JP2023133425A

JP2023133425A - 導波路ディスプレイ基板における偏倚された全厚みばらつき

Info

Publication number: JP2023133425A
Application number: JP2023120631A
Authority: JP
Inventors: ぺロスクリストフ; Peroz Christophe; バーガバサマース; Bhargava Samarth; カイリウビクター; Kai Liu Victor
Original assignee: Magic Leap Inc
Current assignee: Magic Leap Inc
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2023-07-25
Publication date: 2023-09-22
Also published as: CN113439232B; US11487061B2; EP3924771A4; EP3924771A1; EP4365664A2; CN113439232A; WO2020168295A1; CN115793139A; US20210255387A1; JP7376602B2; JP2022519892A; EP3924771B1; US20240077676A1; US20200264371A1; US20230026965A1; US11022753B2; US11860416B2

Abstract

【課題】好適な導波路ディスプレイ基板を提供すること。
【解決手段】複数の導波路ディスプレイ基板であって、各導波路ディスプレイ基板は、直径および平面を有する円柱部分と、基板にわたる厚みの非線形変化を定義し、円柱部分に対する最大高さＤを有する、平面と逆側の曲がった部分と、基板にわたる厚みの線形変化を定義し、円柱部分に対する最大高さＷを有する、円柱部分と曲がった部分との間のウェッジ部分とを有する、複数の導波路ディスプレイ基板。曲がった部分の標的最大高さＤ_ｔは、直径の１０^－７から１０^－６倍であり、Ｄは、Ｄ_ｔの約７０％と約１３０％との間にあり、Ｗは、Ｄ_ｔの約３０％より低い。
【選択図】図５

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年２月１４日に出願された米国特許出願第６２／８０５，８３２号および２０１９年３月１９日に出願された米国特許出願第６２／８２０，７６９号の利益を主張し、これらの両方は、それらの全体が参照によって本明細書に援用される。

（技術分野）
本発明は、導波路ディスプレイ基板における偏倚された全厚みばらつきに関連する。

（背景）
ウェアラブルヘッドマウントシステムなどの光学イメージングシステムは、典型的には、投影されるイメージをユーザへと提示する１つまたは複数のアイピースを含む。アイピースは、１種類または複数種類の屈折性材料の薄層を用いて構築され得る。例として、アイピースは、高屈折性のガラス、シリコン、金属またはポリマー基板の１つまたは複数の層から構築され得る。

いくつかの場合では、外部プロジェクタから入力結合される受信光をアイピース層が表示するように、アイピース層は、（例えば、１つまたは複数の光回折ナノ構造を伴って）パターン化され得る。さらに、複数のアイピース層（または「導波路」）が、シミュレートされた三次元イメージを投影するために併用され得る。例えば、導波路の各々からの具体的な光情報の総体において、コヒーレントなボリュメトリックイメージの全体が視認可能であるように、各々が具体的なパターンを有する複数の導波路が、層にされ得、各導波路は、ボリュメトリックイメージの一部分の具体的な光情報（例えば波長または焦点距離）を中継し得る。これにより、アイピースは、集合的に、三次元にわたるフルカラーボリュメトリックイメージをユーザへと提示し得る。これは、例えば「仮想現実」環境をユーザへと提示する際に有用であり得る。

アイピースにおける意図されないばらつきは、投影されるイメージの品質を低減し得る。このような意図されないばらつきの例は、皺、不均等な厚みおよび他の物理的な歪みを含み、これらは、アイピースの性能に悪影響を及ぼし得る。

（概要）
第一の概括的側面は、複数の導波路ディスプレイ基板を含み、各導波路ディスプレイ基板は、直径および平面を有する円柱部分と、基板にわたる厚みの非線形変化を定義し、円柱部分に対して最大高さＤを有する、平面と逆側の曲がった部分と、基板にわたる厚みの線形変化を定義し、円柱部分に対して最大高さＷを有する、円柱部分と曲がった部分との間のウェッジ部分とを有する。曲がった部分の標的最大高さＤ_ｔは、直径の１０^－７から１０^－６倍であり、Ｄは、Ｄ_ｔの約７０％と約１３０％との間にあり、Ｗは、Ｄ_ｔの約３０％より低い。複数の導波路ディスプレイ基板に対するＤのアベレージは、Ｄ_ｍｅａｎであり、複数の導波路ディスプレイ基板に対する最大のＤは、Ｄ_ｍａｘであり、複数の導波路ディスプレイ基板に対する最小のＤは、Ｄ_ｍｉｎであり、複数の導波路ディスプレイ基板に対する最大のＷは、Ｗ_ｍａｘである。

第二の概括的側面は、第一の概括的側面の複数の導波路ディスプレイ基板を作製することを含む。

第一の概括的側面及び第二の概括的側面の実装形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。

いくつかの実装形態では、厚みの非線形変化は、厚みの二次の変化である。曲がった部分は、ドームの形態にあり得る。いくつかの場合では、ドームは、球面状である。

複数の導波路ディスプレイ基板のアベレージ厚みは、典型的には約２００ミクロンと約２０００ミクロンとの間にある。複数の導波路ディスプレイ基板のアベレージ直径は、典型的には約２センチメートルと約５０センチメートルとの間にある。Ｗ_ｍａｘ／Ｄ_ｍｅａｎは、典型的には約０．３より低い。（Ｄ_ｍｅａｎ－Ｄ_ｍｉｎ）／Ｄ_ｍｅａｎは、典型的には約０．３より低い。（Ｄ_ｍａｘ－Ｄ_ｍｉｎ）／Ｄ_ｍｅａｎは、典型的には約０．３より低い。Ｄは、典型的には約０．１ミクロンから約５ミクロンの範囲内にある。Ｗは、典型的には０から約１．５ミクロンの範囲内にある。複数の基板のアベレージ全厚みばらつきは、典型的には約０．１ミクロンと約６．５ミクロンとの間にある。

いくつかの実装形態では、導波路ディスプレイ基板は、成形されたポリマーを備える。ある実装形態では、導波路ディスプレイ基板は、研磨されたガラス、シリコンまたは金属の基板を備える。

第二の概括的側面の実装形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。

いくつかの場合では、複数の導波路ディスプレイ基板を作製することは、導波路ディスプレイ基板を研磨することを含み得、ここで、導波路ディスプレイ基板は、ガラス、金属またはシリコンから形成される。ある場合では、複数の導波路ディスプレイ基板を作製することは、ポリマーの導波路ディスプレイ基板を成形することを含む。

第二の概括的側面は、導波路ディスプレイ基板の各々の上に１つまたは複数の導波路を形成することをさらに含み得る。１つまたは複数の導波路は、少なくとも２つの導波路を含み得、導波路は、各導波路ディスプレイ基板上に放射状パターンに位置付けられ得る。

本開示の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細が、付属の図面および説明において記述される。本主題の他の特徴、側面および利点が、本説明、図面および特許請求の範囲から明白となるであろう。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
複数の導波路ディスプレイ基板であって、各導波路ディスプレイ基板は、
直径および平面を有する円柱部分と、
該基板にわたる厚みの非線形変化を定義し、該円柱部分に対して最大高さＤを有する、該平面と逆側の曲がった部分と、
該基板にわたる厚みの線形変化を定義し、該円柱部分に対して最大高さＷを有する、該円柱部分と該曲がった部分との間のウェッジ部分と
を有し、
該曲がった部分の標的最大高さＤ_ｔは、該直径の１０^－７から１０^－６倍であり、Ｄは、Ｄ_ｔの７０％と１３０％との間にあり、Ｗは、Ｄ_ｔの３０％より低く、
該複数の導波路ディスプレイ基板に対するＤのアベレージは、Ｄ_ｍｅａｎであり、該複数の導波路ディスプレイ基板に対する最大のＤは、Ｄ_ｍａｘであり、該複数の導波路ディスプレイ基板に対する最小のＤは、Ｄ_ｍｉｎであり、該複数の導波路ディスプレイ基板に対する最大のＷは、Ｗ_ｍａｘである、
複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目２）
前記厚みの非線形変化は、厚みの二次の変化である、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目３）
前記曲がった部分は、ドームの形態にある、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目４）
前記ドームは、球面状である、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目５）
前記複数の導波路ディスプレイ基板のアベレージ厚みは、約２００ミクロンと約２０００ミクロンとの間にある、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目６）
前記複数の導波路ディスプレイ基板のアベレージ直径は、約２センチメートルと約５０センチメートルとの間にある、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目７）
Ｗ_ｍａｘ／Ｄ_ｍｅａｎは、約０．３より低い、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目８）
（Ｄ_ｍｅａｎ－Ｄ_ｍｉｎ）／Ｄ_ｍｅａｎは、約０．３より低い、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目９）
（Ｄ_ｍａｘ－Ｄ_ｍｉｎ）／Ｄ_ｍｅａｎは、約０．３より低い、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目１０）
Ｄは、約０．１ミクロンから約５ミクロンの範囲内にある、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目１１）
Ｗは、０から約１．５ミクロンの範囲内にある、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目１２）
前記複数の基板のアベレージ全厚みばらつきは、約０．１ミクロンと約６．５ミクロンとの間にある、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目１３）
前記導波路ディスプレイ基板は、成形されたポリマーを備える、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目１４）
前記導波路ディスプレイ基板は、研磨されたガラス、シリコンまたは金属の基板を備える、項目１に記載の複数の導波路ディスプレイ基板。
（項目１５）
複数の導波路ディスプレイ基板を作製するための方法であって、各導波路ディスプレイ基板は、
直径および平面を有する円柱部分と、
該基板にわたる厚みの非線形変化を定義し、該円柱部分に対して最大高さＤを有する、該平面と逆側の曲がった部分と、
該基板にわたる厚みの線形変化を定義し、該円柱部分に対して最大高さＷを有する、該円柱部分と該曲がった部分との間のウェッジ部分と
を有し、
該曲がった部分の標的最大高さＤ_ｔは、該直径の１０^－７から１０^－６倍であり、Ｄは、Ｄ_ｔの７０％と１３０％との間にあり、Ｗは、Ｄ_ｔの３０％より低く、
該複数の研磨された導波路ディスプレイ基板に対するＤのアベレージは、Ｄ_ｍｅａｎであり、該複数の研磨された導波路ディスプレイ基板に対する最大のＤは、Ｄ_ｍａｘであり、該複数の研磨された導波路ディスプレイ基板に対する最小のＤは、Ｄ_ｍｉｎであり、該複数の研磨された導波路ディスプレイ基板に対する最大のＷは、Ｗ_ｍａｘである、
方法。
（項目１６）
前記複数の導波路ディスプレイ基板を作製することは、該導波路ディスプレイ基板を研磨することを備え、該導波路ディスプレイ基板は、ガラス、金属またはシリコンから形成される、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記複数の導波路ディスプレイ基板を作製することは、ポリマーの導波路ディスプレイ基板を成形することを備える、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記導波路ディスプレイ基板の各々の上に１つまたは複数の導波路を形成することをさらに備える、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
前記１つまたは複数の導波路は、少なくとも２つの導波路を備え、該導波路は、各導波路ディスプレイ基板上に放射状パターンに位置付けられる、項目１８に記載の方法。

（図面の簡単な説明）
図１は、基板エリアを伴うサンプル導波路ディスプレイ基板を描写している。

図２Ａ～図２Ｃは、平坦な断面形状、凸の断面形状および凹の断面形状をそれぞれ有する、研磨された導波路ディスプレイ基板を描写している。

図３Ａおよび図３Ｂは、導波路ディスプレイ基板の全厚みばらつき（ＴＴＶ）比較を描写している。

図４は、凸の面を伴う、研磨された導波路ディスプレイ基板のＴＴＶを描写している。

図５は、線形（ウェッジ）および非線形（ドーム）構成要素を有する、偏倚されたＴＴＶを伴う導波路ディスプレイ基板の断面を示している。

図６Ａ～図６Ｃは、極低ＴＴＶ導波路ディスプレイ基板に対する、導波路ディスプレイ基板の収率対ＴＴＶ、収率対ドーム高さおよび収率対ウェッジ高さを示している。図６Ｄ～図６Ｆは、偏倚されたＴＴＶ導波路ディスプレイ基板に対する、導波路ディスプレイ基板の収率対ＴＴＶ、収率対ドーム高さおよび収率対ウェッジ高さを示している。

図７は、３００μｍアベレージ厚みおよび０ｎｍ「ウェッジ」ＴＴＶを伴う典型的な回折導波路ディスプレイに対する、導波路アイボックス効率対６インチ導波路ディスプレイ基板上の球面状の導波路ディスプレイ基板の「ドーム」高さＴＴＶ（ｎｍ）を示している。

（詳細な説明）
全厚みばらつき（ＴＴＶ）は、光導波路の性能を改善するための一指標である。本明細書内で用いられる場合、ＴＴＶは概して、導波路または導波路ディスプレイ基板の厚みの最大値と最小値との間の差を指し、ここで、導波路ディスプレイ基板上には、導波路が、形成される。光は、典型的には内部全反射によって光導波路を通って進むので、厚みのばらつきは、光伝搬経路（単数または複数）を変更する。光伝搬経路（単数または複数）の角度差は、視界の歪み、イメージのぼやけおよびシャープネスの喪失を伴ってイメージ品質に影響を及ぼし得る。

導波路調製および処理は、典型的には、導波路ディスプレイ基板（例えばウエハ）上に指定されるエリアに多数の導波路を配列することによって行われる。図１は、導波路１０２の放射状配列を伴う導波路ディスプレイ基板１００を描写している。ＴＴＶは、平坦な導波路ディスプレイ基板（すなわちゼロＴＴＶを伴う導波路ディスプレイ基板）を作製すること、例えば、基板（例えば金属、ガラスまたはシリコンの基板）を研磨するかまたは当初から高い精度を伴って基板（例えばポリマー基板）を成形することによって低減され得る。一方、研磨は、導波路ディスプレイ基板およびその上に形成される結果の導波路の上にある量の曲率を生み出し得る。図２Ａは、研磨された平坦な導波路ディスプレイ基板２００を描写している。図２Ｂおよび図２Ｃはそれぞれ、研磨された凸の導波路ディスプレイ基板２０２および研磨された凹の導波路ディスプレイ基板２０４を描写している。研磨は、凸または凹の曲率を与え得るが、本明細書に記載の実施形態は、図２Ｂに描写されているものなどの凸の曲率への言及を伴って説明される。

図２Ａに描写されているものなどの完全に平坦な研磨または成形は、達成するために広範囲かつコストのかかる処理を要求するので、典型的には、ある程度のＴＴＶが、許容される。導波路ディスプレイ基板に対するほとんどの低ＴＴＶプロセス（例えば２０ｎｍ＜ＴＴＶ＜２μｍ）に関して、（例えばランダムに）部分間にばらつきをもつ、基板の厚み形状またはプロファイルが、存在する。ここで、「厚み形状」とは、概して、基板の頂面と底面との間の高さの差の３Ｄマッピングを指す。一例では、典型的な平凸レンズは、凸球面状のまたは正の「ドーム」である厚み形状を有する。別の例では、各面上に同一の曲率半径を伴うメニスカスレンズ（例えば度なしサングラス）は、平坦なゼロ付近ＴＴＶの厚み形状を有するが、各面自体は非平坦である。導波路が、複層マルチカラー導波路ディスプレイを形成するように積層されると、ランダムな厚み形状差は、赤、緑および青の各色チャネルが、異なる輝度均一性パターンを有することを引き起こし得る。輝度均一性パターンの差は、導波路の積層に均一な白光イメージが照射されるときに色が視界にわたってばらつきをもつことを引き起こし得る。これらの色不均一性は、より粗悪なイメージ品質に帰着し得る。

図３Ａを参照すると、ＴＴＶを有する導波路ディスプレイ基板３００が、示されており、ここで、ＴＴＶは、研磨された導波路ディスプレイ基板の曲がった部分のうちの最も低い点に対する最も高い点として測定される。図３Ｂに描写されている完璧に平坦な導波路ディスプレイ基板３０２は、ゼロＴＴＶを有する。図４は、最小厚みＸを有する導波路ディスプレイ基板４００を描写している。すなわち、導波路ディスプレイ基板のどの部分も、Ｘより薄いことはなく、任意の厚みばらつきは、Ｘに加えての厚みとして測定される。最も大きい厚みは、ｈであり、ＴＴＶは、数学上Ｙであり、ここで、Ｙ＝ｈ－Ｘである。ＴＴＶの仕様は、典型的には、最大許容ＴＴＶ（ＴＴＶ_ｍａｘ）として表され、製品仕様は、ＴＴＶ_ｍａｘより下のＴＴＶ（Ｙ）（すなわち０≦Ｙ＜ＴＴＶ_ｍａｘ）を標的とする。ここで、「極低ＴＴＶ」の導波路ディスプレイ基板とは、標的ＴＴＶがゼロである（または実践的に可能な限りゼロに近い）導波路ディスプレイ基板を指す。

光学製品において、イメージ品質および均一性は、ＴＴＶがゼロに近付くほど、研磨された導波路ディスプレイ基板の特定の形状またはプロファイルに対して鋭敏であり得る。一例では、２０ｎｍＴＴＶおよび４０ｎｍＴＴＶの導波路ディスプレイ基板上に生産される導波路の（均一性によって測定されるような）イメージ品質の比較差は、１００ｎｍＴＴＶの基板および１２０ｎｍの導波路ディスプレイ基板の上に生産される導波路の比較品質より、両方のペアともに２０ｎｍ異なるのみであるにもかかわらず、断然高くあり得る。異なる言い方をすると、１００ｎｍＴＴＶの導波路および１２０ｎｍの導波路は、２０ｎｍＴＴＶの導波路および４０ｎｍＴＴＶの導波路より同様に均一なイメージを与え得る（前者のペアは、後者のペアと比較してよりドーム形状である）。これにより、１００ｎｍＴＴＶの導波路および１２０ｎｍＴＴＶの導波路は、製品ラインにわたって、より低いイメージばらつきとより一貫したイメージ均一性とを生み出し得る。

非平坦な導波路ディスプレイ基板上に生産される導波路内の光伝搬経路（単数または複数）の経路長さの差もまた、輝度パターン不均一性および色不均一性を伴ってイメージ品質に影響を及ぼし得る。輝度パターン不均一性の源は、瞳複製導波路ディスプレイ基板を通じて数多の経路によって生み出される電磁干渉パターンを含む。典型的な瞳複製導波路のユニットセルは、Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｄｅｒ干渉計に類似しており、ここで、入力から、出力である複製された瞳の位置まで、ユニットセルごとに２つの経路が、存在する。二経路間の経路長さの差は、導波路ディスプレイ基板の厚みを通じて経路長さに影響され、導波路ディスプレイ基板の厚みは、ＴＴＶ指標および厚みプロファイル（厚みが、導波路ディスプレイ内での内部全反射にある光に対してある角度で、線形に変化するかまたは二次で変化するか）によって定義される。経路長さが、等位相または逆位相を有する場合には、それぞれ、強め合う干渉または弱め合う干渉が、存在し得る。そのため、厚み形状は、瞳複製されたコピー内での強度に影響を及ぼし得、結局は導波路ディスプレイによって出力結合される出力イメージに影響を及ぼし得る。

これにより、厚み形状ばらつきおよびＴＴＶを最小にすることが、有利であり得る。完璧な複製は、研磨または成形プロセスにおいて達成されないことがあるので、ある製造分布が、生じ得る。仮想的な分布モデルでは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式によって定義される円形の基板形状を伴って、形状基底関数の標準的な組が、定義され得る。偶および奇のＺｅｒｎｉｋｅ多項式が、存在する。偶のものは、

と定義され、奇のものは、

と定義され、ここで、ｍおよびｎは、ｎ≧ｍを伴う非負整数であり、φは、方位角であり、ρは、動径距離であり、Ｒ^ｍ _ｎは、下に定義される動径多項式である。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、－１から１の範囲に制限される性質を有する。動径多項式Ｒ^ｍ _ｎは、偶数のｎ－ｍに対して

と定義され、奇数のｎ－ｍに対して恒等的に０である。

イメージ品質、特に輝度均一性は、ＴＴＶがゼロに近付くほど厚み形状に対して非線形に鋭敏である。言い換えれば、ＴＴＶが、ある閾値より下まで低下すると、イメージ品質は、厚み形状の僅かな変化でさえ、その変化を呈する導波路間でますますばらつくようになる。この異常を補償するために、整合的厚み形状を伴って偏倚されたＴＴＶが、基板処理に組み込まれ得る。本明細書内で用いられるように、「偏倚された」ＴＴＶとは、概して、非ゼロ標的を有するＴＴＶを指す。より具体的には、「偏倚された」ＴＴＶとは、概して、非ゼロ標的を伴うＺｅｒｎｉｋｅフィット多項式の１つのまたは複数の係数と、ゼロ標的を有するＺｅｒｎｉｋｅフィット多項式の全ての残りの係数とを有する基板厚み形状を指す。複数の導波路ディスプレイ基板内での厚み形状の一貫性とは、概して、Ｚｅｒｎｉｋｅフィット多項式の係数の低ばらつきを有する複数の導波路ディスプレイ基板を指す。「偏倚された」ＴＴＶの場合には、厚み形状の一貫性とは、（ｉ）例えば、全ての導波路ディスプレイ基板の、非ゼロを標的とされる係数が、標的規模の約７０％から約１３０％である、標的規模からの最小ばらつきを有する、非ゼロを標的とされる全てのＺｅｒｎｉｋｅ係数と、（ｉｉ）例えば、ゼロを標的とされる係数が、非ゼロを標的とされる係数の０から約３０％である、非ゼロを標的とされるＺｅｒｎｉｋｅ係数より大幅に低い絶対規模を有する、ゼロを標的とされる全てのＺｅｒｎｉｋｅ係数とを有する導波路ディスプレイ基板の組を指す。

偏倚されたＴＴＶおよび整合的基板厚み形状の例は、基板研磨（または成形）プロセスの典型的な最小ＴＴＶ範囲より何倍も大きなＴＴＶを伴う球面形状へと大幅に研磨（または成形）された基板である。この基板形状は、ウェッジ（厚みの線形変化）構成要素およびドーム（厚みの二次の変化）構成要素を有するものとして記載され得る。図５は、高さＷを有するウェッジ構成要素５０２と、高さＤを有するドーム構成要素５０４と、平面５０８を伴い厚みｔおよび直径ｄを有する円柱構成要素５０６とを伴う導波路ディスプレイ基板５００を描写している。Ｚｅｒｎｉｋｅフィット多項式を用いると、導波路ディスプレイ基板のアベレージ厚みは、Ｚ_０ ^０であり、ＴＴＶの「ウェッジ」構成要素の高さは、ｓｑｒｔ（Ｚ_１ ^－１＋Ｚ_１ ^１）と定義され得、ＴＴＶの凸の「ドーム」構成要素の高さは、－２×Ｚ_２ ^０と定義され得る。導波路ディスプレイ基板のアベレージ厚みは、典型的には２００μｍと２０００μｍとの間である。「ドーム」偏倚されたＴＴＶを生み出す基板研磨または成形プロセスにおいて、導波路ディスプレイ基板は、基板直径の１０^－７から１０^－６の範囲内に標的「ドーム」高さＤ_ｔを有し得、各基板は、標的「ドーム」高さの３０％より低い「ドーム」高さと、標的「ドーム」高さの３０％より低い「ウェッジ」高さとを有し得る。一例では、１５０ｍｍの直径と、１０００ｎｍの平均「ドーム」高さ（Ｄ_ｍｅａｎ）と、７００ｎｍから１３００ｎｍの範囲（Ｄ_ｍｉｎからＤ_ｍａｘ）の「ドーム」高さと、３００ｎｍより低い最大「ウェッジ」高さ（Ｗ_ｍａｘ）とを有する複数の導波路ディスプレイ基板は、０から３００ｎｍの範囲内に「ドーム」および「ウェッジ」高さを伴う、ゼロ近くを標的とされるＴＴＶを有する複数の導波路ディスプレイ基板と比較して増大された効率、輝度均一性および色均一性と、効率、輝度均一性および色均一性における低減された部分間のばらつきとを有するであろう。図１の放射状ディスプレイレイアウトと、ドームへと偏倚された整合的形状の放射状に対称な基板厚みプロファイルとにおいて、導波路ディスプレイ入力結合器から出力結合器までの整合的厚み変化は、単一の基板上に配列される数多のパーツの間で、および基板間で達成され得る。整合的厚み形状のこのような配列は、従来の導波路ディスプレイにおいて用いられるランダムな厚み形状を伴う典型的な極低ＴＴＶと比較して、改善された色均一性およびイメージ品質を示す。

整合的形状を伴う偏倚されたＴＴＶは、数多の方法において導波路ディスプレイ基板に適用され得る。ガラスまたは水晶基板に対して、それは、偏倚された形状へと研磨することによって、または小さいがランダムな厚み形状ばらつきを伴う極低ＴＴＶ導波路ディスプレイ基板に（整合的形状および規模の）不均一な厚みを伴うコーティングを適用することによって適用され得る。成形可能なポリマー材料に対して、偏倚された厚みプロファイルは、導波路ディスプレイ基板を生産する型においてデザインされ得る。

図６Ａ～図６Ｃは、極低ＴＴＶ導波路ディスプレイ基板に対する、導波路ディスプレイ基板の収率対ＴＴＶ、収率対ドーム高さおよび収率対ウェッジ高さを示している。これらの極低ＴＴＶの導波路ディスプレイ基板において、ドーム高さおよびウェッジ高さの規模は、典型的には互いと同様である。また、ドーム高さのばらつきの範囲は、規模においてドーム高さの平均と同様である。図６Ｄ～図６Ｆは、偏倚されたＴＴＶの導波路ディスプレイ基板に対する、導波路ディスプレイ基板の収率対ＴＴＶ、収率対ドーム高さおよび収率対ウェッジ高さを示している。これらの偏倚されたＴＴＶの導波路ディスプレイ基板において、ドーム高さの規模は、ウェッジ高さの規模より大きく、ドーム高さのばらつきは、平均ドーム高さより小さい。図６Ｄ～図６Ｆは、偏倚された関係を具体的な値への言及を伴わずに表現描写している。偏倚されたＴＴＶの許容範囲に対する仕様は、
Ｗ_ｍａｘ／Ｄ_ｍｅａｎ＜Ｘ、
（Ｄ_ｍｅａｎ－Ｄ_ｍｉｎ）／Ｄ_ｍｅａｎ＜Ｙ、
（Ｄ_ｍａｘ－Ｄ_ｍｅａｎ）／Ｄ_ｍｅａｎ＜Ｚ
のように表され得る。これらの関係に関して、Ｘ、ＹおよびＺは、典型的には、異なる基板研磨または成形プロセス間で０から１０までの範囲に及ぶ。図６Ａ～図６Ｃは、図６Ｄ～図６Ｆに示されている導波路ディスプレイ基板の組より高いＸ、ＹおよびＺの値に帰着する導波路ディスプレイ基板の組を示している。ＴＴＶ自体をゼロに近付かせるのではなく、Ｘ、ＹおよびＺがゼロに近付くほど、数多の導波路ディスプレイ基板の数多のサブセクション上に生産される複数の導波路の総合効率は、増大し、かつより少ないばらつきを有する。また、Ｘ、ＹおよびＺがゼロに近付くほど、結果の導波路間の輝度均一性および色均一性もまた、増大し、より少ないばらつきを有する。典型的な基板研磨または成形プロセスでは、Ｘ、ＹおよびＺは、標的とされるＴＴＶ_ｍａｘがゼロに近付くほど増大する。極低ＴＴＶの導波路ディスプレイ基板は、典型的には１～１０の範囲内にＸ、ＹおよびＺを有し、偏倚されたＴＴＶの導波路ディスプレイ基板は、０から０．３の範囲内にＸ、ＹおよびＺを有し、よって、偏倚された（または非ゼロ標的）ＴＴＶは、改善された導波路ディスプレイのイメージ品質に貢献し得る。

図７は、３００μｍのアベレージ厚みと０ｎｍの「ウェッジ」ＴＴＶとを伴う典型的な回折導波路ディスプレイに対する、導波路アイボックス効率対６インチウエハ上の球面状の導波路ディスプレイ基板形状の「ドーム」ＴＴＶ（ｎｍ）を示している。図７に見られるように、アイボックス効率は、４００ｎｍのＴＴＶと６００ｎｍのＴＴＶとの間で最大である。ここで、導波路アイボックス効率とは、典型的な回折導波路シミュレーションによって計算される、導波路ディスプレイの入力結合グレーティング上に入射する光の和に対する、回折導波路ディスプレイの出力グレーティングの眼側から１５ｍｍ^２離れた１５×２０ｍｍ^２の長方形エリアに入る光の和を指す。

本開示は、多くの具体的な実施形態の詳細を含有するが、これらは、本主題の範囲または特許請求の範囲に対する制限と解釈されるべきでなく、むしろ特定の実施形態に特有であり得る特徴の記載として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈において本開示内に記載されるある特徴はまた、単一の実施形態において組み合わせにおいて実装され得る。逆に、単一の実施形態の文脈において記載される様々な特徴はまた、複数の実施形態において、別個でまたは任意の適切な部分組み合わせにおいて実装され得る。その上、先に記載された特徴は、ある組み合わせにおいて作用するものとして記載され得、そのように最初に主張されることさえあり得るが、主張される組み合わせからの１つまたは複数の特徴は、いくつかの場合には、組み合わせから切り離され得、主張される組み合わせは、部分組み合わせまたは部分組み合わせの変形を対象とし得る。

本主題の特定の実施形態が、記載されてきた。記載された実施形態の他の実施形態、代替および置換は、当業者にとって明白であるように、以下の特許請求の範囲内である。オペレーションは、図面および特許請求の範囲において特定の順序で描写されているが、これは、このようなオペレーションが、示される特定の順序でもしくは一連の順序で実施されること、または全ての図示された動作が実施される（いくつかの動作は、オプショナルと見做され得る）ことを、望ましい結果を達成するために要求するものと理解されるべきでない。

したがって、先に記載された例となる実施形態は、本開示を定義せず、これを制約しない。他の変更、代用および代替もまた、本開示の精神および範囲からの逸脱を伴わずに可能である。

Claims

本明細書に記載の発明。