KR20160083560A

KR20160083560A - 홀로그램 표시 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20160083560A
Application number: KR1020140195730A
Authority: KR
Inventors: 박주성; 김동연
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-12
Also published as: CN105739280A; US20160187851A1; US9904143B2; CN105739280B; KR102251896B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치가 제공된다. 홀로그램 표시 장치는 시청자의 시청 위치를 검출하도록 구성된 검출기와 홀로그램을 표시하기 위해 광을 변조하는 공간 광 변조 패널을 포함한다. 또한, 검출된 시청 위치에 따라 기울기가 결정된다. 광 경로 변환부는 결정된 기울기로 광을 굴절시킨다. 홀로그램 표시 장치의 레이저 광원은 기울기에 기초하여 보정된 출력으로 광을 발생시킨다.

Description

홀로그램 표시 장치 및 그 제어 방법{HOLOGRAM DISPLAY APPARATUS AND A METHOD FOR CONTROLING THE SAME}

본 발명은 홀로그램 표시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 좌안과 우안이 인식하는 휘도의 편차를 최소화시킴으로써 신뢰성이 향상된 홀로그램 표시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근들어 3차원 영상 표시 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 3차원 영상을 표시하기 위한 방법으로는 대표적으로 스테레오스코픽(stereoscopic) 방식이 있다. 스테레오스코픽 방식은 좌안과 우안의 시차 영상을 이용하여 입체 효과를 적용하는 방식이며, 안경을 이용하여 이러한 양안 시차 영상이 구현될 수 있다.

스테레오스코픽 방식은 안경을 착용해야 한다는 큰 단점이 있어, 안경의 착용이 요구되지 않는 무안경 방식이 개발되고 있다. 안경 없이 3차원 영상을 표시하기 위한 방법으로 홀로그램 표시 기술이 연구되고 있다.

홀로그램 표시 기술은 물체에서 반사된 광과 간섭성의 광을 겹침으로써 획득되는 간섭 신호를 기록하여 저장하고, 이 간섭 신호를 이용하여 홀로그램을 표시한다. 홀로그램 표시 장치는 간섭 신호를 통해 간섭 무늬를 형성하여 저장하고, 저장된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 간섭 신호를 복원함으로써, 3차원의 홀로그램을 표시한다.

홀로그램 표시 기술에서 간섭 무늬는 컴퓨터에 의해 생성될 수 있으며, 간섭 무늬를 액정 공간 광 변조기(Liquid Crystal Spatial Light Modulator)에 표시하고, 액정 공간 광 변조기에 참조광을 조사하여 홀로그램을 표시할 수 있다.

그러나, 액정을 이용한 공간 광 변조기는 화소 사이의 간격이 너무 넓어 회절각이 매우 작다. 이에 따라, 홀로그램을 인지할 수 있는 시야창이 매우 좁다는 단점이 있다.

[관련기술문헌]

1. 홀로그램 표시 시스템 (한국특허출원번호 제2013-0004623호)

좁은 시야창을 넓히기 위해, 시청자의 시청 위치를 검출하고, 검출된 시청 위치에 맞게 광을 굴절시키기 위한 동적으로 동작하는 프리즘이 구비될 수 있다. 홀로그램이 시청될 수 있는 시야창은 동적으로 동작하는 프리즘에 의해 보다 넓어질 수 있다. 또한, 프리즘을 통해 시청 위치를 기준으로 좌안과 우안 각각에 최적화된 기울기로 광을 굴절시킬 수 있다.

그러나, 시야창을 넓히기 위해 프리즘이 추가되는 구조에서는, 프리즘에 의해 시청 위치와는 상이한 방향으로 진행됨으로써, 손실되는 광이 발생한다. 또한, 프리즘은 좌안과 우안 각각에 대해 서로 상이한 기울기로 광을 굴절시키므로 손실되는 광량의 정도는 좌안과 우안 각각에 대하여 상이하게 된다.

이에 따라, 프리즘에 의한 광의 굴절에 의해 좌안과 우안 각각으로 입사되는 광량이 서로 상이하게 되어, 인식되는 홀로그램의 시인성이 감소될 수 있다.

본 발명의 발명자들은 액정으로 이루어진 동적 프리즘을 채용하는 홀로그램 표시 장치에서, 액정의 배열에 의해 손실되는 좌안과 우안에 대한 광량이 서로 상이하다는 점을 인지하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 동적 프리즘을 채용하는 홀로그램 표시 장치에서 좌안과 우안에서 균일하게 광량이 인식되는 홀로그램 표시 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 좌안과 우안에서 균일하게 광량이 인식되는 동시에 넓은 시야창을 가져, 신뢰성이 향상된 홀로그램 시 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치가 제공된다. 홀로그램 표시 장치는 시청자의 시청 위치를 검출하도록 구성된 검출기와 홀로그램을 표시하기 위해 광을 변조하는 공간 광 변조 패널을 포함한다. 또한, 검출된 시청 위치에 따라 기울기가 결정된다. 광 경로 변환부는 결정된 기울기로 광을 굴절시킨다. 홀로그램 표시 장치의 레이저 광원은 기울기에 기초하여 보정된 출력으로 광을 발생시킨다.

여기서, 기울기는 시청자의 좌안에 대한 좌안 기울기 및 우안에 대한 우안 기울기를 포함하며, 광 경로 변환부는 좌안 기울기 및 우안 기울기 각각의 기울기로 광을 굴절시킬 수 있다. 또한, 좌안 기울기 및 우안 기울기는 서로 상이할 수 있다.

좌안 기울기에 기초하여 보정된 레이저 광원의 출력과 우안 기울기에 기초하여 보정된 레이저 광원의 출력은 서로 상이할 수 있다. 기울기에 대응하는 레이저 광원의 출력 룩업 테이블(look up table)을 이용하여 결정될 수 있으며, 기울기가 커질수록 출력은 더 크게 보정될 수 있다. 출력의 보정과 관련하여, 레이저 광원은 듀티 또는 크기를 조정함으로써 출력을 보정할 수 있다.

다양한 실시예에서, 광 경로 변환부는 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 제1 기판에 배치된 구동 전극, 제2 기판에 배치된 공통 전극 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 개재된 액정부를 포함한다. 여기서 액정부는 액정부 전체에 걸쳐 연속하여 배치된 액정 분자들로 이루어질 수 있다. 구동 전극 및 공통 전극에 전압이 인가되어 전기장이 생성되는 경우, 액정 분자들은 전기장에 따라 복수의 프리즘 패턴으로 배열될 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치 제어 방법이 제공된다. 홀로그램 표시 장치 제어 방법에서는 시청자의 시청 위치가 먼저 검출된다. 다음으로, 시청 위치에 따라 좌안 및 우안에 대한 기울기가 결정된다. 결정된 기울기에 기초하여 보정된 출력으로 광을 발생시키도록 레이저 광원을 동작시키며, 결정된 기울기로 광을 굴절시키도록 광 경로 변환부에 전압이 인가된다. 여기서, 레이저 광원은 기울기가 커질수록 더 크게 보정된 출력으로 광을 발생시킨다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 시청자의 시청 위치에 따라 광을 굴절시켜 표시되는 홀로그램이 시청가능한 위치를 보다 넓게 제공할 수 있는 동시에, 시청 위치가 홀로그램 표시 장치의 중앙에서 멀어지더라도 좌안과 우안에 균일한 휘도로 홀로그램을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 프리즘 배열의 기울기에 따른 광 경로 변환부의 효율을 설명하기 위한 도표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 프리즘 배열의 기울기에 따른 레이저 광원 출력을 설명하기 위한 도표이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 최종 출력 휘도를 설명하기 위한 도표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 타이밍도들이다.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 구동을 설명하기 위한 개략도들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형상으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "상에 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 홀로그램 표시 장치(100)는 레이저 광원(110), 확장기(120), 렌즈(130), 공간 광 변조 패널(140), 광 경로 변환부(150), 검출기(160) 및 제어부(170)를 포함한다.

레이저 광원(110)은 참조광을 발광한다. 레이저 광원(110)은 가간섭성이 우수한 콜리메이티드(collimated)광을 제공할 수 있다. 레이저 광원(110)은 프레임마다 상이한 출력으로 구동될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원(110)은 듀티(duty)를 조절함으로써, 출력을 조절할 수 있으며, 진폭(amplitude)을 조절함으로써, 출력을 조절할 수 있다.

레이저 광원(110)에서 조사된 참조광은 공간 광 변조 패널(140)에 균일하게 투사되기 위해 확장기(120)와 렌즈(130)를 순차적으로 통과할 수 있다. 참조광은 광 변조 패널(140)에 투사되며, 간섭 무늬를 가진 광 변조 패널(140)을 투과한 참조광은 광 경로 변환부(150)에 의해 굴절된 후 홀로그램을 구현한다.

광 경로 변환부(150)는 광 변조 패널(140)로부터 입사되는 광을 그대로 통과시키거나 내부에 형성되는 프리즘 패턴을 통해 왼쪽 방향 또는 오른쪽 방향으로 굴절시킨다. 따라서, 광 변조 패널(140)에서 일정 거리만큼 떨어져 생성되는 홀로그램은 광 경로 변환부(150)에 의해 시청자의 좌안을 향해 또는 우안을 향해 광을 굴절시킬 수 있다.

제어부(170)는 다양한 연산을 수행할 수 있는 프로세서를 의미할 수 있다. 또는 제어부(170)는 광 변조 패널(140)을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러(Timing Controller), 광 경로 변환부(150)의 기울기와 레이저 광원(110)의 출력을 제어하기 위한 별도의 제어부, MAP (Multimedia Application Processor), ISP(Image Signal Processor) 등과 같은 연산 장치 중 하나 이상의 장치의 조합일 수도 있다.

제어부(170)는 광 변조 패널(140)을 구동시킨다. 제어부(170)는 게이트 구동부와 데이터 구동부를 포함할 수 있다. 데이터 구동부는 저장부로부터 홀로그램 데이터를 입력받고, 감마전압 발생회로(미도시)로부터 공급되는 정극성/부극성 감마보상전압을 이용하여 홀로그램 데이터를 정극성/부극성 아날로그 데이터 전압으로 변환한다. 데이터 구동부는 정극성/부극성 아날로그 데이터전압을 광 변조 패널(140)의 데이터 라인들에 공급한다. 게이트 구동부는 제어부(170)의 제어 하에 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 광 변조 패널(140)의 게이트 라인들에 순차적으로 공급한다.

제어부(170)는 게이트 구동부 제어신호를 게이트 구동부로 공급하고, 홀로그램 데이터와 데이터 구동부 제어신호를 데이터 구동부로 공급한다. 게이트 구동부 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 및 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable) 등을 포함할 수 있다. 데이터 구동부 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable), 극성제어신호 등을 포함할 수 있다.

제어부(170)는 광 경로 변환부(150)를 구동하기 위한 구동전압을 광 경로 변환부(150)에 공급한다. 이 구동전압은 광 경로 변환부(150) 내에서 형성되는 프리즘 패턴의 기울기를 조정하여 시청자의 위치에 따라 홀로그램이 표시될 수 있도록 한다. 구동전압은 액정부를 이루는 액정분자의 배열 방향을 선형적으로 조절하기 위해서, 선형적으로 감소하거나 증가하는 전압들의 집합들로 이뤄질 수 있다.

광 경로 변환부(150)는 검출기(160)를 포함할 수 있다. 검출기(160)는 촬상 장치일 수 있으며, 검출기(160)는 시청자의 이미지를 촬영하여 촬영된 이미지를 제어부(170)로 전송한다. 제어부(170)는 산출된 시청자의 위치 좌표와 기준점을 비교하여 시청자가 기준점 대비 어디에 위치하는지를 판단한다.

또는 제어부(170)는 촬영된 이미지를 분석하여 사용자의 좌안과 우안의 좌표를 산출한다. 또는 사용자의 위치의 중앙 좌표를 산출하고 그로부터 좌안과 우안의 좌표를 산출할 수도 있다.

제어부(170)는 시청자의 위치 좌표에 따라 광 경로 변환부(150) 구동부를 제어하여 광 경로 변환부(150)에 특정한 기울기값을 갖는 프리즘 패턴을 형성한다. 시청자가 기준점 대비 좌측으로 이동하면, 이 광 경로 변환부(150) 구동부는 광 경로 변환부(150)에서 프리즘 패턴을 형성하여 입사되는 광을 좌측 방향으로 굴절시키도록 광 경로 변환부(150)를 제어한다.

시청자의 위치 좌표와 기준점의 좌표의 차가 일정 범위 내인 경우 시청자가 기준점에 위치한다고 판단할 수 있으므로, 광 경로 변환부(150)는 프리즘 패턴을 형성하지 않고 입사되는 광을 그대로 통과시킨다.

광 경로 변환부(150)은 시청자의 다양한 위치 및 좌안과 우안 차이에 대응하기 위해서 프리즘 패턴이 매 프레임마다 서로 다른 기울기를 갖도록 하는 복수의 구동전압으로 구동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치(100)에서는 광 경로 변환부(150)를 통해 시야창을 넓히기 위해, 참조광을 좌안과 우안 각각에 서로 상이한 기울기로 굴절시킨다. 광 경로 변환부(150)는 좌안과 우안 각각이 최적화된 기울기로 굴절된 광을 인식하도록 시분할 구동될 수 있다. 예를 들어 광 경로 변환부(150)는 120Hz로 구동하면서 60Hz의 주파수로 좌안에 최적화된 기울기로 광을 굴절시키고, 나머지 60Hz의 주파수로 우안에 최적화된 기울기로 광을 굴절시킬 수 있다.

좌안과 우안 각각에 대해 서로 상이한 기울기로 참조광이 굴절되며, 기울기에 따라 광 경로 변환부(150)에서 손실되는 광량이 상이할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 다른 홀로그램 표시 장치(100)는 레이저 광원(110)의 출력을 조절함으로써 기울기에 따라 광 경로 변환부(150)에서 손실되는 광량을 보상할 수 있다. 이에 따라 좌안과 우안 각각에 대해 서로 상이한 기울기로 광을 변환함에도 불구하고, 좌안과 우안은 실질적으로 균일한 휘도로 홀로그램을 인지할 수 있다.

이하에서는, 광 경로 변환부(150)에서 손실되는 광량과 보상되는 레이저 광원(110)의 출력에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광 경로 변환부(150)는 제1 기판(151), 제2 기판(152), 구동 전극(153), 공통 전극(154) 및 액정부(155)를 포함한다. 도 2a 및 2b에서, 광 경로 변환부(150)는 제1 기판(151)과 제2 기판(152) 사이에 액정부(155)가 개재된 구조를 갖는다.

제1 기판(151)은 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 구성되며, 광이 광 경로 변환부(150)를 통과하여 나가는 방향 쪽에 배치된다. 제1 기판(151)에는 구동 전극(153)이 배치된다. 구동 전극(153)은 투명한 도전성 물질, 일 예로, ITO, IZO와 같은 투명한 도전성 산화물로 이루어질 수 있으며, 포토리소그라피 공정을 통해서 제1 기판(151)에 형성될 수 있다. 구동 전극(153)은 일 방향으로 길게 연장되며, 이웃한 구동 전극(153)과는 일정한 간격으로 이격되며, 서로 나란하게 배치될 수 있다. 구동 전극(153)은 투명한 보호층으로 덮어져 보호될 수 있다. 보호층은 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기물로 이루어질 수 있다.

제2 기판(152)은 제1 기판(151)과 마찬가지로 플라스틱 기판 또는 유리기판으로 구성되고, 광 변조 패널과 마주한다. 즉, 제2 기판(152)은 광이 광 경로 변환부(150)로 입사되는 방향에 배치된다. 제2 기판(152)에는 공통 전극(154)이 배치되는데, 구동 전극(153)과 달리 제2 기판(152) 전체 상에 배치된다. 제2 전극은 광이 통과할 수 있도록 투명한 물질, 예로 ITO, IZO와 같은 투명한 도전성 산화물로 이루어질 수 있다. 제2 전극은 투명한 보호층으로 덮어져 보호될 수도 있다. 보호층은 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기물로 이루어질 수 있다.

제1 기판(151)과 제2 기판(152) 사이에는 액정부(155)가 개재된다. 액정부(155)는 액정부(155) 전체에 걸쳐 연속하여 배치된 액정 분자들로 이루어진다. 액정 분자들은 제1 기판(151) 및 제2 기판(152) 내측에 형성된 배향막(미도시)과 배향 방향이 같다. 도 2a를 참조하면, 액정 분자들은 장축이 구동 전극(153)과 나란한 방향으로 초기 배향되어 있다. 이에 따라, 구동 전극(153) 및 공통 전극(154)에 전압을 인가하기 전에는 액정부(155) 내의 모든 액정 분자들은 장축이 구동 전극(153)과 나란한 상태로 배열된다. 액정 분자들이 구동 전극(153)과 나란한 상태로 배열되면, 광 변조 패널을 통과한 광(L1)은 광 경로 변환부(150)를 투과하며, 이때의 투과율은 실질적으로 90% 이상이며 100%에 가까울 수 있다.

구동 전극(153)과 공통 전극(154)에 전압을 인가하면 액정 분자들은 전기장과 동일한 방향으로 장축이 배열된 상태를 이루도록 한다. 즉, 액정 분자들은 수평 방향과 수직 방향 사이에서 90도 회전한다.

도 2b를 참조하면, 구동 전극(153) 및 공통 전극(154)에 전압이 인가되어 전기장이 생성되는 경우, 액정 분자들은 전기장에 따라 복수의 프리즘 패턴으로 배열된다. 프리즘 패턴은 액정 분자들의 배열 방향을 조절하여 구현된다. 액정 분자들은 구동 전극(153)과 나란한 상태와 구동 전극(153)에 대해서 수직한 상태 사이의 배열 상태를 이룬다. 액정 분자가 구동 전극(153)에 대해서 수직한 방향을 이루고 있을 때 굴절율은 최소이고, 구동 전극(153)과 나란한 방향을 이루고 있을 때 굴절율은 최대이다. 이에 맞춰, 광 변조 패널에서 투과한 광은 선편광된 광이므로, 액정 분자의 배열 방향에 따라 굴절율이 달라진다. 즉, 일 방향으로 선편광된 광에 대해 일 방향에 수직한 방향으로 배열된 액정 분자는 최소 굴절율을 가지지만, 그 일 방향으로 배열된 액정 분자는 최대 굴절율을 가진다.

도 2b에서, 나란히 배치된 구동 전극(153) 각각에 점차 증가되는 전압이 인가되어 프리즘 패턴을 형성한다. 예를 들어, 가장 위에 배치된 구동 전극(153)에는 최저의 전압이 인가되고 두번째 구동 전극(153)에는 다음 높은 전압이, 세번째 구동 전극(153)에는 액정 분자를 광과 동일한 방향으로 하는 전압이 인가된다. 첫번째 구동 전극(153) 내지 세번째 구동 전극(153) 사이의 X 구간에서 하나의 프리즘 배열이 정의될 수 있다. 광(L2)이 X구간의 프리즘 배열을 투과하면, 프리즘 배열이 갖는 기울기에 따라 광(L2)은 굴절된다.

한편, 네번째 구동 전극(153)에는 첫번째 구동 전극(153)에 인가되는 전압이 인가된다. 그러나, 세번째 구동 전극(153)과 네번째 구동 전극(153) 사이에 형성되는 전기장은 세번째 구동 전극(153)과 공통 전극(154) 사이에 형성되는 전기장에 영향을 받게 된다. 이에 따라, 세번째 구동 전극(153)과 네번째 구동 전극(153) 사이의 Y 구간에는 X 구간에서의 프리즘 배열과 반대 방향의 프리즘 배열이 형성된다. Y 구간의 프리즘 배열을 투과하는 광(L3)은 원하는 방향과는 상이한 방향으로 굴절된다. 따라서, Y 구간을 투과하는 광(L3)의 광량은 손실되며, Y 구간은 광 손실 구간일 수 있다.

또한, X 구간의 프리즘 배열의 기울기에 따라 광 경로 변환부(150)에 형성되는 프리즘 배열의 개수가 상이해질 수 있다. 예를 들어, 프리즘 배열의 기울기가 1도인 경우보다 기울기가 6도인 경우에 더 많은 프리즘 배열이 광 경로 변환부(150)에 형성된다. 이에 따라, 세번째 구동 전극(153)과 네번째 구동 전극(153) 사이의 광 손실 구간 Y의 면적이 더 증가한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 프리즘 배열의 기울기에 따른 광 경로 변환부의 효율을 설명하기 위한 도표이다. 도 3에서 X축은 광 경로 변환부 내에 형성되는 프리즘 배열의 기울기를 나타내고, Y축은 광 경로 변환부의 효율을 %로 나타낸다. 여기서 광의 효율이란, 입사되는 광의 광량 대비 시야창을 이루는 방향으로 굴절되는 광의 광량에 대한 비이다. 도 3을 참조하면, 프리즘 배열의 기울기가 0도일 때, 효율은 100%에 가깝다. 프리즘 배열의 기울기가 증가할수록 효율은 감소된다. 기울기가 7도일 때 효율은 약 50%까지 감소된다. 이는, 전술한 바와 같이 프리즘 배열의 수가 증가하고 이에 따라 도 2b의 광 손실 구간 Y의 면적이 증가하기 때문이다.

또한, 전술한 바와 같이 광 경로 변환부는 우안과 좌완에 대하여 서로 다른 기울기의 프리즘 배열에 의해 광이 굴절되도록 구동되며, 동일한 출력의 광을 사용한다면, 우안과 좌안 각각에 불균일한 광량의 광이 입사될 수 있다. 우안과 좌안에 서로 상이한 광량의 광이 인지되면, 홀로그램이 선명하게 인지되지 못해 홀로그램 표시 장치의 신뢰성이 떨어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치는 우안과 좌안 각각에 대해 서로 상이하도록 레이저 광원의 출력을 조정한다. 레이저 광원의 출력은 프리즘 배열의 기울기에 따라 조정될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 프리즘 배열의 기울기에 따른 레이저 광원의 출력을 설명하기 위한 도표이다. 도 4에서 X축은 광 경로 변환부 내에 형성되는 프리즘 배열의 기울기를 나타내고, Y축은 레이저 광원의 출력을 레이저 당 mW로 나타낸다. 프리즘 배열의 기울기가 0도인 경우 레이저 광원의 레이저 당 출력은 50 mW로 설정될 수 있다. 프리즘 배열의 기울기가 증가되면, 광 경로 변환부의 효율이 감소되므로, 이를 보상하기 위해 레이저 광원의 출력은 증가될 수 있다. 레이저 광원의 출력은 도 3에서 감소된 광 경로 변환부의 효율에 대응하여 증가될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 프리즘 배열의 기울기가 0에서 7도로 증가하는 동안, 효율은 약 100%에서 50%로 절반이 감소된다. 이에 대응하여, 도 4에서 레이저 광원의 레이저 당 출력은 약 50 mW에서 약 100 mW로 증가될 수 있다.

레이저 광원의 출력이 증가하더라도 시야창을 이루기 위한 광 경로 변환부의 효율이 대응하여 감소되므로, 광 경로 변환부를 투과한 광의 최종 출력은 다양한 각도에서 균일하게 유지될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 최종 출력을 설명하기 위한 도표이다. 도 5에서 X축은 프리즘 배열의 기울기를 나타내고, Y축은 광 경로 변환부를 투과한 광 중에서 시야창으로 굴절된 광의 출력을 나타낸다. 프리즘 배열의 기울기가 0 내지 7도인 경우 전체에 걸쳐 홀로그램 표시 장치의 광의 최종 출력은 약 50 mW에서 유지된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치에서는, 우안과 좌안 각각에 대해서 서로 상이한 프리즘 배열의 기울기가 설정되더라도, 레이저의 출력을 조절하여 기울기에 따라 손실되는 광의 출력을 보상하므로, 시청 위치가 홀로그램 표시 장치의 중앙에서 멀어지더라도 좌안과 우안에 균일한 휘도로 홀로그램을 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 먼저, 검출기에 의해 시청자의 시청 위치가 검출된다(S610). 다음으로, 시청 위치에 따라 좌안 및 우안에 대한 기울기가 결정된다(S620). 좌안 및 우안에 대한 기울기는 광 경로 변환부 내의 프리즘 배열의 기울기를 결정하는데 사용되며, 또한, 레이저 광원의 출력을 보정하는데 사용된다. 따라서, 기울기는 광 경로 변환부를 제어하는 제어부로 전달되고, 레이저 광원의 출력을 조정하는 레이저 광원의 제어부로 전달될 수 있다.

레이저 광원의 출력은 룩업 테이블(look-up table)을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 좌안에 대한 프리즘 배열의 기울기가 2도인 경우, 도 4에서와 같이 레이저 광원의 출력은 60 mW로 20% 상승될 수 있다. 여기서 20%는 프리즘 배열에서의 손실된 광량의 비율에 대응할 수 있다. 또한, 우안에 대한 프리즘 배열의 기울기가 5도인 경우, 레이저 광원의 출력은 약 80 mW로 60% 상승될 수 있다.

레이저 광원은 기울기에 기초하여 보정된 출력으로 광을 발생시키도록 레이저 광원을 동작시킨다(S630). 또한, 결정된 기울기로 광을 굴절시키도록 광 경로 변환부에 전압이 인가된다(S640). 여기서, 레이저 광원은 결정된 기울기가 커질수록 더 크게 보정된 출력으로 광을 발생시킨다. 또한, 레이저 광원은 다양한 방식으로 출력을 조정할 수 있다. 레이저 광원의 출력은 예를 들어 듀티 또는 크기를 조절함으로써, 조정될 수 있다. 도 7a 및 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 타이밍도들이다.

도 7a는 듀티를 조절함으로써, 출력을 조정하는 레이저 광원의 실시예를 나타낸다. 도 7a를 참조하면, 2개의 좌안 프레임(L)과 1개의 우안 프레임(R)에 대한 광 변조 패널(SLM), 레이저 광원(BLU), 광 경로 변환부 내의 프리즘 배열(LC 프리즘)의 타이밍도가 도시된다. 광 변조 패널(SLM), 프리즘 배열(LC 프리즘)에서의 액정 분자들의 배열은, 하나의 프레임에서 충분한 시간이 경과되어야 원하는 레벨에 도달된다. 따라서, 레이저 광원(BLU)은 하나의 프레임의 끝에서 광을 발생시킨다.

우안 프레임(R)에서는 예를 들어 0도인 우안에 대한 기울기에 따라 레이저 광원(BLU)이 약 10%의 듀티를 가진다. 또한, 좌안 프레임(L)에서는 예를 들어, 7도인 좌안에 대한 기울기에 따라 레이저 광원(BLU)이 약 20%의 듀티로 동작한다. 그러나, 원하는 출력으로 조정하기 위해 듀티를 제한없이 증가시키면, 전술한 바와 같이 액정 분자들의 원하는 배열로 이루어지기도 전에 레이저 광원(BLU)이 광을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 진폭을 조절함으로써, 레이저 광원의 출력이 조정될 수도 있다.

도 7b를 참조하면, 우안 프레임(R)에서는 예를 들어 0도인 우안에 대한 기울기에 따라 레이저 광원(BLU)이 약 50 mW의 광을 출력시키기 위한 진폭으로 동작한다. 또한, 좌안 프레임(L)에서는 예를 들어, 7도인 좌안에 대한 기울기에 따라 100 mW의 광을 출력시키기 위한 진폭으로 동작한다. 그러나 유사하게, 진폭이 너무 낮아지면, 액정으로 이루어진 광 변조 패널과 광 경로 변환부를 투과하는 광의 최종 출력이 너무 낮아질 수 있다. 이 경우, 레이저 광원의 출력은 진폭으로 조정되지 않을 수 있다. 듀티와 진폭 모두를 이용하여 출력이 조정될 수도 있다. 결국, 최종 출력은 약 50 mW로 좌안과 우안에 대해 실질적으로 동일할 수 있다.

도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 표시 장치의 구동을 설명하기 위한 개략도들이다. 도 8a는 0도인 좌안(L)에 대한 기울기로 광 변조 패널(140)을 투과한 광을 광 경로 변환부(150)가 굴절시키는 홀로그램 표시 장치(100)를 도시한다. 도 8b는 6도인 우완(R)에 대한 기울기로 광 경로 변환부(150)가 광을 굴절시키는 홀로그램 표시 장치(100)를 도시한다. 좌안 시야창(LW)과 우안 시야창(RW)은 홀로그램 표시 장치(100)의 좌측과 우측 끝에서 발광되는 광(LL, LR)에 의해 정의된다. 도 8a의 홀로그램 표시 장치(100)에서는 레이저 광원의 출력이 기울기에 따라 보정되지 않을 수 있으며, 도 8b의 홀로그램 표시 장치(100)에서는 레이저 광원의 출력이 기울기에 따라 보정되어 우안과 좌안이 인지하는 휘도가 균일하게 될 수 있다. 이에 따라, 홀로그램 표시 장치(100)의 시야창이 넓어지는 동시에 신뢰성이 향상될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 홀로그램 표시 장치
110 : 레이저 광원
120 : 확장기
130 : 렌즈
140 : 광 변조 패널
150 : 광 경로 변환부
151 : 제1 기판
152 : 제2 기판
153 : 구동 전극
154 : 공통 전극
155 : 액정부
160 : 검출기
170 : 제어부

Claims

시청자의 시청 위치를 검출하도록 구성된 검출기;
홀로그램을 표시하기 위해 광을 변조하도록 구성된 공간 광 변조 패널;
상기 시청 위치에 따라 결정된 기울기로 상기 광을 굴절시키도록 구성된 광 경로 변환부; 및
상기 기울기에 기초하여 보정된 출력으로 상기 광을 발생시키도록 구성된 레이저 광원을 포함하는, 홀로그램 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 기울기는 상기 시청자의 좌안에 대한 좌안 기울기 및 우안에 대한 우안 기울기를 포함하며,
상기 광 경로 변환부는 상기 좌안 기울기 및 상기 우안 기울기 각각의 기울기로 상기 광을 굴절시키는, 홀로그램 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 좌안 기울기 및 상기 우안 기울기는 서로 상이한, 홀로그램 표시 장치.
제3항에 있어서,
상기 좌안 기울기에 기초하여 보정된 상기 레이저 광원의 출력과 상기 우안 기울기에 기초하여 보정된 상기 레이저 광원의 출력은 서로 상이한, 홀로그램 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 광원은 룩업 테이블(look up table)을 이용하여 상기 기울기에 대응하는 상기 레이저 광원의 출력을 결정하도록 구성된, 홀로그램 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 광원은 상기 기울기가 커질수록 출력을 더 크게 보정하도록 구성된, 홀로그램 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 광원은 듀티 또는 크기를 조정함으로써 출력을 보정하는, 홀로그램 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 경로 변환부는,
제1 기판;
상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;
상기 제1 기판에 배치된 구동 전극;
상기 제2 기판에 배치된 공통 전극; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정부를 포함하는, 홀로그램 표시 장치.
제8항에 있어서,
상기 액정부는 상기 액정부 전체에 걸쳐 연속하여 배치된 액정 분자들로 이루어진, 홀로그램 표시 장치.
제9항에 있어서,
상기 구동 전극 및 상기 공통 전극에 전압이 인가되어 전기장이 생성되는 경우, 상기 액정 분자들은 상기 전기장에 따라 복수의 프리즘 패턴으로 배열되는, 홀로그램 표시 장치.
시청자의 시청 위치를 검출하는 단계;
상기 시청 위치에 따라 좌안 및 우안에 대한 기울기를 결정하는 단계;
상기 기울기에 기초하여 보정된 출력으로 광을 발생시키도록 레이저 광원을 동작시키는 단계; 및
상기 기울기로 상기 광을 굴절시키도록 광 경로 변환부에 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 홀로그램 표시 장치 제어 방법.
제11항에 있어서,
상기 레이저 광원을 동작시키는 단계는 상기 기울기가 커질수록 상기 출력을 더 크게 보정하는 단계를 포함하는, 홀로그램 표시 장치 제어 방법.