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홀로그램 단말을 위한 LC기반 대면적 SLM 기술 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.32 no.3, 2015년, pp.44 - 51  

황치선 (한국전자통신연구원) ,  김용해 (한국전자통신연구원) ,  김기현 (한국전자통신연구원) ,  변춘원 (한국전자통신연구원) ,  오힘찬 (한국전자통신연구원) ,  피재은 (한국전자통신연구원) ,  최지훈 (한국전자통신연구원) ,  김진웅 (한국전자통신연구원)

초록
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디지털 홀로그램 디스플레이는 SLM을 이용하여 홀로그램 영상을 구현하므로, 홀로그램 영상의 품질은 SLM에 의하여 제한되게 된다. 따라서, 대면적 광시야각의 홀로그램 단말을 개발하기 위해서는 대면적 초고해상도의 SLM이 필수적이다. 그런데, 지금까지의 홀로그램은 주로 상용 SLM인 LCoS나 DMD를 기반으로 구현되었다. 이러한 상용 SLM의 경우에는 패널의 크기가 작고 픽셀 피치가 커서, 대면적으로 홀로그램 영상을 구현하는 것과 광시야각을 구현하는 데 있어서는 아직까지 한계를 보이고 있으며, 이에 따라 대면적 초고해상도의 SLM 개발이 요구되고 있다. 본고에서는 지금까지 홀로그램 디스플레이를 구현하는데 이용되어온 주요한 SLM인 LCoS, DMD, LCD등에 대하여 살펴보고, 이러한 SLM이 가진 한계를 극복할수 있는 기술로 대면적 디스플레이 기술을 기반으로 LCoS 기술을 구현하고자하는 SLMoG 기술에 대하여 소개고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 대면적 광시야각의 홀로그래피 영상을 제공하기 위해서는 대면적 초고해상도의 SLM 개발이 필수적이며, 이러한 필요성에 대응하기 위하여 디스플레이 기술과 반도체 기술을 결합한 SLMoG의 개념을 제시하였다. SLMoG는 대면적으로 확장가능한 디스플레이 기술에 반도체의 미세패턴 기술을 접목하는 개념으로써, 현재까지는 실리콘 기판위에 제작되고 있는 LCoS를 유리 기판상에 디스플레이 공정으로 구현하고자 하는 것이다.
  • 본고에서는 이렇게 테이블탑형 홀로그램 단말을 구현하기 위해 필요한 대면적 초고해상도 SLM의 개발 방향을 소개하고 현재까지의 개발현황과 더불어 앞으로 해결해야 할 기술적인 난제들을 소개하기로 한다.
  • 이러한 기술적 특징을 반영하여 미세화가 가능한 반도체 기술과 대면적화가 가능한 디스플레이 기술의 장점을 적용한 SLM을 개발하려고 한다. 즉, LCoS와 유사한 구조를 가지는 SLM을 대면적 유리 기판위에 구현하는 기술이라는 의미로 SLMoG(SLM on GLass)로 명명하였다.
  • 대표적으로 구동방식을 포함한 패널 설계의 문제부터, 공정상에서 오는 불균일성 문제, 그리고 픽셀간의 간섭에 의하여 발생하는 위상변화의 패턴 의존성 문제, 그리고 초고해상도의 패널에 대한 구동문제 등이 존재한다. 이밖에도 많은 문제들이 존재할 것으로 생각되나, 본고에서는 대표적인 4가지 문제점에 대하여 살펴보기로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상용 SLM의 두가지 방식은 무엇인가? 상용 SLM(Spatial Light Modulator) 은 크게 두 가지 방식으로 나뉜다. 먼저 프로젝션 디스플레이에 사용되는 고해상도 반사형 디스플레이 패널인 LCoS나 DMD를 사용하는 경우다. 또 다른 경우에는 고해상도 투과형 디스플레이(TFT-LCD)를 사용하는 경우이다.
산화물 TFT의 이동도의 장점은? 산화물 TFT의 이동도는 대략 10~30 cm2/Vs로써 LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT의 이동도인 50~200 cm2/Vs에 비교하여 낮은 단점을 가지고 있지만, LTPS 공정에 포함되어 있는 레이저 결정화, 도핑, 활성화등의 공정이 없어 공정이 단순하고 소자 구조 또한 단순하여 고집적화에 유리하며, 산화물 TFT에 사용되는 금속 산화물 반도체의 경우 밴드갭이 3eV이상으로 크기 때문에 누설전류가 매우 작고 항복 전압도 큰 장점을 가지고 있다. 그리고, 산화물 TFT는 상온에서 스퍼터링등의 방법으로 증착하기만 하여도 반도체 특성을 보이기 때문에 다양한 소자 구조로 제작이 가능하여 나중에 설명할 3D 구조의 픽셀 구조를 만드는 데에도 유리한 점을 가지고 있다.
디지털 홀로그램 디스플레이는 어떤 기술을 이용하여 홀로그램 영상을 구현하는가? 디지털 홀로그램 디스플레이는 SLM을 이용하여 홀로그램 영상을 구현하므로, 홀로그램 영상의 품질은 SLM에 의하여 제한되게 된다. 따라서, 대면적 광시야각의 홀로그램 단말을 개발하기 위해서는 대면적 초고해상도의 SLM이 필수적이다.
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참고문헌 (12)

  1. http://cfm.citizen.co.jp/english/product/pr06.html 

  2. http://kr.mouser.com/applications/mems-overview/ 

  3. Stephan Reichelt, Ralf Haussler, Norbert Leister, Gerald Futterer, Hagen Stolle, and Armin Schwerdtner, "Holographic 3-D Displays - Electroholography within the Grasp of Commercialization", Advances in Lasers and Electro Optics, p. 683 (2010) 

  4. Minsik Park, Byung Gyu Chae, Hyun-Eui Kim, Joonku Hahn, Hwi Kim, Cheong Hee Park, Kyungae Moon, and Jinwoong Kim, "Digital Holographic Display System with Large Screen Based on Viewing Window Movement for 3D Video Service", ETRI Journal, Volume 36, Number 2 (2014). 

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  5. Z. Zhang, Z. You, and D. Chu, "Fundamentals of phase-only liquid crystal on silicon (LCOS) devices", Light: Science & Applications, Vol. 3, p. 1 (2014). 

  6. E. Lueder, "Liquid Crystal Displays : Addressing Schemes and Electro-Optic Effects", Wiley (2010). 

  7. D. Engstrom, M. Persson, J. Bengtsson, and M. Goksor, "Calibration of spatial light modulators suffering from spatially varying phase response", Opt. Express, Vol. 21, p. 16086, (2013). 

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  8. S. Reichelt, " Spatially resolved phase-response calibration of liquid-crystal-based spatial light modulators", Appl. Opt., Vol. 52, p. 2610 (2013). 

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  9. Z. Zhang, H. Yang, B. Robertson, M. Redmond, M. Pivnenko, N. Collings, W. A. Crossland, and D. Chu, "Diffraction based phase compensation method for phase-only liquid crystal on silicon devices in operation", Appl. Opt., Vol. 51, p. 3837 (2012). 

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  10. M. Persson, D. Engstrom, and M. Goksor, "Reducing the effect of pixel crosstalk in phase only spatial light modulators", Opt. Express, Vol. 20, p. 22334 (2012). 

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  11. E. Ronzitti, M. Guillon, V. de Sars, and V. Emiliani, "LCoS nematic SLM characterization and modeling for diffraction efficiency optimization, zero and ghost orders suppression", Opt. Express, Vol. 20, p. 17843 (2012). 

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  12. C. Lingel, T. Haist, and W. Osten, "Optimizing the diffraction efficiency of SLM-based holography with respect to the fringing field effect", Appl. Opt., Vol. 52, p. 6877 (2013). 

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