KR20160061871A

KR20160061871A - Apparatus for guiding optical wave paths

Info

Publication number: KR20160061871A
Application number: KR1020150131104A
Authority: KR
Inventors: 윤민성
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2016-06-01
Also published as: KR102135748B1

Abstract

The present invention relates to a beam path control device. Specifically, the beam path control device outputs a beam of uniform strength enlarged by an amplitude in correspondence with an active region of a display by using features with respect to an incident wave field of the beam having coherency.

Description

광선 경로 제어 장치{APPARATUS FOR GUIDING OPTICAL WAVE PATHS}[0001] APPARATUS FOR GUIDING OPTICAL WAVE PATHS [0002]

아래의 설명은 광선 경로 제어 장치에 관한 것으로써, 구체적으로는, 디스플레이 장치에 삽입되는 조명을 위한 광선의 경로를 제어하는 광선 경로 제어 장치에 관한 것이다.The following description relates to a light path control device, and more specifically, to a light path control device for controlling a path of a light beam for illumination to be inserted into a display device.

홀로그래픽 디스플레이 기술은 물체를 공중에 입체적으로 표현하는 것으로, 이상적인 완전실감 3차원 디스플레이 기술이다. 구체적으로, 홀로그램 디스플레이 기술은 주어진 물체로 발생되는 파면(wave-front)을 그대로 재생함에 따라 사람의 눈에 실제로 그 물체가 존재하는 것과 동일한 효과를 주는 기술이다. 기존의 홀로그래픽 디스플레이 기술은 좌우 눈에 대응하는 화상이 눈의 움직임에 따라 다르게 표현됨에 따라 시차로 인한 눈의 피로감과 어지러움 증상이 발생했다.Holographic display technology is an ideal full-realistic three-dimensional display technology that expresses an object in three dimensions in the air. Specifically, the hologram display technology is a technique that reproduces the wave-front generated by a given object to produce the same effect as if the object actually exists in a human eye. In the conventional holographic display technology, the images corresponding to the left and right eyes are differently displayed according to the movement of the eyes, so that the eyes have fatigue and dizziness symptoms caused by the parallax.

최근에는 3차원 디스플레이 기술이 발전함에 따라 완벽한 시차와 깊이로 물체를 표현함으로써, 조절-폭주(accommodation-convergence) 불일치 문제에 따른 눈의 피로감과 어지러움 증상이 없게 되었다. 더 나아가, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 시점의 이동에 따라 서로 다른 영상을 관찰할 수 있으며 시청을 위한 부수적인 장치(예, 안경)가 필요 없는 다수의 시청이 가능한 궁극의 3차원 디스플레이 기술로까지 발전했다. 하지만, 이러한 홀로그래픽 디스플레이 기술을 구현하기 위해서는 몇 가지 요구 사항들이 있다.In recent years, as 3D display technology has developed, objects have been expressed with perfect parallax and depth, and there has been no symptoms of eye fatigue and dizziness due to accommodation-convergence mismatch problems. Furthermore, the holographic display technology has evolved into an ultimate 3D display technology capable of viewing different images according to the movement of the viewpoint, and capable of viewing a large number of images that do not require an auxiliary device for viewing (for example, glasses) . However, there are some requirements to implement such a holographic display technology.

첫 번째로, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 광 시야각을 갖는 영상을 표현하고자 하는 디스플레이 소자가 필요하다. 다시 말해, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 광 시야각을 갖는 영상이 표현하는 것으로써, 이를 위해서 픽셀 피치 (pixel pitch)의 크기가 가시광선의 파장 수준 (1 um 이하)인 디스플레이 표시 소자가 필요하다. First, a holographic display technology requires a display device to display an image having a wide viewing angle. In other words, the holographic display technology expresses an image having a wide viewing angle. For this purpose, a display display device is required in which the pixel pitch has a wavelength level of visible light (1 μm or less).

두 번째로, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 홀로그래픽 이미지를 재생하기 위한 일전 수준 이상의 디스플레이 영역이 요구된다. 다시 말해, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 영상에 따른 충분한 크기의 홀로그래픽 이미지를 재생해야 한다. 따라서, 공간광변조기의 디스플레이 영역은 일정 수준 이상 (2인치 이상)의 활성 영역(active area) 크기를 가져야 한다. 이를 위하여, 최근에는 소형 패널을 tiling함으로써 홀로그래피용 패널 크기를 확대하는 기술이 소개되고 있다.Secondly, the holographic display technology requires a display area higher than the previous level for reproducing a holographic image. In other words, the holographic display technology must reproduce a holographic image of sufficient size according to the image. Therefore, the display area of the spatial light modulator should have an active area size of more than a certain level (2 inches or more). To this end, techniques for enlarging the size of a holographic panel by tiling a small panel have recently been introduced.

그러나, 이러한 타일링 구조는 이음매 경계선들의 존재로 인해서 재생된 홀로그램 영상에서도 이 경계선들로부터 야기되는 검은색 선들이 함께 나타남으로써 재생되는 홀로그램 화질을 더욱 악화시키는 문제점이 발생된다. 또한, 한편 현재 상용 가능한 디스플레이 소자만으로 표현할 수 있는 홀로그래픽 이미지 크기와 시야각의 범위는 매우 작기 때문에 이상적인 3차원 디스플레이로서의 홀로그래픽 디스플레이의 특성(운동 시차, 조절-폭주 일치, 양안 시차)들을 실제로 관찰하기가 쉽지 않다.However, such a tiling structure has a problem in that even in the reproduced hologram image due to the existence of the seam boundary lines, the black lines caused by the boundary lines appear together to further deteriorate the reproduced holographic image quality. On the other hand, since the range of the holographic image size and the viewing angle that can be represented by only the currently available display elements is very small, it is possible to actually observe the characteristics of the holographic display (the motion parallax, the control-convergent agreement, and the binocular parallax) as an ideal three- It is not easy.

그래서, 디스플레이 소자에 부가적인 광학, 기계 제어 시스템 등을 결합해 그 한계를 극복하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 그렇지만, 이러한 형태의 시스템은 큰 공간을 차지하고 광학적으로 정밀한 배열 과정 등을 필요하다. 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 실제로 구현하더라도 벌키한 시스템 구조로 인해 이동이 쉽지 않다는 것이 큰 단점이다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이는 레이저와 같은 가간섭성 (coherence)을 갖는 조명 광원을 주로 사용하게 되는데, 눈으로 장시간 동안 이러한 조명 광을 직접 보는 것은 위험하기 때문에 최적의 영상을 준비하기 위해서 대부분 카메라 촬영을 통해 간접적으로만 관측 및 시청을 해야 하는 경우도 발생한다.Therefore, many studies have been made to overcome the limit by combining additional optics, mechanical control systems, and the like with display devices. However, this type of system requires a large space and an optically precise array process. Even if a holographic display system is actually implemented, a big disadvantage is that it is not easy to move due to a bulky system structure. In addition, the holographic display mainly uses an illuminating light source having a coherence such as a laser. Since it is dangerous to see such an illuminating light for a long time with the eyes, in order to prepare an optimal image, It is necessary to observe and watch only indirectly.

그러므로, 충분한 세기를 갖는 가간섭광은 홀로그램이 인코딩되는 공간광변조기의 활성영역에 균일한 세기로 조명을 해야한다. 나아가 이러한 홀로그래픽 영상 재생 시스템에서 가능한 한 작은 두께와 가벼운 무게를 가지면서 동시에 디스플레이 활성면적을 포함하도록 평판형 조명 장치로 이루어진 홀로그래픽 디스플레이를 제공하는 것이 필요하다.Therefore, the interference light having sufficient intensity must be illuminated at a uniform intensity in the active area of the spatial light modulator in which the hologram is encoded. Furthermore, there is a need to provide a holographic display composed of a planar illumination device so as to include a display active area while at the same time having a thickness and a light weight as small as possible in such a holographic image reproduction system.

본 발명은 공간광변조기와 같은 디스플레이의 활성 영역에 가간섭성을 갖는 광선이 균일한 세기로 조명되며, 최소의 두께를 갖는 평판형 광선 경로 제어 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a planar light-ray path control apparatus having a minimum thickness, in which a light beam having coherence is illuminated with uniform intensity in an active region of a display such as a spatial light modulator.

일실시예에 따르면, 광선 경로 제어 장치는 광원으로부터 출력된 광선(light beam)이 입사되는 제1 도광판 -상기 광선은 제1 입사각으로 제1 도광판의 주입면에 입사되어, 제1 투과각으로 투과됨-; 상기 제1 도광판에 입사된 광선이 제2 도광판의 내부로 투과되는 제1 격자 -상기 제1 격자를 통해 투과되는 광선은, 제1 격자의 격자면에 상기 제1 투과각에 대응하는 제1 입사각으로 입사되어, 제2 투과각으로 제2 도광판의 내부로 투과됨-; 상기 제1 격자를 통해 투과된 광선이 통과하여 제2 격자에 입사되는 제2 도광판 -상기 제2 도광판을 통과하는 광선은, 상기 제2 투과각과 제2 도광판의 굴절률에 따라 결정됨-; 및 상기 제2 도광판을 통과한 광선이 입사되는 제2 격자 -상기 제2 격자로 입사된 광선은 제2 격자의 일면에 대해 수직 방향으로 출력됨-를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a light path control device includes a first light guide plate on which a light beam outputted from a light source is incident, the light ray is incident on a plane of incidence of the first light guide plate at a first incident angle, being-; A first grating through which light rays incident on the first light pipe are transmitted to the inside of the second light pipe; a light beam transmitted through the first grating is incident on the grating surface of the first grating, at a first incident angle And is transmitted to the inside of the second light pipe by a second transmission angle; A second light guide plate through which the light transmitted through the first grating passes and is incident on the second grating, the light ray passing through the second light guide plate being determined according to the refractive indexes of the second transmission angle and the second light guide plate; And a second grating through which the light beam having passed through the second light guide plate is incident, and a light beam incident on the second grating is output in a direction perpendicular to one surface of the second grating.

일실시예에 따르면, 입사된 광선은 공기의 굴절률에 따른 상기 제1 도광판의 주입면에서 발생하는 표면 반사율을 고려하여 상기 주입면에 대하여 P-편광 상태로 입사될 수 있다.According to one embodiment, the incident light may be incident on the injection surface in a P-polarization state in consideration of the surface reflectance generated on the injection surface of the first light guide plate depending on the refractive index of air.

일실시예에 따르면, 제1 격자를 통해 투과되는 광선은 상기 제1 격자의 회절 조건에 따라 제1 도광판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 제2 도광판의 내부로 투과될 수 있다.According to one embodiment, the light rays transmitted through the first grating may be transmitted to the inside of the second light guide plate having the same refractive index as the refractive index of the first light guide plate according to the diffraction condition of the first grating.

일실시예에 따르면, 제1 투과각은 상기 제1 도광판에 입사된 광선의 입사각, 제1 격자의 격자 방향 및 제1 격자의 격자 주기에 의해 결정될 수 있다.According to an embodiment, the first transmission angle may be determined by the incident angle of the light incident on the first light guide plate, the grating direction of the first grating, and the grating period of the first grating.

일실시예에 따르면, 제1 격자는 상기 제1 도광판과 공기 간의 상대적인 골절율을 고려하여 상기 광선이 제2 도광판의 내부로 진입 되도록 상기 투과각에 따른 기울기로 접합된 제1 도광판과 제2 도광판을 연결할 수 있다.According to an embodiment, the first grating may include a first light guide plate and a second light guide plate joined at a slope corresponding to the transmission angle so that the light enters the second light guide plate in consideration of a relative fracture ratio between the first light guide plate and the air, Can be connected.

일실시예에 따르면, 출력된 광선은 상기 주입면에서 입사된 광선의 입사 파동장에 의하여 제1 격자를 투과하기 전과 투과한 후에 광선의 폭이 확대될 수 있다.According to an embodiment, the width of the light beam may be enlarged before and after the first grating is transmitted by the incident wave field of the light beam incident on the injection surface.

일실시예에 따르면, 투과된 광선은 상기 제2 도광판의 내부로 투과된 광선의 입사 파동장에 의하여 제2 격자를 투과하기 전과 투과한 후에 광선의 폭이 확대될 수 있다.According to an embodiment, the width of the light beam may be enlarged before and after the transmitted light ray is transmitted through the second grating due to the incident wave field of the light ray penetrating into the second light guide plate.

일실시예에 따르면, 출력된 광선은 가간섭성을 갖는 입사 파동장을 통해 생성되며, 공간적으로 균질한 세기를 가질 수 있다.According to one embodiment, the output light beam is generated through an incident wave field having coherence and may have a spatially homogeneous intensity.

일실시예에 따르면, 제2 격자는 상기 제2 도광판을 통과한 광선의 입사각-상기 광선의 입사각은 제2 투과각과 제2 도광판의 굴절률로 결정됨-을 고려하여 제2 격자의 출광면에 수직한 각도로 출광되도록 제2 도광판의 일면에 연결될 수 있다.According to one embodiment, considering the angle of incidence of the light ray that has passed through the second light guide plate, the angle of incidence of the light ray is determined by the second transmission angle and the refractive index of the second light guide plate, the second grating is perpendicular to the light exit surface of the second grating And may be connected to one surface of the second light guide plate so as to be emitted at an angle.

일실시예에 따르면, 디스플레이는 상기 제2 격자의 출광면과 평행하여 접합되거나 또는 일정 거리 이격되는 평판 홀로그래픽 디스플레이일 수 있다.According to one embodiment, the display may be a flat panel holographic display that is bonded in parallel with or spaced apart from the emitting surface of the second grating.

일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치는 공간광변조기와 같은 디스플레이의 활성영역을 충분히 포함하는 면적에 가간섭성을 갖는 광선을 균일한 세기로 조명하고, 동시에 최소의 두께를 갖는 평판형 광선 경로 제어 장치를 제공으로써 상용가능한 단일 모듈형 평판 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 구현할 수 있다.The light path control device according to an embodiment is a device that illuminates a coherent light beam with an intensity enough to cover an active area of a display, such as a spatial light modulator, at a uniform intensity, and at the same time, A single modular flat panel holographic display system that is commercially viable can be implemented.

도 1은 일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치 및 디스플레이를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치의 측면도 및 정면도를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치로 입사되는 광선의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 제1 도광판의 주입면에서 광의 입사각과 반사율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 일실시예에 따른 주기적인 배열에 의한 투과형 회절 격자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 주기적인 굴절률 변화에 의한 투과형 그레이팅의 배치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a light path control device and a display according to an embodiment.
2 is a side view and a front view of a light path control device according to an embodiment.
3 is a view for explaining a path of a light beam incident on a light path control device according to an embodiment.
4 is a graph for explaining the relationship between the incident angle of light and the reflectance on the injection surface of the first light guide plate according to one embodiment.
FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of a transmission type diffraction grating by a periodic arrangement according to an embodiment.
FIG. 6 is a view for explaining the arrangement of a transmission grating due to a periodic refractive index change according to an embodiment.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치 및 디스플레이를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a light path control device and a display according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 광선 경로 제어 장치(101)는 가간섭성을 갖는 광선의 입사 파동장에 대한 특성을 이용하여 디스플레이의 활성 영역에 대응되는 크기로 확대된 균일한 세기의 광선을 출력시킬 수 있는 조명 장치일 수 있다. 일례로, 광선 경로 제어 장치(101)는 슬림 스타일(slim style)의 BLU(Back Light Unit) 또는 FLU(Front Light Unit)로 구현되는 소형 레이저 모듈일 수 있다. 또한, 광선 경로 제어 장치(101)는 적어도 하나의 광학 컴포넌트를 포함함으로써, 입사된 광선에 대한 경로를 제어할 수 있다. 즉, 광선 경로 제어 장치(101)는 디스플레이(106)가 위치한 방향으로 광선의 경로가 제어되고, 광선의 폭이 확대되며 디스플레이(106)로 출력될 수 있다.Referring to FIG. 1, the optical path control device 101 can output a light beam of a uniform intensity enlarged to a size corresponding to an active area of a display, using characteristics of an incident wave field of a coherent light beam Which may be a lighting device. For example, the optical path control device 101 may be a small laser module implemented as a slim style BLU (Back Light Unit) or a FLU (Front Light Unit). In addition, the light path control device 101 may include at least one optical component to control the path for the incident light beam. That is, the light path control device 101 can control the path of the light beam in the direction in which the display 106 is located, enlarge the width of the light beam, and output to the display 106.

그리고, 디스플레이(106)는 광선 경로 제어 장치(101)로부터 출력된 균일한 세기의 광선을 변조하여 공간상의 입체영상을 표시할 수 있다. 여기서, 광선 경로 제어 장치(101)와 디스플레이(106)는 단일 모듈 형태로 서로 접합되거나(미도시), 또는 일정 간격으로 이격되어 디스플레이용 시스템(도시)으로 구현될 수 있다.The display 106 can display a stereoscopic image in a space by modulating light of a uniform intensity output from the light path control device 101. [ Here, the light path control device 101 and the display 106 may be realized as a system (display) for a display by being bonded (not shown) to each other in a single module form or spaced apart at regular intervals.

구체적으로, 광선 경로 제어 장치(101)는 디스플레이(106)로 광선을 출력하기 위하여, 광원으로부터 출력된 광선의 경로를 제어할 수 있다. 이를 위해, 광선 경로 제어 장치(101)는 디스플레이(106)에 출력되기 위한 광선이 입사될 수 있다. 여기서, 광선은 다음과 같은 단계를 거쳐 광선 경로 제어 장치(101)에 입사될 수 있다.Specifically, the light path control device 101 can control the path of the light beam output from the light source, so as to output the light beam to the display 106. [ To this end, the light path control device 101 may be made to receive a light beam to be output to the display 106. [ Here, the light beam may be incident on the light path control device 101 through the following steps.

상세하게, 광선은 광원으로부터 출력되어 출력된 광을 모아 평행하도록 만드는 집광부를 통과할 수 있다. 이때, 광선을 가간섭성을 갖는 입사 파동장(wave field)의 특성을 나타낼 수 있다. 그리고, 집광부를 통과한 광선은 구별 가능한 지향성을 지닌 평면 파면이며, 공간적으로 균일한 세기를 가질 수 있다.In detail, the light rays can pass through a light collecting portion which is output from the light source and collects the output light to make it parallel. At this time, it is possible to exhibit characteristics of an incident wave field having a coherent light ray. And, the light ray passing through the condenser is a plane wavefront with distinguishable directivity, and can have a uniform spatial intensity.

여기서, 집광부는 광 투과 원리에 따라 광원에서 출력된 광선이 통과될 수 있다. 다시 말해, 집광부는 광선 경로 제어 장치(101)에서의 광선의 주입면에서 발생하는 표면 반사율을 고려하여 광선의 입사 효율을 높이기 위하여 P-편광 상태를 갖는 광선이 통과될 수 있다.Here, the light-converging unit can pass the light ray output from the light source according to the light transmission principle. In other words, in the light condensing unit, a light beam having a P-polarization state can be passed in order to increase the incidence efficiency of the light beam in consideration of the surface reflectance occurring on the light-incident surface of the light path control device 101.

이때, 광선 경로 제어 장치(101)는 디스플레이(106)의 위치에 따라 광선의 경로 제어 및 광선의 폭을 확대시키기 위하여 제1 광선 확대부 및 제2 광선 확대부를 포함할 수 있다. 제1 광선 확대부는 제1 도광판(102) 및 제1 격자(103)를 포함하고, 제2 광선 확대부는 제2 도광판(104) 및 제2 격자(105)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 광선 확대부 및 제2 광선 확대부는 서로 맞대도록 배치되어 일체적으로 접합되는 기하학적인 단면 구조를 가질 수 있다.At this time, the light path control device 101 may include a first light beam expanding unit and a second light beam expanding unit in order to control the path of the light ray according to the position of the display 106 and to increase the width of the light ray. The first light beam expander may include a first light guide plate 102 and a first grating 103 and the second light beam expander may include a second light guide plate 104 and a second grating 105. The first light beam expander and the second light beam expander may have a geometric cross-sectional structure that is arranged to face each other and integrally joined.

제1 광선 확대부는 집광부로부터 출력된 광선이 입사되어 입사된 광선이 제1 격자를 통해 제2 도광판(104)의 내부로 투과되도록 광선의 경로를 제어할 수 있다. 이 때, 제1 격자를 통해 투과되는 광선은 입사 파동장에 의해 광선의 폭이 확대되어 제2 도광판의 내부로 투과될 수 있다.The first light beam expanding unit can control the path of the light beam so that the light beam output from the light collecting unit is incident and the incident light beam is transmitted through the first grating into the second light guide plate 104. At this time, the light rays transmitted through the first grating can be transmitted to the inside of the second light guide plate by the width of the light beam by the incident wave field.

또한, 제2 광선 확대부는 제1 광선 확대부를 통해 투과된 광선이 제2 도광판(104)을 통과하여 제2 격자(105)를 통해 디스플레이(106)에 수직 방향으로 출력되도록 광선의 경로를 제어할 수 있다. 이 때, 제2 격자(105)를 통해 투과되는 광선은 입사 파동장에 의해 광선의 폭이 확대되어 디스플레이(106)로 출력될 수 있다.The second light beam expanding unit controls the path of the light beam so that the light beam transmitted through the first light beam expanding unit passes through the second light guide plate 104 and is output to the display 106 in the vertical direction through the second grating 105 . At this time, the light beams transmitted through the second grating 105 may be output to the display 106 by enlarging the width of the light beams by the incident wave length.

여기서, 제1 광선 확대부 및 제2 광선 확대부는 각각에 포함된 제1 격자 및 제2 격자의 회절 조건을 제어함으로써, 투과되는 광선의 경로를 제어할 수 있다. 일례로, 제1 격자 및 제2 격자는 피치가 P인 그레이팅의 면에 법선에 대하여 브래그 회절 조건을 만족하는 격자일 수 있다.Here, the first light beam expanding unit and the second light beam expanding unit can control the path of the transmitted light beam by controlling the diffraction conditions of the first and second gratings included in the first and second light beam expanding units. For example, the first and second gratings may be gratings satisfying the Bragg diffraction condition with respect to the normal to the plane of the grating with the pitch P.

결국, 광선 경로 제어 장치(101)는 제1 광선 확대부 및 제2 광선 확대부에 포함된 격자의 회절 조건에 따라 디스플레이(106)가 위치한 방향으로 광선의 경로를 제어할 수 있다. 또한, 광선 경로 제어 장치(101)는 제1 격자(103) 및 제2 격자(105)에 투과됨에 따라 광선의 입사 파동장에 의해 광선 간의 폭이 확대됨에 따라 디스플레이(106)의 활성 영역에 대응되는 크기로 광선의 입사 파동장을 확대시킬 수 있다.As a result, the light path control device 101 can control the path of the light beam in the direction in which the display 106 is positioned according to the diffraction conditions of the grating included in the first light beam expander and the second light beam expander. The light path control device 101 responds to the active region of the display 106 as the width between the light rays increases due to the incident wave field of the light ray as it is transmitted through the first grating 103 and the second grating 105 The incident wave field of the light beam can be enlarged.

그리고, 디스플레이(106)는 광선 경로 제어 장치(101)를 통해 활성 영역에 대응하는 크기로 확대된 광선을 수신하여 입체 영상을 표시할 수 있다.The display 106 can display a stereoscopic image through the light path control device 101 by receiving a light beam enlarged to a size corresponding to the active area.

도 2는 일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치의 측면도 및 정면도를 도시한 도면이다.2 is a side view and a front view of a light path control device according to an embodiment.

도 2의 (a)를 살펴보면, 광선 경로 제어 장치의 측면도는 제1 도광판, 제1 격자, 제2 도광판, 제2격자 및 디스플레이의 단면을 포함할 수 있다. 이하에서는 광선 경로 제어 장치의 측면도에 기초하여 광원으로부터 출력된 광선의 경로를 설명하도록 한다.2 (a), a side view of the light path control device may include a cross section of a first light pipe, a first grating, a second light pipe, a second grating and a display. Hereinafter, the path of the light beam output from the light source will be described based on the side view of the light path control device.

광원으로부터 출력된 광선은 제1 도광판의 내부로 입사될 수 있다. 이 때, 출력된 광선은 제1 도광판의 주입면에 거의 수직한 방향으로 입사될 수 있다. 여기서, 출력된 광선은 도 2의 (b)에 도시된 광선 경로 제어 장치의 정면도에 기초하여 제1 도광판의 주입면(201)에 거의 수직하게 입사될 수 있다. 도 2의 (b)에 도시된 제1 도광판의 주입면(201)은 도 2의 (a)의 제1 도광판의 주입면에 대응할 수 있다.The light beam output from the light source may be incident into the first light guide plate. At this time, the output light may be incident in a direction substantially perpendicular to the injection plane of the first light guide plate. Here, the output light ray may be incident substantially perpendicularly to the injection plane 201 of the first light guide plate on the basis of the front view of the light path control device shown in Fig. 2 (b). The injection surface 201 of the first light guide plate shown in FIG. 2 (b) may correspond to the injection surface of the first light guide plate of FIG. 2 (a).

그리고, 주입면에 입사되는 광선의 입사각은 도광판과 공기 간의 굴절률을 고려하여 투과각이 θ가 되는 조건을 만족할 수 있다. 여기서, 투과각은 제1 격자(103)를 통해 제2 도광판의 내부로 진입하기 위한 조건일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광선 확대부와 제2 광선 확대부는 광선이 입사되는 방향이 상이할 수 있다.The incident angle of the light beam incident on the injection surface can satisfy the condition that the transmission angle is? In consideration of the refractive index between the light guide plate and the air. Here, the transmission angle may be a condition for entering the inside of the second light guide plate through the first grating 103. More specifically, the first light beam expanding portion and the second light beam expanding portion may have different directions of incidence of light rays.

따라서, 제1 광선 확대부는 제2 광선 확대부의 내부로 광선이 진입할 수 있도록 제2 광선 확대부의 내부 방향으로 기울어져 접합될 수 있다. 이때, 기울기는 제1 광선 확대부를 구성하는 제1 도광판의 주입면으로 입사되는 광선의 제1 입사각에 대하여 제1 투과각(θ)으로 나타낼 수 있다. 여기서, 제1 입사각은 제1 도광판으로 입사되는 광선의 입사각을 의미할 수 있다. 그리고, 제1 투과각은 제1 도광판으로 투과되는 광선의 투과각을 의미할 수 있다.Therefore, the first light beam expanding section can be tilted and joined inward of the second light beam expanding section so that the light ray can enter into the second light ray expanding section. At this time, the inclination can be expressed as a first transmission angle (?) With respect to the first incident angle of the light incident on the injection surface of the first light guide plate constituting the first light beam expanding portion. Here, the first incident angle may refer to an incident angle of a ray incident on the first light guide plate. The first transmission angle may mean a transmission angle of a light ray transmitted through the first light guide plate.

따라서, 제1 광선 확대부와 제2 광선 확대부는 제1 투과각에 따른 (θ)의 기울기로 접합될 수 있다. 그리고, 광원으로부터 출력된 광선은 제2 광선 확대부의 내부로의 진입을 위한 제1 격자의 제2 입사각을 고려하여 제1 투과각(θ)이 되는 조건을 만족하는 제1 입사각으로 제1 도광판의 주입면에 입사할 수 있다.Therefore, the first light beam expanding portion and the second light beam expanding portion can be bonded at a slope of ([theta]) according to the first transmission angle. The light rays output from the light source are incident on the first light guide plate at a first incident angle satisfying the condition that the first transmission angle becomes the first transmission angle in consideration of the second incident angle of the first grating for entering the interior of the second light- It can be incident on the injection surface.

또한, 광원으로부터 출력된 광선은 제1 도광판의 굴절률과 공기층의 굴절률 간의 상대적인 굴절률을 고려함으로써, 제1 투과각(θ)이 되는 조건을 만족하며 제1 도광판의 주입면을 통해 투과될 수 있다. 제1 투과각은 제1 도광판에 입사된 광선의 제1 입사각, 제1 격자의 격자 방향 및 제1 격자의 격자 주기에 의해 결정될 수 있다.Also, the light ray output from the light source satisfies the condition that the first transmission angle? Is satisfied by considering the relative refractive index between the refractive index of the first light guide plate and the refractive index of the air layer, and can be transmitted through the injection surface of the first light guide plate. The first transmission angle can be determined by the first incident angle of the light incident on the first light guide plate, the grating direction of the first grating, and the grating period of the first grating.

그리고, 제1 도광판에 입사된 광선은 제1 도광판의 내부를 통과하여 제1 격자를 통해 제2 도광판의 내부로 투과될 수 있다. 여기서, 제1 격자를 통해 투과되는 광선은, 제1 격자의 격자면에 대하여 제2 투과각으로 투과될 수 있다. 즉, 제1 격자는 제1 도광판에 입사된 광선의 제1 투과각을 제2 입사각으로 사용되어 제1 도광판을 통과한 광선이 제2 투과각으로 제2 도광판의 내부로 투과될 수 있다.The light rays incident on the first light guide plate may pass through the interior of the first light guide plate and may be transmitted to the inside of the second light guide plate through the first grating. Here, the light rays transmitted through the first grating can be transmitted at a second transmission angle with respect to the grating surface of the first grating. That is, the first grating may use the first transmission angle of the light incident on the first light guide plate at a second incident angle, so that the light ray passing through the first light guide plate may be transmitted through the second light guide plate at the second transmission angle.

여기서, 제1 격자는 위에서 언급한 제1 투과각에 대하여 광선이 도광판의 내부로 진입될 수 있는 회절격자로써, 광선의 경로를 제어할 수 있도록 설계된 광학 컴포넌터일 수 있다.Here, the first grating may be an optical component designed to control the path of a light beam, which is a diffraction grating that allows light rays to enter the light guide plate with respect to the first transmission angle mentioned above.

제1 격자를 통해 투과된 광선은 제2 격자에 입사되기 위하여 제2 도광판을 통과할 수 있다. 여기서, 제1 격자를 통해 투과된 광선은 상기 제2 격자에 입사각으로 입사되고, 상기 입사각은 상기 제2 투과각과 제2 도광판의 굴절률에 따라 결정될 수 있다. 일례로, 제1 격자를 통해 투과된 광선은 제2 도광판의 내부로 진입하여 제2 격자와 대면하고 있는 제2 도광판의 일면에 대하여 Ф각도를 가질 수 있다. 여기서, Ф각도는 제2 격자에 의해 디스플레이로 수직한 방향으로 출력될 수 있는 조건을 만족할 수 있다.The light beams transmitted through the first grating may pass through the second light guide plate to be incident on the second grating. Here, the light beam transmitted through the first grating may be incident on the second grating at an incident angle, and the incident angle may be determined according to the second transmission angle and the refractive index of the second light guide plate. For example, the light rays transmitted through the first grating may have an angle of? With respect to one surface of the second light guide plate that enters into the second light guide plate and faces the second grating. Here, the angle [phi] can satisfy the condition that it can be outputted in the direction perpendicular to the display by the second grating.

광선 경로 제어 장치는 광선에 대하여 입사 파동장에 대한 광선의 폭을 확대시킬 수 있다. 또한, 제2 격자는 제2 도광판을 통과한 광선이 위의 입사각 Ф일 경우, 광선이 공기층 또는 디스플레이를 향하여 출력될 수 있는 회절격자로써, 광선의 경로를 제어할 수 있도록 설계된 광학 컴포넌터일 수 있다.The light path control device can enlarge the width of the light beam to the incident wave field with respect to the light ray. The second grating may be an optical component designed to control a path of a light ray as a diffraction grating that can be output toward the air layer or the display when the light ray passing through the second light pipe is an incident angle? .

이때, 디스플레이는 제2 격자로부터 출력된 광선을 입체 영상으로 표시함에 따라 제2 도광판과 제2 격자의 일면의 크기는 디스플레이의 활성 영역과 동일할 수 있다.At this time, since the display displays the light beams output from the second grating as a stereoscopic image, the size of one surface of the second light pipe and the second grating may be the same as the active area of the display.

결국, 위에서 상술한 바와 같은 과정을 통하여 광선 경로 제어 장치에서 출력된 광선은 디스플레이의 활성영역에 대응되는 크기로 확대된 평면 파동장의 특징을 가질 수 있다. 이와 동시에, 광선 경로 제어 장치에서 출력된 광선은 균일한 광 세기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.As a result, the light ray output from the light path control device through the above-described process can have a feature of a plane wave field enlarged to a size corresponding to the active area of the display. At the same time, the light beam output from the light path control device may have a uniform light intensity.

도 3은 일실시예에 따른 광선 경로 제어 장치로 입사되는 광선의 경로를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a path of a light beam incident on a light path control device according to an embodiment.

도 3을 참고하면, 광선 경로 제어 장치는 제1 도광판(302)의 주입면(301)으로 광선이 입사될 수 있다. 여기서, 입사된 광선은 공기의 굴절률에 따른 상기 제1 도광판(302)의 주입면(301)에서 발생하는 표면 반사율을 고려하여 주입면(301)에 대하여 P-편광 상태로 입사될 수 있다.Referring to FIG. 3, a light beam may be incident on the injection surface 301 of the first light guide plate 302 in the light path control device. Here, the incident light may be incident on the injection surface 301 in a P-polarization state in consideration of the surface reflectance generated on the injection surface 301 of the first light guide plate 302 according to the refractive index of the air.

또한, 입사된 광선은 제1 도광판(302)의 주입면(301)을 통해 제1 투과각으로 투과될 수 있다. 그리고, 입사된 광선은 제1 도광판(302)을 통과하여 제1 격자를 통해 제2 도광판(304)의 내부로 투과될 수 있다. 여기서, 입사된 광선은 제1 격자의 회절 조건에 따라 제1 도광판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 제2 도광판의 내부로 투과될 수 있다. 그리고, 제2 도광판을 통과하는 광선은, 제2 격자에 입사각으로 입사되고, 상기 입사각은 상기 투과각과 제2 도광판의 굴절률에 따라 결정될 수 있다.In addition, the incident light may be transmitted through the injection surface 301 of the first light guide plate 302 at a first transmission angle. The incident light may pass through the first light guide plate 302 and be transmitted to the inside of the second light guide plate 304 through the first grating. Here, the incident light may be transmitted to the inside of the second light guide plate having the same refractive index as the refractive index of the first light guide plate according to the diffraction condition of the first grating. The light ray passing through the second light guide plate is incident on the second grating at an incident angle, and the incident angle can be determined according to the transmission angle and the refractive index of the second light guide plate.

이때, 제1 격자(303)를 투과한 광선은 주입면(301)에서 입사된 광선의 입사 파동장에 의하여 제1 격자를 투과하기 전의 광선의 폭(d1)에 비해 투과한 후에 광선의 폭(d2)이 확대될 수 있다. 다시 말해, 제1 격자(303)를 투과한 광선은 광원으로부터 출력된 광선이 갖는 입사 파동장과 다른 폭을 갖는 연속된 광 흐름을 통해 제2 도광판(304)을 통과할 수 있다. 따라서, 제2 도광판(304)을 통과하는 광선은 주입면(301)에 입사되는 파동장의 크기보다 확대될 수 있다.At this time, the light beam transmitted through the first grating 303 is transmitted through the incident wave field of the light beam incident from the injection surface 301, compared to the width d1 of the light beam before passing through the first grating 303, d2) can be enlarged. In other words, the light beam transmitted through the first grating 303 can pass through the second light guide plate 304 through a continuous light flow having a width different from the incident wave length of the light ray output from the light source. Therefore, the light rays passing through the second light guide plate 304 can be wider than the size of the wave field incident on the injection surface 301.

제1 격자를 통해 투과된 광선은 광선의 폭(d2)으로 제2 도광판을 통과하여 제2 격자에 입사될 수 있다. 그리고, 2 격자(305)로 입사된 광선은 제2 격자의 일면에 대해 수직 방향으로 출력될 수 있다. 여기서, 제2 격자(305)에 투과된 광선은 제2 도광판의 내부로 투과된 광선의 입사 파동장에 의하여 제2 격자(305)를 투과하기 전의 광선의 폭(d2)에 비해 투과한 후의 광선의 폭(d3)이 확대되어 출력될 수 있다.The light beams transmitted through the first grating may pass through the second light guide plate and enter the second grating with the light beam width d2. The light beams incident on the two gratings 305 may be output in a direction perpendicular to one surface of the second grating. Here, the ray transmitted through the second grating 305 is transmitted through the second grating 305 by the incident wave length of the ray passing through the second grating 305, Can be enlarged and output.

그리고, 제2 격자(305)를 통해 출력된 광선은 디스플레이에 전달될 수 있다. 여기서, 디스플레이는, 제2 격자(305)의 출광면과 평행하여 접합되거나 또는 일정 거리 이격되는 평판 홀로그래픽 디스플레이일 수 있다. 그리고, 디스플레이는 디스플레이의 활성 영역에 대응하여 크기가 확대된 광선을 입체 영상으로 표시할 수 있다. 결국, 광선 경로 제어 장치는 광선이 갖는 입사 파동장의 특성을 이용하여 디스플레이의 활성 영역에 대응되는 크기로 확대시킬 수 있다.The light rays output through the second grating 305 can then be transmitted to the display. Here, the display may be a flat panel holographic display which is bonded in parallel with the light emitting surface of the second grating 305 or spaced apart by a certain distance. In addition, the display can display a light beam of a magnified size corresponding to the active area of the display as a stereoscopic image. As a result, the optical path control device can enlarge the size of the light path control device to a size corresponding to the active area of the display, using the characteristic of the incident wave field of the light.

도 4는 일실시예에 따른 제1 도광판의 주입면에서 광선의 입사각과 반사율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph for explaining the relationship between the incident angle of light and the reflectance on the injection surface of the first light guide plate according to one embodiment.

도 4를 참고하면, 광원으로부터 출력된 광선은 제1 도광판의 주입면을 통해 제1 도광판의 내부로 주입될 때, 제1 도광판의 굴절률(nA)과 공기의 골절률 n0=1을 고려할 수 있다. 제1 도광판의 골절률과 공기의 골절률을 고려하였을 때, 출력된 광선의 입사각(Ф)과 투과각(θ)의 관계는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4, the refractive index (nA) of the first light guide plate and the air fracture ratio n0 = 1 can be considered when the light ray output from the light source is injected into the first light guide plate through the injection surface of the first light guide plate . Considering the fracture rate of the first light guide plate and the fracture rate of the air, the relationship between the incident angle (?) Of the output light and the transmission angle (?) Can be expressed by Equation (1).

광원으로부터 출력된 광선은 수학식 1에 기초하였을 때, 제1 도광판의 주입면에 대하여 광선의 편광 상태에 따라 도 4에 도시된 것 같은 반사율의 차이가 발생할 수 있다. 여기서, 편광 상태는 제1 도광판의 주입면에서 전기장의 진동면의 방향이 일정한 빛을 의미하며, 크게 S 편광 상태와 P 편광 상태로 구분될 수 있다. S 편광 상태는 제1 도광판의 주입면에 수평으로 진동하는 파형을 의미하며, 선택적인 반사가 가능한 상태를 의미할 수 있다. P 편광 상태는 S파에 수직으로 진동하는 파형을 의미하며 선택적인 투과가 가능한 상태를 의미할 수 있다.When the light beam output from the light source is based on Equation (1), a reflectance difference as shown in FIG. 4 may occur depending on the polarization state of the light beam with respect to the injection surface of the first light guide plate. Here, the polarization state means light having a constant direction of the vibration plane of the electric field on the injection plane of the first light guide plate, and can be largely divided into the S polarization state and the P polarization state. The S-polarized state refers to a waveform that oscillates horizontally on the injection surface of the first light guide plate, and may mean a state in which selective reflection is possible. The P polarization state means a waveform that oscillates perpendicularly to the S wave and may mean a state where selective transmission is possible.

그리고, 본 발명은 편광 상태에 기초하여 광선이 공기층에서 유전체인 제1 도광판으로 입사할 경우를 가정할 수 있다. 가정에 따라, 출력된 광선의 S 편광 상태와 P 편광 상태는 입사각(Ф)이 10도 이내에서 제1 도광판에 의한 반사율의 차이가 유사하게 나타난다. 그러나, 출력된 광선은 10도 이상에서부터 P 편광 상태에서의 제1 도광판에 의한 반사율이 항상 더 적게 나타날 수 있다.In the present invention, it is assumed that light is incident on the first light guide plate, which is a dielectric, in the air layer based on the polarization state. Depending on the assumption, the S-polarized state and the P-polarized state of the output light are similar to each other when the incident angle (PHI) is within 10 degrees. However, the output light ray may always exhibit a lower reflectance by the first light guide plate in the P polarization state from more than 10 degrees.

즉, 출력된 광선은 10도 이상에서부터 P 편광 상태를 가질 때, 제1 도광판의 주입면에 의한 투과율이 향상됨을 확인할 수 있다. 여기서, 투과율은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.That is, when the output light ray has a P polarization state from 10 degrees or more, it can be confirmed that the transmittance by the injection surface of the first light guide plate is improved. Here, the transmittance can be expressed by Equation (2).

따라서, 광선 경로 제어 장치는 제1 도광판의 내부로 광선의 주입 효율을 높이기 위하여 입사각이 큰 경우, P 편광 상태를 갖는 광선이 이용될 수 있다. 특히나, 70도~90도 근처일 경우, 광선 경로 제어 장치는 표면 반사율을 낮추기 위하여 반사 억제에 대한 해결 방안을 별도로 고려해야 한다. 그러므로, 광선 경로 제어 장치는 최적의 광선 주입 효율을 고려할 때, 제1 도광판의 내부로 입사되는 광선의 입사각을 60도 이내의 조건으로 설계할 수 있다.Accordingly, when the incident angle is large, the light path control device may use a light beam having a P polarization state in order to increase the light injection efficiency into the first light pipe. Particularly, in the case of the vicinity of 70 degrees to 90 degrees, the optical path control device should consider the solution to the reflection suppression separately in order to lower the surface reflectance. Therefore, in consideration of an optimal light ray injection efficiency, the light path control device can be designed to have an incident angle of light incident into the first light guide plate within 60 degrees.

그리고, 광선 경로 제어 장치는 광선의 굴절률의 변화로 인한 표면 반사 현상을 최소화하기 위하여 제1 광선 확대부 및 제2 광선 확대부를 서로 맞대도록 배치할 수 있다. 다시 말해, 광선 경로 제어 장치는 제1 광선 확대부에서 제2 광선 확대부로 광선이 주입됨에 따른 도광판에 의한 표면반사 현상을 최소화시키기 위해 출력된 광선의 투과각에 따라 서로 맞대도록 배치할 수 있다.In addition, the light path control device may arrange the first light beam expanding part and the second light beam expanding part to face each other in order to minimize the surface reflection phenomenon due to the change of the refractive index of the light ray. In other words, the light path control device can be arranged to be opposed to each other according to the transmission angle of the outputted light beam in order to minimize the surface reflection phenomenon caused by the light guide plate as the light ray is injected from the first light beam expanding unit to the second light beam expanding unit.

또한, 광선 경로 제어 장치는 제1 광선 확대부 및 제2 광선 확대부를 서로 맞대도록 배치할 수 있으며, 제1 도광판 및 제2 도광판 간의 굴절률을 동일하게 유지할 수 있다. 즉, 광선 경로 제어 장치는 제1 도광판 및 제2 도광판에 대하여 동일한 굴절률을 갖는 유전체를 사용함으로써, 유전 물질 간의 굴절률 값의 일관성을 제공할 수 있다. 그리고, 광선 경로 제어 장치는 유전 물질 간의 굴절률 값의 일관성에 따라 종래의 공기틈의 존재로 인해 경계면 사이를 통과하는 과정에서 발생되는 빛샘(light leakage)과 같은 광 손실 문제를 근원적으로 해결할 수 있다. 더욱이 광 부품들 사이에 위치 변동 또는 방향 비틀림 등의 발생에 따른 정밀 배열(alignment) 작업을 해야하는 별도의 수고를 최소화할 수 있다.Also, the light path control device may arrange the first light beam expander and the second light beam expander to face each other, and maintain the same refractive index between the first light guide plate and the second light guide plate. That is, the light path control device can use the dielectric material having the same refractive index for the first light pipe and the second light pipe, thereby providing the consistency of the refractive index value between the dielectric materials. Also, the optical path control device can fundamentally solve the optical loss problem such as light leakage generated in the process of passing between the interfaces due to the existence of the air gap according to the consistency of the refractive index values between the dielectric materials. Further, it is possible to minimize the extra labor of performing precise alignment work in accordance with occurrence of positional fluctuation or directional twist between optical parts.

도 5는 일실시예에 따른 주기적인 배열에 의한 투과형 회절 격자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of a transmission type diffraction grating by a periodic arrangement according to an embodiment.

도 5를 참고하면, 광선 경로 제어 장치는 제1 격자 및 제2 격자를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 격자 및 제2 격자는 주기적인 배열에 의한 투과형 회절 격자를 의미할 수 있다. 이하에서는 제1 격자 및 제2 격자를 통합하여 투과형 회절 격자라고 표현하도록 한다.Referring to FIG. 5, the light path control device may include a first grating and a second grating. Here, the first grating and the second grating may mean a transmission grating by periodic arrangement. Hereinafter, the first grating and the second grating are collectively referred to as a transmission grating.

일반적으로, 투과형 회절 격자는 주기적인 슬릿(slit)의 배열 구조 또는 주기적인 굴절률 변화를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 투과형 회절 격자는 피치가 P인 그레이팅으로 형성될 수 있다. 이 때, 그레이팅의 법선(501)에 대해서 입사각과 투과각은 각각

과

으로 주어질 수 있다. 그리고, 그레이팅의 하부 매질의 굴절률과 그레이팅의 상부 매질의 굴절률은 각각

과

으로 주어질 수 있다. 이 때, 그레이팅의 하부 매질과 상부 매질은 위에서 언급한 바와 같이 동일한 굴절률로 나타날 수 있다. 그리고, 그레이팅의 하부 매질과 상부 매질은 각각 본 발명에 구성된 제1 도광판 및 제2 도광판에 대응할 수 있다.Generally, the transmissive diffraction grating can be formed of a material having a periodic slit arrangement or a periodic refractive index change. Specifically, the transmission type diffraction grating can be formed with a grating having a pitch of P. At this time, the incident angle and the transmission angle with respect to the normal line 501 of the grating are

and

Lt; / RTI > The refractive index of the lower medium of the grating and the refractive index of the upper medium of the grating are

and

Lt; / RTI > At this time, the lower medium of the grating and the upper medium may appear at the same refractive index as mentioned above. The lower medium and the upper medium of the grating may correspond to the first light guide plate and the second light guide plate constructed in the present invention, respectively.

또한, 우측 광선(503)의 경로와 좌측 광선(502)의 경로 간의 차이는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The difference between the path of the right ray 503 and the path of the left ray 502 can be expressed by Equation (3).

그리고, 그레이팅에 의한 회절광은 수학식 3을 통해 결정된 광선의 경로 간의 차이 값이 파장의 정수배가 되어야 하므로, m차 회절광은 수학식 4과 같이 나타낼 수 있다.Since the difference between the paths of the rays determined through Equation (3) must be an integral multiple of the wavelength of the diffracted light by the grating, the m-th diffracted light can be expressed by Equation (4).

따라서, 본 발명에서 사용되는 투과형 회절 격자는 수학식 5과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the transmissive diffraction grating used in the present invention can be expressed by Equation (5).

도 6은 일실시예에 따른 주기적인 굴절률 변화에 의한 투과형 그레이팅의 배치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining the arrangement of a transmission grating due to a periodic refractive index change according to an embodiment.

도 6을 참고하면, 광선 경로 제어 장치는 주기적인 굴절률의 변화에 의한 제1 격자 및 제1 격자에 대한 최소한의 두께를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 광선 경로 제어 장치는 제1 격자 및 제2 격자를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 격자 및 제2 격자는 주기적인 배열에 의한 투과형 회절 격자를 의미할 수 있다. 이하에는 제1 격자 및 제2 격자를 통합하여 투과형 회절 격자라고 표현하도록 한다.Referring to FIG. 6, the light path control device may exhibit a minimum thickness for the first grating and the first grating due to a change in the periodic refractive index. More specifically, the light path control device may include a first grating and a second grating. Here, the first grating and the second grating may mean a transmission grating by periodic arrangement. Hereinafter, the first grating and the second grating are collectively referred to as a transmission grating.

투과형 회절 격자는 피치가 P인 그레이팅의 면에 법선에 대하여 입사각(

)과 투과각(

)으로 주어질 수 있으며, 입사각(

)과 투과각(

)은 반사의 법칙에 의해 각각

으로 주어질 수 있다.The transmissive diffraction grating has an incident angle (&thetas;

) And the transmission angle (

), And the incident angle (

) And the transmission angle (

) Are defined by the law of reflection

Lt; / RTI >

그리고, 그레이팅의 굴절율이 n일 경우, 일반적으로 그레이팅의 하부 매질의 굴절률과 그레이팅의 상부 매질의 굴절률은 각각

과

으로 주어질 수 있다. 여기서, 투과형 회절 격자에서 사용되는 투과광의 진행 방향은 Bragg grating 회절 조건에 의해서 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.When the refractive index of the grating is n, the refractive index of the lower medium of the grating and the refractive index of the upper medium of the grating are generally

and

Lt; / RTI > Here, the traveling direction of the transmitted light used in the transmissive diffraction grating can be expressed by Equation (6) by the Bragg grating diffraction condition.

그리고, 수학식 6에 기초하여 그레이팅의 굴절률에 대한 상부 매질과 하부 매질의 굴절률이

이라고 가정할 수 있다. 즉, 투과형 회절 격자에서 투과된 광선의 방향은 광선의 입사각, 격자 방향 및 격자 주기에 의해 결정될 수 있다.Then, based on Equation (6), the refractive indexes of the upper medium and the lower medium with respect to the refractive index of the grating are

. That is, the direction of the light beam transmitted through the transmissive diffraction grating can be determined by the incident angle of the light beam, the grating direction, and the grating period.

결국, 광선 경로 제어 장치는 광선의 입사각, 격자 방향 및 격자 주기를 고려하여 그레이팅을 설계함으로써, 원하는 방향으로 광선의 경로를 제어할 수 있다. 나아가, 광선 경로 제어 장치는 10um 정도의 충분한 두께(d)를 갖도록 투과형 회절 격자의 두께를 설계함으로써, 투과되는 광선의 회절 효율(diffraction efficiency)을 향상시킬 수 있다. 또한, 광선 경로 제어 장치는 최소화된 두께(d)를 가짐에 따라 높은 각도의 선택성(high angular selectivity)을 제공할 수 있다. 즉, 광선 경로 제어 장치는 작은 각도의 발산(small angular divergence) 특성에 의해 우수한 각도 선택성을 갖는다.As a result, the optical path control device can control the path of the light beam in a desired direction by designing the grating in consideration of the incident angle, the grating direction, and the grating period of the light beam. Furthermore, the optical path control device can improve the diffraction efficiency of the transmitted light by designing the thickness of the transmission type diffraction grating so as to have a sufficient thickness (d) of about 10 μm. In addition, the light path control device can provide a high angular selectivity as it has a minimized thickness d. That is, the optical path control device has excellent angular selectivity due to the small angular divergence characteristic.

따라서, 본 발명에서 제안하는 광선 제어 장치는 고 투과 효율 및 우수한 각도 선택성(high angular selectivity)을 출력 광에 제공할 수 있는 주기적인 굴절률 변화에 의한 투과형 회절 격자를 사용하도록 설계가 가능할 수 있다.Therefore, the light control device proposed in the present invention can be designed to use a transmissive diffraction grating due to a periodic refractive index change, which can provide high transmission efficiency and high angular selectivity to the output light.

본 발명의 실시 예에 따른 장치들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.Devices according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that may be executed on various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

101: 광선 경로 제어 장치
102: 제1 도광판
103: 제1 격자
104: 제2 도광판
105: 제2 격자
106: 디스플레이101: Light path control device
102: first light guide plate
103: 1st grid
104: second light guide plate
105: second lattice
106: Display

Claims

광원으로부터 출력된 광선(light beam)이 입사되는 제1 도광판 -상기 광선은 제1 입사각으로 제1 도광판의 주입면에 입사되어 제1 투과각으로 투과됨-;
상기 제1 도광판에 입사된 광선이 제2 도광판의 내부로 투과되는 제1 격자 -상기 제1 격자를 통해 투과되는 광선은, 제1 격자의 격자면에 상기 제1 투과각에 대응하는 제2 입사각으로 입사되어 제2 투과각으로 제2 도광판의 내부로 투과됨-;
상기 제1 격자를 통해 투과된 광선이 통과하여 제2 격자로 입사시키는 제2 도광판 -상기 제2 도광판을 통과하는 광선은, 상기 제2 투과각과 제2 도광판의 굴절률에 따라 결정됨-; 및
상기 제2 도광판을 통과한 광선이 입사되는 제2 격자 -상기 제2 격자로 입사된 광선은 제2 격자의 일면에 대해 수직 방향으로 출력됨-
를 포함하는 광선 경로 제어 장치,A first light guide plate on which a light beam output from a light source is incident, the light beam being incident on a plane of incidence of the first light guide plate at a first incident angle and being transmitted through a first transmission angle;
A first grating through which a light beam incident on the first light guide plate is transmitted to the inside of the second light guide plate, the light beam transmitted through the first grating is incident on the grating surface of the first grating plate at a second incident angle And is transmitted to the inside of the second light guide plate at a second transmission angle;
A second light guide plate through which light transmitted through the first grating passes and enters the second grating, the light rays passing through the second light guide plate being determined according to the refractive indexes of the second transmission angle and the second light guide plate; And
A second grating on which a light beam having passed through the second light guide plate is incident, a light beam incident on the second grating is outputted in a direction perpendicular to one surface of the second grating,
A light path control device including the light path control device,

제1항에 있어서,
상기 입사된 광선은,
공기의 굴절률에 따른 상기 제1 도광판의 주입면에서 발생하는 표면 반사율을 고려하여 상기 주입면에 대하여 P-편광 상태로 입사되는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The incident light beam is incident on the light-
Polarized state with respect to the injection surface in consideration of the surface reflectance generated on the injection surface of the first light guide plate according to the refractive index of air.

제1항에 있어서,
상기 제1 격자를 통해 투과되는 광선은,
상기 제1 격자의 회절 조건에 따라 제1 도광판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 제2 도광판의 내부로 투과되는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The light rays transmitted through the first grating are transmitted through the first grating,
And is transmitted to the inside of the second light guide plate having the same refractive index as the refractive index of the first light guide plate according to the diffraction condition of the first grating.

제1항에 있어서,
상기 제1 투과각은,
상기 제1 도광판에 입사된 광선의 제1 입사각, 제1 격자의 격자 방향 및 제1 격자의 격자 주기에 의해 결정되는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first transmission angle
The first incidence angle of the light incident on the first light guide plate, the grating direction of the first grating, and the grating period of the first grating.

제1항에 있어서,
상기 제1 격자는,
상기 광선이 제2 도광판의 내부로 진입 되도록 상기 제1 투과각에 따른 기울기로 접합된 제1 도광판과 제2 도광판을 연결하는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The first grating may be formed by:
Wherein the first light guide plate and the second light guide plate are connected to each other by a slope according to the first transmission angle so that the light enters the second light guide plate.

제1항에 있어서,
상기 출력된 광선은,
상기 주입면에서 입사된 광선의 입사 파동장에 의하여 제1 격자를 투과하기 전과 투과한 후에 광선의 폭이 확대되는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The output light beam is transmitted to the light-
Wherein a width of the light beam is enlarged before and after the first grating is transmitted by the incident wave field of the light beam incident on the injection surface.

제1항에 있어서,
상기 투과된 광선은,
상기 제2 도광판의 내부로 투과된 광선의 입사 파동장에 의하여 제2 격자를 투과하기 전과 투과한 후에 광선의 폭이 확대되는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The transmitted light rays are transmitted through the light-
And the width of the light beam is increased before and after the second grating is transmitted by the incident wave field of the light beam transmitted into the second light pipe.

제1항에 있어서,
상기 출력된 광선은,
가간섭성을 갖는 입사 파동장을 통해 생성되며, 공간적으로 균질한 세기를 갖는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The output light beam is transmitted to the light-
Wherein the light path control device is generated through an incident wave field having coherence and has a spatially homogeneous intensity.

제1항에 있어서,
상기 제2 격자는,
상기 제2 도광판을 통과한 광선의 입사각-상기 광선의 입사각은 제2 투과각과 제2 도광판의 굴절률로 결정됨-을 고려하여 제2 격자의 출광면에 수직한 각도로 출광되도록 제2 도광판의 일면에 연결되는 광선 경로 제어 장치.The method according to claim 1,
The second lattice may be formed by,
The angle of incidence of the light ray passing through the second light guide plate is determined by the second transmission angle and the refractive index of the second light guide plate, and the light is emitted at an angle perpendicular to the light exit surface of the second grating, A light path control device connected thereto.

제9항에 있어서,
상기 디스플레이는,
상기 제2 격자의 출광면과 평행하여 접합되거나 또는 일정 거리 이격되는 평판 홀로그래픽 디스플레이인 광선 경로 제어 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the display comprises:
Wherein the light source is a flat panel holographic display which is parallel or spaced apart from the light emitting surface of the second grating.

광원으로부터 출력된 광선을 평행한 직진 형태의 광선으로 변환하는 집광부;
상기 집광부로부터 출력된 광선이 제1 도광판의 주입면에 입사되어 상기 입사된 광선의 입사 파동장에 따라 제1 격자를 통해 제2 도광판의 내부로 투과되는 제1 광선 확대부-상기 제1 격자를 통해 투과되는 광선은 상기 입사 파동장에 의해 광선의 폭이 확대되어 제2 도광판의 내부로 투과됨-; 및
상기 제1 광선 확대부를 통해 투과된 광선이 제2 도광판을 통과하여 통과한 광선의 입사 파동장에 따라 제2 격자를 통해 디스플레이에 수직 방향으로 출력되는 제2 광선 확대부-상기 제2 격자를 통해 투과되는 광선은 상기 입사 파동장에 의해 광선의 폭이 확대되어 디스플레이로 출력됨-;
를 포함하는 광선 경로 제어 장치.A light condensing unit for converting the light beam output from the light source into parallel parallel light beams;
A first light beam expanding part that is incident on the injection surface of the first light guide plate and is transmitted to the inside of the second light guide plate through the first grating in accordance with the incident wave length of the incident light beam, Wherein the light beam transmitted through the second light guide plate is expanded in width by the incident wave field to be transmitted to the inside of the second light guide plate; And
A second light beam expanding section through which a light ray transmitted through the first light ray expanding section is outputted in a direction perpendicular to the display through a second grating according to an incident wave length of a light ray passing through the second light guide plate, The transmitted light beam is enlarged in width by the incident wave field and output to the display;
And a light path control unit for controlling the light path.

제11항에 있어서,
상기 제1 광선 확대부는,
상기 광원으로부터 출력된 광선(light beam)이 입사되는 제1 도광판 -상기 광선은 제1 입사각으로 제1 도광판의 주입면에 입사되어 제1 투과각으로 투과되며, 제1 격자에 대해 수직 방향으로 출력됨-; 및
상기 제1 도광판에 입사된 광선이 제2 도광판의 내부로 투과되는 제1 격자 -상기 제1 격자를 통해 투과되는 광선은, 제1 격자의 격자면에 상기 제1 투과각에 대응하는 제1 입사각으로 입사되어 제1 투과각으로 제2 도광판의 내부로 투과됨-;
를 포함하는 광선 경로 제어 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the first light beam expanding unit comprises:
A first light guide plate through which a light beam output from the light source is incident, the light beam being incident on a plane of injection of the first light guide plate at a first incident angle and being transmitted through a first transmission angle, being-; And
A first grating through which light rays incident on the first light pipe are transmitted to the inside of the second light pipe; a light beam transmitted through the first grating is incident on a grating surface of the first grating, at a first incident angle And is transmitted to the inside of the second light guide plate at a first transmission angle;
And a light path control unit for controlling the light path.

제12항에 있어서,
상기 입사된 광선은,
공기의 굴절률에 따른 상기 제1 도광판의 주입면에서 발생하는 표면 반사율을 고려하여 상기 주입면에 대하여 P-편광 상태로 입사되는 광선 경로 제어 장치.13. The method of claim 12,
The incident light beam is incident on the light-
Polarized state with respect to the injection surface in consideration of the surface reflectance generated on the injection surface of the first light guide plate according to the refractive index of air.

제12항에 있어서,
상기 제1 격자를 통해 투과되는 광선은,
상기 제1 격자의 회절 조건에 따라 제1 도광판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 제2 도광판의 내부로 투과되는 광선 경로 제어 장치.13. The method of claim 12,
The light rays transmitted through the first grating are transmitted through the first grating,
And is transmitted to the inside of the second light guide plate having the same refractive index as the refractive index of the first light guide plate according to the diffraction condition of the first grating.

제12항에 있어서,
상기 제1 투과각은,
상기 제1 도광판에 입사된 광선의 제1 입사각, 제1 격자의 격자 방향 및 제1 격자의 격자 주기에 의해 결정되는 광선 경로 제어 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the first transmission angle
The first incidence angle of the light incident on the first light guide plate, the grating direction of the first grating, and the grating period of the first grating.

제12항에 있어서,
상기 제1 격자는,
상기 제1 도광판과 공기 간의 상대적인 골절율을 고려하여 상기 광선이 제2 도광판의 내부로 진입 되도록 상기 투과각에 따른 기울기로 접합된 제1 도광판과 제2 도광판을 연결하는 광선 경로 제어 장치.13. The method of claim 12,
The first grating may be formed by:
And a first light guide plate joined to the second light guide plate by a slope corresponding to the transmission angle so that the light enters the second light guide plate in consideration of a relative fracture ratio between the first light guide plate and the air.

제11항에 있어서,
상기 제2 광선 확대부는,
상기 제1 격자를 통해 투과된 광선이 통과하여 제2 격자에 입사되는 제2 도광판 -상기 제2 도광판을 통과하는 광선은, 상기 제2 투과각과 제2 도광판의 굴절률에 따라 결정됨-; 및
상기 제2 도광판을 통과한 광선이 입사되는 제2 격자 -상기 제2 격자로 입사된 광선은 제2 격자의 일면에 대해 수직 방향으로 출력됨-
를 포함하는 광선 경로 제어 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the second light beam expanding unit includes:
A second light guide plate through which the light transmitted through the first grating passes and is incident on the second grating, the light ray passing through the second light guide plate being determined according to the refractive indexes of the second transmission angle and the second light guide plate; And
A second grating on which a light beam having passed through the second light guide plate is incident, a light beam incident on the second grating is outputted in a direction perpendicular to one surface of the second grating,
And a light path control unit for controlling the light path.

제17항에 있어서,
상기 투과된 광선은,
상기 제2 도광판의 내부로 투과된 광선의 입사 파동장에 의하여 제2 격자를 투과하기 전과 투과한 후에 광선의 폭이 확대되는 광선 경로 제어 장치.18. The method of claim 17,
The transmitted light rays are transmitted through the light-
And the width of the light beam is increased before and after the second grating is transmitted by the incident wave field of the light beam transmitted into the second light pipe.

제17항에 있어서,
상기 출력된 광선은,
가간섭성을 갖는 입사 파동장을 통해 생성되며, 공간적으로 균질한 세기를 갖는 광선 경로 제어 장치.18. The method of claim 17,
The output light beam is transmitted to the light-
Wherein the light path control device is generated through an incident wave field having coherence and has a spatially homogeneous intensity.

제17항에 있어서,
상기 제2 격자는,
상기 제2 도광판을 통과한 광선의 입사각을 고려하여 제2 격자의 출광면에 수직한 각도로 출광되도록 제2 도광판의 일면에 연결되는 광선 경로 제어 장치.18. The method of claim 17,
The second lattice may be formed by,
And is connected to one surface of the second light guide plate so as to be emitted at an angle perpendicular to the light exit surface of the second grating in consideration of the incident angle of the light ray passing through the second light guide plate.