KR20130106723A - 박막 필름 기반의 투과형 액정표시패널을 이용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 필름 기반의 투과형 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 공간 광 변조기는, 하부 유리기판, 상기 하부 유리기판과 대향하여 합착된 상부 필름, 상기 하부 유리기판과 상기 상부 필름 사이에 개재된 제1 액정층을 포함하는 진폭 변조용 광 변조패널; 하부 필름, 상기 하부 필름과 대향하여 합착된 상부 유리기판, 상기 하부 필름과 상기 상부 유리기판 사이에 개재된 제2 액정층을 포함하는 위상 변조용 광 변조패널; 그리고 상기 상부 필름과 상기 하부 필름 사이에 개재되어 상기 진폭 변조용 광 변조 패널과 상기 위상 변조용 광 변조 패널을 합착하는 제1 편광필름을 포함한다. 본 발명은, 위상 변조용 패널과 진폭 변조용 패널을 서로 합착한 최종 광 변조기의 두께를 얇게 하고, 무게를 줄이고, 정렬오차를 최소화하며, 시야각에 따른 화질 변화를 최소화 할 수 있다.

Description

박막 필름 기반의 투과형 액정표시패널을 이용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치{Spatial Light Modulator Using Transparent Type Liquid Crystal Display Panel Based On Thin Film And 3D Display Device Using The Same}

본 발명은 박막 필름 기반의 투과형 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치에 적용하는 박막 필름 기반의 투과형 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치에 관한 것이다.

최근 3차원 (3D: Three Dimension) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.

3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 안경방식(stereoscopy), 무안경 방식(Auto-stereoscopy), 체적형 방식(Volumetric), 홀로그래피 (holography) 및 집적영상 (integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 가장 유사하게 입체감을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 단안으로도 입체감을 느낄 수 있는 특징이 있어, 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.

홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 빛(물체파)과 간섭성이 있는 빛(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪혀 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 사진 필름에 기록한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 간섭 정보를 복원해 3차원적인 입체감을 느끼게 해준다. 이러한 기록 및 복원 원리를 사용해 3차원 영상을 구현하는 일련의 과정을 홀로그래피라고 한다.

홀로그램을 저장, 전송 및 영상처리를 위해 컴퓨터에 의해 생성하는 방법으로서, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)이 개발되었다. 이 컴퓨터 생성 홀로그램은 지금까지 다양한 방법으로 개발되고 있는데, 근래에는 디지털 산업의 발달에 의해 정지 영상의 컴퓨터 생성 홀로그램에 머무르지 않고 동영상의 컴퓨터 생성 홀로그램을 표시하기 위한 시스템이 개발되고 있다.

컴퓨터 생성 홀로그램은 컴퓨터를 이용하여 직접 홀로그램에 저장되는 간섭무늬를 만드는 것으로. 간섭 무늬 이미지를 컴퓨터로 계산하여 생성한 후, 액정 - 공간 광 변조기(LC-SLM: Liquid Crystal - Spatial Light Modulator)와 같은 공간 광 변조기에 전송하고, 이 SLM에 참조광을 조사하여 입체 영상을 복원/재생한다. 도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 컴퓨터(10)에서 구현하고자 하는 입체 영상에 해당하는 간섭 무늬 이미지를 생성한다. 생성된 간섭 무늬는 SLM(20)으로 전송된다. SLM(20)은 투과형 액정표시패널로 형성하여 간섭 무늬를 표시할 수 있다. SLM(20)의 일측면에는 참조광으로 사용할 레이저 광원(30)이 위치해 있다. 레이저 광원(30)에서 조사되는 참조광(90)을 SLM(20)의 전면에 고르게 투사하기 위해서 확장기(40)와 렌즈(50)가 순차적으로 배치된다. 레이저 광원(30)에서 출사된 참조광(90)은, 확장기(40)와 렌즈(50)를 거쳐 SLM(20)의 일측면에 조사된다. SLM(20)이 투과형 액정표시 패널인 경우, SLM(20)의 타측면에는 SLM(20)에 구현된 홀로그램의 간섭 무늬에 의해 3차원 입체 영상(80)이 표시된다.

도 1에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는 참조광(90)을 발생하는 광원(30), 확장기(40) 그리고 렌즈(50)와 같이 상당한 부피를 차지하는 구성품으로 이루어진다. 이와 같은 시스템을 구축하는 경우, 부피가 상당히 크며, 무게도 많이 나가기 때문에, 최근 추세인 경박단소형의 표시장치에는 적합하지 않다. 따라서, 무안경 방식으로 궁극적인 입체 영상을 구현하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 시스템을 박막 평판형으로 구현하는 것이 요구되고 있다.

기존에 박막 평판형으로 구현한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치가 제안된 바 있다. 미국 특허 US 5,416,618에서는 두 개의 액정표시장치를 이용한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 개시하고 있다. 그러나 US 5,416,618에서는 위상 변조를 위한 공간 광 변조패널과 진폭 변조를 위한 공간 광 변조 패널을 사용한다. 두 개의 공간 광 변조패널들을 조합하기 때문에 이 두 공간 광 변조패널들을 정렬하는 데 어려움이 있다. 또한, 각각 두꺼운 유리 기판을 사용하는 두 개의 액정 패널을 사용하므로 총 네 장의 유리 기판이 사용되므로 두께가 두껍고, 무게가 무겁다. 또한, 두 개의 패널이 서로 결합하는 과정에서 두 장의 두꺼운 유리가 서로 맞대어 배치되기 때문에 시야각에 따른 화질 변화가 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 박막 필름 기반의 액정표시 패널을 사용한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 진폭 변조용 액정표시 패널과 위상 변조용 액정표시 패널을 박막 필름 기반으로 제조한 후, 합착한 액정표시 패널을 사용하는 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치의 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 공간 광 변조기는, 하부 유리기판, 상기 하부 유리기판과 대향하여 합착된 상부 필름, 상기 하부 유리기판과 상기 상부 필름 사이에 개재된 제1 액정층을 포함하는 진폭 변조용 광 변조패널; 하부 필름, 상기 하부 필름과 대향하여 합착된 상부 유리기판, 상기 하부 필름과 상기 상부 유리기판 사이에 개재된 제2 액정층을 포함하는 위상 변조용 광 변조패널; 그리고 상기 상부 필름과 상기 하부 필름 사이에 개재되어 상기 진폭 변조용 광 변조 패널과 상기 위상 변조용 광 변조 패널을 합착하는 제1 편광필름을 포함한다.

상기 하부 유리기판은, 그 내측 표면에, 제1 하부 배향막을 더 포함하고; 상기 상부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제2 하부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제1 상부 배향막을 더 포함하고; 상기 상부 유리기판은, 그 내측 표면에, 상기 제2 상부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 유리기판의 배면에 부착되며, 상기 제1 하부 배향막의 배향 방향과 평행한 광축을 갖는 제2 편광필름을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는, 백 라이트를 일측면 방향으로 제공하는 백 라이트 유닛; 그리고 하부 유리기판, 상기 하부 유리기판과 대향하여 합착된 상부 필름, 상기 하부 유리기판과 상기 상부 필름 사이에 개재된 제1 액정층을 포함하는 진폭 변조용 광 변조패널; 하부 필름, 상기 하부 필름과 대향하여 합착된 상부 유리기판, 상기 하부 필름과 상기 상부 유리기판 사이에 개재된 제2 액정층을 포함하는 위상 변조용 광 변조패널; 그리고 상기 상부 필름과 상기 하부 필름 사이에 개재되어 상기 진폭 변조용 광 변조 패널과 상기 위상 변조용 광 변조 패널을 합착하는 제1 편광필름을 포함하는 공간 광 변조기를 포함한다.

상기 하부 유리기판은, 그 내측 표면에, 제1 하부 배향막을 더 포함하고; 상기 상부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제2 하부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제1 상부 배향막을 더 포함하고; 상기 상부 유리기판은, 그 내측 표면에, 상기 제2 상부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 유리기판의 배면에 부착되며, 상기 제1 하부 배향막의 배향 방향과 평행한 광축을 갖는 제2 편광필름을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 백 라이트 유닛은, 상기 백 라이트를 상기 제1 하부 배향막의 배향 방향과 평행한 방향으로 선 편광하여 상기 공간 광 변조기를 향해 평행 직진하도록 출사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 공간 광 변조기 및 이를 이용한 입체 영상장치는 박막 필름을 기반으로 제조한 위상 변조용 액정표시 패널과 진폭 변조용 액정표시 패널을 구비한다. 따라서, 액정표시 패널의 강성을 유지하기 위한 유리 기판의 개수를 최소화 할 수 있다. 진폭 변조용 패널과 위상 변조용 패널의 합착 두께가 얇아짐으로써, 정렬오차를 최소화할 수 있고, 시야각에 따른 화질 변화를 최소화 할 수 있다. 또한, 위상 변조용 패널과 진폭 변조용 패널을 서로 합착한 최종 광 변조기의 두께를 얇게 그리고 무게를 가볍게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 입체 영상장치는 선 편광된 레이저 광을 발생하는 백 라이트 유닛을 사용하여 공간 광 변조기에서 편광판을 제거할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 컴퓨터 생성 홀로그램 방식을 구현한 디지털 홀로그램 영상 재생 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 2는 본 발명에 의한 박막 필름 기반의 투과형 액정표시 패널을 이용한 디지털 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시 장치의 구조를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 박막 필름 기반의 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조기의 구조를 나타내는 단면도.

이하, 첨부한 도면들, 도 2 내지 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명에 의한 박막 필름 기반의 투과형 액정표시 패널을 공간 광 변조기로 사용한 박막 평판형 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치를 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 박막 필름 기반의 투과형 액정표시 패널을 이용한 디지털 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

본 발명에 의한 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치는 광 변조기(SL), 그리고 광 변조기(SL)의 하부에서 백 라이트를 제공하는 백 라이트 유닛(BLU)을 포함한다. 특히, 광 변조기(SL)는 진폭 변조용 광 변조기(100) 및 위상 변조용 광 변조기(200)가 적층된 구조를 갖는다. 진폭 변조용 광 변조기(100) 및 위상 변조용 광 변조기(200)를 박막형으로 하기 위해서, 투과형 액정표시 패널로 구성한다.

진폭 변조용 SLM(100)은 투명한 박막 필름으로 형성한 상부 필름(FU)과 투명한 유리 기판으로 형성한 하부 유리기판(GL)이 대면하며, 그 사이에 IPS 모드 액정층(LA)을 개재한 투과형 액정표시패널로 형성한다. 이하, 진폭 변조용 액정모드에 대해, 본 실시 예에서는 수평 전계 방식인 IPS 모드를 적용하는 것으로 설명하고 있으나, 수직 전계 방식 또는 프린지 필드를 이용하는 다른 수평 전계 방식들을 적용할 수도 있다. 진폭 변조용 광 변조기(100)는 컴퓨터 혹은 비디오 처리 장치(도시하지 않음)로부터 간섭 무늬 패턴 데이터를 입력받아 간섭 무늬를 표시한다. 상부 필름(FU)과 하부 유리 기판(GL)의 내측 표면에는, 진폭 변조용 액정층인, IPS 모드 액정층(LA)을 구동하기 위한 박막 트랜지스터, 화소 전극 및 공통 전극 등이 형성될 수 있다.

그리고 위상 변조용 광 변조기(200)는 투명한 유리 기판으로 형성한 상부 유리기판(GU)과 투명한 박막 필름으로 형성한 하부 필름(FL)이 대면하면, 그 사이에 ECB 모드 액정층(LP)을 개재한 투과형 액정표시 패널로 형성한다. 위상 변조용 광 변조기(200)도 컴퓨터 혹은 비디오 처리 장치(도시하지 않음)로부터 간섭 무늬 패턴 데이터를 입력받아 간섭 무늬를 표시한다. 상부 유리 기판(GU)과 하부 필름(FL)의 내측 표면에는, 위상 변조용 액정층인, ECB 모드 액정층(LP)을 구동하기 위한 박막 트랜지스터, 화소 전극 및 공통 전극 등이 형성될 수 있다.

그리고 광 변조기(SL)의 하면에 위치한 백 라이트 유닛(BLU)은 광원(300) 및 광섬유(OF)를 포함한다. 광원(300)은 적색 레이저 다이오드(R), 녹색 레이저 다이오드(G) 및 청색 레이저 다이오드(B)들을 포함하는 레이저 다이오드나 적색, 녹색 및 청색 콜리메이티드 LED들로 광원(300)으로 구성할 수 있다. 한편, 광원(300)은 적색, 녹색 및 청색을 구분하는 R, G, B 혹은 그외의 다른 색상들을 조합한 광원(300)일 수도 있고, 백색 레이저 다이오드나 백색 콜리메이티드 LED와 같은 단일 광원(300)일 수도 있다. 이와 같이 광원(300)은 다양할 수 있으나, 여기에서는 편의상 적색, 녹색 및 청색 레이저 다이오드들(R, G, B)의 경우로 설명한다.

광원(300)에서 출사된 참조광이 광 변조기(SL)의 하부 전면으로 고르게 유도하기 위해 광 섬유(OF)를 이용한다. 예를 들어, 레이저 다이오드들(R, G, B)이 백 라이트 유닛(BLU)의 일측면에 배치될 수 있다. 그리고 광 섬유(OF)를 이용하여 레이저 다이오드(R, G, B)들에서 출사된 레이저 광을 광 변조기(SL)의 하면에서 확대 출사되도록 유도할 수 있다. 광 섬유(OF)는 액정패널인 광 변조기(SL)의 전면에 대응하도록 배치될 수 있다. 특히, 광 섬유(OF)의 코어를 둘러싼 클래드의 일부를 제거하여 광 섬유(OF) 외부로 레이저 광을 출사시키는 광 출사부(OUT)를 다수 형성하여 레이저 광이 액정패널 전면에 조사되도록 구성할 수 있다. 또한, 광 섬유(OF)에 의해 확장된 참조광이 광 변조기(SL)의 면적에 대응하는 크기를 유지하여, 평행 직진하도록 조절하는 광학시트(500)를 광 변조기(SL)와 광 섬유(OF) 사이에 더 포함할 수 있다.

본 실시 예에서 백 라이트 유닛(BLU)은 광 섬유(OF)를 이용한 개략적인 구조만을 개시한 것이다. 광 변조기(SL)를 구성하는 칼라 화소들이 한 열을 기준으로 동일한 색상 화소들이 나열되는 경우, 각 색상에 대응하는 광 섬유(OF)를 한 열에 대응하도록 배열할 수 있다. 다른 방법으로는, 각 화소에 대응하는 면 발광 레이저 다이오드를 각 칼라 화소에 대응하는 위치에 형성한 백 라이트 유닛(BLU)도 이용할 수 있다. 본 발명의 핵심 내용이 백 라이트 유닛(BLU)에 있는 것이 아니므로 상세한 예들에 대해서는 생략한다.

이하, 도 3을 더 참조하여, 본 발명의 핵심 구성 요소인 공간 광 변조기(SL)에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 박막 필름 기반의 액정표시 패널을 이용한 공간 광 변조기의 구조를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 의한 공간 광 변조기(SL)는 진폭 변조용 광 변조기(100)와 위상 변조용 광 변조기(200)가 적층된 구조를 갖는다. 진폭 변조용 광 변조기(100)는 빛의 세기 즉, 명암을 변조하는 기능을 담당하는 것으로서, 수평 전계에 의해 구동되는 IPS(In-Plane Switching) 모드의 액정층(LA)을 포함하는 액정표시 패널로 구성한다. 한편, 위상 변조용 광 변조기(200)는 주어진 화소를 통과하는 빛의 위상을 변조하는 기능을 담당하며, 수직 전계에 의해 구동되는 ECB(Electrically Controlled Birefingence) 모드의 액정층(LP)을 포함하는 액정표시 패널로 구성한다. 특히, ECB 모드의 액정층(LC)은 이를 통과하는 빛에 대해서 위상 변화를 0에서 2π까지 변조할 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다. 위상 변화는 액정물질의 굴절율 이방성(Δn)과 액정층의 두께(혹은 셀 갭: cell gap) d의 곱으로 결정된다. 즉, 광의 파장을 λ라고 하면, Δn·d = λ를 만족하도록 액정층(LP)의 두께를 선택한다.

진폭 변조용 광 변조기(100)는 투명한 유리로 만든 하부 유리기판(GL), 투명한 박막 필름으로 만든 상부 필름(FU), 그리고 그 사이에 개재된 수평 전계 방식으로 구동하는 IPS 모드 액정층(LA)을 포함한다. 하부 유리기판(GL)의 내측 표면에 해당하는 상부 표면에는 수평 전계를 형성하기 위한 화소 전극과 공통 전극 그리고 화소 전극을 구동하기 위한 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 박막 트랜지스터 층(TFT1)이 형성된다. 상부 필름(FU)의 내측 표면에 해당하는 하부 표면에는 칼라를 구현하기 위한 칼라 필터를 포함할 수 있다. 하부 유리기판(GL)과 상부 필름(FU) 사이에 개재된 IPS 모드 액정층(LA)의 초기 배향 상태를 설정하기 위해, 제1 박막 트랜지스터 층(TFT1) 위에는 제1 하부 배향층(AL1)을 그리고 상부 필름(FU)의 내측면에는 제2 하부 배향층(AL2)을 더 포함할 수 있다.

위상 변조용 광 변조기(200)는 투명한 박막 필름으로 만든 하부 필름(FL), 투명한 유리로 만든 상부 유리기판(GU), 그리고 그 사이에 개재된 수직 전계 방식으로 구동하는 ECB 모드 액정층(LP)을 포함한다. 상부 유리기판(GU)의 내측 표면에 해당하는 하부 표면에는 수직 전계를 형성하기 위한 화소 전극과 화소 전극을 구동하기 위한 박막 트랜지스터를 포함하는 제2 박막 트랜지스터 층(TFT2)이 형성된다. 하부 필름(FL)의 내측 표면에 해당하는 상부 표면에는 화소 전극과 대향하여 수직 전계를 형성하기 위한 공통 전극(COM)을 형성한다. 위상 변조용 광 변조기(200)는 색상의 명암을 조절하는 것이 아니므로 칼라 필터는 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상부 유리기판(GU)과 하부 필름(FL) 사이에 개재된 ECB 모드 액정층(LP)의 초기 배향 상태를 설정하기 위해, 하부 필름(FL)의 상면에는 제1 상부 배향층(AU1)을 그리고 제2 박막 트랜지스터 층(TFT2) 위에는 제2 상부 배향층(AL2)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 광 변조기(SL)는 선 편광된 레이저 광을 이용하여 진폭 및 위상을 변조함으로써 입체 영상을 표현한다. 예를 들어, 노멀리 화이트(Normally White) 조건을 적용한 IPS 모드로 진폭 변조용 광 변조기(100)를 구현할 경우, 진폭 변조용 광 변조기(100)는 광 투과축이 서로 평행한 두 장의 편광 필름 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 진폭 변조용 광 변조기(100)의 배면에는 하부 편광필름(POL)을, 상부면에는 상부 편광필름(POU)을 배치하는 데, 이들의 광 투과축은 서로 평행한 것이 바람직하다. 다른 예로, 노멀리 블랙(Normally Black) 조건을 적용한 IPS 모드로 진폭 변조용 광 변조기(100)를 구현할 경우, 진폭 변조용 광 변조기(100)는 광 투과축이 서로 직교하는 두 장의 편광 필름 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 진폭 변조용 광 변조기(100)의 배면에는 하부 편광필름(POL)을, 상부면에는 상부 편광필름(POU)을 배치하는 데, 이들의 광 투과축은 서로 직교하는 것이 바람직하다. 또 다른 예로, 노멀리 화이트(Normally White) 조건을 적용한 TN 모드로 진폭 변조용 광 변조기(100)를 구현할 경우, 진폭 변조용 광 변조기(100)는 광 투과축이 서로 직교하는 두 장의 편광필름 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 진폭 변조용 광 변조기(100)의 배면에는 하부 편광필름(POL)을, 상부면에는 상부 편광필름(POU)을 배치하는 데, 이들의 광 투과축은 서로 직교하는 것이 바람직하다.

어떠한 조합을 하더라도, 본 발명에 의한 액정표시패널을 기반으로 하는 광 변조기(SL)는 선 편광을 이용하므로, 백 라이트 유닛(BLU)에서 출사한 광을 선 편광시키는 것이 바람직하다. 즉, 백 라이트 유닛(BLU)의 출력 편광 방향은 진폭 변조용 광 변조기(100)의 액정층(LA)의 초기 배열 방향과 평행한 방향으로 선 편광이 되도록 공간 광 변조기(100)를 향해 평행 직진하도록 출사하는 것이 바람직하다. 따라서, 하부 편광필름(POL)의 광 투과축은 진폭 변조용 액정층(LA)의 초기 배열 방향과 관련이 있다. 특히, 선 편광이 입사하는 쪽인 하부 유리기판(GL)에 인접하도록 배열된 액정 분자층의 초기 배열 방향과 관련이 있다. 또한, 상부 편광필름(POU)의 광 투과축도 진폭 변조용 액정층(LA), 특히 상부 필름(FU)에 인접하도록 배열된 액정 분자층의 초기 배열 방향과 관련이 있다. 즉, 제1 하부 배향층(AL1)의 배열 방향은 하부 편광필름(POL)의 광 투과축과 평행하고, 제2 하부 배향층(AL2)의 배향 방향은 상부 편광필름(POL)의 광 투과축과 평행한 것이 바람직하다.

한편, 위상 변조용 광 변조기(200)는 상부 편광필름(POU)을 투과한 후의 선 편광된 레이저 광을 ECB 모드의 액정층(LP)을 이용하여 위상 변조시킨다. 따라서, 제1 상부 배향층(AU1)의 배향 방향은 상부 편광필름(POU)의 광 투과축과 평행한 것이 바람직하다. 본 실시 예에 의한 위상 변조용 광 변조기(200)는 ECB 모드 액정층(LP)을 사용하여 수직 전계로 작동하므로, 위상 변조용 광 변조기(200)을 통과한 후, 편광의 편광 방향은 변화하지 않는다. 따라서, 제2 상부 배향층(AU2)의 배향 방향은 제1 상부 배향층(AU1)의 배향 방향과 평행한 것이 바람직하다. 그러나, 경우에 따라, 타원 편광 혹은 원 편광을 사용할 필요가 있을 경우에는, 위상 변조용 광 변조기(200)에서 다른 모드의 액정층을 사용할 수 있으며, 이 경우에는, 제2 상부 배향층(AU2)과 제1 상부 배향층(AU1)의 배향 방향이 다를 수도 있다.

이상 설명한 경우는, 일반 레이저 광을 출사하는 백 라이트 유닛(BLU)을 사용하는 경우를 설명한 것이다. 하지만, 백 라이트 유닛(BLU)이 자체적으로 선 편광을 제공하는 경우에는 하부 편광필름(POL)을 생략할 수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 진폭 변조용 광 변조기(100)와 위상 변조용 광 변조기(200)를 합착함에 있어서, 투명 박막 필름인 상부 필름(FU)과 하부 필름(FL)이 서로 마주 보도록 합착하는 것이 바람직하다. 특히, 상부 편광필름(POU)을 사이에 두고 합착하는 것이 바람직하다. 여기서 상부 필름(FU)과 하부 필름(FL)의 재료로써는, 공정 안정성 및 열적 안정성이 우수한 폴리카보네이트 (Polycarbonate) 또는 폴리이미드(Polyimide)를 포함하는 것이 바람직하다. 그 결과, 진폭 변조용 광 변조기(100)와 위상 변조용 광 변조기(200)가 합착된 최종 공간 광 변조기(SL)는 두 장의 유리기판(GL, GU)가 합착하고, 그 사이에 진폭 변조용 액정층(LA))과 위상 변조를 위한 액정층(LP)이 개재된 구조를 갖는다. 유리 기판보다 상대적으로 얇은 투명 박막 필름들(FL, FU)을 사용하므로, 얇고 가벼운 광 변조기를 제공할 수 있다. 또한, 박막 필름들을 합착하기 때문에, 두 액정 패널의 화소를 정렬하는 데 있어서 오차 발생을 최소화 할 수 있다. 그리고 두 광 변조기의 합착 거리가 최소화되어 시야각에 따른 화질 변화가 발생하지 않는다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10: 컴퓨터 20, SL: 공간 광 변조기(SLM)
30, 300: 레이저 광원 40: 확장기
50: 렌즈 80: 출력 영상
90: 참조광 500: 광학 시트
BLU: 백 라이트 유닛 R: 적색 레이저 다이오드
G: 녹색 레이저 다이오드 B: 청색 레이저 다이오드
OF: 광섬유 OUT: 광 출사부
IN: 광 입사부 500: 광학 필름
100: 진폭 변조용 광 변조기 GL: 하부 유리기판
FU: 상부 필름 LA: IPS 모드 액정층
TFT1: 제1 박막 트랜지스터 층 AL1: 제1 하부 배향막
AL2: 제2 하부 배향막
200: 위상 변조용 광 변조기 GU: 상부 유리기판
FU: 상부 필름 LP: ECB 모드 액정층
TFT2: 제2 박막 트랜지스터 층 COM: 공통 전극
AU1: 제1 상부 배향막 AU2: 제2 상부 배향막
POL: 하부 편광필름 POU: 상부 편광필름

Claims (9)

1. 하부 유리기판, 상기 하부 유리기판과 대향하여 합착된 상부 필름, 상기 하부 유리기판과 상기 상부 필름 사이에 개재된 제1 액정층을 포함하는 진폭 변조용 광 변조패널;
   하부 필름, 상기 하부 필름과 대향하여 합착된 상부 유리기판, 상기 하부 필름과 상기 상부 유리기판 사이에 개재된 제2 액정층을 포함하는 위상 변조용 광 변조패널; 그리고
   상기 상부 필름과 상기 하부 필름 사이에 개재되어 상기 진폭 변조용 광 변조 패널과 상기 위상 변조용 광 변조 패널을 합착하는 제1 편광필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부 유리기판은, 그 내측 표면에, 제1 하부 배향막을 더 포함하고;
   상기 상부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제2 하부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제1 상부 배향막을 더 포함하고;
   상기 상부 유리기판은, 그 내측 표면에, 상기 제2 상부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부 유리기판의 배면에 부착되며, 상기 제1 하부 배향막의 배향 방향과 평행한 광축을 갖는 제2 편광필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
   
5. 백 라이트를 일측면 방향으로 제공하는 백 라이트 유닛; 그리고
   하부 유리기판, 상기 하부 유리기판과 대향하여 합착된 상부 필름, 상기 하부 유리기판과 상기 상부 필름 사이에 개재된 제1 액정층을 포함하는 진폭 변조용 광 변조패널; 하부 필름, 상기 하부 필름과 대향하여 합착된 상부 유리기판, 상기 하부 필름과 상기 상부 유리기판 사이에 개재된 제2 액정층을 포함하는 위상 변조용 광 변조패널; 그리고 상기 상부 필름과 상기 하부 필름 사이에 개재되어 상기 진폭 변조용 광 변조 패널과 상기 위상 변조용 광 변조 패널을 합착하는 제1 편광필름을 포함하는 공간 광 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하부 유리기판은, 그 내측 표면에, 제1 하부 배향막을 더 포함하고;
   상기 상부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제2 하부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 하부 필름은, 그 내측 표면에, 상기 제1 편광필름의 광축과 평행한 배향 방향을 갖는 제1 상부 배향막을 더 포함하고;
   상기 상부 유리기판은, 그 내측 표면에, 상기 제2 상부 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 하부 유리기판의 배면에 부착되며, 상기 제1 하부 배향막의 배향 방향과 평행한 광축을 갖는 제2 편광필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.
   
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 백 라이트 유닛은, 상기 백 라이트를 상기 제1 하부 배향막의 배향 방향과 평행한 방향으로 선 편광하여 상기 공간 광 변조기를 향해 평행 직진하도록 출사하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 방식의 입체 영상 표시장치.

Images