KR20230078580A - 복굴절 셀 - Google Patents

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KR20230078580A
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KR
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alignment layer
cell
hologram
lcos
phase
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KR1020220161706A
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English (en)
Inventor
사세나 안타리키시
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엔비직스 엘티디
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Publication date
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Abstract

전기적으로 제어되는 복굴절 셀의 제조 방법을 제공한다. 셀의 셀 갭은 20 마이크로미터 이하이다. 셀은 배향층과 접촉하는 액정에 선경사를 부여하도록 구성된 배향층을 갖는다. 이 방법은 1 mJ/m2 미만의 액정과 배향층 사이의 표면 앵커링 값을 달성하도록 배향층을 처리하는 과정을 포함한다.

Description

복굴절 셀 {BIREFRINGENT CELL}
본 개시는 복굴절 셀 및 복굴절 셀의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 전기적으로 제어되는 복굴절 셀의 배향층을 처리하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예는, 하나 이상의 원하는 파라미터를 달성하기 위해, 예컨대, 셀에서 프린징 필드(fringing field) 효과를 감소시키기 위해, 셀의 배향층을 처리하는 것에 관한 것이다. 일부 실시예는 복굴절 셀을 포함하는 공간 광 변조기에 관한 것이다. 일부 실시예는 이러한 공간 광 변조기를 포함하는 홀로그래픽 프로젝터(holographic projector) 시스템에 관한 것이다.
객체에서 산란된 광은 진폭 및 위상 정보를 포함한다. 이러한 진폭 및 위상 정보는 간섭 줄무늬를 포함하는 홀로그래픽 레코딩 또는 "홀로그램"을 형성하도록 잘 알려진 간섭 기술에 의해, 예컨대, 감광성 플레이트 상에 캡쳐될 수 있다. 홀로그램은 원래의 객체를 나타내는 2-차원 또는 3-차원 홀로그램 재구성 또는 재생 이미지(replay image)를 형성하기에 적절한 광을 조사(illumination)함으로써 재구성될 수 있다.
컴퓨터-생성 홀로그래피(computer-generated holography)는 간섭 프로세스를 수치적으로 시뮬레이션할 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램(computer-generated hologram)은 프레넬(Fresnel) 또는 푸리에(Fourier) 변환과 같은 수학적변환에 기초한 기술을 이용하여 계산될 수 있다. 이러한 유형의 홀로그램은 프레넬/푸리에 변환 홀로그램 혹은 간단히 프레넬/푸리에 홀로그램으로 지칭될 수 있다. 푸리에 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인/평면 표현 또는 객체의 주파수 도메인/평면 표현으로 간주될 수 있다. 컴퓨터-생성 홀로그램은 예컨대 가간섭성 광선 추적(coherent ray tracing) 또는 포인트 클라우드 기술(point cloud technique)에 의해 계산될 수도 있다.
컴퓨터-생성 홀로그램은 입사광의 진폭 및/또는 위상을 변조하도록 구성된 공간 광 변조기(spatial light modulator) 상에 인코딩될 수 있다. 광 변조는, 예컨대, 전기적으로 어드레스 가능한(electrically-addressable) 액정, 광학적으로 어드레스 가능한(optically-addressable) 액정 또는 마이크로 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
공간 광 변조기는 셀들(cells) 또는 요소들(elements)로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀들을 일반적으로 포함할 수 있다. 광 변조 방식은 이진(binary), 다중 레벨(multilevel) 또는 연속적(continuous)일 수 있다. 이와는 달리, 장치는 연속적일 수 있으며(즉, 픽셀로 구성되지 않은), 이에 따라 광 변조는 장치 전체에 걸쳐서 연속적일 수 있다. 공간 광 변조기는 변조 광이 반사로 출력된다는 점에서 반사형(reflective)일 수 있다. 공간 광 변조기는 변조 광이 투과로 출력된다는 점에서 투과형(transmissive)일 수도 있다.
홀로그램 프로젝터는 본 명세서에 개시된 시스템을 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터들은 예를 들어 근안 장치들(near-eye devices)을 포함하여, 헤드-업 디스플레이("HUD", head-up displays) 및 헤드-마운트 디스플레이("HMD", head-mounted displays)에 적용되었다.
공간 광 변조기는 일반적으로 셀 또는 요소로 지칭될 수 있는 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 픽셀을 포함한다. 공통 전극 및 픽셀 전극의 매트릭스(또는 어레이)가 제공되며, 픽셀 전극의 크기는 장치의 픽셀 크기를 나타낸다. 액정-온-실리콘(Liquid Crystal on Silicon; "LCOS") 공간 광 변조기에서 공통 전극과 픽셀 전극 어레이 사이에 액정(liquid crystal; LC) 층이 제공된다.
액정-온-실리콘 ("LCOS") 공간 광 변조기는 액정의 복굴절(birefringence)을 이용하여 제어 가능한 위상 변조를 제공한다. 여기서 공통 전극은 고정된 상태로 유지되면서 전압의 교번 극성은 각 픽셀 전극에 인가되어 각 셀에 각각의 변조(또는, "지연(retardation)", 또는 "지체(retardance)")를 제공할 수 있다. 공간 광 변조기 셀의 소위 "동적 범위(dynamic range)"는 달성 가능한 최대 지연(예: V=0에서)에서 셀이 제공할 수 있는 달성 가능한 최소 지연(예: V=V에서)을 뺀 값이다. 일반적으로 공간 광 변조기는, 가능한 한 유용하고 유연하기 위해, 넓은 동적 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이상적인 위상 변조기는 0에서 2
Figure pat00001
사이의 가변 위상 지연(variable phase retardation)을 제공할 수 있다. 액정의 복굴절은 완전한 2
Figure pat00002
위상 지연을 제공하는 데 필요한 광경로 길이(optical path length)를 결정한다. 구체적으로, 반사 변조기의 광경로 길이 범위는 2
Figure pat00003
와 같아야 한다. 광경로 길이는 액정층의 두께(d), 액정의 복굴절률(
Figure pat00004
n) 및 입사광의 입사각(
Figure pat00005
)에 따라 증가한다.
일부 응용에서, LCOS 장치 내에 포함된 픽셀의 수를 증가시키고 각각의 개별 픽셀의 크기를 감소시키려는 요구가 있다. 이것은 일반적으로 고해상도를 달성하는 것이 목표인 경우에 유용하다. 그러나 이 접근 방식의 단점은 각 개별 픽셀이 인접한 전극 사이의 수직 및 수평 전자장에 영향을 받는다는 것이다. 이는 단일 픽셀에 걸쳐 불균일한 전기장을 유발할 수 있으며, 이는 차례로 불균일한 전기장에 의해 구동되는 액정 분자의 왜곡을 유발할 수 있다. 따라서 각 픽셀의 유효 위상 지연은 의도한 값과 달라진다. 소위 "프린징 필드 효과(fringing field effect; FFE)"로 인해 광학 대비가 불량하고 위상이 균일하지 않을 수 있다.
본 발명자는 이러한 문제를 해결했다. 홀로그래픽 프로젝터는 여기에 설명된 개념을 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 프로젝터들은 예를 들어 근안 장치들(near-eye devices)을 포함하여, 헤드-업 디스플레이("HUD", head-up displays) 및 헤드-마운트 디스플레이("HMD", head-mounted displays)에 적용되었다.
본 개시의 양태들은 첨부된 독립항에서 정의된다.
일 측면에 따르면, 20 마이크로미터 이하의 셀 갭(cell gap) 및 배향층(alignment layer)과 접촉하는 액정에 선경사(pretilt)를 부여하도록 구성된 배향층을 갖는 전기적으로 제어되는 복굴절 셀을 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 선경사는 10 내지 25 도 또는 15 내지 25 도와 같은 5 내지 25 도 범위 내에 있는 선경사각을 포함할 수 있고, 이 방법은 액정과 배향층 사이의 표면 앵커링 값(surface anchoring value)을 1 mJ/㎡ 미만으로 달성하기 위해 배향층을 처리하는 과정을 포함한다.
의도적으로 1 mJ/m2 미만의 액정과 배향층 사이의 선택된 표면 앵커링 값을 제공하기 위해 배향층을 처리함으로써, 이 방법은 일반적으로 간과되었던 파라미터를 활용하고 일반적으로 전기적으로 제어되는 복굴절 셀에서 발견되는 값 이하로 감소시킨다. 결과적으로, 이 방법은 인접 픽셀 사이의 프린징 필드 효과를 감소시키는 것을 포함하는 셀의 개선된 성능, 및 셀에 대한 개선된 동적 범위를 제공한다. 표면 앵커링을 줄임으로써 이 방법은 셀에 전압이 인가될 때 액정(liquid crystal; LC) 층의 디렉터(director)(분자의 평균 방향)가 보다 쉽고 빠르게 배향할 수 있도록 한다. 따라서 LC 셀의 스위칭 속도가 향상된다.
이 방법은 제조 방법이고, 사용 전에 배향층을 처리하는 과정을 포함하기 때문에 셀은 기존의 전기적으로 제어되는 복굴절 셀이 사용되는 임의의 적절한 광학 구성에 사용될 수 있으며, 제조 후 추가 과정을 수행하거나 셀과 함께 사용하기 위해 필요한 추가 구성 요소 없이, 이러한 장점은 셀이 사용될 때마다 적용될 것이다. 이 방법은 기존의 LC 셀과 비교하여 LC 셀의 크기나 형상을 변경하지 않는다. 더욱이, 배향층을 처리하기 위해 다양한 방법이 이용가능하여, 제조가 구현하는 데 상당히 비용이 많이 들지도 않고 복잡하지도 않다.
전기적으로 제어되는 복굴절 셀은 액정과 함께 평면 또는 균질한 배향(homogeneous alignment)으로 구성될 수 있다. 따라서, 액정과 배향층 사이의 표면 앵커링은 배향층이 형성된 기판의 표면에 대한 평행 앵커링 강도이다.
LC 층 상의 배향층에 의해 생긴 선경사는 10 내지 25 도 또는 15 내지 25 도와 같은 5 내지 25 도 범위의 선경사각을 포함할 수 있다. 배향층을 처리하는 것은 임의의 적절한 방법을 사용하여 통상적인 경사각 이상으로 선경사를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 표면 앵커링을 낮추는 것에 더하여 선경사각을 증가시키는 것은 본 발명자에 의해 확인된 양호한 효과를 제공하며, 인접 셀 사이의 프린징 필드 효과 감소 및 셀에 대한 개선된 동적 범위를 포함하는 셀의 개선된 성능을 가능하게 한다. 선경사각을 증가시킴으로써 이 방법은 가능한 다양한 액정 각도의 범위를 감소시키며, 따라서 일반적으로 동적 범위(즉, 셀이 그에 인가된 전압의 함수로서 달성할 수 있는 지연의 범위)를 감소시키는 것으로 통상적으로 이해되어 선경사 증가를 기피하는 경향이 있는 실제 현장의 관습과는 다르다. 그러나, 본 발명자는 동적 범위를 실제로 증가시키는 증가된 선경사각 (즉, 실제 장치의 일반적인 값에 비해 상대적으로 높음)과 감소된 표면 앵커링(즉, 실제 장치의 일반적인 값에 비해 상대적으로 낮음)의 조합을 확인했다 - 이는 프린징 필드의 부정적인 영향이 현저히 감소되기 때문이다.
배향층을 처리하는 과정은 적어도 하나의 러빙 파라미터(rubbing parameter)를 특징으로 하는 러빙(rubbing) 과정을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 러빙 파라미터는 러빙 압력을 포함할 수 있다. 표면 앵커링을 감소시키기 위해 배향층을 처리하는 과정은 유사한 복굴절 셀에 통상적으로 가해지는 것보다 더 큰 러빙 압력을 가하는 것을 포함할 수 있다. 러빙 파라미터는 러빙 방향을 포함할 수 있다. 표면 앵커링을 감소시키기 위해 배향층을 처리하는 과정은 배향층의 표면 상에서 러빙 방향을 변경하는 것을 포함할 수 있다.
배향층을 처리하는 과정은 배향층의 두께를 유사한 종래의 셀에 일반적으로 적용되는 두께 임계값 이하로 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 이는 100 nm 이하의 배향층 두께를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 배향층의 두께를 줄임으로써 표면 앵커링 강도(surface anchoring strength)를 감소시킬 수 있다.
셀 갭은 0.5 마이크로미터보다 클 수 있다. 예를 들어, 최대 1 마이크로미터, 또는 최대 2 마이크로미터, 또는 최대 5 마이크로미터, 또는 최대 20 마이크로미터일 수 있다.
배향층은 폴리이미드와 같은 폴리머를 포함할 수 있다.
배향층을 처리하는 과정은 배향층을 오존 또는 에너지 이온 빔(energy ion beam)에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 이는 선경사각(pretilt angle)을 증가시키는 것과 같이 선경사각을 변경하기 위해 수행될 수 있다.
배향층은 폴리이미드 층의 스택을 포함할 수 있고, 스택 내의 각 층은 상이한 선경사각에 대응한다. 배향층을 처리하는 과정은 수평 또는 수직으로 서로 배향된 폴리이미드 물질의 두 개 이상의 층을 혼합함으로써 중간(intermediate) 선경사각을 얻는 과정을 더 포함할 수 있다. 배향층을 처리하는 과정은 배향층 상에 줄무늬(stripe)와 같은 패턴을 각인(imprinting)하는 것을 포함할 수 있다.
배향층은 광배향층(photoalignment layer)을 포함할 수 있고, 배향층을 처리하는 과정은 적외선 또는 자외선에 대해 배향층의 노출을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 표면 앵커링을 줄이기 위해 및/또는 선경사를 증가시키는 것과 같이 선경사를 변경하기 위해 수행될 수 있다.
배향층은 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함할 수 있고, 배향층을 처리하는 과정은 자외선에 대해 배향층의 노출을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 표면 앵커링을 줄이기 위해 및/또는 선경사를 증가시키는 것과 같이 선경사를 변경하기 위해 수행될 수 있다.
표면 앵커링 값은 0.1 mJ/m2 이하일 수 있다. 따라서, 이 방법은 통상적인 전자적으로 제어되는 복굴절 셀에 대한 전형적인 표면 앵커링 값보다 상당히 낮은 수준(예를 들어, 값의 10분의 1)으로 표면 앵커링을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
액정은 0.3 또는 0.4와 같이 0.2보다 큰 복굴절을 가질 수 있다. 액정은 논-트위스티드 네마틱(non-twisted nematic) 액정 및 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 액정을 포함하는 네마틱 액정일 수 있다.
셀은 프리데릭츠(Freedericksz) 셀일 수 있다.
일 측면에 따르면, 20 마이크로미터 이하의 셀 갭 및 배향층과 접촉하는 액정에 10 내지 25 도 또는 15 도 내지 25 도 범위와 같이 5 내지 25 도 범위 내의 선경사각 및 1 mJ/m2 미만의 표면 앵커링 값을 부여하도록 구성된 배향층을 포함하는 전기적으로 제어되는 복굴절 셀이 제공된다.
셀은 10 내지 25도 범위의 선경사각 및 1 mJ/m2 미만의 표면 앵커링 값을 제공하도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 이러한 파라미터 값을 달성하기 위해 추가 및/또는 대안 및/또는 변경된 과정이 기존의 제조 공정에 도입될 수 있다. 특히, 셀의 배향층은 유사한 통상적인 셀에서 전형적으로 발견되는 선경사각보다 높은 선경사각 및 유사한 통상적인 셀에서 통상적으로 발견되는 표면 앵커링 값보다 낮은 표면 앵커링 값을 갖도록 특별히 처리될 수 있다.
일 측면에 따르면, 전자적으로 제어되는 복굴절 셀에서 프린징 필드 효과를 감소시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 배향층과 접촉하는 액정에 배향층이 부여하는 선경사를 증가시키기 위해 셀의 배향층을 처리하는 과정을 포함한다. 이 방법은 액정과 배향층 사이의 감소된 표면 앵커링 값을 달성하기 위해 배향층을 처리하는 과정을 더 포함한다. 배향층의 처리는 전자적으로 제어되는 복굴절 셀의 제조과정/시간 동안 수행될 수 있다.
일 측면에 따르면, 전기적으로 제어되는 복굴절 셀을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 배향층과 접촉하는 액정에 배향층이 부여하는 선경사를 증가시키기 위해 셀의 배향층을 처리하는 과정을 포함한다. 이 방법은 액정과 배향층 사이의 표면 앵커링 값을 감소시키기 위해 배향층을 처리하는 과정을 더 포함한다.
이상의 측면들에 따른 셀은 20 마이크로미터 이하의 셀 갭(cell gap)을 가질 수 있다. 배향층과 접촉하는 액정에 배향층이 부여하는 선경사를 증가시키는 과정은 선경사각을 5 내지 25 도 범위, 예를 들어 10 내지 25 도 범위, 또는 15 내지 25 도 범위 내로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 표면 앵커링 값을 감소시키기 위해 배향층을 처리하는 과정은 1 mJ/m2 미만의 표면 앵커링 값을 달성하기 위해 이를 처리하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 앵커링 값은 대략 1e-4 J/m2일 수 있다.
위의 측면들 중 임의의 것에 따르는, 또는 위의 측면들 중 임의의 방법에 따라 제조된 전기적으로 제어되는 복굴절 셀은, 임의의 적합한 광학 구성 내에 포함될 수 있다. 이것은 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)와 같은 공간 광 변조기 내에 포함될 수 있다. 이러한 SLM은 입사광을 변조하는 디스플레이 장치(display device)로 구성될 수 있다. 디스플레이 장치는, 소프트웨어 렌즈 및/또는 소프트웨어 그레이팅(software grating)과 같은 다른 특징과 선택적으로 조합된 하나 이상의 홀로그램을 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 디스플레이 장치는 홀로그램을 디스플레이하고 홀로그램에 대응하는 홀로그래픽 재구성(holographic reconstruction)을 형성하기 위해 적절하게 조명 되도록 구성될 수 있다.
용어 "홀로그램(hologram)"은 객체에 대한 진폭 정보 혹은 위상 정보 또는 이들의 일부 조합을 포함하는 리코딩(recording)을 지칭하는데 사용된다. 용어 "홀로그램 재구성(holographic reconstruction)"은 홀로그램을 조사하여 형성된 객체의 광학적 재구성을 지칭하는데 사용된다. 본 명세서에 개시된 시스템은, 홀로그램 재구성이 실제 이미지이고 홀로그램으로부터 공간적으로 분리되기 때문에, "홀로그램 프로젝터(holographic projector)"로서 설명된다. 용어 "재생 필드(replay field)"는 홀로그램 재구성이 형성되고 완전히 포커스되는 2D 영역(2D area)을 지칭하는데 사용된다. 홀로그램이 픽셀들을 포함하는 공간 광 변조기 상에 디스플레이되면, 재생 필드는 복수의 회절 차수(diffracted order)의 형태로 반복될 것이며, 여기서 각각의 회절된 차수는 0차 재생 필드(zeroth-order replay field)의 복제물이다. 0차 재생 필드는 가장 밝은 재생 필드이기 때문에 선호 혹은 일차적인 재생 필드에 일반적으로 해당한다. 달리 명시되지 않는 한, "재생 필드"라는 용어는 0차 재생 필드를 가리키는 것으로 간주되어야 한다. 용어 "재생 평면(replay plane)" 는 모든 재생 필드들을 포함하는 공간의 평면을 지칭하는 데 사용된다. 용어 "이미지(image)", "재생 이미지(replay image)" 및 "이미지 영역(image region)"은 홀로그램 재구성의 광(light)에 의해 비춰지는 재생 필드의 영역들을 지칭한다. 일부 실시예에서, "이미지"는 "이미지 스팟들(image spots)" 또는 편의상 "이미지 픽셀들(image pixels)"로 지칭될 수 있는 개별적인 스팟들을 포함할 수 있다.
용어 "인코딩(encoding)", "쓰기(writing)" 또는 "어드레싱(addressing)"은 각각의 픽셀의 변조 레벨을 결정하는 각각의 복수의 제어 값들을 SLM의 복수의 픽셀들에게 제공하는 프로세스를 기술하는 데 사용된다. SLM의 픽셀은 복수의 제어 값을 수신하는 것에 응답하여 광 변조 분포를 "디스플레이(display)"하도록 구성된다고 말할 수 있다. 따라서, SLM은 홀로그램을 "디스플레이"한다고 말할 수 있고 홀로그램은 광 변조 값들 혹은 레벨들의 어레이로 간주될 수 있다.
수용 가능한 품질의 홀로그램 재구성은 원래의 객체의 푸리에 변환과 관련된 위상 정보만을 포함하는 "홀로그램"으로부터 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 홀로그래픽 레코딩은 위상-한정 홀로그램(phase-only hologram)으로 지칭될 수 있다. 실시예들은 위상-한정 홀로그램에 관한 것이지만, 본 개시는 진폭-한정 홀로그래피(amplitude-only holography)에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 개시는 또한 원본 객체의 푸리에 변환과 관련된 진폭 및 위상 정보를 사용하여 홀로그램 재구성을 형성하는 데에도 동일하게 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이것은 원래의 객체와 관련된 진폭 및 위상 정보를 모두 포함하는 소위 완전-복소 홀로그램(fully complex hologram)을 이용하는 복소 변조에 의해 달성된다. 이러한 홀로그램은 홀로그램의 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)이 진폭 및 위상 성분을 갖기 때문에 완전-복소 홀로그램이라고 지칭될 수 있다. 각 픽셀에 할당된 값(그레이 레벨)은 진폭 및 위상 성분을 모두 갖는 복소수로 표현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 완전-복소 컴퓨터-생성 홀로그램(fully-complex computer-generated hologram)이 계산된다.
컴퓨터-생성 홀로그램 또는 공간 광 변조기의 픽셀들의 위상 값, 위상 성분, 위상 정보 또는, 단순히, 위상이 "위상-지연(phase-delay)"의 약어로 참조될 수 있다. 즉, 설명된 모든 위상 값은, 실제로는, 해당 픽셀이 제공하는 위상지연(phase retardation)의 양을 나타내는 (예컨대, 0 내지 2
Figure pat00006
범위의) 숫자이다. 예를 들어, 위상 값이
Figure pat00007
/2인 것으로 설명된 공간 광 변조기의 픽셀은 수신된 광의 위상을
Figure pat00008
/2 라디안만큼 지연시킨다. 일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 복수의 가능한 변조 값들(예를 들어, 위상 지연 값들) 중 하나로 작동 가능하다. 용어 "그레이 레벨(grey level)"은 복수의 이용 가능한 변조 레벨들을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 용어 "그레이 레벨"은 상이한 위상 레벨들이 상이한 그레이 음영들을 제공하지 않더라도 위상-한정 변조기에서 복수의 이용 가능한 위상 레벨들을 지칭하기 위해 편의상 사용될 수 있다. 용어 "그레이 레벨"은 또한 복소 변조기에서 이용 가능한 복수의 복소 변조 레벨들을 지칭하기 위해 편의상 사용될 수 있다.
따라서 홀로그램은 그레이 레벨들의 어레이를 - 즉, 위상-지연 값들 또는 복소 변조 값들의 어레이와 같은 광 변조 값들의 어레이를 - 포함한다. 또한 홀로그램은, 공간 광 변조기에 디스플레이될 때 그리고 공간 광 변조기의 픽셀 피치(pixel pitch)에 필적하는, - 일반적으로 그보다는 작은 - 파장을 갖는 광으로 조사될 때, 회절을 유발하는 패턴이기 때문에, 회절 패턴으로 간주된다. 홀로그램을 렌즈 또는 그레이팅(grating)으로 기능하는 회절 패턴들과 같은 다른 회절 패턴들과 결합하는 것이 본 명세서에 참조된다. 예를 들어, 그레이팅(grating)으로 기능하는 회절 패턴이 재생 평면 상에 재생 필드를 변환하도록 홀로그램과 결합되거나, 렌즈로 기능하는 회절 패턴이 근거리 필드(near field)의 재생 평면 상에 홀로그램 재구성을 포커스하도록 홀로그램과 결합될 수 있다.
다양한 실시예들 및 실시예들의 그룹이 후술되는 상세한 설명에서 개별적으로 개시될 수 있지만, 임의의 실시예 또는 실시예들의 그룹의 임의의 특징은 임의의 실시예 또는 실시예들의 그룹의 임의의 다른 특징 또는 특징들의 조합(combination)과 결합될 수 있다. 즉, 본 개시에 개시된 특징의 모든 가능한 조합 및 순열(permutation)이 고려된다.
특정 실시예는 다음 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1은 스크린 상에 홀로그램 재구성을 생성하는 반사 SLM을 도시하는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 게르흐버그-색스톤(Gerchberg-Saxton) 유형 알고리즘의 첫번째 반복처리를 도시한다.
도 2b는 예시적인 게르흐버그-색스톤 유형 알고리즘의 두번째 및 후속 반복처리들을 도시한다.
도 2c는 예시적인 게르흐버그-색스톤 유형 알고리즘의 대안적인 두번째 및 후속 반복처리를 도시한다.
도 3은 반사형 LCOS SLM의 개략도이다.
도 4는 일반적인 LCOS SLM에서 LC 왜곡(distortion)의 개략도이다.
도 5는 일반적인 LCOS SLM에서 LC 왜곡의 개략도이다.
도 6은 실시예들에 따른, 개선된 LCOS SLM에서의 LC 왜곡의 개략도이다.
도 7은 실시예들에 따라 최적화된, 종래의 LCOS SLM 및 개선된 SLM에 대한 전압에 따른 위상 지연 변화의 비교를 도시한다.
도 8은 실시예들에 따라 최적화된, 종래의 LCOS SLM 및 개선된 SLM에 대한 전압에 따른 위상 지연 변화의 비교를 도시한다.
도 9는 실시예들에 따라 최적화된, 종래의 LCOS SLM 대 개선된 SLM에 대한 동적 범위의 비교를 도시한다.
도 10은 실시예들에 따라 최적화된, 종래의 LCOS SLM 대 개선된 SLM에 대한 동적 범위의 비교를 도시한다.
도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다.
본 발명은 다음에 설명되는 실시예들에 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 전체 범위로 연장한다. 즉, 본 발명은 다른 형태들로 실시될 수 있으며 설명의 목적으로 제시된 기재된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
단수형의 용어는 달리 명시되지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다.
다른 구조물의 상부/하부 또는 상/하에 형성된 구조물이라고 기술된 경우, 구조물들이 서로 접촉하는 경우 및 제3의 구조물이 그 사이에 배치되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
시간 관계를 기술함에 있어서, 사건의 시간 순서가 예를 들어 "후(after)", "후속(subsequent)", "다음(next)", "전(before)" 등으로 기술될 때, 본 개시는 별도로 원칙하지 않는 한 연속적 및 비연속적인 사건을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, "막(just)", "바로(immediate)" 또는 "직접(direct)"이라는 기재가 사용되지 않는 한, 그 기재는 비연속적 경우를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소는 이러한 용어에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데만 사용된다. 예를 들어, 첨부된 특허청구범위의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
상이한 실시예들의 특징들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 연결되거나 결합될 수 있으며, 다양한 형태로 서로 상호 작용할 수 있다. 일부 실시예들은 서로 독립적으로 수행될 수도 있고, 서로 연계되어 함께 수행될 수도 있다.
광학 구성
도 1은 컴퓨터-생성 홀로그램이 단일 공간 광 변조기에서 인코딩되는 실시예를 도시한다. 컴퓨터-생성 홀로그램은 재구성을 위한 객체의 푸리에 변환이다. 따라서 홀로그램은 객체의 푸리에 도메인 또는 주파수 도메인 또는 스펙트럼 도메인 표현이라고 할 수 있다. 본 실시예에서, 공간 광 변조기는 반사형의 액정-온-실리콘 (liquid crystal on silicon: "LCOS") 장치이다. 홀로그램은 공간 광 변조기에서 인코딩되고 홀로그램 재구성은 재생 필드, 예컨대 스크린 또는 디퓨저(diffuser)와 같은 수광 표면(light receiving surface)에 형성된다.
예컨대 레이저나 레이저 다이오드 같은 광원(110)은 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 111)를 통해 SLM(140)을 조사하도록 배치된다. 콜리메이팅 렌즈는 광이 SLM 상에 전체적으로 평면 파면으로 입사되도록 만든다. 도 1에서, 파면의 방향은 (예컨대, 투과층의 평면에 대해 완전 수직으로부터 2도 또는 3도 정도 떨어진) 비수직(off-normal)하다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전체적으로 평면인 파면은 법선 방향으로 입사되고, 입력 및 출력 광경로들을 분리하기 위한 빔 스플리터 배치(beam splitter arrangement)가 이용된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 이러한 배치는, 광원으로부터 오는 광이 SLM의 미러형 후방 표면(mirrored rear surface)에 반사되며 출사 파면(exiting wavefront, 112)을 형성하기 위해 광 변조 층과 상호작용하게 한다. 출사 파면(112)은 스크린(125)에 초점이 맞춰진 푸리에 변환 렌즈(120)를 포함하는 광학계에 적용된다. 더욱 상세하게, 푸리에 변환 렌즈(120)는 SLM(140)으로부터 출사되는 변조된 광의 빔을 전달 받아 스크린(125)에 홀로그램 재구성을 생성하기 위해 주파수-공간 변환(frequency-space transformation)을 수행한다.
특히, 이러한 유형의 홀로그래피에서 홀로그램의 각 픽셀은 전체 재구성에 관여한다. 재생 필드의 특정 지점들 (또는 이미지 픽셀들)과 특정 광-변조 요소들 (또는 홀로그램 픽셀들) 사이에는 일대일 상관 관계가 없다. 다시 말해, 광-변조 층을 나가는 변조된 광은 재생 필드에 분포된다.
이러한 실시예들에서, 공간에서 홀로그램 재구성의 위치는 푸리에 변환 렌즈의 굴절(포커싱) 파워(dioptric(focusing) power)에 의해 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 푸리에 변환 렌즈는 물리적 렌즈이다. 즉, 푸리에 변환 렌즈는 광학적 푸리에 변환 렌즈이며, 푸리에 변환은 광학적으로 수행된다. 어떤 렌즈라도 푸리에 변환 렌즈 역할을 할 수 있지만, 수행되는 푸리에 변환의 정확도는 렌즈의 성능에 좌우된다. 통상의 기술자라면 렌즈를 사용하여 광학적 푸리에 변환을 수행하는 방법을 이해할 수 있다.
홀로그램 계산
일부 실시예에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 푸리에 변환 홀로그램, 또는 단순히 푸리에 홀로그램 또는 푸리에-기반 홀로그램이며, 여기서 이미지는 포지티브 렌즈의 푸리에 변환 특성을 이용하여 원거리 장(far field)에서 재구성된다. 푸리에 홀로그램은 재생 평면에서 원하는 광 필드(light field)를 푸리에 변환하여 렌즈 평면에 오도록 계산된다. 컴퓨터-생성 푸리에 홀로그램은 푸리에 변환을 이용하여 계산될 수 있다.
푸리에 변환 홀로그램은 게르흐버그-색스톤(Gerchberg-Saxton) 알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다. 더욱이, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 도메인 (예컨대, 사진)의 진폭-한정 정보로부터 푸리에 도메인의 홀로그램(즉, 푸리에 변환 홀로그램)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 객체와 관련된 위상 정보는 공간 도메인에서 진폭-한정 정보로부터 효과적으로 "얻어질(retrieved)" 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터-생성 홀로그램은 게르흐버그-색스톤 알고리즘 또는 그 변형 알고리즘을 이용해 진폭-한정 정보로부터 계산된다.
게르흐버그-색스톤 알고리즘은 평면 A와 B에서 각각의 광선(light beam)의 단면적 광도 IA(x, y) 및 IB(x, y) 가 알려져 있고 IA(x, y) 및 IB(x, y)가 단일 푸리에 변환과 연관되는 상황을 고려한다. 주어진 단면적 광도에 대해 평면 A 및 B에서의 각각의 위상 분포에 대한 근사치인 ΨA(x, y) 및 ΨB(x, y)가 구해진다. 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 반복 프로세스를 따름으로써 이 문제에 대한 솔루션을 찾는다. 더 구체적으로, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 공간 도메인과 푸리에(스펙트럼 또는 주파수) 도메인 사이에서 IA(x, y) 및 IB(x, y)를 나타내는 데이터 세트(진폭 및 위상)를 반복적으로 전달하면서 공간 제한(constraint) 및 스펙트럼 제한을 반복적으로 적용한다. 스펙트럼 영역에서 상응하는 컴퓨터-생성 홀로그램은 알고리즘의 적어도 1회 이상의 반복을 통해 얻어진다. 알고리즘은 입력 이미지를 나타내는 홀로그램을 생성하도록 설정되고 수렴된다. 홀로그램은 진폭 전용 홀로그램(amplitude-only hologram), 위상 전용 홀로그램(phase-only hologram) 또는 완전 복소 홀로그램(a fully complex hologram)일 수 있다.
일부 실시예에서, 위상 전용 홀로그램은 영국 특허 제2,498,170호 또는 제2,501,112호에 기술된 것과 같은 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘을 이용하여 계산되며, 이 특허들은 그 전체로서 원용되어 본 명세서에 통합된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예는 단지 예시로서 위상 전용 홀로그램을 계산하는 것을 설명한다. 이들 실시예에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘은 알려진 진폭 정보 T[x, y]를 발생시키는 데이터 세트의 푸리에 변환의 위상 정보 Ψ[u, v]를 검색하는데, 여기서 진폭 정보 T[x, y]는 대상 이미지(예컨대, 사진)를 나타낸다. 진폭과 위상은 푸리에 변환에서 본질적으로 결합하므로, 변환된 진폭과 위상에는 계산된 데이터 세트의 정확도에 대한 유용한 정보가 포함된다. 따라서 알고리즘은 진폭 및 위상 정보 모두에 대한 피드백과 함께 반복적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이들 실시예에서, 위상 정보 Ψ[u, v]만이 이미지 평면에서 대상 이미지의 홀로그래픽 표현을 형성하기 위한 홀로그램으로 사용된다. 홀로그램은 위상 값의 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이다.
다른 실시예에서, 게르흐버그-색스톤 알고리즘에 기초한 알고리즘은 완전 복소(fully-complex) 홀로그램을 계산하기 위해 이용된다. 완전 복소 홀로그램은 크기 성분과 위상 성분을 갖는 홀로그램이다. 홀로그램은 복소 데이터 값들의 어레이를 포함하는 데이터 세트(예를 들어, 2D 어레이)이고, 각각의 복소 데이터 값은 크기 성분 및 위상 성분을 포함한다.
일부 실시예에서, 알고리즘은 복소 데이터를 처리하고, 푸리에 변환은 복소 푸리에 변환이다. 복소 데이터는 (i) 실수 성분 및 허수 성분 또는 (ii) 크기 성분 및 위상 성분을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 복소 데이터의 두 개의 성분은 알고리즘의 다양한 과정에서 상이하게 처리된다.
도 2a는 위상 전용 홀로그램을 계산하기 위한 일부 실시예에 따른 알고리즘의 제1 반복을 도시한다. 알고리즘에 대한 입력은 픽셀 또는 데이터 값의 2D 어레이를 포함하는 입력 이미지(210)이며, 여기서 각 픽셀 또는 데이터 값은 크기 또는 진폭 값이다. 즉, 입력 이미지(210)의 각 픽셀 또는 데이터 값은 위상 성분을 갖지 않는다. 따라서, 입력 이미지(210)는 크기 전용 또는 진폭 전용 또는 광도 전용 분포로 간주될 수 있다. 이러한 입력 이미지(210)의 일례는 프레임의 시간적 시퀀스를 포함하는 사진 또는 비디오의 한 프레임이다. 알고리즘의 제1 반복은 랜덤 위상 분포(또는 랜덤 위상 시드)(230)를 이용하여, 초기 복소 데이터 세트(starting complex data set)의 각각의 데이터 요소가 크기 및 위상을 포함하도록, 입력 이미지의 각 픽셀에 랜덤 위상 값을 할당하는 과정을 포함하는 데이터 형성 과정(202A)에서 시작한다. 초기 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서의 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제1 프로세싱 블록(250)은 초기 복소 데이터 세트를 수신하고 복소 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 제2 프로세싱 블록(253)은 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 수신하고 홀로그램(280A)을 출력한다. 일부 실시예에서, 홀로그램(280A)은 위상 전용 홀로그램이다. 이들 실시예에서, 제2 프로세싱 블록(253)은 각각의 위상 값을 양자화하고 홀로그램(280A)을 형성하기 위해 각 진폭 값을 1로 설정한다. 각 위상 값은 위상 전용 홀로그램을 "디스플레이(display)"하는데 이용되는 공간 광 변조기의 픽셀 상에 표현될 수 있는 위상 레벨에 따라 양자화(quantized)된다. 예를 들어, 공간 광 변조기의 각 픽셀이 256개의 서로 다른 위상 레벨을 제공하면 홀로그램의 각 위상 값은 256개의 가능한 위상 레벨 중 하나의 위상 레벨로 양자화된다. 홀로그램(280A)은 입력 이미지를 나타내는 위상 전용 푸리에 홀로그램이다. 다른 실시예에서, 홀로그램(280A)은 수신된 푸리에 변환된 복소 데이터 세트로부터 유도된 복소 데이터 값(각각 진폭 성분 및 위상 성분을 포함함)의 어레이를 포함하는 완전 복소 홀로그램이다. 일부 실시예에서, 제2 프로세싱 블록(253)은 복수의 허용 가능한 복소 변조 레벨 중 하나로 각각의 복소 데이터 값을 제한하여 홀로그램(280A)을 형성한다. 제한하는 과정은 복소 평면에서 각 복소 데이터 값을 가장 가까운 허용 가능한 복소 변조 레벨로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 홀로그램(280A)은 스펙트럼 또는 푸리에 또는 주파수 영역에서 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 이 시점에서 정지한다.
그러나, 다른 실시예에서, 알고리즘은 도 2a의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 계속된다. 즉, 도 2a에서 점선 화살표를 따르는 과정은 선택적이다 (즉, 모든 실시예에 필수적인 것은 아니다).
프로세싱 블록(256)은 제2 프로세싱 블록(253)으로부터 수정된 복소 데이터 세트를 수신하고 역 푸리에 변환을 수행하여 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트를 형성한다. 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트는 공간 도메인에서 입력 이미지를 나타낸다고 말할 수 있다.
제4 프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소수 데이터 세트를 수신하고 진폭 값(211A)의 분포 및 위상 값(213A)의 분포를 추출한다. 선택적으로, 제4 프로세싱 블록(259)은 진폭 값(211A)의 분포를 평가(assess)한다. 구체적으로, 제4 프로세싱 블록(259)은 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 진폭 값(211A)의 분포를 당연히 진폭 값의 분포인 입력 이미지(510)와 비교할 수 있다. 진폭 값(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 분포 사이의 차이가 충분히 작으면, 제4 프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 허용 가능한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 진폭 값(211A)의 분포와 입력 이미지(210)의 차이가 충분히 작으면, 제4 프로세싱 블록(259)은 홀로그램(280A)이 입력 이미지(210)를 충분히 정확하게 나타내는 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교 과정에서 역 푸리에 변환된 복소 데이터 세트의 위상 값(213A)의 분포는 무시된다. 진폭 값(211A)과 입력 이미지(210)의 분포를 비교하기 위한 임의의 수의 상이한 방법들이 이용될 수 있으며, 본 개시는 임의의 특정 방법에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 평균 제곱 차이가 계산되고, 평균 제곱 차이가 임계값보다 작은 경우, 홀로그램(280A)은 수용 가능한 것으로 간주된다. 제4 프로세싱 블록(259)이 홀로그램(280A)이 수용 가능하지 않다고 결정하면, 알고리즘의 추가 반복이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 비교 과정은 필수적인 것은 아니며, 다른 실시예에서 수행되는 알고리즘의 반복 횟수는 미리 결정되거나 미리 설정되거나 사용자 정의된다.
도 2b는 알고리즘의 두번째 반복 및 알고리즘의 임의의 추가 후속 반복을 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백된다. 진폭 값(211A)의 분포는 입력 이미지(210)의 크기 값의 분포를 위해 소거된다. 첫번째 반복에서, 데이터 형성 과정(202A)은 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 랜덤 위상 분포(230)와 결합하여 제1 복소 데이터 세트를 형성한다. 그러나, 두번째 및 후속 반복에서, 데이터 형성 과정(202B)은 (i) 알고리즘의 이전 반복으로부터의 위상 값(213A)의 분포와, (ii) 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 합하여 복소 데이터 세트를 형성하는 과정을 포함한다.
도 2b의 데이터 형성 과정(202B)에 의해 형성된 복소 데이터 세트는 도 2a를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 처리되어 제2 반복 홀로그램(280B)을 형성한다. 따라서 프로세스에 대한 설명은 여기에서 반복되지 않는다. 알고리즘은 제2 반복 홀로그램(280B)이 계산되면 중단될 수 있다. 그러나 알고리즘의 임의의 수의 추가 반복이 수행될 수 있다. 제3 프로세싱 블록(256)은 제4 프로세싱 블록(259)이 요구되거나 더 많은 박복이 요구되는 경우에만 요구된다는 것을 이해할 것이다. 출력 홀로그램(280B)은 일반적으로 반복할 때마다 개선된다. 그러나 실제로는 일반적으로 측정 가능한 개선이 관찰되지 않거나 처리 사간의 증가라는 부정적 효과가 추가 반복을 수행하는 긍정적인 이점보다 커지는 시점이 도달한다. 따라서 알고리즘은 반복적이고 수렴적으로 기술된다.
도 2c는 두번째 및 후속 반복의 대안적인 실시예를 나타낸다. 선행 반복의 위상 값(213A)의 분포는 알고리즘의 프로세싱 블록을 통해 피드백된다. 진폭 값(211A)의 분포는 대안적인 진폭 값의 분포를 위해 소거된다. 이 대안적인 실시예에서, 대안적인 진폭 값의 분포는 이전 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 도출된다. 특히, 프로세싱 블록(258)은 선행 반복의 진폭 값(211)의 분포로부터 입력 이미지(210)의 진폭 값의 분포를 감산하고, 그 차이를 이득 인자 α만큼 스케일링하고, 입력 이미지(210)로부터 스케일링된 차분을 감한다. 이는 다음의 방정식에 의해 수학적으로 표현되며, 아래 첨자 텍스트와 숫자는 반복 횟수를 나타낸다.
Figure pat00009
여기서:
F'는 역 푸리에 변환이고;
F는 순방향 푸리에 변환이고;
R[x, y]는 제3 프로세싱 블록(256)에 의해 출력된 복소 데이터 세트이고;
T[x, y]는 입력 또는 타겟 이미지이고;
∠는 위상 성분이고;
ψ는 위상 전용 홀로그램(280B)이고;
η은 진폭 값(211B)의 새로운 분포이며;
α는 이득 계수이다.
이득 계수 α는 고정되거나 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 입력 목표 이미지 데이터의 크기 및 속도(rate)에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 반복 횟수에 의존한다. 일부 실시예에서, 이득 계수 α는 단지 반복 횟수의 함수이다.
도 2c의 실시예는 다른 모든 면에서 도 2a 및 도 2b의 실시예와 동일하다. 위상 전용 홀로그램 Ψ(u, v)는 주파수 또는 푸리에 도메인에서의 위상 분포를 포함한다고 말할 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 공간 광 변조기를 이용하여 수행된다. 구체적으로, 홀로그램 데이터는 광 파워를 제공하는 제2 데이터와 결합된다. 즉, 공간 광 변조기로 기록되는 데이터는 객체를 나타내는 홀로그램 데이터뿐만 아니라 렌즈를 나타내는 렌즈 데이터를 포함한다. 공간 광 변조기에 디스플레이되면서 광이 조사될 때, 렌즈 데이터(lens data)는 물리적인 렌즈를 모방(emulate)하는데, 즉, 렌즈 데이터는 이에 상응하는 물리적인 광학장치와 동일한 방식으로 광의 초점을 맞춘다. 따라서 렌즈 데이터는 광 파워 또는 포커싱(focusing)된 파워를 제공한다. 이러한 실시예에서, 도 1의 물리적 푸리에 변환 렌즈(120)는 생략될 수 있다. 렌즈를 나타내는 데이터를 계산하는 방법이 알려져 있다. 렌즈를 나타내는 데이터는 소프트웨어 렌즈로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 위상 전용 홀로그래픽 렌즈는 그 굴절률 및 공간적으로 변하는 광학적 경로 길이로 인해 렌즈의 각각의 포인트에 의해 야기되는 위상 지연을 계산함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 볼록 렌즈 중심에서의 광경로 길이는 렌즈 가장자리에서의 광경로 길이보다 길다. 진폭 전용 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 컴퓨터-생성 홀로그램의 기술 분야에서, 렌즈를 나타내는 데이터를 홀로그램과 결합함으로써 상기 홀로그램의 푸리에 변환이 물리적 푸리에 렌즈의 필요없이 수행될 수 있는 방법이 알려져 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 데이터는 간단한 벡터 합산과 같은 단순 합산에 의해 홀로그램과 결합된다. 일부 실시예에서, 푸리에 변환을 수행하기 위해 소프트웨어 렌즈와 함께 물리적 렌즈가 이용된다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 홀로그램 재구성이 원거리-필드(far-field)에서 발생하도록 푸리에 변환 렌즈는 모두 생략된다. 또 다른 실시예에서, 홀로그램은 그레이팅(grating) 데이터, 즉 이미지 스티어링(image steering)과 같은 그레이팅의 기능을 수행하도록 형성된 데이터와 결합될 수 있다. 다시, 해당 기술 분야에서 그러한 데이터를 계산하는 방법은 알려져 있다. 예를 들어, 위상 전용 그레이팅은 블레이즈된(blazed) 그레이팅의 표면 상의 각 포인트에 의해 야기된 위상 지연을 모델링함으로써 형성될 수 있다. 진폭-한정 그레이팅은 진폭 전용 홀로그램에 간단히 중첩(superimposed)되어 홀로그램 재구성의 각도 스티어링(angular steering)을 제공할 수 있다. 렌즈 및/또는 조향을 제공하는 제2 데이터는 이미지 형성 기능 또는 이미지 형성 패턴으로 지칭될 수 있는 홀로그램 데이터와 구별하기 위해 광 처리 기능 또는 광 처리 패턴으로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 푸리에 변환은 물리적 푸리에 변환 렌즈 및 소프트웨어 렌즈에 의해 공동으로 수행된다. 즉, 푸리에 변환에 기여하는 일부 광 파워는 소프트웨어 렌즈에 의해 제공되고, 푸리에 변환에 기여하는 나머지 광 파워는 물리적 광학 장치 또는 광학 장치들에 의해 제공된다.
일부 실시예에서, 이미지 데이터를 수신하고 알고리즘을 사용하여 실시간으로 홀로그램을 계산하도록 구성된 실시간 엔진이 제공된다. 일부 실시예에서, 이미지 데이터는 일련의 이미지 프레임을 포함하는 비디오이다. 다른 실시예에서, 홀로그램은 사전 계산되고, 컴퓨터 메모리에 저장되며, SLM 상에 디스플레이하기 위해 필요에 따라 호출된다. 즉, 일부 실시예에서, 소정의 홀로그램의 저장소가 제공된다.
실시예들은 단지 예시로서 푸리에 홀로그래피 및 게르흐버그-색스톤 유형의 알고리즘들에 관한 것이다. 본 개시는 유사한 방법으로 계산될 수 있는 프레넬 홀로그래피 및 프레넬 홀로그램에 동일하게 적용가능하다. 본 개시는 포인트 클라우드 방법에 기초한 것과 같은 다른 기술에 의해 계산된 홀로그램에도 동등하게 적용 가능하다.
광 변조
공간 광 변조기는 컴퓨터-생성 홀로그램을 포함하는 회절 패턴(diffractive pattern)을 디스플레이하는데 이용될 수 있다. 홀로그램이 위상 전용 홀로그램인 경우, 위상을 변조하는 공간 광 변조기가 필요하다. 홀로그램이 완전 복소 홀로그램인 경우, 위상 및 진폭을 변조하는 공간 광 변조기가 이용될 수 있거나 위상을 변조하는 제1 공간 광 변조기 및 진폭을 변조하는 제2 공간 광 변조기가 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 공간 광 변조기의 광 변조 소자(즉, 픽셀)는 액정을 포함하는 셀이다. 즉, 일부 실시예에서, 공간 광 변조기는 광학 능동 소자가 액정인 액정 장치이다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 즉, 각각의 액정 셀은 어느 한 시점에서 복수의 가능한 광 변조 레벨들로부터 선택된 하나의 광 변조 레벨에서 동작하도록 구성된다. 각각의 액정 셀은 복수의 광 변조 레벨 중에서 다른 광 변조 레벨로 동적으로 재구성 가능하다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기는 실리콘 공간 광 변조기 상의 반사형 액정(LCOS)이지만, 본 개시는 이 유형의 공간 광 변조기에 한정되는 것은 아니다.
LCOS 장치는 작은 개구(aperture, 예를 들어, 폭이 수 센티미터) 내의 조밀한 광 변조 소자 또는 픽셀 어레이들을 제공한다. 픽셀은 통상 약 10미크론 이하이어서 수 도 수준의 회절각을 가지며, 이는 광학 시스템이 콤팩트할 수 있다는 것을 의미한다. LCOS SLM의 작은 개구를 적절하게 조광(illuminate)하는 것은 다른 액정 장치의 큰 개구를 조광하는 것보다 용이하다. LCOS 장치는 통상 반사형이므로 LCOS SLM의 픽셀을 구동하는 회로를 반사 표면 아래에 묻을 수 있다. 결과적으로 개구율이 높아진다. 즉, 픽셀은 밀집되어 있어 픽셀 간에 낭비되는 공간(dead space)이 거의 없음을 의미한다. 이는 재생 필드에서의 광학 노이즈를 감소시키므로 유리하다. LCOS SLM은 픽셀이 광학적으로 편평하다는 이점을 갖는 실리콘 후면을 사용한다. 이 점은 위상 변조 장치에서 특히 중요하다.
단지 예시로서, 적합한 LCOS SLM이 도 3을 참조하여 아래와 같이 기술된다. LCOS 장치는 단결정 실리콘 기판(302)을 이용하여 형성된다. 이는 간극(301a)에 의해 이격되며 기판의 상부 표면에 배치된 사각 평면형 알루미늄 전극(301)의 2차원 어레이를 가진다. 전극(301) 각각은 기판(302)에 매설된 회로(302a)를 통해 형성될 수 있다. 각각의 전극들은 각각의 평면 미러를 형성한다. 배향층(Alignment Layer, 303)이 전극 어레이 상에 배치되고, 액정층(304)은 배향층(303)에 배치된다. 제2배향층(305)은, 예컨대, 유리로 된 평면 투명층(306)에 배치된다. 예컨대 ITO로 된 단일 투명 전극(307)은 투명층(306)과 제2 배향층(305) 사이에 배치된다.
정사각형 전극(301) 각각은, 투명전극(307) 영역 상부와 중간에 개재되는 액정물질과 함께, 종종 픽셀로 지칭되는 제어 가능한 위상 변조 소자(308)를 형성한다. 유효 픽셀 영역, 즉 충진율(fill factor)은 픽셀(301a) 사이의 공간까지 고려하여 광학적으로 활성인 총 픽셀의 비율이다. 각각의 전극(301)에 인가된 투명전극(307)에 대한 전압을 제어함으로써, 위상 변조 소자의 액정 물질의 특성은 변화될 수 있고, 따라서 그에 입사되는 입사광에 가변 지연을 제공한다. 이렇게 함으로써 파면(wavefront)에 위상 전용 변조가 가해지는 한편 어떤 진폭 효과도 발생하지 않는다.
전술한 LCOS SLM은 공간적으로 변조된 광을 반사에 의해 출력한다. 반사형 LCOS SLM은 신호 라인, 게이트 라인 및 트랜지스터가 미러 면 아래에 있으며, 높은 충진율(일반적으로 90% 이상) 및 고해상도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 반사형 LCOS 공간 광 변조기를 이용하는 또 다른 이점은 투과형 장치가 사용되는 경우에 필요한 것보다 요구되는 액정 층 두께가 절반일 수 있다는 것이다. 이것은 액정의 스위칭 속도를 크게 향상시킨다(움직이는 비디오 이미지의 프로젝션을 위한 주요 이점). 그러나, 본 발명의 개시 내용은 투과형 LCOS SLM을 사용하여 동일하게 구현될 수 있다.
향상된 제작(Improved Fabrication)
다음은 전기적으로 제어되는 복굴절(electrically controlled birefringence; ECB) 셀만을 예로 들어 LCOS SLM을 설명한다.
기존의 LCOS SLM은, 전압이 장치에 인가될 때 LC층과 LC들의 구성(예: 정렬(ordering))에서 왜곡 또는 "디스클리네이션들(disclinations)" 현상이 나타나 장치 셀의 적어도 일부에 위상 지연이 의도와 다르게 나타나도록 하는 프린징 필드 효과(fringing field effect)와 같은 문제가 있는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 기존 LCOS SLM이 제공하는 광학 대비(optic contrast)가 불량하고 위상 변조가 균일하지 않을 수 있다. 프린징 필드 효과를 해결하기 위한 기존의 접근 방식은 일반적으로 불충분하거나 실용적이지 않다. 예를 들어, 어떤 상황에서는 매우 높은 전압(예: 10 V 이상의 전압)이 LC 셀에 인가될 때 디스클리네이션이 감소할 수 있다는 것이 발견되었다. 그러나 실제로는 그러한 고전압을 LC 장치에 인가하는 것은 바람직하지 않거나 실용적이지 않다. 기존 SLM의 다른 문제는 제한된 동적 범위이다. 예를 들어, 높은 선경사는 입사광의 유용한 각도 범위를 감소시켜 장치의 동적 범위를 감소시키기 때문에 일반적으로 LCOS 장치는 LC 층에 낮은 선경사를 제공해야 하는 것으로 통상적으로 이해된다.
본 발명자는 LCOS SLM(또는 "LCOS 장치")과 같은 SLM이 기존 SLM과 비교하여 개선된(즉, 증가된) 동적 범위를 제공하면서 감소된 프린징 필드 효과를 제공하는 개선 사항들을 확인했다. 본 명세서에 개시된 개선 사항은 제조 또는 전처리 과정의 일부로서 제공될 수 있으며, 결과적인 LCOS 장치는 종래의 LCOS 장치와 유사한 방식으로 사용될 수 있으면서도 개선된 성능 결과를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명자는 개선된 동적 범위 및 감소된 프린징 필드 효과를 제공하기 위해 처리(process), 조작(manipulate) 또는 조정(tune)될 수 있는 LCOS 장치의 특정 특징 및 이러한 특징과 관련된 파라미터를 찾아냈다.
본 발명자는 LCOS 장치의 배향층이 개선된 동적 범위 및 감소된 프린징 필드 효과를 제공하도록 구성될 수 있음을 확인했다. 배향층은 LCOS 장치에서 액정(LC)층에 인접하게 구성되며 LC 층에서 액정(LC) 디렉터의 방향에 영향을 미치는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 이러한 배향층이 제공될 수 있다 - 예를 들어, 두 개의 배향층이 제공될 수 있고, LC 층의 양 측면(예를 들어, 위 및 아래)에 하나씩 제공될 수 있다. 배향층은 "표면 배향층(surface alignment layer)"으로 지칭될 수 있다.
배향층과 관련된 다수의 파라미터는 LCOS 장치를 제조하는 동안 변경, 조정 또는 조작될 수 있으며, 이들 각각/모두는 LC 특성 및 전기적 및/또는 광학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 기계적 러빙(mechanical rubbing)을 이용하여 LC 층에서 LC의 배향(orientation) 방향에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 그레이팅(grating)과 같은 표면 처리를 배향층 상에 제공할 수 있다. 예를 들어, 배향층은 미리 결정된 선경사각 값의 선경사를 LC에 제공하기 위해 기울어지거나 달리 처리될 수 있다.
본 발명자는, LCOS 장치의 전기적/광학적 성능을 변경하기 위해, 배향층의 분자와 LC 사이의 상호작용(interaction)/끌어당김(attraction)의 강도(배향층이 제공하는 "표면 앵커링(surface anchoring)"으로 알려져 있음)가 또한(또는 대신) 변경될 수 있음을 확인했다. 일반적으로 표면 앵커링은 알려진 파라미터지만 기존 LCOS 장치의 제조 중에 의도적으로 변경되거나 조작되지 않는다. 배향층이 LC 층에 인접하게 LCOS 장치가 제조될 때, 표면 앵커링은 배향층의 분자와 LC 분자 사이의 고유 인력(inherent attractive force)에 기인하는 파라미터라는 것이 지금까지의 이해였다. 그러나, 본 발명자는 실제로 표면 앵커링이 구체적으로 변경될 수 있고, 표면 앵커링 값/강도는 LCOS 장치의 성능을 개선하는 데 도움이 되도록 선택될 수 있음을 확인했다.
본 발명자는 감소된 프린징 필드 효과 및 개선된 동적 범위를 제공하기 위해 LCOS 장치의 제조 과정 동안 선경사각 및 표면 앵커링이 선택적이고 지능적으로 상호 양호하게 제어될 수 있음을 확인했다. 특히, 이들은 기존의 LCOS 구성에서 사용된 값 대비 선경사각을 증가시키고 배향 표면의 표면 앵커링을 낮추는 조합을 채택하면 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 확인했다.
본 발명자의 연구에 따르면, LC 디렉터에 적당히 낮은 표면 앵커링을 부여하도록 배향층이 구성되어, 특정 구동 전압에 대해 통상적 및 비통상적 구성요소 간에 광의 위상 오프셋이 증가된다. 결과적으로, LCOS 장치의 셀의 사용 가능한 지연(즉, 동적 범위)이 증가한다. 더욱이, 배향층은 낮아진 표면 앵커링에 기인한 이점을 향상시키기 위해 LC 층의 액정(LC)의 디렉터에 상대적으로 높은 기 설정된 선경사(pretilt)(또는 "경사각(tilt angle)")를 주도록 구성될 수 있다.
선경사각을 증가시키고 배향 표면의 표면 앵커링을 낮춤으로써 "ON"으로 스위칭된 - 즉, "ON"으로 스위칭된 픽셀 전극과 관련된- LC 셀에서 LC 결정(crystal)의 순서(order)를 개선한다는 것을 본 발명자는 확인했다. 통상의 기술자는 네마틱(nematic) 물질의 결정이 위치 순서를 갖지 않지만 긴 축이 대략 평행한 장거리 방향 순서를 갖도록 자가 배향한다는 것을 알 것이다. 분자의 평균 방향(n)은 공간의 한 지점에서 시간에 따른 평균이거나 특정 시간에 공간에 대한 평균일 수 있다. n 디렉터의 상태는, 디렉터가 위 또는 아래를 가리킬 수 있고 +와 - n 디렉터가 완전히 동등하므로, 전기장 또는 자기장이 없는 상태에서는 구별이 어렵다.
"오더 파라미터(order parameter)"(S)는 일반적으로 LC 재료의 순서를 정량화하는 데 사용되며, 여기서 S는 배향 정도를 정량화하는 것으로서, 수학식 1과 같이 쓸 수 있다.
Figure pat00010
여기서
Figure pat00011
는 임의의 분자와 평균 디렉터 n 사이의 각도이다. 액정의 모든 분자가 완벽히 순서를 갖고 배향되면(디렉터와 함께
Figure pat00012
= 0°를 형성) 오더 파라미터 S는 1이 되고 모든 분자는 같은 방향을 가리킨다. 비순서(non-ordered) 시스템 또는 등방성(isotropic) 시스템의 경우, 오더 파라미터 S는 0에 접근하고
Figure pat00013
Figure pat00014
90º이다.
본 발명자는 감소된 표면 앵커링 및 추가로 바람직하게는 증가된 선경사각을 갖는 최적화된 LCOS가 제공되는 본 명세서에 개시된 개선 사항이, "ON"으로 스위칭된 픽셀의 픽셀 영역에서 멀어지고 픽셀 간 갭을 향하는 및/또는 인접한 "OFF"로 스위칭된 픽셀 전극을 향하는 프린징 필드 효과에 의해 통상적으로 생성되는 (전기장의 균일성의) 외란을 증가시킨다는 것을 확인하였다. 이로 인해 "ON"으로 스위칭된 셀에 대해 S 값(즉, LC의 개선된 순서)은 개선되게 된다. 따라서 픽셀 간 갭(interpixel gap)에 대해 대략 S = ±1/2의 순서 결함을 초래하고, 표면 앵커링 효과를 축소하여, 대비 및 위상 변조를 개선하는 데 유리하다.
본 발명자는 이하의 상세한 설명으로부터 이해되는 바와 같이, LCOS 장치를 위한 개선된 셀을 제공할 수 있는 선경사 및 표면 앵커링에 대한 값 또는 값의 범위를 확인하였다.
본 발명자는 본 명세서에 기술된 개선 사항을 제공함에 있어, 통념에 반하는 생각을 했다. 왜냐하면 표면 앵커링이 일반적으로 LC 셀의 제조 또는 처리 또는 작동과 관련하여 자체적으로 조작되는 파라미터가 아니기 때문이다. 더욱이, LCOS 장치의 배향층에 높은 선경사를 적용하는 것은, 액정의 유용한 각도 범위를 제한하여 변조기의 동적 범위를 제한한다는 통념 때문에 보통 기피된다. 그러나, 본 발명자는 여기에 설명된 바와 같이 높은 선경사와 낮은 수준의 표면 앵커링을 결합하는 것이 실질적으로 장치의 동적 범위를 증가시키는 효과를 갖는다는 것을 확인했다. 따라서, 본 발명자는 본 명세서에 개시된 바와 같이 증가된 선경사각 및 낮은 표면 앵커링의 균형을 구현함으로써 LC 셀 제조 기술 분야의 다양한 편견을 극복하였다.
종래의 LCOS 장치를 나타내는 도 3의 실시예를 다시 참조하면, 제1 배향층(303)이 픽셀 전극(301)의 어레이(각각이 LCOS의 개별 셀 또는 픽셀임) 상에, LC층(304) 아래에 배치되어 있음을 알 수 있다. 제2 배향층(305)은 단일 투명 전극(307)("공통 전극"으로 지칭될 수 있음)에 인접하여 LC 층(304) 위에 제공된다. 본 명세서에 설명된 개선 사항은, 두 개의 배향층을 포함하는 도 3의 장치와 같은 장치에서 하나 또는 둘 모두의 배향층에 대해 제공될 수 있다. 본 명세서에 기술된 개선 사항은 또한 단 하나의 배향층을 포함하는 구성으로 제공될 수 있다.
LCOS 장치의 배향층은 임의의 적절한 재료(material) 또는 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다른 층 상에 코팅 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이는 LCOS 장치의 전극층 중 하나 또는 둘 모두와 같은, 기판(substrate) 상의 폴리이미드(polyimide; PI) 코팅으로 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 배향층은 "PI 층"으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 배향층은 감광성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배향층은 자외선(UV) 광에 대한 노출에 반응하는 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 "배향층"이라는 단수의 용어를 사용하였지만, 실제로 각각의 "배향층"은 다수의 개별 층 또는 평면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배향층은 폴리이미드 층의 스택과 같은, 층의 스택을 포함할 수 있다.
선경사 및 표면 앵커링은 상호 독립적이다. 그러나, 본 발명자는 LCOS 공간 광 변조기 장치의 셀과 같은 복굴절 셀의 동작을 개선하기 위해 이 두 개의 인자들이 효율적으로 작동할 수 있게 하는 파라미터 세트를 알아냈다. 배향층이 제공하는 선경사 및 표면 앵커링을 변경하기 위해 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있다. 이 중 몇 가지 가능한 방법이 아래에 설명되어 있다. 이 방법들은 예시 목적으로만 제공되며 본 개시내용을 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
표면 앵커링(surface anchoring)
본 명세서에 개시된 개선 사항은 LCOS 장치와 같은 공간 광 변조기(SLM)의 하나 이상의 배향층을 처리하여 인접한 LC 층의 LC에 대해 기존 수준보다 낮은 수준/강도의 표면 앵커링을 제공하도록 하는 것을 포함한다. 배향층은 액정(LC)층과 물리적으로 접촉하도록 구성될 수 있다.
본 발명자는 배향층을 통해 비교적 약한 표면 앵커링이 제공된 경우, 전계가 인가되었을 때 LC층의 LC 디렉터가 빠르게 배향될 수 있음을 확인하였다. 이는 순서를 개선하고 LCOS의 스위칭 속도를 증가시킬 수 있다. 본 발명자는 이 유리한 효과가 다음에 더 상세히 설명되는 바와 같이 증가된 선경사(pretilt)가 적용될 때 증대된다는 것을 추가로 확인하였다. 본 발명자는 약한 앵커링이 저전압에서 높은 명암비를 달성하고, 전기 광학 응답(electro-optic response)에서 개선된 경사도(LC 벌크 변형(deformation in bulk))를 달성할 수 있다는 것을 추가로 확인했다.
실제로, 임의의 주어진 SLM에 대하여, 배향층에 대해 바람직한 표면 앵커링을 제공하기 위하여 배향층(들)을 처리하기 위해 선택된 접근법은, 예컨대, 배향층이 무엇으로부터 형성되었는지 및/또는 LC의 유형 및/또는 LCOS 장치의 크기 또는 유형 또는 의도된 목적과 같은 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다. 비용 및 가용 자원과 같은 기타 실용적인 고려 사항도 요인이 될 수 있다.
예를 들어, 배향층 두께를 변경함으로써 표면 앵커링이 가변될 수 있다. 특히, 배향층의 두께를 줄이면 앵커링 강도를 감소시킬 수 있다. 배향층에 대한 LC 층의 앵커링은 예를 들어 중합체 사슬(polymer chain)을 포함할 수 있는 배향층 분자와 액정 분자 사이의 이방성 분자간 상호작용(anisotropic inter-molecular interaction) 때문에 발생한다. 액정 분자와 배향층 분자(예: 폴리머)의 이방성 방향이 동일한 방향일 때 LC 분자와 배향 표면 분자의 상호작용("반 데르 발스(Van der Waals)" 상호작용을 포함함)은 강할 것이다. 따라서 배향층 표면에 가해지는 기계적 러빙의 강도/압력을 변경함으로써 분자간 상호작용(따라서 표면 앵커링의 강도)이 달라질 수 있다. 다시 말해서, 본 발명자는 배향층 표면 분자(예: 폴리머 사슬)의 러빙 강도 및/또는 방향을 변경함으로써 LC와 배향층 분자의 상호작용의 외란을 야기하여 표면 앵커링을 감소시킬 수 있다. 이것은 본 명세서에 개시된 개선 사항에 따라 원하는 비교적 낮은 수준의 표면 앵커링을 달성하기 위해 제어되고 선택적인 방식으로 수행될 수 있다. 얇은 배향층과 그에 적용되는 기계적 러빙의 방향 및/또는 강도/압력의 변화를 조합하는 것은 원하는 낮은 수준의 표면 앵커링을 달성하는 데 유리할 수 있다.
본 발명자는 배향층 상에 표면 및/또는 그레이팅 패턴을 도입하면 인접한 LC 층의 LC 디렉터가 표면 앵커링으로부터 신속하게 분리될 수 있다는 것을 추가로 확인하였다. 이로 인해 LCOS가 더 빠른 스위칭 속도를 가질 수 있다. 또한, 소위 "LC 임계값"/"프리데릭츠 전환(Freedericksz transition)"을 또한 줄일 수 있다. 즉, 요구 전압의 크기를 올리지 않고도 LC(또는 LC 층)에 대해 더 큰 위상 범위를 달성할 수 있다. 따라서, LC 셀은 기존의 LC 셀에 비해 향상된 동적 범위를 갖는다.
선경사각
본 명세서에 개시된 개선 사항은 LCOS 장치와 같은 공간 광 변조기(SLM)의 하나 이상의 배향층을 처리하여 인접한 LC 층에 상대적으로 높은 선경사각을 제공하도록 할 수 있다. 실제로, 임의의 주어진 SLM에 대해, 원하는 선경사를 제공하기 위해 배향층(들)을 처리하기 위해 선택된 접근법은, 예컨대, 배향층이 무엇으로부터 형성되는지 및/또는 LC의 유형 및/또는 SLM의 크기 또는 유형 또는 의도된 목적 중 하나 이상에 따라 달라질 수 있다. 비용 및 가용 자원과 같은 기타 실용적인 고려 사항도 요인이 될 수 있다.
예를 들어, 배향층은 PI(Polyimide)와 같은 고성능 플라스틱과 같이 내열성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 폴리이미드(PI)는 이미드 단량체의 중합체이며 견고한 유기 재료가 필요한 다양한 응용 분야에 사용된다. 폴리이미드 배향층을 사용하여 배향층을 오존 처리에 노출시키거나 저에너지 이온 빔을 사용하여 선경사를 변경함으로써 원하는 선경사가 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 배향층은 PI, PVA 또는 나일론 66과 같은 유기 재료이거나 이를 포함한다. 다른 실시예에서, 배향층은 SiOx 또는 MgF2와 같은 무기 재료이거나 이를 포함한다. 더욱이, 선택적 선경사 변경(즉, 배향층의 서로 다른 영역 사이의 선경사 변경)은, 선택된 픽셀을 마스킹하고/하거나 PI 층(또는 부분 층)을 서로의 상단에 및/또는 서로 옆에 인쇄함으로써 달성될 수 있다.
인접한 LC 결정(crystal)에 선경사를 부여하고 디렉터가 가리키는 방향에 영향을 끼치기 위해 배향층 표면에 기계적 러빙을 적용하는 것으로 알려져 있다. 선경사를 선택적으로 변경하기 위해, 배향 표면 러빙 방향에 평행한 선택된 패턴, 예를 들어 줄무늬를 각인하는 것이 추가로 가능하다. 중간 선경사각을 얻기 위해 배향층 표면을 가로질러 수평 및 수직으로 배향된 선경사 레벨의 조합을 제공하는 것도 추가로 가능하다.
배향층은 감광성 재료("광 배향 재료"로 지칭될 수 있음)를 대체재로서 또는 추가로 포함할 수 있다. 이러한 감광성 물질은 기판 상에 코팅될 수 있고, 원하는 선경사각을 달성하기 위해 제어되어 예컨대 UV 또는 IR 광으로 조사될 수 있다. 배향층은 폴리머 네트워크인 반응성 메조겐(RM)을 대체재로서 또는 추가로 포함할 수 있다. RM 배향층은 광 배향 물질과 유사한 방식으로 광 제어된 노광을 사용하여 배향/처리될 수 있다. 본 발명자는 반응성 메조겐(RM)이 특정/선택된 광 파장(예: UV 광)에 의해 제어될 수 있음을 확인하였고, 일부 실시예에서 마스크로 배향층을 패터닝하는 데 효과적으로 사용할 수 있어, 결과적으로 다른 각도 또는 높이를 가진 영역에 국부적인 배향을 구현할 수 있다. 일부 실시예에서, 배향층은 픽셀의 중앙/메인 부분과 비교할 때 픽셀 에지에서 국부적으로 상이하므로 프린징 필드 효과를 적절히 관리하는 데 도움을 준다.
본 발명자는 비교적 낮은 수준의 표면 앵커링과 함께 사용되는 비교적 높은 선경사각 범위가 LCOS 장치에 유익한 결과를 제공한다는 것을 확인했다. 예를 들어, 선경사각은 10 내지 25 도 또는 15 내지 25 도와 같이 5 내지 25 도 범위에 있을 수 있다.
본 명세서에 개시된 개선 사항은 다음 실시예에 의해 추가로 이해될 수 있다.
도 4는 통상적인(또는 "전형적인") LCOS 장치(400)의 개략도를 도시한다. 장치(400)는 예를 들어, 유리와 같은 투명 층을 갖는 (도 4에 도시된 방향에서 상층(top layer)으로) 제1 기판(402)을 포함한다. 단일 투명 전극(406)과 같은 공통 전극(406)이 제1 기판(402) 아래에 제공된다. 또한 (도 4에 도시된 방향에서) 바닥층으로서 제공되는 제2 기판(404)이 있다. 여기서 제2 기판(404)은, 예를 들어, 단결정 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 제2 기판(404)에는 그 위의 픽셀 전극의 2D 어레이가 어드레싱될 수 있는 회로가 내부에 매립되어 있다. 도 4에서, 제1 픽셀 전극(408), 제2 픽셀 전극(410), 및 제3 픽셀 전극(412)은 픽셀 전극의 2D 어레이 내에 포함되는 것으로 보일 수 있다. 제1 픽셀 전극(408)과 제2 픽셀 전극(410) 사이에는 제1 픽셀 간 갭(420)이 있고, 제1 픽셀 전극(408)과 제3 픽셀 전극(412) 사이에는 제2 픽셀 간 갭(422)이 있다.
LC(액정)층(418)은 공통 전극(406)과 픽셀 전극(408, 410, 412) 어레이 사이에 끼워져 있으므로, 통상의 기술자에 의해 잘 이해되는 바와 같이, 픽셀 전극(408, 410, 412)과 공통 전극(406) 사이에 인가되는 전압은 LC 층(418)에 변화를 가져올 수 있다. LC 층(418)은 소위 "평면(planar)" 또는 "균질한(homogenous)" 배향을 갖는다. 따라서, 전기장이 없는 상태에서 액정 분자의 배향은 제1 및 제2 기판(402, 404)과 실질적으로 평행하다.
공통 전극(406)과 LC 층(418)의 상부 사이에 제1 배향층(414)이 제공되고, LC 층(418)의 하부와 픽셀 전극(408, 410, 412) 어레이 사이에 제2 배향층(416)이 제공된다.
도 4의 전형적인 LCOS 장치(400)의 배향층(414, 416)의 선경사는 대략 5도이고 표면 앵커링은 대략 1e-3 J/m2이다. 평면 또는 균질한 배향으로 인해, 표면 앵커링 에너지는 각각의 배향층(414, 416)에 실질적으로 평행하다. 따라서, 표면 앵커링 에너지는 평행 앵커링 강도 또는 간단히 평행 강도로 지칭될 수 있다.
도 4에서, 원 영역(424)으로 표시된 LC 층(418) 내의 다르게 음영 처리된 부분은, 약 6 V의 전압이 (첫 번째 픽셀 전극(408)을 포함하는) 중앙 픽셀 셀에 인가되었을 때 LC 결정의 순서(order)의 불균일성이 있음을 보여준다. 이러한 불균일성으로 인해 달리 예상되는 값과 비교할 때, 이러한 영역(424)에서 달성할 수 있는 위상 지연의 변화를 초래한다. 도 4의 불균일성은 제1 픽셀 전극(408)으로부터 LC 층(418)을 통해 위쪽으로 확장되며, "재배향 벽(reorientation wall)"으로 지칭될 수 있다. 도 4에서 불균일성이 LC 층(418)의 상당 부분을 구성하여 실제로 중앙 셀이 제공하는 위상 지연에 눈에 띄게 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
도 5는 추가 예로서 도 4의 LC 층(418)과 유사한 유형 및 두께의 LC 층(526), 및 도 4의 배향 층(414, 416)과 유사한 배향 층(514, 516)을 갖는 다른 종래의 LCOS 장치를 도시한다. 도 5의 선경사는 약 5 도이고 표면 앵커링은 1e-3 J/m2이다. 전극(506, 508)도 도 4에 도시된 것과 유사하지만, 간결함을 위해 도 5에는 중앙 픽셀 전극(508)만 도시되어 있다. 실제로, 도시된 픽셀 전극(508)의 양쪽에 다른 픽셀 전극이 각각의 픽셀 간 갭만큼 이격되어 존재할 것이다. 도 5의 배향층(514, 516)은 전극(506, 508)에 수직인 방향으로 기계적으로 러빙되어졌다.
도 4와 유사하게, 도 5의 달리 음영 처리된 부분은 LC 층(526) 내의 불균일성을 보여준다. 픽셀 간 갭에 불균일성이 있고, 픽셀 전극(408)의 너비 대부분에 걸쳐 불균일성이 있다는 것을 볼 수 있다. 이 불균일성은, 픽셀 전극(508)의 중심 근처의 한 부분에서 불균일이 위쪽으로 도달하여 LC 층(526)의 상단에 닿고 LC층(526)의 상단에 근접하면서 너비가 증가하며 실제로 바깥쪽으로 퍼진다. LC 층(526)의 전체 두께에 걸쳐 그리고 픽셀 전극(508)의 실질적으로 중앙 부분에서의 이러한 불균일성이 존재하기 때문에, 픽셀 전극이 그 영역에서 제공할 수 있는 위상 지연에 상당한 외란이 야기된다. 따라서 도 5에 있는 장치의 전체 성능이 저하된다. 이 예에서 불균일성은 디스클리네이션으로 볼 수 있다.
비교하자면, 도 6은 도 6의 제1(614) 및 제2(616) 배향층이 본 명세서에 개시된 개선 사항에 따라 처리/제조되었다는 점을 제외하고는 도 5의 LCOS 장치와 유사한 LCOS 장치(600)를 포함한다. 특히, 배향층(614, 616)은 본 발명자가 밝혀낸 최적화된 파라미터 범위 내에 있는 파라미터 값을 나타내도록 적절히 처리되었다. 이 예에서 표면 앵커링은 1e-4 J/m2로 감소되었고 선경사는 20 도로 증가되었다. 그러나, 본 개시는 이러한 특정 값에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명자가 알아낸 이점은 선경사가 10 도 이상으로 변화되는 배향층(또는 층들)에서 확인되는데, 예컨대 10 도에서 25 도 사이이고, 배향층의 표면 앵커링은 1 mJ/m2 미만이 된다(즉, 1e-3 J/m2 미만으로 감소됨).
약간의 디스인클리네이션(disinclination) 또는 디스클리네이션(disclination)이 여전히 존재하지만 불균일성은 LC 층(618)의 매우 작은 부분만을 구성한다는 것을 도 6으로부터 알 수 있다. 더욱이, 불균일성은 "ON"으로 스위칭된 중앙 픽셀의 주/중앙 부분 위에 위치하는 것과 대조적으로 인접한 픽셀 간 갭(620, 622) 및 "OFF"로 스위칭된 픽셀에 또는 그 가까이에 거의 전체적으로 위치한다. 또한 도 6에서, LC 층의 하부에만 무질서(disorder)가 나타난다. 따라서 불균일성이 유발하는 위상 지연에 대한 외란은 기존 LCOS 장치에 비해 현저히 감소한다.
본 명세서에 개시된 개선 사항과 관련된 이점은 LCOS 장치의 다양한 두께 범위에 걸쳐 나타난다. 즉, 다양한 셀 갭을 갖는 LCOS 장치에 대해 나타날 수 있다. 통상의 기술자가 알 수 있는 바와 같이, "셀 갭"은 LCOS의 상부 및 하부 배향층 사이의 거리로서, 이들 기판의 평면에 수직인 방향으로 정의될 수 있다. 도 7은 2 μm의 셀 갭을 갖는 두 소자에 각각 5 V 전위를 인가했을 때 중심 픽셀 전극을 따라 위치에 따라 변화하는 위상 지연을 전극에 수직으로 계산한 것이다. 도 7의 "최적화된" 장치는 도 7의 "전형적인" LCOS와 비교하여 증가된 선경사 및 감소된 표면 앵커링을 가지고 있다. 구체적으로, 전형적인 LCOS의 표면 앵커링 강도는 1x10-3 J/m2인 반면, 최적화된 LCOS의 표면 앵커링 강도는 1x10-4 J/m2이다. 도 7에서 일반적인 LCOS의 선경사는 4°(4 도)인 반면 최적화된 LCOS의 선경사는 20°(20 도)이다.
도 7에서 LCOS 장치는 V = 0일 때 최대 지연이 얻어지고 V = V(이 경우 V = 5 V)일 때 최소(이상적으로는 0) 지연이 달성되도록 구성되었다. 도 7의 2 μm 셀 갭을 가진 일반적인 LCOS는 5 V의 전압이 픽셀 전극에 인가될 때 픽셀 전극 너비의 상당 부분에 걸쳐 위상 지연의 급격한 스파이크를 나타낸다. 반면에, 2 μm 셀 갭의 최적화된 LCOS가 제공하는 위상 지연은 픽셀 전극의 너비에 걸쳐 대체로 일정하며 0과 같거나 가깝다. 따라서 도 7은 배향층(들)의 표면 앵커링 및 선경사가 최적화될 때 ON으로 스위칭된 픽셀 셀(ON으로 스위칭된 픽셀 전극 위)의 LC디렉터는 실질적으로 수직으로(homeotropically) 배향되어 LCOS 장치의 전체 효율성과 예측 가능성을 높인다는 발명자의 인식을 확인시켜준다. 따라서, 본 발명자의 인식을 구현함으로써, 최적화된 셀(및 하나 이상의 이러한 최적화된 셀을 포함하는 LCOS 또는 기타 SLM)은 임의의 주어진 전압에 대해 보다 안정적이고 균일하며 예측 가능한 위상 지연을 주로 픽셀 간 갭 및/또는 OFF로 스위칭된 셀로 제한된 변경/스파이크(changes/spikes)와 함께 제공할 수 있다.
도 8은 도 7과 유사하지만, 5 μm 셀 갭이 있는 일반적인 LCOS와 본 명세서에 개시된 개선 사항에 따라 최적화된 5 μm 셀 갭이 있는 LCOS에 대한 위상 지연이 셀 위치에 따라 어떻게 변하는지를 보여준다. 즉, 도 8에서 최적화된 LCOS의 배향층(들)에서 선경사는 약 20도이고 표면 앵커링은 1e-4 J/m2인 반면 도 8에서 전형적인 LCOS의 배향층(들)에서는 선경사는 약 4 도이고 표면 앵커링은 1e-3 J/m2이다.
도 7의 경우와 같이 상대적으로 높은 선경사각과 상대적으로 낮은 수준의 표면 앵커링을 포함하는 최적화를 구현하면, 스위치-ON(switched-ON) 전극 위 위상 지연에서 볼 수 있는 스파이크의 크기를 감소시키고 스파이크를 픽셀 간 갭에 더 가깝게(및/또는 인접한 스위치-OFF 픽셀 쪽으로) 이동시킨다는 것을 도 8에서 볼 수 있다. 이것은 여기에 개시된 최적화된 파라미터가 더 높은 차수의 LC 디렉터를 가능하게 하고, 결과적으로 LC 디렉터에 전압이 인가될 때 LC 디렉터가 실질적으로 수직으로(homeotropically) 배향되게 하는데, 이는 프린징 필드 효과와 같은 효과로 인해 일반적인 LCOS 구성에서는 달성할 수 없는 것이다.
5 μm 셀 갭을 갖는 최적화된 LCOS에 대한 위상 지연 회피의 개선 정도가 도 7에 나타낸 2 μm 셀 갭을 갖는 최적화된 LCOS에 대한 것만큼 뚜렷하지 않기는 하지만, 본 발명은 그럼에도 불구하고 높은 선경사각과 낮은 수준의 표면 앵커링을 제공하는 경우, 최대 약 20 μm의 셀 갭을 포함하는 다양한 셀 갭을 갖는 LCOS 장치를 구현할 수 있다는 이점을 제공한다. 예를 들어, 셀 갭은 15 μm와 20 μm 사이, 또는 10 μm와 20 μm 사이, 또는 5 μm와 20 μm 사이, 또는 2 μm와 20 μm 사이, 또는 1 μm와 20 μm 사이일 수 있다. 더욱이, 본 발명자는 전형적인 LCOS 구성과 비교하여 본 명세서에 개시된 최적화의 결과로서, 유리한 효과 및 개선된 성능이 더 높은 전압(예: 약 9 V 내지 16 V)에서보다 더 낮은 전압(예: 약 5 V 내지 8 V)에서 더 두드러진다는 것을 확인하였다. 실용적인 수준(예: 10 V 이상으로)을 초과하여 전압을 증가시키면 LC 층의 무질서, 결함 또는 디스클리네이션과 관련하여 개선을 제공할 것임을 시사하는 통상적인 편견에 본 발명자는 반대하였다. 이와 달리, 본 발명자는 증가된 선경사각 및 감소된 표면 앵커링을 갖도록 배향층(들)을 처리하는 것이, 낮은 전압, 나아가 일반적으로 LC 장치에 적용되는 범위(예: 최대 약 6 V)에서 잘 작동함을 확인했다.
위에서 언급한 바와 같이, 여기에 개시된 최적화의 이점 중 하나는 LCOS 장치에 대한 동적 범위의 개선이다. 다시 말해서, 본 명세서에 개시된 최적화는 LC 셀이 전압 범위에 걸쳐 제공할 수 있는 최대 지연과 최소 지연 사이의 차이가 종래의 구성에 비해 증가할 수 있게 한다. 이것은 도 9와 10에 도시되어 있다.
도 9에서, 개시된 최적화가 가능하게 하는 동적 범위에 대한 개선을 볼 수 있다. 이것은 각각 1 μm 및 2 μm의 셀 갭에 대해 "전형적인" LCOS 장치 및 "최적화된" LCOS 장치에 대한 전압의 함수로서의 동적 범위를 보여준다. 도 9에서 최적화된 각 LCOS의 배향층에서 선경사는 약 20 도이고 표면 앵커링은 1e-4 J/m2인 반면, 도 9에서 전형적인 LCOS의 배향층에서 선경사는 약 4 도이고 표면 앵커링은 1e-3 J/m2이다. 각각의 경우에 최적화된 장치는 특히 더 낮은 전압에서 전형적인 장치에 대해 달성할 수 있는 것보다 더 큰 동적 범위를 제공한다.
도 10은 도 9와 유사하지만 각각 5 μm 및 20 μm의 셀 갭에 대해 "일반" LCOS 장치 및 "최적화된" LCOS 장치에 대한 다른 그래프를 보여준다. 최적화된 각 LCOS의 배향층에서 선경사는 약 20 도이고 표면 앵커링은 1e-4 J/m2인 반면, 일반적인 LCOS의 배향층에서는 선경사가 약 4 도이고 표면 앵커링은 1e-3 J/m2이다. 최적화된 장치는 특히 더 낮은 전압에서 일반적인 장치에서 얻을 수 있는 것보다 더 큰 동적 범위를 제공한다.
따라서, LCOS SLM인 공간 광 변조기(SLM)와 같은 개선된 ECB 장치가 제공된다. ECB 장치 또는 SLM을 제조하고 ECB 장치 또는 SLM을 위한 배향층을 처리하여 여기에 설명된 개선 사항을 달성하기 위한 개선된 방법이 또한 제공된다. 처리하는 과정은 통상적인 장치에서 볼 수 있는 값과 비교하여 배향층의 표면 앵커링을 구체적으로 낮추고 선택적으로 또한 선경사각을 높이는 것을 포함한다. 이것은 전압이 인가될 때 액정(LC) 층에서 왜곡(또는 "디스클리네이션")을 감소시키는 이점을 가지며, 이는 전압의 함수로서 보다 일관되고 안정적이고 예측 가능한 지연을 제공하는 효과를 갖는다. 또한 프린징 필드 효과와 같은 기존 장치에서 나타나는 문제를 줄이는 효과가 있으며 향상된 동적 범위라는 이점도 제공한다. 본 명세서에 개시된 개선의 이점 및 장점은 상이한 두께(즉, 상이한 셀 갭을 가짐)를 가진 장치에 적용된다. 15 내지 25 도, 10 내지 25 도 등의 범위의 선경사각과 같은 선경사 범위 및 1 mJ/m2 미만의 표면 앵커링과 같은 표면 앵커링 강도(surface anchoring strength) 범위에서도 이점과 장점이 관찰된다.
본 명세서에 개시된 개선된 장치(예: 개선된 LCOS 장치)는 임의의 광학 구성에서 디스플레이 장치로서 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 홀로그램을 표시하도록 구성될 수 있으며, 홀로그래픽 프로젝터 시스템에 포함될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 프로젝터 시스템은 광원 및 하나 이상의 거울, 렌즈, 디스플레이 스크린, 수광 표면, 확산기, 광학 결합기 등과 같은 추가의 적절한 광학 구성요소를 하나 이상 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 또한 하나 이상의 센서 또는 검출기를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 개선된 장치는 헤드업 디스플레이(HUD) 내에, 예를 들어 차량 및/또는 헤드-마운트 디스플레이(HMD)에 포함될 수 있다. 본 명세서에 개시된 개선된 공간 광 변조기는 홀로그래픽 LIDAR 시스템 내에 포함될 수 있다.
Additional features 추가 기능
일부 실시예에서, 개선된 공간 광 변조기가 광원을 포함하는 광학 구성 내에 포함될 때, 광원은 레이저 다이오드와 같은 레이저이다.
본 명세서에 설명된 방법 및 프로세스는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체"는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리와 같이 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장하도록 구성된 매체를 포함한다. 또한, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 기계가 본 명세서에 개시된 방법론 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령들을 기계의 수행 지령으로서 저장할 수 있는 어떤 매체 혹은 다중의 매체의 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 또한 클라우드 기반 스토리지 시스템을 포함한다. "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 솔리드-스테이트 메모리 칩(solid-state memory chip), 광학 디스크, 자기(magnetic) 메모리의 예시적인 형태의 하나 이상의 유형 및 비 일시적 데이터 저장소(예를 들어, 데이터 볼륨)를 포함하지만, 이에 국한되지 않으며, 디스크 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 실행을 위한 명령어는 캐리어 매체에 의해 전달될 수 있다. 이러한 캐리어 매체의 예는 일시적인 매체(예를 들어, 명령을 전달하는 전파 신호)를 포함한다.
첨부된 청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시는 첨부된 청구 범위 및 그 균등물의 범위 내의 모든 변경 및 변형을 포함한다.

Claims (16)

  1. 20 마이크로미터 이하의 셀 갭(cell gap) 및 배향층(alignment layer)과 접촉하는 액정에 선경사(pretilt)를 부여하도록 구성된 상기 배향층을 갖는 전기적으로 제어되는 복굴절(birefringence) 셀의 제조 방법으로서,
    상기 방법은 상기 액정과 상기 배향층 사이의 표면 앵커링 값(surface anchoring value)을 1 mJ/m2 미만으로 달성하기 위해 상기 배향층을 처리하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 선경사는, 10 내지 25 도 또는 15 내지 25 도와 같은 5 내지 25 도 범위 내의 선경사각(pretilt angle)을 갖는 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 배향층을 처리하는 과정은, 적어도 하나의 러빙 파라미터(rubbing parameter)에 특징되는 러빙(rubbing) 과정을 포함하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 러빙 파라미터는 러빙 압력을 포함하는 방법.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 배향층을 처리하는 과정은 100 nm 이하의 배향층 두께를 제공하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 셀 갭은 0.5 마이크로미터보다 큰 방법.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 배향층은 폴리이미드(polyimide)를 포함하는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 배향층을 처리하는 과정은 상기 배향층을 오존 또는 에너지 이온 빔에 노출시키는 과정을 포함하는 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 배향층은 폴리이미드 층의 스택을 포함하고, 상기 스택 내의 각 층은 상이한 선경사각(pretilt angle)에 대응하는 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 배향층을 처리하는 과정은 수평 또는 수직으로 배향된 폴리이미드 물질의 두 개 이상의 층을 혼합함으로써 중간 선경사각을 얻는 과정을 더 포함하는 방법.
  11. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 배향층은 광배향층(photoalignment layer)을 포함하고, 상기 배향층을 처리하는 과정은 적외선 또는 자외선에 대해 상기 배향층의 노출을 제어하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 배향층은 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함하고, 상기 배향층을 처리하는 과정은 자외선에 대해 상기 배향층의 노출을 제어하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 표면 앵커링 값이 0.1 mJ/m2 이하인 방법.
  14. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 액정은 0.3 또는 0.4 이상과 같이 0.2보다 큰 복굴절을 갖는 방법.
  15. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 셀은 프리데릭츠 셀(Freedericksz cell)이고/이거나 상기 액정은 네마틱 액정(nematic liquid crystal)이고, 선택적으로 평면 배향 구성인 방법.
  16. 전기적으로 제어되는 복굴절(birefringence) 셀로서,
    20 마이크로미터 이하의 셀 갭; 및
    배향층(alignment layer)과 접촉하는 액정에 10 내지 25 도 또는 15 내지 25 도와 같은 5 내지 25 도 범위 내의 선경사각(pretilt angle), 및 1 mJ/m2 미만의 표면 앵커링 값(surface anchoring value)을 부여하도록 구성된 배향층
    을 포함하는 복굴절 셀.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3360345B2 (ja) * 1992-04-10 2002-12-24 セイコーエプソン株式会社 液晶表示装置
TWI230820B (en) * 2001-10-24 2005-04-11 Picvue Electronics Ltd Bi-stable liquid crystal display device
GB0226784D0 (en) * 2002-11-18 2002-12-24 Qinetiq Ltd Liquid crystal devices with reduced surface anchoring energy
WO2004104682A1 (en) * 2003-05-19 2004-12-02 Kent State University Method of plasma beam bombardment of aligning films for liquid crystals
JP2005010202A (ja) * 2003-06-16 2005-01-13 Nec Corp 液晶パネル、該液晶パネルを用いた液晶表示装置および該液晶表示装置を搭載した電子機器
CN101581854A (zh) * 2008-05-06 2009-11-18 香港科技大学 在液晶盒里获得受控的预倾角和方位角的方法
RU2485563C1 (ru) * 2009-05-27 2013-06-20 Шарп Кабусики Кайся Жидкокристаллическое устройство отображения
GB2498170B (en) 2011-10-26 2014-01-08 Two Trees Photonics Ltd Frame inheritance
GB2501112B (en) 2012-04-12 2014-04-16 Two Trees Photonics Ltd Phase retrieval

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