JP2023516594A - 統合されたスペーサを伴う接眼レンズを形成するための金型を加工する方法 - Google Patents

Abstract

方法が、統合されたスペーサを伴う、導波管を有する、接眼レンズを形成するための金型を加工するために開示される。金型は、ウェットエッチングまたはドライエッチングを使用して、深孔（例えば、５μｍ～１，０００μｍの深さ）を基板の中にエッチングすることによって形成される。孔を画定するためのエッチングマスクは、厚い金属層および／または異なる金属の複数の層を用いて形成されてもよい。レジスト層が、エッチングマスクにわたって配置されてもよい。レジスト層は、孔のパターンを形成するようにパターン化されてもよく、パターンは、エッチングマスクに転写されてもよく、エッチングマスクは、パターンを下層基板の中に転写するために使用されてもよい。パターン化された基板は、その上に流動可能ポリマーが、導入され、固化することを可能にされ得る、金型として利用されてもよい。

Description

（優先権の主張）
本願は、「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＭＯＬＤＳ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ ＥＹＥＰＩＥＣＥＳ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＰＡＣＥＲＳ」と題され、２０２０年２月２８日に出願された、米国仮特許出願第６２／９８３５１８号、および「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＭＯＬＤＳ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ ＥＹＥＰＩＥＣＥＳ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＰＡＣＥＲＳ」と題され、２０２０年６月２３日に出願された、米国仮特許出願第６３／０４３０３９号の優先権の利益を主張する。上記の出願はそれぞれ、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
（関連出願の相互参照）

本願は、参照することによって、以下の特許出願、すなわち、２０１４年１１月２７日に出願され、２０１５年７月２３日に米国公開第２０１５／０２０５１２６号として公開された、米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、２０１５年１０月２２日に米国公開第２０１５／０３０２６５２号として公開された、米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願され、現米国特許第９，４１７，４５２号である、２０１６年８月１６日に発行された、米国出願第１４／２１２，９６１号、２０１４年７月１４日に出願され、２０１５年１０月２９日に米国公開第２０１５／０３０９２６３号として公開された、米国出願第１４／３３１，２１８号、および２０１８年４月２日に出願され、「ＨＹＢＲＩＤ ＰＯＬＹＭＥＲ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題された、米国出願第６２／６５１，５０７号のそれぞれの全体を組み込む。

本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムに関する。

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式で、ユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実、すなわち、「ＭＲ」シナリオは、あるタイプのＡＲシナリオであり、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツが、実世界内のオブジェクトによって遮断される、または別様にそれと相互作用するものとして知覚され得る。

図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」が「見える」と知覚するが、これらの要素４０、５０が実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素の中で仮想画像要素の快適で、自然な感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術を生産することは、困難である。

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲおよびＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。

いくつかの実施形態では、金型を形成するための方法が、提供される。金型は、統合されたスペーサを有する、導波管を形成するために利用されてもよい。本方法は、基板を提供するステップと、エッチングマスク層を基板にわたって堆積させるステップと、開口部をエッチングマスク層内に画定するステップと、基板をエッチングマスク層を通してエッチングし、開口部を基板内に画定するステップとを含む。基板内の開口部は、５μｍ～１，０００μｍの深度を有する。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、フォトレジスト層をエッチングマスク層にわたって堆積させるステップと、開口部をフォトレジスト層内にリソグラフィ的に画定するステップとを含む。開口部をエッチングマスク層内に画定するステップは、フォトレジスト層内の開口部をエッチングマスク層の中に延在させるステップを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、エッチングマスクを堆積させる前に、接着層を基板にわたって堆積させるステップを含む。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、エッチングマスクを堆積させるステップを停止後、エッチングマスク層を拡大させるステップを含む。エッチングマスク層を拡大させるステップは、付加的エッチングマスク材料を、直接、エッチングマスク層上に堆積させるステップを含む。付加的エッチングマスク材料を堆積させるステップは、蒸着を含んでもよい。付加的エッチングマスク材料を堆積させるステップは、電気めっきを含んでもよい。付加的エッチングマスク材料は、エッチングマスク層を堆積させる間に堆積される材料と同一材料であってもよい。

いくつかの実施形態では、エッチングマスク層は、１０ｎｍ～２００ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、基板をエッチングマスク層を通してエッチングするステップは、ウェットエッチングを含む。いくつかの実施形態では、基板をエッチングマスク層を通してエッチングするステップは、ドライエッチングを含む。いくつかの実施形態では、基板は、光学的に透明な材料から形成され、これは、ガラス、石英、および溶融シリカから成る群から選定されてもよい。いくつかの実施形態では、エッチングマスク層は、金属から形成される。

いくつかの実施形態では、本方法は、さらに、内部開口部を基板内に画定するステップを含む。内部開口部の高さおよび基板内の開口部の高さの比は、５００：１またはそれを上回ってもよい。いくつかの実施形態では、比は、１００，０００：１またはそれ未満である。いくつかの実施形態では、内部開口部は、回折格子に対応する、サイズおよび周期性を有する。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、エッチングマスク層を除去するステップを含む。

図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。

図３Ａ－３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。

図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節－輻輳・開散運動応答の表現を図示する。

図４Ｂは、ユーザの一対の眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。

図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。

図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。

図５は、波面発散を修正することによって３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。

図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。

図８は、各深度面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。

図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。

図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。

図９Ｄは、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１０Ａは、スペーサを備える、導波管の実施例を図示する。

図１０Ｂは、スペーサのための３次元形状およびスペーサを収容するためのくぼみの実施例を図示する。

図１０Ｃは、スペーサを備える、導波管のスタックの実施例を図示する。

図１１Ａは、光散乱特徴を伴うスペーサを備える、導波管のスタックの実施例を図示する。

図１１Ｂは、スペーサと、スペーサと直近の導波管との間の界面における光漏出防止材料とを備える、導波管のスタックの実施例を図示する。

図１２Ａ－１２Ｃは、スペーサを伴う導波管を形成するための方法の実施例を図示する。

図１３Ａ－１３Ｂは、スペーサを備える、導波管の上下平面図の実施例を図示する。

図１４は、スペーサと、可変寸法のくぼみとを備える、導波管の実施例を図示する。

図１５Ａ－１５Ｇは、スペーサを伴うハイブリッド導波管を形成するための方法の実施例を図示する。 図１５Ａ－１５Ｇは、スペーサを伴うハイブリッド導波管を形成するための方法の実施例を図示する。

図１６は、吸収材料で被覆される縁を有する、導波管の実施例を図示する。

図１７－１８は、導波管の上部および底部主要表面の部分上に延在する吸光材料を有する、導波管の実施例を図示する。 図１７－１８は、導波管の上部および底部主要表面の部分上に延在する吸光材料を有する、導波管の実施例を図示する。

図１９－２０は、異なる吸収材料に関する入射角の関数としての吸光のシミュレーション結果を図示する。 図１９－２０は、異なる吸収材料に関する入射角の関数としての吸光のシミュレーション結果を図示する。

図２１は、吸収材料で被覆され得る、粗面縁を有する、導波管の実施例を図示する。

図２２Ａは、外部結合格子と、吸収材料とを伴う、縁を有する、導波管の実施例を図示する。

図２２Ｂ－２２Ｃは、光捕獲構造と、吸光材料とを伴う、縁を有する、導波管の実施例を図示する。 図２２Ｂ－２２Ｃは、光捕獲構造と、吸光材料とを伴う、縁を有する、導波管の実施例を図示する。

図２３は、導波管の縁に沿った吸光材料の設置の実施例の縁を図示する。

図２４は、一体型スペーサを伴う、導波管のスタックを図示する。

図２５は、一体型スペーサを有する、導波管を形成するための金型の実施例を図示する。

図２６－２８は、図２５の金型に類似する金型の加工のためのプロセスの間に形成される、種々の中間構造の実施例を図示する。 図２６－２８は、図２５の金型に類似する金型の加工のためのプロセスの間に形成される、種々の中間構造の実施例を図示する。 図２６－２８は、図２５の金型に類似する金型の加工のためのプロセスの間に形成される、種々の中間構造の実施例を図示する。

図２９Ａ－２９Ｂは、エッチングマスク内の間隙、すなわち、ピンホールと、下層基板への結果として生じる損傷の実施例を図示する。

図３０Ａ－３０Ｃは、エッチングマスク内の間隙を軽減するための方法の実施例を提供する。

図３１は、基板をウェットエッチングし、一体型スペーサのための金型を形成するためのプロセスフローにおいて形成される、中間構造の実施例を図示する。

図３２は、基板をウェットエッチングし、一体型スペーサのための金型を形成するためのプロセスフローの実施例を示す、ブロック図である。

図３３は、基板をドライエッチングし、一体型スペーサのための金型を形成するためのプロセスフローの実施例を示す、ブロック図である。

図３４は、それぞれ、ウェットおよびドライエッチングを使用して形成される、開口部の断面プロファイルの実施例を図示する。

詳細な説明
接眼拡張および仮想現実ディスプレイシステムは、画像情報を視認者の眼の中に指向するための接眼レンズを含み得る。接眼レンズは、糊の介在ビーズによって離間される、導波管のスタックから形成され得る。ビーズのサイズおよびビーズによって提供される導波管間の分離のサイズは、接眼レンズの光学性能およびディスプレイシステムの知覚される画質に影響を及ぼし得ることを理解されたい。例えば、ビーズは、具体的場所に形成され得、次いで、上層導波管は、ビーズを具体的圧力において押圧し得、その後、ビーズは、硬化によって固化され得る。結果として、スペーサの形成は、導波管のスタック全体を通して導波管間の一定分離距離を維持するために、精密な整合および制御された圧力を要求し得る。そのような精密な整合および圧力制御を提供することは、困難であり得る。加えて、導波管が、ポリマーから形成される場合、ポリマー導波管は、可撓性であり得、材料のビーズを利用して、導波管を分離することは、導波管間の所望の分離を維持するために十分な機械的または構造安定性を提供し得ない。

いくつかの実施形態では、導波管のスタックを形成するために使用され得る、１つまたはそれを上回る導波管は、他の導波管等の上層または下層構造との所望の分離を提供するために、一体型スペーサを含み得る。導波管はそれぞれ、インプリント等によって、スペーサと同時に形成される、表面レリーフ特徴、例えば、回折光学要素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、スペーサおよび導波管の主要な本体は、モノリシック構造を形成する。いくつかの実施形態では、導波管は、複数の層を備える、ハイブリッド導波管であってもよく、そのうちの１つは、スペーサと、回折光学要素とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、スペーサは、回折光学要素と同一軸に沿って、側方に伸長されてもよく、これは、これらの特徴を変形させずに、スペーサおよび回折光学要素の加工を促進し得る。

いくつかの実施形態では、スペーサおよび／またはくぼみは、可変サイズ、例えば、幅を有してもよく、および／または複数のスペーサおよび／またはくぼみは、スペーサおよび／またはくぼみの近傍の群として形成されてもよい。例えば、導波管の両方の主要表面は、スペーサと、くぼみとを含み、それによって、スペーサおよびくぼみと下層および／または上層の合致する導波管の連動システムを形成してもよい。有利なこととして、スペーサおよび／またはくぼみの可変サイズおよび／または近傍の群は、単一導波管および／または導波管のスタックの機械的および構造安定性を増加させ得る。

いくつかの実施形態では、スペーサは、導波管の１つの主要表面上に配置され、くぼみが、導波管の対向主要表面上に提供される。くぼみは、直近の導波管のスペーサと整合し、それによって、導波管の自己整合されたスタックを形成するように定寸され、位置付けられる。スペーサの上部は、光散乱特徴および／または光漏出防止材料（例えば、反射防止性コーティングおよび／または吸光材料）を具備し、導波管間の光漏出を防止してもよい。

いくつかの実施形態では、導波管のスタックの異なる導波管は、異なる色、例えば、フルカラー画像を形成するための異なる原色の光を内部結合および／または外部結合するように構成されてもよい。加えて、または代替として、導波管の異なる導波管は、異なる量の波面発散を伴う、光を出力し、画像コンテンツを視認者からの異なる見掛け距離に表示するように構成されてもよい。

有利なこととして、導波管と一体型であるスペーサは、スペーサのスタックのスペーサを容易かつ再現可能に分離するために、剛性構造を提供する。加えて、合致するくぼみを導波管内に提供することは、自己整合されたスタックを提供することによって、スペーサの一貫したスタックの作製をさらに促進する。スペーサ間の一貫した分離は、個々の導波管を通した光の全内部反射を促進することに加え、光が導波管間から漏出することを一貫して防止することによって、一貫した光学性能を提供し得る。さらに、製造プロセスは、材料のビーズを堆積させ、圧力を導波管に精密に印加し、次いで、糊材料を固化させるための別個のステップを排除することによって、簡略化され得る。むしろ、導波管が、回折光学要素を備える場合、スペーサは、回折光学要素と同時に形成されてもよい。

本明細書に議論されるように、導波管は、拡張および仮想現実ディスプレイシステムのための接眼レンズを形成してもよい。導波管は、視認者のために、光を出力し、画像コンテンツを表示するように構成されてもよい。導波管内の一部の光ビームは、視認者のために外部結合されずに、導波管を通して進行し得ることを理解されたい。そのような光は、本明細書では、「利用されない光」と称され得る。利用されない光は、いくつかの状況では、導波管の縁から反射し、導波管を通して戻るように伝搬し得、そこで、光は、導波管から外に伝搬し得る（例えば、導波管内の外部結合要素によって外部結合される、または光が縁から反射する角度に起因して、全内部反射から逃散する）。望ましくないことに、導波管から外への利用されない光の本伝搬は、残影および／またはディスプレイシステムのコントラストにおける低減等の視覚的アーチファクトを生じさせ得る。

いくつかの実施形態では、導波管のスタック（近傍の導波管を分離するための一体型スペーサを含み得る）を形成するために使用され得る、１つまたはそれを上回る導波管は、導波管から外への利用されない光の望ましくない反射および伝搬を低減または軽減させ、したがって、画質を改良するための縁処置を含んでもよい。縁処置は、実施例として、導波管の１つまたはそれを上回る縁に適用される、吸光材料、および／またはそれらの縁に形成される、反射防止構造を含んでもよい。いくつかの実施形態では、縁処置は、黒染処理材料、黒色インク、吸光材料、縁粗面化、外部結合格子、光捕獲構造、吸収性ポリマー、およびこれらと他の処置の組み合わせを含んでもよい。

有利なこととして、いくつかの実施形態では、種々の縁処置が、スペーサおよび／または回折光学要素の形成と同時に形成されてもよい。例えば、インプリント金型は、縁処置を画定するためのパターンを含んでもよい（例えば、パターンは、粗面テクスチャ、外部結合光学要素、および／または光捕獲微小構造を画定してもよい）。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される、一体型スペーサを伴う導波管は、インプリントまたは鋳造プロセスを使用して形成されてもよい。例えば、一体型スペーサおよび導波管は、液体状態における導波管材料が、導波管の表面上に形成されることが所望される特徴（例えば、スペーサおよび／または格子等の光学要素）のネガ型を含有する、金型上またはその中に流動される、鋳造プロセスによって、同時に形成されてもよい。材料は、次いで、固化させられ、金型は、除去され、一体型スペーサ（および可能性として、光学要素等の他の特徴）を伴う導波管を残す。

エッチングプロセスが、所望のネガ特徴を金型内に画定するために利用されてもよい。しかしながら、スペーサ等の特徴のサイズは、従来の加工プロセスにとって、困難であり得、表面欠陥を引き起こし得、これは、望ましくないことに、光学アーチファクトを作成し得る。有利なこととして、種々の実施形態による、ウェットまたはドライエッチングを含む、加工プロセスは、一体型スペーサを形成するための大開口部の形成を可能にする一方、低レベルの欠陥を基板の正面および／または基板背面上に提供する。いくつかの実施形態では、多面エッチングマスクスタック（例えば、フォトレジスト層を伴うスタック内のエッチングマスクおよび／または金属エッチングマスクの複数の層を含む）が、一体型スペーサを形成するために好適なサイズの開口部を形成する一方、基板の表面を望ましくないエッチングから保護するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、ウェットおよび／またはドライエッチングが、基板をエッチングマスクを通してエッチングするために利用されてもよい。有利なこととして、ウェットまたはドライエッチングの選択は、形成されるべき開口部の所望の断面プロファイルに基づいて行われてもよい。例えば、ウェットエッチングは、ドライエッチングより丸みを帯びた角を伴う、より広い開口部を形成するために利用されてもよい。

いくつかの実施形態では、金型は、多面エッチングマスクスタックを使用して、深い孔または開口部を基板の中にエッチングすることによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、孔は、５μｍ～１，０００μｍの深さであってもよい。孔を画定するためのエッチングマスクは、厚い金属層および／または異なる金属の複数の層を用いて形成されてもよい。レジスト層は、エッチングマスクにわたって配置されてもよい。レジスト層は、孔のパターンを形成するようにパターン化されてもよく、パターンは、エッチングマスクに転写されてもよく、エッチングマスクは、パターンを下層基板の中に転写するために使用されてもよい。パターン化された基板は、その上に流動可能ポリマーが、導入され、固化することを可能にされ得る、金型として利用されてもよい。孔内の固化されたポリマーは、統合されたスペーサを形成してもよい。固化されたポリマーは、金型から除去（離型）され、統合されたスペーサを伴う、導波管を形成してもよい。

基板の正面上の欠陥が、堆積された金属エッチングマスク内のピンホールによって引き起こされ得ることが見出されている。望ましくないことに、金属エッチングマスクが、基板のエッチング後に留保されるように現れるときでも、金属エッチングマスク内のピンホールは、一部のエッチング液が金属エッチングマスクを通して漏出することを可能にし得、それによって、基板の望ましくないエッチングを基板表面を横断して分離された場所に引き起こし得る。いくつかの実施形態では、ピンホールは、例えば、エッチングマスク材料の付加的層の堆積によって、基板のエッチング全体を通して留保されるために十分に厚い、フォトレジスト層の使用によって、および／またはより早く堆積される金属層の厚さを増加させるための電気めっきによって、金属エッチングマスクの厚さを拡大させることによって軽減され得ることが見出されている。加えて、いくつかの実施形態では、基板の下面は、堆積された金属層および／または接着された犠牲基板を使用して、保護されてもよい。

ここで、同様の参照番号が、全体を通して同様の部分を指す、図が参照されるであろう。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
例示的ディスプレイシステム

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。

図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ－軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ－軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、必然的に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。結果として、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。

しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光が、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ－３Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図３Ａ－３Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。逆に言えば、距離が、増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０の間との距離の減少とともに増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ－３Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得る。

図３Ａ－３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光が、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、合焦画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。合焦画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼけは、合焦画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮を誘起し、それによって、水晶体を保持する提靭帯に印加される力を変調させ、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼけが排除される、または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。

ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節－輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受光させ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれの上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼけの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のキューを提供し得る。遠近調節のためのキューは、遠近調節を生じさせ、眼の水晶体に、オブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとらせる。一方で、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が、単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ－軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。

理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動と遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。上記のように、相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。正常条件下、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させるための眼の水晶体の形状の変化は、自動的に、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離への輻輳・開散運動の合致する変化を自動的に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、正常条件下、水晶体形状における合致する変化を誘起するであろう。

ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。一対の眼２２２ａが、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、一対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、一対の眼２２２ａが、まっすぐ指向される一方、一対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。

望ましくないことに、従来の「３－Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不一致に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。上記のように、多くの立体視または「３－Ｄ」ディスプレイシステムは、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態に対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における合致する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不一致は、視認者の不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な合致を提供する、ディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。

理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度面を解釈し、深度知覚を提供し得ると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節のための合致するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節－輻輳・開散運動合致を提供し得る。

図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度面２４０が、図示される。所与の深度面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度面２４０の距離における点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。

図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度面２４０のｚ－軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ－軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって、１ｍの深度に位置する深度面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向された状態でそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ－軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイから（例えば、導波管の表面から）測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ得、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応する。実践では、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。

ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、合致遠近調節－輻輳・開散運動距離および不一致遠近調節－輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する、光によって形成され得る。結果として、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上で合焦する、遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度面２４０上の点１５にあるものとして知覚し得る。

眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ－軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられる距離は、遠近調節距離Ａ_ｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態または相互に対する位置における眼と関連付けられる特定の輻輳・開散運動距離Ｖ_ｄが、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が合致する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言える。これは、視認者にとって最も快適なシナリオであると見なされる。

しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常に合致するわけではない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。結果として、遠近調節距離は、いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳から深度面２４０への距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節－輻輳・開散運動の不一致が存在する。そのような不一致は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不一致は、距離（例えば、Ｖ_ｄ－Ａ_ｄ）に対応し、ジオプタを使用して特性評価され得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点も、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、遠近調節－輻輳・開散運動の不一致を決定するための距離を決定するために利用され得ることを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度面まで、網膜から深度面まで、接眼レンズ（例えば、ディスプレイデバイスの導波管）から深度面まで、眼の回転中心から等、測定され得る。

理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不一致自体が有意な不快感を生じさせることなく、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節－輻輳・開散運動の不一致を生理学的に正しいと知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節－輻輳・開散運動の不一致を有する、画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動の不一致は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動の不一致は、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む、約０．２５ジオプタまたはそれ未満である。

図５は、波面発散を修正することによって、３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされる光７７０を受光し、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度面２４０上の点によって生成されるライトフィールドの波面発散に対応する、定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得ることが図示されるであろう。

いくつかの実施形態では、単一の導波管が、単一または限定数の深度面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよい、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度面のための異なる波面発散量を提供する、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度面は、平坦または湾曲表面の輪郭に追従し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、有利なこととして、簡略化するために、深度面は、平坦表面の輪郭に追従し得る。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされ得ることを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続的なキューおよび遠近調節のための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能な離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルが、特定の深度面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定のものによって提供されてもよい。

図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つまたはそれを上回るレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０、および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて、画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度面と関連付けられてもよく、その深度面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力するために、各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成され得る、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に画像情報を投入するために利用されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。導波管の主要表面は、その間に導波管の厚さが延在する、導波管の表面に対応することを理解されたい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられる深度面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されるコリメートビームの場全体を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一のものが、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。

いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報をそれぞれ生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、１つまたはそれを上回る光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含み得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含み得る、光モジュール５３０を備える、光プロジェクタシステム５２０によって提供される。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器に指向され、それによって修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させ、光を画像情報でエンコードするように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、図式的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられるものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入される光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度面上の画像であってもよい。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つまたはそれを上回る走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられるものの中に投入するように構成される、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得る。１つまたはそれを上回る光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過させるように構成され得ることを理解されたい。１つまたはそれを上回る介在光学構造が、走査ファイバまたは複数の走査ファイバと、１つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向し得ることを理解されたい。

コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光変調器５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つまたはそれを上回るものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図９Ｄ）の一部であってもよい。

図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部および底部表面およびそれらの主要上部表面と底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から外に再指向させ、画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部および／または底部主要表面に配置されてもよく、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、材料のモノリシック片であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料片の表面上および／または内部に形成されてもよい。

図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるものとして解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるものとして解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。

他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０が、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つまたはそれを上回るものは、同一の関連付けられる深度面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度面毎に１つのセットを用いて、同一の複数の深度面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成するための利点を提供し得る。

図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられる特定の深度面のために、光をそれらの個別の導波管から外に再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられる深度面を有する導波管が、関連付けられる深度面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよい。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、光を具体的角度で出力するように構成され得る、立体または表面特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、立体ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、空隙を形成するためのクラッディング層および／または構造）であってもよい。

いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみが、ＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りが、ＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。

いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回るＤＯＥは、それらが能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であり得る。例えば、切替可能なＤＯＥは、微小液滴がホスト媒体内に回折パターンを備える、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に合致するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに合致しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。

いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いで、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図９Ｄ）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。

ここで図７を参照すると、導波管によって出力される出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、それらはまた、導波管２７０と関連付けられる深度面に応じて、ある角度において眼２１０に伝搬する（例えば、発散出射ビームを形成する）ように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度面上に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜上に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。

いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つまたはそれを上回る原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度面において形成されてもよい。図８は、各深度面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。図示される実施形態は、深度面２４０ａ－２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられる３つまたはそれを上回る原色画像を有してもよい。異なる深度面が、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度面の正確な設置が、変動し得る。例えば、所与の深度面に関する異なる原色画像が、ユーザからの異なる距離に対応する深度面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得る、および／または色収差を減少させ得る。

いくつかの実施形態では、各原色の光が、単一の専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度面が、それと関連付けられる複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスが、個々の導波管を表すと理解され得、３つの導波管が、３つの原色画像が深度面毎に提供される、深度面毎に提供されてもよい。各深度面と関連付けられる導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列され得ることを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一の導波管のみが深度面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。

図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられる他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つまたはそれを上回るものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。

本開示の全体を通した所与の光の色の言及は、視認者によってその所与の色であるものとして知覚される、光の波長の範囲内の１つまたはそれを上回る波長の光を包含すると理解されるであろうことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０～７８０ｎｍの範囲内の１つまたはそれを上回る波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２～５７７ｎｍの範囲内の１つまたはそれを上回る波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５～４９３ｎｍの範囲内の１つまたはそれを上回る波長の光を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つまたはそれを上回る波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。

ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つまたはそれを上回る異なる波長または１つまたはそれを上回る異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応し得、スタック６６０の図示される導波管は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つまたはそれを上回るものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを除いて、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応し得ることを理解されたい。

スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられる内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つまたはそれを上回る内部結合光学要素が、反射性偏向光学要素である場合）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、特に、それらの内部結合光学要素が、透過性偏向光学要素である場合に、それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過させながら、１つまたはそれを上回る光の波長を選択的に再指向するように、波長選択的である。それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置され得ることを理解されたい。

図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過することなく、光を受光するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受光するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受光しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。

各導波管はまた、関連付けられる光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０内の上部および底部主要表面のうちの異なるものの上に配置されてもよい。

導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０のうちの直接隣接するものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率を０．０５またはそれを上回る、または０．１０またはそれを下回る。有利なこととして、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近のクラッディング層を含み得ることを理解されたい。

好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つまたはそれを上回る導波管間で異なり得る、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、上記の種々の屈折率関係を保持しながら、異なり得る。

図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つまたはそれを上回る画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって、導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。

いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別のものを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、他の波長を下層導波管および関連付けられる内部結合光学要素に透過させながら、１つまたはそれを上回る特定の光の波長を選択的に偏向させる。

例えば、内部結合光学要素７００は、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する、光線７８０および７９０を透過させながら、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を選択的に偏向させるように構成されてもよい。透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。

図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。

ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。上記のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。

いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、いくつかの実施形態では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に直接偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、視認者の眼２１０（図７）内で光を指向する、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成され得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させ得ることを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。再び、ＯＰＥへの衝突に応じて、残りの光の別の部分が、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分が、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部が、ユーザに向かって導波管から外に指向され、その光の残りの部分が、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突光の別の部分が、導波管から外に指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームが、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。

故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受光する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述に説明された様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に衝突し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進む。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０から外部結合された光も受光する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書にさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。

図９Ｄは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であり、ユーザ９０の眼の正面にディスプレイ７０を位置付けるように構成される、フレーム８０に結合されてもよい。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、接眼レンズと見なされ得る。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０はまた、１つまたはそれを上回るマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンド（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）をシステム６０に提供することを可能にするように構成される、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集するように、周辺センサとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０はさらに、オブジェクト、刺激、人々、動物、場所、またはユーザの周囲の世界の他の側面を検出するように構成される、１つまたはそれを上回る外向きに指向される環境センサ１１２を含んでもよい。例えば、環境センサ１１２は、例えば、ユーザ９０の通常の視野の少なくとも一部に類似する画像を捕捉するように、外向きに面して位置し得る、１つまたはそれを上回るカメラを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体に（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等の上）に取り付けられ得る、周辺センサ１２０ａを含んでもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特性評価するデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成において搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。随意に、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０は、１つまたはそれを上回る中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、（ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／または（ｂ）可能性として、処理または読出後にディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して入手および／または処理されるデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が、相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０へのリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つまたはそれを上回るものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する独立型構造であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、例えば、１つまたはそれを上回る中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含む、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備えてもよく、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、情報、例えば、拡張現実コンテンツをローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に生成するための情報を提供する、１つまたはそれを上回る遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つまたはそれを上回るプロセッサ、１つまたはそれを上回るコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、そこから情報を受信してもよい。
例示的導波管構造

ここで図１０Ａを参照すると、スペーサを備える、導波管の実施例が、図示される。導波管１０００は、主要な光学的に透過性の本体１０１０と、主要な本体１０１０の主要表面１０２２から垂直に延在する、スペーサ１０２０とを備える。好ましくは、スペーサ１０２０は、導波管１０００と一体型であって、主要表面１０２２を画定する導波管の少なくとも一部とモノリシック構造を形成する。より好ましくは、スペーサ１０２０は、導波管１０００全体とモノリシック構造を形成し、導波管１０００の材料は、垂直に延在し、スペーサ１０２０を形成する。結果として、スペーサ１０２０および主要な本体１０１０は、同一材料から形成され、介在境界を伴わなくてもよい。

いくつかの実施形態では、スペーサ１０２０は、介在境界がスペーサ１０２０と主要な本体１０１０の界面に存在するように、主要な本体１０１０と異なる材料から形成されてもよい。例えば、スペーサ１０２０は、局所的に堆積された材料を含んでもよく、これは、次いで、スペーサ１０２０を形成するようにインプリントされる。

いくつかの実施形態では、くぼみ１０３０が、導波管１０００の主要表面１０３２の中に延在するように提供される。図示されるように、主要表面１０３２、したがって、くぼみ１０３０は、導波管１０００の主要表面１０２２に対向する側上に配置される。さらに本明細書に議論されるように、くぼみ１０３０は、好ましくは、下層導波管（図示せず）のスペーサがそれらのくぼみ１０３０内に収容され得るように、位置付けられ、成形され、定寸される。同様に、スペーサ１０２０は、好ましくは、それらが上層導波管（図示せず）のくぼみ内に収容され得るように、位置付けられ、成形され、定寸される。いくつかの実施形態では、導波管１０００は、くぼみ１０３０を伴わずに提供されてもよく、任意の下層スペーサは、単に、主要表面１０３２に接触してもよい。

図１０Ａを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、主要表面１０２２は、表面レリーフ特徴１０４０を備えてもよい。図示されるように、スペーサ１０２０は、表面レリーフ特徴１０４０の上部を上回る高さまで垂直に延在する。好ましくは、スペーサ１０２０は、例えば、３０μｍまたはそれを上回る、所望の分離距離だけ、導波管１０００を上層導波管から離間するために十分な高さを有する。いくつかの実施形態では、スペーサ１０２０は、３０μｍまたはそれを上回る高さを有する。本明細書に議論されるように、スペーサ１０２０は、いくつかの実施形態では、上層導波管のくぼみ１０３０内に嵌合してもよい。そのような実施形態では、スペーサ１０２０の高さは、導波管間の所望の分離（例えば、３０μｍ）＋その中にスペーサが挿入される、くぼみの高さに等しくてもよい。

表面レリーフ特徴１０４０に加えて、またはその代替として、いくつかの実施形態では、対向主要表面１０３２は、表面レリーフ特徴１０５０を備えてもよい。いくつかの実施形態では、表面レリーフ特徴１０４０および１０５０の一方または両方は、回折格子等の回折光学要素を形成するように定寸および配列される、突出部およびくぼみのパターンを含んでもよい。そのような回折光学要素は、図９Ａ－９Ｃの内部結合光学要素７００、７１０、７２０、光分散要素７３０、７４０、７５０、または外部結合光学要素８００、８１０、８２０のうちの１つまたはそれを上回るものに対応し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管１０００は、主要表面１０２２、１０３２が、それぞれ、スペーサ１０２０、１０３０を除き、平滑であり得るように、表面レリーフ特徴１０４０、１０５０の一方または両方を省略してもよい。

いくつかの実施形態では、表面レリーフ特徴１０４０、１０５０は、有利なこととして、導波管１０００の所与の拡張を横断して、表面レリーフ特徴の密度を増加させてもよく、同じであってもよい。いくつかの他の実施形態では、表面レリーフ特徴１０４０、１０５０は、異なってもよい。例えば、表面レリーフ特徴１０４０は、異なる波長および／または異なる入射角の光を回折し、および／または表面レリーフ特徴１０５０から異なる角度で光を出力するように構成されてもよい。

図１０Ａを継続して参照すると、導波管１０００は、光学的に透過性の材料、例えば、高度に透明な材料から形成される。好ましくは、材料は、高屈折率を有し、これは、広視野を提供するための利点を提供し得る。いくつかの実施形態では、材料は、１．５を上回る、または１．６５を上回る、屈折率を有する。導波管１０００を形成する材料は、高度に透明なポリマー材料、例えば、有機ポリマー材料であってもよい。高屈折率材料の実施例は、ポリイミドベースの高屈折率樹脂、ハロゲン含有（例えば、臭素またはヨウ素含有）ポリマー、リン含有ポリマー、チオール－エンベースのポリマー、および高屈折率樹脂材料を含む。高屈折率樹脂材料の実施例は、＃５６５および＃５６６の名称下で販売されている高屈折率樹脂等のＮＴＴ－ＡＴ（Ｋａｗａｓａｋｉ－ｓｈｉ， Ｋａｎａｇａｗａ， Ｊａｐａｎ）から市販のもの、およびＡＰＳ－１０００、ＡＰＳ２００４、ＡＰＳ－４００１の名称下で、およびＡＰＳ３０００シリーズの一部として販売されている高屈折率樹脂等のＡｋｒｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ（Ａｋｒｏｎ， Ｏｈｉｏ， ＵＳＡ）から市販の高屈折率樹脂材料を含む。

ここで図１０Ｂを参照すると、スペーサのための３次元形状およびスペーサを収容するためのくぼみの実施例が、図示される。いくつかの実施形態では、スペーサ１０２０および対応するくぼみ１０３０は、側方に伸長された３次元体積であってもよい。そのような側方に伸長された体積は、特に、導波管が類似導波管のスタックを形成するために利用される場合、構造安定性および機械的強度のための利点を提供し得ることを理解されたい。そのような側方に伸長された３次元体積の実施例は、形状Ａの四角柱である。いくつかの実施形態では、スペーサ１０２０および対応するくぼみ１０３０は、四角柱（形状Ｂ）、円筒形（形状Ｃ）、四角錘（形状Ｄ）、三角錐（形状Ｅ）、および円錐形（形状Ｆ）を含む、他の形状を有してもよい。単一導波管および／または導波管のスタック内において、複数の異なる形状が、いくつかの実施形態では、利用されてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、先鋭形状（例えば、四角錘（形状Ｄ）、三角錐（形状Ｅ）、または円錐形（形状Ｆ））を有する、スペーサ１０２０の上部は、丸みを帯びさせられ、または平坦化され、別の導波管等の上層構造との接触点における応力を低減させてもよい。スペーサ１０２０が、インプリントによって形成される場合、形状の上部の所望の丸み付けまたは平坦化は、適切に成形された金型またはインプリントレチクルによって形成されてもよい。

ここで図１０Ｃを参照すると、スペーサを備える、導波管のスタックの実施例が、図示される。導波管のスタック１１００は、それぞれ、光学的に透過性の本体１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃを備える、個々の導波管１０００ａ、１０００ｂ、および１０００ｃを有する。各導波管は、それぞれ、スペーサ１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃを備える。好ましくは、各導波管はまた、それぞれ、直接下層の導波管のスペーサを収容するためのくぼみ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃを備える。スペーサは、いったんくぼみの中に収容されると、スペーサが間隙（例えば、空隙）によって導波管を分離するようなくぼみの深度を上回る高さを有することを理解されたい。図示されるように、スペーサ１０２０ｂは、くぼみ１０３０ａ内に嵌合し、スペーサ１０２０ｃは、くぼみ１０３０ｂ内に嵌合する。

いくつかの実施形態では、導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃのうちの１つまたはそれを上回るものは、表面レリーフ特徴をそれらの導波管の１つまたはそれを上回る主要表面上に備えてもよい。例えば、これらの導波管はそれぞれ、導波管１０００の表面レリーフ特徴１０４０、１０５０（図１０Ａ）に対応する、表面レリーフ特徴１０４０ａ、１０５０ｂを備えてもよい。いくつかの実施形態では、導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃの異なるものは、例えば、フルカラー画像を形成するための異なる原色に対応する、異なる波長の光を内部結合および／または外部結合するように構成される、回折光学要素を含んでもよい。例えば、導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃは、図９Ａ－９Ｃの導波管６７０、６８０、６９０に対応し得る。

光は、導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃを通して、全内部反射によって、例えば、内部結合光学要素から外部結合光学要素まで伝搬し得ることを理解されたい。加えて、導波管間の光漏出は、画質を劣化させ得る。スペーサ１０２０、１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃが、導波管間の光漏出のための導管となり得る尤度を低減させるために、スペーサ１０２０、１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、好ましくは、内部結合光学要素と外部結合光学要素との間の光の伝搬の経路外にある、場所に配置される。

いくつかの実施形態では、導波管間の光漏出は、スペーサ１０２０、１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃと直接隣接する導波管との間の界面における光散乱特徴および光漏出防止材料の一方または両方を使用して、軽減されてもよい。光漏出防止材料の実施例は、吸光材料および反射防止性コーティングを形成する材料の層を含む。図１１Ａは、上層導波管と連結するように構成されるスペーサの表面上に光散乱特徴１０６０を伴う、スペーサ１０２０を備える、導波管の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、光散乱特徴１０６０は、スペーサ１０２０の表面上における山および谷（例えば、不規則的に配向される山および谷）の形態をとってもよい。いくつかの実施形態では、光散乱特徴１０６０は、スペーサの上部表面上にのみ提供されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光散乱特徴１０６０はまた、スペーサ１０２０の側面上に延在してもよい。光散乱特徴１０６０は、例えば、研磨によって、スペーサ１０２０の表面を粗面化することによって形成されてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、光散乱特徴１０６０は、スペーサ１０２０の形成の間に形成されてもよい。例えば、スペーサ１０２０は、インプリントによって形成されてもよく、スペーサ１０２０を形成するために使用される金型は、光散乱特徴１０６０をスペーサ１０２０の上部に形成するためのパターンを含み、それによって、有利なこととして、導波管特徴（例えば、回折光学要素１０４０）、スペーサ１０２０、および光散乱特徴１０６０の同時形成を可能にしてもよい。ガラス等の従来の導波管材料は、概して、スペーサ等の離散一体型突出部の破損に関する懸念と、回折光学要素１０４０および光散乱特徴１０６０を形成する、構成特徴を正確に再現することができないこととに起因して、そのような同時形成と互換性がないと見なされることを理解されたい。

上記に述べられたように、いくつかの実施形態では、材料の１つまたはそれを上回る層が、スペーサと導波管との間の光漏出を防止するために利用されてもよい。図１１Ｂは、スペーサ１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃと、スペーサと導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃの直近のものとの間の界面における光漏出防止材料１０７０とを備える、導波管１１００のスタックの実施例を図示する。例えば、光漏出防止材料１０７０は、吸光材料および／または反射防止性コーティングを形成する材料の１つまたはそれを上回る層であってもよい。光漏出防止材料１０７０は、スペーサ１０２０ｂと導波管１０００ａとの間に提供されてもよい。光漏出防止材料１０７０はまた、スペーサ１０２０ｃと導波管１０００ｂとの間に提供されてもよい。いくつかの実施形態では、光漏出防止材料１０７０は、スペーサを別の導波管に取り付ける前に、スペーサに適用されてもよい。例えば、光漏出防止材料１０７０は、スペーサを上層導波管内の合致するくぼみの中に挿入する前に、スペーサの表面上に堆積されてもよい。光漏出防止材料１０７０としての役割を果たすための吸光材料の実施例は、カーボンブラック、メソ多孔性炭素、カーボンナノチューブ（単層および多層ナノチューブ）を含む。カーボンナノチューブの実施例は、Ｓｕｒｒｅｙ ＮａｎｏＳｙｓｔｅｍ（Ｎｅｗｈａｖｅｎ， ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）から利用可能なＶＡＮＴＡＢＬＡＣＫ（登録商標）等の単一原子カーボンナノチューブを含む。いくつかの実施形態では、光漏出防止材料１０７０は、吸光接着剤であってもよく、これは、スペーサを上層導波管に接着するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、スペーサは、光散乱特徴と、光漏出防止材料とをスペーサと上層導波管との間の界面に含んでもよい。

図１１Ｂを継続して参照すると、光漏出防止材料１０７０は、反射防止性コーティングを形成してもよい。反射防止性コーティングの実施例は、材料の部分的に反射性および部分的に透過性の層から形成される、単および多層反射防止性コーティングを含む。

ここで図１２Ａ－１２Ｃを参照すると、スペーサを伴う導波管を形成するための方法の実施例が、図示される。図１２Ａを参照すると、一対の金型１２００、１２０２が、提供される。金型１２０２は、高架特徴１２５０のパターンを備え、これは、形成されるべき導波管に画定されるための所望のパターンのネガ型であってもよい。いくつかの実施形態では、金型１２０２は、形成されるべき導波管内のくぼみを形成するための複数の高架特徴１２３０を含む。導波管を形成するための材料１０１２の塊は、金型１２０２上に堆積される。

図１２Ｂを参照すると、金型１２００、１２０２は、ともに合体され、材料１０１２（図１２Ａ）を圧縮する。圧縮される材料は、硬化プロセス（例えば、ＵＶ光への暴露）を受け、その材料を固化させ、導波管１０１０を形成してもよい。図示されるように、ネガ型のパターン１２５０は、パターン化された構造１０５０を画定し、これは、回折光学要素であってもよい。付加的なネガ型のパターンが、所望に応じて、金型１２０２上に提供され、回折光学要素を含む、付加的構造を形成してもよいことを理解されたい。

図１２Ｃを参照すると、金型１２００、１２０２は、相互に対して離れるように移動される。導波管１０１０は、金型から解放され、それによって、導波管１０００を形成する。

図１２Ａ－１２Ｃを参照すると、いくつかの他の実施形態では、高架特徴１２３０は、結果として生じる導波管１０００が、くぼみ１０３０を含まないように、省略されることを理解されたい。代わりに、いくつかの実施形態では、下層導波管のスペーサは、単に、上層導波管の底部主要表面上に静止する。

本明細書に議論されるように、スペーサ１０２０は、好ましくは、導波管の内部結合光学要素と外部結合光学要素との間の光の伝搬の経路から離れた場所に形成される。図１３Ａ－１３Ｂは、スペーサを備える、導波管の上下平面図の実施例を図示する。図１３Ａに示されるように、スペーサ１０２０は、好ましくは、導波管１０００の周縁に沿って位置付けられる。スペーサ１０２０は、したがって、その中に内部結合および外部結合光学要素等の回折光学要素が配置される、面積を囲繞し得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、図１３Ｂを参照すると、スペーサ１０２０は、表面レリーフ特徴１０４０と同一軸１０４２に沿って伸長されてもよい。そのような実施形態では、スペーサ１０２０は、軸１０４２に沿って比較的に長い拡張を有する、スペーサと、より比較的に短い拡張を有する、複数の他のスペーサ１０２０’とを含んでもよい。例えば、これらの他のスペーサ１０２０’は、離間され、群１０２４内にアレイ化されてもよく、スペーサの群は、軸１０４２を交差する軸に沿って離間される。有利なこととして、表面レリーフ特徴１０４０と同一軸１０４２に沿って伸長されたスペーサ１０２０、１０２０’を有することは、スペーサおよび表面レリーフ特徴の一貫した製造を促進し得る。例えば、いくつかの実施形態では、スペーサおよび表面レリーフ特徴は、続いて、金型および導波管を相互から離れるように剥離することによって除去される、金型を使用して、インプリントすることによって形成されてもよい。本剥離は、軸１０４２に沿って実施され得、異なる軸に沿って伸長されるスペーサまたは表面レリーフ特徴は、金型の除去に応じて、破損または変形の増加された尤度に直面し得ることを理解されたい。

ここで図１４を参照すると、可変寸法のスペーサ１０２０と、くぼみ１０３０とを備える、導波管の実施例が、図示される。いくつかのスペーサ１０２０は、その他より広くてもよいことを理解されたい。スペーサ１０２０の幅は、導波管１０００上のその場所に応じて変動し得る。例えば、光と相互作用する可能性が低い場所におけるスペーサ１０２０は、その中でスペーサ１０２０が、光を受光し、その光を近傍の導波管の中に非意図的に漏出する可能性がより高い、場所におけるスペーサ１０２０より広くてもよい。

図１４を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、複数の並置スペーサ１０２０および／または複数の並置くぼみ１０３０が、図１０Ａに図示されるスペーサ１０２０およびくぼみ１０３０の単一のものの代わりに提供されてもよい。例えば、図示されるように、２つの並置スペーサ１０２０および２つの対応する並置くぼみ１０３０が、図１０Ａのスペーサ１０２０および１０３０の単一のものの代わりに提供されてもよい。いくつかの実施形態では、並置スペーサおよびくぼみは、異なる幅を有してもよい。いくつかの実施形態では、スペーサは、導波管１０００の上部および底部主要表面の両方上に提供されてもよい。そのような実施形態では、スペーサおよびくぼみは、スタックを形成するときに連動し、それによって、有利なこととして、これらの導波管を使用して形成される導波管のスタックの安定性および機械的強度を増加させ得る。いくつかの実施形態では、スペーサ１０２０の個々のものは、複数の階層を含んでもよく、これは、導波管の主要表面からの距離に伴って幅を減少させる。

いくつかの実施形態では、導波管１０００は、異なる材料の複数の層によって形成される、ハイブリッド導波管であってもよい。例えば、ハイブリッド導波管は、コア層と、少なくとも１つの補助層とを含んでもよい。好ましくは、コア層は、高度に透明な材料から形成され、補助層は、材料のより薄い層から形成され、その中に回折光学要素等の表面レリーフ構造が、提供される。いくつかの実施形態では、コア層を形成する材料は、例えば、コア層の厚さを横断して可視光スペクトル内で８５％を上回る、９０％を上回る、または９６％を上回る透明度の中継透過率を有する、高度に透明なポリマーである。材料は、表面上に流動され、続いて、例えば、硬化によって硬質化され得る、流動性材料（例えば、流動性ポリマー）であり得る。補助層は、コア層よりも薄くあり得、好ましくは、コア層と異なる材料から形成される。いくつかの実施形態では、補助層は、ポリマー（例えば、有機ポリマー）、無機材料、ハイブリッド有機／無機材料、またはそれらの組み合わせから形成される。いくつかの実施形態では、所与の厚さに関して、補助層は、コア層よりも低い透明度を可視スペクトル内で有する、および／またはコア層よりも低い均質性（組成および／または透明度等の光学的性質において）を有し得る。しかしながら、本より低い透明度および／またはそれより低い均質性は、コア層と比較した補助層の相対的薄度によって改善されてもよい。

好ましくは、コア層は、高屈折率を伴う材料から形成され、これは、有利なこととして、導波管内でコア層を利用するディスプレイデバイスのための広視野を提供し得る。いくつかの実施形態では、コア層を形成する材料は、約１．６５またはそれを上回る、約１．７０またはそれを上回る、または約１．８０またはそれを上回る屈折率を有してもよい。加えて、補助層は、コア層と異なる屈折率を伴う、材料から形成されてもよい。ナノフォトニック構造を備える界面における屈折率の差異は、その層内の回折光学要素が光を再指向する能力を促進することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、補助層を形成する材料は、コア層を形成する材料の屈折率から、約０．０５またはそれを上回って、約０．１またはそれを上回って、または約０．２またはそれを上回って異なる屈折率を有する。いくつかの実施形態では、導波管は、その中にくぼみおよび／または付加的表面レリーフ特徴（例えば、回折光学要素）が形成される、付加的補助層を含んでもよい。ハイブリッド導波管に関する付加的詳細は、２０１８年４月２日に出願され、「ＨＹＢＲＩＤ ＰＯＬＹＭＥＲ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題された、米国出願第６２／６５１，５０７号（その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる）に開示される。

いくつかの実施形態では、コアおよび補助層は、蒸着を伴わずに、流動可能材料を使用して形成されてもよい。コア層は、導波管１０００に関して上記に説明されるような比較的に高い屈折率の材料から形成されてもよく、補助層は、より低い屈折率の材料から形成されてもよい。低屈折率材料（例えば、１．６５よりも低い屈折率を有する）の実施例は、有機ポリマー材料、低屈折率樹脂、ゾル・ゲルベースのハイブリッドポリマー（例えば、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、およびＩＴＯゾル・ゲル材料）、ナノ粒子（ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等）でドープされたポリマー、および活性材料（例えば、量子ドットでドープされたポリマー）を含む。低屈折率有機ポリマー材料の実施例は、名称ＣＰＳ１０４０ＵＶ、ＣＰＳ１０４０ＵＶ－Ａ、ＣＰＳ１０３０、ＣＰＳ１０２０ＵＶ、ＣＰＳ１０４０ＵＶ－ＶＩＳ、ＣＰＳ１０３０ＵＶ－ＶＩＳ、およびＣＰＳ１０２０ＵＶ－ＶＩＳの下で販売されているポリマー材料等のＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ， Ｍｉｓｓｏｕｒｉ， ＵＳＡ）から市販されているものを含む。低屈折率樹脂の実施例は、Ｍｉｗｏｎ（Ｎａｇａｓｅ Ｇｒｏｕｐ， Ｏｓａｋａ， Ｊａｐａｎ）から市販されているものを含む。

いくつかの実施形態では、パターン（例えば、回折光学要素を画定するパターン）は、別個のパターン化およびエッチングプロセスを伴わずに、コアおよび／または補助層の形成の間に形成されてもよい。例えば、パターンは、インプリントし、続いて、インプリントされる材料の固化または硬化によって形成されてもよい。

図１５Ａ－１５Ｇは、コア層と、上層および下層補助層とを伴う、ハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。図１５Ａを参照すると、一対の金型１２０１、１２０２が、提供され、金型１２０２は、形成されるべき補助層内に表面レリーフ特徴を形成するための高架特徴１２５０のパターンを備える。補助層を形成するための材料１３００の塊が、続いて、金型１２０２上に堆積される。図１５Ｂを参照すると、金型１２０１、１２０２は、ともにより近づくように移動され、材料１３００（図１６Ａ）の塊を圧縮する。圧縮された材料１３００は、（例えば、ＵＶ光への暴露によって）硬化プロセスを受けてもよく、これは、それらの材料を固化させ、固体補助層１０３１を形成する。図１５Ｃを参照すると、金型１２０１は、補助層１０３１から分離され、コア層材料１３１０の塊が、補助層１０３１上に堆積される。図１５Ｄを参照すると、金型１２０１、１２０２は、ともにより近づくように移動され、材料１３１０の塊を圧縮し、それによって、コア層１０１０を形成する。圧縮された材料は、（例えば、ＵＶ光への暴露によって）硬化プロセスを受けてもよく、これは、その材料を固化させ、中実コア層１０１０を形成する。図１５Ｅを参照すると、金型１２０１は、コア層１０１０から分離され、金型１２００と置換される。金型１２００は、表面レリーフ特徴を付加的補助層内に画定するための突出部１２４０のパターンを含む。付加的補助層を形成するための材料１３２０の付加的塊が、コア層１０１０上に堆積される。図１５Ｆを参照すると、金型１２００、１２０２は、ともにより近づくように移動され、材料１３２０（図１６Ｅ）の塊を圧縮し、補助層１０２１を画定する。特徴１２４０のパターンは、所望の表面レリーフ特徴１０４０を補助層１０２１内にインプリントすることを理解されたい。補助層１０２１を形成する圧縮された材料は、硬化プロセスを受け、その材料を固化させ、固体補助層１０２０を形成してもよい。図１５Ｇを参照すると、金型１２００、１２０２は、離れるように移動され、コア層１０１０と、補助層１０３１、１０２１とを備える、ハイブリッド導波管は、金型から解放される。

いくつかの他の実施形態では、コアおよび補助層は、非混和性である、異なる流動可能材料から形成されてもよい。これらの材料は、相互の上に堆積され、そして、続いて、圧縮および固化されてもよい。そのようなプロセスに関するさらなる詳細は、２０１８年４月２日に出願され、「ＨＹＢＲＩＤ ＰＯＬＹＭＥＲ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題された、米国特許出願第６２／６５１，５０７号に見出される。

再び、図１２Ａ－１２Ｃおよび１５Ａ－１５Ｇを参照すると、金型１２００、１２０１、１２０２は、形成されるべきスペーサおよび表面レリーフ特徴のネガ型を用いてパターン化されてもよいことを理解されたい。加えて、金型は、好ましくは、特徴を導波管を形成するために使用される種々の流動可能材料の中にインプリントするために十分な剛性を有する。金型を形成するための材料の実施例は、ガラス、溶融シリカ、石英、シリコン、および金属を含む。

スペーサのネガ型は、スペーサが垂直または上り勾配側壁を有するかどうかに応じて、種々のプロセスを使用して、これらの材料内に画定されてもよい。垂直側壁を伴うスペーサに関して、上下図に見られるようなスペーサが、最初に、リソグラフィを使用して、例えば、パターン化されるべき材料上に堆積されるフォトレジストをパターン化することによってパターン化され、次いで、指向性エッチングを使用して、パターン化されたフォトレジストを通してエッチングされてもよい。指向性エッチングの実施例は、ＲＩＥ、ＩＣＰ、スパッタエッチング等のドライエッチングを含む。いくつかの他の実施形態では、ウェットエッチング（例えば、ＨＦを含む）が、利用されてもよい。

上り勾配側壁を伴うスペーサに関して、スペーサのネガ型は、グレースケールリソグラフィを使用して、３次元形状をレジスト層内にマスクとしてパターン化することによって形成されてもよく、その形状の幾何学形状は、ＲＩＥ、ＩＣＰ、およびスパッタエッチング等の１つまたはそれを上回るドライエッチング技法によって、またはウェットエッチングによって、下層基板（金型材料）の中に転写される。シリコン基板に関して、上り勾配側壁表面はまた、ウェット化学エッチングを使用して加工されてもよい。いくつかの実施形態では、上下図形状／幾何学形状が、最初に、リソグラフィを使用して、レジスト層内にパターン化されてもよく、次いで、基板（金型）が、最初に、ドライエッチング、次いで、ウェットエッチングを使用してエッチングされる。シリコン金型の場合、シリコンウェットエッチングは、ＫＯＨおよびＴＭＡＨを含んでもよい。
導波管から外への利用されない光の伝搬を低減させるための例示的導波管構造

本明細書に議論されるように、導波管を通して伝搬する、光の全てが、光が導波管を横断して単回通過するにつれて、外部結合され得るわけではない。導波管を横断して導波管の縁まで伝搬した後に留まる光は、利用されない光と称され得る。また、本明細書で議論されるように、光学アーチファクトが、本利用されない光が導波管から外に伝搬することになる場合に生じ得る。本明細書に開示される種々の実施形態は、縁処置を提供し、これは、画像の縁または縁の近くの面積に接触後、導波管内の光の再循環を軽減させ、それによって、利用されない光が導波管から外に伝搬するであろう、尤度を低減させる。

いくつかの実施形態では、縁処置は、導波管の１つまたはそれを上回る画像を被覆する、吸光材料を備えてもよい。ここで図１６を参照すると、吸光材料で被覆される縁を有する、導波管１６０２の実施例が、図示される。導波管１６０２は、上部主要表面１６０１と、底部主要表面１６０３と、縁１６０５とを有する。縁１６０５は、吸光材料１６０４で被覆される。吸光材料１６０４は、いくつかの実施形態では、導波管１６０２の縁上に適用される、吸光材料の層であってもよく、利用されない光ビーム、したがって、縁に向かって進行する、光ビーム１６０６および１６０８を吸収してもよい。利用されない光ビームは、導波管１６０２から視認者に外部結合されない、光ビームを含んでもよい。利用されない光ビームは、導波管１６０２の縁１６０５から反射し、導波管１６０２を通して戻るように伝搬し、次いで、残影画像および／または迷光として、導波管１６０２（例えば、図９Ｂの外部結合光学要素８００、８１０、８２０等の外部結合要素を介して）から外部結合し得、これは、画質を減少させる。

図１６を継続して参照すると、吸光材料１６０４を伴わない場合、比較的に大入射角を伴う、導波管１６０２の縁に衝打する、光ビーム１６０８等の光ビームは、縁から戻るように反射し、コントラストを低減させ得る（例えば、光が、全内部反射から逃散し、導波管１６０２から外に伝搬するような角度で、導波管の上部主要表面１６０１上に衝突することによって）。同様に、導波管１６０２から外に出射する、光ビーム１６０６等の比較的に小入射角を有する光ビームは、依然として、実施例として、導波管の縁との界面を形成する導波管１６０２間の屈折率（Δｎ＝ｎ_{ｗａｖｅｇｕｉｄｅ}－ｎ_ｉｎｋ）における差異に起因して、反射１６０７等の一部を導波管の中に戻るように反射させ得る。

理論によって限定されるわけではないが、導波管１６０２に適用される材料１６０４等の縁に適用される吸光材料の屈折率（ｎ）および消光係数（ｋ）は、吸収材料が導波管からの光を抽出および吸収する程度に影響を及ぼすことが見出されている。シミュレーションが、吸光材料の消光係数（ｋ）の関数として、そして入射角（例えば、図１６にΘとして示される導波管縁の平面に対して法線方向のベクトルに対して測定され、光ビーム１６０６は、光ビーム１６０８より大きい入射角を有する）の関数として、縁に適用される吸光材料に衝打する光ビームに関する吸光対反射に関して実施された。シミュレーションは、ｓ－偏光（例えば、横方向電気ＴＥ偏光）の吸収およびｐ－偏光（例えば、横方向磁気ＴＭ偏光）の吸収に関して実施され、平均が、ｓ－偏光およびｐ－偏光に関する吸収平均を決定するために取得された。シミュレーションは、１．７３の屈折率を有する導波管を仮定した。シミュレーションのうちのいくつかは、１．５５の屈折率を有する、吸光材料を仮定した一方、シミュレーションのうちのいくつかは、１．６５の屈折率を有する、吸光材料を仮定した。シミュレーション結果は、より高い入射角を伴う光ビーム（例えば、斜め様式の代わりに、吸光材料１６０４に比較的に直接衝打する、光ビーム）は、完全に吸収されず、反射され得ることを示した。特に、入射角が、約６５度を超えて増加するにつれて、吸収は、降下し、光は、縁１６０５から反射し始める（例えば、導波管１６０２と吸光材料１６０４との間の屈折率における差異に起因して）。シミュレーション結果はまた、吸光材料１６０４の消光係数ｋを増加させることが、より高い入射角光ビームの吸収を上昇させるが、上昇が、比較的に限定される（例えば、全ての他の要因が一定であるとして、ｋ＝０．０５における吸収は、ｋ＝０．００５における吸収よりわずか約５０％高い）ことを示す。

再び、理論によって限定されるわけではないが、シミュレーション結果は、１．６５の屈折率を有する吸光材料が１．５５の屈折率を有する吸光材料に有意に優ることを示す。これは、導波管と吸光材料との間の屈折率におけるより低い差異に起因すると考えられる。したがって、シミュレーション結果は、吸光材料１６０４による吸光を改良するために、導波管１６０２および吸光材料１６０４の屈折率における差異を低減させることが有用であって、また、度合いは低いが、高消光係数（ｋ）を伴う吸光材料１６０４を利用することも有用であることを図示する。いくつかの実施形態では、導波管１６０２および吸光材料１６０４の屈折率における差異は、０．２またはそれ未満である。加えて、いくつかの実施形態では、吸光材料１６０４は、少なくとも０．０２の消光係数（ｋ）を有する。

上記の議論は、光ビームと縁１６０５および吸光材料１６０４の単一相互作用に関することを理解されたい。吸光材料の中への光ビームの吸収をさらに改良するために、吸光材料の被覆面積は、吸光材料が導波管のより大きい部分にわたって延在する、図１７および１８に図示されるように増加されてもよい。

図１７－１８は、導波管１８０２の上部および底部主要表面１８０１、１８０３の一部上に延在する吸光材料を有する、導波管の実施例を図示する。図示されるように、吸光材料１８０４は、導波管１８０２の少なくとも１つの縁１８０５を被覆し、また、導波管の上部および底部主要表面１８０１、１８０３の縁に隣接する部分にわたって延在する。特に、吸光材料１８０４は、導波管１８０２の縁１８０５から離れるように黒染処理１８０６の長さとして図示される、特定の距離にわたって延在する、導波管１８０２の一部上に形成されてもよい。

図１８に示されるように、吸光材料１８０４を長さ１８０６にわたって延在させることは、伝搬する光ビームと吸光材料１８０４との間の複数の相互作用を作成し、したがって、利用されない光ビームの吸収を増加させ得る。特に、図１８は、全内部反射（ＴＩＲ）を介して導波管１８０２内を伝搬する、特定の光ビーム１８０８が、点１８１０ａにおいて、また、点１８１０ｂにおいて、吸光材料１８０４と相互作用し得る方法を図示する。

一般に、伝搬する光が吸光材料１８０４と複数回相互作用することを確実にするために必要とされる、長さ１８０６は、可能性として考えられる要因の中でもとりわけ、導波管１８０２と隣接する材料（空気であってもよい）との間の屈折率における差異、導波管１８０２の厚さ、導波管１８０２を通して通過する光の波長、格子設計（例えば、図９Ｂの外部結合光学要素８００、８１０、８２０等の外部結合要素の設計）、導波管１８０２の視野に応じて変動し得る。図１８は、隣接する材料として空気を伴う、１．８の屈折率を有するガラスの内側をＴＩＲを介して伝搬する、青色光の特定の実施例を図示し、黒色インク（ｎ＝１．７３を伴う）の少なくとも約１．８７ｍｍの黒染処理の長さが、複数の相互作用を確実にするために十分である。いくつかの実施形態では、長さ１８０６は、導波管の縁に到達する、伝搬する光の大部分を効果的に吸収するために、導波管縁から約２ｍｍ、約５ｍｍ、または約２～５ｍｍ延在してもよい。

導波管１６０２に適用される材料１６０４および導波管１８０２に適用される材料１８０４等の縁に適用される吸光材料の厚さは、材料が導波管からの光を抽出および吸収する程度に影響を及ぼすことが決定されている。黒色インク等の吸光材料による光の吸収の研究が、３つの異なる屈折率（ｎ＝１．５５、ｎ＝１．６５、およびｎ＝１．７３）の材料に関して実施された。種々のシミュレーションが、入射角の関数として、かつ消光係数が約７×１０^－３～約１０×１０^－３に変動されるにつれた、所望のレベルの吸収率（例えば、少なくとも９５％吸収率であり得る、吸収率のある最小パーセンテージ）を達成するために利用され得る、材料の潜在的厚さを示した。一般に、より厚い厚さの材料は、入射角が高いとき（例えば、光が斜め様式において材料に衝打するとき）と比較して、入射角が低いとき（例えば、光が比較的に垂直に材料に衝打するとき）、所望のレベルの吸収を達成した。加えて、より厚い厚さの材料は、消光係数がより低いとき、所望のレベルの吸収を達成したが、しかしながら、吸収率は、入射角ほど消光係数に依存しなかった。シミュレーションはさらに、約２０μｍの材料厚が、有利なこととして、シミュレートされた入射角（例えば、垂直から約２０度～垂直から約７０度）の範囲およびシミュレートされた消光係数（例えば、消光係数約７×１０^－３～約１０×１０^－３）の所望の範囲に関して高レベルの吸収を達成するために利用され得ることを示した。いくつかの実施形態では、吸光材料は、２０μｍまたはそれを上回る厚さを有する。

任意の好適な材料が、縁に適用される吸光または黒染処理材料（例えば、導波管１６０２に適用される材料１６０４および導波管１８０２に適用される材料１８０４）として使用されてもよい。実施例として、縁に適用される吸光または黒染処理材料は、物理的または化学蒸着によって、または他の好適な処理堆積プロセスを介して、導波管表面上に堆積され得る、フラーレン、グラフェン、非晶質シリコン、ゲルマニウム等の薄膜材料、インクジェット印刷または他の好適な方法によって適用され得る、Ｎａｚｄａｒ（Ｓｈａｗｎｅｅ， ＫＳ）から利用可能な黒色インクジェット等の低粘度黒色インクを含む、黒色インク、およびカーボンブラック、炭素ナノ粉末、カーボンナノチューブ、金属ナノ粒子、色染料、顔料、蛍光体等のポリマー（例えば、ＵＶ硬化性ポリマー樹脂）中に分散または溶解される、吸光添加剤を含んでもよい。

種々の異なる吸光材料の反射率のシミュレーション結果は、図１９のグラフ２０００および図２０のグラフ２０５０に示される。図１９および２０のシミュレーションは、光ビームと吸光材料の単一相互作用を伴う。

図１９に関してシミュレートされた異なる吸光材料は、黒色インクに関するプロット２００２と、樹脂中に分散または溶解される炭素ナノ粉末の可変濃度に関するプロット２００４、２００６、２００８、２０１０、２０１２、２０１４とを含む。図１９におけるプロット２００２によって示されるように、黒色インクは、約５５度を下回る入射角に関して低反射率（例えば、１０％を下回る反射率、したがって、少なくとも９０％の吸収率）を有する。しかしながら、黒色インクの反射率は、５５度を上回ると、実質的に増加する。プロット２００４、２００６、２００８、２０１０、２０１２、および２０１４によって示されるように、吸光材料中の炭素の濃度を増加させることは、反射率を減少させる傾向にあり、したがって、吸光材料の吸収率を増加させる。しかしながら、いったん炭素のある濃度に到達すると、吸光材料の性能は、横ばい状態になり、炭素濃度のさらなる増加は、反射率をさらに減少させない。特に、図１９は、約１．５６％炭素（プロット２０１０）、６．２５％炭素（プロット２０１２）、および２５％炭素（プロット２０１４）の濃度が、シミュレートされた入射角を横断して比較的に類似反射および吸収性能を有することを図示する。

図２０に関してシミュレートされた異なる吸光材料は、ｅｔｅｒｃｕｒｅ ６９４８．８Ｂ．２８（例えば、青色染料）に関するプロット２０５２、橙色ＬＰＢ（例えば、橙色染料）に関するプロット２０５４、赤色ＬＰＢ（例えば、赤色染料）に関するプロット２０５６、およびＲＳ１８１３ジェット黒色（例えば、黒色染料に関する）プロット２０５８を含む。図２０に示されるように、橙色および赤色染料は、プロット２０５６および２０５８に見られるように、シミュレートされた入射角の範囲全体にわたって、反射率を１０％を下回って維持することが可能である。対照的に、青色染料は、プロット２０５４に見られるように、約５３度を下回るシミュレートされた入射角に関してのみ１０％を下回る反射率を有し、黒色染料は、プロット２０５２に見られるように、約６３度を下回るシミュレートされた入射角に関してのみ１０％を下回る反射率を有する。

導波管の縁における光ビームの吸収率および／または反射を防止するための別の技法は、図２１に示されるように、導波管縁の粗面化である。導波管２１００は、縁２１０５に粗面テクスチャを提供するように粗面化されてもよい。いくつかの実施形態では、縁２１０５は、吸光材料２１０４で被覆される。導波管２１０２は、その縁に沿って、また、それにわたって吸光材料２１０４が適用される、黒染処理２１１２の長さ未満であり得る、粗面化２１１０の長さにわたって縁から離れるように延在する上部および底部主要表面２１０１、２１０３にわたって、粗面化されてもよい。いくつかの実施形態では、粗面化２１１０の長さは、導波管２１００の縁から２ｍｍ～５ｍｍであってもよく、黒染処理２１１２の長さは、粗面化された面積を２ｍｍ～５ｍｍ越えて、導波管縁から延在してもよい。導波管２１００をこのように粗面化することは、吸光材料２１０４が適用される導波管２１００の粗面化された面積に衝打するとき、光ビーム２１０６の散乱によって示されるように、伝搬する光を拡散させることに役立ち得る。理論によって限定されるわけではないが、光ビーム２１０６等の光ビームの拡散は、光ビームと吸光材料２１０４との間に相互作用を増加させ、全体的吸収率の増加につながり得る。

（粗面化２１１０の長さにわたって、導波管縁から内方に延在する）導波管２１００の縁および隣接する表面は、導波管を研削することによって、導波管を粗面テクスチャを有する金型を用いて形成することによって、または他の方法によって、粗面化されてもよい。異なる粒度サイズが、導波管を異なる粗度まで研削する際に使用されてもよい。実施例として、Ｐ１５０－１００μｍ粒子を有する粒度またはＰ２５００－８．４μｍ粒子を有する粒度が、導波管を所望の粗度まで研削する際に使用されてもよい。導波管は、ある実施形態では、少なくとも１の表面粗度（Ｓａ）を有するように形成、研削、または別様に処理されてもよい。いくつかの実施形態では、表面粗度（Ｓａ）は、１～１００の範囲内である。いくつかの実施形態では、導波管は、より少ない光が、アクティブ接眼レンズ面積に向かって（例えば、縁から離れるように）後方散乱されるように、半径方向に粗面化されてもよい。

導波管の縁における光ビームの吸収を改良するための付加的技法は、導波管の縁に沿って、図２２Ａに示されるような回折格子または図２２Ｂおよび２２Ｃに示されるような光捕獲構造を形成するステップを含む。

図２２Ａは、縁２２０５が吸光材料２２０４で被覆される、導波管２２００ａを図示し、吸光材料２２０４は、上部および底部主要表面２２０１、２２０３上の黒染処理２２１２の面積にわたって延在し、導波管２２０２ａは、導波管２２０２ａの上部および底部主要表面２２０１、２２０３上に延在する格子２２１０ａの面積にわたって、外部結合光学要素２２２０を含む。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２２２０は、回折格子である。いくつかの実施形態では、導波管２２０２ａは、外部結合光学要素を縁に隣接する上部および底部主要表面２２０１、２２０３上に有することに加えて、またはその代わりに、そのような格子をその縁上に有してもよい。いくつかの実施形態では、吸光材料２２０４は、省略されてもよい。

外部結合光学要素２２２０は、実施例として、光ビーム２２０６および２２０８等の導波管２２０２ａ内を伝搬する光を、光が吸収される、吸光材料２２０４の中に外部結合するように構成される、外部結合回折格子であってもよい。実施例として、格子２２１０ａの面積は、導波管２２０２ａの縁から外に２ｍｍ～５ｍｍ延在してもよく（例えば、導波管内を伝搬する任意の光ビームが格子と相互作用することを確実にし得る）、黒染処理２２１２の面積もさらに、格子２２１０ａの面積から外に２ｍｍ～５ｍｍ延在してもよい（例えば、吸光材料２２０４による、格子によって散乱された光の吸収を促進し得る）。格子２２２０の設計は、可能性として考えられる要因の中でもとりわけ、導波管２２０２ａおよび吸光材料２２０４の屈折率、導波管２２０２ａを通して伝搬する光の波長に応じて変動し得る。いくつかの実施形態では、回折格子２２２０が、その中に導波管２２０２ａが形成される、金型をパターン化することによって、導波管２２０２ａ内に形成されてもよい。回折格子２２００は、いくつかの実施形態では、図９Ｂの外部結合光学要素８００、８１０、および８２０および本明細書に開示されるような一体型スペーサ等の本明細書に開示される他の回折要素を形成する際に使用される、同一加工技法の一部として、および／またはそれを使用して、形成されてもよい。

図２２Ｂは、縁２２０５が、同様に、上部および底部主要表面２２０１、２２０３上の黒染処理２２１２の面積にわたって延在する、吸光材料２２０４で被覆される、導波管２２０２ａを図示し、導波管２２０２ａの上部および底部主要表面２２０１、２２０３は、縁２２０５から延在する光捕獲面積２２１０ｂにわたって、光捕獲構造２２３０ａおよび／または２２３０ｂを含む。いくつかの実施形態では、導波管２２０２ｂは、光捕獲構造を縁に隣接する上部および底部主要表面２２０１、２２０３上に有することに加えて、またはその代わりに、そのような構造をその縁上に有してもよい。いくつかの実施形態では、吸光材料２２０４は、省略されてもよい。光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂは、実施例として、微小構造であってもよい。図２２Ｃに示されるように、導波管２２０２ｂの縁領域に入射する、シミュレートされた光ビーム２２３２は、光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂの形状およびサイズに起因して、複数の相互作用を伴うことなく、縁領域から逃散しない。図示されるように、これらの相互作用のうちの１つの間、光は、導波管から逃散し、吸光材料２２０４（図２２Ｂ）吸光材料２２０４の中に伝搬し得る。理論によって限定されるわけではないが、光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂは、有利なこととして、光の吸収を増加させ得る。

いくつかの実施形態では、光捕獲２２１０ｂの面積は、導波管２２０２ｂの縁から２ｍｍ～５ｍｍであってもよく（例えば、導波管内を伝搬する光ビームが光捕獲構造と相互作用する尤度を増加させ得る）、黒染処理２２１２の面積は、光捕獲２２１０ｂの面積から２ｍｍ～５ｍｍ延在してもよい（例えば、光捕獲構造によって散乱された任意の光が吸光材料２２０４によって吸収される尤度を増加させ得る）。いくつかの実施形態では、構造２２３０ａおよび２２３０ｂ等の光捕獲構造は、その中に導波管２２０２ｂが形成される、金型をパターン化することによって、導波管２２０２ｂ内に形成されてもよい。光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂは、いくつかの実施形態では、図９Ｂの外部結合光学要素８００、８１０、および８２０および本明細書に開示されるような一体型スペーサ等の本明細書に開示される回折要素を形成する際に使用される、同一加工技法の一部として、および／またはそれを使用して、形成されてもよい。

光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂの設計は、要因の中でもとりわけ、導波管２２０２ｂおよび吸光材料２２０４の屈折率、導波管２２０２ｂを通して伝搬する光の波長に応じて変動し得る。いくつかの実施形態では、光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂの幅および高さは、０．５μｍ～１００μｍに及ぶ。実施例として、光捕獲構造２２３０ａおよび２２３０ｂの幅および高さは、約０．５μｍ、約１．０μｍ、約２．０μｍ、約４．０μｍ、約１０．０μｍ、約２０．０μｍ、約５０μｍ、約７５μｍ、または約１００μｍであってもよく、「約」は、０．４μｍ以内であると理解される。

導波管の縁における吸光を改良するための方略のいずれかは、ともに組み合わせられてもよいことを理解されたい。実施例として、導波管は、縁上にあって、また、導波管縁から内向きに延在する（図１７および１８に開示されるように）、所望のレベルの吸光率のために十分な厚さを有する、少なくとも図１９および２０に開示されるような材料から作製される、導波管表面の粗面化（図２１に開示されるように）、回折格子（図２２Ａに開示されるように）、および／または光捕獲構造（図２２Ｂおよび２２Ｃに開示されるように）のいずれかを有する、吸光材料を含んでもよい。

図２３は、より高いレベルの利用されない光を有する、導波管２４００の縁２４０４ａ、２４０４ｂを図示する。導波管の縁における吸光を改良するための本明細書に開示される方略が、導波管の縁の全てに適用されてもよい、またはいくつかの実施形態では、導波管の他の面積に対してより高いレベルの利用されない光を有することが予期される導波管の面積のみに適用されてもよい。例えば、図２３の縁２４０４ａ、２４０４ｂは、高レベルの利用されない光を有すると見なされ得る。高レベルの利用されない光を伴う面積は、その中で比較的に大量の光が外部結合されずに導波管縁に到達する、導波管の面積であってもよい。そのような利用されない光は、縁において吸収されない場合、潜在的に、アクティブディスプレイ領域の中に戻るように反射し、望ましくない残影画像または迷光を作成し、したがって、画質を低下させ得る。いくつかの実施形態では、高レベルの利用されない光を伴う、導波管２４００の面積は、内部結合光学要素７００、７１０、７２０に隣接する縁２４０４ａを含む。縁２４０４ａは、光が最終的外部結合のために内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって指向される方向と対向する、内部結合光学要素７００、７１０、７２０の側にある。高レベルの利用されない光を伴う別の面積は、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に隣接する縁２４０４ｂを含む。本面積内の光は、外部結合されずに外部結合光学要素８００、８１０、８２０を横断して伝搬された、光を含む。これらの縁上に入射する光は、光が、外部結合するために意図されるこれらの光学要素を通して通過した後、外部結合されなかったため、利用されないことを理解されたい。対照的に、光分散要素７３０、７４０、７５０に隣接する縁は、比較的に低レベルの利用されない光を有し得、したがって、本明細書に説明される吸光方略からあまり利益を享受し得ない。

本明細書に記載されるように、図１６－１８および２１－２３の種々の導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、および２２０２ｂは、１つまたはそれを上回る一体型スペーサおよび／またはスペーサを収容するためのくぼみを含んでもよいことを理解されたい。加えて、いくつかの実施形態では、導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、および２２０２ｂは、導波管のスタックの一部であってもよく、そのそれぞれが、一体型スペーサと、同様に一体型スペーサを含む、下層導波管からの下層スペーサを収容するためのくぼみとを含んでもよい。

図２４は、一体型スペーサを伴う、導波管のスタックを図示する。図示される個々の導波管は、図１６－１８および２１－２３にも図示される、導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂのいずれかであってもよい。一体型スペーサ１０２０および／またはくぼみ１０３０を有する、導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂの部分のみが、明確にするために、本図に示されることを理解されたい。導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、および２２０２ｂの残りは、図１６－１８および２１－２３の対応するものに示され、本明細書に開示されるように、種々の縁処置（例えば、吸光材料、粗面テクスチャ、外部結合光学要素、光捕獲微小構造）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂはそれぞれ、導波管と直近の上層導波管との間の分離を提供するように構成される、１つまたはそれを上回る一体型スペーサ１０２０を有する。したがって、図示されるように、一体型スペーサを伴う、導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂは、導波管スタック（例えば、図９Ａ－９Ｃの導波管スタック６６０に対応する）を形成してもよい。いくつかの実施形態では、導波管スタックの導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂはそれぞれ、類似してもよい（例えば、類似縁処置を有する）。いくつかの他の実施形態では、導波管スタックを形成する導波管は、異なる縁処置を有してもよい（例えば、図１６－１８および２１－２３からの導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂの異なるものが、導波管スタック内の異なる位置において利用されてもよい）。

導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、および２２０２ｂの一体型スペーサ１０２０および／またはくぼみ１０３０は、図１０Ａ－１５Ｇに関して上記に説明されるような形状および配向を有するように形成されてもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、導波管１６０２、１８０２、２１０２、２２０２ａ、２２０２ｂおよび一体型スペーサ１０２０は、一体型スペーサ１０２０を画定するように成型され得る（例えば、インプリント金型を使用して）ポリマー材料から形成されてもよい。加えて、本明細書に議論されるように、金型は、内部結合光学要素、外部結合光学要素、縁上およびそれに隣接する粗面表面テクスチャ２１０５（図２１）、外部結合光学要素２２２０（図２２Ａ）、および光捕獲構造２２３０ａおよび／または２２３０ｂ（図２２Ｂおよび２２Ｃ）のうちの１つまたはそれを上回るものを画定するためのレリーフ特徴を含んでもよい。
金型を形成するための例示的方法

金型１２００の実施例は、図２５に示される。金型１２００は、小特徴１２４０ａと、大特徴１２４０ｂとから成る、特徴のパターンを含み、これは、金型１２００の表面上の開口部であってもよい。小特徴１２４０ａは、約１０ｎｍ～２５０ｎｍの高さ（または深度）ｈ_aを有してもよい一方、大特徴は、約５μｍ～１，０００μｍの高さ（または深度）ｈ_ｂを有してもよい。いくつかの実施形態では、小特徴１２４０ａは、回折光学要素に対応し、大特徴１２４０ｂは、統合されたスペーサに対応する。図示されるように、小特徴１２４０ａは、金型１２００の内部に形成されてもよい一方、大特徴１２４０ｂは、金型１２００の周縁に形成されてもよい。上記の議論から明らかなように、小特徴１２４０ａおよび大特徴１２４０ｂは、特徴１２４０ａが特徴１２４０ｂより小さいという意味において、「小」および「大」であることを理解されたい。寸法における本差異は、特徴の臨界寸法および特徴の高さの両方に適用され得る。いくつかの実施形態では、大特徴１２４０ｂの高さと小特徴１２４０ａの高さの比は、約２０：１またはそれを上回る、５００：１またはそれを上回る、４，０００：１またはそれを上回ってもよい。加えて、大特徴１２４０ｂの高さと小特徴１２４０ａの高さの比は、約１００，０００：１またはそれ未満であってもよい。

１２４０ｂのような大特徴を伴う金型を作成することは、加工課題を提示し得る。長エッチング時間が、大特徴を作製するために要求されるが、エッチング液への長時間暴露は、エッチングされることが意図するものではない基板の部分を損傷または劣化させ得る。本明細書に説明される方法は、低い総厚変動および表面粗度を金型のパターン化されない面積内に維持しながら、大（例えば、ミクロンまたはミリメートルスケール）特徴を伴う、金型の加工を可能にする。本明細書で使用されるように、金型を形成するための基板は、いくつかの基板と半導体ウエハの物理的類似性に起因して、ウエハと称され得ることを理解されたい。しかしながら、半導体材料に加えて、基板は、半導体以外の材料から形成されてもよいことを理解されるであろう。例えば、基板は、いくつかの実施形態では、透明材料から形成されてもよい。
ウェットエッチングプロセス

図２６および３２を参照すると、金型の加工は、基板２６０２を提供するステップを含んでもよく、これは、本明細書に議論されるように、金型の中に形成されるであろう。好ましくは、基板２６０２は、平坦な平滑表面を有し、約０．３ｍｍ～２０ｍｍの厚さを有してもよい。基板は、シリコンを備えてもよく、ガラス、石英、溶融シリカ、または他の透明材料基板であってもよい。好ましくは、基板は、約１μｍ未満の総厚変動（ＴＴＶ）と、約０．５ｎｍ未満の表面粗度（Ｒ_ｑ）とを有する。

エッチングマスク２６０４が、物理的蒸着、スパッタリング、電子ビーム堆積、または熱堆積等の堆積プロセスによって、基板２６０２に適用される。いくつかの実施形態では、堆積プロセスは、化学蒸着である。好ましくは、エッチングマスク２６０４は、金属から形成される。理論によって限定されるわけではないが、金属エッチングマスク２６０４は、スペーサ等の大ミリメートルスケール特徴をエッチングするために要求される持続時間にわたって、エッチング液に暴露されると、フォトレジスト層２６０６のポリマー材料より良好に、基板２６０２に接着すると理解される。例えば、フォトレジスト層２６０６が、直接、基板２６０２に適用される場合、フォトレジスト層は、基板エッチングプロセスの間、基板２６０２から剥離し得る。いくつかの実施形態では、接着層２６１０は、金属エッチングマスクを堆積させる前に適用され、金属エッチングマスク１６０４と基板２６０２との間の接着を助長してもよい。例えば、接着層２６１０は、チタンまたはクロム材料の層であってもよい。いくつかの実施形態では、接着層２６１０は、約１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さであってもよい。

いくつかの実施形態では、エッチングマスク２６０４は、下層基板の材料より低いレートで基板エッチング液の化学物質によって除去される、金属材料の１つまたはそれを上回る層によって形成されてもよい。フッ化水素酸（ＨＦ）が基板エッチング液として使用される、実施形態では、銀または銅マスクが、低濃度、例えば、３０％未満のＨＦのために使用されてもよい。より高い濃度、例えば、５０％を上回るＨＦでは、金または白金マスクも、使用されてもよい。いくつかの実施形態では、エッチングマスクは、約１０ｎｍ～２００ｎｍの厚さの金層を含んでもよい。金または白金エッチングマスクはまた、５０％より低い濃度のＨＦを有する、エッチング化学物質のために使用されてもよいことを理解されたい。

いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２６０６は、例えば、スピンコーティングによって、エッチングマスク２６０４に適用されてもよく、続いて、電子ビーム、紫外線（ＵＶ）、またはナノインプリントリソグラフィ等のリソグラフィプロセスを使用して、パターン化されてもよい。フォトレジスト層２６０６は、基板２６０２の中に転写され、基板２６０２によって形成されるであろう、金型内に、スペーサを形成するための開口部を形成するであろう、大特徴２６０８のパターンを含む。

第１のエッチング段階は、図２７に示されるように、特徴２６０８の領域内の基板表面を暴露するために実施される。いくつかの実施形態では、エッチングマスク材料の複数の層が、基板表面にわたって配置され、エッチングマスク２６０４を形成してもよい。エッチングマスク材料の層は、種々の材料が、単一エッチングを使用してエッチング可能である場合、単一エッチングによって、または層の暴露されたものの材料のために選択的であるエッチングのシーケンスによって、除去されてもよい。エッチングは、他の暴露される材料に対してエッチングマスク材料を選択的に除去するための適切な化学物質を有する、ウェットおよび／またはドライエッチングであってもよいことを理解されたい。エッチングのシーケンスが、実施される場合、第１のエッチングステップが、パターン化された領域内の金属マスク材料を除去するために実施されてもよい。金属マスク２６０４が金である、実施形態では、他の暴露される材料に対して金をエッチングするために選択的であるエッチング液の化学物質が、本ステップで使用される。接着層２６１０が、存在する場合、第２のエッチングステップが、パターン化された領域内の接着層を除去するために実施されてもよい。接着層２６１０がクロム層である、実施形態では、他の暴露される材料に対してクロムをエッチングするために選択的であるエッチング液の化学物質が、本ステップで使用される。結果として生じる構造は、図２７に示される。

第２のエッチング段階が、図２８に示されるように、特徴２６０８を基板２６０２の中にエッチングするために実施される。いくつかの実施形態では、基板エッチング化学物質は、ＨＦを含み、これは、約１％～約５０％の範囲内の濃度を有してもよい。ＨＦは、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）等の緩衝剤と混合され、エッチング率を減速させ、エッチングプロセスのより良好な制御を提供してもよい。１０μｍの高さの特徴を溶融シリカ内に形成するためのエッチング液および総ウェットエッチング時間の実施例が、下記に示される。

第２のエッチング段階は、好ましくは、基板の選択的である除去を暴露される基板表面にもたらす。パターン化されたフォトレジスト層２６０６は、エッチング液、エッチングの持続時間、およびフォトレジスト層の初期厚に応じて、完全または部分的に、エッチング除去されてもよい。フォトレジスト材料が、完全に除去される場合、金属エッチングマスクは、基板表面の一部を保護するために留まる。

望ましくないことに、フォトレジスト層２６０６が、非常に薄いまたは完全に除去され、金属エッチングマスク２６０４が、基板２６０２の一部を基板エッチング化学物質から保護するために依拠されるとき、ある場合には、小欠陥が、金属エッチングマスク２６０４によって被覆されていると考えられた、基板表面内に見られ得る。図２９Ａに示されるように、金属エッチングマスク２６０４は、単一堆積プロセスによって堆積される金属材料の金属エッチングマスク層２６０４ａによって形成されると理解され得る。理論によって限定されるわけではないが、金属マスク２６０４ａ内の小間隙またはピンホール２９００は、基板エッチング液が、いくつかのエッチングの間、ピンホール２９００の真下の基板２６０２の表面に到達することを可能にすると考えられる。図示されるように、ピンホール２９００は、続いて、エッチング液への暴露によって摩滅される、金属エッチングマスク２６０４ａ内の既存の開口部であり得、および／または金属エッチングマスク２６０４ａのより薄い部分であり得る。エッチング液（例えば、ＨＦ）が、図２９Ｂに示されるように、これらのピンホール２９００の中に流動し、基板２６０２の表面をエッチングし得る。例えば、小斑点またはドットが、上記に述べられたように、エッチング後、基板表面上に見られ得ることが観察されている。これらの斑点またはドットは、凹部２９１０を基板表面上に形成する、ピンホール２９００を通して流動するエッチング液による、基板表面のエッチングの結果と考えられる。

いくつかの実施形態では、ピンホール２９００および／またはエッチングマスク２６０４ａのピンホールになり得る薄い面積は、軽減される。例えば、金属エッチングマスク２６０４ａは、金属エッチングマスク２６０４ａにわたる別の材料の堆積によって、および／または別の堆積プロセスを使用して、より多くの同一または異なる金属を堆積させることによって、拡大されてもよい。ピンホールを充填またはブロックするためのエッチングマスク材料の連続層の堆積、ピンホールを充填またはブロックするためのフォトレジストの使用、およびピンホールを充填またはブロックするための電気めっきを含む、ピンホールによって引き起こされる欠陥をエッチングしないように防止するための種々の方略が、図３０Ａ－Ｃに示される。これらの方略のそれぞれはまた、より早く堆積されるエッチングマスク層の厚さを拡大させることが分かり得ることを理解されるであろう。

図３０Ａは、複数の重複される金属マスク層２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃによって形成される、金属エッチングマスク２６０４（図２６－２８）を示し、これは、層２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃ毎に１つずつ、堆積の連続において堆積されてもよい。そのような構成では、各層２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃ内のピンホールの場所は、有利なこととして、異なるであろう。これは、基板表面被覆率を改良し、金属エッチングマスクが基板２６０２をエッチングするために使用されるエッチング液によって貫通されるであろう、尤度を低減させる。種々の金属マスク層２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃは、同一金属または異なる金属から形成されてもよく、堆積は、同一タイプであってもよい、または化学蒸気堆積（ＣＶＤ）または物理的蒸着（ＰＶＤ）等の１つまたはそれを上回る蒸着プロセスを含む、異なる堆積プロセスであってもよい。好ましくは、エッチングマスク２６０４の形成を簡略化するために、いくつかの実施形態では、金属マスク層２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃはそれぞれ、同一金属から形成されてもよく、同一堆積プロセスを使用して堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、２つまたはそれを上回る、３つまたはそれを上回る、または４つまたはそれを上回る層が、集約された金属エッチングマスク２６０４を形成するために連続的に堆積されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、集約されたエッチングマスク２６０４を形成する、層の総数は、１０未満、６未満、または５未満であってもよい。

図３０Ｂは、フォトレジスト層が、金属エッチングマスク層上に留保され、ピンホールの内側の基板エッチング液の拡散を低減させる、実施例を示す。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２６０６の厚さは、フォトレジストが基板エッチングステップの予期される持続時間全体を通して留保されるであろうようなレベルまで増加されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２６０６の厚さは、開口部２６０８を基板２６０２内に画定するためのエッチングの完了後、フォトレジスト層２６０６の一部が、依然として、エッチングマスク２６０４の全体を被覆するために残っているように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層２６０６の初期厚は、フォトレジスト層２６０６の残りの部分が、基板２６０２のエッチングを完了後、エッチングマスク２６０４の高さの５％またはそれを上回って、１０％またはそれを上回って、１５％またはそれを上回って、２５％またはそれを上回って、または３０％またはそれを上回って、エッチングマスク２６０４の上方に延在するように選択されてもよい。

図３０Ｃは、金属エッチングマスク層２６０４ａにわたって成長される、電気めっきされた層２６０４ｂを示し、電気めっきされた層２６０４ｂおよび金属エッチングマスク層２６０４ａはともに、エッチングマスク２６０４を形成する。電気めっきされた層は、金属エッチングマスク材料と同一材料であってもよい。いくつかの実施形態では、別の金属が、電気めっきされた層のために利用されてもよい。電気めっきされた層２６０４ｂによって提供される拡大は、一貫した被覆率および無ピンホールを伴う、例えば、約１μｍ～２０μｍ厚の非常に厚いエッチングマスク２６０４を作成する。電気めっきステップは、フォトレジストパターン化ステップの前または後のいずれかに行われてもよい。例えば、フォトレジスト層２６０６内の開口部のパターンをエッチングマスク２６０４の中に転写後、またはその一部として、フォトレジスト層２６０６は、完全に除去され、それによって、金属エッチングマスク２６０４ａを暴露させてもよい。続いて、金属エッチングマスク層２６０４ａは、シード層として使用され、続いて基板２６０２をエッチングする前に、電気めっきされた層２６０４ｂを金属エッチングマスク層２６０４ａ上に選択的に堆積させてもよい。

いくつかの実施形態では、付加的金属層（蒸着によって形成される、１つまたはそれを上回る連続金属エッチングマスク層２６０４ｂ、２６０４ｃ（図３０Ａ）または電気めっきされた金属エッチングマスク層２６０４ｂ（図３０Ｂ）等）の堆積は、同一金属を既存の金属エッチングマスク層２６０４ａ上に堆積させ、それによって、金属エッチングマスク２６０４の後のエッチングのためのエッチング化学物質の選択を簡略化する。基板表面欠陥内の低減は、そのために上記に説明されるような拡大方略が適用されている、金属エッチングマスク２６０４を使用して処理するとき、裸眼で容易に明白であることが観察されている。

基板２６０２の上部表面の部分をエッチング液から保護することに加え、また、基板エッチングプロセスの間、基板厚、平坦性、および／または表面粗度を変化させることを回避するために、基板の底部表面を保護することが有利であり得る。基板の背面側を保護するために、基板ホルダが、使用されてもよく、基板の片側のみが基板エッチング液と接触するように、基板背面を遮蔽してもよい。別の構成では、金属エッチングマスクが、基板の底部側に適用され、基板エッチング液との接触を防止してもよい。例えば、金属層が、基板２６０２の底部側上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、金属層の背面側は、エッチングマスク２６０４を形成するために使用されるものと同一金属から形成され、堆積および種々の堆積のために必要とされる前駆体の数を簡略化する。いくつかの他の実施形態では、背面側金属層は、異なる金属、例えば、エッチングマスク２６０４および／または基板２６０２をエッチングするために利用されるエッチング化学物質に対するエッチングマスク２６０４より高い抵抗を有する、金属から形成されてもよい。さらに別の構成では、犠牲基板が、基板の底部に接合されてもよい。犠牲基板は、例えば、犠牲基板が除去され得るように、エッチングステップ後、有機溶液中に浸漬させることによって、容易に溶解される、フォトレジストまたは他の接着剤を使用して、接合されてもよい。

基板２６０２をエッチングし、開口部２６０８を基板２６０２の中に延在させた後、エッチングの第３の段階が、実施されてもよい。本第３の段階の間、金属マスク２６０４を形成する任意の残りの材料が、除去され、その後、清掃段階が続き、任意の残りのエッチング液または残骸を洗浄して除去してもよい。

図３１は、上記に説明される３つのエッチング段階に対応する、３つのエッチング段階のシーケンスの別の図と、マスク材料除去および清掃後に形成される結果として生じる金型構造を示す。構造２）および３）は、第１のエッチング段階（図２６および２７に関して上記に説明されるように）の間に形成される、構造を示す。構造４）は、第２のエッチング段階（図２８に関して上記に説明されるように）の間に形成され、構造５）は、マスク材料の除去後、第３のエッチング段階の間に形成される。

図３１を継続して参照すると、第１の図示される中間構造１）では、いくつかの実施形態では、金属から形成され得る、エッチングマスク２６０４が、いくつかの実施形態では、ガラスから形成され得る、基板２６０２にわたって堆積される。第２の図示される中間構造２）では、レジスト層２６０６が、エッチングマスク２６０４にわたって堆積され、パターン化され、開口部２６０８をレジスト層２６０６内に画定する。第３の図示される中間構造３）では、エッチングマスク２６０４が、そのエッチングマスク２６０４の材料のために選択的であるエッチング化学物質に曝され、エッチングマスク２６０４を通して、開口部２６０８をレジスト層２６０６内に延在させる。第４の図示される中間構造４）では、下層基板２６０２は、エッチング液（例えば、ＨＦ含有エッチング液等のウェットエッチング液）に曝され、基板材料を除去する。第５の図示される中間構造５）では、上層エッチングマスク２６０４および任意の残りのフォトレジスト材料が、除去され、結果として生じる構造は、清掃プロセスを受け、それによって、開口部２６１０をその中に有する、金型を残す。

図示されるように、エッチングがウェットエッチングである、いくつかの実施形態では、ウェットエッチングは、垂直（下向き）および側方の両方に、基板材料をエッチングし、それによって、開放体積２６１０を形成し得ることを理解されたい。したがって、図３１の第５の図示される中間構造５）は、基板の中に転写される特徴、すなわち、開口部２６０８から形成される開放体積２６１０が、丸みを帯びた壁または角を有し、エッチングマスクに関連してアンダーカットされることを示す。理論によって限定されるわけではないが、これは、ウェットエッチングが、等方性プロセスであって、基板エッチング液が、基板の暴露される水平表面および特徴壁の垂直表面の両方に侵襲するために生じると理解される。有利なこととして、体積２６１０の湾曲形状は、これらの体積２６１０内に形成され得る、スペーサの離型または除去を促進する。

図３２は、フローチャートフォーマットにおいて、ウェットエッチングが、開放体積を基板内に形成するために利用され、基板および開放体積が、その開放体積内に形成される統合されたスペーサを伴う、導波管を加工するために使用され得る、金型を形成する、上記に議論され、図２６－２８および３１に図示される、種々のアクションの実施例を示す。例えば、第１、第２、および第３の図示されるエッチング段階は、図２６－２８および３１を参照して議論される、第１、第２、および第３のエッチング段階に対応することを理解されたい。本図示される実施例では、パターンを、フォトレジスト層から、エッチングマスクに、次いで、基板（またはウエハ）に転写するために使用される、種々のエッチングは、ウェットエッチングである。加えて、第３のエッチング段階後に残っている任意のマスク材料もまた、ウェットエッチングを使用して除去されてもよい。
ドライエッチングプロセス

上記に述べられたように、ウェットエッチングは、丸みを帯びた側壁および／または角を伴う、断面形状を形成する傾向にある。より垂直な壁が、エッチングされる基板の特徴に所望される場合、ドライエッチングを伴うプロセスも、使用されてもよい。例示的ドライエッチング方法のフローチャートは、図３３に示される。ドライエッチングプロセスは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマＲＩＥ、またはイオンミリング等のプラズマ支援エッチングプロセスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ドライエッチングプロセスは、第２のエッチング段階の間、基板をエッチングするために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、図３２および３３のフローチャートは、そうでなければ同じである。いくつかの他の実施形態では、図３２および／または３３の第１のエッチング段階および図２６－２８および３１に関して上記に議論される第１のエッチング段階は、ドライエッチングを利用してもよい。いくつかの実施形態では、図３２および／または３３の第１および第２のエッチング段階の両方および図２６－２８および３１に関して上記に議論される第１および第２のエッチング段階の両方は、ドライエッチングを利用してもよい。

プラズマエッチング等のドライエッチングは、指向性であって、図３４の比較図面に示されるように、エッチングマスク下の基板のより少ないアンダーカットをもたらすであろう。しかしながら、プラズマエッチングはまた、エッチングマスクを経時的に除去し、上記に議論されるピンホール効果を悪化させ得る。エッチングマスクの真下の基板の表面損傷を低減させるために、非常に厚いエッチングマスクを使用することが有益であり得る。例えば、マスクは、基板がガラス材料から作製される場合、エッチングされるべき基板の４０μｍ毎に１μｍの厚さであってもよい。いくつかの実施形態では、図３０Ａおよび３０Ｃに関して上記に説明されるような材料の複数の堆積が、厚いエッチングマスクを提供するために利用されてもよい。

プラズマエッチングパラメータの実施例は、下記に提供される。下記に示されるように、チャンバ圧力、ガス組成および流束、ＲＦ電力、温度、およびＩＣＰ電力および／またはＶＨＦ電力のための適切な範囲が、エッチングされるべき基板の組成および／または形成されるべき最終開口部（例えば、開口部のサイズおよび／またはアスペクト比）に基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ガラスは、下記に提供されるようなプロセスパラメータを伴うプロセスにおいてエッチングされてもよい。
１）チャンバ圧力（１～１０^－４トル）。
１．２０ミリトル～５ミリトルを含む
２．１００ミリトル～２０ミリトルを含む
２）ガス組成および流束（ａｓＡｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＦ_３Ｃｌ、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣＬ、ＨＢｒ、他のハロゲン化物ガスとして）。流束は、１～１００ｓｃｃｍに及ぶ。
１．ＳＦ_６／Ａｒを含む
２．ＢＣＬ_３／ＨＢｒ／Ａｒを含む
３．ＣＦ_４／ＣＨＦ_３／ＡＲを含む
３）ＲＦ電力（１０～５００Ｗ）。
１．２００～１００Ｗを含む
２．５００～２００Ｗを含む
３．１００～１０Ｗを含む
４）温度（－１５０～１００℃）。
１．－１２０～－１００℃を含む
２．－１００～０℃を含む
３．０～２０℃を含む
４．２０～５０℃を含む
５） ＩＣＰ電力、ＶＨＦ電力（１０～２５００Ｗ）。

図３２および３３の両方を参照すると、本明細書に議論されるように、エッチングマスクの堆積は、単一堆積を伴ってもよい、または、より好ましくは、図３０Ａ－３０Ｃに関して本明細書に議論されるように、材料の複数の堆積および／または厚いレジスト層の使用を伴ってもよい。また、図３２および３３の第１のエッチング段階に関して、エッチングマスクおよび随意の接着層のための図示されるウェットエッチングは、いくつかの実施形態では、ドライエッチングと置換されてもよい。

基板またはウエハおよび基板内に形成される開放体積は、金型を構成してもよく、これは、それらの開放体積内に形成される統合されたスペーサを伴う、導波管を加工するために使用されてもよいことを理解されたい。本明細書に議論されるように、導波管は、種々の配向および構成における複数の統合されたスペーサを有してもよいことを理解されたい。単一体積２６１０または１つまたは２つのみの開口部２６０８が、議論および例証を容易にするために、図２６－２８および３１に図示されるが、体積２６１０または開口部２６０８の数は、形成されるべき所望のスペーサの数に対応し得、それらの体積２６１０または開口部２６０８の配向および構成は、所望のスペーサの配向および構成に対応し得ることを理解されたい。

さらに、前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。

実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能性として考えられる組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。

別個の実施形態の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一の実施形態における組み合わせにおいて実装されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されてもよい。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つまたはそれを上回る特徴は、ある場合には、組み合わせから削除されてもよく、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴の群も、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。

とりわけ、「～できる（ｃａｎ）」、「～し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「～し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「～し得る（ｍａｙ）」、「例えば、（ｅ．ｇ．）」、および同等物等の本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態が、ある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることを意図していることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つまたはそれを上回る実施形態に対していかようにも要求されること、または１つまたはそれを上回る実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを含意することを意図するものではない。用語「～を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」が、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味するように、その包括的意味で使用される（かつその排他的意味で使用されない）。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つまたはそれを上回る」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序で、または連続的順序で実施される必要がない、または全ての図示される動作が実施される必要はないことを認識されたい。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つまたはそれを上回る例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれ得る。例えば、１つまたはそれを上回る付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施され得る。加えて、動作は、他の実施形態において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。ある場合には、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。

したがって、請求項は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図されず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (18)

1. 金型を形成するための方法であって、
   基板を提供することと、
   エッチングマスク層を前記基板にわたって堆積させることと、
   開口部を前記エッチングマスク層内に画定することと、
   前記基板を前記エッチングマスク層を通してエッチングし、開口部を前記基板内に画定することと
   を含み、
   前記基板内の開口部は、５μｍ～１，０００μｍの深度を有する、方法。
2. フォトレジスト層を前記エッチングマスク層にわたって堆積させることと、
   開口部を前記フォトレジスト層内にリソグラフィ的に画定することと
   をさらに含み、
   開口部を前記エッチングマスク層内に画定することは、前記フォトレジスト層内の開口部を前記エッチングマスク層の中に延在させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記エッチングマスクを堆積させる前に、接着層を前記基板にわたって堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記エッチングマスクを堆積させることを停止後、前記エッチングマスク層を拡大させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記エッチングマスク層を拡大させることは、付加的エッチングマスク材料を、直接、前記エッチングマスク層上に堆積させることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記付加的エッチングマスク材料を堆積させることは、蒸着を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記付加的エッチングマスク材料を堆積させることは、電気めっきを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記付加的エッチングマスク材料は、前記エッチングマスク層を堆積させる間に堆積される材料と同一材料である、請求項５に記載の方法。
9. エッチングマスク層は、１０ｎｍ～２００ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
10. 前記基板を前記エッチングマスク層を通してエッチングすることは、ウェットエッチングを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記基板を前記エッチングマスク層を通してエッチングすることは、ドライエッチングを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記基板は、光学的に透明な材料から形成される、請求項１に記載の方法。
13. 前記光学的に透明な材料は、ガラス、石英、および溶融シリカから成る群から選定される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記エッチングマスク層は、金属から形成される、請求項１に記載の方法。
15. 内部開口部を前記基板内に画定することをさらに含み、前記内部開口部の高さおよび前記基板内の開口部の高さの比は、５００：１またはそれを上回る、請求項１に記載の方法。
16. 前記比は、１００，０００：１またはそれ未満である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記内部開口部は、前記回折格子に対応するサイズおよび周期性を有する、請求項１に記載の方法。
18. 前記エッチングマスク層を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

Images