부산대학교 도서관

3D 실감 홀로그램 기술은 디스플레이 분야의 이상향 중 하나로 꼽히는 핵심 기술이며, 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)을 이용하여 입사광의 파면을 적절히 변조, 홀로그래픽 3 차원 이미지를 구현하는 기법이 근래 다양한 방면으로 연구되어 왔다. 3D 홀로그램 구현을 위해서는 여러 가지 요소를 고려하여야 하는데, 본 논문에서는 궁극적 3D 홀로그램 구현에 필요한 목표 요소를 광 변조 능력, 시야각, 광효율 등으로 정의하고, 각 방면에서 기존 기술의 한계 극복을 위한 여러 시스템 구조들을 제시하였다. 첫 번째로, 이중 In-Plane Switching(IPS) SLM 구조를 통하여 완전 복소변조를 구현하고 이를 토대로 노이즈리스 홀로그램을 실제로 제작하였다. 기존의 공간 광변조기는 진폭 변조 모드나 위상 변조 모드 중 한 가지로만 동작하며, 필연적으로 쌍둥이 이미지와 같은 노이즈 문제를 유발한다. 이는 추가적인 노이즈 필터링 시스템을 요구하여 전체 시스템의 크기를 키우거나, 복잡한 노이즈 제거 알고리즘을 필요로 하여 동적인 활용을 어렵게 한다. 홀로그래픽 소자의 집적, 동적 활용을 위해서는 빛의 진폭과 위상을 동시에 독립적으로 변조하는 복소 변조가 요구된다. 본 논문에서는 두 IPS-LCD 패널을 직렬 연결한 SLM 구조를 제시하였다. Jones Matrix theory 를 통해 완전 복소 변조를 수식적으로 구현하고 실제로 제작된 소자를 이용해 시스템을 실험적으로 검증하였으며, 다층 복소 컴퓨터 생성 홀로그램을 제작하고 관측하였다.두 번째로, 광시야각 풀 컬러 홀로그램을 위한 마이크로미터 사이즈의 구조체 컬러 필터를 설계하였다. 홀로그램의 시야각은 픽셀 사이즈에 반비례하기 때문에, 광시야각 홀로그램을 구현하기 위해서는 기존의 2D 디스플레이 이상으로 소형화된픽셀이 필요하며, 풀 컬러 홀로그램을 위해 컬러 필터 또한 픽셀 사이즈에 맞춰 소형화되어야 한다. 이를 위하여, 약 1 마이크로미터 크기의 RGB 컬러 필터 유닛을 디자인하고 광학 시뮬레이션을 통해 검증하였다.세 번째로, 이중 레이어 LCD 기반 SLM 의 효율을 높이기 위한 마이크로렌즈 구조를 설계하였다. 상술한 듀얼 IPS SLM은 그 잠재적 활용도가 높으나, 상대적으로 낮은 광효율을 가진다. 이를 개선하기 위해, 이중 레이어 LCD 의 두 패널 사이에 마이크로 렌즈 어레이 구조를 삽입하는 구조를 제시하였으며, 광학 시뮬레이션을 토대로 광효율 향상과 크로스톡 노이즈 억제 효과를 검증하였다.결론적으로, (i) 완전 복소 CGH 기술 개발, (ii) 풀 컬러 픽셀 소형화, (iii) 광학적 성능 향상 의 측면에서 궁극적 풀 컬러 홀로그램 구현을 추구하기 위한 기반 기술이 본 논문에서 제시되었다. 본 기술들은 3D 실감 홀로그래픽 디바이스의 상용화에하드웨어적 측면에서 기여할 것으로 기대된다.
The technology for generating realistic three-dimensional hologram is one of the ideal for the display fields, and the method of achieving holographic 3D image by modulating the wavefront of light using spatial light modulator(SLM) has been researched in many ways over recent decades. There are a number of factors to consider for achieving ultimate 3D hologram, such as device compactness, noise, wide viewing angle, and light efficiency.First, A genuine complex modulation is achieved with dual IPS SLM structure, and noiseless hologram is experimentally generated. Conventional spatial light modulators operate as either amplitude-only or phase-only type, and inevitably suffer from several noise problem such as conjugate noise(twin image). These methods requires additional bulky filtering system or time-consuming algorithms, hence complex modulation, which modulates the amplitude and the phase of the incident light, is required to the compact, dynamic applications. This thesis presents a complex spatial light modulator consists of two IPS-LCD panels sequentially connected. Genuine full complex modulation is achieved based on Jones matrix theory, and the system experimentally validated with actual device. The multilevel complex CGH is generated and observed.Secondly, a micrometer-sized structural color filter is designed for wide-viewing full color hologram. Since the viewing angle of the hologram is inversely proportional to the pixel size, the size of the color filter should be downsized as the pixel size does. To solve this problem, an RGB color filter unit with the size of a micrometer is designed and validated through the optical simulations.Thirdly, the microlens structure for the enhancement of the optical performance of the dual layer LCD SLM is designed. The above-stated dual IPS-SLM is highly applicable, but has relatively low light efficiency. To improve this, the microlens array structure between two panels are designed, and the optical simulation shows that the light efficiency is improved and the crosstalk noise is suppressed.In conclusion, this thesis presents several fundamental technology to achieve highly functional full color hologram, including (i) development of genuine complex CGH technology, (ii) contributing full color pixel downsizing, (iii) optical performance enhancement. It is expected to contribute full color holography in terms of hardware.