입사광의 일부를 상부 표면의 법선과 평행한 방향으로 진행시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 격자층(133a)으로부터 도광층(132)의 상부 표면에 수직하게 입사하는 광빔은 진행 방향이 바뀌지 않고 제 2 격자층(133b)을 통해 출광된다. 제 1 격자층(133a)으로부터 도광층(132)의 상부 표면에 경사지게 입사하는 광빔의 일부는 제 2 격자층(133b)을 통해 제 2 격자층(133b)의 상부 표면의 법선에 평행한 방향으로 출광된다. 제 1 격자층(133a)으로부터 도광층(132)의 상부 표면에 경사지게 입사하는 광빔의 나머지는 도광층(132)의 상부 표면에서 전반사되면서 도광층(132)의 내부를 따라 측면 방향으로 진행하게 된다. 이 과정에서, 광빔이 도광층(132)의 상부 표면에 입사할 때마다 광빔의 일부가 제 2 격자층(133b)을 통해 출광된다.

따라서, 개구 확대 필름(130a)에 입사한 광빔은 다수의 광빔(-L2, -L1, L0, +L1, +L2)들로 나뉘어져 개구 확대 필름(130a)으로부터 출광된다. 도광층(132)의 두께는 다수의 광빔(-L2, -L1, L0, +L1, +L2)들이 서로 적어도 부분적으로 중첩되도록 선택될 수 있다. 그러면, 개구 확대 필름(130a)으로부터 출광되는 다수의 광빔(-L2, -L1, L0, +L1, +L2)들은 하나의 확대된 광빔으로 볼 수 있다. 결과적으로, 개구 확대 필름(130a)은 공간 광변조기(120)의 개구(121)로부터 입사하는 광빔의 빔경을 확대하는 역할을 하게 된다. 또한, 광빔(L0)의 세기가 둘레에 있는 광빔(-L1, +L1)의 세기보다 크고, 광빔(-L1, +L1)의 세기가 둘레에 있는 광빔(-L2, +L2)의 세기보다 크기 때문에, 개구 확대 필름(130a)에 의해 확대된 광빔은 중심으로부터 주변부로 세기가 작아지는, 대략적으로 가우스 분포와 유사한 형태를 갖게 된다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름(130b)의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 개구 확대 필름(130b)은 제 3 격자층(133c), 도광층(132), 및 제 4 격자층(133d)을 포함할 수 있다. 도광층(132)은 제 3 격자층(133c)과 제 4 격자층(133d) 사이에 배치된다. 제 3 격자층(133c)과 제 4 격자층(133d)은 후술하는 기능을 수행할 수 있도록 도 5에 도시된 제 1 및 제 2 격자층(133a, 133b)과는 크기, 높이, 주기, 듀티비, 모양 등에 있어서 상이한 주기 격자 패턴을 가질 수 있다.

개구 확대 필름(130b)은 제 3 격자층(133c)이 공간 광변조기(120)의 출광면과 마주보도록 배치될 수 있다. 그러면, 공간 광변조기(120)의 각각의 개구(121)로부터 오는 광빔은 먼저 제 3 격자층(133c)의 하부 표면에 수직하게 입사한다. 제 3 격자층(133c)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광을 그대로 투과시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 3 격자층(133c)의 하부 표면에 입사한 광빔은 도광층(132)을 지나 제 4 격자층(133d)의 하부 표면에 수직하게 입사할 수 있다. 또한, 제 3 격자층(133c)은 상부 표면에 경사지게 입사하는 입사광의 일부를 상부 표면에 수직한 방향으로 반사하도록 구성될 수 있다.

제 4 격자층(133d)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광을 0차 및 1차 회절시켜 서로 다른 방향으로 진행시킬 수 있다. 예를 들어, 제 4 격자층(133d)에 의해 0차 회절된 광빔은 제 4 격자층(133d)의 상부 표면의 법선에 대해 평행한 방향으로 출광될 수 있으며, 1차 회절된 광빔은 도광층(132)을 향해 비스듬하게 진행될 수 있다. 그러면, 제 4 격자층(133d)에 의해 1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 내부에서 전반사를 통해 측면 방향을 따라 진행하게 된다.

도광층(132)의 내부를 측면 방향으로 진행하는 과정에서 광빔의 일부는 제 3 격자층(133c)의 상부 표면에 의해 회절되면서 다시 제 4 격자층(133d)의 하부 표면에 수직하게 입사할 수 있다. 공간 광변조기(120)로부터 개구 확대 필름(130b)에 입사한 광빔은 이러한 방식으로 다수의 광빔(-L2, -L1, L0, +L1, +L2)들로 나뉘어져 개구 확대 필름(130b)으로부터 출광된다.

또한, 도 7은 또 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름(130c)의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 개구 확대 필름(130c)은 제 5 격자층(133e), 제 4 격자층(133d), 및 제 5 격자층(133e)과 제 4 격자층(133d) 사이에 배치된 도광층(132)을 포함할 수 있다.

공간 광변조기(120)의 각각의 개구(121)로부터 오는 광빔은 먼저 제 5 격자층(133e)의 하부 표면에 수직하게 입사한다. 제 5 격자층(133e)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광 중에서 일부를 0차 회절시켜 제 5 격자층(133e)의 상부 표면의 법선에 대해 평행한 방향(즉, 상부 표면에 수직한 방향)으로 진행시키도록 구성될 수 있다. 또한, 제 5 격자층(133e)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광 중에서 일부를 1차 회절시켜 제 5 격자층(133e)의 상부 표면에 대해 경사진 방향으로 진행시키도록 구성될 수 있다. 그러면, 제 5 격자층(133e)에 의해 0차 회절된 광빔은 도광층(132)을 지나 제 6 격자층(133f)의 하부 표면에 수직하게 입사하며, 1차 회절된 광빔은 도광층(132)의 상부 표면에 경사지게 입사할 수 있다.

또한, 제 5 격자층(133e)은 상부 표면에 경사지게 입사하는 입사광의 일부를 회절시켜 상부 표면의 법선에 평행한 방향으로 진행시키도록 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 제 5 격자층(133e)과 도 5에 도시된 제 1 격자층(133a)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광 중에서 0차 회절된 광을 상부 표면에 수직한 방향으로 진행시키고 1차 회절된 광을 상부 표면에 대해 경사진 방향으로 진행시킨다는 점에서 공통점이 있다. 그러나, 제 1 격자층(133a)은 상부 표면에 경사지게 입사하는 입사광을 상부 표면의 법선 방향으로 회절시키지 않는다는 점에서 제 5 격자층(133e)과 차이가 있다. 또한, 도 6에 도시된 제 3 격자층(133c)은 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광을 상부 표면에 대해 경사진 방향으로 진행시키지 않는다는 점에서 제 5 격자층(133e)과 차이가 있다. 이를 위해, 제 5 격자층(133e)은 제 1 및 3 격자층(133a, 133c)과는 크기, 높이, 주기, 듀티비, 모양 등에 있어서 상이한 주기 격자 패턴을 가질 수 있다.

도 7에 도시된 제 4 격자층(133d)은 도 6에 도시된 제 4 격자층(133d)과 동일하다. 따라서, 제 4 격자층(133d)의 하부 표면에 수직하게 입사하는 입사광 중에서 일부는 상부 표면의 법선에 평행한 방향으로 출광되고 나머지 일부는 도광층(132)을 따라 측면 방향으로 경사지게 진행한다. 전반사를 통해 도광층(132)의 내부를 측면 방향으로 진행하는 과정에서 광빔의 일부는 제 5 격자층(133e)의 상부 표면에 의해 회절되면서 다시 제 4 격자층(133d)의 하부 표면에 수직하게 입사할 수 있다. 공간 광변조기(120)로부터 개구 확대 필름(130c)에 입사한 광빔은 이러한 방식으로 다수의 광빔(-L3, -L2, -L1, L0, +L1, +L2, +L3)들로 나뉘어져 개구 확대 필름(130c)으로부터 출광된다.

또한, 도 8은 또 다른 실시예에 따른 개구 확대 필름(130d)의 구성 및 동작을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 개구 확대 필름(130d)은 제 5 격자층(133e) 및 제 5 격자층(133e)의 상부 표면 위에 배치된 도광층(132)을 포함할 수 있다. 개구 확대 필름(130d)은 제 5 격자층(133e)의 하부 표면이 공간 광변조기(120)의 출광면과 마주보도록 배치될 수 있다. 또한, 개구 확대 필름(130d)은 제 5 격자층(133e)과 도광층(132)을 휘어지지 않게 지지하기 위한 기판(131)을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 기판(131)은 제 5 격자층(133e)의 하부 표면에 배치될 수 있다.

도 8에 도시된 제 5 격자층(133e)은 도 7에 도시된 제 5 격자층(133e)과 동일하다. 따라서, 공간 광변조기(120)의 각각의 개구(121)로부터 오는 광빔의 일부는 제 5 격자층(133e)의 하부 표면에서 0차 회절되어 도광층(132)의 하부 표면에 수직하게 입사한다. 도광층(132)의 하부 표면에 수직하게 입사한 광빔은 그대로 도광층(132)을 통과하여 도광층(132)의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광된다. 그리고, 공간 광변조기(120)의 각각의 개구(121)로부터 오는 광빔의 나머지 일부는 제 5 격자층(133e)의 하부 표면에서 1차 회절되어 도광층(132)을 따라 측면 방향으로 경사지게 진행한다.

전반사를 통해 도광층(132)의 내부를 측면 방향으로 진행하는 과정에서 광빔의 일부는 제 5 격자층(133e)의 상부 표면에 의해 회절되면서 다시 도광층(132)의 하부 표면에 수직하게 입사할 수 있다. 공간 광변조기(120)로부터 개구 확대 필름(130d)에 입사한 광빔은 이러한 방식으로 다수의 광빔(-L2, -L1, L0, +L1, +L2)들로 나뉘어져 개구 확대 필름(130d)으로부터 출광된다.

도 9a는 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 9a를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성을 모두 포함하며, 또한 공간 광변조기(120)의 출광면에 마주하여 배치된 가우시안 아포다이제이션 필터(Gaussian apodization filter) 어레이(210)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는 공간 광변조기(120)와 개구 확대 필름(130) 사이에 배치될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 백라이트 유닛(110)은 콜리메이팅된 균일한 가간섭성 조명광을 공간 광변조기(120)에 제공한다. 다시 말해, 공간 광변조기(120)에 입사하는 조명광은 균일한 세기 분포를 갖는다. 또한, 공간 광변조기(120)의 개구(122)를 통과하는 광빔도 균일한 세기 분포를 갖는다. 따라서, 도 1에 도시된 실시예의 경우에, 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 광빔의 세기 분포는 곡선형의 가우스 분포가 아니라 계단형 분포를 가질 수 있다.

가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는 공간 광변조기(120)의 개구(122)로부터 출광하는 광빔의 균일한 세기 분포를 곡선형의 가우스 분포 형태로 변환하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는 2차원 배열된 다수의 가우시안 아포다이제이션 필터를 포함할 수 있다. 가우시안 아포다이제이션 필터는 공간 광변조기(120)의 개구(122)와 각각 일대일로 대응할 수 있다. 그러면, 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)를 통과하여 개구 확대 필름(130)에 입사하는 각각의 광빔은 곡선형의 가우스 분포 형태의 세기를 가질 수 있다. 따라서, 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 각각의 광빔의 세기 분포도 곡선형의 가우스 분포를 가질 수 있다.

예를 들어, 가우시안 아포다이제이션 필터는 광 반사 코팅 또는 광 흡수 코팅을 갖는 역 아포다이징 필터(reverse apodizing filter)일 수 있다. 가우시안 아포다이제이션 필터에서 광 반사 코팅 또는 광 흡수 코팅은, 투과광의 세기 분포가 가우시안 프로파일을 가질 수 있도록, 중심부의 투과율이 가장 높고 반경 방향으로 갈수록 투과율이 점점 낮아지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 코팅 두께가 중심부로부터 반경 방향을 향해 점차 증가하도록 반사성 금속을 코팅함으로써 가우시안 아포다이제이션 필터를 형성할 수 있다. 가우시안 아포다이제이션 필터의 크기는 공간 광변조기(120)의 화소의 크기와 동일할 수 있다.

이러한 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는 별도의 층 또는 별도의 필름 형태로 마련될 수도 있지만, 공간 광변조기(120)의 컬러 필터 어레이와 일체로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(120)의 컬러 필터 어레이를 제조하는 공정에서, 공간 광변조기(120)의 각각의 화소에 대응하는 각각의 컬러 필터의 표면에 상술한 방식으로 반사성 금속을 코팅함으로써 컬러 필터 어레이의 표면에 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)가 일체로 형성될 수 있다.

도 9b는 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 9b를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(200a)는 도 1에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 구성을 모두 포함하며, 공간 광변조기(120)의 입광면에 마주하여 배치된 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는 백라이트 유닛(110)과 공간 광변조기(120) 사이에 배치될 수 있다.

도 9a에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)와 비교할 때, 도 9b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(200a)는 단지 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)의 위치만이 다르다. 도 9b에 도시된 실시예에서, 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는 백라이트 유닛(110)으로부터 출광된 균일한 세기의 조명광을 가우스 분포 형태의 세기 분포를 갖는 다수의 광빔으로 만든다. 가우스 분포 형태의 세기 분포를 갖는 다수의 광빔은 각각 대응하는 공간 광변조기(120)의 개구(122)에 입사할 수 있다. 그런 후, 공간 광변조기(120)의 개구(122)를 통과하여 개구 확대 필름(130)에 입사하는 각각의 광빔은 곡선형의 가우스 분포 형태의 세기를 가질 수 있다. 따라서, 개구 확대 필름(130)에 의해 확대된 각각의 광빔의 세기 분포도 곡선형의 가우스 분포를 가질 수 있다.

도 10a는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 10a를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)는 도 9a에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(200)의 구성을 모두 포함하며, 또한 프리즘 어레이(310)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리즘 어레이(310)는 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)와 개구 확대 필름(130) 사이에 배치될 수 있다. 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이(210)는, 도 9b에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(120)의 입광면에 마주하여 배치될 수도 있으며, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 생략될 수도 있다. 이 경우 프리즘 어레이(310)는 공간 광변조기(120)와 개구 확대 필름(130) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 도 10b는 또 다른 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(300a)는 도 10a에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(300)와 비교할 때, 단지 프리즘 어레이(310)의 위치만이 다르다. 예를 들어, 도 10b를 참조하면, 프리즘 어레이(310)는 개구 확대 필름(130)의 출광면에 마주하여 배치될 수 있다.

프리즘 어레이(310)는 입사광을 서로 다른 방향으로 진행시키는 다수의 프리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 11은 도 10a 및 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)의 프리즘 어레이(310)의 다수의 프리즘의 배열을 예시적으로 보인다. 도 11을 참조하면, 프리즘 어레이(310)는 2차원 배열된 다수의 단위 영역(310a)으로 분할될 수 있다. 각각의 단위 영역(310a)은 입사광을 서로 다른 방향으로 진행시키는 다수의 프리즘(P1, P2, P3)을 포함할 수 있다. 따라서, 프리즘 어레이(310)는 반복적으로 배열된 다수의 프리즘(P1, P2, P3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 프리즘(P1, P2, P3) 중에서 제 1 프리즘(P1)은 입사광의 진행 방향을 제 1 방향으로 바꾸도록 구성되고, 제 2 프리즘(P2)은 입사광의 진행 방향을 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 바꾸도록 구성되고, 제 3 프리즘(P3)은 입사광의 진행 방향을 제 1 및 제 2 방향과 다른 제 3 방향으로 바꾸도록 구성될 수 있다.

도 11에는 단지 예시적으로 각각의 단위 영역(310a)이 1×3 배열의 프리즘들을 포함하는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 후술하는 바와 같이, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)가 동시에 제공하는 상이한 시점의 홀로그래픽 영상의 개수에 따라 각각의 단위 영역(310a) 내의 프리즘 배열이 다르게 선택될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)가 횡방향으로 4개의 상이한 시점의 홀로그래픽 영상을 제공하는 경우, 각각의 단위 영역(310a)은 1×4 배열의 프리즘들을 포함할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)가 횡방향 및 종방향으로 4개의 상이한 시점의 홀로그래픽 영상을 제공하는 경우, 각각의 단위 영역(310a)은 2×2 배열의 프리즘들을 포함할 수 있다.

프리즘 어레이(310)의 각각의 프리즘(P1, P2, P3)은 공간 광변조기(120)의 각각의 화소와 일대일로 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 12는 도 10a 및 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)의 공간 광변조기(120)의 다수의 화소의 배열을 예시적으로 보인다. 도 12를 참조하면, 공간 광변조기(120)는 2차원 배열된 다수의 화소를 포함한다. 또한, 공간 광변조기(120)는 2차원 배열된 다수의 단위 영역(120a)을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(120)의 단위 영역(120a)의 배열 형태는 프리즘 어레이(310)의 단위 영역(310a)과 동일한 배열 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 프리즘 어레이(310)의 단위 영역(310a)이 1×3 배열의 프리즘(P1, P2, P3)들을 포함하는 경우, 공간 광변조기(120)의 단위 영역(120a)은 1×3 배열의 화소(X1, X2, X3)들을 포함할 수 있다.

다수의 화소(X1, X2, X3)는 상이한 시점을 갖는 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 다수의 화소(X1, X2, X3) 중에서 제 1 화소(X1)는 제 1 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작하며, 제 2 화소(X2)는 제 1 시점과 다른 제 2 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작하고, 제 3 화소(X3)는 제 1 및 제 2 시점과 다른 제 3 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작할 수 있다. 이를 위해, 영상 처리기(150)는 제 1 화소(X1)에 제 1 시점의 홀로그래픽 영상을 위한 제 1 홀로그램 데이터 신호를 제공하고, 제 2 화소(X2)에 제 2 시점의 홀로그래픽 영상을 위한 제 2 홀로그램 데이터 신호를 제공하고, 제 3 화소(X3)에 제 3 시점의 홀로그래픽 영상을 위한 제 3 홀로그램 데이터 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.

도 12에는 단지 예시적으로 각각의 단위 영역(120a)이 1×3 배열의 화소들을 포함하는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)가 동시에 제공하고자 하는 상이한 시점의 홀로그래픽 영상의 개수에 따라 각각의 단위 영역(120a) 내의 화소 배열이 다르게 선택될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)가 횡방향으로 4개의 상이한 시점의 홀로그래픽 영상을 제공하는 경우, 각각의 단위 영역(120a)은 1×4 배열의 화소들을 포함할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)가 횡방향 및 종방향으로 4개의 상이한 시점의 홀로그래픽 영상을 제공하는 경우, 각각의 단위 영역(120a)은 2×2 배열의 화소들을 포함할 수 있다.

도 11 및 도 12에 예시된 프리즘 어레이(310)와 공간 광변조기(120)의 구성에서, 제 1 화소(X1)는 제 1 프리즘(P1)과 마주하여 배치되며, 제 2 화소(X2)는 제 2 프리즘(P2)과 마주하여 배치되고, 제 3 화소(X3)는 제 3 프리즘(P3)과 마주하여 배치될 수 있다. 그러면, 제 1 화소(X1)를 통해 재생되는 제 1 시점의 홀로그래픽 영상은 제 1 프리즘(P1)에 의해 제 1 방향으로 진행하고, 제 2 화소(X2)를 통해 재생되는 제 2 시점의 홀로그래픽 영상은 제 2 프리즘(P2)에 의해 제 2 방향으로 진행하며, 제 3 화소(X3)를 통해 재생되는 제 3 시점의 홀로그래픽 영상은 제 3 프리즘(P3)에 의해 제 3 방향으로 진행하게 된다. 그 결과, 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에는 서로 다른 시점을 갖는 3개의 홀로그래픽 영상이 서로 다른 위치에 포커싱된다.

예를 들어, 도 13은 도 10a 및 도 10b에 도시된 홀로그래픽 디스플레이 장치(300, 300a)에 의해 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면에 형성되는 빛의 분포를 예시적으로 보인다. 도 13을 참조하면, 푸리에 렌즈(140)의 초점 평면의 중심에는 0차 노이즈(N0)가 나타난다. 도 13에서 실선으로 표시된 사각형은 공간 광변조기(120)의 화소 주기에 의해 결정되는 시야창의 경계이다. 앞서 설명한 바와 같이, 개구 확대 필름(130)을 사용함으로써 시야창의 경계를 따라 고차 노이즈(N1)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제 1 화소(X1)와 제 1 프리즘(P1)에 의한 제 1 홀로그래픽 영상 신호(S1), 제 2 화소(X2)와 제 2 프리즘(P2)에 의한 제 2 홀로그래픽 영상 신호(S2), 및 제 3 화소(X3)와 제 3 프리즘(P3)에 의한 제 3 홀로그래픽 영상 신호(S3)가 나타낸다. 또한, 0차 노이즈(N0)를 중심으로 제 1 내지 제 3 홀로그래픽 영상 신호(S1, S2, S3)에 대해 대칭적인 위치에 제 1 내지 제 3 복소 켤레 영상 신호(S1*, S2*, S3*)가 나타난다.

도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 프리즘(P1)에 의해 진행 방향이 바뀐 제 1 홀로그래픽 영상 신호(S1)와 제 3 프리즘(P3)에 의해 진행 방향이 바뀐 제 3 홀로그래픽 영상 신호(S3)는 공간 광변조기(120)의 화소 주기에 의해 결정되는 시야창의 경계 바깥쪽에 위치할 수 있다. 따라서, 프리즘 어레이(310)를 사용함으로써 공간 광변조기(120)의 화소 주기에 의해 결정되는 시야창의 한계 범위를 벗어나 시야창을 더 넓게 확대하는 것이 가능하게 되며, 관찰자는 더 넓은 영역에서 홀로그래픽 영상을 감상할 수 있다. 또한, 제 1 홀로그래픽 영상 신호(S1)와 제 2 홀로그래픽 영상 신호(S2) 사이 및 제 2 홀로그래픽 영상 신호(S2)와 제 3 홀로그래픽 영상 신호(S3) 사이에서 고차 노이즈(N1)가 나타나지 않기 때문에, 관찰자의 눈(E)이 제 1 홀로그래픽 영상 신호(S1)로부터 제 2 홀로그래픽 영상 신호(S2)로 이동하거나 제 2 홀로그래픽 영상 신호(S2)로부터 제 3 홀로그래픽 영상 신호(S3)로 이동할 때, 고차 노이즈(N1)에 의해 방해 받지 않고 자연스럽게 바뀐 시점의 홀로그래픽 영상을 감상할 수 있다.

상술한 확장된 시야창을 제공하는 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. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 200, 300, 400, 400a, 400b, 400c.....홀로그래픽 디스플레이 장치
110.....백라이트 유닛
120.....공간 광변조기
121.....블랙 매트릭스
122.....개구
130, 130a, 130b, 130c.....개구 확대 필름
131.....기판
132.....도광층
133, 133a, 133b.....격자층
140.....푸리에 렌즈
150.....영상 처리기
160.....시선 추적기
170.....빔 편향기
210.....가우시안 아포다이제이션 필터 어레이
310.....프리즘 어레이

Claims

2차원 배열된 다수의 화소를 구비하는 공간 광변조기; 및
상기 공간 광변조기의 각각의 화소로부터 오는 광빔의 빔경을 확대하는 개구 확대 필름;을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공간 광변조기는 다수의 개구 및 상기 다수의 개구를 둘러싸는 블랙 매트릭스를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 확대된 광빔은 중심으로부터 주변부로 세기가 작아지는 세기 분포를 가지는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 확대된 광빔의 빔경은 상기 공간 광변조기의 각각의 개구의 폭보다 큰 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 확대된 광빔의 빔경은 상기 공간 광변조기의 화소 주기보다 큰 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 개구 확대 필름은 상기 공간 광변조기의 출광면에 마주하여 배치된 도광층 및 상기 도광층의 상부 표면에 배치된 격자층을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 도광층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 격자층은, 상기 도광층으로부터 상기 격자층의 하부 표면에 수직하게 입사하는 광빔의 일부를 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광시키고, 나머지 일부의 광빔을 상기 도광층을 향해 비스듬하게 진행시키는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 도광층은 상기 격자층으로부터 비스듬하게 오는 광빔을 전반사를 통해 상기 도광층의 내부를 따라 전파시키는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 격자층은 상기 도광층으로부터 상기 격자층의 하부 표면에 비스듬하게 입사하는 광빔의 일부를 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광시키는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 격자층의 하부 표면에 수직하게 입사하여 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광되는 제 1 광빔과 상기 격자층의 하부 표면에 비스듬하게 입사하여 상기 격자층의 상부 표면에 수직한 방향으로 출광되는 제 2 광빔이 적어도 부분적으로 중첩하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 개구 확대 필름은 상기 도광층과 상기 격자층을 휘어지지 않게 지지하는 기판을 더 포함하며, 상기 도광층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 높은 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 개구 확대 필름은 상기 공간 광변조기의 출광면에 마주하여 배치된 제 1 격자층, 상기 제 1 격자층 위에 배치된 도광층, 및 상기 도광층 위에 배치된 제 2 격자층을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 개구 확대 필름은 상기 공간 광변조기의 출광면에 마주하여 배치된 격자층 및 상기 격자층의 상부 표면 위에 배치된 도광층을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공간 광변조기에 가간섭성의 콜리메이팅된 조명광을 제공하는 백라이트 유닛, 및 상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그래픽 영상을 공간 상에 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공간 광변조기의 출광면과 상기 개구 확대 필름 사이에 배치되거나 또는 상기 공간 광변조기의 입광면에 마주하여 배치된 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 가우시안 아포다이제이션 필터 어레이는 광빔의 세기 분포를 곡선형의 가우스 분포 형태로 변환하는 다수의 가우시안 아포다이제이션 필터를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공간 광변조기와 상기 개구 확대 필름 사이에 배치되거나 또는 상기 개구 확대 필름의 출광면에 마주하여 배치된 프리즘 어레이를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 프리즘 어레이는 2차원 배열된 다수의 단위 영역으로 분할되며, 각각의 단위 영역은 입사광을 서로 다른 방향으로 진행시키는 다수의 프리즘을 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 프리즘 어레이의 다수의 프리즘은 상기 공간 광변조기의 다수의 화소와 각각 일대일로 대응하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 프리즘 어레이의 각각의 단위 영역의 제 1 프리즘에 대응하는 상기 공간 광변조기의 제 1 화소는 제 1 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작하며, 상기 프리즘 어레이의 각각의 단위 영역의 제 2 프리즘에 대응하는 상기 공간 광변조기의 제 2 화소는 제 1 시점과 상이한 제 2 시점의 홀로그래픽 영상을 재생하도록 동작하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.