KR102552582B1 - 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 조명 장치는 가간섭성 광을 방출하는 광원부, 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고 복수의 제1 슬롯 각각으로부터 반사된 복수의 제1 광 중 대응하는 제1 광의 일부를 제1 방향 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 슬롯 및 제1 광의 일부가 진행하는 광 가이드를 포함하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판을 포함한다.

Description

조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이{ILLUMINATION APPARATUS AND HOLOGRAPHIC DISPLAY COMPRISING THE SAME}
실시예는 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이에 관한 것이다.
홀로그램(hologram)은 물체에서 반사, 회절된 광(물체파, object wave)을 그 물체파와 가간섭성의 다른 광(기준파, reference wave)과 간섭시켜 형성된 간섭 무늬를 필름에 기록한 것이다. 이러한 간섭 무늬에는 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다.
홀로그래피(holography) 방식은 홀로그램에 기록된 간섭 무늬에 기준파를 조사하여, 물체에 대한 3차원 영상을 표시하는 방식이다.
홀로그래픽 디스플레이 기술은 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)와 조명 장치(illumination apparatus)를 이용하여 홀로그래피 방식을 구현한다.
구체적으로, 공간 광 변조기에는 컴퓨터를 이용하여 계산된 홀로그램(computer generated hologram, CGH)이 전기적 신호로 제공된다. 공간 광 변조기는 입력된 신호에 따라 간섭 무늬를 형성한다.
조명 장치는 위상 및 진폭이 제어된 광을 공간 광 변조기로 제공한다. 조명 장치는 레이저와 같은 가간섭성(coherent) 광원의 광을 평면광으로 변환하여 공간 광 변조기로 조사한다. 조명 장치로부터 제공된 광은 공간 광 변조기에 의해 회절되며, 회절된 광은 공간 상의 일정 위치에 입체 영상이 형성되도록 한다.
조명 장치에서 출력되는 광은 가간섭성이고, 평면상 균일한 세기를 갖는 콜리메이트(collimate)한 평면광일 것이 요구된다.
실시예는 가간섭성의 콜리메이트한 평면광을 제공하는 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이를 제공한다.
그리고, 실시예는 평면상 균일한 세기를 갖는 평면광을 제공하는 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이를 제공한다.
또한, 실시예는 적은 비용으로 제조 가능한 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이를 제공한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 실시예에 따른 조명 장치는 가간섭성 광을 방출하는 광원부, 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고 복수의 제1 슬롯 각각으로부터 반사된 복수의 제1 광 중 대응하는 제1 광의 일부를 제1 방향 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 슬롯 및 제1 광의 일부가 진행하는 광 가이드를 포함하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판을 포함한다.
광원부는 LED 광원, LED 광원에서 방출된 광의 진행방향에 위치한 핀 홀(pin hole), 그리고 핀 홀을 통과한 광을 콜리메이트(collimate)하는 콜리메이터를 포함할 수 있다.
복수의 제1 슬롯은 동일한 반사율을 가질 수 있다.
제1 광 분리부는 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광이 진행하는 광 가이드를 더 포함하고, 복수의 제1 슬롯의 굴절률과 광 가이드의 굴절률이 서로 다를 수 있다.
광 가이드의 굴절률은 복수의 제1 슬롯의 굴절률 보다 작을 수 있다.
복수의 제2 슬롯은, 광 가이드의 복수로 구분되는 영역 중 이웃하는 두 영역에 위치한 제2 슬롯의 개수가 다를 수 있다.
실시예에 따른 조명 장치는 가간섭성 광을 방출하는 광원부, 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고 광 가이드, 광 가이드의 일면에 배치되고, 제1 대각면을 각각 갖는 복수의 제1 프리즘, 일면에 대향하는 타면에 배치되고, 제2 대각면을 각각 갖는 복수의 제2 프리즘, 및 복수의 제1 슬롯 중 대응하는 하나로부터 반사된 광의 일부를 제1 방향 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판을 포함한다.
실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는 평면광을 방출하는 조명부, 그리고 통과하는 광의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변조하는 공간 광 변조부를 포함하고, 조명부는 가간섭성 광을 방출하는 광원부, 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고 복수의 제1 슬롯 각각으로부터 반사된 복수의 제1 광 중 대응하는 제1 광의 일부를 제1 방향 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 슬롯 및 제1 광의 일부가 진행하는 광 가이드를 포함하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판을 포함한다.
광원부는 LED 광원, LED 광원에서 방출된 광의 진행방향에 위치한 핀 홀(pin hole), 그리고 핀 홀을 통과한 광을 콜리메이트하는 콜리메이터를 포함할 수 있다.
복수의 제1 슬롯은 동일한 반사율을 가질 수 있다.
제1 광 분리부는 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광이 진행하는 광 가이드를 더 포함하고, 복수의 제1 슬롯의 굴절률과 광 가이드의 굴절률이 서로 다를 수 있다.
광 가이드의 굴절률은 복수의 제1 슬롯의 굴절률 보다 작을 수 있다.
복수의 제2 슬롯은, 광 가이드의 복수로 구분되는 영역 중 이웃하는 두 영역에 위치한 제2 슬롯의 개수가 다를 수 있다.
공간 광 변조부는 복수의 제2 슬롯 중 제1 슬롯 중 적어도 하나로부터 반사된 광이 입사되는 일측에 인접한 적어도 하나의 제2 슬롯으로부터 반사된 광의 세기를 변조할 수 있다.
실시예에 따른 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 균일한 밝기의 평면광을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 조명 장치 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이를 적은 비용으로 제조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 조명 장치를 제1 방향에서 바라본 도면이다.
도 3 내지 도 5는 실시예들에 따른 조명 장치의 광 분리부를 제2 방향에서 바라본 도면들이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 실시예에 대하여 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시예가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께는 설명의 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 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, 명세서 전체에서, "~ 상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이에 대해 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 디스플레이는 조명부(10) 및 공간 광 변조부(20)를 포함한다. 조명부(10)에서 생성된 평면광(3)이 공간 광 변조부(20)로 조사되면, 공간 상의 한 위치에 홀로그래픽 이미지(40)가 표시된다.
구체적으로, 조명부(10)는 광원부(12), 제1 광 분리부(14) 및 면조명판(16)을 포함할 수 있다.
먼저, 광원부(12)는 콜리메이트(collimated)된 광(1)을 방출할 수 있다. 광원부(12)에서 방출된 광(1)은 가간섭성을 가질 수 있다. 예를 들어, 광원부(12)는 가간섭성이 우수한 광을 출력하는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 연속파(continuous wave, CW) 레이저 또는 연속파성(quasi-CW) 레이저를 방출하는 레이저 광원이 광원부(12)에 포함될 수 있다. 또는, 광원부(12)는 LED(light emitting diode) 광원을 포함할 수 있다. 이하에서 광원부(12)는 LED 광원을 포함하는 것으로 가정하여 설명한다.
광원부(12)에서 방출된 광(1)은 제1 광 분리부(14)로 입사될 수 있다. 이때, 광원부(12)는 y축 방향으로 광(1)을 방출하는 것으로 가정하여 설명한다.
제1 광 분리부(14)는 광원부(12)에서 입사된 광(1)을 x축 방향으로 반사시킨다. 예를 들어, 광(1)은 제1 광 분리부(14)를 통해 y축 방향으로 진행하면서, 소정 비율로 정의되는 광(1)의 일부가 제1 광 분리부(14)에 형성된 복수의 슬롯(BS1-BSn, 도 2 참조)을 통해 x축 방향으로 반사된다. 그러면, 제1 광 분리부(14)는 y축 방향을 따라, x축과 평행한 방향을 향해 광들(2)을 출사할 수 있다.
면조명판(16)은 제1 광 분리부(14)에서 입사된 광들(2)을 평면광(3)으로 변환하여 z축 방향으로 반사시킬 수 있다. 광들(2)을 면조명판(16)을 통해 x축 방향으로 진행하면서, 소정 비율로 정의되는 광들(2)의 일부가 면조명판(16)에 형성된 복수의 광 분리부(B1-Bn, 도 2 참조)를 통해 z축 방향으로 반사된다. 그러면, 면조명판(16)은 평면광(3)을 z축 방향을 따라 공간 광 변조부(20)로 출사할 수 있다.
다음으로, 공간 광 변조부(20)는 제어부(30)로부터 입력되는 신호(CONT)에 의해, 통과하는 광의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변조할 수 있다. 공간 광 변조부(20)는 제어부(30)를 통해 입력된 신호(CONT)를 이용하여 홀로그램 패턴을 구현할 수 있다.
일례로, 공간 광 변조부(20)는 신호(CONT)에 따라 액정 분자들의 배열이 변경되는 액정층을 포함할 수 있다. 액정층을 통과하는 광의 진폭 및 위상 중 적어도 하나가 액정의 배열에 대응하여 변조될 수 있다.
실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이는, 조명부(10)에서 생성된 가간섭성을 갖는 평면광(3)이 공간 광 변조부(20)에서 회절되어, 시청 지점에 홀로그래픽 이미지(40)를 표시할 수 있다.
이러한 홀로그래픽 디스플레이의 조명부(10)에 대해 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 조명부(10)를 z축 방향에서 바라본 도면이다. 도시된 바와 같이, 조명부는 광원부(12), 제1 광 분리부(14), 그리고 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn)를 포함하는 면조명판(16)을 포함한다.
광원부(12)는 LED 광원(LS), 핀 홀(pin hole, PH) 및 콜리메이터(collimator, CD)를 포함한다. LED 광원(LS)은 RGB 광원을 포함할 수 있다.
핀 홀(PH)은 LED 광원(LS)에서 방출된 광의 진행 방향에 위치한다. LED 광원(LS)에서 방출되는 광이 핀 홀(PH)을 통과하면, 광의 공간적 가간섭성(spatial coherence)을 향상될 수 있다.
콜리메이터(CD)는 LED 광원(LS)에 의해 방출되는 광을 콜리메이트하기 위해 배치된다. 콜리메이터(CD)는 광의 콜리메이션을 위해 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 콜리메이트된 광은 제1 광 분리부(14)로 진행한다.
제1 광 분리부(14)는 복수의 슬롯(BS1-BSn) 및 광 스토퍼(BST)를 포함하는 광 가이드(LD)를 포함한다. 제1 광 분리부(14)는 광(1)이 입사하는 방향(예를 들어, y축 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
제1 광 분리부(14)의 일단으로 광(1)이 입사되고, 제1 광 분리부(14)로 입사된 광은 광 가이드(LD)를 통해 진행할 수 있다. 광(1)은 광 가이드(LD)를 통해 진행하면서, 광 가이드(LD)에 위치한 복수의 슬롯들(BS1-BSn)을 각각 통과할 때마다 복수의 슬롯들(BS1-BSn) 각각에 대응하는 반사 비율에 따라 광(1)의 일부가 반사될 수 있다.
복수의 슬롯(BS1-BSn)은 y축에 대해 소정 각도로 기울어져 광 가이드(LD)의 일측에 위치할 수 있다. 그리고, 복수의 슬롯(BS1-BSn)은 서로 이격되도록 정렬될 수 있다.
복수의 슬롯(BS1-BSn) 각각은 입사되는 광(1)을 대응하는 반사 비율에 따라 x축과 평행한 방향으로 반사하고, 나머지는 y축 방향으로 투과할 수 있다. 또한, 제1 광 분리부(14)의 복수의 슬롯(BS1-BSn) 각각의 반사 비율은, 면조명판(16)에 포함된 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn) 각각에 입사되는 복수의 반사광(L1-Ln) 각각이 대체적으로 동일한 세기가 되도록 설정될 수 있다.
예를 들어, 슬롯들(BS1-BSn)은 면조명판(16)의 y축 방향으로 배열된 n 개의 제2 광 분리부(B1-Bn) 각각에 대응하여 위치한다. 광원부(12)로부터 광(1)이 입사되면, 광(1)은 제1 광 분리부(14)의 슬롯들(BS1-BSn)에 의해 반사 및 투과되고, 제2 광 분리부(B1-Bn) 각각에 복수의 반사광(L1-Ln)이 대체적으로 동일한 세기로 입사된다. 즉, 제1 광 분리부(14)는 y축 방향을 따라, x축과 평행한 방향을 향해 균일한 세기의 반사광들(L1-Ln)을 반사한다.
복수의 슬롯(BS1-BSn)은 광 가이드(LD)를 형성하는 재료의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 투과성 재료로 형성될 수 있다. 복수의 슬롯(BS1-BSn)은 글라스(SiO2, Al2O3, SiN2 등) 또는 폴리머(PI, PET 등)로 형성될 수 있다.
예를 들어, 광 가이드(LD)는 낮은 굴절률을 갖는 투과성 재료로 만들어질 수 있다. 복수의 슬롯(BS1-BSn)은 광 가이드(LD)를 형성하는 재료의 굴절률 보다 큰 굴절률을 갖는 투과성 재료로 형성될 수 있다. 복수의 슬롯(BS1-BSn) 각각을 형성하는 재료와 광 가이드(LD)를 형성하는 재료의 굴절률의 차이로, 복수의 슬롯(BS1-BSn) 각각의 반사율 대비 투과율의 비율을 설정할 수 있다.
상기에서 설명한 복수의 슬롯(BS1-BSn)은, 반사율 대비 투과율의 비율, 크기, 형상, 위치 및 재료 등이 변경되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 슬롯(BS1-BSn)은 제2 광 분리부(B1-Bn) 각각에 균일한 세기의 복수의 반사광(L1-Ln)을 입사시키기 위해 다양한 배열로 광 가이드(LD)에 위치할 수 있다. 또는, 복수의 슬롯(BS1-BSn)은 제2 광 분리부(B1-Bn) 각각에 균일한 세기의 복수의 반사광(L1-Ln)을 입사시키기 위해 반사율이 서로 다른 값을 갖도록 형성될 수 있다.
광 스토퍼(BST)는 제1 광 분리부(14)의 타단에 위치한다. 광 스토퍼(BST)는 입사되는 광의 반사를 억제할 수 있다. 일례로, 광 스토퍼(BST)는 슬롯(BSn)을 투과한 광 및 슬롯(BS1-BSn)에서 반사되거나 굴절된 광을 흡수하여, 광 스토퍼(BST)로부터 반사되는 광을 억제할 수 있다.
제1 광 분리부(14)의 타단에 광 흡수 물질이 도포되거나, 광 흡수 부재가 부착되어 광 스토퍼(BST)가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 광 분리부(14)의 타단은 광(1)이 입사하는 일단에 y축 방향으로 대향하는 단일 수 있다. 면조명판(16)은 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn)를 포함하고, 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn)는 x축 방향으로 연장되고 y축 방향을 따라 배열될 수 있다. 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn) 각각에는 제1 광 분리부(14)에서 반사되는 균일한 광들(L1-Ln)이 입사될 수 있다.
복수의 제2 광 분리부(B1-Bn)는 제1 광 분리부(14)에서 입사된 광들을 z축 방향으로 반사시킨다. 일례로, 하나의 제2 광 분리부는 x축 방향을 따라, z축과 평행한 방향을 향해 균일한 광을 반사한다. 이에 따라, 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn)는 z축과 평행한 방향을 향해, 균일한 평면광을 조사할 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 제2 광 분리부에 대해 상세하게 설명한다. 면조명판(16)에 포함된 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn) 중 하나의 제2 광 분리부(B1)에 대한 다양한 실시예를 설명한다. 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn) 중 나머지 제2 광 분리부(B2-Bn)는 제2 광 분리부(B1)의 구성 및 구조과 동일하므로 그 설명은 생략한다.
다양한 실시예를 설명하기 위해 도 2에 도시된 복수의 제2 광 분리부(B1-Bn) 중 하나인 제2 광 분리부(B1)를 예로 든다. 제2 광 분리부(B1)는 도 3 내지 도 5에 도시된 다양한 실시예에서 동일한 도면 부호 'B1'으로 표시되어 있다.
도 3은 실시예에 따른 제2 광 분리부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 제2 광 분리부(B1)는 복수의 슬롯(S1-Sm) 및 광 스토퍼(BT1)가 배치된 광 가이드(G1)를 포함한다. 제2 광 분리부(B1)는 광이 입사하는 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 광 스토퍼(BT1)는 도 2에서 설명한 광 스토퍼와 동일 또는 유사한 구성이므로, 이에 대한 설명을 생략한다.
복수의 슬롯(S1-Sm)은 z축에 대해 소정 각도로 기울어져 광 가이드(G1)의 일측에 위치할 수 있다. 그리고, 복수의 슬롯(S1-Sm)은 서로 일정한 거리로 이격되도록 정렬될 수 있다. 복수의 슬롯(S1-Sm)은 입사되는 광들(L1, P1-Pm-1)의 일부(R1-Rm)를 z축과 평행한 방향으로 반사할 수 있다.
예를 들어, 제1 광 분리부(14)의 슬롯(BS1)에서 반사된 광(L1)은 제2 광 분리부(B1)로 입사된다. 광(L1)의 일부(R1)는 제2 광 분리부(B1)의 슬롯(S1)에서 z축 방향으로 반사된다. 광(L1)의 다른 일부(P1)는 슬롯(S1)을 투과하여, 슬롯(S2)을 향해 진행한다. 도시하지는 않았으나, 광(L1)의 또 다른 일부는 광 가이드(G1) 내부에서 굴절될 수 있다.
이때, 일부(R1)와 다른 일부(P1)의 비율은 슬롯(S1)의 반사율로 결정될 수 있다. 슬롯들(S1-Sm)은 동일한 반사율을 가질 수 있다. 광이 광 가이드(G1) 내에서 진행됨에 따라, 슬롯들(S1-Sm) 각각에서 반사되는 광들(R1-Rm)의 세기는 작아질 수 있다. 이는 각각의 슬롯(S1-Sm-1)에서 광의 일부(P1-Pm-1)만이 투과되기 때문이다.
제2 광 분리부(B1)에서 편차를 갖게 된 광들(R1-Rm)은 공간 광 변조부(20)로 입사될 수 있다. 그리고, 면조명판(16)에는 제2 광 분리부(B1)가 y축 방향을 따라 배치되므로, 면조명판(16)은 공간 광 변조부(20)로 평면광을 조사할 수 있다.
공간 광 변조부(20)는 광들(R1-Rm)의 편차를 감소시키기 위해, 액정층의 액정 배열을 변경하여, 공간 광 변조부(20)를 통과하는 광의 세기를 변조할 수 있다. 이때, 공간 광 변조부(20)는 광들(R1-Rm)의 반사 위치에 기초하여 광들(R1-Rm)의 세기를 감소시켜, 공간 광 변조부(20)를 통과한 광들(T1-Tm)이 균일한 세기를 갖도록 변조될 수 있다. 즉, 광들(R1-Rm)의 반사 위치가 제2 광 분리부(B1)의 광 입사 측과 가까울 수록, 공간 광 변조부(20)는 광들(R1-Rm)의 세기를 더 감소시킨다.
예를 들어, 입사되는 광(L1)의 세기를 100으로 가정하고, 슬롯들(S1-Sm)의 반사율을 4%로 가정하며, m=11로 가정한 경우, 제2 광 분리부(B1)의 각각의 슬롯(S1-Sm)에서 반사되는 광들(R1-Rm) 각각의 세기와 공간 광 변조부(20)를 통과한 광들(T1-Tm) 각각의 광의 세기는 다음의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016022466393-pat00001
상기의 표 1에 기재된 바와 같이, 슬롯들(S1-Sm)에서 반사되는 광들(R1-Rm)의 세기는 서로 편차를 가질 수 있다. 제2 광 분리부(B1)로 광이 입사되는 측으로부터 슬롯까지의 거리에 따라, 슬롯(S1-Sm)에서 반사되는 광들(R1-Rm)의 세기가 다르다.
예를 들어, 입사되는 광(L1)이 처음으로 반사되는 슬롯(S1)에서 반사된 광(R1)의 세기가 가장 크고, 마지막에 위치한 슬롯(Sm)에서 반사된 광(Rm)의 세기가 가장 작다.
그리고, 공간 광 변조부(20)는 제2 광 분리부(B1)에 광이 입사되는 측으로부터 슬롯까지의 거리에 따라, 투과하는 광의 세기를 다르게 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 공간 광 변조부(20)는 슬롯(S1)에서 반사된 광(R1)의 세기를 1.48만큼 감소시키고, 슬롯(S2)에서 반사된 광(R2)의 크기를 1.32만큼 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 슬롯(S1)에서 반사된 광(R1) 및 슬롯(S2)에서 반사된 광(R2)이 공간 광 변조부(20)를 통과하게 되면 각각의 세기가 2.52로 감소되어, 서로 동일한 세기를 가질 수 있다.
즉, 슬롯들(S1-Sm)에서 반사된 광들이 공간 광 변조부(20)를 통과하면, 통과된 광들(T1-Tm)의 세기는 균일해질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 반사광(L1-Ln)을 z축 방향으로 반사시켜 평면광을 제공하기 위해 슬롯 대신 프리즘이 제2 광 분리부에 사용될 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 다른 실시예에 대해 설명한다. 앞선 실시예와 비교해 동일한 내용에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 제2 광 분리부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 제2 광 분리부(B1)는 복수의 제1 프리즘(PS11-PS1m), 복수의 제2 프리즘(PS21-PS2m) 및 광 스토퍼(BT2)가 배치된 광 가이드(G2)를 포함한다. 광 스토퍼(BT2)는 도 2에서 설명한 광 스토퍼와 동일 또는 유사한 구성이므로, 이에 대한 설명을 생략한다.
복수의 제1 프리즘(PS11-PS1m) 및 복수의 제2 프리즘(PS21-PS2m)은 톱니형 패턴을 가지고, 서로 대향하여 배치될 수 있다.
제1 프리즘들(PS11-PS1m)은 z축에 대해 제1 각도로 기울어진 제1 대각면, x축과 평행한 측면 및 z축과 평행한 출력면을 가질 수 있다. 복수의 제1 프리즘(PS11-PS1m)은 광 가이드(G2)의 일면에 배치될 수 있다.
제2 프리즘들(PS21-PS2m)은 z축과 평행한 입사면, z축에 대해 제2 각도로 기울어진 제2 대각면, 및 x축과 평행한 출력면을 가질 수 있다. 복수의 제2 프리즘(PS21-PS2m)은 광 가이드(G2)의 일면에 대향하는 광 가이드(G2)의 타면에 배치될 수 있다. 이때, 제1 프리즘들(PS11-PS1m)과 제2 프리즘들(PS21-PS2m)은 서로 정합하도록 정렬될 수 있으며, 제1 각도와 제2 각도는 동일할 수 있다.
복수의 제1 프리즘(PS11-PS1m) 각각은 입사되는 광들(L1, P1'-Pm-1')을 z축과 평행한 방향으로 반사할 수 있다. 예를 들어, 제1 광 분리부(14)의 슬롯(BS1)에서 반사된 광(L1)은 제2 프리즘(PS21)의 입사면으로 입사된다. 입사된 광(L1)의 일부(R1')는 제2 프리즘(PS21)의 대각면에서 z축 방향으로 반사된다. 반사된 광(R1')은 제2 프리즘(PS21)의 출력면을 통해 공간 광 변조부(21)로 진행한다. 그리고, 입사된 광(L1)의 다른 일부(P1')는 대각면에서 제1 프리즘(PS11)의 대각면으로 진행한다. 광(P1')은 제1 프리즘(PS11)의 입사면으로 입사되고, 제1 프리즘(PS11)의 출력면을 통해 제2 프리즘(PS22)로 진행한다. 도시하지는 않았으나, 광들(L1, P1'-Pm')의 일부는 광 가이드(G2) 내부, 제1 프리즘들(PS11-PS1m) 및 제2 프리즘들(PS21-PS2m)의 대각면에서 굴절 또는 반사될 수 있다.
각각의 프리즘들(PS11-PS1m, PS21-PS2m)에서 광의 일부(P1'-Pm-1')만이 투과되므로, 광이 광 가이드(G2) 내에서 진행됨에 따라, 광 가이드(G2) 내를 진행하는 광들(P1'-Pm')의 세기는 점점 작아지게 된다. 광이 광 가이드(G2) 내에서 진행됨에 따라, 공간 광 변조부(21)로 반사되는 광들(R1'-Rm')의 세기도 점점 작아지게 된다.
제2 광 분리부(B1)에서 편차를 갖게 된 광들(R1'-Rm')은 공간 광 변조부(21)로 입사될 수 있다. 그리고, 면조명판(16)에는 제2 광 분리부(B1)가 y축 방향을 따라 배치되므로, 면조명판(16)은 공간 광 변조부(21)로 평면광을 조사할 수 있다.
공간 광 변조부(21)는 광들(R1'-Rm')의 편차를 감소시키기 위해, 액정층의 액정 배열을 변경하여, 공간 광 변조부(20)를 통과하는 광의 세기를 변조할 수 있다. 이때, 공간 광 변조부(21)는 광들(R1'-Rm')의 반사 위치에 기초하여 광들(R1'-Rm')의 세기를 감소시켜, 공간 광 변조부(21)를 투과한 광들(T1'-Tm')이 균일한 세기를 갖도록 변조될 수 있다. 즉, 광들(R1'-Rm')의 반사 위치가 제2 광 분리부(B1)의 광 입사 측과 가까울 수록, 공간 광 변조부(21)는 광들(R1'-Rm')의 세기를 더 감소시킨다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 슬롯 중 인접한 두 슬롯간의 간격은 복수의 슬롯 각각에 의해 반사되는 광의 세기에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 광(L1)이 입사되는 측단으로부터 멀어질수록 두 슬롯간의 간격이 좁아질 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 또 다른 실시예에 대해서 설명한다. 앞선 실시예들과 비교해 동일한 내용에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 제2 광 분리부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 제2 광 분리부(B1)는 복수의 슬롯(SP1-SPb) 및 광 스토퍼(BT3)가 배치된 광 가이드(G3)를 포함한다. 광 스토퍼(BT3)는 도 2에서 설명한 광 스토퍼와 동일 또는 유사한 구성이므로, 이에 대한 설명을 생략한다.
복수의 슬롯(SP1-SPb)은 z축에 대해 소정 각도로 기울어져 광 가이드(G3)의 일측에 위치할 수 있다. 복수의 슬롯(SP1-SPb)은 입사되는 광(L1, U1-Ub-1)의 일부(K1-Kb)를 z축과 평행한 방향으로 반사할 수 있다.
예를 들어, 제1 광 분리부(14)의 슬롯(BS1)에서 반사된 광(L1)은 제2 광 분리부(B1)로 입사된다. 광(L1)의 일부(K1)는 제2 광 분리부(B1)의 슬롯(SP1)에서 z축 방향으로 반사된다. 광(L1)의 다른 일부(U1)는 슬롯(SP1)을 투과하여 진행한다. 도시하지는 않았으나, 광(L1)의 또 다른 일부는 광 가이드(G3) 내부에서 굴절될 수 있다.
이때, 일부(K1)와 다른 일부(U1)의 비율은 슬롯(SP1)의 반사율로 결정될 수 있다. 슬롯들(SP1-SPb)은 동일한 반사율을 가질 수 있다. 이에 따라, 광 가이드(G3)의 복수로 구분된 영역(A1-Am) 각각에서, 방출되는 광의 세기가 서로 동일하도록, 복수의 슬롯(SP1-SPb)이 위치할 수 있다. 즉, 광 가이드(G3)의 복수로 구분되는 영역(A1-Am) 중 이웃하는 두 영역(At-1, At)에 위치한 슬롯의 개수가 서로 다를 수 있다.
각각의 슬롯(SP1 내지 SPb-1)에서 광의 일부(U1 내지 Ub-1)만이 투과되므로, 광이 광 가이드(G3) 내에서 진행됨에 따라, 슬롯에서 공간 광 변조부(22)를 향해 반사되는 광(K1-Kb)의 세기는 점점 작아지게 된다. 그러나, 각각의 영역(A1-Am) 내에 위치한 슬롯의 개수를 변경하게 되면, 각각의 영역(A1-Am)으로 방출되는 광의 세기가 대체적으로 균일해질 수 있다.
일례로, 영역(A1)으로 방출되는 광(K1)의 크기와 영역(At)으로 방출되는 광들(Kt, Kt+1)의 크기 합이 서로 동일하도록, 영역(At)에 대응하여 슬롯들(SPt, SPt+1)이 위치할 수 있다.
다른 예로, 영역(A1)으로 방출되는 광(K1)의 크기와 영역(Am)으로 방출되는 광들(Kb-2, Kb-1, Kb)의 크기 합이 서로 동일하도록, 영역(Am)에 대응하여 슬롯들(SPb-2, SPb-1, SPb)이 위치할 수 있다.
그리고, 면조명판(16)에는 제2 광 분리부(B1)가 y축 방향을 따라 배치되므로, 면조명판(16)은 공간 광 변조부(22)로 평면광을 출사할 수 있다. 공간 광 변조부(22)는 각각의 영역으로 방출되는 광의 세기의 편차를 감소시키기 위해, 액정층의 액정 배열을 변경하여, 공간 광 변조부(22)를 통과하는 광의 세기를 변조할 수도 있다.
실시예들에 따르면, 영역에 따라 균일한 세기를 가지는 평면광을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 실시예들에 따르면 가간섭성을 갖는 평면광을 제공할 수 있는 효과가 있다.
상기의 도 3 내지 도 5에서 설명함 제2 광 분리부(B1)의 특징은 제1 광 분리부(14)에도 동일하게 적용이 가능하다.
이상에서 실시예의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 실시예의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 실시예의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 실시예의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 조명부
12: 광원부
14: 제1 광 분리부
16: 면조명판
20: 공간 광 변조부
30: 제어부

Claims (14)

  1. 가간섭성 광을 방출하는 광원부,
    상기 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고
    상기 복수의 제1 슬롯 각각으로부터 반사된 복수의 제1 광 중 대응하는 제1 광의 일부를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 슬롯 및 상기 제1 광의 일부가 진행하는 광 가이드를 포함하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판
    을 포함하고,
    상기 복수의 제2 슬롯은 동일한 반사율을 갖는, 조명 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    LED 광원,
    상기 LED 광원에서 방출된 광의 진행방향에 위치한 핀 홀(pin hole), 그리고
    상기 핀 홀을 통과한 광을 콜리메이트(collimate)하는 콜리메이터,
    를 포함하는 조명 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광 분리부는 상기 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광이 진행하는 광 가이드를 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 슬롯의 굴절률과 상기 광 가이드의 굴절률이 서로 다른 조명 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광 가이드의 굴절률은 상기 복수의 제1 슬롯의 굴절률 보다 작은 조명 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 슬롯은, 상기 광 가이드의 복수로 구분되는 영역 중 이웃하는 두 영역에 위치한 제2 슬롯의 개수가 다른 조명 장치.
  7. 가간섭성 광을 방출하는 광원부,
    상기 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고
    광 가이드, 광 가이드의 일면에 배치되고, 제1 대각면을 각각 갖는 복수의 제1 프리즘, 상기 일면에 대향하는 타면에 배치되고, 제2 대각면을 각각 갖는 복수의 제2 프리즘, 및 상기 복수의 제1 슬롯 중 대응하는 하나로부터 반사된 광의 일부를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판
    을 포함하고,
    상기 복수의 제2 프리즘은 동일한 반사율을 갖는, 조명 장치.
  8. 평면광을 방출하는 조명부, 그리고
    통과하는 광의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 변조하는 공간 광 변조부,
    를 포함하고, 상기 조명부는,
    가간섭성 광을 방출하는 광원부,
    상기 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광의 일부를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 반사하는 복수의 제1 슬롯을 포함하는 제1 광 분리부, 그리고
    상기 복수의 제1 슬롯 각각으로부터 반사된 복수의 제1 광 중 대응하는 제1 광의 일부를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사하는 복수의 제2 슬롯 및 상기 제1 광의 일부가 진행하는 광 가이드를 포함하는 복수의 제2 광 분리부를 포함하는 면조명판을 포함하고,
    상기 복수의 제2 슬롯은 동일한 반사율을 갖는, 홀로그래픽 디스플레이.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    LED 광원,
    상기 LED 광원에서 방출된 광의 진행방향에 위치한 핀 홀(pin hole), 그리고
    상기 핀 홀을 통과한 광을 콜리메이트하는 콜리메이터,
    를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이.
  10. 삭제
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 광 분리부는 상기 광원부에서 제1 방향으로 방출된 광이 진행하는 광 가이드를 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 슬롯의 굴절률과 상기 광 가이드의 굴절률이 서로 다른 홀로그래픽 디스플레이.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광 가이드의 굴절률은 상기 복수의 제1 슬롯의 굴절률 보다 작은 홀로그래픽 디스플레이.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 슬롯은, 상기 광 가이드의 복수로 구분되는 영역 중 이웃하는 두 영역에 위치한 제2 슬롯의 개수가 다른 홀로그래픽 디스플레이.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조부는 상기 복수의 제2 슬롯 중 상기 제1 슬롯 중 적어도 하나로부터 반사된 광이 입사되는 일측에 인접한 적어도 하나의 제2 슬롯으로부터 반사된 광의 세기를 변조하는 홀로그래픽 디스플레이.
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