KR20220115620A - 높은 광 효율을 갖는 광 변조 장치 - Google Patents

높은 광 효율을 갖는 광 변조 장치 Download PDF

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reflective
pixels
transmissive
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KR1020227025072A
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노르베르트 라이스터
보 크롤
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시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 픽셀을 갖는 광 변조 장치에 관한 것이다. 기본적으로, 픽셀의 절반은 반사성으로 형성되고, 픽셀의 다른 절반은 투과성으로 형성된다. 반사성 픽셀은 동일한 기판 평면에서 투과성 픽셀과 교대로 배치된다. 광 변조 장치는 또한 트랜지스터 및 픽셀로 신호를 전달하기 위한 데이터 라인을 갖는 백플레인을 포함한다. 각각의 픽셀에는 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 2개의 데이터 라인이 할당되어 있다. 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀의 서로 나란히 위치되는 각각 한 쌍의 트랜지스터 및 데이터 라인은 반사성 픽셀 하부에 배치된다.

Description

높은 광 효율을 갖는 광 변조 장치
본 발명은 오브젝트(object) 또는 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 광 변조 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 특히 서로 인접한 변조 요소들 또는 픽셀들의 평면적 결합이 사용되는 공간 광 변조 장치에 관한 것이다. 디스플레이 장치에서의 이러한 유형의 광 변조 장치의 사용은, 주로 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터와 같은 모바일 애플리케이션에서 발견될 수 있다. 그러나, 예를 들어 모니터 또는 텔레비전과 같은 다른 애플리케이션도 또한 가능하다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이러한 유형의 공간 광 변조 장치를 포함하는 디스플레이 장치, 특히 홀로그래픽 디스플레이 장치에 또한 관한 것이다. 디스플레이 장치는 장면 또는 컨텐츠 또는 오브젝트의 2차원 및/또는 3차원 표현을 생성하기 위한 것이다.
현재의 공간 광 변조 장치는 디스플레이 장치와 마찬가지로, 2차원(2D) 및/또는 3차원(3D) 이미지를 생성 및 디스플레이 또는 표현할 수 있는 방식으로 형성된다. 2차원 이미지 또는 3차원 이미지는 2차원 또는 3차원 컨텐츠 또는 영상도 또한 포함한다는 것이 물론 이해되어야 한다.
예를 들어 헤드 마운트 디스플레이(HMD)와 같은 다이렉트 뷰 디스플레이, 프로젝션 디스플레이뿐만 아니라, 홀로그래픽 이미지/컨텐츠의 바람직하게는 3차원 표현을 위한 헤드 업 디스플레이(HUD)도 또한 본 발명의 적용 영역으로서 간주될 수 있다.
수 센티미터 이하의 두께를 갖는 화면을 포함하는 평면 디스플레이는, 오늘날 노트북, 랩톱, 모바일 전화용 모니터 또는 차량 운전석 또는 항공기 조종석에 주로 사용된다.
공간 광 변조 장치에는 홀로그램이 인코딩되거나 또는 기록된다. 이러한 유형의 홀로그램은 일반적으로 복소 데이터를 포함할 수 있다. 반면, 공간 광 변조 장치는 종종 단지 입사된 광의 위상 변조 또는 진폭 변조만을 포함하여, 따라서 위상 변조기 또는 진폭 변조기로 형성되고, 이에 따라 입사된 광의 위상 및 진폭의 독립적인 변조를 허용하지 않는다.
따라서, 홀로그램 인코딩을 위한 공지된 방법들은, 진폭 및 위상의 복소 값을 나타내기 위해, 예를 들어 공간 광 변조 장치의 복수의 픽셀을 사용하거나 또는 2개의 공간 광 변조 장치, 위상 변조기 및 진폭 변조기의 조합을 사용한다.
US 2012/0092735 A1호에는, 예를 들어 복소 값을 표현하기 위해, 위상 변조기의 복수의 위상 픽셀의 광이 빔 결합기(Beam-Combiner)에 의해 결합되는 공간 광 변조 장치가 개시되어 있다. 이 경우, 예를 들어 0의 값을 갖는 진폭은 2개의 위상 픽셀의 광의 상쇄 간섭에 의해 생성된다. 그러나, 이러한 유형의 공간 광 변조 장치에서, 표현된 이미지 또는 장면의 콘트라스트는 픽셀의 위상 변조의 오류에 의해 불리한 영향을 받는다.
복소 광 변조기 샌드위치에서, 디스플레이 장치의 빔 경로에 진폭 변조기 및 위상 변조기가 차례로 배치되어 픽셀당 복소 값이 구현되는 방식으로 서로 결합된다. 그러나, 여기서 2개의 공간 광 변조 장치의 서로에 대한 픽셀 단위의 정렬이 필요하며, 이는 간단한 방식으로는 구현될 수 없다. 다시 말하면, 단일 공간 위상 변조기 및 단일 공간 진폭 변조기의 유리 기판이 서로 앞뒤로 배치되는 방식으로 배치됨으로써, 복소 변조를 위한 샌드위치 구조가 생성될 수 있다. 이제 공간 위상 변조기의 픽셀의 어드레싱 가능한 층으로부터 나오는 빔 번들이, 유리 기판의 통과 후 공간 진폭 변조기의 픽셀의 어드레싱 가능한 층 상에 입사되는 경우, 회절 효과로 인해 이러한 픽셀의 개구부에서 이미 확장되므로, 서로 인접하는 픽셀로부터의 빔 번들의 누화(crosstalk)가 불리하게 발생될 것이다.
또한, 다양한 사용 영역을 위한 공간 광 변조 장치는 종종 다음과 같은 특성들을 포함해야 하거나 또는 포함할 것으로 의도되는 것이 공지되어 있다: 많은 개수의 픽셀 및 작은 픽셀 크기(즉, 큰 공간 대역폭 곱), 높은 변조 속도, 높은 동적 범위, 높은 회절 효율, 높은 정확도와 재현 가능성을 동반한 아날로그 또는 디지털 제어, 높은 필 팩터(fill factor), 광의 다양한 스펙트럼 범위 및 다양한 전력 밀도에서의 적용. 이것은, 상기 개시된 광 변조 장치들로 대부분 조합되는 방식으로 어렵게 달성될 수 있는 특성이다.
그러나, US 2016/0327906 A1호에는 지그재그 광 변조기로 형성된 광 변조 장치가 설명되어 있으며, 여기서 광은 공간 광 변조 장치의 단일 변조 층을 여러 번 통과한다. 이러한 변조 층은 서로 나란히 배치된 위상 픽셀 및 진폭 픽셀을 포함한다. 광의 복소 변조는, 광이 광 경로에서 위상 픽셀과 진폭 픽셀을 차례로 통과한다는 점에서 달성된다. 유리하게는, 위상 변조기와 진폭 변조기로 구성된 공간 광 변조 장치의 복소 샌드위치 구조에서와 같이 콘트라스트가 간섭에 의한 것이 아니라, 진폭 픽셀의 진폭 값에 의해 직접 구현되고, 이에 의해 결함 민감성이 감소된다. 또한, 광의 변조는 공간 광 변조 장치의 단일 층에서 수행되며, 이에 의해 공간 광 변조 장치의 샌드위치 구조의 경우에서와 같이 위상 픽셀 및 진폭 픽셀의 서로에 대한 조정의 노력이 제거된다.
US 2016/0327906 A1호에 따르면, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀이 서로 나란히 배치되지만, 그러나 광 경로에서 차례로 통과되어야 한다는 사실로 인해, 입사된 광에 대한 유효 필 팩터가 감소된다. 공간 광 변조 장치가 예를 들어 백라이트 유닛(BLU)(Backlight Unit)에 의해 평면으로 조명되는 경우, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀의 서로 평행한 배치에 의해, 복소 광 변조기 샌드위치에 비해 백라이트 조명 유닛으로부터 입사되는 광의 대략 50 %가 손실된다.
위상 및 진폭 변조가 액정을 기반으로 하는 경우, 일반적으로 편광된 광의 사용을 필요로 한다. 일반적으로, 액정 분자(LC)(Liquid crystal)의 배향 방향에 대한 광의 요구되는 편광은 또한 진폭 변조에 대해 및 위상 변조에 대해 상이하다. 이것은 예를 들어 빔 경로에서 진폭 픽셀 및 위상 픽셀의 통과 사이에 광의 편광을 회전해야 할 필요성을 초래할 수 있다. 예를 들어 US 2016/0327906 A1호에는, 광의 편광을 회전하기 위한 구조화된 리타더(지연기)의 사용이 설명된다. 이로부터, "아포다이제이션 프로파일(Apo)을 통과한 광은, 단일의 통과에 대해 λ/4 지연을 도입하는 1/4 파장 지연 요소 세그먼트(QWPS)(20)를 포함하는 1/4 파장 플레이트(QWP) 형태의 구조화된 지연 요소에 충돌한다"는 것이 개시된다.
도 1은 US/2016/0327906 A1호에도 또한 개시된 바와 같이, 구조화된 리타더 또는 지연 요소를 갖는 공간 광 변조 장치의 배치를 도시한다.
알 수 있는 바와 같이, 광은 조명 장치로부터 정의된 각도로 방출되고, 공간 광 변조 장치(SLM) 상에 입사된다. 광은 우선 편광 요소(P1) 상에 입사되고, 이러한 편광 요소를 통과하여 정의된 편광으로 위상 픽셀(p) 상에 입사된다. 위상 변위(
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i)를 도입하는 위상 픽셀(p)의 후방 단부 상에는 미러 요소(SE)가 제공된다. 위상 픽셀(p) 상에 입사되는 광은 미러 요소(SE)에 의해 다시 반사되고, 여기서 광은 다시 한 번 위상 픽셀을 통과한다. 그 후, 위상 픽셀(p)을 두 번 통과한 광은 반사 평면(RP)으로 전파되며, 이러한 반사 평면(RP)은 미러 요소(M)의 형태로 구조화된 반사기의 구조를 제공한다. 반사 평면(RP)은, 단일의 통과에 대해 광의 λ/4 지연을 도입하는 λ/4 플레이트(QWP) 형태의 구조화된 리타더를 포함한다. 구조화된 리타더는, 미러 요소(M)의 상부에 배치되는 개별 세그먼트(QWPS)로 분할된다. 이 경우, 광은 미러 요소(M)에 의해 다시 반사되고, 다시 리타더(QWP)를 통과한다. 이러한 방식으로, 광의 입사 편광에 대해 직교하는 광의 편광 상태가 생성된다. 미러 요소(M)에 의해 다시 반사된 광은 이제 진폭 픽셀(a) 상에 입사된다. 공간 광 변조 장치의 출사 평면 상에는 편광 필터(P2)가 배치된다. 공간 광 변조 장치(SLM)의 통과 후, 광은 여기에 도시되지 않은 디스플레이 장치의 다른 요소로 전파될 수 있다.
다시 말해서, 도 1에 따르면, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀을 포함하는 공간 광 변조 장치(SLM) 상에서 광은 좌측으로부터 경사진 방식으로 입사된다. 이 경우, 광은 편광 요소(P1), 개구(aperture) 및 기판(S1)을 통과한 후, 선형 편광된 방식으로 위상 픽셀(p) 상에 입사된다. 위상 픽셀(p)의 통과 후, 광은 반사 요소인 미러 요소(SE)에서 반사되고, 위상 픽셀(p)을 새로 통과하고, 기판(S1)을 통해 역행한 다음, 먼저 리타더(QWP) 상에 입사된다. 그런 다음, 광은 미러 요소(M) 상에 입사되고, 반사되어 다시 리타더(QWP)를 통과한 다음, 다시 기판(S1)을 통해 진폭 픽셀(a)로 진행된다. 개구 또는 반사 평면(RP)과, 진폭 픽셀(a) 및 위상 픽셀(p)을 갖는 액정 층 사이에 위치되는 기판(S)의 두께, 시준된 광의 입사각(α) 및 픽셀의 픽셀 피치는 이 경우 서로에 대해 조정되어, 위상 픽셀(p)의 중심에 도달하는 광 빔이 기판(S1)을 통해 역행하고, 미러 요소(M)에서 반사된 후 진폭 픽셀(a)의 중심에도 또한 도달하게 된다. 예를 들어 기판(S1)이 두께(d1)를 포함하고, 단일 픽셀, 즉 진폭 픽셀 또는 위상 픽셀의 픽셀 피치가 p1인 경우, 입사각(α)은 p1 = 2 · d1 · tan α가 되도록 조명 장치에 의해 설정된다. 기판(S1)이 예를 들어 50 마이크로미터의 두께(d1) 및 15 마이크로미터의 픽셀 피치를 포함하는 경우, 입사각(α)은 8.5도로 설정될 것이다. 진폭 픽셀(a)의 통과 후, 광은 제2 기판(S2)을 통과하여 공간 광 변조 장치(SLM)의 출력부에서 편광 필터(P2)에 도달한다. 예를 들어 이미 실질적으로 선형 편광을 포함하는 레이저 광과 같은 광이 사용되는 한, 공간 광 변조 장치(SLM)의 입력부의 편광 요소(P1)는 단지 광의 편광 정도(편광 소광비)(polarization extinction ratio)의 추가적인 개선을 위해서만 사용되거나 또는 선택적으로 또한 생략될 수도 있다.
ECB(전기 제어 복굴절)(electrically controlled birefringence) 모드 또는 유사한 액정 모드(LC 모드)가 사용되는 경우, 리타더로서 예를 들어 1/4 파장 플레이트(quarter wave plate)가 사용되며, 그 광학 축은 입사된 광의 편광에 대해 약 22.5° 만큼 회전된다. 이 경우, 1/4 파장 플레이트의 두 번의 통과 후, 45° 만큼의 광의 편광 방향의 회전이 수행된다. 그러나, 여기서 리타더는 구조화되어야 한다. 이러한 리타더 상에는 다른 구조화된 층, 즉 미러가 적용되어야 한다. 리타더는 일반적으로 유기 층이기 때문에, 리타더의 구조화는 물론 예를 들어 미러와 같은 금속 층의 구조화보다 상당히 더 복잡할 수 있다.
그러나, 공간 광 변조 장치에서의 구조화된 리타더 또는 지연 요소의 사용은 복잡한 제조 및 공간 광 변조 장치의 픽셀에 대한 리타더의 정확한 정렬도 또한 필요하다. 또한, 회절 효과를 방지하기 위해, 리타더는 공간 광 변조 장치의 변조 층에 매우 가까이 포지셔닝되어야 한다. US 2016/0327906 A1호에는 편광된 광 및 구조화된 리타더의 사용이 설명되는데, 그러나 사용된 광의 편광 방향 및 리타더 축의 배향 그리고 액정 변조의 유형에 대한 세부 사항은 제공되지 않는다.
또한, 홀로그래픽 디스플레이 또는 디스플레이 장치에 대해서는, 크기가 작은 픽셀이 공간 광 변조 장치에서 유리하다. 특히, 관찰자가 관찰자 평면에서 표현된 장면을 관찰할 수 있는 적어도 하나의 가상 관찰자 윈도우를 갖는 홀로그래픽 디스플레이의 경우, 가상 관찰자 윈도우의 크기는 복소 매크로 픽셀의 피치로 스케일링되며, 이러한 복소 매크로 픽셀의 피치는 여기서 진폭 픽셀 및 위상 픽셀로 형성되는데, 즉 진폭 픽셀 및 위상 픽셀의 피치의 합으로 형성된다.
데스크탑 디스플레이의 일반적인 값은 예를 들어 30 x 30 마이크로미터의 매크로 픽셀의 피치이다. 이것은 공간 광 변조 장치의 샌드위치 구조에 대해 위에서 개시된 바와 같이, 종래 기술에 따르면 복수의 층으로 구성된 복소 샌드위치의 경우, 공간 광 변조 장치의 개별 픽셀이 이러한 크기를 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 그러나, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀이 이러한 층에서 서로 나란히 제공되는 단일 층을 갖는 공간 광 변조 장치의 경우, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀은 각각 15 x 30 마이크로미터 크기가 되는 것임을 의미한다.
그러나, 픽셀이 제어되게 하는 박층 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터의 매트릭스를 포함하는 투과성 능동 매트릭스 디스플레이의 경우, 일반적으로 사용 가능한 픽셀 표면은 트랜지스터(TFT)가 픽셀 자체에 대해 차지하는 표면을 통해, 및 디스플레이의 가장자리 영역으로부터 픽셀로 전기 신호를 전달하는 데이터 라인을 통해 감소된다. 일반적으로, 트랜지스터 및 라인의 표면을 커버하거나 또는 블랙화할수 있도록, 블랙 커버, 소위 "블랙 마스크"가 사용되어, 정의되지 않은 변조된 광은 이러한 영역을 통해 통과되지 않는다. 블랙 커버 또는 블랙 마스크는 제조 상의 이유로 보통 트랜지스터와 데이터 라인이 제공되는 백플레인 기판 상이 아니라, 백플레인 기판에 대향하여 위치되는 기판 상에 제공되기 때문에, 2개의 기판은 발생하는 허용 오차가 수용될 수 있는 방식으로 서로에 대해 정렬되어야 한다. 그러나, 이것은 항상 간단하지는 않고, 시간 소모적이다.
일반적으로 블랙 마스크에 의해 커버된 약 5 x 10 마이크로미터(가로 x 세로)의 영역 또는 가장자리가 픽셀로부터 감해져야 한다. 예를 들어 30 x 30 마이크로미터 픽셀의 경우, 25 x 20 마이크로미터의 표면이 실제로 픽셀 개구로서 사용될 수 있을 것이고, 이것은 55 %의 면적 부분에 대응한다. 15 x 30 마이크로미터 크기를 갖는 절반 크기의 픽셀의 경우, 단지 10 x 20 마이크로미터의 표면만이 개구로서 사용될 수 있을 것이며, 이것은 단지 44 %의 면적 부분에 대응한다.
따라서, 픽셀 개구 크기의 감소는, 입사된 광의 일 부분이 블랙 마스크에 의해 흡수되기 때문에 공간 광 변조 장치의 광 효율의 감소로 이어진다. 추가적으로, 더 작은 픽셀 개구에서는 광의 회절도 또한 증가되고, 이에 따라 예를 들어 실제로 위상 픽셀 상에 먼저 입사되어야 하는 광이 진폭 픽셀에 바로 입사되는, 픽셀 간의 바람직하지 않은 광의 누화(Crosstalk)도 또한 증가된다.
이미 언급된 바와 같이, 회절 효과는 공간 광 변조 장치의 개구 또는 개구부에서 발생한다. 불리하게도, 개구의 입력 측에서 회절된 광은 이에 따라 원하는 픽셀, 예를 들어 위상 픽셀 상에 입사될 수 없고, 인접한 픽셀, 예를 들어 진폭 픽셀 상에 입사된 후, 단 하나의 변조, 즉 단지 진폭 변조 또는 단지 위상 변조만을 포함함으로써, 공간 광 변조 장치로부터 다시 출사될 수 있다.
US 2016/0327906 A1호에는, 개구의 입력 측에서 회절된 이러한 광이 출력 측의 편광기에 의해 유리하게 차단될 수 있다는 것이 이미 언급되었다. 그러나, US 2016/0327906 A1호에는 이러한 편광기가 어떻게 배향되어야 하는지에 대한 정보는 언급되어 있지 않다. 일반적으로 광의 진폭 변조를 위해서는 출력 측 편광기의 특정 설정이 필요하기 때문에, 회절된 광의 최선의 억제를 위해, 이러한 설정은 이러한 정보와 무관하게 선택될 수 없다.
따라서, 본 발명의 과제는 특히 보다 높은 광 효율 및 보다 간단한 제조를 구현할 수 있도록, US 2016/0327906 A1호에 따른 광의 복소 변조를 위한 공간 광 변조 장치를 제공하고, 개선시키는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 필 팩터(fill factor)의 증가가 달성될 수 있는 공간 광 변조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 공간 광 변조 장치의 인접한 픽셀들 사이의 광의 누화가 감소되고, 대부분 방지될 수 있는 공간 광 변조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 과제는 본원의 청구항 제1항에 따른 특징을 갖는 공간 광 변조 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 공간 광 변조 장치는 픽셀 형태의 변조 요소를 포함한다. 실질적으로, 공간 광 변조 장치의 픽셀의 절반은 반사성으로 형성되고, 여기서 픽셀의 다른 절반은 투과성으로 형성된다. 이 경우, 반사성 픽셀은 공간 광 변조 장치의 동일한 또는 같은 기판 평면에서 투과성 픽셀과 교대로 배치된다. 또한, 공간 광 변조 장치는 트랜지스터 및 픽셀로 신호를 전달하기 위한 데이터 라인을 갖는 백플레인을 포함한다. 각각의 픽셀에는, 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 2개의 데이터 라인이 할당된다. 각각 서로 나란히 위치되는 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 이루어진 픽셀 쌍의 트랜지스터 및 데이터 라인은 (광 전파 방향으로) 반사성 픽셀 하부에 배치된다.
유리하게는, 공간 광 변조 장치는 적어도 하나의 투명 기판 및 적어도 하나의 어드레싱 가능한 투과성 층을 포함하고, 이러한 어드레싱 가능한 투과성 층은 바람직하게는 액정 분자를 갖는 액정 층으로 형성되고, 입사된 광을 변조하기 위한 변조 요소로서 픽셀을 형성한다. 바람직하게는 2개의 기판이 제공되고, 그 사이에 어드레싱 가능한 투과성 층이 매립된다. 따라서, 액정 층으로 형성될 수 있는 이러한 어드레싱 가능한 투과성 층은 공간 광 변조 장치의 픽셀을 형성하고, 이에 의해 입사된 광의 위상 및 진폭이 이에 대응하여 변조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 공간 광 변조 장치는 단지 단일의 어드레싱 가능한 투과성 층 또는 액정 층을 포함한다. 따라서, 광의 위상 및 진폭은 공간 광 변조 장치의 인접한 픽셀에서 변조된다. 이것은, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀이 동일한 기판 평면에 교대로 또는 교호식으로 제공되거나 또는 배치된다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 입사된 광은 차례로 광 전파 방향으로 위상 픽셀 및 진폭 픽셀을 통해 통과한다. 이 경우, 광의 진폭 빛 위상의 변조 순서도 또한 원칙적으로 역전될 수 있다. 그러나, 위상 픽셀이 반사로 인해 광에 의해 두 번 통과되고, 진폭 픽셀이 단지 한 번만 통과되는 경우에, 액정 변조와 관련하여 일반적으로 보다 유리하다. 즉, 공간 광 변조 장치에는 반사성 및 투과성 픽셀이 존재한다. 바람직하게는, 위상 픽셀은 반사성 픽셀로 형성되고, 진폭 픽셀은 투과성 픽셀로 형성된다. 기판 상의 전극에 의해 픽셀이 정의된 방식으로 제어될 수 있고, 바람직하게는 어드레싱 가능한 투과성 층으로서 액정 층의 액정 분자는 이에 상응하게 정렬될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치는 백플레인, 소위 백플레인 배선을 포함하고, 이러한 백플레인은 트랜지스터 및 데이터 라인, 및 예를 들어 본 발명에 대해서는 중요하지는 않은 저장 커패시터와 같은 다른 요소들을 포함하고, 공간 광 변조 장치의 제어를 위해 제공된다. 각각의 픽셀, 즉 각각의 위상 픽셀 및 각각의 진폭 픽셀에도 또한, 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 2개의 데이터 라인이 할당된다. 본 발명에 따르면, 여기서 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 구성된 픽셀 쌍 각각의 트랜지스터 및 데이터 라인의 적어도 일 부분은, 이러한 픽셀 쌍의 반사성 픽셀의 하부 또는 후방에 배치된다.
따라서 실질적으로 픽셀의 절반, 즉 위상 픽셀 또는 진폭 픽셀이 반사성으로 형성된다는 사실로 인해, 트랜지스터 및 데이터 라인을 갖는 백플레인은 개별 반사성 픽셀에 대해, 광에 의해 통과되지 않거나 또는 투과되지 않는다. 본 발명에 따르면, 트랜지스터 및 데이터 라인, 데이터 라인의 적어도 일 부분은 따라서 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀의 각 픽셀 쌍에 대해, 이러한 픽셀 쌍에 할당된 반사성 픽셀 하부에 배치될 수 있으므로, 투과성 픽셀의 개구는 할당된 적어도 하나의 트랜지스터 및 할당된 데이터 라인의 적어도 일 부분에 의해 더 이상 트리밍되지 않는다. 이것은, 유리하게는 위상 픽셀이 반사성 픽셀로 형성되고, 진폭 픽셀이 투과성 픽셀로 형성되는 경우, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀의 각각의 픽셀 쌍의 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성으로 형성된, 픽셀 쌍에 할당된 위상 픽셀 하부에 배치된다는 것을 의미한다.
이러한 방식으로, 픽셀 개구는 상당히 확대되고, 공간 광 변조 장치의 본 발명에 따른 실시예에 의해, 투과성 픽셀과 조합하여 반사성 픽셀이 제공됨으로써 그리고 트랜지스터와 데이터 라인의 적어도 일 부분이 본 발명에 따라 배치됨으로써, 필 팩터가 상당히 증가된다. 또한, 이를 통해 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 높은 광 효율이 달성되고, 광의 회절이 최소화되어, 이에 따라 인접한 픽셀로부터의 광 사이의 바람직하지 않은 누화(Crosstalk)가 현저히 감소되거나 또는 방지된다.
본 발명의 설명을 위해, 반사성 픽셀은 위상 픽셀로 형성되고, 투과성 픽셀은 진폭 픽셀로 형성된다는 것이 가정되고, 여기서 위상 픽셀은 제1 픽셀로서 광에 의해 통과되고, 그 후 진폭 픽셀이 통과된다. 물론, 진폭 픽셀이 제1 픽셀로서 광에 의해 통과되는 것도 또한 가능하다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예 및 개발예는 추가의 종속 청구항으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 반사성 픽셀은 반사 층, 바람직하게는 미러 요소를 포함하고, 여기서 반사 층은 광 전파 방향으로 반사성 픽셀의 후방 단부에 제공되는 것이 제안될 수 있다. 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 이러한 실시예는 디스플레이 장치에서 백라이트 장치(Backlight)의 사용 시 바람직할 수 있으므로, 바람직하게는 위상 픽셀 상에 먼저 입사되는 광은 광 전파 방향으로 후속하는 반사 평면의 방향으로 그리고 그곳으로부터 진폭 픽셀로 반사된다. 따라서, 공간 광 변조 장치의 내부에서 지그재그 형상의 광 빔이 생성된다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 백플레인은 블랙 커버를 포함하고, 이러한 블랙 커버는 트랜지스터 및 데이터 라인에 할당되고, 블랙 커버가 픽셀 개구의 가장자리 영역을 전체 둘레에 걸쳐 커버하지는 않거나 또는 덮지 않는 방식으로 형성되는 것이 제공될 수 있다. 픽셀은 예를 들어 직사각형으로 형성될 수 있으며, 여기서 픽셀의 개구는 대향하여 위치되는 2개의 측면에서 제한되고, 대향하여 위치되는 다른 2개의 측면에서는 제한되지 않는다. 물론, 픽셀은 예를 들어 원형 또는 육각형과 같은 다른 형상을 또한 포함할 수도 있다.
백플레인은 픽셀의 트랜지스터 및 데이터 라인에 할당되는 블랙 커버, 소위 블랙 마스크를 포함한다. 일반적으로, 픽셀은 보통 직사각형으로 형성되고, 매트릭스에서 행 및 열로 배치된다. 픽셀은 여기서 트랜지스터를 통해 개별적으로 어드레싱되고 제어된다. 따라서, 데이터 라인은 수평 및 수직으로 배치되고, 이러한 방식으로 픽셀의 개별 트랜지스터에 연결된다. 정의되지 않은 변조된 광이 트랜지스터 및 데이터 라인이 제공되어 있는 백플레인 영역을 관통하지 않도록, 트랜지스터 및 데이터 라인의 이러한 영역을 커버하거나 또는 덮는 블랙 커버가 제공된다. 따라서, 행과 열이 있는 픽셀의 이러한 유형의 매트릭스 형상 배치 및 할당된 수직 및 수평 데이터 라인에서는, 종래 기술에서와 같은 블랙 커버에 의한 수직 데이터 라인의 커버가 생략될 수 있는데, 이는 이러한 커버가 단순히 반사성 픽셀 하부에 배치될 수 있기 때문이다. 이제 반사성 픽셀로 인해 및 트랜지스터와 데이터 라인의 적어도 일 부분이 반사성 픽셀의 하부에 배치됨으로 인해, 픽셀의 개구를 감소시키는 트랜지스터 및 데이터 라인이 제공되는 영역이 종래 기술의 공간 광 변조 장치에 비해 현저히 감소되기 때문에, 결과적으로 특히 투과성 픽셀의 경우 픽셀의 더 넓은 영역이 광의 변조를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 사용 가능한 필 팩터가 확대된다. 또한, 블랙 커버 또는 블랙 마스크는 이제 단지 반사성 픽셀 하부에 배치되지 않은 데이터 라인에만 할당될 필요가 있고, 이러한 데이터 라인, 예를 들어 수평 데이터 라인은 블랙 커버에 의해 커버되어야 한다. 블랙 커버에 의해 커버될 데이터 라인의 부분은, 이제 트랜지스터와 데이터 라인이 반사성 픽셀 하부에 배치될 수 없는 경우보다 현저히 더 작다. 따라서, 조정 허용 오차의 문제가 감소된다.
유리하게는, 적어도 하나의 투명 기판은 일 측면 상에 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 포함하고, 대향하여 위치되는 다른 측면 상에는 반사 평면으로 형성된 평면을 포함하는 것이 제공될 수 있다. 이 경우, 공간 광 변조 장치 내로 진입되는 광은 반사성 픽셀뿐만 아니라 투과성 픽셀도 또한 통과하고, 여기서 광은 그 사이에 위치된 반사 평면에 의해 반사된다. 이러한 방식으로, 모두 일 평면에 위치된, 반사성 픽셀뿐만 아니라 투과성 픽셀도 또한 광에 의해 통과될 수 있다. 이를 통해, 복소 공간 광 변조 장치를 구현할 수 있도록, 공간 광 변조 장치의 결합된 위상 및 진폭 픽셀(결합된 반사성 및 투과성 픽셀)이 생성된다. 다시 말하자면, 서로 근접하게 위치되거나 또는 서로 나란히 위치된 위상 픽셀 및 진폭 픽셀이 결합된다. 공간 광 변조 장치는 픽셀의 형성을 위한 어드레싱 가능한 투과성 층을 포함한다. 이러한 어드레싱 가능한 투과성 층은 액정 층일 수 있다. 그러나, 공간 광 변조 장치의 다른 개별적인 구현도 또한 가능한데, 예를 들어 전기 습윤(electrowetting) 기반 공간 광 변조 장치 또는 자기-광자 결정 기반 공간 광 변조 장치도 가능하다. 일반적으로, 위상 픽셀의 2π 위상 변조에 필요한 이러한 유형의 어드레싱 가능한 투과성 층의 액정 두께는, 진폭 픽셀의 변조에 필요한 액정 두께의 2배이다. 본 발명에서 진폭 픽셀의 액정 층 두께는 위상 픽셀의 액정 층 두께와 동일할 수 있다. 이것은 바람직하게는 위상 픽셀에 대한 이중 경로 배치의 구현을 통해 실현될 수 있다. 제1 픽셀, 위상 픽셀 또는 진폭 픽셀, 또는 반사성 픽셀 또는 투과성 픽셀을 통과하는 광의 편향은, 공간 광 변조 장치의 일 측면 상에 제공되는 반사 평면의 사용을 통해 도입된다.
따라서, 구조가 편평하고, 복소 광 변조가 달성되는, 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 반사 평면은 반사성 픽셀과 투과성 픽셀의 통과 사이에서 광이 반사되는 미러 시스템을 포함하는 것이 또한 제공될 수 있다. 미러 시스템은 미러 요소를 포함할 수 있다.
따라서, 미러 시스템은 유리하게는 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 상에서 반사성으로 형성되거나, 또는 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 및 이에 대해 반대쪽에 있는 측면인 2개의 측면 상에서 반사성으로 형성되는 미러 요소를 포함할 수 있다.
단지 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 상에만 반사성으로 형성되는 미러 요소를 갖는 미러 시스템이 제공되는 경우, 공간 광 변조 장치의 진입 평면 상에 입사되는 광 빔은 바람직하게는 위상 픽셀로 형성되는 반사성 픽셀로 바람직하게 지향되고, 이러한 반사성 픽셀 또는 위상 픽셀에 의해 위상이 변조되는 공간 광 변조 장치가 제공될 수 있다. 이 경우, 광 빔은 반사성 픽셀의 반사 층에서 반사되고, 반사 평면에서 미러 시스템의 대응하는 미러 요소로 계속 지향되며, 여기서 광 빔은 미러 요소에서 반사되어 바람직하게는 진폭 픽셀로 형성되는 투과성 픽셀로 편향되거나 또는 지향된다. 진폭 픽셀은 입사된 광의 강도를 변조하고, 여기서 공간 광 변조 장치로부터의 방향에서 재구성된 장면의 관찰자 공간의 방향으로 광이 출사된다.
다른 한편으로는, 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 및 이에 대해 반대쪽에 있는 측면인 2개의 측면 상에 반사성으로 형성된 미러 요소를 갖는 미러 시스템이 제공되는 경우, 이를 통해 공간 광 변조 장치의 광 강도 또는 광 효율이 향상될 수 있다. 픽셀이 광 경로에서 차례로 통과되는, 공간 광 변조 장치의 2개의 서로 나란히 배치된 픽셀(반사성 픽셀 및 투과성 픽셀 또는 위상 픽셀 및 진폭 픽셀)의 광의 변조를 위해, 공간 광 변조 장치의 입력 측 상에 입사된 광의 일 부분을 차단하는 것이 필요하므로, 광은 단지 반사성 픽셀 또는 위상 픽셀의 방향으로만 입사 및 지향되고, 위상 픽셀의 통과 후에만 진폭 픽셀에 도달된다. 그러나, 예를 들어 US 2016/0327906 A1호에 따른 종래 기술에 따른 배치에서는, 이러한 광이 완전히 손실될 것이고, 이에 의해 공간 광 변조 장치의 광 효율이 불리한 영향을 받고, 이에 따라 감소된다.
본 발명에 따르면, 위상 픽셀과 진폭 픽셀 사이의 반사를 위한 미러 시스템의 미러 요소는, 단지 내부 측, 즉 변조될 반사성 층 또는 바람직하게는 액정 층을 향해 반사성으로 또는 미러로서 작용할 뿐만 아니라, 공간 광 변조 장치의 입력 측면 상에 또는 입력 측에서 광을 반사시키는 방식으로도 또한 설계될 수 있다.
이를 위해, 미러 시스템의 미러 요소는, 반사성 픽셀과 투과성 픽셀에 대해, 각각의 미러 요소가 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라, 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버하는 방식으로 배치되는 경우에 유리할 수 있다.
이러한 방식으로, 광은 바람직하게는 지그재그의 형태로 위상 픽셀/진폭 픽셀로부터 미러 시스템을 통해 공간 광 변조 장치의 진폭 픽셀/위상 픽셀로 지향될 수 있으므로, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀은 공간 광 변조 장치의 동일한 평면에 배치될 수 있다.
따라서, 유리하게는 어드레싱 가능한 투과성 층은, 입사된 광이 어드레싱 가능한 투과성 층의 반사성 픽셀과 투과성 픽셀 모두를 통과하는 방식으로 반사 평면과 결합되고, 중간에 위치된 반사 평면에 의해 광이 반사될 수 있는 것이 제공될 수 있다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 구조화되지 않은 지연 요소가 제공되는 것이 제안될 수 있다.
특히 유리하게는, 여기서 구조화되지 않은 지연 요소는 반사 평면에 배치될 수 있고, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀로 형성되고 함께 복소 픽셀 쌍 또는 매크로 픽셀을 형성하는, 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 이루어진 픽셀 쌍을 통과할 때, 입사된 광의 편광을 설정하기 위해 픽셀에 대해 형성될 수 있고, 이러한 픽셀은 픽셀 쌍의 제2 픽셀로서 광에 의해 통과된다.
본 발명에 따르면, 공간 광 변조 장치는 반사 평면에 배치될 수 있는 편평한, 즉 비-구조화된 또는 구조화되지 않은 지연 요소를 포함한다. 구조화되지 않은 지연 요소는 광에 의해 통과되는 제2 픽셀에 대해 각각의 2개의 픽셀(위상 픽셀 및 진폭 픽셀)의 통과 사이에서 광의 편광을 적절하게 설정할 수 있도록 제공된다. 반사성 픽셀, 바람직하게는 위상 픽셀, 및 투과성 픽셀, 바람직하게는 진폭 픽셀은 여기서 복소 픽셀 쌍 또는 매크로 픽셀을 형성한다.
구조화되지 않은 지연 요소의 사용을 통해, 공간 광 변조 장치의 제조가 상당히 단순화될 수 있는데, 편평한 또는 구조화되지 않은 지연 요소는 이제 더 이상 종래 기술의 구조화된 리타더의 경우에서와 같이 반사 평면에서 미러 시스템의 미러 요소에 대해 정렬될 필요가 없기 때문이다. 구조화된 층, 즉 미러 요소가 있는 미러 시스템이 지연 요소 상에 적용되어야 하기 때문에, 이제 구조화되지 않은 지연 요소를 통해 제조 공정이 보다 간단하고 보다 시간 절약적으로 실행될 수 있다. 또한, 리타더로도 또한 지칭되는 지연 요소는 일반적으로 유기 층이고, 이러한 유기 층은 예를 들어 미러 층을 위한 반도체 공정에 의해서는 제조될 수 없다. 따라서, 지연 요소의 구조화 및 이러한 지연 요소 상에 제공되는 미러 요소의 정확한 정렬이 방지될 수 있거나 또는 우회될 수 있다.
구조화되지 않은 지연 요소는 여기서 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 보상 지연 요소가 제공되는 것이 또한 제안될 수 있다.
이를 위해, 보상 지연 요소는 유리하게는 구조화되지 않고, 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성될 수 있으며, 여기서 보상 지연 요소는 구조화되지 않은 지연 요소와 상호 작용하여, 복소 픽셀 쌍 또는 매크로 픽셀의 먼저 통과될 픽셀 상에 입사되는 광의 요구되는 편광이 존재하게 된다.
본 발명에 따른 공간 광 변조 장치는, 마찬가지로 구조화되지 않을 수 있는 보상 리타더로도 또한 지칭되는 보상 지연 요소를 포함할 수 있다. 보상 지연 요소는, 입사된 광에 의해 광 전파 방향으로, 어드레싱 가능한 투과성 층의 각각의 2개의 픽셀의 이전에 통과되는 방식으로 공간 광 변조 장치에 배치되고, 여기서 통과될 제1 픽셀에 대한 광의 편광이 보상 지연 요소에 의해 적절하게 설정된다.
구조화되지 않은 지연 요소 및 보상 지연 요소인 2개의 지연 요소는, 그 위에 입사되는 광에 작용하므로, 이러한 광의 편광이 변경된다. 이것은, 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치 상에 입사되는 광이, 어드레싱 가능한 투과성 층의 통과될 제1 픽셀, 예를 들어 위상 픽셀의 도달 이전에 이미 구조화되지 않은 지연 요소를 통과한다는 것을 의미하는데, 구조화되지 않은 지연 요소가 배치되어 있는 반사 평면은 광 전파 방향으로 백라이트의 제공 시 어드레싱 가능한 투과성 층 이전에 제공되기 때문이다. 공간 광 변조 장치의 어드레싱 가능한 투과성 층의 프론트 라이트 조명에서, 반사 평면은 광 전파 방향으로 어드레싱 가능한 투과성 층의 이후에 위치된다. 예를 들어 우선 어드레싱 가능한 투과성 층의 위상 픽셀이 광에 의해 통과되어야 하는 경우, ECB(electrically controlled birefringence) 모드의 사용 시, 위상 픽셀에는 조명 장치로부터 방출된 선형 편광된 광을 필요로 하거나, 또는 조명 장치로부터 방출된 광이 편광기에 의해 선형 편광된 광으로 변환된다. 이 경우, 구조화되지 않은 지연 요소는, 그 위에 입사되는 선형 편광된 광을 원형 광으로 순환시키거나 또는 변환시킨다. 이러한 광의 편광 변환을 상쇄하거나 또는 보상할 수 있도록, 마찬가지로 구조화되지 않은 방식으로 형성된 보상 지연 요소가 제공될 수 있으므로, 전체적으로 2개의 지연 요소의 조합이 입사된 광 상에 작용하여, 이를 통해 다시 선형 편광된 광이 생성된다.
구조화되지 않은 지연 요소 및 보상 지연 요소는 여기서 광학 축의 동일한 방향을 포함할 수 있거나, 또는 그 광학 축이 서로 90° 만큼 회전될 수 있다.
유리하게는, 2개의 편광기가 제공될 수 있으며, 여기서 하나의 편광기는 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 배치될 수 있고, 다른 편광기는 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 배치될 수 있다.
예를 들어 공간 광 변조 장치의 입력 측 또는 공간 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기는, 위상 픽셀에 필요한 편광에 대해 45° 만큼 회전될 수 있으며, 구조화되지 않은 지연 요소 및 보상 지연 요소는 약 22.5°의 동일한 광학 축을 포함할 수 있으므로, 이들은 함께 반파장 플레이트(λ/2 플레이트)로 작용한다. 이러한 방식으로, 광의 편광 방향은 45° 만큼 회전될 수 있으며, 광은 원하는 편광으로 위상 픽셀 상에 입사된다. 대안적으로, 구조화되지 않은 지연 요소 및 보상 요소는 서로에 대해 90° 만큼 회전된 광학 축을 포함할 수 있으므로, 전체적으로 그 효과가 보상된다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기는 정의된 편광에 대해 투과성으로, 및 다른 정의된 편광에 대해 반사성으로 및 바람직하게는 와이어 격자 편광기(wire grid polarizer)로서 형성되는 것이 제공될 수 있다. 이러한 맥락에서, 반사성으로 형성된 편광기는 특정, 예를 들어 선형 편광의 광이 편광기에서 반사되는 것을 의미한다. 그러나, 추가적으로 예를 들어 마찬가지로 선형 편광의 광이 또한 편광기에 의해 투과될 수도 있다. 와이어 격자 편광기는 예를 들어 s 편광된 광을 반사하고, p 편광된 광을 투과시킨다.
공간 광 변조 장치의 광 강도를 보다 향상시키기 위해, 공간 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기는, 미러 시스템의 미러 요소의 형성과 관련하여 양 측에 반사성으로 형성된 미러 요소로서, 반사성으로 형성될 수 있다. 여기서 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면뿐만 아니라 이에 대해 반대쪽에 있는 측면도 또한 반사성으로 형성되는 미러 시스템의 미러 요소와 관련하여 광 재순환을 위해 지연 요소로서 또는 리타더로서 형성되는 보상 지연 요소와, 공간 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기의 광학 축의 정렬은, 미러 시스템의 미러 요소의 입력 측에서 반사되어 입력 측으로 다시 지향되거나 또는 광 진입 평면에 제공되는 편광기로 지향되는 광이 그 편광에 대해 회전되는 방식으로 선택될 수 있다. 따라서, 모든 광 또는 광의 적어도 일 부분은 광 진입 평면에 제공된 편광기에 의해 반사되고, 이에 따라 픽셀의 방향으로 다시 지향되거나 또는 편향되고, 계속해서 사용될 수 있다.
광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기는 와이어 격자 편광기로 형성될 수 있다. 조명 장치로부터 나오는, 예를 들어 p 편광된 광은 이 경우, 와이어 격자 편광기를 통해 투과된다. 이 경우, 반사 평면에서 미러 요소에 의해 반사되어 편광기로 다시 지향되는 광에 의해, s 편광된 부분이 편광기에서 반사된다.
또한, 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기와 반사 평면에서의 미러 시스템의 미러 요소 사이의 거리는, 미러 시스템의 미러 요소와 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층 사이의 적어도 하나의 기판의 두께와 동일한 값으로 설정되는 것이 제공될 수 있다.
광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기와 미러 시스템의 미러 요소 사이의 거리를, 미러 시스템의 미러 요소와 어드레싱 가능한 투과성 층 사이의 기판의 두께와 대략적으로 또는 거의 동일한 값으로 설정함으로써, 입력 측에 제공되는 편광기에서의 광의 반사 후, 광은 어드레싱 가능한 투과성 층의 개구부 또는 개구에 도달하고, 미러 시스템의 미러 요소 상에 다시 입사되지 않는 것이 달성된다.
픽셀의 액정 분자의 배향은, 투과성 픽셀의 액정 분자의 배향이 반사성 픽셀의 액정 분자의 배향에 대해 45° 만큼 회전된 방식으로 존재하도록 설정될 수 있다.
공간 광 변조 장치의 특정 실시예에서, 액정 층의 액정 분자의 구조화된 정렬 또는 구조화된 배향은 진폭 픽셀 및 위상 픽셀의 어드레싱 가능한 투과성 층으로서 제공될 수 있다. 광 정렬 또는 광 배향에 의해, 진폭 픽셀에서의 액정 분자는 위상 픽셀에서의 액정 분자에 비해 45° 만큼 회전된 방식으로 정렬 및 배치될 수 있다. 이것은, 예를 들어 ECB 모드 및 유사한 액정 모드의 경우, 진폭 픽셀과 위상 픽셀 사이의 광의 편광이 전혀 회전될 필요가 없거나 또는 90도만큼 회전될 수 있다는 이점을 갖는다.
광의 편광의 회전이 제공되지 않는 제1의 경우에는, 이에 따라 진폭 픽셀과 위상 픽셀 사이에 구조화되지 않은 지연 요소를 제공하는 것이 생략된다. 광의 90° 만큼의 편광의 회전이 제공되는 제2의 경우에는, 구조화되지 않은 지연 요소가 그 광학 축이 약 45°로 설정되는 방식으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기는, 픽셀 쌍의 통과 시 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀의 픽셀 쌍의 제1 픽셀 상에 입사되는 광의 편광 방향에 대해 90° 만큼 회전된 편광 방향을 포함하는 것이 또한 제공될 수 있다.
진폭 픽셀의 액정 분자의 배향이 위상 픽셀의 액정 분자의 배향에 대해 45° 만큼 회전되는, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀의 액정 층에 액정의 구조화된 배향이 사용되는 경우, 여기서 진폭 픽셀과 위상 픽셀 사이에서 광의 편광을 회전시키지 않는 것이 가능한데, 즉 구조화되지 않은 지연 요소 또는 구조화되지 않은 리타더를 사용하지 않는 것이 가능하다. 또한, 공간 광 변조 장치의 출사 평면의 영역에 제공되는 출력 측 편광기는, 예를 들어 위상 픽셀 상에 광이 픽셀 쌍의 제1 픽셀로서 입사되는 광의 편광에 대해 90도만큼 회전된 방식으로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 반사 평면의 개구에서의 회절을 통해, 위상 픽셀에 인접한 진폭 픽셀 상에 직접 입사되는 광은 위상이 변조되지 않지만, 그러나 진폭은 변조된다. 따라서, 공간 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기에 의해 투과된 광의 부분은 픽셀의 진폭에 비례하는데, 즉 픽셀의 진폭이 작을수록 광의 흡수된 부분은 더 커진다. 이러한 경우는, 회절에 의한 누화(Crosstalk)가 여기서 콘트라스트에 방해가 되는 영향을 미치지 않는다는 점에서 특히 유리하다. 진폭 값이 0인 검은색으로 표현된 픽셀은, 이러한 픽셀에 대해 회절된 광이 완전히 필터링되거나 또는 흡수되기 때문에 검은색으로 또한 유지된다.
일반적으로 표현하면, 이는 본 발명에 따르면 광을 변조시킬 픽셀의 인접한 픽셀 상에 각각 입사되는 바람직하지 않은 회절된 광이 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기를 통해 필터링될 수 있다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 광을 변조시킬 픽셀의 인접한 픽셀 상에 각각 입사되는 바람직하지 않은 회절된 광은 인접한 픽셀의 진폭 값에 따라, 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기를 통해 필터링될 수 있다는 것이 제공될 수 있다.
또한 유리하게는, 원색 RGB의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 조립체가 제공될 수 있으며, 여기서 개별 컬러 필터는 픽셀에 교대로 할당된다.
진폭 픽셀 및 위상 픽셀은 광에 의해 광 전파 방향으로 차례로 통과되기 때문에, 위상 픽셀 또는 진폭 픽셀이 컬러 필터를 포함하는 경우, 기본적으로 장면 또는 오브젝트의 컬러 표현에 충분하다. 그러나, 누화 또는 크로스토크의 감소를 위해서는, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀 모두 컬러 필터를 포함하는 것이 유리하다. 예를 들어 컬러 필터는 컬러 필터 조립체의 수직 스트라이프로 배치될 수 있으므로, 컬러는 각각 진폭 픽셀과 위상 픽셀이 서로 나란히 배치된 (이중) 열을 포함한다. 진폭 픽셀과 위상 픽셀의 복소 픽셀 쌍의 상부 또는 하부의 (이중) 열에 위치되거나 또는 제공되는 진폭 픽셀 및 위상 픽셀은, 동일한 컬러 필터에 할당되지만, 그러나 이러한 픽셀 쌍의 좌측 또는 우측 옆에 위치되는, 즉 다른 (이중) 열에 할당되는 진폭 픽셀 및 위상 픽셀은 다른 컬러 필터에 할당된다.
따라서, 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀의 복소 픽셀 쌍은 동일한 컬러의 컬러 필터를 포함하고, 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀의 인접한 복소 픽셀 쌍은 다른 컬러의 컬러 필터를 포함하는 것이 유리하게 제공될 수 있다. 따라서, 복소 픽셀 쌍의 2개의 픽셀, 즉 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀은 각각 동일한 컬러의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또는, 픽셀 쌍의 2개의 픽셀은 단지 한 컬러의 컬러 필터를 공동으로 포함하거나, 또는 픽셀 쌍의 2개의 픽셀에 단지 하나의 컬러 필터가 할당된다.
공간 광 변조 장치에서 컬러 필터의 사용은 추가적으로, 광의 회절에 의한 픽셀 간의 누화 또는 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 공간 광 변조 장치에 정의된 파장의 광이 조명되면, 다른 컬러의 컬러 필터가 할당된 인접한 픽셀 또는 복소 픽셀 쌍을 통과하는 광은 그 컬러 필터에 의해 차단된다.
본 발명에 따르면, 공간 광 변조 장치는 액정(LC) 기반 공간 광 변조 장치로서 또는 다중 양자 우물(MQW)(Multi-Quantum-Well) 기반 공간 광 변조 장치로서 형성될 수 있다.
대안적인 광 변조 구성도 물론 가능하다.
예를 들어 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치는 진폭 변조 및/또는 위상 변조를 제공하기 위한 전기 습윤(electrowetting) 기반의 공간 광 변조 장치일 수 있다.
또한, 공간 광 변조 장치는 다중 양자 우물(MQW) 기반으로 형성될 수도 있다. 반사 또는 투과 시 작동할 수 있는 이러한 유형의 변조기는, 진폭 및/또는 위상을 변조할 수 있도록 형성될 수 있다. 일반적으로, 서로 인접한 위상 픽셀 및 진폭 픽셀의 직렬 결합의 원리는, 액정에 기반하지 않는 위상 및 진폭 변조기에도 또한 적용될 수 있다. 예를 들어 자기 광자 결정(MPC)(magneto-photonic crystal) 기반 공간 광 변조 장치가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 과제는 청구항 제26항에 따른 특징을 갖는 디스플레이 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 조명 장치 및 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치를 포함한다. 이를 위해, 조명 장치는 적어도 하나의 광원, 예를 들어 레이저 광원 또는 발광 다이오드(LED)를 또한 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 장면 또는 오브젝트의 홀로그래픽 재구성을 위해, 바람직하게는 2차원 및/또는 3차원 이미지 또는 컨텐츠 또는 정보를 디스플레이하기 위해 제공된다. 디스플레이 장치는 위상 픽셀 및 진폭 픽셀로 형성된, 결합된 반사성 및 투과성 픽셀을 갖는 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치를 포함한다. 이 경우, 조명 장치는 공간 광 변조 장치의 조명을 위해 제공되는 방식으로 형성된다. 이러한 방식으로, 디스플레이 패널의 결합된 위상 픽셀과 진폭 픽셀이 제공되어, 복소 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 따라서, 구조가 편평하고, 복소 광 변조가 달성되는, 장면의 홀로그래픽 재구성을 위한 디스플레이 장치가 제공된다.
이러한 기본 컴포넌트들을 갖는 디스플레이 장치에는 추가의 광학 컴포넌트들이 제공될 수 있거나, 또는 기존 컴포넌트들이 예를 들어 투과성 또는 반사성 공간 광 변조 장치가 생성되는 방식과는 다른 방식으로 배치될 수 있다. 이 경우, 반사성 공간 광 변조 장치에서 광 방향으로 어드레싱 가능한 투과성 층의 이후에, 입사된 광이 반사되는 반사 평면이 제공된다.
유리하게는, 조명 장치에 의해 광 변조 장치의 경사진 방식의 조명이 제공되는 것이 제안될 수 있다.
광 변조 장치의 경사진 또는 경사진 방식으로 진행되는 조명을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어 5° 내지 50°, 바람직하게는 5° 내지 20°의 공간 광 변조 장치의 조명이 사용될 수 있다. 5° 내지 20°의 각도 범위는 복수의 액정 모드에 적합할 수 있다. 일부 액정 모드는 예를 들어 45°로 또한 조명될 수 있다. 경사진 방식의 조명은 복수의 유형의 조명 장치로부터 제공될 수 있다. 그러나, 체적 격자 기반 조명 장치가 바람직하다. 이것은, 브래그 회절에 기반한 체적 격자의 각도 선택성 및 스펙트럼 선택성으로 인한 것이다.
조명 장치는 프론트 라이트 조명 장치 또는 백라이트 장치로서 형성될 수 있다.
예를 들어 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 추가의 컴포넌트로서 필드 렌즈를 포함할 수 있고, 여기서 필드 렌즈는 단일 컴포넌트로서 또는 결합된 필드 렌즈로서 형성된다. 필드 렌즈는 회절성 또는 굴절성으로 형성될 수 있다. 필드 렌즈가 회절성으로 형성되는 경우, 이러한 필드 렌즈는 적어도 하나의 체적 격자를 포함할 수 있다. 결합된 필드 렌즈는 바람직하게는 적어도 하나의 체적 격자를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치는 필요한 정보로 공간 광 변조 장치에 의해 변조된 광을, 디스플레이 장치에 의해 표현된 장면 또는 오브젝트를 관찰할 수 있는 관찰자의 가시 범위 또는 시야 내의 정의된 영역 또는 정의된 위치에 포커싱하기 위해 필드 렌즈를 포함한다. 이러한 필드 렌즈는 여기서 독립적인 컴포넌트로서 또는 단일 컴포넌트로서 또는 디스플레이 장치에 결합된 필드 렌즈로서 제공될 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 복소 공간 광 변조 장치는, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 사용되는 체적 격자 기반 필드 렌즈에도 또한 적용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 결합된 체적 격자 필드 렌즈는, 예를 들어 0°(축 상) 내지 30°까지의 경사진 방식으로 진행되는 평면파일 수 있는 평면 대 평면 재구성을 구현하는 제1 체적 격자를 포함한다. 제2 체적 격자는 축 상의 필드 렌즈에 대해 30°의 평면파의 재구성을 포함한다. 이러한 2개의 체적 격자의 결합은, 결합된 필드 렌즈로 지칭되는 축 상의 체적 격자 필드 렌즈를 형성한다.
바람직하게는, 결합된 필드 렌즈의 제1 체적 격자를 제거하기 위해, 복소 광의 축 외 전파를 유도하는 경사진 방식으로 진행되는 또는 경사진 조명이 사용될 수 있다. 예를 들어 결합될 위상 변조 픽셀과 진폭 변조 픽셀을 포함하는 SLM 평면은 30°로 조명될 수 있으며, 이는 -30°의 변조된 파장의 축 외 전파를 발생시킨다. 따라서, 이전에 결합된 필드 렌즈의 제1 요소로 사용되었던 사전-회절 체적 격자는 더 이상 필요로 하지 않게 된다. 이러한 방식으로, 사용된 컴포넌트들의 개수가 감소될 수 있다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 추적 장치가 제공되는 것이 또한 제안될 수 있다. 유리하게는, 적어도 하나의 추적 장치는 적어도 하나의 액정 격자 및/또는 적어도 하나의 미러 요소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 적어도 하나의 추적 장치, 예를 들어 광의 수직 방향으로의 추적을 위한 수직 추적 장치 및/또는 광의 수평 방향으로의 추적을 위한 수평 추적 장치를 포함할 수 있고, 여기서 수직 추적 장치 및/또는 수평 추적 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 액정 격자를 포함한다.
수직 추적 장치 및/또는 수평 추적 장치는 바람직하게는 광 전파 방향으로 복소 공간 광 변조 장치의 이후에 배치되고, 장면 또는 오브젝트를 관찰하는 관찰자의 수직 및/또는 수평 이동에 대해 표현된 장면 또는 오브젝트의 광을 추적하기 위해 제공된다.
적어도 하나의 추적 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 액정 격자(liquid crystal grating)를 포함한다. 예를 들어 전극에 의해 전기적으로 제어되는 액정 격자는 1차원 위상 프로파일을 생성할 수 있다. 이러한 제어 가능한 1차원 위상 프로파일은 관찰자의 눈으로 보낼 광의 추적을 위해 적합한 쐐기 함수(wedge function)를 제공할 수 있다. 또한, 원통형 위상 함수가 생성될 수 있다. 따라서, 상이한 격자 주기와 상이한 국부 위상 기울기의 생성을 통해 추적을 제공하는 것 외에 추가적으로, 경사진 렌즈의 함수의 수차를 감소시키는 원통형 렌즈 함수가 생성될 수 있다. 복수의 액정 격자는 직렬로 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 2개의 액정 격자가 서로에 대해 적층되거나 또는 90°의 각도 오프셋을 포함하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 교시를 유리한 방식으로 설계하고 그리고/또는 가능한 경우, 설명되는 예시적인 실시예 또는 구성예를 서로 조합하기 위한 다양한 가능성이 이제 존재한다. 이를 위해, 한편으로는 종속 청구항에 종속된 청구항을 참조해야 하고, 다른 한편으로는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명을 참조해야 하며, 교시의 바람직한 구성예도 또한 일반적으로 설명된다. 이 경우, 본 발명은 설명된 예시적인 실시예에 기초하여 원칙적으로 설명되지만, 그러나 이들에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술에 따른 공간 광 변조 장치의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 2은 종래 기술에 따른 픽셀 조립체를 갖는 공간 광 변조 장치의 단면의 원칙적인 도면을 평면도로 도시한다.
도 3은 픽셀 조립체의 단면이 있는 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 원칙적인 도면을 평면도로 도시한다.
도 4a는 구조화되지 않은 지연 요소를 갖는 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 원칙적인 도면을 평면도로 도시한다.
도 4b 내지 도 4d는 도 4a에 따른 공간 광 변조 장치의 실시예의 원칙적인 도면을 사시도로 도시한다.
도 5는 광 재순환을 제공하는 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 다른 실시예의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 6은 평면 내 모드(in-plane mode)가 제공될 때의 도 5에 따른 공간 광 변조 장치의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 7은 액정 분자의 구조화되지 않은 정렬이 제공될 때의 공간 광 변조 장치의 픽셀 조립체의 개략도를 도시한다.
도 8은 액정 분자의 구조화된 정렬이 제공될 때의 공간 광 변조 장치의 픽셀 조립체의 개략도를 도시한다.
도 9는 인접한 픽셀 간의 크로스토크를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치의 다른 실시예의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치를 갖는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 원칙적인 도면을 도시한다.
동일한 요소들/부품들/컴포넌트들은 또한 도면에서 동일한 참조 부호를 포함할 수 있다는 것이 간단히 언급된다.
도 2에는, 종래 기술에 따른 공간 광 변조 장치의 기본 구성예가 평면도로 도시되어 있고, 여기서 단지 하나의 픽셀 조립체만이 백플레인과 관련하여 도시되어 있다. 공간 광 변조 장치에서, 동일한 어드레싱 가능한 투과성 층 또는 층 평면에 배치된, 측 방향으로 서로 인접한 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)의 직렬 결합이 제공된다. 복소 픽셀을 형성하기 위한 어드레싱 가능한 투과성 층은, 예를 들어 바람직하게는 액정 층이다. 따라서, 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)은 명백히 볼 수 있는 바와 같이, 서로 나란히 배치되어 있다. 일반적으로 공간 광 변조 장치에서 대부분 패널 영역의 대략 50 %는 투명하지 않은 구조를 위해, 예를 들어 백플레인에 제공되는 데이터 라인 및 트랜지스터 구조를 위해 제공된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 픽셀은 행 및 열의 매트릭스로 배치되어 있다. 픽셀은 수직 및 수평 데이터 라인(D)에 연결된 트랜지스터(TFT)를 통해 백플레인에 의해 개별적으로 어드레싱된다. 픽셀(Pp 및 Ap)의 트랜지스터(TFT)는 열과 행으로 배치된 데이터 라인(D), 소위 소스 라인 및 게이트 라인을 통해 제어된다. 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인은 개별 픽셀에 신호를 전달하도록 형성된다. 공간 광 변조 장치는 또한 백플레인의 데이터 라인(D) 및 트랜지스터(TFT)에 할당되어 있는 패널의 영역을 커버하는, 블랙 마스크로도 또한 지칭되는 블랙 커버(BM)를 포함한다. 블랙 커버(BM)는 전형적으로 백플레인의 기판에 대향하여 위치되는 공간 광 변조 장치의 기판 상에 제공된다. 이러한 방식으로, 데이터 라인(D) 및 트랜지스터(TFT)에 할당된 이러한 기판의 표면은 블랙화되므로, 공간 광 변조 장치의 이러한 영역을 통해서는 광이 통과될 수 없다.
공간 광 변조 장치 상에 입사된 광은 우선 위상 픽셀(Pp)을 통과한 다음 진폭 픽셀(Ap)을 통과하고, 또는 그 반대의 경우도 또한 마찬가지이다. 그러나, 여기서 각각의 픽셀(Pp 및 Ap)에는 할당된 트랜지스터(TFT)가 배치되기 때문에, 픽셀 개구는 명백히 감소되고, 여기서 또한 수평 데이터 라인(D) 및 수직 데이터 라인(D)도 마찬가지로 픽셀(Pp 및 Ap)을 통해 연장된다. 따라서, 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(D)은 블랙 커버(BM)에 의해 완전히 커버되고, 이는 블랙 커버(BM), 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(D)이 위치되는 2개의 기판의 조정 허용 오차로 인해, 트랜지스터(TFT) 자체와 관련하여 데이터 라인(D)보다 약간 더 넓게 설계된다. 광이 통과되어야 하고, 통과될 수 있는 개별 픽셀(Pp 또는 Ap)의 개구는, 이에 따라 특히 작은 크기의 픽셀에 대해 트랜지스터(TFT), 데이터 라인(D) 및 블랙 커버를 통해 상당히 감소된다.
한편, 도 3에는 본 발명에 따라 트랜지스터 및 데이터 라인의 특별한 배치로 인해 픽셀(Pp 및 Ap)의 더 큰 개구를 달성하거나 또는 포함하는 공간 광 변조 장치가 도시된다.
도 3은 도 2에 따른 공간 광 변조 장치와 기본 구조가 동일한 요소 또는 컴포넌트를 포함하는, 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치를 평면도로 도시한다. 이것은, 공간 광 변조 장치가 바람직하게는 액정 층으로 형성되는 어드레싱 가능한 투과성 기판을 포함한다는 것을 의미한다. 이러한 어드레싱 가능한 투과성 층은 픽셀(Pp 및 Ap)을 갖는 픽셀 층을 형성하고, 2개의 기판 사이에 매립된다. 픽셀 층은 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)을 포함하고, 이들은 일 평면에서 나란히 교대로 배치된다. 어드레싱 가능한 투과성 층 또는 픽셀 층의 픽셀은 실질적으로 절반에 대해서는 반사성으로 그리고 다른 절반에 대해서는 투과성으로 형성되므로, 반사성 픽셀과 투과성 픽셀은 동일한 평면에서 교번하는 방식으로 배치된다. 본 예시적인 실시예에서, 위상 픽셀은 반사성으로 형성되고, 진폭 픽셀은 투과성으로 형성되며, 여기서 물론 진폭 픽셀이 반사성으로 형성될 수 있고, 위상 픽셀이 투과성으로 형성될 수 있는 가능성도 또한 존재한다. 위상 픽셀(Pp) 및 그 옆에 인접한 진폭 픽셀(Ap)은 함께 복소 픽셀 쌍을 형성한다. 조명 장치로부터 나오는, 및 이하에서 SLM으로 지칭되는 공간 광 변조 장치 상으로 입사되는 광은, 이제 여기서 이러한 예시적인 실시예에서 반사성으로 형성된 위상 픽셀(Pp) 상에 먼저 입사되고, 이로부터 미러 요소로 형성될 수 있는, 위상 픽셀(Pp)에 제공되는 반사 층을 통해 반사된다. 이러한 반사 층은 여기서 광 전파 방향으로 반사성 픽셀, 여기서는 이제 위상 픽셀(Pp)의 후방 단부 상에 제공되므로, 광이 위상 픽셀(Pp)을 통과하여 반사 층 상에 입사되고, 이러한 반사 층에 의해 반사되어 위상 픽셀을 통해 다시 통과된다. 이 경우, 광의 위상은 변조되거나 또는 변경되고, 또는 필요한 정보에 대응하여 적응된다. 위상 픽셀의 통과 후, 광은 투과성 픽셀, 즉 여기서는 진폭 픽셀(Ap)의 방향으로 반사 평면을 통해 계속 지향되고, 진폭이 이에 대응하게 변조되도록 통과된다. 알 수 있는 바와 같이, 도 2에 비해 도 3에서는 픽셀의 개구에서 상대적으로 큰 차이가 존재한다. 픽셀(Pp 및 Ap)의 개구는 도 2에서보다 도 3에서 더 크므로, 도 3의 SLM의 필 팩터는 도 2에서보다 상당히 더 크다. 픽셀(Pp 및 Ap)의 더 큰 개구 또는 더 큰 필 팩터는, SLM의 픽셀 층의 픽셀의 절반이 실질적으로 반사성으로 형성되고, 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)을 포함하는 각각의 픽셀 쌍에 대해, 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(D)이 제공되는 백플레인의 이러한 픽셀 쌍의 관련된 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(D)의 적어도 일 부분이 각각의 픽셀 쌍의 반사성 픽셀의 후방 또는 하부에 배치되므로, 각각의 픽셀 쌍에 할당되거나 또는 관련된 이러한 트랜지스터 및 데이터 라인은 개별 픽셀을 통한 광의 통과 시 이러한 픽셀의 개구가 감소되거나 또는 축소되지 않음으로써 달성된다. 이것은, 이러한 예시적인 실시예에서는 이제 위상 픽셀(Pp)인, 실질적으로 SLM의 픽셀 층의 픽셀의 절반이 반사성으로 형성되기 때문에, 광은 이러한 반사성 픽셀을 통해 통과될 수는 없지만, 이러한 픽셀에 의해 반사된다는 것을 의미한다. 즉, 반사성으로 형성된 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되는 광은 이로부터 통과되지 않고 반사된다. 따라서, 반사성 픽셀 또는 위상 픽셀(Pp)의 입사된 광에 대해 반대쪽에 있는 측면 상에는, 광에 의해 관통되지 않는 영역이 형성될 수 있거나 또는 생성될 수 있다. 따라서, 여기서는 이제 위상 픽셀(Pp)인 각각의 반사성 픽셀의 후방 영역이 컴포넌트의 기록을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 트랜지스터와 데이터 라인이 있는 백플레인은 반사성 픽셀에 대해서는 광에 의해 전혀 통과되지 않는다. 다시 말하자면, 광에 의해 관통되지 않는 각각의 픽셀 쌍의 각각의 반사성 픽셀의 후방 또는 하부 영역은, 각각의 개별 픽셀 쌍에 할당된 트랜지스터(TFT) 및 관련된 데이터 라인(D)의 적어도 일 부분이 그곳에 배치됨으로써 형성된다. 픽셀 층의 각각의 픽셀에는 적어도 하나의 트랜지스터(TFT)가 할당되므로, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 여기서 위상 픽셀(Pp)인 반사성 픽셀, 및 여기서 진폭 픽셀(Ap)인 투과성 픽셀에 각각 적어도 하나의 트랜지스터(TFT)가 할당된다. 픽셀 쌍당 이러한 적어도 2개의 트랜지스터(TFT)는 반사성 픽셀, 즉 여기서 위상 픽셀(Pp)의 후방 또는 하부에 제공될 수 있으므로, 여기서 진폭 픽셀(Ap)인 투과성 픽셀에 할당된 적어도 하나의 트랜지스터(TFT)는 투과성 픽셀의 개구를 제한하지 않는다. 도 2 및 도 3에도 또한 이미 개시된 바와 같이, 백플레인의 데이터 라인(D)은 보통 수평 및 수직 방향으로 제공되거나 또는 배치되는데, 즉 데이터 라인(D)은 개별 픽셀(Pp 및 Ap)을 각각 측방향으로 수평으로 및 측방향으로 수직으로 제한한다. 여기서 픽셀 쌍의 투과성으로 형성된 픽셀의 적어도 하나의 트랜지스터(TFT)에 할당되고 제어되는 적어도 수직인 데이터 라인(Dv)을 픽셀 쌍의 반사성 픽셀의 후방 또는 하부에 제공하는 것이 가능하므로, 픽셀 쌍의 적어도 이러한 수직 데이터 라인(Dv)이 투과성 픽셀의 개구 또는 개구부를 제한하지 않는다. 반사성 픽셀에 할당된 수직 데이터 라인(Dv)의 배치도 마찬가지로 반사성 픽셀의 후방 또는 하부에 제공된다. 따라서, 진폭 픽셀(Ap) 및 위상 픽셀(Pp)의 각 쌍에 대한 데이터 라인의 적어도 일 부분 및 트랜지스터(TFT)는 모두 반사성 픽셀의 하부에 배치된다. 결과적으로, 모든 트랜지스터(TFT) 및 수직으로 정렬되거나 또는 제공되는 모든 데이터 라인(Dv)은 이에 따라 반사성 픽셀의 후방 또는 하부 영역에 배치될 수 있다. 그러나, 수평 방향으로 제공되는 데이터 라인(Dh)은 여전히 블랙 커버(BM)에 의해 커버되므로, 정의되지 않은 변조된 광이 관통될 수 없다. 그러나, 도 2에 비해, 블랙 커버(BM)에 의해 블랙화되거나 또는 커버되는 픽셀 층의 표면은 현저히 더 작은데, 즉 광이 관통될 수 있는 SLM의 투과성 영역은 현저히 더 크다. 이를 통해, 픽셀 개구의 더 큰 치수로 인해 SLM의 사용 가능한 필 팩터가 상당히 증가된다. 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(D)은 개별 픽셀에 신호를 전달하도록 형성된다.
일반적으로 개시된 바와 같이, 도 3은 트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(Dv 및 Dh)의 조립체를 갖는 평면도로 SLM을 도시하고, 여기서 진폭 픽셀(Ap) 및 위상 픽셀(Pp)의 각 쌍에 대해 트랜지스터(TFT) 및 수직 데이터 라인(Dv)이 각각 위상 픽셀에 배치된다. 단지 수평 데이터 라인(Dh)만이 SLM의 픽셀 층의 모든 픽셀을 통해 계속 진행된다. 물론, 도시된 배치는 90도로 회전된 방식으로도 또한 제공될 수 있고, 진폭 픽셀(Ap) 및 위상 픽셀(Pp)은 서로 적층된 방식으로 위치될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서는 위상 픽셀(Pp)이 반사성으로 형성되는데, 즉 백플레인에서 볼 때 데이터 라인(Dv 및 Dh) 위에 반사 층이 배치되기 때문에, 위상 픽셀(Pp)에 방해가 되지 않는다. 다른 한편으로는, 투과성으로 형성된 진폭 픽셀(Ap)에 대해 광의 통과를 위해 픽셀 표면 또는 픽셀 개구부의 더 큰 부분이 사용될 수 있다.
도 3에 따라 도시되고 설명된 SLM은 이하의 도 4 내지 도 8에서 설명되는 바와 같이 계속 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d에는 단순한 제조를 허용하는 공간 광 변조 장치(SLM)가 도시되어 있고, 여기서 도 4a는 기본 구조 및 작동 모드를 도시하고, 도 4b 내지 도 4d는 이러한 SLM의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 4a에는, 여기서는 액정 층 형태의 어드레싱 가능한 단일 투과성 층(10)을 2개의 기판(11 및 12) 사이에 포함하는 SLM이 측면도로 도시되어 있다. 액정 층에 전극 조립체에 의해 전기장이 인가됨으로써, 예를 들어 액정 층 내의 액정의 정렬이 변경될 수 있고, 이러한 방식으로 광의 변조가 수행될 수 있다. 여기서 SLM 상에 입사되는 광의 위상 및 진폭은, SLM의 인접한 픽셀에서 변조된다. 따라서, SLM은 동일한 평면에서 서로 나란히 교번하는 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)을 포함한다. 이미 언급된 바와 같이, 위상 픽셀(Pp) 및 인접한 진폭 픽셀(Ap)은 복소 픽셀 쌍을 형성한다. 위상 픽셀(Pp)은 여기서 반사성으로 형성되고, 진폭 픽셀(Ap)은 투과성으로 형성된다. 따라서, 위상 픽셀은 후방 단부 또는 후방 영역에 반사 층(13)을 포함하며, 그 하부에 도 3에서 설명된 바와 같은 트랜지스터 및 데이터 라인이 은폐 및 배치될 수 있다. 그러나, 트랜지스터 및 데이터 라인의 광 전파 방향으로 SLM의 반사성 픽셀의 반사 층 후방의 배치가 반드시 필수적으로 제공되어야 하는 것은 아니다. 즉, 도 4a 내지 도 4d에 따른 실시예에 따른 SLM이 도 3에 따라, 즉 트랜지스터 및 데이터 라인의 광의 전파 방향으로 반사성 픽셀의 이후의 배치가 형성되어야 하는 것은 아니다. SLM의 백플레인의 트랜지스터 및 데이터 라인은 또한 예를 들어 도 2에 도시되고 설명된 바와 같이, 종래 기술로부터 공지된 바와 같은 통상적인 방식으로 SLM에 배치될 수 있다.
백라이트 장치로 형성된 도시되지 않은 조명 장치는, 시준된 광을 SLM으로 전송한다. 시준된 광은 조명 장치로부터 정의된 조명 각도, 예를 들어 10°로 방출되므로, 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, SLM의 경사진 조명이 제공된다. 이러한 유형의 조명 각도는 복수의 액정 모드에 적합하다. SLM 상에 입사되는 광은 또한 정의된 편광 상태를 포함하며, 이는 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(14)에 의해 생성될 수 있다. 광은 차례로 광 전파 방향으로 먼저 위상 픽셀(Pp)을 통과한 다음, 진폭 픽셀(Ap)을 통과한다. 이 경우, 광의 진폭 및 위상의 변조의 순서는 원칙적으로 그 반대도 또한 가능할 수 있다. 그러나, 액정 변조에 대해서는, 위상 픽셀(Pp)이 반사 층(13)에서의 반사로 인해 광에 의해 2번 통과되는 반면, 진폭 픽셀(Ap)은 단지 한 번만 통과되는 경우에 바람직하다. 광 전파 방향으로 위상 픽셀(Pp)과 진폭 픽셀(Ap) 사이에 반사 평면(15)이 제공되고, 여기서 위상 픽셀(Pp)에 의해 위상이 변조된 광이 반사되고, 진폭 픽셀(Ap)의 방향으로 지향된다. 다시 말하자면, 제1 투명 기판(11)은 이에 따라 일 측면 상에 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층(10)을 포함하고, 대향하여 위치되는 다른 측면 상에는 반사 평면(15)으로 형성된 평면을 포함한다. 따라서, 광은 이제 위상 픽셀(Pp)과 진폭 픽셀(Ap)의 복소 픽셀 쌍의 위상 픽셀(Pp) 상에 먼저 입사되며, 미러 요소 또는 미러 층으로 형성될 수 있는 반사 층(13)의 위상 픽셀(Pp)의 후방 단부 상에서 반사되므로, 위상 픽셀(Pp)의 내부에 이중 경로 배치가 구현된다. 따라서, 위상 픽셀(Pp)에 의해 제공되어야 하는 2λ 위상 변위에 필요한 액정 층(10)의 두께가 감소된다. 위상 픽셀(Pp)에 의해 반사된 광은 이제 미러 시스템을 포함하는 반사 평면(15)으로 전파된다. 미러 시스템은 미러 요소(16)를 포함하고, 이러한 미러 요소는 픽셀(Pp 및 Ap)을 갖는 액정 층(10)을 향하는 측면 또는 영역에서 반사성으로 형성되고, 반사성 및 투과성 픽셀에 대해, 즉 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)에 대해 배치되어, 각각의 미러 요소(16)가 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버하는 방식으로 배치된다. 미러 시스템의 미러 요소(16)에서의 광의 반사 후, 광은 투과성 진폭 픽셀(Ap)로 지향되고, 그곳에서 진폭이 이에 대응하게 변조된다.
반사 평면(15)에는 또한 평면의, 따라서 비-구조화된 또는 구조화되지 않은 지연 요소(17)가 제공되며, 이는 리타더로도 또한 지칭될 수 있다. 이러한 구조화되지 않은 지연 요소(17)는 광이 픽셀 쌍을 형성하는 서로 나란히 위치된 2개의 픽셀, 반사성 픽셀, 여기서는 위상 픽셀(Pp) 및 투과성 픽셀, 여기서는 진폭 픽셀(Ap)을 통해 광이 통과될 때, 픽셀 쌍의 제2 통과되는 픽셀에 대한 광의 편광을 적합하게 설정하는 역할을 한다. 구조화되지 않은 지연 요소(17)는 1/4 파장 플레이트 또는 λ/4 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트 또는 λ/8 플레이트로 형성될 수 있다.
예를 들어 SLM은 도 4b에 사시도로 도시된 바와 같이, ECB 모드(전기적으로 제어되는 복굴절 모드)로 작동될 수 있다. 이러한 액정 모드를 위해, 광의 위상을 변조하기 위한 위상 픽셀(Pp)은 액정 층(10)의 액정 분자의 배향(정렬 방향)에 평행한 편광 방향을 갖는 선형 편광된 광을 필요로 한다. 반면, 광의 진폭을 변조하기 위한 진폭 픽셀(Ap)은 마찬가지로 선형 편광된, 그러나 액정 층(10)의 액정 분자의 배향에 대해 회전된 방식으로 편광 방향을 포함하는 광을 필요로 한다. 진폭 픽셀을 위한 광의 편광 방향은 바람직하게는 액정 분자의 배향에 대해 45° 만큼 회전된 방식으로 제공되어야 한다.
본 발명의 제1 예시 및 설명을 위해, 도 4a 및 도 4b에 도시된 SLM은 ECB 모드에서 작동된다. 물론, 다른 액정 모드에서 SLM을 작동시키는 것도 또한 가능한데, 이는 이하에서 추후에 도 4d에서 자세히 설명될 것이다. 이제 도 4a 및 도 4b에 따라 SLM 상에 입사되는 편광된 광은, 반사성으로 형성된 위상 픽셀(Pp)의 도달 이전에 이미 픽셀 쌍의 제1 픽셀로서 광 전파 방향으로 지연 요소(17)를 통과하고, 여기서 사용된 ECB 모드의 경우, 이러한 지연 요소(17)는 1/4 파장 플레이트로 형성된다. 그러나, 위상 픽셀(Pp)에는 선형 편광된 광이 필요하고, 지연 요소(17)는 입사된 선형 편광된 광을 원형 광으로 변환시킬 것이기 때문에, 이러한 광 변환의 보상을 위해 보상 지연 요소(18)가 제공된다. 보상 지연 요소(18)는 구조화되지 않은 지연 요소(17)와 마찬가지로, 평면으로 또는 구조화되지 않은 방식으로 형성된다. 마찬가지로, 1/4 파장 플레이트로 설계될 수 있다. 보상 지연 요소(18)는 구조화되지 않은 지연 요소(17)를 통한 편광의 변환을 보상하므로, 전체적으로 볼 때 지연 요소(17 및 18)의 조합은 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되는 광에 작용하여, 이에 따라 다시 선형 편광된 광을 생성한다. 다시 말하자면, 보상 지연 요소(18)는, 픽셀 쌍의 우선 통과된 픽셀 상에 입사되는 광의 요구된 편광이 존재하거나 또는 생성되는 방식으로, 구조화되지 않은 지연 요소(17)와 상호 작용한다. 따라서, 보상 지연 요소(18)는 광 방향으로 SLM의 반사 평면(15) 이전에 배치되므로, 이러한 반사 평면(15)은 광에 의해 광 경로에서 SLM의 픽셀 쌍의 각각의 2개의 픽셀 이전에 통과되며, 여기서 보상 지연 요소(18)를 통해 광의 편광이 픽셀 쌍의 광에 의해 통과되는 제1 픽셀에 적합하게 설정된다. 그러나, 구조화되지 않은 지연 요소(17)에 의해 위상 픽셀(Pp)에 대한 광의 요구되는 선형 편광된 편광으로 변환되는, 정의된 편광을 갖는 광이 SLM 상에 입사되는 한, 보상 지연 요소(18)가 반드시 필수적인 것은 아니다.
따라서, 광 방향으로 구조화되지 않은 지연 요소(17) 및 보상 지연 요소(18) 이후에 존재하는 선형 편광된 광은 이제 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되고, 이에 대응하여 위상이 변경되고, 반사된 광으로서 반사 평면(15)의 방향으로 편향되고, 그곳에서 다시 화살표로 표시된 바와 같이, 구조화되지 않은 지연 요소(17) 상에 다시 입사된다. 구조화되지 않은 지연 요소(17)는 광의 이중 통과 시 반파장 플레이트와 같이 작용하여, 결과적으로 광의 편광은, 입사된 편광 방향과 구조화되지 않은 지연 요소(17)의 광학 축 사이의 이중 각도, 즉 2 x 22.5°, 따라서 45° 만큼 회전된다. 따라서, 광의 편광의 회전은 위상 픽셀 상에 입사되는 광의 선형 수직 편광에 대해 45° 만큼 수행된다. 이러한 편광 상태는 진폭 픽셀(Ap)에 필요한 입사 편광을 제공할 수 있도록 사용된다. 광의 편광 상태의 변경 후, 이제 이러한 광은 진폭 픽셀(Ap) 상에 입사되고, 이를 통과한다. 진폭 픽셀(Ap)을 통해 통과된 후, 광은 도 4a에 따른 제2 기판(12)을 관통하고, SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기(19) 상에 입사된다. 이러한 편광기(19)는 진폭 픽셀(Ap)로부터 나오는 광을 정의된 편광으로 통과시킬 수 있으므로, 변조된 광은 광 경로에서 후속하는 컴포넌트 또는 요소의 방향으로 SLM을 떠나게 된다. 편광기(19)는 여기서 위상 픽셀(Pp)에 대한 광의 요구된 편광에 대해 -45° 만큼 회전된 광학 축을 포함하는 방식으로 설계된다.
구조화되지 않은 보상 지연 요소(18) 및 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(14)가 둘 모두 SLM에 제공되는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 정의된 방식으로 이미 편광된 광이 SLM 상에 입사되고, 이러한 광이 구조화되지 않은 지연 요소(17)와 결합하여 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)의 픽셀 쌍 중 광에 의해 먼저 통과되는 픽셀에 필요한 광의 편광이 설정되는 방식으로 편광되는 경우에는, 보상 지연 요소(18)도 편광기(14)도, 2개의 요소 중 어느 것도 필요로 하지 않는다. 특히, 이미 원형 편광된 광이 SLM 상에 입사될 때, ECB 모드의 경우에 그렇다. 예를 들어 원형 편광된 광이 SLM 상에 입사되고, 구조화되지 않은 지연 요소(17)가 원형 편광된 광을 선형 편광된 광으로 변환하는 1/4 파장 플레이트로 형성되는 경우, 이러한 선형 편광된 광은 바람직한 방식으로 ECB 위상 픽셀 상에 입사된다.
또한, 2개의 요소 중 하나는 필요하지만, 다른 하나는 필요하지 않은 실시예도 또한 제공될 수 있다. ECB 모드에서는 구조화되지 않은 보상 지연 요소(18)가 필요하지 않지만, 그러나 정의된 선형 편광을 포함하는 광이 이미 조명 장치에 의해 방출된 경우, SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(14)는 이를 필요로 한다. 그러나, 편광기는 광의 편광 정도를 계속 개선할 수 있도록, SLM에서 여전히 유리하게 제공될 수 있다.
입력 측 또는 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(14)는 도 4b에 따르면, 위상 픽셀(Pp)에서 광의 요구되는 편광에 대해 45° 만큼 회전된다. 이러한 경우, 구조화되지 않은 지연 요소(17) 및 보상 지연 요소(18)는 모두 22.5°의 동일한 광학 축을 포함할 수 있으므로, 이들은 함께 반파장 플레이트(λ/2 플레이트)로서 작용한다. 이러한 조건에서, 조명 장치에 의해 방출된 광이 2개의 지연 요소(17 및 18)를 통해 통과될 때, 여기서 광의 편광 방향은 45° 만큼 회전되고, 위상 픽셀(Pp)을 위해 필요한 선형 편광으로 위상 픽셀(Pp)에 광이 도달하게 된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 위상 픽셀(Pp)에서 선형 수직으로 편광된 광이 도달하고, 이러한 광은 반사 평면(15)에서 반사된 후 구조화되지 않은 지연 요소(17)에 의해 45° 만큼 회전되고, 인접한 진폭 픽셀(Ap) 상에 입사된다.
대안적으로, 구조화되지 않은 지연 요소 및 보상 지연 요소는 서로에 대해 90° 만큼 회전된 광학 축을 포함할 수 있으므로, 도 4c에 따른 ECB 모드의 추가의 경우에서 도 4a와 조합하여 도시된 바와 같이, 전체적으로 그 효과가 상쇄되고, 여기서 이러한 SLM은 도 4a에 따른 SLM과 동일한 컴포넌트를 포함하고, 기본적으로 작동 방식이 유사하다. 구조화되지 않은 제공된 지연 요소(170)는 여기서 다시 1/4 파장 플레이트로 형성되고, 여기서 보상 지연 요소(180)도 마찬가지로 1/4 파장 플레이트로 형성된다. 그러나, 1/4 파장 플레이트의 광학 축의 배향 및 편광기의 배향은 도 4b에서와는 상이하게 제공된다. 입력 측 또는 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(140)의 편광 방향은 0도(0°)이므로, 이러한 편광기(140)는 선형 수직으로 편광된 광을 통과시키고, 보상 지연 요소(180)의 광학 축은 -67.5°이고, 구조화되지 않은 지연 요소(170)의 광학 축은 +22.5°이고, 보상 지연 요소(180) 및 구조화되지 않은 지연 요소(170)의 관통 후에, 광은 계속 0° 미만에서 선형 편광된다. 이러한 방식으로, 마찬가지로 도 4b에서와 같이, 선형 수직 편광된 광은 어드레싱 가능한 투과성 층(100)에서 픽셀 쌍의 우선 통과될 위상 픽셀(Pp) 상에 입사된다. 보상 지연 요소(180) 및 구조화되지 않은 지연 요소(170)의 통과 후, 미러 시스템의 미러 요소(160)가 있는 반사 평면(150)을 통해 위상 픽셀(Pp)에서 진폭 픽셀(Ap)로의 광의 경로는, 출력 측 또는 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기(190)까지, 도 4a 및 도 4b에 따른 SLM의 이전 실시예에 도시된 바와 동일한 경로이다. 따라서, 도 4c에 도시된 SLM의 컴포넌트를 통한 광 경로의 설명의 반복은 생략된다.
예를 들어 IPS 모드(in-plane switching)와 같은 도 4d에 따른 평면 내 변조를 기반으로 하는 다른 액정 모드 또는 평면 외 전기장에서 액정의 평면 내 회전에 기반한 모드의 경우, 진폭 픽셀은 선형 편광된 광을 필요로 하는 반면, 위상 픽셀은 원형 편광된 광을 필요로 한다. 여기서 또한, 평면 내 변조에 기반한 SLM의 기본 구조는 기본적으로 도 4a에 따른 SLM의 구조에 대응한다.
따라서, 위상 픽셀을 떠난 후 및 광이 픽셀 쌍의 진폭 픽셀 상에 입사되기 전에 광의 편광은 원형 편광된 광에서 선형 편광된 광으로 변경되어야 한다. 이것은 예를 들어 도 4d에 따라 1/8 파장 플레이트로 형성된 구조화되지 않은 지연 요소(1700)에 의해 수행될 수 있다. 45°의 광학 축을 포함하는 이러한 구조화되지 않은 지연 요소(1700)는, 여기서 광에 의해 두 번 통과되고, 이에 따라 전체적으로 1/4 파장 플레이트로서 작용한다. 이러한 경우, 마찬가지로 또한 45°의 광학 축을 포함하고 구조화되지 않은 보상 지연 요소(1800)로서 1/8 파장 플레이트가 제공될 수 있다. 이러한 유형의 SLM의 구조는 기본적으로 도 4a에 따른 SLM의 구조에 대응하기 때문에, SLM 상에 입사된 광은 다시 반사성 위상 픽셀(Pp) 상으로 먼저 안내된 후, 반사 평면(1500)에서의 반사 후에 진폭 픽셀로 안내된다. SLM의 다른 컴포넌트는 도 4a에 따른 SLM의 컴포넌트에 대응한다. 이것은, 어드레싱 가능한 투과성 층(1000), 바람직하게는 액정 층이 2개의 기판 사이에 매립되고, 반사성 및 투과성 픽셀을 포함한다는 것을 의미한다. 또한, 반사 평면(1500)에는 광 방향으로 반사성 위상 픽셀(Pp) 및 투과성 진폭 픽셀 사이에 미러 요소(1600)를 갖는 미러 시스템 및 구조화되지 않은 지연 요소(1700)가 제공된다. 또한, SLM은 0°의 광학 축을 포함하고, 이에 따라 보상 지연 요소(1800)에 대해 선형 수직으로 편광된 광이 통과되는, SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(1400)를 포함한다. 보상 지연 요소(1800)에 의해 45° 만큼 회전된 이러한 광은 구조화되지 않은 지연 요소(1700) 상에 입사되고, 이에 의해 광은 다시 45° 만큼 회전되고 이에 따라 원형 편광이 생성된다. 그런 다음, 원형 편광된 광은 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되고, 이로부터 반사 층(1300) 상에서 후방 단부에 반사되고, 위상이 변조된 반사된 광은 반사 평면(1500)의 방향으로 지향된다. 그곳에서 광 방향으로 볼 때 구조화되지 않은 지연 요소(1700)를 통과하고, 미러 요소(1600) 상에 입사되고, 다시 구조화되지 않은 지연 요소(1700)를 통과하므로, 광은 이제 구조화되지 않은 지연 요소(1700)의 통과 후에 원형 편광된 광에서 선형 편광된 광으로 변환되었다. 이러한 경우, 이제 선형 수직으로 편광된 광은 진폭 픽셀(Ap) 상에 입사된다. 광의 진폭이 변조된 후, 광은 광학 축이 90°로 진행되는, SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기(1900)를 통과하므로, 선형 수평으로 편광된 광이 이러한 편광기(1900) 및 이에 따라 SLM을 떠나게 된다.
이러한 방식으로, 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에 대한 실시예에 따르면, 구조화되지 않은 지연 요소(17, 170, 1700)의 구조화가 생략될 수 있다. 이를 통해, SLM 자체의 제조가 상당히 단순화되고 용이해질 수 있는데, 평면의 또는 구조화되지 않은 지연 요소(17, 170, 1700)의 미러 시스템의 미러 요소(16, 160, 1600)에 대한 정확한 정렬이 우회될 수 있거나 또는 방지될 수 있기 때문이다.
마찬가지로, SLM은 예를 들어 아포다이제이션 프로파일 또는 다른 편광 필터 요소와 같은 추가의 요소 또는 컴포넌트를 포함할 수 있다. 그러나, 이들은 본 발명을 위해 중요하지는 않으므로, 보다 상세히 설명되지 않는다.
도 4a 내지 도 4d에 설명된 도 3에 따른 본 발명의 이러한 확장 및 개선은, 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성 픽셀의 하부에 배치되는 SLM과 관련하여 설명된다. 그러나, 도 4a 내지 도 4d에 따른 실시예는 그 자체로 발명으로서 또한 간주될 수 있고, 이에 따라 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성 픽셀 바로 하부에 제공되지 않아 종래의 블랙 커버 또는 블랙 마스크가 사용되는, 종래 기술에 따라 통상적으로 구성된 SLM의 확장 및 개선으로서 간주될 수 있는 것이 가능하다. 이러한 유형의 SLM은 언급된 바와 같이, 이미 반사성 픽셀을 포함하고, 여기서 투과성 픽셀 및 반사성 픽셀은 일 평면 및 동일한 평면에 위치되거나 또는 배치된다. 따라서, 이것은 도 4a 내지 도 4d에 따른 실시예에서 설명된 개선/확장 및 특징과 조합된, 도 2에 개시된 바와 같은 종래 기술에 따라 제공되는 종래의 SLM이 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 이러한 유형의 SLM은 다음의 특징들을 포함한다:
공간 광 변조 장치는:
- 픽셀을 갖고, 실질적으로 픽셀의 절반은 반사성으로, 픽셀의 다른 절반은 투과성으로 형성되고, 반사성 픽셀은 동일한 기판 평면에서 투과성 픽셀과 교대로 배치된다.
- 구조화되지 않은 지연 요소를 갖고, 광 전파 방향으로 반사성 픽셀과 투과성 픽셀 사이에 제공되는 반사 평면에 제공된다.
- 적어도 하나의 투명 기판 및 어드레싱 가능한 투과성 층을 갖고, 바람직하게는 액정 분자를 갖는 액정 층으로 형성되고 입사된 광을 변조하기 위한 변조 요소로서 픽셀을 형성한다.
- 반사성 픽셀은 위상 픽셀로 형성되고, 투과성 픽셀은 진폭 픽셀로 형성된다.
- 반사성 픽셀은 반사 층, 바람직하게는 미러 요소를 포함하고, 여기서 반사 층은 광 전파 방향으로 반사성 픽셀의 후방 단부에 제공된다.
- 적어도 하나의 투명 기판은 일 측면 상에 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층 및 대향하여 위치되는 다른 측면 상에는 반사 평면으로 형성된 일 평면을 포함한다.
- 반사 평면은 반사성 픽셀과 투과성 픽셀의 통과 사이에 광이 반사되는 미러 시스템을 포함한다.
- 미러 시스템은 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 상에서 반사성으로 형성되는 미러 요소를 포함한다.
- 미러 시스템의 미러 요소는 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀에 대해, 각각의 미러 요소가 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라, 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버하는 방식으로 배치된다.
- 어드레싱 가능한 투과성 층은, 입사된 광이 어드레싱 가능한 투과성 층의 반사성 픽셀뿐만 아니라, 투과성 픽셀도 또한 통과하는 방식으로 반사 평면과 결합되며, 여기서 광은 그 사이에 위치된 반사 평면에 의해 반사될 수 있다.
- 구조화되지 않은 지연 요소는 반사 평면에 배치되고, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀로 형성되고 함께 복소 픽셀 쌍을 형성하는, 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 구성된 픽셀 쌍을 통과할 때, 입사된 광의 편광을 설정하기 위해 픽셀 쌍의 제2 픽셀로서 광에 의해 통과되는 픽셀에 대해 형성된다.
- 구조화되지 않은 지연 요소는 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성된다.
- 보상 지연 요소를 갖고, 여기서 보상 지연 요소는 구조화되지 않고, 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성되며, 보상 지연 요소는 픽셀 쌍의 먼저 통과되는 픽셀 상에 입사되는 광의 필요한 편광이 존재하는 방식으로 구조화되지 않은 지연 요소와 상호 작용한다.
- 구조화되지 않은 지연 요소 및 보상 지연 요소는 광학 축의 동일한 방향을 포함하거나 또는 광학 축이 90° 만큼 서로 회전된다.
- 2개의 편광기를 갖고, 여기서 하나의 편광기는 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 배치되고, 다른 편광기는 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 배치된다.
- 신호를 픽셀로 전달하기 위한 데이터 라인 및 트랜지스터를 갖는 백플레인을 갖고, 각각의 픽셀에는 적어도 하나의 트랜지스터와 적어도 2개의 데이터 라인이 할당되고, 여기서 트랜지스터 및 데이터 라인은 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 구성된 픽셀 쌍 각각에 의해 (광 전파 방향으로) 반사성 픽셀의 하부에 배치된다.
- 백플레인은 블랙 커버를 포함하고, 이러한 블랙 커버는 트랜지스터 및 데이터 라인에 할당되고, 블랙 커버는 픽셀의 개구의 가장자리 영역을 전체 둘레에 걸쳐 커버하지 않는 방식으로 형성된다.
- 픽셀은 직사각형으로 형성되고, 여기서 픽셀의 개구는 대향하여 위치되는 2개의 측면에서 제한되고, 대향하여 위치되는 다른 2개의 측면에서는 제한되지 않는다.
도 5에는 광 강도를 증가시키는데 기여하는 도 3에 따른 SLM의 실시예가 도시되어 있다. 따라서, 트랜지스터 및 데이터 라인은 또한 여기서 SLM의 필 팩터를 증가시킬 수 있도록 반사성 픽셀의 하부에 배치된다. 물론, 도 5에 따른 SLM에 대해, SLM의 백플레인의 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성 픽셀의 후방에 배치되는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 트랜지스터 및 데이터 라인의 통상적인 배치도 또한 가능하다. 따라서, 도 5는 광 효율의 개선을 위한 공간 광 변조 장치의 일 실시예를 측면도로 도시한다. 여기서 도시된 SLM의 기본 구조는 도 4a에 따른 SLM의 구조에 기본적으로 대응한다.
즉, SLM은 여기서 또한 2개의 기판(31 및 32) 사이에 여기서는 또한 액정 층 형태의 어드레싱 가능한 단일 투과성 층(30)을 포함한다. 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)은 다시, 복소 픽셀 쌍으로서 SLM의 일 평면 및 동일한 평면에서 서로 교번하는 방식으로 제공된다. 위상 픽셀(Pp)은 여기서 또한 반사성으로 형성되고, 진폭 픽셀(Ap)은 투과성으로 형성된다. 위상 픽셀(Pp)의 반사를 가능하게 하기 위해, 후방 단부 상에 또는 후방 영역에 반사 층(33)을 포함하고, 그 하부에는 도 3에 설명된 바와 같이 트랜지스터 및 데이터 라인이 은폐 및 배치될 수 있지만, 그러나 필수적인 것은 아니다.
여기서 백라이트 장치로 형성되지만, 그러나 프론트 라이트 조명 장치로도 또한 형성될 수 있는 도시되지 않은 조명 장치는 시준된 광을 SLM으로 전송한다. 시준된 광은 조명 장치에 의해 예를 들어 10°의 정의된 조명 각도로 방출되므로, SLM의 경사진 조명이 제공된다. 또한, SLM 상에 입사된 광은 정의된 편광 상태를 포함하고, 이러한 편광 상태는 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(34)에 의해 생성되거나 또는 계속 개선된다. 알 수 있는 바와 같이, 광은 차례로 광 전파 방향으로 먼저 위상 픽셀(Pp)을 통과한 후, 진폭 픽셀(Ap)을 통과하며, 여기서 이는 반대의 순서로도 또한 수행될 수 있다. 반사 평면(35)은 광 전파 방향으로 위상 픽셀(Pp)과 진폭 픽셀(Ap) 사이에 제공되고, 여기서 위상 픽셀(Pp)에 의해 위상이 변조된 광이 반사되고, 진폭 픽셀(Ap)의 방향으로 반사된다. 도 4a 내지 도 4d에 설명된 바와 같이, 광은 먼저 복소 픽셀 쌍의 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되고, 위상 픽셀(Pp)의 후방 단부 상에서, 미러 요소 또는 미러 층으로 형성될 수 있는 반사 층(33) 상에서 반사되고, 위상 픽셀(Pp)을 다시 통과한다. 위상 픽셀(Pp)에 의해 반사된 광은 이제 미러 시스템 및 구조화되지 않은 지연 요소(38)를 갖는 반사 평면(35)으로 전파된다. 미러 시스템의 미러 요소(36)는 픽셀(Pp 및 Ap)을 갖는 액정 층(30)을 향하는 측면 또는 영역 상에서 반사성으로 형성되고, 반사성 및 투과성 픽셀에 대해, 즉 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)에 대해 배치되어, 각각의 미러 요소(36)는 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버한다. 미러 시스템의 미러 요소(36)에서의 광의 반사 및 구조화되지 않은 지연 요소(38)의 새로운 통과 후에, 편광이 변경된 광은 투과성 진폭 픽셀(Ap)로 안내되고, 그곳에서 파선으로 도시된 광의 빔 프로파일을 통해 구체화되는 바와 같이, 진폭이 상응하게 변조된다. 투과성 진폭 픽셀(Ap)로부터 나오는 광은 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기(37) 상에 입사되고, 광의 올바른 편향이 존재하는 경우에, 이로부터 통과된다.
픽셀이 광 경로에서 차례로 통과되는, SLM의 서로 나란히 배치된 이러한 2개의 픽셀을 통한 광의 변조를 위해, SLM의 광 진입 측면의 영역에 또는 입력 측에 입사된 광의 일정 비율을 차단할 필요가 있으므로, 광은 단지 픽셀 쌍 중 먼저 통과될 픽셀, 바람직하게는 위상 픽셀의 방향으로만 지향되고, 제1 픽셀, 예를 들어 위상 픽셀의 통과 후에만 픽셀 쌍의 제2 픽셀, 예를 들어 진폭 픽셀에 도달한다. 그러나, 예를 들어 US 2016/0327906 A1호에 따른 종래 기술에 따른 배치에서는, 이러한 광이 손실될 것이고, 이는 SLM의 광 효율에 불리한 영향을 미칠 수 있다.
SLM의 광 효율을 향상시키거나 또는 개선하기 위해, 반사 평면(35)에서 광의 반사를 위한 미러 요소(36)가 진폭 픽셀(Ap)과 위상 픽셀(Pp) 사이에 설계되어, 이러한 미러 요소(36)는 내부측, 즉 변조될 액정 층(30)을 향해 미러 요소로서 또는 반사성으로 작용할 뿐만 아니라, 입력 측 또는 조명 장치의 방향으로 볼 때 광을 또한 반사시킨다. 다시 말하자면, 미러 요소(36)는 픽셀(Pp 및 Ap)이 있는 액정 층(30)을 향하는 측면 및 이에 대해 반대쪽에 있는 측면인 2개의 측면 상에서 반사성으로 형성된다. SLM의 광 진입 평면의 영역에서, 편광기(34)는 또한 반사성 편광기로 형성되는데, 즉 정의된 편광에 대해 투과성으로 형성되고 정의된 다른 편광에 대해 반사성으로 형성된다. 반사성 편광기(34)는 예를 들어 와이어 격자 편광기(WGP)로서 형성될 수 있다. 또한, 이러한 예시적인 실시예에서 도 5에 따르면, 여기서 또한 광 재순환 지연 요소 또는 광 재순환 요소로서 또한 지칭될 수 있는 보상 지연 요소(39)가 제공된다. 보상 지연 요소(39) 또는 광 재순환 지연 요소(39) 또는 광 재순환 요소(39)는 구조화되지 않은 방식으로 형성되고, 광 방향으로 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공된 반사성 편광기(34)의 이후에 배치된다. 여기서, 이제 SLM의 광 효율을 향상시키기 위해 보상 지연 요소(39)의 광학 축 및 반사성 편광기(34)의 광학 축의 정렬이 선택되어, 입력 측에서 미러 요소(36) 상에 입사되는 광이 이로부터 반사되고, 반사성 편광기(34)의 방향으로 다시 지향되거나 또는 이동하고, 편광에 대해 회전되는 것이 제공된다. 광의 적어도 일 부분은 결과적으로 반사성 편광기(34)에 의해 반사되고, 검은색 실선 화살표로 표시된 바와 같이 픽셀 쌍의 제1 픽셀, 여기서는 도 5에서 위상 픽셀(Pp)의 방향으로 다시 변조를 위해 지향된다. 바람직하게는, 반사성 편광기(34)로부터의 전체 광은 추가의 변조를 위해 픽셀 쌍의 제1 픽셀의 방향으로 지향된다. 따라서, 보상 지연 요소(39)는 여기서 2개의 과업, 즉 도 4a 내지 도 4d에 개시된 바와 같은 구조화되지 않은 지연 요소(38)의 효과에 대한 보상 및 광 재순환 요소로서의 효과를 담당한다.
반사성 편광기(34)와 미러 요소(36) 사이의 거리(d2)를 기판, 여기서는 제1 기판(31)의 두께(d1)와 거의 동일한 값으로 설정함으로써, 미러 요소(36)와, 여기서 액정 층의 형태인 어드레싱 가능한 투과성 층(30) 사이에는, 반사성 편광기(34)에서의 반사 후에 광이 픽셀 쌍의 제1 픽셀의 개구부 또는 개구에 도달하고, 미러 요소(36) 상에 다시 입사되지 않는 것이 달성된다.
SLM의 평면 내 모드에 대한 도 5에 따른 SLM의 일 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 그러나, 그곳에는 명확성을 이유로 단지, 광 진입 평면의 영역에 제공된 반사성 편광기로부터 광이 반사 평면의 구조화되지 않은 지연 요소를 통해 광이 통과된 후까지의 SLM의 영역만이 도시되어 있다. SLM에 제공되는, 이러한 경우 구조화되지 않고, 1/8 파장 플레이트로 형성되고 그 광학 축은 45°로 배치되는 보상 지연 요소(390)는, 광학 축이 0°인 반사성 편광기(340)의 반사된 광을 또한 원형 편광시키기 위해 동시에 사용되므로, 반사성 픽셀과 투과성 픽셀, 바람직하게는 반사성 위상 픽셀과 투과성 진폭 픽셀로 구성된 복소 픽셀 쌍의 위상 픽셀에 원형 편광된 광이 도달하고, 이로부터 통과되어 변조될 수 있다. 즉, 선형 수직으로 편광된 광은 투과시키고 선형 수평으로 편광된 광은 반사시키는 반사성 편광기(340)에 의해 SLM 내로의 선형 수직으로 편광된 광의 입사 후에, 광은 1/8 파장 플레이트로 형성된 보상 지연 요소(390) 상에 입사된다. 이 경우, 이러한 광은 반사 평면(350)에 배치된 미러 시스템의 미러 요소(360) 상에 입사되고, 보상 지연 요소(390)에 의해 이로부터 반사성 편광기(340)로 다시 반사된다. 보상 지연 요소(390)의 2회의 통과 후, 광은 원형 편광된다. 반사 평면(350)에서 미러 시스템의 미러 요소(360)에서의 광의 반사 후, 여기서 이러한 광의 대략 50 %가 반사성 편광기(340)에서 반사되고, 이는 우선 다시 선형 편광되는데, 즉 선형 수평으로 편광되는 반면, 광의 다른 50 %는 반사성 편광기(340)에 의해 통과되고, 경우에 따라서는 조명 장치 내로 다시 커플링된다. 반사된 광이 보상 지연 요소(390) 및 반사 평면(350)의 개구를 통해 다시 통과된 후, 광은 광학 축이 마찬가지로 45°이고 1/8 파장 플레이트로 형성된 구조화되지 않은 지연 요소(380) 상에 입사된다. 보상 지연 요소(390) 및 구조화되지 않은 지연 요소(380)는 함께 1/4 파장 플레이트로 작용하고, 선형 수평으로 편광된 광을 우측 원형 편광된 광으로 변환하므로, 광은 표시된 화살표의 방향으로, 후속하는 도시되지 않은 위상 픽셀에 필요에 따라 원형 편광된 방식으로 도달할 수 있다. 추가의 광 전파는 도 5에 따라 설명된 광 프로파일에 대응한다.
그러나, 광 효율을 향상시키기 위한 배치는, 진폭 픽셀 및 위상 픽셀이 편광과는 독립적으로 광을 변조하는 SLM에도 또한 양호하게 적합하다. 예를 들어 전기 습윤 기반 SLM 또는 다중 양자 우물 기반 SLM의 경우가 이에 대응한다. 보상 지연 요소(390)는 이 경우, 편광기(340)에 대해 45°의 광학 축을 갖는 1/4 파장 플레이트로서 형성될 수 있다. 미러 요소(360)로부터 반사되어 보상 지연 요소(390)를 통해 반사성 편광기(340)로 역행하는 광은, 편광이 90° 만큼 회전되고, 편광기(340)에서 완전히 반사된다. 이러한 경우, 구조화되지 않은 지연 요소(380)는 필요로 하지 않는다.
도 5 및 도 6에 개시된 본 발명의 예시적인 실시예는, 도 3 및 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 설명되는데, 즉 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성 픽셀의 하부에 배치되는 SLM과 관련하여 설명된다. 요소들의 이러한 조합은 유용하고 유리하다. 그러나, 도 5 및 도 6에 따른 실시예는 그 자체로 발명으로서 간주될 수 있고, 따라서 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성 픽셀의 하부에 직접 제공되지 않고, 이에 따라 종래의 블랙 커버 또는 블랙 마스크가 사용되는 종래 기술에 따라 통상적으로 구성된 SLM의 확장 및 개선으로 간주될 수도 있다. 언급한 바와 같이, 이러한 유형의 SLM은 이미 반사성 픽셀을 포함하고, 여기서 투과성 픽셀 및 반사성 픽셀은 일 평면 및 동일한 평면에 위치되거나 또는 배치된다. 따라서, 이는 예를 들어 도 2에 도시되고 설명된 바와 같은 종래 기술에 따라 제공되는 통상적인 SLM이 제공될 수 있음을 의미하며, 이는 도 5 및 도 6에 따른 실시예에서 설명된 개선/확장 및 특징과 조합된다.
따라서, 이러한 유형의 SLM은 이하의 특징들을 포함한다:
공간 광 변조 장치는:
- 픽셀을 갖고, 실질적으로 픽셀의 절반은 반사성으로, 픽셀의 다른 절반은 투과성으로 형성되고, 반사성 픽셀은 동일한 기판 평면에서 투과성 픽셀과 교대로 배치된다.
- 보상 지연 요소 또는 광 재순환 지연 요소 또는 광 재순환 요소를 갖고, 보상 지연 요소는 구조화되지 않고, 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성된다.
- 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공된 편광기를 갖고, 편광기는 반사성으로 및 바람직하게는 와이어 격자 편광기로 형성된다.
- 추가의 편광기를 갖고, 이러한 편광기는 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공된다.
- 적어도 하나의 투명 기판 및 어드레싱 가능한 투과성 층을 갖고, 바람직하게는 액정 분자를 갖는 액정 층으로 형성되고 입사된 광을 변조하기 위한 변조 요소로서 픽셀을 형성한다.
- 반사성 픽셀은 위상 픽셀로 형성되고, 투과성 픽셀은 진폭 픽셀로 형성된다.
- 반사성 픽셀은 반사 층, 바람직하게는 미러 요소를 포함하고, 여기서 반사 층은 광 전파 방향으로 반사성 픽셀의 후방 단부에 제공된다.
- 적어도 하나의 투명 기판은 일 측면 상에 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층 및 대향하여 위치되는 다른 측면 상에는 반사 평면으로 형성된 일 평면을 포함한다.
- 반사 평면은 반사성 픽셀과 투과성 픽셀의 통과 사이에 광이 반사되는 미러 시스템을 포함한다.
- 미러 시스템은 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 및 이에 대해 반대쪽에 있는 측면인 2개의 측면 상에서 반사성으로 형성되는 미러 요소를 포함한다.
- 미러 시스템의 미러 요소는 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀에 대해, 각각의 미러 요소가 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라, 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버하는 방식으로 배치된다.
- 어드레싱 가능한 투과성 층은, 입사된 광이 어드레싱 가능한 투과성 층의 반사성 픽셀뿐만 아니라, 투과성 픽셀도 또한 통과하는 방식으로 반사 평면과 결합되며, 여기서 광은 그 사이에 위치된 반사 평면에 의해 반사될 수 있다.
- 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공된 편광기와 반사 평면에서 미러 시스템의 미러 요소 사이의 거리는, 미러 시스템의 미러 요소와 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층 사이의 적어도 하나의 기판의 두께와 동일한 값으로 설정된다.
- 신호를 픽셀로 전달하기 위한 데이터 라인 및 트랜지스터를 갖는 백플레인을 갖고, 각각의 픽셀에는 적어도 하나의 트랜지스터와 적어도 2개의 데이터 라인이 할당되고, 여기서 트랜지스터 및 데이터 라인은 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 구성된 픽셀 쌍 각각에 의해 (광 전파 방향으로) 반사성 픽셀의 하부에 배치된다.
- 백플레인은 블랙 커버를 포함하고, 이러한 블랙 커버는 트랜지스터 및 데이터 라인에 할당되고, 블랙 커버가 픽셀의 개구의 가장자리 영역을 전체 둘레에 걸쳐 커버하지 않는 방식으로 형성된다.
- 픽셀은 직사각형으로 형성되고, 여기서 픽셀의 개구는 대향하여 위치되는 2개의 측면에서 제한되고, 대향하여 위치되는 다른 2개의 측면에서는 제한되지 않는다.
- 광 전파 방향으로 반사성 픽셀과 투과성 픽셀 사이에 제공되는 반사 평면에 제공되는 구조화되지 않은 지연 요소를 갖는다.
- 구조화되지 않은 지연 요소는 반사 평면에 배치되고, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀로 형성되고 함께 복소 픽셀 쌍을 형성하는, 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 구성된 픽셀 쌍을 통과할 때, 입사된 광의 편광을 설정하기 위해 픽셀 쌍의 제2 픽셀로서 광에 의해 통과되는 픽셀에 대해 형성된다.
- 구조화되지 않은 지연 요소는 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성된다.
SLM의 다른 실시예는 도 7에 도시되어 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 종래 기술에 따른 진폭 픽셀 및 위상 픽셀의 구조화되지 않은 정렬, 즉 액정 분자의 배향이 SLM에서 사용된다. 따라서, 도 7은 액정 분자(LCM)의 구조화되지 않은 정렬이 평면도로 도시된 SLM의 픽셀 조립체를 도시한다. 액정 분자(LCM)의 이러한 유형의 구조화되지 않은 정렬은 ECB 모드에서 그리고 SLM의 평면 내 모드 모두에서 가능하다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 픽셀 조립체에서 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)은 또한 동일한 평면에 서로 나란히 배치된다. 위상 픽셀(Pp)의 액정 분자(LCM)는 진폭 픽셀(Ap)의 액정 분자(LCM)와 균등하게 또는 동일하게 정렬된다. 여기서 액정 분자(LCM)의 분자 종방향 축은 모두 동일한 방향으로, 위상 픽셀(Pp)뿐만 아니라 진폭 픽셀(Ap)을 또한 가리킨다.
그러나, SLM의 구조를 단순화하기 위해, 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)의 액정 분자(LCM)의 구조화된 정렬을 제공하는 SLM의 예시적인 실시예가 도 8에 따라 제공된다. 도 8은 이를 평면도로 도시한다. 여기서, 광 정렬에 의해 위상 픽셀(Pp)의 액정 분자(LCM1)에 비해 45° 만큼 회전된 진폭 픽셀(Ap)의 액정 분자(LCM2)를 배치하는 것이 제공된다. 이것은, 예를 들어 ECB 모드 및 유사한 액정 모드의 경우, 위상 픽셀(Pp)과 진폭 픽셀(Ap) 사이의 광의 편광이 전혀 회전될 필요가 없거나 또는 90° 만큼 회전될 수 있다는 이점을 갖는다.
광의 편광의 회전이 제공되지 않는 제1 경우, 도 4a 내지 도 6에서와 같이, 빔 경로에서 위상 픽셀과 진폭 픽셀 사이에 제공되는, 구조화되지 않은 또는 심지어 구조화된 지연 요소의 필요성이 따라서 생략될 수 있다. 90° 만큼의 광의 편광이 회전되는 상기 제2 경우, 도 4a 내지 도 6에서와 같이 바람직하게는 1/4 파장 플레이트로 형성되고 광학 축이 대략 45°로 설정된 구조화되지 않은 지연 요소가 제공될 수 있다.
도 8에 따른 SLM의 픽셀에서 액정 분자(LCM)의 이러한 유형의 구조화된 정렬은, SLM의 어드레싱 가능한 투과성 층의 인접한 픽셀 사이의 누화 또는 크로스토크를 감소시키기 위해 제공될 수 있다. SLM의 개구에서 광이 회절되기 때문에, 회절 효과가 발생하여, 이러한 회절된 광이 SLM의 동일한 평면에서 복소 픽셀 쌍의 통과될 제1 픽셀, 바람직하게는 위상 픽셀뿐만 아니라, 제1 픽셀 옆에 배치된 제2 픽셀, 바람직하게는 진폭 픽셀 상에도 또한 입사됨으로써, 불리하게 작용한다. 결과적으로, 픽셀 쌍의 제2 픽셀 상에 입사되는 광은 SLM으로부터 출사되기 전에 단지 이러한 픽셀 유형의 변조만을 포함하는데, 즉 예를 들어 광은 단지 진폭 픽셀 상에만 입사되고, 이에 따라 단지 진폭만이 변조되고, SLM을 위상 변조 없이 떠나게 된다. 이를 상쇄하기 위해, SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기가 제공될 수 있다. 그러나, 이러한 편광기는 특정 설정을 필요로 하므로, 단지 제2 픽셀에 의해 변조된 광이 SLM에 의해 거의 통과되지 않거나 또는 통과되지 않고 또는 투과되지 않는다.
예를 들어 SLM에서 ECB 모드가 사용되는 경우, 여기서 위상 픽셀과 진폭 픽셀 사이의 광의 편광은 45° 만큼 회전되고, 진폭 픽셀은 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기를 필요로 하고, 이러한 편광기는 SLM 상에 입사되는 광의 편광에 평행하게 또는 이에 대해 수직이고, SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 또는 출력 측의 편광기는 또한 픽셀 쌍의 제1 픽셀, 예를 들어 위상 픽셀 상에 입사되는 편광에 대해 45° 만큼 회전되어야 한다. 광이 이제 회절에 의해 픽셀 쌍의 인접한 제2 픽셀, 예를 들어 진폭 픽셀 상에 직접 입사되는 경우, 잘못된 편광으로 인해 진폭은 전혀 변조되지 않고, 제2 픽셀로 진폭 픽셀을 통과하여 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 출력 측의 편광기 상에 입사된다. SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기는 이러한 광의 대략 50 %를 흡수하고 필터링하지만, 그러나 이러한 광의 나머지 50 %는 이러한 편광기를 통과할 수 있다. 따라서, 출력 측 편광기는 픽셀 쌍의 제2 픽셀 상에 입사되는 원하지 않는 광을 단지 부분적으로만 필터링하지만, 그러나 완전히 필터링하지 않는다. 반면, 회절된 광의 50 %의 필터링은 설정된 진폭 값 및 위상 값과는 독립적으로, SLM의 모든 픽셀에 대해 동일하게 수행된다.
그러나, 위에서 개시되고 설명된 바와 같이, 도 8에 도시된 바와 같이 진폭 픽셀의 액정 분자의 배향이 위상 픽셀의 액정 분자의 배향에 대해 45° 회전되는, SLM의 진폭 픽셀 및 위상 픽셀에서 액정의 구조화된 정렬이 사용되는 경우, 위상 픽셀과 진폭 픽셀 사이의 광의 편광이 회전될 필요가 없는 것이 가능하다. 이것은, 광의 편광을 회전시키기 위해 구조화되거나 또는 구조화되지 않은 지연 요소가 SLM에 제공될 필요가 없음을 의미한다. SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기는 여기서 광이 위상 픽셀 상에 입사되는 편광에 대해 90° 만큼 회전되는 것이 제공된다. 이러한 경우, SLM의 개구부에서의 회절에 의해 복소 픽셀 쌍의 제2 픽셀, 예를 들어 위상 픽셀에 인접한 진폭 픽셀 상에 직접 입사되는 광은 그러나 진폭 변조되지는 않는데, 왜냐하면 제2 픽셀의 액정 분자의 배향이 픽셀 쌍의 통과될 제1 픽셀의 액정 분자의 배향에 대해 45° 만큼 회전되기 때문이다. 그러나, 이러한 광은 여기서 위상 변조되지 않는다. 따라서, SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기에 의해 투과된 광의 비율은 픽셀의 진폭에 비례한다.
설명된 SLM의 이러한 실시예는 특히 유리한데, 광의 회절에 의해 SLM의 어드레싱 가능한 투과성 층의 픽셀 사이의 크로스토크 또는 누화가 여기서 SLM의 콘트라스트에 간섭성으로 영향을 미칠 수 없기 때문이다. 복소 픽셀 쌍으로 형성되고 진폭 값이 0인 픽셀은, 회절에도 불구하고 진폭을 0으로 유지하거나 또는 회절된 광이 이러한 픽셀에 대해 완전히 필터링되기 때문에 광을 통과시키지 않는다.
도 9는 SLM의 이러한 유형의 실시예를 도시하고, 여기서 원하는 광 프로파일, 즉 복소 픽셀 쌍의 제1 픽셀 상에 및 반사 평면의 미러 시스템의 미러 요소 상에 입사된 광의 반사는 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기를 완전히 통과하는 반면, SLM의 입력부, 즉 미러 요소의 평면에서 개구에서의 회절로 인해 픽셀 쌍 중 제1 픽셀 상에 입사되지 않고 픽셀 쌍의 제2 픽셀을 직접 통과하는 광은, 여기서 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공된 또는 출력 측 편광기의 광의 진폭 값에 따라 필터링된다.
도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, SLM은 제1 기판(61) 및 제2 기판(62)을 포함하고, 그 사이에 어드레싱 가능한 투과성 층(63), 바람직하게는 액정 층이 매립된다. 어드레싱 가능한 투과성 층(63)은 여기서 또한 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀을 포함하고, 여기서 반사성 픽셀은 바람직하게는 위상 픽셀(Pp)이고, 투과성 픽셀은 바람직하게는 진폭 픽셀(Ap)이다. 반사성 픽셀 또는 위상 픽셀(Pp)은 후방 단부 상에 입사된 광이 반사되는 반사 층(64)을 포함한다. 이러한 반사 층은 미러 요소로서 형성될 수 있다. 이러한 반사 층(64)의 후방 또는 하부에는, 픽셀의 개구를 확대시키고 SLM의 필 팩터를 증가시킬 수 있도록, 백플레인의 트랜지스터 및 데이터 라인이 배치될 수 있다. 그러나, 이것은 반드시 필요한 것은 아니므로, 백플레인의 트랜지스터 및 데이터 라인은 또한 통상적인 방식으로 어드레싱 가능한 투과성 층(63)에 배치되고 제공될 수 있다. 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)은 복소 픽셀 쌍을 형성하고, 광 방향으로 또한 여기서 일 평면 및 동일한 평면에서 서로 인접하고 교번하는 방식으로 배치되는 위상 픽셀(Pp)과 진폭 픽셀(Ap) 사이에 반사 평면(65)이 제공된다. 반사 평면에는 미러 요소(66)를 갖는 미러 시스템이 제공되고, 여기서 위상 픽셀(Pp)에 의해 반사된 광이 입사되고, 반사되고, 투과성 진폭 픽셀(Ap)의 방향으로 지향된다. 이러한 접근법은 기본적으로 도 4a에 따른 광 프로파일에 대응한다.
이제 인접한 픽셀들 사이, 예를 들어 위상 픽셀(Pp)과 인접한 진폭 픽셀(Ap) 사이의 크로스토크를 감소시키거나 또는 방지하기 위해, 도 8 및 도 9에 개시된 바와 같이, 진폭 픽셀(Ap)의 액정 분자(LCM2)는 위상 픽셀(Pp)의 액정 분자(LCM1)에 대해 45° 만큼 회전된 방식으로 배향된다. 이것은 도 9에서 액정 분자(LCM1 및 LCM2)의 상이한 배향 또는 표현에서 알 수 있다. SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공되는 편광기(68)에 의해 편광된 광 또는 그 편광 정도가 계속 개선된 광은 반사 평면(63)에 존재하는 개구(67)를 통과하여, 검은색 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 위상의 변조를 위해 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되고, 반사 층(64)에서 반사되고, 반사 평면(65)으로 계속 지향되고, 여기서 마찬가지로 미러 요소(66)에서 반사된 후 진폭 픽셀(Ap)의 방향으로 안내된다. 그곳에서, 도 4a에 대해 설명된 바와 같이, 진폭 변조되고 SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공된 또는 출력 측 편광기(69)를 통과한 다음, SLM으로부터 출사된다. 그러나, 개구(67)에서도 또한 입사된 광은 회절되므로, 이러한 회절된 광 비율은 부분적으로 위상 픽셀(Pp) 상에 입사되지 않고, 위상 픽셀(Pp)에 인접한 픽셀, 즉 진폭 픽셀(Ap) 상에 도 9에 파선 화살표로 표시된 바와 같이 입사된다. 인접한 픽셀, 여기서는 진폭 픽셀(Ap) 상에 입사되는 이러한 광은 진폭 변조되지만, 그러나 위상 변조되지는 않고, 제2 기판(62)을 통과한 후, SLM의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기(69) 상에 입사된다. 이 경우, 이러한 광은 진폭 값에 따라 이러한 편광기(69)에 의해 필터링되거나 또는 완전히 흡수되므로, 이러한 광은 SLM을 떠나지 않거나 또는 SLM으로부터 출사되지 않는다.
회절에 의해 SLM에서 인접한 픽셀 간의 크로스토크를 감소시키는 것 외에도 추가적으로, 원색(RGB)(적색, 녹색, 청색)의 컬러 필터의 사용이 적용될 수 있다. 이 경우, 컬러 필터는 SLM의 픽셀에 할당되며, 여기서 예를 들어 각각 픽셀은 3개의 서브 픽셀로 분할되고, 3개의 서브 픽셀에는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터가 할당된다. 이것은 진폭 픽셀 및 위상 픽셀이 각각 동일한 컬러의 컬러 필터를 포함하지만, 그러나 인접한 진폭 픽셀 및 위상 픽셀의 쌍은 다른 컬러의 컬러 필터를 포함한다는 점에서, 픽셀 조립체에서 교대로 반복된다. 이 경우, SLM이 특정 파장으로 조명되면, 현재 파장에 대응하지 않는 할당된 다른 컬러 필터가 있는 인접한 픽셀을 통과하는 광이 그 컬러 필터에 의해 차단된다. 이를 통해, 예를 들어 위상 픽셀에 먼저 도달한 다음, 동일한 픽셀 쌍의 진폭 픽셀에 도달하도록 의도된 광이 회절로 인해 인접한 진폭 픽셀을 통과하는 것이 방지된다.
도 8 및 도 9에 개시된 본 발명의 예시적인 실시예가 도 3 및/또는 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 설명되는데, 즉 SLM과 관련하여 설명되며, 여기서 트랜지스터 및 데이터 라인이 반사성 픽셀 아래에 배치된다. 특히 도 3에 따른 특징과 조합된 이러한 유형의 요소들의 조합이 특히 유용하고 유리하다. 그러나, 도 8 및 도 9에 따른 실시예는 또한 그 자체로 발명으로서 간주될 수 있고, 이에 따라 종래 기술에 따라 통상적으로 구성된 SLM의 확장 및 개선으로 간주될 수도 있는데, 여기서 트랜지스터 및 데이터 라인은 반사성 픽셀 아래에 바로 제공되지 않아 종래의 블랙 커버 또는 블랙 마스크가 사용되는 것도 또한 가능하다. 언급한 바와 같이, 이러한 유형의 SLM은 이미 반사성 픽셀을 포함하며, 여기서 투과성 픽셀 및 반사성 픽셀은 하나의 평면 및 동일한 평면에 위치되거나 또는 배치된다. 따라서 이것은, 도 8 및 도 9에 따른 실시예에서 설명된 개선/확장 및 특징과 결합된, 도 2에 도시되고 설명된 바와 같은 종래 기술에 따라 제공되는 종래의 SLM이 제공될 수도 있음을 의미한다.
따라서, 이러한 유형의 SLM은 다음의 특징들을 포함한다:
공간 광 변조 장치는:
- 픽셀을 갖고, 실질적으로 픽셀의 절반은 반사성으로, 픽셀의 다른 절반은 투과성으로 형성되고, 반사성 픽셀은 동일한 기판 평면에서 투과성 픽셀과 교대로 배치된다.
- 픽셀의 액정 분자의 배향은, 투과성 픽셀의 액정 분자의 배향이 반사성 픽셀의 액정 분자의 배향에 대해 45° 만큼 회전된 방식으로 존재하도록 설정될 수 있다.
- 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기는, 픽셀 쌍의 통과 시 반사성 픽셀과 투과성 픽셀의 픽셀 쌍의 제1 픽셀 상에 입사되는 광의 편광 방향에 대해 90° 만큼 회전된 편광 방향을 포함한다.
- 광을 변조시킬 픽셀의 인접한 픽셀 상에 각각 입사되는 바람직하지 않게 회절된 광은, 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기에 의해 필터링될 수 있다.
- 광을 변조시킬 픽셀의 인접한 픽셀 상에 각각 입사되는 바람직하지 않게 회절된 광은, 인접한 픽셀의 진폭 값에 따라 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 제공된 편광기에 의해 필터링될 수 있다.
- 추가의 편광기를 갖고, 여기서 이러한 편광기는 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 제공된다.
- 적어도 하나의 투명 기판 및 어드레싱 가능한 투과성 층을 갖고, 바람직하게는 액정 분자를 갖는 액정 층으로 형성되고 입사된 광을 변조하기 위한 변조 요소로서 픽셀을 형성한다.
- 반사성 픽셀은 위상 픽셀로 형성되고, 투과성 픽셀은 진폭 픽셀로 형성된다.
- 반사성 픽셀은 반사 층, 바람직하게는 미러 요소를 포함하고, 여기서 반사 층은 광 전파 방향으로 반사성 픽셀의 후방 단부에 제공된다.
- 적어도 하나의 투명 기판은 일 측면 상에 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층 및 대향하여 위치되는 다른 측면 상에는 반사 평면으로 형성된 일 평면을 포함한다.
- 반사 평면은 반사성 픽셀과 투과성 픽셀의 통과 사이에 광이 반사되는 미러 시스템을 포함한다.
- 미러 시스템은 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 상에서 반사성으로 형성되는 미러 요소를 포함한다.
- 미러 시스템의 미러 요소는 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀에 대해, 각각의 미러 요소가 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라, 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버하는 방식으로 배치된다.
- 어드레싱 가능한 투과성 층은, 입사된 광이 어드레싱 가능한 투과성 층의 반사성 픽셀뿐만 아니라, 투과성 픽셀도 또한 통과하는 방식으로 반사 평면과 결합되며, 여기서 광은 그 사이에 위치된 반사 평면에 의해 반사될 수 있다.
- 신호를 픽셀로 전달하기 위한 데이터 라인 및 트랜지스터를 갖는 백플레인을 갖고, 각각의 픽셀에는 적어도 하나의 트랜지스터와 적어도 2개의 데이터 라인이 할당되고, 여기서 트랜지스터 및 데이터 라인은 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 구성된 픽셀 쌍 각각에 의해 (광 전파 방향으로) 반사성 픽셀의 하부에 배치된다.
- 백플레인은 블랙 커버를 포함하고, 이러한 블랙 커버는 트랜지스터 및 데이터 라인에 할당되고, 블랙 커버는 픽셀의 개구의 가장자리 영역을 전체 둘레에 걸쳐 커버하지 않는 방식으로 형성된다.
- 픽셀은 직사각형으로 형성되고, 여기서 픽셀의 개구는 대향하여 위치되는 2개의 측면에서 제한되고, 대향하여 위치되는 다른 2개의 측면에서는 제한되지 않는다.
도 3 내지 도 9에 도시되고 개시된 SLM은 2차원 및/또는 3차원 오브젝트 또는 장면을 표현하기 위한 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 이러한 유형의 디스플레이 장치는 도 10에 도시되어 있다.
도 10에서는, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 바람직한 실시예가 설명된다. 이러한 디스플레이 장치는 예를 들어 액정의 ECB 모드에 의해 또는 SLM이 평면 내 모드에서 작동되는 경우에도 또한 사용될 수 있다. 위상 픽셀(Pp) 및 진폭 픽셀(Ap)의 픽셀 쌍으로서 복소 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투명 층(80)으로서, 바람직하게는 액정 층이 SLM에서 사용된다. 디스플레이 장치는, SLM 외에도 적어도 하나의 광원에 의해 광을 생성하고 SLM 상으로 방출하는, 여기서는 백라이트 장치의 형태인 조명 장치(81)를 포함한다. SLM에는 편광된 광이 필요한데, 그 편광 상태는 예를 들어 조명 장치(81)에서 또는 예를 들어 SLM의 광 진입 평면의 영역에 제공된 편광기(82)에 의해 이미 설정될 수 있다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 선형 편광된 광은 SLM 내로 입사되고, SLM은 어드레싱 가능한 투과성 층(80)과 반사 평면(83)의 샌드위치 형상으로 형성되어 있으며, 이러한 반사 평면(83)은 편광기(82)와 어드레싱 가능한 투과성 층(80) 사이에 제공되고 편광기(82)와 함께 SLM의 광 진입 평면을 형성한다. 어드레싱 가능한 투과성 층(80)과 반사 평면(83) 사이 및 어드레싱 가능한 투과성 층(80)과 SLM의 광 출사 영역에 제공된 편광기(84) 사이에는, 투과성 기판(85 및 86)이 각각 스페이서로서 제공된다. 어드레싱 가능한 투과성 층(80)에서 ECB모드의 사용 시, SLM 내로 입사된 후 광이 복소 픽셀 쌍의 제1 픽셀로서 입사되는 위상 픽셀(Pp)은 광의 편광 상태를 변경하지 않고 광의 위상을 변경한다. 이는 어드레싱 가능한 투과성 층(80)에서 액정의 배향으로 인한 것이다.
위상 픽셀(Pp) 상에 입사된 광은 위상 픽셀(Pp)의 후방 단부 상의 반사 층(87)에 의해 반사되고, 위상 픽셀을 다시 통과하고, 조명 장치(81)의 방향으로 다시 지향된다. 이러한 방식으로, 정의된 지연을 도입하는 구조화되지 않은 지연 요소(89) 및 미러 요소(88)를 갖는 미러 시스템을 포함하는 반사 평면(83) 상에 입사된다. 광은 미러 요소(88)에 의해 반사되고, 구조화되지 않은 지연 요소(89)에 의해, 복소 픽셀 쌍의 제2 픽셀로서 다음 진폭 픽셀(Ap)에 대해 45° 만큼 회전된 선형 편광된 광으로 변환된다. 광이 진폭 픽셀(Ap) 상에 입사된 후, 진폭 변조되어 SLM의 광 출사 평면에 제공된 편광기(84)를 통해 SLM으로부터 출사된다. SLM의 통과 후, 광은 필드 렌즈(89)의 방향으로 전파되며, 이는 예를 들어 체적 격자, 또는 체적 격자 또는 편광 격자의 스택일 수 있다. 특히 적어도 하나의 체적 격자를 포함할 수 있는 결합된 필드 렌즈일 수 있는 필드 렌즈(89)는, SLM으로부터 나오는 광, 즉 표현될 오브젝트 또는 장면의 정보로 변조된 광을 관찰자 공간의 초점 평면 상에 포커싱한다. 필드 렌즈(89)는 실질적으로 관찰자의 눈(90)의 진입 평면 상에 가상 관찰자 윈도우(VW)를 제공하며, 이를 통해 관찰자가 표현된 장면 또는 표현된 오브젝트를 관찰할 수 있다. 광의 수직 추적 및/또는 수평 추적은, 다른 위치 상으로의 눈의 이동 시 및/또는 관찰자의 이동 시 수직 추적 장치(91) 및/또는 수평 추적 장치(92)를 사용하여 제공될 수 있다. 추적 장치(91 및 92)는 바람직하게는 액정 격자를 포함할 수 있다.
광이 적합하게 큰 경사진 각도로, 예를 들어 30°로 SLM으로부터 출사되는 경우, 여기서 축 외 체적 격자 기반 필드 렌즈가 사용될 수 있다. 이것은, 필드 렌즈의 이전에 배치되는 추가의 체적 격자가 필요하지 않는다는 것을 의미한다. 이는 단지 위에서 언급된 바와 같은 결합된 필드 렌즈가 사용되는 경우에만 해당한다. 결합된 체적 격자 필드 렌즈는 평면 대 평면 재구성을 구현하는 제1 체적 격자를 포함하고, 이는 예를 들어 0°(축 상) 내지 30°의 경사진 방식으로 진행되는 평면 광파일 수 있다. 제2 체적 격자는 축 상 필드 렌즈에 대해 30°의 평면 광파의 재구성을 포함한다. 이러한 2개의 체적 격자의 결합은 결합된 필드 렌즈로 지칭되는 축 상 체적 격자 필드 렌드를 형성한다.
디스플레이 장치에서 예를 들어 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 평면 내 모드와 같은 복수의 액정 모드가 사용될 수 있는데, 이에 의해 평면 내 액정의 회전은 예를 들어 HAN 모드와 같이 구현된다.
본 발명에 따른 SLM 또는 공간 광 변조 장치는 예를 들어 액정(LC) 기반 공간 광 변조 장치 또는 다중 양자 우물(MQW) 기반 공간 광 변조 장치로 형성될 수 있다.
본 발명은 여기에 도시된 예시적인 실시예들에 제한되지는 않는다. 또한, 가능한 한 추가의 실시예 또는 예시적인 실시예 및 설명된 예시적인 실시예들의 조합도 가능하다. 마지막으로, 위에서 설명된 예시적인 실시예들은 단지 청구된 교시의 설명을 위한 것이고, 이러한 교시는 예시적인 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다는 것을 특히 주목해야 한다.

Claims (34)

  1. 광 변조 장치로서,
    - 픽셀 - 실질적으로 상기 픽셀의 절반은 반사성으로, 그리고 상기 픽셀의 다른 절반은 투과성으로 형성되고, 상기 반사성 픽셀은 동일한 기판 평면에서 상기 투과성 픽셀과 교대로 배치됨 -, 및
    - 트랜지스터 및 상기 픽셀로 신호를 전달하기 위한 데이터 라인을 갖는 백플레인 - 상기 각각의 픽셀에는 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 2개의 데이터 라인이 할당되고, 서로 나란히 위치되는 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 이루어진 픽셀 쌍 각각의 상기 트랜지스터 및 상기 데이터 라인은 상기 반사성 픽셀 하부에 배치됨 -
    을 포함하는 광 변조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 투명 기판 및 어드레싱 가능한 투과성 층이 제공되고, 상기 어드레싱 가능한 투과성 층은 입사된 광을 변조하기 위한 변조 요소로서 상기 픽셀을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어드레싱 가능한 투과성 층은 액정 분자를 갖는 액정층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사성 픽셀은 위상 픽셀로 형성되고, 상기 투과성 픽셀은 진폭 픽셀로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사성 픽셀은 반사층, 바람직하게는 미러 요소를 포함하고, 상기 반사층은 광 전파 방향으로 상기 반사성 픽셀의 후방 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백플레인은, 상기 트랜지스터 및 상기 데이터 라인에 할당되고 상기 픽셀 개구의 가장자리 영역을 전체 둘레에 걸쳐 커버하지 않는 방식으로 형성되는 블랙 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 픽셀은 직사각형으로 형성되고, 상기 픽셀의 개구는 대향하여 위치되는 2개의 측면에서 제한되고, 대향하여 위치되는 다른 2개의 측면에서는 제한되지 않는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 투명 기판은 일 측면 상에 픽셀을 갖는 상기 어드레싱 가능한 투과성 층을 포함하고, 상기 대향하여 위치되는 다른 측면 상에는 반사 평면으로 형성된 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사 평면은 상기 반사성 픽셀과 상기 투과성 픽셀의 통과 사이에서 광이 반사되는 미러 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미러 시스템은 상기 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 상에서 반사성으로 형성되거나, 또는 상기 픽셀을 갖는 어드레싱 가능한 투과성 층을 향하는 측면 및 이에 대해 반대쪽에 있는 측면인 2개의 측면 상에서 반사성으로 형성되는 미러 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미러 시스템의 상기 미러 요소는, 상기 반사성 픽셀과 상기 투과성 픽셀에 대해, 상기 각각의 미러 요소가 상기 반사성 픽셀의 일 부분뿐만 아니라, 상기 투과성 픽셀의 일 부분도 또한 커버하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어드레싱 가능한 투과성 층은, 입사된 광이 상기 어드레싱 가능한 투과성 층의 반사성 픽셀뿐만 아니라 투과성 픽셀도 또한 통과하는 방식으로 상기 반사 평면과 결합되고, 중간에 위치된 반사 평면에 의해 상기 광이 반사될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조화되지 않은 지연 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구조화되지 않은 지연 요소는 상기 반사 평면에 배치되고, 위상 픽셀 및 진폭 픽셀로 형성되고 함께 복소 픽셀 쌍을 형성하는, 서로 나란히 위치된 반사성 픽셀 및 투과성 픽셀로 이루어진 픽셀 쌍을 통과할 때, 상기 입사된 광의 편광을 설정하기 위해 상기 픽셀에 대해 형성되고, 상기 픽셀은 상기 픽셀 쌍의 제2 픽셀로서 광에 의해 통과되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 구조화되지 않은 지연 요소는 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    보상 지연 요소가 제공되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 보상 지연 요소는 구조화되지 않고, 1/4 파장 플레이트 또는 1/8 파장 플레이트로 형성되고, 상기 보상 지연 요소는 상기 픽셀 쌍의 먼저 통과될 픽셀 상에 입사되는 상기 광의 요구되는 편광이 존재하도록, 상기 구조화되지 않은 지연 요소와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 구조화되지 않은 지연 요소 및 상기 보상 지연 요소는 동일한 방향의 광학 축을 포함하거나 또는 그 광학 축들이 서로 90° 만큼 회전되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 편광기가 제공되고, 하나의 편광기는 상기 광 변조 장치의 광 진입 평면의 영역에 배치되고, 다른 편광기는 상기 광 변조 장치의 광 출사 평면의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광 변조 장치의 상기 광 진입 평면의 영역에 제공되는 상기 편광기는 정의된 편광에 대해 투과성으로, 그리고 다른 정의된 편광에 대해서는 반사성으로, 바람직하게는 와이어 격자 편광기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광 변조 장치의 상기 광 진입 평면의 영역에 제공되는 상기 편광기와 상기 반사 평면에 있는 상기 미러 시스템의 상기 미러 요소 사이의 거리는, 상기 미러 시스템의 상기 미러 요소와 상기 픽셀을 갖는 상기 어드레싱 가능한 투과성 층 사이의 적어도 하나의 기판의 두께와 동일한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽셀의 액정 분자의 배향은, 상기 투과성 픽셀의 상기 액정 분자의 배향이 상기 반사성 픽셀의 상기 액정 분자의 배향에 대해 45° 만큼 회전된 방식으로 존재하도록 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 광 변조 장치의 상기 광 출사 평면의 영역에 제공되는 상기 편광기는, 상기 반사성 픽셀과 상기 투과성 픽셀로 이루어진 픽셀 쌍을 통과할 시에 상기 픽셀 쌍의 제1 픽셀 상에 입사되는 상기 광의 편광 방향에 대해 90° 만큼 회전된 편광 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 광을 변조시킬 픽셀의 인접한 픽셀 상에 각각 입사되는 바람직하지 않은 회절된 광은, 상기 광 변조 장치의 상기 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기를 통해 필터링될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 광을 변조시킬 픽셀의 인접한 픽셀 상에 각각 입사되는 바람직하지 않은 회절된 광은 상기 인접한 픽셀의 진폭 값에 따라, 상기 광 변조 장치의 상기 광 출사 평면의 영역에 제공되는 편광기를 통해 필터링될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    원색 RGB의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 조립체가 제공되고, 개별 컬러 필터가 상기 픽셀에 교대로 할당되는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 개별 컬러 필터는 상기 픽셀에 할당되어, 상기 반사성 픽셀과 상기 투과성 픽셀의 복소 픽셀 쌍이 동일한 컬러의 컬러 필터를 포함하고, 상기 반사성 픽셀과 상기 투과성 픽셀의 인접한 복소 픽셀 쌍은 다른 컬러의 컬러 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정(LC) 기반 공간 광 변조 장치로서 또는 다중 양자 우물(MQW)(Multi-Quantum-Well) 기반 공간 광 변조 장치로서의 구성을 특징으로 하는 광 변조 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 공간 광 변조 장치 및 조명 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 조명 장치에 의해 상기 광 변조 장치의 경사진 방식의 조명이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    필드 렌즈가 제공되고, 상기 필드 렌즈는 단일 컴포넌트로서 또는 결합된 필드 렌즈로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 결합된 필드 렌즈는 적어도 하나의 체적 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 추적 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추적 장치는 적어도 하나의 액정 격자 및/또는 적어도 하나의 미러 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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