復合空間光調(diào)制器和包括其的3d圖像顯示設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種復合空間光調(diào)制器和包括該復合空間光調(diào)制器的三維（3D）圖像顯示設備。該復合空間光調(diào)制器包括：空間光調(diào)制器，調(diào)制光的相位；棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元，多個棱鏡單元中的每個包括第一棱鏡面和第二棱鏡面，其中來自空間光調(diào)制器的光入射在棱鏡陣列上；以及偏振無關的衍射元件，衍射已經(jīng)經(jīng)過棱鏡陣列的光。
【專利說明】復合空間光調(diào)制器和包括其的3D圖像顯示設備
[0001]本申請要求2013年I月30日在韓國知識產(chǎn)權局提交的韓國專利申請N0.10-2013-0010572的優(yōu)先權，其公開通過全文引用而結合于此。
【技術領域】
[0002]與示例性實施方式一致的裝置涉及復合空間光調(diào)制器和包括該復合空間光調(diào)制器的三維(3D)圖像顯示設備。
【背景技術】
[0003]近來，三維(3D)電影的發(fā)行日益增加，從而與3D圖像顯示設備相關的技術研究日益增加。3D圖像顯示設備基于雙眼視差來顯示3D圖像，因此當前商品化的3D圖像顯示設備采用雙眼視差的原理，從而通過分別提供視點不同的左視圖像和右視圖像至左眼和右眼來使得觀眾感覺到立體視覺。3D圖像顯示設備的示例包括需要特定眼鏡的眼鏡型3D圖像顯示設備和不需要眼鏡的無眼鏡型3D圖像顯示設備。
[0004]然而，當觀看根據(jù)雙眼視差方法顯示的3D圖像時，眼睛疲勞加劇，并且僅提供兩個視點(即，左視圖像和右視圖像)的3D圖像顯示設備不能夠根據(jù)觀眾的移動而反映視點的變化，因此在其提供自然立體視覺的能力上受到限制。
[0005]為了顯示更自然的立體圖像，全息3D圖像顯示設備當前正被研究。然而，為了實現(xiàn)全息3D圖像顯示設備，不僅能夠控制光的幅度而且能夠控制光的相位的裝置是必需的。當通過使用僅能夠控制光的亮度(幅度)和光的相位的其中之一的裝置來顯示圖像時，圖像質(zhì)量會由于例如零階衍射光、雙圖像或斑點而劣化。
[0006]全息3D圖像顯示設備可以包括全息光學元件從而控制光的振幅。然而，這樣的器件，例如，布拉格光柵由雙折射材料組成，并因此是偏振相關的(polarization-dependent)。因而,這樣的全息光學元件的使用還需要使用偏振器和半波片，或者其它偏振光學元件以便使入射在全息光學元件上的光的振幅受到控制。這樣的額外元件增加了器件的復雜度和成本。此外，當前全息光學元件的“輻射效應”問題是已知的。當前的全息光學元件的光聚合物功能隨時間退化，導致圖像顯示設備的光學性能隨時間衰退。這樣的偏振相關光學元件還是昂貴的且難以制造以及在尺寸上受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一個或多個示范性實施方式可以提供能夠控制光的幅度和相位二者的復合空間光調(diào)制器。
[0008]一個或多個示范性實施方式可以提供包括能夠控制光的幅度和相位二者的復合空間光調(diào)制器并顯示立體圖像的全息三維(3D)圖像顯示設備。
[0009]附加的方面和/或優(yōu)點將在以下的描述中部分地闡述，并且部分將從該描述明顯或者可以通過所提供的實施方式的實踐而知曉。
[0010]根據(jù)示范性實施方式的方面，一種復合空間光調(diào)制器包括:空間光調(diào)制器，調(diào)制光的相位；棱鏡陣列，設置為相鄰于空間光調(diào)制器，其中具有第一棱鏡面和第二棱鏡面的棱鏡單元布置為棱鏡陣列；以及偏振無關的(polarization-1ndependent)衍射元件,衍射已經(jīng)經(jīng)過棱鏡陣列的光。
[0011]第一棱鏡面和第二棱鏡面可以關于彼此對稱地布置。
[0012]第一棱鏡面和第二棱鏡面可以設置為面對空間光調(diào)制器的兩行像素。
[0013]在第一棱鏡面處折射的第一光和在第二棱鏡面處折射的第二光可以通過使用衍射元件而沿著一個光軸組合。
[0014]第一棱鏡面和第二棱鏡面可以設置為彼此面對，第一棱鏡面和第二棱鏡面可以關于第一棱鏡面和第二棱鏡面的中心線而具有相同的梯度。
[0015]通過使用衍射元件衍射在第一棱鏡面處折射的第一光而形成的+1階光和通過使用衍射元件衍射在第二棱鏡面處折射的第二光而形成的-1階光可以被組合。
[0016]空間光調(diào)制器可以包括液晶層。
[0017]棱鏡陣列和衍射元件之間的間隔可以滿足以下方程:
[0018]h=T/tan θ ,
[0019]其中h表示棱鏡陣列和衍射元件之間的間隔，T表示空間光調(diào)制器的像素的節(jié)距，Θ表示入射在衍射元件上的光的入射角度。
[0020]衍射元件可以是包括突起和槽的陣列的半導體衍射元件。
[0021]根據(jù)另一示范性實施方式的方面，一種三維(3D)圖像顯示設備包括:光源單元，發(fā)射光；空間光調(diào)制器，調(diào)制從光源單元發(fā)射的光的相位；圖像信號電路單元，將圖像信號輸入到空間光調(diào)制器；以及光束組合器，調(diào)制從空間光調(diào)制器發(fā)射的光的相位和幅度，其中光束組合器包括:棱鏡陣列，設置為相鄰于空間光調(diào)制器，其中具有第一棱鏡面和第二棱鏡面的棱鏡單元布置為棱鏡陣列；以及偏振無關的(polarization-1ndependent)衍射元件，衍射已經(jīng)經(jīng)過棱鏡陣列的光。
[0022]根據(jù)另一示范性實施方式的方面，一種復合空間光調(diào)制器包括:空間光調(diào)制器，調(diào)制透過其的光的相位；棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元的陣列，其中來自空間光調(diào)制器的光入射在棱鏡陣列上；以及半導體衍射元件，包括突起和槽的陣列，其中對于所述多個棱鏡單元中的每個，衍射元件組合透過第一棱鏡面的光和透過第二棱鏡面的光以在單個光軸上傳播。
[0023]根據(jù)另一示范性實施方式的方面，一種三維(3D)圖像顯示設備包括:光源單元，發(fā)射光；空間光調(diào)制器，調(diào)制透過其的光的相位；棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元的陣列，其中來自空間光調(diào)制器的光入射在棱鏡陣列上；以及半導體衍射元件，包括突起和槽的陣列，其中對于所述多個棱鏡單元中的每個，衍射元件組合透過第一棱鏡面的光和第二棱鏡面的光以在單個光軸上傳播。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]這些和/或其它方面和優(yōu)點將從以下結合附圖對示范性實施方式的說明而變得明顯并且更易于理解，在附圖中:
[0025]圖1是根據(jù)示范性實施方式的復合空間光調(diào)制器的透視圖；
[0026]圖2A是根據(jù)示范性實施方式的復合空間光調(diào)制器的前側(cè)視圖；[0027]圖2B是根據(jù)示范性實施方式的復合空間光調(diào)制器的透視圖；
[0028]圖3是用于解釋根據(jù)示范性實施方式的圖1所示的復合空間光調(diào)制器的操作的視圖；
[0029]圖4是通過使用根據(jù)示范性實施方式的復合空間光調(diào)制器組合的光的拍攝圖像；
[0030]圖5是用于解釋正在根據(jù)示范性實施方式的復合空間光調(diào)制器中組合的光的視圖；
[0031]圖6是根據(jù)示范性實施方式的三維(3D)圖像顯示設備的示意圖；以及
[0032]圖7是根據(jù)示范性實施方式的半導體衍射元件的截面圖。
【具體實施方式】
[0033]現(xiàn)在將詳細參照示范性實施方式，在附圖中示出示范性實施方式，其中在附圖中，為了便于表述而會夸大元件的尺寸或厚度，并且相同的附圖標記始終表示相同的元件。在這一點上，本實施方式可具有不同的形式，并且不應被解釋為限于在此闡述的描述。從而，以下僅僅參照附圖描述了示范性實施方式以解釋本說明的方面。
[0034]圖1是根據(jù)示范性實施方式的復合空間光調(diào)制器I的透視圖。復合空間光調(diào)制器I可以包括調(diào)制光束的相位的空間光調(diào)制器10和組合從空間光調(diào)制器10發(fā)射的光束的光束組合器BC。光束組合器BC可以包括棱鏡陣列20和衍射元件30。
[0035]空間光調(diào)制器10可以包括能夠基于電信號改變折射率的光電器件?？臻g光調(diào)制器10可以包括諸如液晶層的光電材料。空間光調(diào)制器10可以在對其施加電壓時改變光電材料的折射率，從而控制光的相位。例如，空間光調(diào)制器10可以包括聚合物分散的液晶層。透過空間光調(diào)制器的光的光學路徑的長度可以根據(jù)施加到聚合物分散的液晶層的電壓而改變，透過的光的相位可以被相應地調(diào)制。相位延遲可根據(jù)用以改變偏振方向的光電材料層的特性而產(chǎn)生。雖然圖1中沒有示出，但是為了校正改變的偏振方向，相鄰于空間光調(diào)制器10，可以進一步包括相位板和偏振板。
[0036]圖2A是復合空間光調(diào)制器I的側(cè)視圖。圖2B是復合空間光調(diào)制器I的透視圖。如圖2A和圖2B所示，空間光調(diào)制器10可以包括多個像素11和12。多個像素11和12可以被布置成例如二維(2D)矩陣。棱鏡陣列20可以包括第一棱鏡面21和第二棱鏡面22。第一棱鏡面21和第二棱鏡面22可以關于中心線對稱地布置。第一棱鏡面21和第二棱鏡面22可以設置為彼此成角度地面對，例如，第一棱鏡面21和第二棱鏡面22可以關于中心線CL具有相同的梯度。棱鏡單元可以被包括為與沿著兩行所包括的多個像素相應。第一棱鏡面21可以相應于沿著第一行Il-L所包括的空間光調(diào)制器10的像素，第二棱鏡面22可以相應于沿著第二行12-L所包括的空間光調(diào)制器的像素。
[0037]已經(jīng)經(jīng)過棱鏡陣列20的光束入射在衍射元件30上。衍射元件30可以是例如光柵。棱鏡陣列20可以具有其中在第一方向上折射光的第一棱鏡面21和在第二方向上折射光的第二棱鏡面22交替地布置的布置。棱鏡陣列20的第一棱鏡面21和第二棱鏡面22可以形成一組，空間光調(diào)制器10的與第一棱鏡面21和第二棱鏡面22相應的兩行像素可以形
成一組。
[0038]圖3是用于解釋根據(jù)示范性實施方式的圖1所示的復合空間光調(diào)制器I的操作的視圖。在空間光調(diào)制器10中，第一像素11和第二像素12可以成為一對，已經(jīng)經(jīng)過第一像素11的第一光LI和已經(jīng)經(jīng)過第二像素12的第二光L2可以通過使用光束組合器BC而組合，以調(diào)制光的相位和幅度。
[0039] 第一光LI可以入射在棱鏡陣列20的第一棱鏡面21上而以預定角度折射,第二光L2可以經(jīng)過棱鏡陣列20的第二折射面22。第一光LI和第二光L2入射在衍射元件30上并且通過使用衍射元件30而被衍射。
[0040]衍射元件30可以包括例如使用半導體制造工藝制造的半導體衍射元件從而具有以預定節(jié)距布置的多個突起30a和多個槽30b，于是在衍射元件30的表面上形成浮雕(relief)形狀，如圖7所示。衍射光的衍射角度可以根據(jù)衍射元件30的節(jié)距的間隔來調(diào)節(jié)。此外，衍射效率可以通過調(diào)節(jié)多個槽的深度來調(diào)節(jié)。同時，衍射元件30的衍射效率可以根據(jù)入射光的入射角度和波長的變化而改變。衍射元件30可以被設計為關于經(jīng)由棱鏡陣列20入射在衍射元件30上的光的入射角度和所使用的光的波長而具有最大衍射效率。從而，衍射效率可以關于具有與衍射元件30的設計條件不相應的入射角度和波長的光而減小。從而，衍射元件30可以被設計為關于已經(jīng)經(jīng)過棱鏡陣列20的第一光LI和第二光L2而具有聞衍射效率。
[0041]如上所述并且如圖7所示的衍射元件不限于尺寸，而是可以被制造為非常大。另外，因為衍射元件是半導體衍射光柵，所以其不是偏振相關的并且其提供多級衍射，如以下討論的。
[0042]例如，通過使用衍射元件30，第一光LI可以被衍射為零階光和±1階光，第二光L2可以被衍射為零階光和± I階光。第一光LI的+1階光Lla和第二光L2的-1階光L2b穿過衍射元件30行進。第一光LI的+1階光Lla和第二光L2的-1階光L2b可以組合。由于分別在第一棱鏡面21和第二棱鏡面22處折射的光束通過使用衍射兀件30而在關于光軸水平的方向上被衍射，因此光束可以沿著單個光軸而組合，以形成為相干的復合調(diào)制光波。從而，可以同時調(diào)制光的相位和幅度。
[0043]例如，當?shù)谝还釲I通過使用空間光調(diào)制器10而具有第一相位糾、第二光L2通過使用空間光調(diào)制器10而具有第二相位^2并且第一光LI和第二光L2組合時，它們滿足以下的方程:
[0044]
【權利要求】
1.一種復合空間光調(diào)制器，包括: 空間光調(diào)制器，調(diào)制透過其的光的相位； 棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元，所述多個棱鏡單元中的每個包括第一棱鏡面和第二棱鏡面，其中透過所述空間光調(diào)制器的光入射在所述棱鏡陣列上；以及 偏振無關的衍射元件，衍射已經(jīng)經(jīng)過所述棱鏡陣列的光。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面關于彼此對稱地布置。
3.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中多個所述第一棱鏡面設置為面對所述空間光調(diào)制器的第一行的多個像素，多個所述第二棱鏡面設置為面對所述空間光調(diào)制器的第二行的多個像素。
4.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中由所述第一棱鏡面折射的第一光和由所述第二棱鏡面折射的第二光在透過所述衍射元件時沿著單個光軸組合。
5.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面設置為彼此面對，所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面關于所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面之間的中心線具有相同的梯度。
6.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中所述衍射元件組合已經(jīng)透過所述空間光調(diào)制器并且由所述第一棱鏡面折射的+1階光和已經(jīng)透過所述空間光調(diào)制器并且由所述第二棱鏡面折射的-1階光。
7.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中所述空間光調(diào)制器包括液晶層。
8.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中所述棱鏡陣列和所述衍射元件之間的間隔滿足以下方程:
h=T/tanθ , 其中h是所述棱鏡陣列和所述衍射元件之間的間隔，T是所述空間光調(diào)制器的像素的節(jié)距，Θ是入射在所述衍射元件上的光的入射角度。
9.根據(jù)權利要求1所述的復合空間光調(diào)制器，其中所述衍射元件是包括突起和槽的陣列的半導體衍射元件。
10.一種三維圖像顯示設備，包括: 光源單兀，發(fā)射光； 圖像信號電路單元，輸入圖像信號至空間光調(diào)制器； 所述空間光調(diào)制器，基于所述圖像信號來調(diào)制從所述光源單元發(fā)射的所述光的相位；以及 光束組合器，調(diào)制從所述空間光調(diào)制器發(fā)射的光的幅度和相位， 其中所述光束組合器包括: 棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元，所述多個棱鏡單元中的每個包括第一棱鏡面和第二棱鏡面，其中從所述空間光調(diào)制器發(fā)射的光入射在所述棱鏡陣列上；以及 偏振無關的衍射元件，衍射已經(jīng)透過所述棱鏡陣列的光。
11.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面關于彼此對稱地布置。
12.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中多個所述第一棱鏡面設置為面對所述空間光調(diào)制器的第一行的多個像素，多個所述第二棱鏡面設置為面對所述空間光調(diào)制器的第二行的多個像素。
13.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中由所述第一棱鏡面折射的第一光和由所述第二棱鏡面折射的第二光在透過所述衍射元件時沿著單個光軸組合。
14.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面設置為彼此面對，所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面關于所述第一棱鏡面和所述第二棱鏡面之間的中心線具有相同的梯度。
15.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中所述衍射元件組合已經(jīng)透過所述空間光調(diào)制器并且由所述第一棱鏡面折射的+1階光和已經(jīng)透過所述空間光調(diào)制器并且由所述第二棱鏡面折射的-1階光。
16.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中所述空間光調(diào)制器包括液晶層。
17.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中所述棱鏡陣列和所述衍射元件之間的間隔滿足以下方程:
h=T/tanθ , 其中h是所述棱鏡陣列和所述衍射元件之間的間隔，T是所述空間光調(diào)制器的像素的節(jié)距，Θ是入射在所述衍射元件上的光的入射角度。
18.根據(jù)權利要求10所述的三維圖像顯示設備，其中所述衍射元件是包括突起和槽的陣列的半導體衍射元件。
19.一種復合空間光調(diào)制器,包括: 空間光調(diào)制器，調(diào)制透過其的光的相位； 棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元的陣列，其中來自所述空間光調(diào)制器的光入射在所述棱鏡陣列上；以及 半導體衍射元件，包括突起和槽的陣列，其中對于所述多個棱鏡單元中的每個，所述衍射元件組合透過第一棱鏡面的光和透過第二棱鏡面的光以在單個光軸上傳播。
20.一種三維圖像顯示設備，包括: 光源單兀，發(fā)射光； 空間光調(diào)制器，調(diào)制透過其的光的相位； 棱鏡陣列，包括多個棱鏡單元的陣列，其中來自所述空間光調(diào)制器的光入射在所述棱鏡陣列上；以及 半導體衍射元件，包括突起和槽的陣列，其中對于所述多個棱鏡單元中的每個，所述衍射元件組合透過第一棱鏡面的光和第二棱鏡面的光以在單個光軸上傳播。
【文檔編號】G02B27/22GK103969835SQ201410041407
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權日:2013年1月30日
【發(fā)明者】成基榮, 金輝, 宋薰, 元康喜, 李泓錫 申請人:三星電子株式會社, 高麗大學校產(chǎn)學協(xié)力團