WO2020055088A1 - 홀로그래픽 광학소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

홀로그래픽 광학소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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holographic optical
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서대한
김재진
송민수
신부건
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a holographic optical element and a display device including the holographic optical element manufactured thereby.
  • a display unit implementing augmented reality, mixed reality, or virtual reality includes a diffraction light guide plate using a diffraction phenomenon based on the wave properties of light.
  • Such a diffraction light guide plate mainly includes a plurality of diffraction optical elements having a plurality of grating lines patterns (Diffraction Optical Element) and a type having a holographic optical element (Holographic Optical Element) as a photosensitive material having an interference pattern recorded thereon. Is used.
  • the above-described background technology is technical information acquired by the inventor for derivation of embodiments of the present invention or acquired during the derivation process, and may be referred to as a publicly known technology disclosed to the general public before filing the embodiments of the present invention. none.
  • the present invention is to provide a method of manufacturing a reflective holographic optical element forming a plurality of exit pupils and a display device including the holographic optical element manufactured thereby.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention includes a lens unit having a holographic optical element manufactured by an embodiment according to an aspect of the present invention; And a light irradiating unit for irradiating light spreading along the irradiation direction to the holographic optical element, wherein the light irradiating unit irradiates light spreading at an angle equal to an angle at which the light of the second laser is collected. do.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a relationship between an irradiation direction of each of the first laser and the second laser and a light traveling direction of each of the first laser and the second laser at an arbitrary position.
  • FIG. 2 is a method of manufacturing a holographic optical device according to an aspect of the present invention, at a random position in a photosensitive region, the crossing angle between the light traveling direction of the first laser and the light traveling direction by the second laser is different It is a diagram schematically showing that a plurality of groups exist.
  • FIG 3 is a view showing an example of a method for irradiating a first laser and a second laser in a method of manufacturing a holographic optical element according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing another example of the irradiation method of the first laser and the second laser in the method of manufacturing a holographic optical device according to an aspect of the present invention.
  • FIG 5 is a view showing another example of the irradiation method of the first laser and the second laser in the method of manufacturing a holographic optical device according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an example of a display device according to another aspect of the present invention.
  • the step of irradiating the first laser may irradiate the second lasers having irradiation directions parallel to each other at a plurality of positions spaced apart from each other.
  • the step of irradiating the first laser irradiates a plurality of first lasers having different irradiation directions
  • the step of irradiating the second laser comprises irradiating a plurality of second lasers having different irradiation directions.
  • a crossing angle formed by each irradiation direction of a first laser of any one of a plurality of first lasers and a second laser of any one of a plurality of second lasers is different from any other first laser.
  • the crossing angle formed by each irradiation direction of the second laser may be the same as each other.
  • the step of irradiating the first laser and the step of irradiating the second laser may be performed a plurality of times while rotating the photosensitive substrate at a predetermined angular cycle around a predetermined horizontal center line.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention includes a lens unit having a holographic optical element manufactured by an embodiment according to an aspect of the present invention; And a light irradiating unit for irradiating light spreading along the irradiation direction to the holographic optical element, wherein the light irradiating unit irradiates light spreading at an angle equal to an angle at which the light of the second laser is collected. do.
  • the light irradiation unit may irradiate image light of a single wavelength.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a relationship between a first laser and a second laser in each irradiation direction and a light traveling direction of each of the first laser and the second laser at an arbitrary position
  • FIG. 2 is an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a holographic optical device according to a side surface there are a plurality of groups having different cross angles formed by a light traveling direction of a first laser and a light traveling direction of a second laser at an arbitrary position in a photosensitive region. It is a schematic drawing.
  • a method for manufacturing a holographic optical element according to an aspect of the present invention is for manufacturing a holographic optical element used in a display device that implements augmented reality, and uses two lasers coherent to each other on a photosensitive substrate.
  • a holographic optical element is manufactured by irradiating and recording a hologram.
  • the photosensitive substrate may be in the form of a film including a photosensitive layer.
  • the photosensitive layer may include a photosensitive material.
  • various types of photosensitive materials are known which can be used for the reproduction of holographic optical elements, and these materials can be used in the present invention without limitation.
  • photosensitive material photopolymer, photoresist, silver halide emulsion, dichromated gelatin, photographic emulsion, photothermoplastic (photothermoplastic) or photorefractive materials may be used.
  • the photosensitive substrate may be an optically transparent and non-anisotropic film, for example, triacetyl cellulose (TAC), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyamide (PA), Or it may be a substrate containing polyethylene terphthalate (PET) or the like, but is not particularly limited.
  • TAC triacetyl cellulose
  • PE polyethylene
  • PC polycarbonate
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • PET polyethylene terphthalate
  • the holographic optical element to be manufactured through the manufacturing method according to an aspect of the present invention is a reflective holographic optical element, which irradiates an object wave on one surface of the photosensitive substrate, and on the other surface of the photosensitive substrate opposite to one surface. It is known that it can be produced by irradiating a reference wave.
  • a method of manufacturing a holographic optical device comprises: irradiating a first laser beam with light spread along one direction of a photosensitive substrate and light collecting along a direction of irradiation with the other side of the photosensitive substrate Including the step of irradiating the second laser, the first laser and the second laser are located at any position in the photosensitive region where the light by the first laser and the light by the second laser intersect on the photosensitive substrate. It may be irradiated such that a plurality of groups having different crossing angles formed by the light traveling direction and the light traveling direction by the second laser exist.
  • the first laser and the second laser may be irradiated simultaneously to use coherency.
  • a plurality of holograms having different coherence characteristics can be recorded at any position of the photosensitive substrate. Even if light of a single wavelength is input to the reflective holographic optical element manufactured by the manufacturing method according to an aspect of the present invention using a projector / light irradiator, holograms having different coherence characteristics are recorded at arbitrary positions. Therefore, a plurality of different light reflection paths can be formed by reflection, thereby realizing a plurality of exit pupils.
  • the first laser and the second laser may be irradiated with light having the same single wavelength.
  • the first laser L1 is a laser through which light spreads along the irradiation direction.
  • the irradiation direction of the first laser (L1) is the angle ( ⁇ 1) formed by the outermost points (B1a, B1b) of the amount of light spread across a cross-section reference (based on (a) of FIG. 1) around the point A1 where the light is collected. ) May mean a direction in which the line L1_c bisecting) extends toward a direction in which light gradually spreads.
  • the direction of light travel by the first laser light L1 at an arbitrary position P extends toward the light spreading point (A1) and the line L1_P connecting an arbitrary position P to the light spreading direction. It can mean a direction.
  • the second laser L2 is a laser that collects light along the irradiation direction.
  • the irradiation direction of the second laser (L2) is the angle ( ⁇ 2) formed by the outermost point (B2a, B2b) of the amount of light spread across a cross-section reference (based on (b) of FIG. 1) around the point A2 where the light is collected. ) May mean a direction in which the line L2_c bisecting) extends toward a direction in which light gradually collects.
  • the direction of light travel by the second laser light L2 at an arbitrary position P extends toward the point where the light is collected (A2) and the line L2_P connecting the arbitrary position P toward the direction where light gradually collects. It can mean a direction.
  • a crossing angle formed by the light traveling direction of the first laser and the light traveling direction by the second laser It will be described that a plurality of different groups exist.
  • the first laser may be irradiated on one surface 10a of the photosensitive substrate 10, where the first laser has a plurality of light having different directions of travel. It is preferable to irradiate a plurality of times simultaneously or in a different order so as to reach an arbitrary position P of the photosensitive substrate 10 at the same time or in different orders.
  • the second laser may be irradiated to the other surface 10b of the photosensitive substrate 10.
  • the traveling direction of the light of the second laser reaching an arbitrary position P of the photosensitive substrate 10 may be defined as a single (L2_P), reaching an arbitrary position P of the photosensitive substrate 10
  • the light traveling direction of the first laser can be defined as a plurality of (L1a_P, L1b_P, L1c_P)
  • the first laser and the second laser interfere with each other at a random position P in the photosensitive region of the light by the first laser
  • a plurality of groups (L1a_P-L2_P, L1b_P-L2_P, L1c_P-L2_P) having different crossing angles ( ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c) formed by the traveling direction and the traveling direction of light by the second laser may exist.
  • the first laser may be irradiated on one surface 10a of the photosensitive substrate 10.
  • the first laser may be irradiated to the other surface 10b of the photosensitive substrate 10, wherein the second laser has a plurality of lights having different travel directions at the same time or in a different order, so that any position of the photosensitive substrate 10 It can be irradiated multiple times at the same time or in different order so that (P) can be reached.
  • the traveling direction of the light of the first laser reaching an arbitrary position P of the photosensitive substrate 10 may be defined as a single (L1_P), reaching an arbitrary position P of the photosensitive substrate 10 Since the light traveling direction of the first laser can be defined as plural (L2a_P, L2b_P), eventually, the light traveling direction by the first laser at an arbitrary position P of the photosensitive region where the first laser and the second laser interfere with each other And a plurality of groups (L1_P-L2a_P, L1_P-L2b_P) having different crossing angles ( ⁇ a ', ⁇ b') formed by the light traveling direction by the second laser.
  • FIG 3 is a view showing an example of a method for irradiating a first laser and a second laser in a method of manufacturing a holographic optical element according to an aspect of the present invention.
  • irradiation directions L1a_c, L1b_c, and L1c_c are respectively provided at a plurality of positions spaced apart from each other along the width direction (the horizontal direction in FIG. 3) of the photosensitive substrate 10.
  • the first lasers parallel to each other can be irradiated.
  • the plurality of first lasers L1a, L1b, and L1c may be irradiated simultaneously or in different order.
  • the second laser L2 may be simultaneously irradiated with each of the first lasers L1a, L1b, and L1c for hologram recording using coherence.
  • a plurality of lights L1a_P, L1b_P, and L1c_P having different directions of travel by the plurality of first lasers L1a, L1b, and L1c arrive at an arbitrary position P in the photosensitive region, and the second laser ( The direction of light travel by the first laser (L1a, L1b, L1c) and the second laser (L2) at an arbitrary position (P) in relation to the light (L2_P) reaching an arbitrary position (P) by L2)
  • a plurality of groups (L1a_P-L2_P, L1b_P-L2_P, L1c_P-L2_P) having different crossing angles formed by the traveling direction of light may exist.
  • FIG. 4 is a view showing another example of the irradiation method of the first laser and the second laser in the method of manufacturing a holographic optical device according to an aspect of the present invention.
  • the step of irradiating the first laser may irradiate a plurality of first lasers having different irradiation directions
  • the step of irradiating the second laser may irradiate a plurality of second lasers having different irradiation directions.
  • the first lasers L1a 'and L1b' are irradiated in different irradiation directions L1a'_c and L1b'_c
  • the second lasers L2a ', L2b') is also irradiated in different irradiation directions (L2a'_c, L2b'_c).
  • each irradiation direction (L1a'_c) of the first laser (L1a ') of any one of the plurality of first lasers (L1a', L1b ') and the second laser (L2a') of any one of the plurality of second lasers , L2a'_c), the intersection angle ( ⁇ 4a ) of the irradiation direction (L1b'_c, L2b'_c) of each of the other first laser (L1b ') and any other second laser (L2b') ) May be the same as the intersection angle ( ⁇ 4b ).
  • the intersection between the direction of light travel by the first laser and the direction of light travel by the second laser There may be a plurality of groups, each of which is different.
  • FIG 5 is a view showing another example of the irradiation method of the first laser and the second laser in the method of manufacturing a holographic optical device according to an aspect of the present invention.
  • the photosensitive substrate 10 is rotated at a predetermined angle around a predetermined horizontal center line (C, a direction perpendicular to the plane of FIG. 5) and multiple times. Can be performed. Even if the first laser (L1 ') and the second laser (L2') are irradiated in this way, at any position (P) of the photosensitive area on the photosensitive substrate (10), the direction of light travel by the first laser and the second laser A plurality of groups having different crossing angles formed by the traveling direction of light may exist.
  • FIG. 6 is a view showing an example of a display device according to another aspect of the present invention.
  • the display apparatus 1000 includes a lens unit 100 and a holographic body including the holographic optical element 110 manufactured by the method for manufacturing the holographic optical element according to one aspect of the present invention. It may include a light irradiation unit 200 for irradiating the light (Li_a, Li_b) spreading along the irradiation direction to the optical element 110.
  • a light irradiation unit 200 for irradiating the light (Li_a, Li_b) spreading along the irradiation direction to the optical element 110.
  • the lens unit 100 arranges the holographic optical element 110 on one surface of a transparent glass substrate or a polymer resin substrate, so that the external light of the natural system can be transmitted so that the display user can recognize objects, backgrounds, etc. of the natural system as it is.
  • the light input through the light irradiation unit 200 may be reflected by the reflective holographic optical element 110 to be displayed as a virtual image floating on an object, background, or the like, recognized by the user.
  • the light irradiation unit 200 irradiates light (Li_a, Li_b) spreading at an angle substantially equal to an angle ( ⁇ L2 ) where light of the second laser used when manufacturing the holographic optical device according to an aspect of the present invention is collected can do.
  • the light irradiation unit 200 may irradiate light of a single wavelength (Li_a, Li_b).
  • the light irradiation unit 200 may irradiate light having the same single wavelength as the second laser used when manufacturing the holographic optical device according to an aspect of the present invention.
  • the display apparatus 1000 Since the hologram having different coherence characteristics is recorded at an arbitrary position P of the holographic optical element 110, the display apparatus 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention has a single wavelength toward the lens unit 100. Even if the light is irradiated and input, a plurality of different light reflection paths (Lo_a, Lo_a '; Lo_b, Lo_b') can be formed by reflection, thereby realizing a plurality of exit pupils (EP1, EP2, EP3). The more light exit pupils, the larger the eye box can be formed.
  • the present display device 1000 since multiple exit pupils can be implemented, the actual pupil of the lens unit 100 for each user Even if the positions are different, there are a plurality of matching exit pupils, and thus there is an advantage that they can be used in response to users of various physical conditions.
  • the present display device 1000 has an advantage of not having to use a plurality of lasers that irradiate light of different wavelengths.
  • FIG. 7 is an image capable of confirming a result of forming a plurality of exit pupils by irradiating laser light of a specific wavelength to a lens unit having a holographic optical element manufactured using a first laser and a second laser of a specific wavelength.
  • the holographic optical element in this embodiment was manufactured using a first laser and a second laser having a wavelength of 532 nm, and a laser having a wavelength of 532 nm was irradiated by the light irradiating unit.
  • a laser having a wavelength of 532 nm was irradiated by the light irradiating unit.

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 광이 퍼지는 제1레이저를 조사하는 단계; 및 상기 감광 기재의 다른 면에 조사 방향을 따라 광이 모이는 제2레이저를 조사하는 단계를 포함하며, 상기 제1레이저 및 상기 제2레이저는, 상기 감광 기재 상 상기 제1레이저에 의한 광 및 상기 제2레이저에 의한 광이 교차하는 감광 영역의 임의의 위치에서 상기 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 상기 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하도록 조사되는, 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 본 발명의 일 측면에 따른 실시예에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 렌즈부; 및 상기 홀로그래픽 광학소자에 조사 방향을 따라 퍼지는 광을 조사하는 광 조사부를 포함하며, 상기 광 조사부는, 상기 제2레이저의 광이 모이는 각도와 동일한 각도로 퍼지는 광을 조사하는, 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

홀로그래픽 광학소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 홀로그래픽 광학소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality), 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)을 구현하는 디스플레이 유닛에 관심이 커지면서, 이를 구현하는 디스플레이 유닛에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 추세이다. 증강현실, 혼합현실, 또는 가상현실을 구현하는 디스플레이 유닛은 광의 파동적 성질에 기초한 회절 현상을 이용하는 회절 도광판을 포함하고 있다.
이러한 회절 도광판으로는 주로 복수의 격자선 패턴을 갖는 복수의 회절 광학소자(Diffraction Optical Element)를 구비하는 타입과, 간섭패턴이 기록된 감광재료로서 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element)를 구비하는 타입이 이용된다.
한편, 회절 광학소자를 구비하는 타입의 경우에는 색 분리 효율이 낮아 이미지 크로스토크(image crosstalk)가 발생할 수 있다. 또한, 회절 광학소자 또는 투과형 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 타입의 경우에는 전체적인 광 손실이 크게 발생할 수 있다.
반면, 반사형 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 타입의 경우에는 색 분리 효율이 크고, 광 손실 또한 회절 광학소자/투과형 홀로그래픽 광학소자 대비 작지만, 아이 박스(Eye Box)의 크기를 결정하는 출사동공(Exit Pupil)이 작다는 단점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 복수의 출사동공을 형성하는 반사형 홀로그래픽 광학소자를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하기 위함이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 광이 퍼지는 제1레이저를 조사하는 단계; 및 상기 감광 기재의 다른 면에 조사 방향을 따라 광이 모이는 제2레이저를 조사하는 단계를 포함하며, 상기 제1레이저 및 상기 제2레이저는, 상기 감광 기재 상 상기 제1레이저에 의한 광 및 상기 제2레이저에 의한 광이 교차하는 감광 영역의 임의의 위치에서 상기 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 상기 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하도록 조사되는, 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 본 발명의 일 측면에 따른 실시예에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 렌즈부; 및 상기 홀로그래픽 광학소자에 조사 방향을 따라 퍼지는 광을 조사하는 광 조사부를 포함하며, 상기 광 조사부는, 상기 제2레이저의 광이 모이는 각도와 동일한 각도로 퍼지는 광을 조사하는, 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법에 의해 제조된 반사형 홀로그래픽 광학소자에 프로젝터/광 조사부를 이용하여 단일파장의 광을 입력시키더라도, 임의의 위치에서 간섭성 특성이 서로 다른 홀로그램이 기록되어 있기 때문에 반사에 의해 서로 다른 복수의 광반사 경로가 형성될 수 있어, 복수의 출사동공을 구현시킬 수 있다.
도 1은 제1레이저 및 제2레이저 각각의 조사방향 및 임의의 위치에서의 제1레이저 및 제2레이저 각각의 광의 진행방향과의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 감광 영역의 임의의 위치에서 제1레이저의 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 제1레이저와 제2레이저의 조사방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 제1레이저와 제2레이저의 조사방법의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 제1레이저와 제2레이저의 조사방법의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 다른 측면에 따른 디스플레이 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 광이 퍼지는 제1레이저를 조사하는 단계; 및 상기 감광 기재의 다른 면에 조사 방향을 따라 광이 모이는 제2레이저를 조사하는 단계를 포함하며, 상기 제1레이저 및 상기 제2레이저는, 상기 감광 기재 상 상기 제1레이저에 의한 광 및 상기 제2레이저에 의한 광이 교차하는 감광 영역의 임의의 위치에서 상기 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 상기 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하도록 조사되는, 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법을 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1레이저를 조사하는 단계는, 서로 이격되어 있는 복수의 위치에서 각각 조사 방향이 서로 평행한 제2레이저를 조사할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1레이저를 조사하는 단계는, 조사 방향이 서로 다른 복수의 제1레이저를 조사하며, 상기 제2레이저를 조사하는 단계는, 조사 방향이 서로 다른 복수의 제2레이저를 조사하며, 복수의 제1레이저 중 어느 하나의 제1레이저와 복수의 제2레이저 중 어느 하나의 제2레이저의 각 조사방향이 이루는 교차각은, 다른 어느 하나의 제1레이저와 다른 어느 하나의 제2레이저의 각 조사방향이 이루는 교차각과 서로 동일할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1레이저를 조사하는 단계 및 상기 제2레이저를 조사하는 단계는, 상기 감광 기재를 소정의 수평 중심선을 중심으로 소정 각도 주기로 회전해가며 복수 회 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 본 발명의 일 측면에 따른 실시예에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 렌즈부; 및 상기 홀로그래픽 광학소자에 조사 방향을 따라 퍼지는 광을 조사하는 광 조사부를 포함하며, 상기 광 조사부는, 상기 제2레이저의 광이 모이는 각도와 동일한 각도로 퍼지는 광을 조사하는, 디스플레이 장치를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 광 조사부는 단일 파장의 이미지광을 조사할 수 있다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 제1레이저 및 제2레이저 각각의 조사방향 및 임의의 위치에서의 제1레이저 및 제2레이저 각각의 광의 진행방향과의 관계를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 감광 영역의 임의의 위치에서 제1레이저의 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법은, 증강 현실을 구현하는 디스플레이 장치에 이용되는 홀로그래픽 광학소자를 제조하기 위한 것으로서, 감광 기재에 서로 간섭성(coherent)인 2개의 레이저를 조사하여 홀로그램을 기록하여 홀로그래픽 광학소자를 제조한다.
한편, 감광 기재는 감광층을 포함하는 필름 형태일 수 있다. 또한, 감광층은 감광재료를 포함할 수 있다. 홀로그램 관련 분야에서는, 홀로그래픽 광학소자의 복제에 사용될 수 있는 다양한 종류의 감광재료가 공지되어 있으며, 이러한 재료가 제한없이 본 발명에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 감광재료로는, 포토폴리머(photopolymer), 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic) 또는 광회절(photorefractive) 재료 등이 사용될 수 있다. 상기 감광 기재는 광학적으로 투명하면서 이방성이 없는 필름일 수 있고, 예를 들어, 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 또는 폴리에틸렌 테르프탈레이트(PET) 등을 포함하는 기재일 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 측면에 따른 제조 방법을 통해 제조하고자 하는 홀로그래픽 광학소자는 반사형 홀로그래픽 광학소자로서, 감광 기재의 일면 상에 물체파를 조사하고, 일면과 반대되는 감광 기재의 다른 면 상에 기준파를 조사하는 방식으로 제조될 수 있다고 알려져 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법은, 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 광이 퍼지는 제1레이저를 조사하는 단계 및 감광 기재의 다른 면에 조사 방향을 따라 광이 모이는 제2레이저를 조사하는 단계를 포함하며, 제1레이저 및 제2레이저는 감광 기재 상 제1레이저에 의한 광 및 제2레이저에 의한 광이 교차하는 감광 영역의 임의의 위치에서 상기 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 상기 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하도록 조사될 수 있다. 여기서, 제1레이저와 제2레이저는 간섭성을 이용하기 위하여 동시에 조사될 수 있다. 이로써, 감광 기재의 임의의 위치에서 간섭성 특성이 서로 다른 복수의 홀로그램이 기록될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 제조 방법에 의해 제조된 반사형 홀로그래픽 광학소자에 프로젝터/광 조사부를 이용하여 단일파장의 광을 입력시키더라도, 임의의 위치에서 간섭성 특성이 서로 다른 홀로그램이 기록되어 있기 때문에 반사에 의해 서로 다른 복수의 광반사 경로가 형성될 수 있어, 복수의 출사동공을 구현시킬 수 있다.
여기서, 제1레이저와 제2레이저는 서로 동일한 단일 파장의 광으로 조사될 수 있다.
우선, 도 1을 참조하여 제1레이저 및 제2레이저 각각의 조사방향 및 임의의 위치에서의 제1레이저 및 제2레이저 각각의 광의 진행방향과의 관계를 설명하기로 한다.
제1레이저(L1)는 조사 방향을 따라 광이 퍼지는 레이저이다. 제1레이저(L1)의 조사 방향은, 광이 모여있는 지점(A1)을 중심으로 단면 기준(도 1의 (a) 기준) 퍼져 있는 광의 양 최외각지점(B1a, B1b)이 이루는 각도(θ1)를 이등분하는 선(L1_c)이 광이 점차 퍼지는 방향 측으로 연장되어 있는 방향을 의미할 수 있다. 임의의 위치(P)에서 제1레이저(L1)에 의한 광의 진행방향은 광이 모여있는 지점(A1)과 임의의 위치(P)를 연결하는 선(L1_P)이 광이 점차 퍼지는 방향 측으로 연장되어 있는 방향을 의미할 수 있다.
제2레이저(L2)는 조사 방향을 따라 광이 모이는 레이저이다. 제2레이저(L2)의 조사 방향은, 광이 모여있는 지점(A2)을 중심으로 단면 기준(도 1의 (b) 기준) 퍼져있는 광의 양 최외각지점(B2a, B2b)이 이루는 각도(θ2)를 이등분하는 선(L2_c)이 광이 점차 모이는 방향 측으로 연장되어 있는 방향을 의미할 수 있다. 임의의 위치(P)에서 제2레이저(L2)에 의한 광의 진행방향은 광이 모여있는 지점(A2)과 임의의 위치(P)를 연결하는 선(L2_P)이 광이 점차 모이는 방향 측으로 연장되어 있는 방향을 의미할 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 감광 영역의 임의의 위치에서 제1레이저의 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하는 것을 설명하기로 한다.
예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1레이저는 감광 기재(10)의 일면(10a)에 조사될 수 있으며, 여기서 제1레이저는 진행방향이 서로 다른 복수의 광이 동시 또는 순서를 달리하여 감광 기재(10)의 임의의 위치(P)에 도달할 수 있도록 동시 또는 순서를 달리하여 복수회 조사되는 것이 바람직하다. 제2레이저는 감광 기재(10)의 다른 면(10b)에 조사될 수 있다. 이 때 감광 기재(10)의 임의의 위치(P)에 도달하는 제2레이저의 광의 진행방향은 단일(L2_P)로 정의될 수 있으며, 감광 기재(10)의 임의의 위치(P)에 도달하는 제1레이저의 광의 진행방향은 복수(L1a_P, L1b_P, L1c_P)로 정의될 수 있으므로, 결국 제1레이저와 제2레이저가 서로 간섭되는 감광 영역의 임의의 위치(P)에서 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각(θa, θb, θc) 이 서로 다른 복수의 그룹(L1a_P - L2_P, L1b_P - L2_P, L1c_P - L2_P)이 존재할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1레이저는 감광 기재(10)의 일면(10a)에 조사될 수 있다. 제1레이저는 감광 기재(10)의 다른 면(10b)에 조사될 수 있으며, 여기서 제2레이저는 진행방향이 서로 다른 복수의 광이 동시 또는 순서를 달리하여 감광 기재(10)의 임의의 위치(P)에 도달할 수 있도록 동시 또는 순서를 달리하여 복수회 조사될 수 있다. 이 때 감광 기재(10)의 임의의 위치(P)에 도달하는 제1레이저의 광의 진행방향은 단일(L1_P)로 정의될 수 있으며, 감광 기재(10)의 임의의 위치(P)에 도달하는 제1레이저의 광의 진행방향은 복수(L2a_P, L2b_P)로 정의될 수 있으므로, 결국 제1레이저와 제2레이저가 서로 간섭되는 감광 영역의 임의의 위치(P)에서 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각(θa', θb') 이 서로 다른 복수의 그룹(L1_P - L2a_P, L1_P - L2b_P)이 존재할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 제1레이저와 제2레이저의 조사방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1레이저를 조사하는 단계는 감광 기재(10)의 폭 방향(도 3 기준 가로 방향)을 따라 서로 이격되어 있는 복수의 위치에서 각각 조사 방향(L1a_c, L1b_c, L1c_c)이 서로 평행한 제1레이저를 조사할 수 있다. 이 때, 복수의 제1레이저(L1a, L1b, L1c)는 동시 또는 순서를 달리하여 조사될 수 있다. 다만, 간섭성을 이용한 홀로그램 기록을 위해 제2레이저(L2)는 각 제1레이저(L1a, L1b, L1c)와 동시에 조사될 수 있다. 이 경우, 감광 영역의 임의의 위치(P)에서는 복수의 제1레이저(L1a, L1b, L1c)에 의한 진행방향이 서로 다른 복수의 광(L1a_P, L1b_P, L1c_P)이 도달하며, 제2레이저(L2)에 의해 임의의 위치(P)에 도달하는 광(L2_P)과의 관계에서 임의의 위치(P)에서 제1레이저(L1a, L1b, L1c)에 의한 광의 진행방향과 제2레이저(L2)에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹(L1a_P - L2_P, L1b_P - L2_P, L1c_P - L2_P)이 존재할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 제1레이저와 제2레이저의 조사방법의 다른 예를 도시한 도면이다.
제1레이저를 조사하는 단계는 조사방향이 서로 다른 복수의 제1레이저를 조사하며, 제2레이저를 조사하는 단계는 조사방향이 서로 다른 복수의 제2레이저를 조사할 수 있다. 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 제1레이저들(L1a', L1b')은 서로 다른 조사방향(L1a'_c, L1b'_c)으로 조사되고 있고, 제2레이저들(L2a', L2b')도 서로 다른 조사방향(L2a'_c, L2b'_c)으로 조사되고 있다. 한편, 복수의 제1레이저(L1a', L1b') 중 어느 하나의 제1레이저(L1a')와 복수의 제2레이저 중 어느 하나의 제2레이저(L2a')의 각 조사방향(L1a'_c, L2a'_c)이 이루는 교차각(θ 4a)은, 다른 어느 하나의 제1레이저(L1b')와 다른 어느 하나의 제2레이저(L2b')의 각 조사방향(L1b'_c, L2b'_c)이 이루는 교차각(θ 4b)과 서로 동일할 수 있다. 이러한 방법으로 제1레이저와 제2레이저를 조사하더라도, 감광 기재(10) 상 감광 영역의 임의의 위치(P)에서는 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 있어, 제1레이저와 제2레이저의 조사방법의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
제1레이저를 조사하는 단계 및 제2레이저를 조사하는 단계는, 감광 기재(10)를 소정의 수평 중심선(C, 도 5의 평면에 수직한 방향)을 중심으로 소정 각도로 회전해가며 복수 회 수행될 수 있다. 이러한 방법으로 제1레이저(L1')와 제2레이저(L2')를 조사하더라도, 감광 기재(10) 상 감광 영역의 임의의 위치(P)에서는 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재할 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 측면에 따른 디스플레이 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 디스플레이 장치(1000)는, 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조방법에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자(110)를 구비하는 렌즈부(100) 및 홀로그래픽 광학소자(110)에 조사 방향을 따라 퍼지는 광(Li_a, Li_b)을 조사하는 광 조사부(200)를 포함할 수 있다.
렌즈부(100)는 투명한 유리 기재 또는 고분자수지 기재의 일면에 홀로그래픽 광학소자(110)를 배치하여, 자연계의 외광은 투과될 수 있도록 하여 디스플레이 이용자가 자연계의 사물, 배경 등을 그대로 인식할 수 있도록 하는 동시에, 광 조사부(200)를 통해 입력된 광이 반사형 홀로그래픽 광학소자(110)에 의해 반사되어 사용자가 인식하는 자연계의 사물, 배경 등에 떠 있는 허상으로 디스플레이되도록 할 수 있다.
광 조사부(200)는, 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조시 이용된 제2레이저의 광이 모이는 각도(θ L2)와 실질적으로 동일한 각도로 퍼지는 광(Li_a, Li_b)을 조사할 수 있다.
광 조사부(200)는 단일 파장의 광(Li_a, Li_b)을 조사할 수 있다. 상세히, 광 조사부(200)는, 본 발명의 일 측면에 따른 홀로그래픽 광학소자의 제조시 이용된 제2레이저와 동일한 단일 파장의 광을 조사할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)는 홀로그래픽 광학소자(110)의 임의의 위치(P)에 간섭성 특성이 서로 다른 홀로그램이 기록되어 있기 때문에, 렌즈부(100) 측으로 단일 파장의 광을 조사하여 입력하더라도 반사에 의해 서로 다른 복수의 광반사 경로(Lo_a, Lo_a'; Lo_b, Lo_b')가 형성될 수 있어, 복수의 출사동공(EP1, EP2, EP3)을 구현시킬 수 있다. 광을 출사동공이 많으면 많을수록 아이 박스(Eye Box)를 크게 형성할 수 있는데, 본 디스플레이 장치(1000)의 경우에는 복수의 출사동공을 구현할 수 있으므로, 사용자마다 렌즈부(100)에 대한 실제 동공의 위치가 달라지더라도 매칭되는 출사동공이 복수개 존재하므로 다양한 신체 조건의 사용자에 대응하여 이용될 수 있는 장점이 있다. 또한, 복수의 출사동공을 구현함에 있어, 본 디스플레이 장치(1000)의 경우에는 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 레이저를 이용하지 않아도 되는 장점이 있다.
도 7은 특정 파장의 제1레이저와 제2레이저를 이용하여 제조된 홀로그래픽 광학소자를 구비한 렌즈부에 특정 파장의 레이저 광을 조사하여 복수의 출사동공이 형성된 결과를 확인할 수 있는 이미지이다.
구체적으로, 본 실시예에서의 홀로그래픽 광학소자는 532 nm 파장의 제1레이저와 제2레이저를 이용하여 제조되었고, 광조사부에 의해 532 nm 파장의 레이저를 본 실시예에서의 홀로그래픽 광학소자를 구비한 렌즈부에 조사하여 렌즈부로부터 특정 거리에 스크린(S)을 위치시킨 결과, 스크린에 3개의 출사동공(EP1, EP2, EP2)이 위치하는 것을 확인할 수 있었다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (6)

  1. 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 광이 퍼지는 제1레이저를 조사하는 단계; 및
    상기 감광 기재의 다른 면에 조사 방향을 따라 광이 모이는 제2레이저를 조사하는 단계를 포함하며,
    상기 제1레이저 및 상기 제2레이저는, 상기 감광 기재 상 상기 제1레이저에 의한 광 및 상기 제2레이저에 의한 광이 교차하는 감광 영역의 임의의 위치에서 상기 제1레이저에 의한 광의 진행방향과 상기 제2레이저에 의한 광의 진행방향이 이루는 교차각이 서로 다른 복수의 그룹이 존재하도록 조사되는, 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이저를 조사하는 단계는,
    서로 이격되어 있는 복수의 위치에서 각각 조사 방향이 서로 평행한 제1레이저를 조사하는. 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이저를 조사하는 단계는, 조사 방향이 서로 다른 복수의 제1레이저를 조사하며,
    상기 제2레이저를 조사하는 단계는, 조사 방향이 서로 다른 복수의 제2레이저를 조사하며,
    복수의 제1레이저 중 어느 하나의 제1레이저와 복수의 제2레이저 중 어느 하나의 제2레이저의 각 조사방향이 이루는 교차각은, 다른 어느 하나의 제1레이저와 다른 어느 하나의 제2레이저의 각 조사방향이 이루는 교차각과 서로 동일한, 홀로그래픽 광학소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이저를 조사하는 단계 및 상기 제2레이저를 조사하는 단계는, 상기 감광 기재를 소정의 수평 중심선을 중심으로 소정 각도로 회전해가며 복수 회 수행되는, 홀로그래픽 광학소자의 제조방법.
  5. 제1항의 제조방법에 의해 제조된 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 렌즈부; 및
    상기 홀로그래픽 광학소자에 조사 방향을 따라 퍼지는 광을 조사하는 광 조사부를 포함하며,
    상기 광 조사부는, 상기 제2레이저의 광이 모이는 각도와 동일한 각도로 퍼지는 광을 조사하는, 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 조사부는 단일 파장의 광을 조사하는, 디스플레이 장치.
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