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KR102664386B1 - 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 - Google Patents

홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 Download PDF

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KR102664386B1
KR102664386B1 KR1020160159420A KR20160159420A KR102664386B1 KR 102664386 B1 KR102664386 B1 KR 102664386B1 KR 1020160159420 A KR1020160159420 A KR 1020160159420A KR 20160159420 A KR20160159420 A KR 20160159420A KR 102664386 B1 KR102664386 B1 KR 102664386B1
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coupler
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김선일
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Abstract

백라이트 유닛, 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치가 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은, 광원, 상기 광원에서 공급된 광빔을 제1방향으로 안내하는 제1도광판, 상기 제1도광판을 통해 입사된 광빔을 제2방향으로 안내하는 제2도광판, 및 상기 제1도광판과 제2도광판 사이에 구비된 출력 겸용 입력 커플러를 포함한다.

Description

홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 {Backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same}
예시적인 실시예들은 광효율을 증가시킨 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3차원 영상을 구현하는 방식으로서 안경 방식과 무안경 방식이 널리 상용화되어 사용되고 있다. 안경 방식에는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식이 있으며, 무안경 방식에는 렌티큘러 방식과 패럴랙스 배리어 방식이 있다. 이러한 방식들은 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점 수의 증가에 한계가 있을 뿐만 아니라, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 시청자로 하여금 피로감을 느끼게 한다.
뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차(full parallax)를 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 방식으로서, 홀로그래픽 디스플레이 방식이 점차 실용화되고 있다. 홀로그래픽 디스플레이 방식은, 원본 물체로부터 반사된 물체광과 참조광을 간섭시켜 얻은 간섭무늬를 기록한 홀로그램 패턴에 참조광을 조사하여 회절시키면, 원본 물체의 영상이 재생되는 원리를 이용하는 것이다. 현재 실용화되고 있는 홀로그래픽 디스플레이 방식은 원본 물체를 직접 노광하여 홀로그램 패턴을 얻기 보다는 컴퓨터로 계산된 홀로그램(computer generated hologram; CGH)을 전기적 신호로서 공간 광변조기에 제공한다. 입력된 CGH 신호에 따라 공간 광변조기가 홀로그램 패턴을 형성하여 참조광을 회절시킴으로써 3차원 영상이 생성될 수 있다.
그런데, 완전한 홀로그래픽 디스플레이 방식을 구현하기 위해서는 매우 높은 해상도의 공간 광변조기 및 매우 많은 데이터 처리량이 필요하다. 최근에는 데이터 처리량 및 해상도의 조건을 완화하기 위하여, 관찰자의 양안에 해당하는 시역에만 각각 홀로그램 영상을 제공하는 양안 홀로그램(binocular hologram) 방식이 제안되고 있다. 예를 들어, 관찰자의 좌안 시역에 해당하는 시점을 갖는 홀로그램 영상과 관찰자의 우안 시역에 해당하는 시점을 갖는 홀로그램 영상만을 생성하여 관찰자의 좌안과 우안에 각각 제공하는 것이다. 이 경우, 나머지 시점들에 대한 홀로그램 영상들을 생성하지 않아도 되기 때문에 데이터 처리량을 크게 줄일 수 있으며, 현재 상용화된 디스플레이 장치로도 공간 광변조기의 해상도 조건을 만족할 수 있다.
예시적인 실시예는 광효율을 증가시킨 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
예시적인 실시예는 광효율을 증가시킨 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원; 상기 광원에서 공급된 광빔을 안내하고 제1방향으로 광빔을 확장시키는 제1도광판; 상기 제1도광판 내부로 상기 광빔을 진행시키는 입력 커플러; 상기 제1도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제1 출력 커플러; 상기 제1 출력 커플러를 통과한 광빔을 안내하고 제2방향으로 광빔을 확장시키는 제2도광판; 및 상기 제2도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제2 출력 커플러;를 포함할 수 있다.
상기 제1 출력 커플러가 상기 제1도광판과 제2도광판 사이에 구비될 수 있다.
상기 제1 출력 커플러가 제2 도광판의 입력 커플러 겸용으로 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 도광판이 출사면에 대해 제1각도로 기울어진 입사면을 포함하고, 상기 기울어진 입사면에 제1 도광판과 제1 출력 커플러가 결합될 수 있다.
상기 제1 도광판과 제2 도광판이 같은 평면에 구비될 수 있다.
상기 제1 출력 커플러가 2차원 그레이팅 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 출력 커플러와 제2 도광판 사이에 굴절 소자 또는 회절 소자가 더 구비될 수 있다.
상기 제2 도광판의 측면 중 상기 제1 출력 커플러와 마주보는 측면에 제2 도광판의 출사면에 대해 제2각도로 기울어진 미러가 더 구비될 수 있다.
상기 광원과 제1 도광판 사이에 광의 진행 방향을 변환하는 빔 편향기가 더 구비될 수 있다.
상기 광원과 제1 도광판 사이에 광을 확장시키는 예비 확장부(pre expander)가 더 구비될 수 있다.
상기 제2 도광판이 제1 도광판에 대해 마주보는 제1면을 포함하고, 상기 제1면에 제3 도광판이 더 구비되고, 상기 제3 도광판에 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 광원이 더 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 광원으로부터 조사된 광을 제3 도광판에 커플링하는 다른 입력 커플러와, 상기 제2 도광판과 제3 도광판 사이에 출력 커플러가 더 구비될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원; 상기 광원에서 공급된 광빔을 제1방향으로 안내하는 제1도광판; 상기 제1도광판을 통해 입사된 광빔을 제2방향으로 안내하는 제2도광판; 및 상기 제1도광판과 제2도광판 사이에 구비된 것으로, 제1도광판으로부터 광빔을 출광시키고, 제2도광판으로 광빔을 입사시키는 출력 겸용 입력 커플러;를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 공급된 광빔을 안내하고 제1방향으로 광빔을 확장시키는 제1도광판; 상기 제1도광판 내부로 상기 광빔을 진행시키는 입력 커플러; 상기 제1도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제1 출력 커플러; 상기 제1 출력 커플러를 통과한 광빔을 안내하고 제2방향으로 광빔을 확장시키는 제2도광판; 상기 제2도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제2 출력 커플러; 및 입사 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기;를 포함할 수 있다.
상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 포커싱하는 프레넬 렌즈가 더 구비될 수 있다.
상기 광원과 입력 커플러 사이에 빔 편향기가 더 구비될 수 있다.
사용자의 동공의 위치를 센싱하는 아이 트래킹 소자가 더 구비되고, 상기 아이 트래킹 소자가 상기 빔 편향기에 결합될 수 있다.
개시된 실시예에 따른 백라이트 유닛은 입력 커플러와 출력 커플러를 공용으로 사용하여 광효율을 높일 수 있다. 또한, 두 개의 도광판 사이에 출력 겸용 입력 커플러를 구비하여 백라이트 유닛을 소형화하고, 박형화할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 8은 도 3에 도시된 백라이트 유닛에 반사부를 더 구비한 예를 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 홀로그래픽 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B선 단면도이다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 광원(110), 광원(110)으로부터의 광빔을 안내하고, 광빔을 제1방향으로 확장시키는 제1 도광판(125) 및 광빔을 제2방향으로 확장시키는 제2 도광판(140)을 포함할 수 있다.
광원(110)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공할 수 있다. 광원(110)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광변조기에 의해 회절 및 변조되어 가간섭성을 가질 수 있기 때문에, 어느 정도의 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 광원도 사용이 가능하다.
홀로그래픽 디스플레이 장치는 양안 홀로그램 방식으로 시청자의 좌안과 우안에 시점(viewing point)이 상이한 홀로그램 영상들을 각각 제공할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 시청자의 좌안 시역에 좌안용 홀로그램 영상을 제공하고 관찰자의 우안 시역에 좌안용 홀로그램 영상과는 시점이 다른 우안용 홀로그램 영상을 제공할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치에서 제공되는 좌안용 홀로그램 영상 및 우안용 홀로그램 영상은, 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식의 좌안 영상 및 우안 영상과는 달리, 단독으로도 관찰자에게 입체감을 제공할 수 있으며, 단지 시점만이 서로 다르다. 스테레오스코픽 방식의 경우, 시점이 상이한 좌안용 2차원 영상과 우안용 2차원 영상이 관찰자의 좌안과 우안에서 각각 인지될 때 양안시차를 이용하여 입체감을 제공한다. 따라서, 스테레오스코픽 방식에서는 좌안 영상과 우안 영상 중 어느 하나만으로는 입체감이 발생하지 않으며, 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하지 않아서 관찰자가 피로감을 느낄 수 있다. 반면, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 소정의 공간 상의 위치, 즉 관찰자의 좌안과 우안 시역에 좌안용 홀로그램 영상과 우안용 홀로그램 영상을 각각 형성하기 때문에 뇌에서 인식하는 깊이감과 눈의 초점이 일치하고 완전 시차를 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)가 양안 시점만을 제공할 수 있다. 이 경우, 시청자가 좌안과 우안으로 2개의 시점만을 인식할 수 있기 때문에, 시청자가 인식할 수 있는 시점 정보를 제외한 나머지 시점 정보를 제거하여 데이터 처리량을 줄일 수 있다.
제1도광판(125)의 일 면 일부에 제1도광판(125) 내부로 광빔을 커플링시키는 입력 커플러(130)가 구비될 수 있다. 입력 커플러(130)는 광빔이 제1 도광판(125)으로 입사하는 쪽에 배치되는 것도 가능하다. 제1도광판(125)에 광빔을 출력시키는 제1 출력 커플러(135)가 구비될 수 있다. 제1 출력 커플러(135)는 입력 커플러(130)와 함께 제1 도광판(125)의 같은 면에 구비될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 출력 커플러(135)와 입력 커플러(130)가 제1 도광판(125)의 다른 면에 구비되는 것도 가능하다. 이 경우, 입력 커플러(130)와 제1 출력 커플러(135)는 제1 도광판(125)의 마주 보는 면에 각각 구비될 수 있다.
제1 출력 커플러(135)는 제1 도광판(125)과 제2 도광판(140) 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 커플러(135)는 제1 도광판(125)과 제2 도광판(140) 사이의 경계면에 구비될 수 있다. 제1 출력 커플러(135)는 제1 도광판(125)과 제2 도광판(140)과 일체형으로 구비될 수 있다.
입력 커플러(130)는 광빔을 전반사를 통해 일 방향을 따라 제 1 도광판(125)의 내부를 진행하도록 안내할 수 있다. 광빔이 제1 도광판(125)을 진행하다 제 1 출력 커플러(135)에 입사하면, 광빔의 일부가 제 1 출력 커플러(135)를 통해 제2 도광판(140)으로 입사되고, 나머지 광빔은 반사되어 제1 도광판(125)을 진행할 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 광빔이 제1 도광판(125) 전체 면을 통해 제2 도광판(140) 쪽으로 입사되고, 따라서, 광빔이 제1 도광판(125)을 진행하면서 일 방향으로 확대될 수 있다. 입력 커플러(130), 제1도광판(125), 제1 출력 커플러(135)는 광빔을 선광(line light)으로 만들 수 있다. 선광은 예를 들어 상대적으로 작은 폭과 상대적으로 긴 길이를 가지는 단면(cross section)을 가지는 광을 나타낼 수 있다.
입력 커플러(130)와 제 1 출력 커플러(135)는 광빔의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(130)와 제1 출력 커플러(135)는 그레이팅 구조를 가질 수 있다.
제2 도광판(140)의 일 면에 제2 출력 커플러(145)가 구비될 수 있다. 다시 말하면, 제2 도광판(140)의 출사면(140a)에 제2 출력 커플러(145)가 구비될 수 있다. 출사면(140a)은 광빔이 제2 도광판(140)을 통해 진행하면서 외부로 출사되는 면을 나타낼 수 있다. 제2 출력 커플러(145)는 광빔의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 제2 출력 커플러(145)는 그레이팅 구조를 가질 수 있다. 여기서, 광원(110)과, 입력 커플러(130), 제1 도광판(125), 제1 출력 커플러(135), 제2 도광판(140), 제2 출력 커플러(145)가 백라이트 유닛을 구성할 수 있다.
제1 출력 커플러(135)를 통해 제1 도광판(125)에서 출사된 광빔은 제2 도광판(140)으로 입사될 수 있다. 따라서, 제1 출력 커플러(135)는 광빔을 제1 도광판(125)으로부터 출력시킴과 동시에 제2 도광판(140)으로 입사시켜 커플링되도록 하므로 출력 겸용 입력 커플러일 수 있다. 하지만, 편의상 출력 커플러로 명명한다. 제1 출력 커플러(135)는 제1도광판(125)의 도광 방향에 대해 수직한 그레이팅 패턴을 가질 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 출력 커플러(135)는 제1 도광판(125)으로부터 광빔을 출력시키는 방향과 제2 도광판(140)으로의 광빔의 입력 방향을 조절하도록 구성된 2차원 그레이팅 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 커플러(135)는 제 1 도광판(125) 에 대해쪽에서는 도광 방향 즉, Y축에 수직한 Z 방향과 평행한 그레이팅 패턴을, 제 2 도광판 쪽에서는 도광방향 즉, -X 방향에 수직한 Y 방향과 평행한 그레이팅 패턴을 가질 수 있다.
한편, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 광빔의 콜리메이팅과, 가간섭성에 따라 영상의 품질을 높일 수 있다. 광빔의 콜리메이팅을 위해 광원(110)과 제1 도광판(125) 사이에 예비 확장부(pre expander)(115)가 더 구비될 수 있다. 예비 확장부(115)는 광원(110)으로부터의 점광(point light)을 콜리메이팅시켜 1차적으로 광빔을 확장시킬 수 있다. 예비 확장부(115)는 예를 들어 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 광빔을 콜리메이팅시켜 광빔의 발산각을 0도에 가깝게 할수록 간섭성을 높일 수 있다. 따라서, 광빔이 예비 확장부(115)에 의해 콜리메이팅되어 홀로그래픽 영상의 품질을 높일 수 있다.
광원(110)과 제1 도광판(125) 사이에 빔 편향기(120)가 더 구비될 수 있다. 빔 편향기(120)가 예비 확장부(115)와 제1 도광판(125) 사이에 구비될 수 있다.
빔 편향기(120)는 광원(110)으로부터 조사된 광빔의 방향을 변환할 수 있다. 빔 편향기(120)는 시청자의 동공 위치에 따라 출력되는 광빔의 위치를 조절할 수 있다. 본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 시청자의 동공 위치를 추적하기 위해 아이 트래킹 소자(118)를 더 구비할 수 있다.
아이 트래킹 소자(118)는 사용자의 동공의 위치를 센싱하여 사용자의 동공 위치가 변하는 것을 검출할 수 있다. 아이 트래킹 소자(118)는 적외선카메라, 가시광선 카메라, 또는, 기타 다양한 센서를 포함할 수 있다. 아이트래킹 소자(83)는 예를 들어, 카메라 등을 통해 사용자의 영상을 얻고, 영상 내에서 사용자의 동공을 검출하여 그 위치를 분석할 수 있다. 또한, 눈의 깜박임이나 장애물 등에 의해 사용자의 눈을 찾지 못하는 경우 눈의 위치를 예상하고, 사용자의 움직임에 따라 눈의 위치의 이동을 예측할 수 있다. 아이 트래킹 소자(118)는 사용자의 동공 위치 변화를 실시간으로 추적하고, 센싱한 정보에 따라 변경된 사용자의 동공 위치로 영상의 시역 위치가 조절되도록 빔 편향기(120)를 제어하여 시청자의 눈의 위치에 맞게 영상이 표시되도록 할 수 있다. 빔 편향기(120)는 전기적 신호에 의해 빔의 방향을 제어할 수 있다. 빔 편향기(120)는 예를 들어, 액정 편향기일 수 있다.
빔 편향기(120)는 예를 들어, 수평 빔 편향기(120a)와 수직 빔 편향기(120b)를 포함할 수 있다.
수평 빔 편향기(120a)는 재생되는 홀로그램 영상의 위치를 수평 방향으로 조절할 수 있도록 입사 광을 편향시킬 수 있다. 수직 빔 편향기(120b)는 재생되는 홀로그램 영상의 위치를 수직 방향으로 조절할 수 있도록 입사 광을 편향시킬 수 있다. 빔 편향기(120)는 입력 커플러(130)에 대향되게 배치될 수 있다. 수평 빔 편향기(120a)와 수직 빔 편향기(120b)에 의해 입력 커플러(130)에 입사하는 광빔의 입사각이 조절될 수 있다.
한편, 빔 편향기(120)는 입사광을 회절시켜 서로 다른 각도로 진행하는 2개의 광빔을 만들 수 있다. 2개의 광빔은 입력 커플러(130)에 서로 다른 각도로 입사하게 되며, 제 1 도광판(125)의 내부에서도 서로 다른 각도로 진행하게 된다. 그 결과, 제 1 출력 커플러(135), 제2 도광판(140) 및 제2 출력 커플러(145)를 통해 출사하는 두 개의 광빔이 시청자의 좌안과 우안으로 각각 진행될 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에서는 제1 도광판(125)과 제2 도광판(140)이 같은 평면(in plane)에 구비될 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)의 전체적인 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 예비 확장부(115)에 의해 1차 확장된 광빔이 제1 도광판(125)의 상대적으로 얇은 측면 방향으로 입사되도록 되어 있어 예비적으로 확장시키는 면적이 최소화될 수 있다. 여기서, 제1 도광판(125)과 제2 도광판(140)의 측면 방향은 제2 도광판(140)에서 광빔이 출사되는 출사면(140a)에 이웃하는 면에 대향하는 방향을 나타낼 수 있다. 따라서, 예비 확장부(115)의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 예비 확장부(115)에 의해 확장된 광빔이 입사되는 빔 편향기(120)의 사이즈도 감소시킬 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(100)에서의 광빔의 진행 경로는 다음과 같다. 광원(110)에서 출사된 광빔이 입력 커플러(130)를 통해 제1 도광판(125)을 거쳐 제1 출력 커플러(135)를 통해 출력되고, 제1 출력 커플러(135)에서 출력된 광빔이 직접적으로 제2 도광판(140)으로 입력될 수 있다. 그리고, 광빔이 제2 출력 커플러(145)를 통해 출력될 수 있다. 이 과정에서 광빔이 입력 커플러(130)--> 제1 출력 커플러(135)--> 제2 출력 커플러(145)를 순서대로 통과한다. 입력 커플러 또는 출력 커플러를 통과할 때마다 입사 광빔의 광효율이 저하될 수 있다. 따라서, 입력 커플러와 출력 커플러의 개수를 줄임으로써 광효율이 감소되는 것을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 광효율을 높일 수 있다. 본 실시예에서 제1 출력 커플러(135)가 제2 도광판(140)에 대한 입력 커플러 겸용으로 동작하므로 제2 도광판(140)에 대한 입력 커플러로 인한 광손실을 줄일 수 있다.
또한, 제1 도광판(125), 제1 출력 커플러(135), 제2 도광판(140)이 일체형으로 조립되므로 제1 출력 커플러(135)와 제2 도광판(140) 사이에 다른 부품들이 요구되지 않는다. 여기서, 일체형은 복수 개의 부품들이 하나의 몸체와 같이 결합되는 것을 나타낼 수 있다. 따라서, 전체적인 부품 수를 줄임으로써 제작 비용을 절감하고, 부피를 줄일 수 있고, 부품을 통과할 때마다 발생될 수 있는 광 손실을 줄일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 도광판(125)을 통해 도광된 광빔이 제1 출력 커플러(135)에 의해 각도 θ로 회절되어 제2 도광판(140)에 입사될 수 있다. 각도 θ는 제2 도광판(140)의 출사면(140a)에 대해 기울어진 각도를 나타낸다. 각도 θ는 회절각을 나타낼 수 있다. 제2 도광판(140)으로 광빔을 도광시키기 위해 회절각 θ는 (90-θc)보다 작을 수 있다. 여기서, θc는 제2 도광판(140)의 임계각(critical angle)을 나타낼 수 있다. 임계각은 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 광이 입사할 때, 전반사가 일어나기 시작하는 입사각을 나타낸다. 이러한 조건이 만족되도록 제1 출력 커플러(135)의 그레이팅을 설계할 수 있다.
예를 들어, 제1 도광판(125)에서는 광빔이 제1 도광판(125)의 제1방향(가로 방향, 도 1의 y방향)으로 진행하므로 입력 커플러(130)가 제2방향(세로 방향, 도 1의 z 방향)에 대해 평행하게 배열된 그레이팅을 포함할 수 있다. 제1 출력 커플러(135)는 입력 커플러(130)와 같이 제2방향(세로 방향, 도 1의 z 방향)에 대해 평행하게 배열된 그레이팅과 동시에 가로 방향(도 1의 y 방향)에 대해 평행하게 배열된 그레이팅도 포함할 수 있다. 제2 출력 커플러(145)는 y방향에 대해 평행하게 배열된 그레이팅을 포함할 수 있다. 또는, 제1 출력 커플러(135)는 제1 도광판(125)의 출력 커플링과 제2도광판(140)에 대한 입력 커플링을 모두 만족시키기도록 구성된 2차원 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다.
제2 출력 커플러(145) 다음에 프레넬 렌즈(150)와 공간 광변조기(160)가 구비될 수 있다. 프레넬 렌즈(150)는 제2 출력 커플러(145)에서 출력된 광빔을 소정 공간 상에 포커싱할 수 있다. 다시 말하면, 프레넬 렌즈(150)가 제1도광판(125)과 제2도광판(140)에 의해 확장된 광빔을 시청자의 좌안과 우안에 포커싱되도록 할 수 있다. 프레넬 렌즈 이외에도 홀로그래픽 광학 소자를 이용하여 광빔을 포커싱하는 것도 가능하다. 공간 광변조기(160)는 입사 광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 공간 광변조기(160)는 예를 들어 액정 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(160)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사 광이 회절 및 변조됨으로써 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 프레넬 렌즈(150)는 제2 출력 커플러(145)와 공간 광변조기(160) 사이 또는 공간 광변조기(160) 다음에 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)는 제1 도광판(125)과 제2 도광판(140)을 동일 평면(in-plane) 상에 배치하고, 제1 도광판(125)에 대한 출력 커플러와 제2 도광판(140)에 대한 입력 커플러를 하나의 부품으로 구비함으로써 박형으로 제작될 수 있다. 그리고, 출력 커플러 겸용 입력 커플러를 도입하여 광효율을 증가시킬 수 있다. 그럼으로써, 홀로그래픽 디스플레이 장치(100)를 이용하여 고품질의 홀로그래픽 3차원 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 예시적인 실시예에 따른 백라이트 유닛은 가간섭성의 콜리메이팅 광을 제공하여 홀로그래픽 영상을 재생할 수 있도록 한다.
도 4 및 도 5는 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)을 도시한 것이다. 백라이트 유닛(200)은 광원(210), 광원(210)으로부터의 광빔을 안내하고, 제1방향으로 광빔을 확장시키는 제1 도광판(225) 및 광빔을 제2방향으로 확장시키는 제2 도광판(240)을 포함할 수 있다. 도 4는 광원(210)이 있는 방향(도 1의 A-A선 방향 참조)에서의 단면도를 나타낸 것이고, 도 5는 광원(210)이 없는 방향(도 1에서의 B-B선 방향을 참조)에서의 단면도를 나타낸 것이다.
광원(210)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공할 수 있다. 광원(210)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
제1 도광판(225)이 제2 도광판(240)에 대해 경사지게 결합될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 도광판(225)과 제2 도광판(240) 사이에 입력 커플러(230)가 구비되고, 도 5를 참조하면, 제1 도광판(225)과 제2 도광판 사이에 제1 출력 커플러(235)가 구비될 수 있다. 제2 도광판(240)이 광이 입사하는 면에 경사면(242)을 구비하고, 경사면(242)에 입력 커플러(230)와 제1 출력 커플러(235)가 구비될 수 있다. 제2 도광판(240)의 출사면에 제2 출력 커플러(245)가 구비될 수 있다.
제1 도광판(225)이 제2 도광판(240)에 대해 소정 각도를 가지고 기울어지도록 결합되어 있어, 제1 도광판(225)을 통해 도광된 광빔이 제1 출력 커플러(235)에 의해 각도 θ로 회절되어 제2 도광판(240)에 입사될 수 있다. 각도 θ는 제2 도광판(240)의 출사면(240a)에 대해 기울어진 각도를 나타낸다. 각도 θ는 회절각을 나타낼 수 있다. 제2 도광판(240)으로 광빔을 도광시키기 위해 회절각 θ는 (90-θc)보다 작을 수 있다. 여기서, θc는 제2 도광판(240)의 임계각(critical angle)을 나타낼 수 있다. 본 실시예에서, 제1 도광판(225)이 제2 도광판(240)에 대해 기울어지게 결합되어 제2 도광판(240)으로 입사되는 광빔이 제2 도광판(240)에 대해 기울어져 입사할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 제1 출력 커플러(230)가 광빔을 한 방향으로 회절시키도록 1차원 그레이팅 구조를 가질 수 있다. 광원(210)과 제1 도광판(225) 사이에 예비 확대부(215)가 더 구비될 수 있다. 예비 확대부(215)는 예를 들어 광원(210)으로부터의 점광(point light)을 1차적으로 확대시키기 위해 광을 콜리메이팅 시키는 콜리메이팅 렌즈일 수 있다. 예비 확대부(215)와 제1 도광판(225) 사이에 빔 편향기(220)가 더 구비될 수 있다. 빔 편향기(220)는 예를 들어, 수평 빔 편향기(220a)와 수직 빔 편향기(220b)를 포함할 수 있다.
수평 빔 편향기(220a)는 재생되는 홀로그램 영상의 위치를 수평 방향으로 조절할 수 있도록 입사 광을 편향시킬 수 있다. 수직 빔 편향기(220b)는 재생되는 홀로그램 영상의 위치를 수직 방향으로 조절할 수 있도록 입사 광을 편향시킬 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(300)을 도시한 것이다. 본 실시예에서는 도 1에서의 광원이 없는 B-B선 방향에서의 단면도만을 도시한다. 도 1에 도시된 광원(110), 예비 확장부(115), 빔 편향기(120), 입력 커플러(130)가 본 실시예에서도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
백라이트 유닛(300)은 광빔을 제1방향으로 확장시키는 제1 도광판(325), 광빔을 제2방향으로 확장시키는 제2 도광판(340) 및 제1 도광판(325)과 제2 도광판(340) 사이의 제1 출력 커플러(335)를 포함할 수 있다.
제1 도광판(325)과 제2 도광판(340)은 같은 평면(in plane)에 구비될 수 있다. 제2 도광판(340)의 입사면에 광의 진행 방향을 바꾸는 광 경로 변환 소자(342)가 구비될 수 있다. 광 경로 변환 소자(342)는 예를 들어, 광을 굴절시키는 굴절 소자 또는 광을 회절시키는 회절 소자를 포함할 수 있다. 굴절 소자는 프리즘일 수 있다. 회절 소자는 프리즘 어레이 또는 블레이즈드 그레이팅(blazed grating)일 수 있다. 광 경로 변환 소자(342)에 의해 광빔이 소정 각도(θ)로 기울어져 제2 도광판(340)에 입사되도록 할 수 있다. 이와 같이 제2 도광판(340)에 경사지게 입사된 광빔은 제2 도광판(340)을 진행하면서 일부 광은 제2 출력 커플러(345)를 통해 출사되고, 일부 광은 반사되어 제2 도광판(340)을 진행할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(400)을 도시한 것이다. 본 실시예에서는 도 1에서의 광원이 없는 B-B선 방향에서의 단면도만을 도시한다. 도 1에 도시된 광원(110), 예비 확장부(115), 빔 편향기(120), 입력 커플러(130)가 본 실시예에서도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
백라이트 유닛(400)은 광빔을 제1방향으로 확장시키는 제1 도광판(425), 광빔을 제2방향으로 확장시키는 제2 도광판(440) 및 제1 도광판(425)과 제2 도광판(440) 사이의 제1 출력 커플러(435)를 포함할 수 있다.
제1 도광판(425)과 제2 도광판(440)은 같은 평면(in plane)에 구비될 수 있다. 제2 도광판(440)의 측면 중 제1 출력 커플러(435)와 마주보는 측면에, 소정 각도로 기울어진 미러(442)가 구비될 수 있다.
제1 출력 커플러(435)를 통해 제2 도광판(440)으로 입사된 광빔(LO)이 반사 과정 없이 직접적으로 미러(442)로 향할 수 있다. 미러(442)에 의해 광빔이 소정 각도(θ)로 기울어져 제2 도광판(440)의 어느 한 면으로 반사될 수 있다. 이와 같이 제2 도광판(440)에 경사지게 입사된 광빔은 제2 도광판(440)을 진행하면서 일부 광은 제2 출력 커플러(445)를 통해 출사되고, 일부 광은 반사되어 제2 도광판(440)을 진행할 수 있다. 도 7에 도시된 제2 도광판(440)에서는 도 6과 비교할 때 반대 방향(도면의 우측에서 좌측으로의 방향)으로 도광이 될 수 있다. 도 7에서는 미러(442)가 직각 삼각형 단면 형상을 가지는 예가 도시되었지만, 역 직각 삼각형 단면 형상을 가지는 것도 가능하다. 다시 말하면, 미러(442)가 도 7에 도시된 것과 반대 방향으로 기울어지도록 배치되는 것도 가능하다.
도 8은 도 3에 도시된 백라이트 유닛에 반사부를 더 구비한 예를 도시한 것이다. 제1 도광판(125)의 제1 출력 커플러(135)를 마주보는 제1면(125a)에 제1 반사부(M1)가 더 구비될 수 있다. 제1 반사부(M1)는 제1 도광판(125) 내부를 진행하는 광 중 제1면(125a)을 통해 외부로 누출되는 광을 줄일 수 있다. 제2 도광판(140)의 제2 출력 커플러(145)를 마주보는 제2면(145b)에 제2 반사부(M2)가 더 구비될 수 있다. 제2 반사부(M2)는 제2 도광판(140) 내부를 진행하는 광 중 제2면(145b)을 통해 외부로 누출되는 광을 줄일 수 있다.
도면에서 제1 반사부(M1)와 제2 반사부(M2)가 각각 제1 도광판(125)과 제2 도광판(145)으로부터 이격되게 배치된 예를 도시하였지만, 제1 도광판(125)과 제2 도광판(145)에 각각 부착되는 것도 가능하다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)를 도시한 것이다. 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)는 복수 개 파장의 광을 이용하여 칼라 영상을 표시할 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이 장치(500)는 제1 광원(510), 제2 광원(511), 제3 광원(512), 제1 광원(510)으로부터의 제1광빔을 안내하고, 제1방향으로 확장시키는 제1 도광판(525) 및 제1광빔을 제2방향으로 확장시키는 제2 도광판(540), 제2 광원(511)으로부터의 제2광빔과 제3 광원(512)으로부터의 제3광빔을 안내하고 제1방향으로 확장시키는 제3 도광판(526)을 포함할 수 있다.
제1 광원(510)은 제1 파장의 광을 조사하고, 제2 광원(511)은 제2 파장의 광을 조사하고, 제3 광원(512)은 제3 파장의 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 제1 광원(510)은 적색 광을 조사하고, 제2 광원(511)은 녹색 광을 조사하고, 제3 광원(512)은 청색 광을 조사할 수 있다. 제1 광원(510), 제2 광원(511) 및 제3 광원(512)은 가간섭성(coherent) 광빔을 제공하며, 예를 들어 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 어느 정도의 공간 간섭성(spatial coherence)을 가지고 있다면 공간 광변조기에 의해 회절 및 변조되어 가간섭성을 가질 수 있기 때문에, 어느 정도의 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 광원도 사용이 가능하다.
제1 도광판(525)과 제3 도광판(526)은 제2 도광판(540)의 양측 마주보는 면에 구비될 수 있다.
제1도광판(525)의 일 면 일부에 제1도광판(525) 내부로 제1광빔을 진행시키는 제1 입력 커플러(530)가 구비될 수 있다. 제1 입력 커플러(530)는 제1광빔이 제1 도광판(525)에 입사하는 쪽에 배치되는 것도 가능하다. 제1도광판(525)에 제1 광빔을 제2 도광판(540)으로 출력시키는 제1 출력 커플러(535)가 구비될 수 있다. 제1 출력 커플러(535)는 제1 입력 커플러(530)와 함께 제1 도광판(525)의 같은 면에 구비될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 출력 커플러(535)와 제1 입력 커플러(530)가 제1 도광판(525)의 다른 면에 구비되는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 입력 커플러(530)와 제1 출력 커플러(535)는 제1 도광판(525)의 마주 보는 면에 각각 구비될 수 있다.
제1 출력 커플러(535)는 제1 도광판(525)과 제2 도광판(540) 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 커플러(535)는 제1 도광판(525)과 제2 도광판(540) 사이의 경계면에 구비될 수 있다. 제1 출력 커플러(535)는 제1 도광판(525)과 제2 도광판(540)과 일체형으로 구비될 수 있다.
제3도광판(526)의 일 면 일부에 제3도광판(526) 내부로 제2광빔을 진행시키는 제2 입력 커플러(531)가 구비될 수 있다. 제2 입력 커플러(531)는 제2광빔이 제3 도광판(526)으로 입사하는 쪽에 배치되는 것도 가능하다. 제3도광판(526)의 일 면 일부에 제3도광판(526) 내부로 제3광빔을 진행시키는 제3 입력 커플러(532)가 구비될 수 있다. 제3 입력 커플러(532)가 제2 입력 커플러(531)에 이웃하여 구비될 수 있다. 제3 입력 커플러(532)는 제3 광빔이 제3 도광판(526)으로 입사하는 쪽에 배치되는 것도 가능하다.
제3도광판(526)에 제2 광빔과 제3 광빔을 제2 도광판(540)으로 출력시키는 제3 출력 커플러(536)가 구비될 수 있다. 제3 출력 커플러(536)는 제2 입력 커플러(531) 및 제3 입력 커플러(532)와 함께 제3 도광판(526)의 같은 면에 구비될 수 있다.
제3 출력 커플러(536)는 제2 도광판(540)과 제3 도광판(526) 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제3 출력 커플러(536)는 제2 도광판(540)과 제3 도광판(526) 사이의 경계 면에 구비될 수 있다. 제3 출력 커플러(536)는 제2 도광판(540)과 제3 도광판(526)과 일체형으로 구비될 수 있다.
제2 입력 커플러(531)는 제2 광빔을 전반사를 통해 일 방향을 따라 제 3 도광판(526)의 내부를 진행하도록 안내할 수 있다. 제2 광빔이 제3 도광판(526)을 진행하다 제 3 출력 커플러(536)에 입사하면, 제2 광빔이 제 3 출력 커플러(536)를 통해 제2 도광판(540)으로 입사될 수 있다. 제3 입력 커플러(532)는 제3 광빔을 전반사를 통해 일 방향을 따라 제 3 도광판(526)의 내부를 진행하도록 안내할 수 있다. 제3 광빔이 제3 도광판(526)을 진행하다 제 3 출력 커플러(536)에 입사하면, 제3 광빔이 제 3 출력 커플러(536)를 통해 제2 도광판(540)으로 입사될 수 있다.
따라서, 제2 광빔과 제3 광빔이 각각 제3 도광판(526)을 진행하면서 일 방향으로 확대될 수 있다. 제2 입력 커플러(531), 제3도광판(526), 제3 출력 커플러(526)는 제2 광빔을 선광(line light)으로 만들고, 제3 입력 커플러(532), 제3도광판(526), 제3 출력 커플러(526)는 제3 광빔을 선광(line light)으로 만들 수 있다. 제2 및 제3 입력 커플러(531)(532)와 제 3 출력 커플러(536)는 광빔의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제3 입력 커플러(531)(532)와 제 3 출력 커플러(536)는 그레이팅 구조를 가질 수 있다.
제2 도광판(540)의 일 면에 제2 출력 커플러(545)가 구비될 수 있다. 다시 말하면, 제2 도광판(540)의 출사면(540a)에 제2 출력 커플러(545)가 구비될 수 있다. 출사면(540a)은 광빔이 제2 도광판(540)을 통해 진행하면서 외부로 출사되는 면을 나타낼 수 있다. 제2 출력 커플러(545)는 광빔의 일부를 회절 및 투과시키는 회절 광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 제2 출력 커플러(545)는 그레이팅 구조를 가질 수 있다. 제2 출력 커플러(545)는 서로 다른 파장의 광에 대해 공용으로 사용되므로 파장에 의존하는 그레이팅 패턴을 가질 수 있다.
제3 출력 커플러(536)를 통해 제3 도광판(526)에서 출사된 제2 광빔과 제3 광빔은 제2 도광판(540)으로 입사될 수 있다. 따라서, 제3 출력 커플러(536)는 제2 광빔과 제3 광빔을 제3 도광판(526)으로부터 출력시킴과 동시에 제2 도광판(540)으로 입사시켜 커플링되도록 하므로 출력 커플러 겸용 입력 커플러일 수 있다.
도 9에서 제1 광원(510)이 제2 도광판(540)의 일 측 방향에 구비되고, 제2 광원(511)과 제3 광원(512)이 제2 도광판(540)의 마주보는 다른 측 방향에 구비된 예를 도시하였다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1 광원(510), 제2 광원(511), 제3 광원(512)이 각각 다른 방향에 구비되거나, 세 광원이 모두 같은 방향에 구비되는 것도 가능하다. 광원의 배치 구조에 따라 입력 커플러와 출력 커플러의 개수가 달라질 수 있다.
한편, 제1 광빔의 콜리메이팅을 위해 제1 광원(510)과 제1 도광판(525) 사이에 제1 예비 확장부(pre expander)(515)가 더 구비될 수 있다. 제1 예비 확장부(515)는 제1 광원(110)으로부터의 점광(point light)을 콜리메이팅시켜 1차적으로 제1 광빔을 확장시킬 수 있다. 제1 예비 확장부(515)는 예를 들어 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 광빔을 콜리메이팅시켜 제1 광빔의 발산각을 0도에 가깝게 할수록 간섭성을 높일 수 있다. 따라서, 제1 광빔이 제1 예비 확장부(515)에 의해 콜리메이팅되어 홀로그래픽 영상의 품질을 높일 수 있다. 제2 광원(511)과 제3 도광판(526) 사이에 제2 예비 확장부(pre expander)(516)가 더 구비되고, 제3 광원(512)과 제3 도광판(526) 사이에 제3 예비 확장부(pre expander)(517)가 더 구비되고 될 수 있다. 제2 예비 확장부(516)와 제3 예비 확장부(517)는 제1 예비 확장부(515)와 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다.
제1 광원(510)과 제1 도광판(525) 사이에 제1 빔 편향기(520)가 더 구비될 수 있다. 제1 빔 편향기(520)가 제1 예비 확장부(515)와 제1 도광판(525) 사이에 구비될 수 있다. 제1 빔 편향기(520)는 제1 광원(510)으로부터 조사된 제1 광빔의 방향을 변환할 수 있다. 제2 광원(511)과 제3 도광판(526) 사이에 제2 빔 편향기(521)가 더 구비될 수 있다. 제2 빔 편향기(521)가 제2 예비 확장부(516)와 제3 도광판(526) 사이에 구비될 수 있다. 제2 빔 편향기(521)는 제2 광원(511)으로부터 조사된 제2 광빔의 방향을 변환할 수 있다. 제3 광원(512)과 제3 도광판(526) 사이에 제3 빔 편향기(522)가 더 구비될 수 있다. 제3 빔 편향기(522)가 제3 예비 확장부(517)와 제3 도광판(526) 사이에 구비될 수 있다. 제3 빔 편향기(522)는 제3 광원(512)으로부터 조사된 제3 광빔의 방향을 변환할 수 있다.
제1 빔 편향기(520), 제2 빔 편향기(521), 제3 빔 편향기(522)는 시청자의 동공 위치에 따라 출력되는 제1 광빔, 제2 광빔, 제3 광빔의 위치를 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)는 시청자의 동공 위치를 추적하기 위해 아이 트래킹 소자(518)를 더 구비할 수 있다. 아이 트래킹 소자(518)는 제1 빔 편향기(520), 제2 빔 편향기(521), 제3 빔 편향기(522)에 연결되어 아이 트래킹 소자(518)에 의해 센싱된 시청자의 동공 위치에 따라 제1 빔 편향기(520), 제2 빔 편향기(521), 제3 빔 편향기(522)를 제어하여 시청자의 눈의 위치에 맞게 영상이 표시되도록 할 수 있다. 제1 빔 편향기(520), 제2 빔 편향기(521), 제3 빔 편향기(522)는 전기적 신호에 의해 빔의 방향을 제어할 수 있다. 제1 빔 편향기(520), 제2 빔 편향기(521), 제3 빔 편향기(522)는 예를 들어, 액정 편향기일 수 있다. 제1 빔 편향기(520), 제2 빔 편향기(521), 제3 빔 편향기(522)는 각각 예를 들어, 수평 빔 편향기와 수직 빔 편향기를 포함할 수 있다.
제2 출력 커플러(545) 다음에 프레넬 렌즈(550)와 공간 광변조기(560)가 구비될 수 있다. 프레넬 렌즈(550)는 제2 출력 커플러(545)에서 출력된 제1 광빔, 제2 광빔, 제3 광빔을 각각 소정 공간 상에 포커싱할 수 있다. 다시 말하면, 프레넬 렌즈(550)가 제1도광판(525), 제2도광판(540), 제3도광판(526)에 의해 확장된 제1광빔, 제2광빔, 제3광빔을 시청자의 좌안과 우안에 포커싱되도록 할 수 있다. 공간 광변조기(560)는 입사 광을 변조하기 위한 간섭 무늬를 갖는 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 공간 광변조기(560)는 예를 들어 액정 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(560)에서 형성되는 홀로그램 패턴에 의해 입사 광이 회절 및 변조됨으로써 홀로그램 영상이 재생될 수 있다. 프레넬 렌즈(550)는 제2 출력 커플러(545)와 공간 광변조기(560) 사이 또는 공간 광변조기(560) 다음에 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)에서는 제1 도광판(525), 제2 도광판(540), 제3 도광판(526)이 같은 평면에 구비될 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 디스플레이 장치(500)의 전체적인 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 제1, 제2 및 제3 예비 확장부(515)(516)(517)에 의해 1차 확장된 제1, 제2 및 제3 광빔이 각각 제1 도광판(525) 및 제3 도광판(526)의 상대적으로 얇은 측면 방향으로 입사되도록 되어 있어 예비적으로 확장시키는 면적이 최소화될 수 있다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 예비 확장부(515)(516)(517)의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2 및 제3 예비 확장부(515)(516)(517)에 의해 확장된 제1, 제2 및 제3 광빔이 입사되는 제1, 제2 및 제3 빔 편향기(520)(521)(522)의 사이즈도 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 광빔이 제1 입력 커플러(530)--> 제1 출력 커플러(535)--> 제2 출력 커플러(545)를 순서대로 통과할 수 있다. 제2 광빔이 제2 입력 커플러(531)--> 제3 출력 커플러(536)--> 제2 출력 커플러(545)를 순서대로 통과할 수 있다. 제3 광빔이 제3 입력 커플러(532)--> 제3 출력 커플러(536)--> 제2 출력 커플러(545)를 순서대로 통과할 수 있다. 입력 커플러 또는 출력 커플러를 통과할 때마다 입사 광빔의 광효율이 저하될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 입력 커플러와 출력 커플러를 공용으로 사용하여 커플러의 개수를 줄임으로써 광효율이 감소되는 것을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 광효율을 높일 수 있다. 본 실시예에서 제1 출력 커플러(535), 제3 출력 커플러(536)가 제2 도광판(540)에 대한 입력 커플러 겸용으로 동작하므로 제2 도광판(540)에 대한 입력 커플러로 인한 광손실을 줄일 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
100,500:홀로그래픽 디스플레이 장치
110,210,510,511,512:광원
115,215,515,516,16:예비 확장부
120,220,520,521,522:빔 편향기
125,225,325,425,525:제1도광판
130,230,530,531,532:입력 커플러
135,235,335,435,435:436:출력 겸용 입력 커플러
145,245,345,445,545:출력 커플러
150,550:프레넬 렌즈
160,560:공간 광변조기

Claims (23)

  1. 광원;
    상기 광원에서 공급된 광빔을 안내하고 제1방향으로 광빔을 확장시키는 제1도광판;
    상기 제1도광판 내부로 상기 광빔을 진행시키는 입력 커플러;
    상기 제1도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제1 출력 커플러;
    상기 제1 출력 커플러를 통과한 광빔을 안내하고 제2방향으로 광빔을 확장시키는 제2도광판; 및
    상기 제2도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제2 출력 커플러;를 포함하고,
    상기 입력 커플러가 상기 제1 출력 커플러와 함께 제1 도광판의 같은 면에 구비된 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 출력 커플러가 상기 제1도광판과 제2도광판 사이에 구비된 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 출력 커플러가 제2 도광판의 입력 커플러 겸용으로 동작하도록 구성된 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도광판이 출사면에 대해 제1각도로 기울어진 입사면을 포함하고, 상기 기울어진 입사면에 제1 도광판과 제1 출력 커플러가 결합된 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도광판과 제2 도광판이 같은 평면에 구비된 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 출력 커플러가 2차원 그레이팅 구조를 가지는 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 출력 커플러와 제2 도광판 사이에 굴절 소자 또는 회절 소자가 더 구비된 백라이트 유닛.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 도광판의 측면 중 상기 제1 출력 커플러와 마주보는 측면에 제2 도광판의 출사면에 대해 제2각도로 기울어진 미러가 더 구비된 백라이트 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 제1 도광판 사이에 광의 진행 방향을 변환하는 빔 편향기가 더 구비된 백라이트 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 제1 도광판 사이에 광을 확장시키는 예비 확장부(pre expander)가 더 구비된 백라이트 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도광판이 제1 도광판에 대해 마주보는 제1면을 포함하고, 상기 제1면에 제3 도광판이 더 구비되고, 상기 제3 도광판에 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 광원이 더 구비된 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 광원으로부터 조사된 광을 제3 도광판에 커플링하는 다른 입력 커플러와, 상기 제2 도광판과 제3 도광판 사이에 출력 커플러가 더 구비된 백라이트 유닛.
  13. 광원;
    상기 광원에서 공급된 광빔을 제1방향으로 안내하는 제1도광판;
    상기 제1도광판을 통해 입사된 광빔을 제2방향으로 안내하는 제2도광판; 및
    상기 제1도광판과 제2도광판 사이에 구비된 것으로, 제1도광판으로부터 광빔을 출광시키고, 제2도광판으로 광빔을 입사시키는 출력 겸용 입력 커플러;를 포함하고,
    상기 출력 겸용 입력 커플러는 상기 제1 도광판 쪽에서는 도광 방향에 대해 수직한 제1 방향과 평행한 그레이팅 패턴을 포함하고, 상기 제2 도광판 쪽에서는 도광 방향에 대해 수직한 제2방향과 평행한 그레이팅 패턴을 가지고, 제1 방향과 제2 방향은 직각을 이루는 백라이트 유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 출력 겸용 입력 커플러는 제1도광판과 제2도광판 사이의 경계면에 일체형으로 구비된 백라이트 유닛.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 도광판이 경사진 입사면을 포함하고, 상기 입사면에 제1 도광판이 경사지게 결합된 백라이트 유닛.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 출력 겸용 입력 커플러와 제2 도광판 사이에 굴절 소자 또는 회절 소자가 더 구비된 백라이트 유닛.
  17. 광원;
    상기 광원에서 공급된 광빔을 안내하고 제1방향으로 광빔을 확장시키는 제1도광판;
    상기 제1도광판 내부로 상기 광빔을 진행시키는 입력 커플러;
    상기 제1도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제1 출력 커플러;
    상기 제1 출력 커플러를 통과한 광빔을 안내하고 제2방향으로 광빔을 확장시키는 제2도광판;
    상기 제2도광판 외부로 광빔을 방출시키는 제2 출력 커플러; 및
    입사 광을 회절시켜 홀로그램 영상을 재생하는 공간 광변조기;를 포함하고,
    상기 입력 커플러가 상기 제1 출력 커플러와 함께 제1 도광판의 같은 면에 구비된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공간 광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상을 포커싱하는 프레넬 렌즈를 더 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 출력 커플러가 상기 제1도광판과 제2도광판 사이에 구비된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 출력 커플러가 제2 도광판의 입력 커플러 겸용으로 동작하도록 구성된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제2 도광판이 출사면에 대해 제1각도로 기울어진 입사면을 포함하고, 상기 기울어진 입사면에 제1 도광판과 제1 출력 커플러가 결합된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 광원과 입력 커플러 사이에 빔 편향기가 더 구비된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    사용자의 동공의 위치를 센싱하는 아이 트래킹 소자가 더 구비되고, 상기 아이 트래킹 소자가 상기 빔 편향기에 결합된 홀로그래픽 디스플레이 장치.
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