KR20220026362A - 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220026362A
KR20220026362A KR1020200107289A KR20200107289A KR20220026362A KR 20220026362 A KR20220026362 A KR 20220026362A KR 1020200107289 A KR1020200107289 A KR 1020200107289A KR 20200107289 A KR20200107289 A KR 20200107289A KR 20220026362 A KR20220026362 A KR 20220026362A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
holographic
pattern
light guide
optical element
Prior art date
Application number
KR1020200107289A
Other languages
English (en)
Inventor
정보라
김재진
황혜원
권도경
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020200107289A priority Critical patent/KR20220026362A/ko
Publication of KR20220026362A publication Critical patent/KR20220026362A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G02B2027/0105—Holograms with particular structures
    • G02B2027/0107—Holograms with particular structures with optical power

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로 수평 방향 및 수직 방향으로 동시에 광을 확장할 수 있는 광학 소자를 이용함으로써, 별도의 광산란도가 없이도 아이모션박스를 확장시킬 수 있는 홀로그래픽 도광판에 관한 것이다.

Description

홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{HOLOGRAPHIC WAVEGUIDE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로 수평 방향 및 수직 방향으로 동시에 광을 확장할 수 있는 광학 소자를 이용함으로써, 별도의 광산란도가 없이도 아이모션박스를 확장시킬 수 있는 홀로그래픽 도광판에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 헤드 업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
일반적인 차량용 헤드 업 디스플레이(Head Up Display, HUD) 시스템(10)은 영상을 생성하여 출력하는 디스플레이(1)와, 해당 영상을 차량의 윈드쉴드(windshield)로 지향시키는 광학계(2)로 구성될 수 있다.
광학계(2)는 디스플레이(1)와 윈드쉴드 간 광경로를 확보하면서 헤드 업 디스플레이 시스템(10)의 전체 부피를 줄이기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 다수의 미러(mirror, 3-4)를 이용하게 된다.
다만, 이렇게 다수의 미러를 사용하더라도 디스플레이(1), 다수의 미러들(3-4) 간의 상호 확보해야하는 거리로 인해 헤드 업 디스플레이 시스템(10)의 전체 부피를 10 L 수준으로 줄이는데는 한계가 있다.
이러한 헤드 업 디스플레이 시스템은 운전자 입장에서 윈드쉴드를 통해 영상이 시인될 수 있는 영역인 아이모션박스(Eye Motion Box, EMB)를 넓게 형성하기 어려워, 운전자의 동공의 시축 및 영상의 시야각을 고려하여 영상이 윈드쉴드의 제한된 범위에 도달할 수 있도록 다수의 미러들(3, 4) 각도를 운전자가 직접 조절해야하는 불편이 따르기도 한다.
나아가, 이러한 문제를 해결하기 위하여 도광판을 사용하여 광을 일차원적으로 확장하고는 있지만, 입사시키는 광은 수직방향으로 확장되지 않으므로 아이모션박스(Eye Motion Box, EMB)가 넓게 형성되지 않는 문제점이 있었다.
도 2는 종래기술의 홀로그래픽 도광판의 광경로 및 광경로 상에서의 주된 회절광의 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참고하면, 종래기술의 홀로그래픽 도광판(10)의 입사 회절 광학소자(20)는 광원(미도시)으로부터 입사광이 입력되어 광가이드 상에서 안내되며, 상이 안내된 광이 출력 회절 광학소자에 수광된다. 이후 상기 수광된 중 일부는 상기 출력 회절 광학소자에 의하여 회절되어 광가이드로부터 출력되고 나머지 일부는 광가이드 내에서 전반사를 통해 안내되어 광의 확장이 일어난다. 상술한 방식으로 광의 1차원적인 확장을 구현하였다.
도 3은 종래기술의 홀로그래픽 도광판의 입력된 광의 확장을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참고하면, 상술한 것과 같이 종래기술의 홀로그래픽 도광판은 일차원적인 광의 확장이 구현되지만 2차원적인 확장을 위해서는 홀로그래픽 도광판 내에 추가적인 광학 소자를 구비해야 하며, 그로 인해 제조공정이 복잡해지며, 광량이 감소하는 문제가 있었다.
따라서, 디스플레이 장치에서 입사된 광을 확장하여 아이모션박스를 넓게 구현하는 기술개발이 시급한 실정이었다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 입사된 광을 수평방향 및 수직방향으로 확장시키는 광학소자를 사용함으로써, 입사되는 광을 소정의 방향으로 산란시키지 않고도 광을 확장할 수 있는 홀로그래픽 도광판 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 광을 안내하기 위한 광가이드; 광원으로부터 출력된 광이 입력되어 상기 광가이드 상에서 안내될 수 있도록 상기 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 상기 입력된 광을 회절시키며 상기 입력된 광을 수직 방향 및 수평 방향으로 확장시키도록 구성된 제1 홀로그래픽 광학소자; 및 상기 제1 홀로그래픽 광학소자로부터 회절 및 확장된 광을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 상기 광가이드부로부터 출력되도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학소자;를 포함하는 홀로그래픽 도광판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 복수의 고굴절부 또는 저굴절부가 서로 이격 배치된 제1 패턴 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격된 복수의 고굴절부 또는 저굴절부가 제1 방향으로 서로 이격 배치되는 제2 패턴을 포함하는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 패턴의 고굴절부는 상기 제1 패턴의 고굴절부에 대하여 제1 방향을 따라 서로 교호적으로 이격하여 배치되는 것이며, 상기 제2 패턴의 저굴절부는 상기 제1 패턴의 저굴절부에 대하여 제1 방향을 따라 서로 교호적으로 이격하여 배치되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 격자 패턴은 제1 패턴 및 제2 패턴이 제2 방향을 따라 서로 교호적으로 이격 배치되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 격자 패턴에서 인접하는 3개의 고굴절부 또는 저굴절부는 가상의 정삼각형의 꼭지점에 위치하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 패턴을 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2홀로그래픽 광학소자는 상기 제1 방향을 따라 갈수록 상기 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 홀로그래픽 도광판을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 홀로그래픽 도광판은 입사되는 광을 산란시키지 않고도 수평방향 및 수직방향으로 광을 확장시킬 수 있어 광효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치는 입사된 광에 대하여 산란을 시키지 않음으로써 광효율을 향상시키는 동시에 용이하게 입사된 광을 확장하여 디스플레이 장치의 아이모션박스(EMB, eye motion box)를 확장할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 헤드 업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술의 홀로그래픽 도광판의 광경로 및 광경로 상에서의 주된 회절광의 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래기술의 홀로그래픽 도광판의 입력된 광의 확장을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 홀로그래픽 도광판의 입력된 광의 확장을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴을 기록하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴을 따라 광이 수평방향 및 수직방향으로 확장되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서 전체에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않으며, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 명세서 전체에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
본 명세서 전체에서, 용어 "광가이드"는 내부 전반사를 이용하여 내부에서 광을 안내하는 구조로 정의될 수 있다. 내부 전반사를 위한 조건은 광가이드의 굴절률이 광가이드의 표면에 인접한 주변 매체의 굴절률보다 커야 한다. 광가이드는 유리 및/또는 플라스틱 소재를 포함하여 형성될 수 있으며, 투명 또는 반투명할 수 있다. 광가이드부 플레이트 타입에 다양한 레이아웃으로 형성될 수 있다. 여기서, 용어 "플레이트"는 일면 및 그 반대측인 타면 사이에 소정의 두께를 가지는 3차원 구조체를 의미하며, 그 일면 및 타면은 실질적으로 평탄한 평면일 수도 있지만, 그 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면은 1차원적 또는 2차원적으로 만곡되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 타입의 광가이드는 1차원적으로 만곡되어 그 일면 및/또는 타면이 원기둥의 측면 중 일부와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 다만, 그 만곡에 의해 형성되는 곡률은 광가이드 상에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사가 용이하도록 충분히 큰 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하다.
본 명세서 전체에서, 용어 "홀로그래픽 광학 소자"는 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 홀로그래픽 격자 패턴을 의미하며, 홀로그래픽 광학 소자에 도달하는 광은 회절되어 광경로가 변경될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 격자 패턴은 포토폴리머(photopolymer)와 같은 감광 재료에 복수의 레이저가 간섭되어 기록될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자는 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 광가이드 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 이해될 수 있다.
본 명세서 전체에서, '홀로그래픽 광학소자'는 고굴절부와 저굴절부가 소정의 방향을 따라 서로 교번하여 배치되는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비하는데, 홀로그래픽 격자 패턴의 길이 방향은 고굴절부와 저굴절부의 서로 교번하여 나열되는 방향과 수직한 방향으로 정의될 수 있다.
본 명세서 전체에서, '홀로그래픽 격자 패턴'은 소정의 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 홀로그래픽 격자 패턴을 의미하며, 홀로그래픽 광학 소자에 도달하는 광은 회절되어 광경로가 변경될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 격자 패턴은 포토폴리머(photopolymer)와 같은 감광 재료에 복수의 레이저가 간섭되어 기록될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자는 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 광가이드 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 이해될 수 있다.
본 명세서 전체에서, 용어 "회절 효율"은, 광가이드 상에서 내부 전반사되는 광이 광학 소자에 의해 일부 회절되어 광경로가 변경되고 나머지는 회절되기 전의 광경로를 따라 전반사될 수 있는데, 회절되어 광경로가 변경된 회절광의 광량을 회절되기 직전의 광량으로 나눈 값을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 광을 안내하기 위한 광가이드; 광원으로부터 출력된 광이 입력되어 상기 광가이드 상에서 안내될 수 있도록 상기 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 상기 입력된 광을 회절시키며 상기 입력된 광을 수직 방향 및 수평 방향으로 확장시키도록 구성된 제1 홀로그래픽 광학소자; 및 상기 제1 홀로그래픽 광학소자로부터 회절 및 확장된 광을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 상기 광가이드부로부터 출력되도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학소자;를 포함하는 홀로그래픽 도광판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 홀로그래픽 도광판은 입사되는 광을 산란시키지 않고도 수평방향 및 수직방향으로 광을 확장시킬 수 있어 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 홀로그래픽 도광판의 입력된 광의 확장을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태인 홀로그래픽 도광판(100)은 광가이드(110), 제1 홀로그래픽 광학소자(130) 및 제2 홀로그래픽 광학소자(150)을 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 홀로그래픽 도광판이 상기 구성을 포함함으로써, 상기 홀로그래픽 도광판에서 출력되는 광의 효율을 향상시킬 수 있으며, 아이모션박스(EMB)를 확장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 도광판은 광을 안내하기 위한 광가이드를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 홀로그래픽 도광판은 광을 안내하기 위한 광가이드를 포함함으로써, 상기 입력광을 전반사를 통하여 원하는 방향으로 안내시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 도광판은 제1 홀로그래픽 광학소자를 포함한다. 상기 제1 홀로그래픽 광학소자는 입사광이 입력되어 광가이드 상에서 안내될 수 있도록 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 입력된 입력광(L)을 회절시키며 상기 입력된 광을 수직 방향 및 수평 방향으로 확장시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 홀로그래픽 광학소자를 포함함으로써, 입력된 광을 광가이드에서 전반사되어 안내하며, 입력광이 수평 방향 및 수직 방향으로 확장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 수평 방향은 상기 제1 방향일 수 있으며, 상기 수직방향은 제2 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 복수의 고굴절부 또는 저굴절부가 서로 이격 배치된 제1 패턴 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격된 복수의 고굴절부 또는 저굴절부가 제1 방향으로 서로 이격 배치되는 제2 패턴을 포함하는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 제1 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 복수의 고굴절부가 서로 이격 배치된 제1 패턴 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격된 복수의 고굴절부가 제1 방향으로 서로 이격 배치되는 제2 패턴을 포함하는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비할 수 있다. 또한 상기 제1 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 복수의 저굴절부가 서로 이격 배치된 제1 패턴 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격된 복수의 저굴절부가 제1 방향으로 서로 이격 배치되는 제2 패턴을 포함하는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 패턴과 제 2 패턴이 구비됨으로써, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자 내의 홀로그래픽 격자 패턴에 의하여 광이 수평 방향 및 수직 방향으로 확장되며 입사광의 광량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 방향은 수평 방향일 수 있으며, 상기 제2 방향은 수직 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 패턴의 고굴절부는 상기 제1 패턴의 고굴절부에 대하여 제1 방향을 따라 서로 교호적으로 이격하여 배치되는 것일 수 있으며, 상기 제2 패턴의 저굴절부는 상기 제1 패턴의 저굴절부에 대하여 제1 방향을 따라 서로 교호적으로 이격하여 배치되는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 패턴과 제 2 패턴이 구비됨으로써, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자 내의 홀로그래픽 격자 패턴에 의하여 광이 수평 방향 및 수직 방향으로 확장되며 입사광의 광량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 격자 패턴은 제1 패턴 및 제2 패턴이 제2 방향을 따라 서로 교호적으로 이격 배치되는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 홀로그래픽 격자 패턴이 제1 패턴 및 제2 패턴이 제2 방향을 따라 서로 교호적으로 이격 배치됨으로써, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자 내의 홀로그래픽 격자 패턴에 의하여 광이 수평 방향 및 수직 방향으로 확장되며 입사광의 광량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 격자 패턴에서 인접하는 3개의 고굴절부 또는 저굴절부는 가상의 정삼각형의 꼭지점에 위치하는 것일 수 있다. 구체적으로 인접하는 3개의 점에 의하여 형성되는 가상의 도형이 정삼각형이 되는 단위패턴이 반복하여 배치되는 홀로그래픽 격자 패턴일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 홀로그래픽 격자 패턴이 배치됨으로써, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자 내의 홀로그래픽 격자 패턴에 의하여 광이 수평 방향 및 수직 방향으로 확장되며 입사광의 광량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참고하면, 상기 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴은 정삼각형의 꼭지점 위치에 저굴절부 또는 고굴절부가 위치한 단위패턴이 반복하여 상기 홀로그래픽 격자 패턴을 형성할 수 있다. 도 5 내에서는 상기 저굴절부 또는 고굴절부를 원형으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 홀로그래픽 격자 패턴을 기록하는 과정에서 구현되는 형상이라면 제한없이 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴을 기록하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6을 참고하면, 동일한 3 개의 간섭성 레이저를 감광 재료의 일면에 법선(도면 6의 z축)과 동일한 각을 형성하고, 3개 레이저가 모두 동일한 방위각을 갖도록 배치한 후 상기 감광 재료에 조사하여 간섭현상에 의해 구현된 간섭패턴을 기록할 수 있다. 상술한 방법으로 상기 홀로그래픽 격자 패턴을 기록하는 경우 정삼각형의 꼭지점 위치에 저굴절부 또는 고굴절부가 위치한 단위패턴이 반복하는 홀로그래픽 격자 패턴을 형성할 수 있다
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 격자 패턴에서 인접하는 3개의 저굴절부는 가상의 정삼각형의 꼭지점에 위치하는 것일 수 있다. 구체적으로 동일한 3 개의 간섭성 레이저를 감광 재료의 일면에 법선(도면 6의 z축)과 동일한 각인 θ1=θ2=θ3=30°을 형성하고, 3개 레이저가 모두 동일간격이 되도록 φ1= 0°, φ2=120° 및 φ3=240 방위각을 갖도록 배치한 후 상기 감광 재료에 조사하여 간섭현상에 의해 구현된 간섭패턴을 기록하는 경우, 상기 도 5의 가상의 정삼각형의 꼭지점(도 5에서 원으로 도시)에 저굴절부가 기록될 수 있다. 즉, 상기 원형의 도트(dot)에는 저굴절부가 위치하고 그 주변부는 고굴절부가 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 홀로그래픽 격자 패턴에서 인접하는 3개의 고굴절부는 가상의 정삼각형의 꼭지점에 위치하는 것일 수 있다. 동일한 3 개의 간섭성 레이저를 감광 재료의 일면에 법선(도면 6의 z축)과 동일한 각인 θ1=θ2=θ3=60°을 형성하고, 3개 레이저가 모두 동일간격이 되도록 φ1= 0°, φ2=120° 및 φ3=240 방위각을 갖도록 배치한 후 상기 감광 재료에 조사하여 간섭현상에 의해 구현된 간섭패턴을 기록하는 경우, 상기 도 5의 가상의 정삼각형의 꼭지점(도 5에서 원으로 도시)에 고굴절부가 기록될 수 있다. 즉, 상기 원형의 도트(dot)에는 고굴절부가 위치하고 그 주변부는 저굴절부가 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 패턴을 구비하는 것일 수 있다. 구체적으로 제2 홀로그래픽 광학소자는 광가이드의 일면 또는 타면 중 어느 하나에 배치되어 제1 홀로그래픽 광학소자로부터 회절 및 확장되어 광가이드를 통해 안내되는 광(L1)을 수광하고 수광된 광이 부분적으로 회절에 의해 광가이드로부터 출력되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제2 홀로그래픽 광학소자의 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 방향은 제1 방향, 즉 도 5 기준으로는 x 축 방향일 수 있다. 보다 구체적으로 수평 방향일 수 있다. 여기서, 제2 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴의 길이 방향은 제1방향과 수직한 제2방향, 도 5 기준 z 축 방향일 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 제2 홀로그래픽 광학소자(150)는 제1 홀로그래픽 광학소자(130)로부터 회절 및 확장되어 광가이드(110)를 통해 안내되는 광(L1)을 수광하여 일부는 회절에 의해 광가이드(110)로부터 출력되도록 하고, 나머지는 기존 광경로로 광가이드(110) 상에서 전반사에 의해 안내될 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 제2 홀로그래픽 광학소자(150)에 최초 수광된 광(L1)은 특정 방향, 예를 들어, 제1 방향을 따라 소정의 간격만큼 복수회 이격된 지점마다 부분적으로 회절되어 그 회절광(L3)은 광가이드로부터 출력되고, 나머지 광은 제1 방향을 따라 광가이드 내부에서 전반사되어 안내되므로, 결국 1차원적인 확장이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 홀로그래픽 광학소자는 상기 제1 방향을 따라 갈수록 상기 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것일 수 있다. 구체적으로 제2 홀로그래픽 광학소자(150)는 제1 방향을 따라 갈수록 홀로그래픽 격자 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것이 바람직하다. 제2 홀로그래픽 광학소자(150)에서의 홀로그래픽 격자 패턴에 의한 효율은 10 내지 100 % 사이에서 점차 높아지도록 구성될 수 있다. 제2 홀로그래픽 광학소자(150)가 제1 홀로그래픽 광학소자(110)로부터 수광한 광(L1)은 광가이드(110) 상에서 홀로그래픽 격자 패턴이 나열된 제1 방향을 주된 방향으로 하여 전반사되는데, 일부 광(L3)은 홀로그래픽 격자 패턴에 의해 전반사 경로 상에서 회절과 함께 분기되어 광가이드로부터 출력된다. 결국, 제1 방향을 주된 방향으로 하는 전반사 경로를 따라갈수록 광량은 줄어들게 된다. 따라서, 홀로그래픽 격자 패턴에 도달하는 광량이 상기 전반사 경로를 따라갈수록 줄어들게 되더라도, 제2 홀로그래픽 광학소자(150)가 제1 방향을 따라 회절 효율이 높아지도록 구성되면, 제2 홀로그래픽 광학소자(150)의 홀로그래픽 격자 패턴을 통해 회절되어 광가드드로부터 출력되는 광들(L3)은 서로간 광량이 비슷해질 수 있다. 한편, 홀로그래픽 격자 패턴의 회절 효율은 고굴절부가 차지하는 두께 및/또는 높이와 상관 관계가 있다. 즉, 소정의 방향을 따라 배열되는 홀로그래픽 격자 패턴에 의한 회절 효율을 높이고자 하는 경우에는, 소정의 방향을 따라 고굴절부의 두께 및/또는 높이를 높게 구성하는 것으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 홀로그래픽 도광판을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치는 입사된 광에 대하여 산란을 시키지 않음으로써 광효율을 향상시키는 동시에 용이하게 입사된 광을 확장하여 디스플레이 장치의 아이모션박스(EMB, eye motion box)를 확장할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 디스플레이 장치는 광을 출력하는 광출력부를 더 포함할 수 있다. 상술한 것과 같이 광출력부를 포함함으로써, 미리 정해진 이미지를 광으로 조사하여 소정의 위치에 상기 이미지를 출력할 수 있다. 나아가, 상기 디스플레이 장치가 차량용 헤드업 디스플레이 장치(HUD)에 해당하는 경우 윈드쉴드(windshield)에 상기 이미지를 재생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부는 액정 디스플레이 패널 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광출력부는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes, OLED )로 구성되는 디스플레이 패널(이하, 유기 발광 디스플레이 패널) 또는 레이저 빔 스캔 프로젝터일 수 있다. 보다 구체적으로 광출력부는 화상 정보를 가진 전기적 신호를 입력 받고 상기 화상 정보에 대한 화상 표시광을 출력하는 수단을 의미한다. 상술한 것과 같이 상기 광출력부를 액정 디스플레이 패널 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널로 선택함으로써, 고정된 이미지뿐만 아니라 동영상을 재생할 수 있으며, 상기 재생되는 이미지의 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광출력부는 상기 홀로그래픽 도광판의 제1 홀로그래픽 광학소자에 입력되는 광일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 광출력부에서 출력되는 광이 상기 제1 홀로그래픽 광학소자에 입력됨으로써, 상기 입력되는 광을 수평방향 및 수직방향으로 확장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 디스플레이 장치는 증강현실기기용 디스플레이 장치, 자동차용 헤드 업 디스플레이 장치 또는 가상현실용 디스플레이 장치에 이용될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 디스플레이 장치가 증강현실기기용 디스플레이 장치, 자동차용 헤드 업 디스플레이 장치 또는 가상현실용 디스플레이 장치에 적용됨으로써, 아이모션박스를 확장시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 홀로그래픽 광학소자의 홀로그래픽 격자 패턴을 따라 광이 수평방향 및 수직방향으로 확장되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 7을 참고하면, 입사광이 제1 홀로그래픽 광학소자(130)에 입사되면 상기 제1 패턴(131) 내의 고굴절부 또는 저굴절부(131a)에 의하여 회절되고 광가이드 내에서 전반사되면서 광이 안내된다. 이후 상기 회절된 회절광(L1)이 상기 제1 패턴(131) 내의 다른 고굴절부 또는 저굴절부(131b)에 의하여 회절되고 상기 입사광(L)과 같이 광가이드 내에서 전반사되면서 회절광(L2)이 안내된다. 한편 상기 회절된 회절광(L1)이 제2 패턴(133) 내의 다른 고굴절부 또는 저굴절부(131a)에 수광되는 경우 상기 다른 고굴절부 또는 저굴절부(131a)에 의하여 회절되고 상기 입사광(L)과 같이 광가이드 내에서 전반사되면서 회절광(L3)이 안내된다. 상술한 것과 같은 과정이 반복되면서 상기 입력광의 일부는 상기 교호적으로 반복되는 제1 패턴 및 제2 패턴 내의 고굴절부 또는 저굴절부에 의하여 회절되면서 광이 광가이드로부터 출력광(L3)이 출사되고, 나머지 일부는 회절되어 광이 확산된다. 결국 제1 패턴 및 제2 패턴의 고굴절부 또는 저굴절부에서는 광의 회절과 출력이 발생하여 광을 수평방향 및 수직방향으로 확장시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 특정한 패턴을 갖는 광학 소자를 이용함으로써, 입력광의 수직 방향 및 수평 방향으로 확장시킬 수 있으며, 입력광을 산란시키지 않으므로 광량을 감소시키지 않아 광의 휘도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 디스플레이
2: 광학계
3, 4: 미러
10: 헤드 업 디스플레이 시스템
20: 종래기술의 회절도광판
21: 광가이드
23: 입사 회절 광학 소자
25: 출력 회절 광학 소자
100: 홀로그래픽 도광판
110: 광가이드
130: 제1 홀로그래픽 광학 소자
131: 제1 패턴
133: 제2 패턴
150: 제2 홀로그래픽 광학 소자
L: 입사광
L1, L2: 회절광
L3: 출력광

Claims (8)

  1. 광을 안내하기 위한 광가이드;
    광원으로부터 출력된 광이 입력되어 상기 광가이드 상에서 안내될 수 있도록 상기 광가이드의 일면 또는 타면에 배치되어 상기 입력된 광을 회절시키며 상기 입력된 광을 수직 방향 및 수평 방향으로 확장시키도록 구성된 제1 홀로그래픽 광학소자; 및
    상기 제1 홀로그래픽 광학소자로부터 회절 및 확장된 광을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 상기 광가이드부로부터 출력되도록 구성된 제2 홀로그래픽 광학소자;를 포함하는,
    홀로그래픽 도광판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 복수의 고굴절부 또는 저굴절부가 서로 이격 배치된 제1 패턴 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격된 복수의 고굴절부 또는 저굴절부가 제1 방향으로 서로 이격 배치되는 제2 패턴을 포함하는 홀로그래픽 격자 패턴을 구비하는 것인,
    홀로그래픽 도광판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 패턴의 고굴절부는 상기 제1 패턴의 고굴절부에 대하여 제1 방향을 따라 서로 교호적으로 이격하여 배치되는 것이며,
    상기 제2 패턴의 저굴절부는 상기 제1 패턴의 저굴절부에 대하여 제1 방향을 따라 서로 교호적으로 이격하여 배치되는 것인,
    홀로그래픽 도광판.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 홀로그래픽 격자 패턴은 제1 패턴 및 제2 패턴이 제2 방향을 따라 서로 교호적으로 이격 배치되는 것인,
    홀로그래픽 도광판.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 홀로그래픽 격자 패턴에서 인접하는 3개의 고굴절부 또는 저굴절부는 가상의 정삼각형의 꼭지점에 위치하는 것인,
    홀로그래픽 도광판.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 홀로그래픽 광학소자는 제1 방향을 따라 고굴절부와 저굴절부가 서로 교번하여 배치되는 패턴을 구비하는 것인,
    홀로그래픽 도광판.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2홀로그래픽 광학소자는 상기 제1 방향을 따라 갈수록 상기 패턴에 의한 회절 효율이 높아지도록 구성되는 것인,
    홀로그래픽 도광판.
  8. 청구항 1의 홀로그래픽 도광판을 포함하는 디스플레이 장치.
KR1020200107289A 2020-08-25 2020-08-25 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 KR20220026362A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200107289A KR20220026362A (ko) 2020-08-25 2020-08-25 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200107289A KR20220026362A (ko) 2020-08-25 2020-08-25 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220026362A true KR20220026362A (ko) 2022-03-04

Family

ID=80814022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200107289A KR20220026362A (ko) 2020-08-25 2020-08-25 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220026362A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230141255A1 (en) Image display device
JP2010044172A (ja) 虚像表示装置
US10459288B2 (en) Backlight unit and holographic display device including the same
KR20160141588A (ko) 개선된 화질을 제공하는 공간 광변조기 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치
JP7297548B2 (ja) 導光板の製造方法、導光板モジュールの製造方法、および画像表示装置の製造方法
US20170038033A1 (en) Method for scaling structured light pattern and optical device using the same
JP7092123B2 (ja) 照明装置
US9470832B2 (en) Plane illumination apparatus and backlight apparatus
US20180149790A1 (en) Backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same
KR101814853B1 (ko) 면 조명 장치 및 백라이트 장치
KR102601442B1 (ko) 홀로그래픽 도광판
KR20220026362A (ko) 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
US11880164B2 (en) Module controlling viewing window, device for hologram display and method for displaying hologram
US20230008461A1 (en) Optical device for exit pupil expansion (epe) and display apparatus including the optical device
JP7471732B2 (ja) ディスプレイ装置用部品およびそれを用いたディスプレイ装置
KR20230021971A (ko) 도광판 및 그를 이용한 디스플레이 장치
KR20230019575A (ko) 복합형 회절도광판 및 그의 제조방법
KR20220030055A (ko) 홀로그래픽 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
US11796960B2 (en) Holographic display apparatus for providing expanded viewing window
WO2022209107A1 (ja) 導光板、および、表示装置
KR101987681B1 (ko) 홀로그램 광학소자를 포함하는 홀로그램 장치를 이용한 정보의 기록 및 재생 방법
KR101690700B1 (ko) 무안경 방식의 3차원 디지털 홀로그래픽 디스플레이장치
KR20220049218A (ko) 홀로그래픽 광학 소자 및 그를 이용한 홀로그래픽 도광판
KR20230047035A (ko) 도파관 디스플레이 장치