KR102353768B1 - Diffractive light guide plate and display device including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 광을 안내하기 위한 광가이드부; 광원으로부터 출력된 광이 입력되어 상기 광가이드부 상에서 안내될 수 있도록 미리 정해진 피치로 반복 형성된 선형 격자를 구비하여 상기 입력된 광을 회절시키는 제1회절 광학소자; 및 상기 광가이드부의 일면 상에 상기 제1회절 광학소자가 배치되는 영역과 구별되는 영역에 배치되되, 제1방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제1선형 패턴과 상기 제1방향과 다른 제2방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제2선형 패턴이 상호 교차하는 영역 내에 제공되는 2차원 패턴을 구비하는 제2회절 광학소자를 포함하며, 상기 2차원 패턴의 수평단면은 타원형상이며, 상기 타원형상의 장축이 상기 제1회절 광학소자가 구비하는 선형 격자의 연장 방향과 수직한 방향과 형성하는 각도는 20°미만인, 회절 도광판을 제공한다.An embodiment according to an aspect of the present invention includes a light guide unit for guiding light; a first diffraction optical element having a linear grating repeatedly formed at a predetermined pitch so that light output from a light source is input and guided on the light guide unit to diffract the input light; and a first imaginary linear pattern disposed on one surface of the light guide part in a region distinct from the region in which the first diffractive optical element is disposed, and arranged repeatedly at a predetermined pitch along the first direction, in the first direction; A second diffractive optical element having a two-dimensional pattern provided in a region where a second virtual linear pattern that is repeatedly arranged at a predetermined pitch along another second direction intersects each other, wherein the horizontal cross section of the two-dimensional pattern is The diffractive light guide plate has an elliptical shape, and an angle formed by a major axis of the elliptical shape perpendicular to an extension direction of the linear grating included in the first diffractive optical element is less than 20°.

Description

회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{DIFFRACTIVE LIGHT GUIDE PLATE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}Diffraction light guide plate and display device including same

본 발명은 회절 도광판 및 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a diffractive light guide plate and a display device including the diffractive light guide plate.

최근 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality), 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)을 구현하는 디스플레이 유닛에 관심이 커지면서, 이를 구현하는 디스플레이 유닛에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 추세이다. 증강현실, 혼합현실, 또는 가상현실을 구현하는 디스플레이 유닛은 광의 파동적 성질에 기초한 회절 현상을 이용하는 회절 도광판을 포함하고 있다. Recently, as interest in display units that implement Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR), or Virtual Reality (VR) has grown, research on display units implementing them has been actively conducted. there is a trend A display unit that implements augmented reality, mixed reality, or virtual reality includes a diffractive light guide plate that uses a diffraction phenomenon based on the wave nature of light.

도 1은 종래기술에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a diffraction light guide plate according to the related art.

이러한 회절 도광판(10)은 광가이드부(11)와, 광가이드부(11)의 일면 또는 타면 측에 마련되며 복수의 선형 격자 패턴을 갖는 복수의 회절 광학소자(12, 13, 14)를 구비할 수 있다. 구체적으로 회절 도광판(10)은 마이크로 광원출력소자(P)를 통해 출력된 광이 입력되어 광가이드부(11) 상에 안내되도록 하는 입력 회절 광학소자(12)와, 광가이드부(11)를 통해 입력 회절 광학소자(12)와 광학적으로 커플링되며 입력 회절 광학소자(12)로부터 수광된 광을 회절에 의해 제1방향(도 1에서의 x축 방향)으로의 1차원적인 확장이 이루어질 수 있도록 하는 중간 회절 광학소자(13) 및 광가이드부(11)를 통해 중간 회절 광학소자(13)와 광학적으로 커플링되며 중간 회절 광학소자(13)로부터 수광된 광을 회절에 의해 제2방향(도 1에서의 y축 방향)으로의 1차원적인 확장이 이루어진 채 광가이드부(11)로부터 출력되어 사용자의 동공으로 향할 수 있도록 하는 출력 회절 광학소자(14)를 구비할 수 있다.The diffraction light guide plate 10 includes a light guide unit 11 and a plurality of diffractive optical elements 12, 13, and 14 provided on one or the other side of the light guide unit 11 and having a plurality of linear grating patterns. can do. Specifically, the diffraction light guide plate 10 includes an input diffraction optical element 12 through which the light output through the micro light source output element P is input and guided on the light guide unit 11, and the light guide unit 11. It is optically coupled to the input diffractive optical element 12 through the input diffraction optical element 12, and by diffracting the light received from the input diffractive optical element 12, one-dimensional expansion in the first direction (x-axis direction in FIG. 1) can be made. It is optically coupled with the intermediate diffraction optical element 13 through the intermediate diffraction optical element 13 and the light guide unit 11 to allow the light received from the intermediate diffraction optical element 13 to be diffracted in the second direction ( It may include an output diffraction optical element 14 that is output from the light guide unit 11 while being extended in the y-axis direction (in the y-axis direction in FIG. 1 ) to be directed toward the user's pupil.

마이크로 광원출력소자(P)를 통해 출력된 광의 사용자의 동공으로 도달하기 위한 주된 광경로는, 입력 회절 광학소자(12) - 중간 회절 광학소자(13) - 출력 회절 광학소자(14) - 사용자의 동공 순이므로, 출력 회절 광학소자(14)를 통해 광가이드부(11)에서 출력되는 광이미지의 크기는 출력 회절 광학소자(14)가 차지하는 면적에 좌우된다.The main optical path for the light output through the micro light source output element P to reach the user's pupil is the input diffractive optical element 12 - the intermediate diffractive optical element 13 - the output diffractive optical element 14 - the user's pupil. Since it is in the order of pupils, the size of the optical image output from the light guide unit 11 through the output diffractive optical element 14 depends on the area occupied by the output diffractive optical element 14 .

한편, 종래기술에 따른 회절 도광판의 경우에는 단일 입력 회절 광학소자(12), 단일 중간 회절 광학소자(13) 및 단일 출력 회절 광학소자(14)가 광가이드부(11) 상에서 서로 분리되어 배치되므로, 광가이드부(11) 상에서 출력 회절 광학소자(14)가 차지하는 면적은 광가이드부(11) 상에서 입력 회절 광학소자(12) 및 중간 회절 광학소자(13)가 차지하는 면적을 제외한 면적으로 제한될 수밖에 없어, 보다 큰 광이미지를 출력하는데는 한계가 따랐다.On the other hand, in the case of the diffractive light guide plate according to the prior art, since the single input diffractive optical element 12, the single intermediate diffractive optical element 13, and the single output diffractive optical element 14 are disposed separately from each other on the light guide unit 11, , the area occupied by the output diffractive optical element 14 on the light guide unit 11 is limited to the area excluding the area occupied by the input diffractive optical element 12 and the intermediate diffractive optical element 13 on the light guide unit 11. Inevitably, there was a limit to outputting a larger optical image.

이러한 한계를 해결하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같은 구조의 회절 도광판이 고려될 수 있다.In order to solve this limitation, a diffractive light guide plate having a structure as shown in FIG. 2 may be considered.

도 2는 광가이드부(21), 입력 회절 광학소자(22) 및 서로 다른 선형 격자 패턴을 가지며 맞닿아 있는 두 개의 회절 광학소자(23, 24)를 포함하는 회절 도광판을 도시한다.2 shows a diffractive light guide plate including a light guide unit 21, an input diffractive optical element 22, and two diffractive optical elements 23 and 24 that are in contact with each other having different linear grating patterns.

도 3a는 도 2에 도시된 회절 도광판을 통해 진행되는 광경로의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 3b는 도 2에 도시된 회절 도광판을 통해 진행되는 광경로의 다른 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.3A is a plan view schematically illustrating an example of a light path traveling through the diffractive light guide plate shown in FIG. 2 , and FIG. 3B is a schematic plan view illustrating another example of a light path traveling through the diffraction light guide plate shown in FIG. 2 . It is one floor plan.

광가이드부(21)는 내부 전반사를 이용하여 내부에서 광을 안내한다.The light guide unit 21 guides light from the inside using total internal reflection.

입력 회절 광학소자(22)는 광원으로부터 출력된 광(L1, L1a, L1b)이 입력되어 광가이드부(21) 상에서 안내될 수 있도록 입력된 광(L1, L1a, L1b)을 회절시킬 수 있다.The input diffraction optical element 22 may diffract the input light L1 , L1a , L1b so that the light L1 , L1a , L1b output from the light source is input and guided on the light guide unit 21 .

두 개의 회절 광학소자(23, 24)는 회절된 광(L2a, L2b)을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 1차원적으로 확장될 수 있도록 구성될 수 있다. 입력 회절 광학소자(22)로부터 수광된 회절광(L2a, L2b)은 다른 회절 광학소자(23, 24)를 거치면서 일부는 회절되어 광경로가 변경되며, 나머지는 기존 광경로로 전반사될 수 있는데, 입력 회절 광학소자(22)로부터 최초 수광된 광은 이러한 회절이 특정 방향으로 이격된 지점에서 복수 회 이루어지면서 복수의 빔(L3a, L3b)으로 분할될 수 있기 때문에, 결국 1차원적인 확장이 이루어질 수 있다.The two diffractive optical elements 23 and 24 may be configured to receive the diffracted lights L2a and L2b, and the received light may be one-dimensionally expanded by diffraction. The diffracted light L2a, L2b received from the input diffraction optical element 22 is partially diffracted while passing through the other diffractive optical elements 23 and 24 to change the optical path, and the rest can be totally reflected in the existing optical path. , since the light initially received from the input diffraction optical element 22 can be divided into a plurality of beams L3a and L3b while the diffraction is performed a plurality of times at a point spaced apart in a specific direction, so that one-dimensional expansion is eventually made can

두 개의 회절 광학소자(23, 24) 각각은 다른 회절 광학소자(24, 23)로부터 확장된 광(L3b, L3a)을 수광하고 수광된 광(L3b, L3a)이 회절에 의해 광가이드부(21)로부터 출력되도록 구성될 수 있다. 한편, 두 개의 회절 광학소자(23, 24) 각각 또한 다른 회절 광학소자(24, 23)로부터 확장된 광(L3b, L3a)을 수광하고 수광한 광을 회절에 의해 1차원적으로 확장할 수 있다. 이 때 두 개의 회절 광학소자(23,24) 각각의 수광측(C) 기준으로, 다른 회절 광학소자(24, 23)에 의해 확장된 광이 형성하는 복수의 빔(L3b, L3a)이 이격되어 있는 방향과, 단일 빔(L3b, L3a) 기준 두 개의 회절 광학소자(23, 24)에 의해 확장된 복수의 빔(L4b, L4a)이 이격되어 있는 방향은 서로 교차하게 되므로, 결국 광원으로부터 입력 회절 광학소자(120)가 수광하는 광(L1a, L1b) 기준으로는 2차원적인 확장이 이루어지게 된다.Each of the two diffractive optical elements 23 and 24 receives the light L3b and L3a extended from the other diffractive optical element 24 and 23, and the received light L3b, L3a is diffracted by the light guide unit 21 ) can be configured to output from. On the other hand, each of the two diffractive optical elements 23 and 24 may also receive the light L3b and L3a extended from the other diffractive optical elements 24 and 23 and expand the received light one-dimensionally by diffraction. . At this time, based on the light receiving side C of each of the two diffractive optical elements 23 and 24, the plurality of beams L3b and L3a formed by the light expanded by the other diffractive optical elements 24 and 23 are spaced apart. Since the direction in which the plurality of beams L4b and L4a extended by the two diffractive optical elements 23 and 24 based on the single beam L3b and L3a are spaced apart cross each other, eventually the input diffraction from the light source Based on the light L1a and L1b received by the optical element 120, a two-dimensional expansion is made.

두 개의 회절 광학소자(23, 24) 각각은 다른 회절 광학소자(24, 23)로부터 확장된 광(L3b, L3a)을 수광하는 수광측(C)이 다른 회절 광학소자(24, 23)의 수광측(C)에 맞닿아 있도록 구성될 수 있다. 광원으로부터 출력된 광은 입력 회절 광학소자(22) - 두 개의 회절 광학소자(23, 24) - 다른 회절 광학소자(24, 23)을 거쳐 광가이드부(110)로부터 출력되는데, 이렇게 광가이드부(110)로부터 출력되는 광은 다른 회절 광학소자(24, 23) 각각에 의해 출력된 광이 모여 하나의 이미지광을 형성할 수 있다.Each of the two diffractive optical elements 23 and 24 receives the light L3b and L3a extended from the other diffractive optical elements 24 and 23, and the light receiving side C of the other diffractive optical element 24, 23 receives light It may be configured to be in contact with the side (C). The light output from the light source is output from the light guide unit 110 through the input diffractive optical element 22 - the two diffractive optical elements 23 and 24 - the other diffractive optical elements 24 and 23. In this way, the light guide unit The light output from 110 may be collected by the other diffractive optical elements 24 and 23, respectively, to form one image light.

즉, 두 개의 회절 광학소자(23, 24)를 모두 출력 회절 광학소자로 이용하기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이, 단일 출력 회절 광학소자를 이용하는 경우보다 공간을 효율적으로 이용하면서도 시야각이 더 큰 이미지광을 형성할 수 있다.That is, since both of the two diffractive optical elements 23 and 24 are used as output diffractive optical elements, as shown in FIG. 1, an image with a larger viewing angle while using space more efficiently than when a single output diffractive optical element is used. light can be formed.

도 4는 도 3a 및/또는 도 3b에 도시된 회절 도광판을 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절취한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line III-III' of the diffractive light guide plate shown in FIGS. 3A and/or 3B.

두 개의 회절 광학소자(23, 24) 각각을 통해 회절되어 광가이드부(21)로부터 출력되는 광은 광가이드부(21)의 일면에 대해 소정의 출사각(θ, θ')으로 출력될 수 있다. 도 4 기준으로, 상측에 위치한 회절 광학소자(23)에 의해 회절되어 출력되는 광(L4a)는 광가이드부(21)의 일면에 대해 소정의 출사각(θ)을 가지고 하방으로 기울어져 출력되며, 하측에 위치한 회절 광학소자(24)에 의해 회절되어 출력되는 광(L4b)는 광가이드부(21)의 일면에 대해 소정의 출사각(θ')을 가지고 상방으로 기울어져 출력될 수 있다.Light diffracted through each of the two diffractive optical elements 23 and 24 and output from the light guide unit 21 may be output at a predetermined emission angle (θ, θ') with respect to one surface of the light guide unit 21 . have. 4, the light L4a that is diffracted and output by the diffractive optical element 23 located on the upper side has a predetermined emission angle θ with respect to one surface of the light guide unit 21 and is tilted downward and is output. , the light L4b that is diffracted and output by the diffractive optical element 24 located below has a predetermined emission angle θ' with respect to one surface of the light guide unit 21 and may be output by being inclined upward.

광가이드부(21)의 일면으로부터 소정 거리 이격된 위치에서, 상측에 위치한 회절 광학소자(23)에 의해 회절되어 출력되는 광(L4a)과 하측에 위치한 회절 광학소자(24)에 의해 회절되어 출력되는 광(L4b)은 서로 교차되는 교차영역(I)을 형성한다. 광가이드부(21)의 일면으로부터 이격된 거리가 사용자의 동공이 위치하는 아이 릴리프(Eye Relief) 만큼의 거리라면, 사용자의 동공은 교차영역(I)에 위치하여야 사용자는 전체 영역 중 어둡게 보이는 부분 없이 정상적인 이미지광을 시인할 수 있다. 만약, 사용자의 동공이 교차영역(I)의 상측에 위치한 영역(A)에 위치하면 하측에 위치한 회절 광학소자(24)에 의해 회절되어 출력되는 광(L4b)이 사용자에 의해 시인될 수 없어 사용자에 의해 시인되는 이미지광은 Ⅲ-Ⅲ' 선 단면 기준으로 하방이 어둡게 보일 수 있다. 반대로, 사용자의 동공이 교차영역(I)의 하측에 위치한 영역(B)에 위치하면 상측에 위치한 회절 광학소자(23)에 의해 회절되어 출력되는 광(L4a)이 사용자에 의해 시인될 수 없어 사용자에 의해 시인되는 이미지광은 Ⅲ-Ⅲ' 선 단면 기준으로 상방이 어둡게 보일 수 있다.At a position spaced apart a predetermined distance from one surface of the light guide unit 21, the light L4a diffracted and output by the diffractive optical element 23 located on the upper side and the diffraction optical element 24 located on the lower side are diffracted and output The light L4b to be formed forms an intersecting region I that intersects with each other. If the distance from one surface of the light guide unit 21 is as far as the eye relief where the user's pupil is located, the user's pupil should be located in the intersection region I, so that the user sees the darkest part of the entire region Normal image light can be recognized without If the user's pupil is located in the area A located above the intersection area I, the light L4b that is diffracted and output by the diffractive optical element 24 located at the lower side cannot be recognized by the user. The image light viewed by Ⅲ-Ⅲ' may look dark downward based on the cross-section of the line III-III'. Conversely, when the user's pupil is located in the region B located below the intersection region I, the light L4a that is diffracted and output by the diffractive optical element 23 located at the upper side cannot be recognized by the user. The image light viewed by Ⅲ-Ⅲ' may appear dark upwards based on the cross-section of the line III-III'.

회절 도광판을 구비하는 디스플레이 유닛을 이용하는 사용자들은 개별 신체적 특성에 의해 광가이드부의 일면 측 상하 방향 기준으로 동공이 위치할 수 있는 지점이 다양할 수 있다. 따라서, 정상적인 이미지광을 시인할 수 있는 영역인 아이모션박스(Eye Motion Box)와 관련된 교차영역(I)을 상하로 길게 형성할 수 있는 회절 도광판의 구조가 요구된다.Users who use a display unit having a diffractive light guide plate may have various positions at which the pupil can be located based on the vertical direction of one side of the light guide unit due to individual physical characteristics. Accordingly, there is a need for a structure of a diffractive light guide plate capable of forming the vertical crossing region I related to the eye motion box, which is a region in which normal image light can be viewed, vertically long.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background art is technical information that the inventor possessed for the derivation of the embodiments of the present invention or acquired in the process of derivation, and it cannot be said that it is necessarily known technology disclosed to the general public prior to the filing of the embodiments of the present invention. none.

본 발명은 시야각 및 아이모션박스를 크게 형성할 수 있는 회절 도광판 및 그 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a diffractive light guide plate capable of forming a large viewing angle and i-motion box, and a display device including the diffractive light guide plate.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 광을 안내하기 위한 광가이드부; 광원으로부터 출력된 광이 입력되어 상기 광가이드부 상에서 안내될 수 있도록 미리 정해진 피치로 반복 형성된 선형 격자를 구비하여 상기 입력된 광을 회절시키는 제1회절 광학소자; 및 상기 광가이드부의 일면 상에 상기 제1회절 광학소자가 배치되는 영역과 구별되는 영역에 배치되되, 제1방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제1선형 패턴과 상기 제1방향과 다른 제2방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제2선형 패턴이 상호 교차하는 영역 내에 제공되는 2차원 패턴을 구비하는 제2회절 광학소자를 포함하며, 상기 2차원 패턴의 수평단면은 타원형상이며, 상기 타원형상의 장축이 상기 제1회절 광학소자가 구비하는 선형 격자의 연장 방향과 수직한 방향과 형성하는 각도는 20°미만인, 회절 도광판을 제공한다.An embodiment according to an aspect of the present invention includes a light guide unit for guiding light; a first diffraction optical element having a linear grating repeatedly formed at a predetermined pitch so that light output from a light source is input and guided on the light guide unit to diffract the input light; and a first imaginary linear pattern disposed on one surface of the light guide part in a region distinct from the region in which the first diffractive optical element is disposed, and arranged repeatedly at a predetermined pitch along the first direction, in the first direction; A second diffractive optical element having a two-dimensional pattern provided in a region where a second virtual linear pattern that is repeatedly arranged at a predetermined pitch along another second direction intersects each other, wherein the horizontal cross section of the two-dimensional pattern is The diffractive light guide plate has an elliptical shape, and an angle formed by a major axis of the elliptical shape perpendicular to an extension direction of the linear grating included in the first diffractive optical element is less than 20°.

본 실시예에 있어서, 상기 2차원 패턴은 상기 광가이드부의 일면으로부터 돌출 형성될 수 있다.In this embodiment, the two-dimensional pattern may be formed to protrude from one surface of the light guide part.

본 실시예에 있어서, 상기 2차원 패턴의 돌출 높이는, 상기 광원으로부터 출력된 광의 파장 대비 0.084 내지 0.113 배일 수 있다.In this embodiment, the protrusion height of the two-dimensional pattern may be 0.084 to 0.113 times the wavelength of the light output from the light source.

본 실시예에 있어서, 상기 타원 형상의 장축은, 상기 선형 격자 및 상기 선형 패턴의 피치 대비 0.50 내지 0.921 배일 수 있다.In this embodiment, the long axis of the elliptical shape may be 0.50 to 0.921 times the pitch of the linear grid and the linear pattern.

본 실시예에 있어서, 상기 타원 형상의 단축은, 상기 선형 격자 및 상기 선형 패턴의 피치 대비 0.084 내지 0.113 배일 수 있다.In this embodiment, the short axis of the elliptical shape may be 0.084 to 0.113 times the pitch of the linear grid and the linear pattern.

본 실시예에 있어서, 상기 선형 격자 및 상기 선형 패턴은 각각의 피치에 반비례하는 크기 및 상기 선형 격자 및 선형 패턴이 연장된 방향과 수직한 방향으로 정의되는 격자 벡터를 가지며, 상기 제1회절 광학소자의 선형 격자, 상기 제2회절 광학소자의 상기 제1선형 패턴 및 상기 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터의 합은 0의 크기를 가질 수 있다.In this embodiment, the linear grating and the linear pattern have a size inversely proportional to their pitch and a grating vector defined in a direction perpendicular to a direction in which the linear grating and the linear pattern extend, and the first diffractive optical element A sum of the grating vectors of each of the linear grating, the first linear pattern, and the second linear pattern of the second diffractive optical element may have a magnitude of zero.

본 실시예에 있어서, 상기 제1회절 광학소자의 선형 격자, 상기 제2회절 광학소자의 상기 제1선형 패턴 및 상기 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터는 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. In this embodiment, the linear grating of the first diffractive optical element, the first linear pattern of the second diffractive optical element, and the grating vector of each of the second linear pattern may have the same size.

본 실시예에 있어서, 상기 제1회절 광학소자의 선형 격자, 상기 제2회절 광학소자의 상기 제1선형 패턴 및 상기 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터는 서로 60 °의 각을 형성할 수 있다.In this embodiment, the linear grating of the first diffractive optical element, the grating vector of each of the first linear pattern and the second linear pattern of the second diffractive optical element may form an angle of 60° with each other.

본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 영상을 형성하는 영상광을 출력하는 광원; 및 본 발명의 일 측면에 따른 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.An embodiment according to another aspect of the present invention comprises: a light source for outputting image light forming an image; and a diffractive light guide plate according to an aspect of the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 제2회절 광학소자 전 영역에 걸쳐 배치된 2차원 패턴에 의해 구성된 제1격자 및 제2격자 각각에 의해 제1회절 광학소자로부터 수광된 광을 확장하고 또한 확장된 영상광을 출력하므로, 시야각을 크게 형성할 수 있고 또한 아이모션박스 또한 넓게 형성하여 다양한 신체 조건을 가지는 사용자의 동공들에 폭넓게 대응 가능하다는 장점이 있다. According to an embodiment of the present invention, the light received from the first diffractive optical element is expanded by each of the first and second gratings formed by a two-dimensional pattern disposed over the entire area of the second diffractive optical element, and Since the image light is output, the viewing angle can be widened, and the i-motion box is also formed wide, so that it can respond widely to the pupils of users having various body conditions.

도 1은 종래기술에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 광가이드부, 입력 회절 광학소자 및 서로 다른 선형 격자 패턴을 가지며 맞닿아 있는 두 개의 회절 광학소자를 포함하는 회절 도광판을 도시한다.
도 3a는 도 2에 도시된 회절 도광판을 통해 진행되는 광경로의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3b는 도 2에 도시된 회절 도광판을 통해 진행되는 광경로의 다른 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3a 및/또는 도 3b에 도시된 회절 도광판을 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 회절 도광판 중 제2회절 광학소자 영역의 일부를 도시한 도면이다.
도 7a는 제1회절 광학소자에 포함된 선형 격자의 평면도이며, 도 7b는 제2회절 광학소자 상의 제1선형 패턴의 평면도이고, 도 7c는 제2회절 광학소자 상의 제2선형 패턴의 평면도이다.
도 8 은 본 발명의 일 측면에 따른 회절 도광판이 포함하는 제1회절 광학소자의 선형 격자, 제2회절 광학소자의 제1선형 패턴 및 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터들의 조합을 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9k는 제2회절 광학소자의 소정 영역에 있어, 2차원 패턴의 가로, 세로 길이 및 돌출높이에 따라 출력되는 광의 시뮬레이션 결과를 기초로 광량 분포의 균일도를 나타낸 도면이다.
도 9l 내지 도 9n은 제2회절 광학소자의 소정 영역에 있어, 2차원 패턴의 가로 길이의 방향에 따라 출력되는 광의 시뮬레이션 결과를 기초로 광량 분포의 균일도를 나타낸 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일 측면 따른 회절 도광판의 일 실시예의 제2회절 광학소자에서 출력되는 광을 촬상한 이미지이며, 도 10b는 2차원 패턴의 수평단면이 원형인 회절 도광판의 비교예의 제2회절 광학소자에서 출력되는 광을 촬상한 이미지이다.
1 is a diagram schematically illustrating a diffraction light guide plate according to the related art.
FIG. 2 shows a diffractive light guide plate including a light guide unit, an input diffractive optical element, and two diffractive optical elements facing each other with different linear grating patterns.
3A is a plan view schematically illustrating an example of an optical path traveling through the diffraction light guide plate shown in FIG. 2 .
3B is a plan view schematically illustrating another example of an optical path traveling through the diffraction light guide plate shown in FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV' of the diffractive light guide plate shown in FIGS. 3A and/or 3B.
5 is a diagram schematically illustrating a diffraction light guide plate according to an aspect of the present invention.
FIG. 6 is a view illustrating a portion of a second diffractive optical element region of the diffractive light guide plate shown in FIG. 5 .
7A is a plan view of a linear grating included in a first diffractive optical element, FIG. 7B is a plan view of a first linear pattern on a second diffractive optical element, and FIG. 7C is a plan view of a second linear pattern on a second diffractive optical element .
8 is a diagram illustrating a combination of grating vectors of a linear grating of a first diffractive optical element, a first linear pattern and a second linear pattern of a second diffractive optical element included in the diffractive light guide plate according to an aspect of the present invention .
9A to 9K are diagrams illustrating the uniformity of light quantity distribution based on simulation results of light output according to the horizontal and vertical lengths and protrusion heights of a two-dimensional pattern in a predetermined region of the second diffractive optical element.
9L to 9N are diagrams illustrating the uniformity of light quantity distribution based on simulation results of light output along the horizontal length direction of the two-dimensional pattern in a predetermined region of the second diffractive optical element.
10A is an image obtained by capturing light output from a second diffractive optical element of an embodiment of a diffractive light guide plate according to an aspect of the present invention, and FIG. 10B is a second diffraction example of a diffractive light guide plate having a circular two-dimensional pattern horizontal cross section It is an image obtained by capturing the light output from the optical element.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. On the other hand, the terms used herein are for the purpose of describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements mentioned. or addition is not excluded. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 명세서에서, 용어 "광가이드부"는 내부 전반사를 이용하여 내부에서 광을 안내하는 구조로 정의될 수 있다. 내부 전반사를 위한 조건은 광가이드부의 굴절률이 광가이드부의 표면에 인접한 주변 매체의 굴절률보다 커야 한다. 광가이드부는 유리 및/또는 플라스틱 소재를 포함하여 형성될 수 있으며, 투명 또는 반투명할 수 있다. 광가이드부는 플레이트 타입에 다양한 레이아웃으로 형성될 수 있다. 여기서, 용어 "플레이트"는 일면 및 그 반대측인 타면 사이에 소정의 두께를 가지는 3차원 구조체를 의미하며, 그 일면 및 타면은 실질적으로 평탄한 평면일 수도 있지만, 그 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면은 1차원적 또는 2차원적으로 만곡되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 타입의 광가이드부는 1차원적으로 만곡되어 그 일면 및/또는 타면이 원기둥의 측면 중 일부와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 다만, 그 만곡에 의해 형성되는 곡률은 광가이드부 상에서 광을 안내하기 위해 내부 전반사가 용이하도록 충분히 큰 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하다.In this specification, the term “light guide unit” may be defined as a structure for guiding light from the inside using total internal reflection. A condition for total internal reflection is that the refractive index of the light guide unit must be greater than that of the surrounding medium adjacent to the surface of the light guide unit. The light guide unit may be formed of a glass and/or plastic material, and may be transparent or translucent. The light guide unit may be formed in a plate type and in various layouts. Here, the term "plate" means a three-dimensional structure having a predetermined thickness between one surface and the other surface opposite to it, the one surface and the other surface may be a substantially flat plane, but at least one of the one surface and the other surface is It may be formed by being curved one-dimensionally or two-dimensionally. For example, the plate-type light guide part may be one-dimensionally curved so that one surface and/or the other surface may have a shape corresponding to some of the side surfaces of the cylinder. However, the curvature formed by the curvature preferably has a sufficiently large radius of curvature to facilitate total internal reflection to guide light on the light guide unit.

본 명세서에서, 용어 "회절 광학소자"는 광가이드부 상에서 광을 회절시켜 광경로를 변경하기 위한 구조로 정의될 수 있다. 여기서, "회절 광학소자"는 광가이드부 상에 일방향으로 배향된 선형 격자가 미리 정한 방향으로 배열되어 패턴을 가지면서 소정의 면적을 형성하는 부분을 의미할 수 있다. 또 다른 예로, "회절 광학소자"는 광가이드부의 일면 상에 돌출 형성된 돌출 패턴 또는 그 일면 상에 오목 형성된 오목 패턴이 소정의 규칙을 가지고 배열되어 소정의 면적을 형성하는 부분을 의미할 수도 있다.In this specification, the term "diffraction optical element" may be defined as a structure for diffracting light on a light guide unit to change an optical path. Here, the "diffraction optical element" may refer to a portion in which a linear grating oriented in one direction is arranged in a predetermined direction on the light guide unit to form a predetermined area while having a pattern. As another example, the term "diffraction optical element" may refer to a portion in which a protruding pattern protruded on one surface of the light guide unit or a concave pattern formed concave on one surface of the light guide part is arranged according to a predetermined rule to form a predetermined area.

본 명세서에서, 용어 "선형 격자"는 광가이드부 표면 상에 소정의 높이를 가지는 돌기 형태(즉, 양각 패턴) 및/또는 광가이드부 표면 상에 소정의 깊이를 가지는 홈 형태(즉, 음각 패턴)를 의미할 수 있다. 여기서, 선형 격자의 배향 방향은 회절 광학소자에 의한 회절을 통해 의도한 방향으로 광경로가 변경될 수 있도록 자유롭게 설계될 수 있다.As used herein, the term “linear grating” refers to a protrusion shape having a predetermined height on the surface of the light guide part (ie, a embossed pattern) and/or a groove shape having a predetermined depth on the surface of the light guide part (ie, an intaglio pattern) ) can mean Here, the alignment direction of the linear grating can be freely designed so that the optical path can be changed in an intended direction through diffraction by the diffractive optical element.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 회절 도광판(100)은, 광가이드부(110), 제1회절 광학소자(120) 및 제2회절 광학소자(130)을 포함할 수 있다.5 to 8 , the diffraction light guide plate 100 may include a light guide unit 110 , a first diffraction optical element 120 , and a second diffraction optical element 130 .

광가이드부(110)는 내부 전반사를 이용하여 내부에서 광을 안내할 수 있다. The light guide unit 110 may guide light from the inside using total internal reflection.

제1회절 광학소자(120)는 광원으로부터 출력된 광이 입력되어 광가이드부(110) 상에서 안내될 수 있도록 입력된 광을 회절시킬 수 있다. 이러한 제1회절 광학소자(120)는 미리 정해진 피치로 반복 형성된 선형 격자(121)를 구비할 수 있다.The first diffractive optical element 120 may diffract the input light so that the light output from the light source is input and guided on the light guide unit 110 . The first diffractive optical element 120 may include a linear grating 121 repeatedly formed at a predetermined pitch.

이러한 입력 회절 광학소자(120)는 광가이드부(110)의 일면(110a) 또는 타면(110b) 상에 배치될 수 있다.The input diffractive optical element 120 may be disposed on one surface 110a or the other surface 110b of the light guide unit 110 .

제2회절 광학소자(130)는 광가이드부(110)의 일면(110a) 또는 타면(110b) 상에 제1회절 광학소자(120)가 배치되는 영역과 구별되는 영역에 배치될 수 있다.The second diffractive optical element 130 may be disposed on one surface 110a or the other surface 110b of the light guide unit 110 in a region distinct from the region in which the first diffractive optical element 120 is disposed.

제2회절 광학소자(130)가 배치되는 영역 내에는 제1방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제1선형 패턴(L1)과 제1방향과 다른 제2방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제2선형 패턴(L2)이 상호 교차하는 영역이 정의될 수 있다. 제1방향은 제1선형 패턴(L1)이 연장된 방향과 수직한 방향으로 정의될 수 있으며, 제2방향은 제2선형 패턴(L2)이 연장된 방향과 수직한 방향으로 정의될 수 있다.In the region where the second diffractive optical element 130 is disposed, a virtual first linear pattern L1 repeatedly arranged at a predetermined pitch along the first direction and a predetermined pitch along a second direction different from the first direction A region in which the repeated virtual second linear patterns L2 intersect each other may be defined. The first direction may be defined as a direction perpendicular to the direction in which the first linear pattern L1 extends, and the second direction may be defined as a direction perpendicular to the direction in which the second linear pattern L2 extends.

제1회절 광학소자(120)는 선형 격자(121)로 1차원 패턴을 구비하는 반면 제2회절 광학소자(130)는 상기 교차 영역 내에 제공되는 2차원 패턴(131)을 구비할 수 있다. 여기서, 2차원 패턴은 광가이드부의 일면(110a) 또는 타면(110b) 상에 돌출 형성된 돌출 패턴 또는 오목 형성된 오목 패턴일 수 있다. 본 실시예에서, 2차원 패턴은 돌출 패턴인 것을 중심으로 설명하기로 한다.The first diffractive optical element 120 may include a one-dimensional pattern as the linear grating 121 , while the second diffractive optical element 130 may include a two-dimensional pattern 131 provided in the intersecting region. Here, the two-dimensional pattern may be a protrusion pattern formed to protrude on the one surface 110a or the other surface 110b of the light guide unit, or a concave pattern formed to be concave. In this embodiment, the two-dimensional pattern will be mainly described as a protrusion pattern.

2차원 패턴(131)들은 제1선형 패턴(L1) 및 2선형 패턴(L2)가 교차하는 교차 영역 내에 제공되기 때문에, 2차원 패턴(131)들은 제1선형 패턴(L1)과 평행한 제1격자(L1')를 구성함과 동시에 제2선형 패턴(L2)과 평행한 제2격자(L2')를 구성할 수 있다.Since the two-dimensional patterns 131 are provided in an intersecting region where the first linear pattern L1 and the two-linear pattern L2 intersect, the two-dimensional patterns 131 are first parallel to the first linear pattern L1. A second grid L2' parallel to the second linear pattern L2 may be formed while configuring the grid L1'.

제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각은 제1회절 광학소자(120)로부터 광을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 다른 종류의 격자(L2', L1')를 향할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각은 제1회절 광학소자(120)로부터 회절된 광을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 1차원적으로 확장될 수 있도록 구성될 수 있다. 제1회절 광학소자(120)로부터 수광된 회절광은 제1격자(L1') 및/또는 제2격자(L2')를 거치면서 일부는 회절되어 광경로가 변경되며, 나머지는 기존 광경로로 전반사될 수 있는데, 입력 회절 광학소자(120)로부터 최초 수광된 광은 이러한 회절이 특정 방향으로 이격된 지점에서 복수 회 이루어지면서 복수의 빔으로 분할될 수 있기 때문에, 결국 1차원적인 확장이 이루어질 수 있다.Each of the first grating L1' and the second grating L2' receives light from the first diffraction optical element 120, and the received light is diffracted toward different types of gratings L2' and L1'. It can be configured to In addition, each of the first grating L1' and the second grating L2' receives the light diffracted from the first diffraction optical element 120, and the received light is configured to be one-dimensionally expanded by diffraction. can be A portion of the diffracted light received from the first diffraction optical element 120 is diffracted while passing through the first grating L1' and/or the second grating L2' to change an optical path, and the rest is an existing optical path Since the light initially received from the input diffraction optical element 120 can be divided into a plurality of beams while being diffracted a plurality of times at a point spaced apart in a specific direction, eventually one-dimensional expansion can be achieved. have.

제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각은 다른 종류의 격자(L2', L1')로부터 확장된 광을 수광하고 수광된 광이 회절에 의해 광가이드부(110)로부터 출력되도록 구성될 수 있다. 한편, 제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각 또한 다른 종류의 격자(L2', L1')로부터 확장된 광을 수광하고 수광한 광을 회절에 의해 1차원적으로 확장할 수 있다. 이 때 제1회절 광학소자(120)로부터 수광되어 제1격자(L1') 및/또는 제2격자(L2')에 의해 확장된 광이 형성하는 복수의 빔이 이격되어 있는 방향과, 다른 종류의 격자(L2', L1')로부터 수광되어 제1격자(L1') 및/또는 제2격자(L2')에 의해 확장된 복수의 빔이 이격되어 있는 방향은 서로 교차하게 되므로, 결국 제1격자(L1') 및 제2격자(L2')에 의해 확장된 복수의 빔들에 의해 출력된 광은, 광원으로부터 제1회절 광학소자(120)가 수광하는 광 기준으로 2차원적인 확장이 이루어진 것으로 취급할 수 있다.Each of the first grating L1' and the second grating L2' receives light extended from different types of gratings L2' and L1', and the received light is outputted from the light guide unit 110 by diffraction. It can be configured to be On the other hand, each of the first grating L1' and the second grating L2' also receives light extended from different types of gratings L2' and L1' and expands the received light one-dimensionally by diffraction. can At this time, the direction in which the plurality of beams received from the first diffraction optical element 120 and expanded by the first grating L1 ′ and/or the second grating L2 ′ are spaced apart from each other is a different type The directions in which the plurality of beams received from the gratings L2' and L1' and extended by the first grating L1' and/or the second grating L2' intersect each other, so eventually the first The light output by the plurality of beams extended by the grating L1' and the second grating L2' is two-dimensionally expanded based on the light received by the first diffractive optical element 120 from the light source. can be dealt with

상기 선형 격자(121) 및 선형 패턴(L1, L2) 각각은 각각의 피치(P1, P2, P3)에 반비례하는 '크기' 및 선형 격자들이 연장된 방향과 수직한 '방향'으로 정의되는 격자 벡터(V1, V2, V3)를 가질 수 있다. 여기서, 선형 패턴(L1, L2)는 격자(L1', L2')로 대체될 수 있다. 격자 벡터(V1, V2, V3)의 크기는 아래의 수학식 1로 정의될 수 있다.Each of the linear grating 121 and the linear patterns L1 and L2 is a lattice vector defined by a 'size' inversely proportional to the respective pitches P1, P2, and P3 and a 'direction' perpendicular to the direction in which the linear gratings extend. It can have (V1, V2, V3). Here, the linear patterns L1 and L2 may be replaced with lattices L1' and L2'. The magnitudes of the lattice vectors V1, V2, and V3 may be defined by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020032352618-pat00001
Figure 112020032352618-pat00001

여기서,

Figure 112020032352618-pat00002
는 격자 벡터 크기를 의미하며, P 는 선형 격자, 선형 패턴 및/또는 격자들의 피치를 의미한다.here,
Figure 112020032352618-pat00002
denotes the grating vector size, and P denotes the linear grating, the linear pattern and/or the pitch of the gratings.

제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121), 제2회절 광학소자(130)의 제1선형 패턴(L1) 및 제2선형 패턴(L2) 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)의 합은 0의 크기를 가진다. 마찬가지로, 제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121), 제2회절 광학소자(130)의 제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)의 합은 0의 크기를 가진다.The linear grating 121 of the first diffractive optical element 120, the first linear pattern L1 and the second linear pattern L2 of the second diffractive optical element 130, respectively, grating vectors V1, V2, V3 The sum of has a magnitude of 0. Similarly, the linear grating 121 of the first diffractive optical element 120, the first grating L1' and the second grating L2' of the second diffractive optical element 130, respectively, grating vectors V1, V2, The sum of V3) has a magnitude of zero.

이 때, 제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121), 제2회절 광학소자(130)의 제1선형 패턴(L1) 및 제2선형 패턴(L2) 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)는 서로 동일한 크기를 가지고, 제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121), 제2회절 광학소자(130)의 제1선형 패턴(L1) 및 제2선형 패턴(L2) 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)는 서로 60 °의 각을 형성하는 것이 바람직하다. 동일한 피치의 격자 패턴을 가지는 하나의 몰드에 의해 각각의 회절 광학소자들(120, 130)을 모두 성형할 수 있기 때문이다.At this time, each of the grating vectors V1 and V2 of the linear grating 121 of the first diffractive optical element 120 and the first linear pattern L1 and the second linear pattern L2 of the second diffractive optical element 130 . , V3) have the same size as each other, and the linear grating 121 of the first diffractive optical element 120, the first linear pattern L1 and the second linear pattern L2 of the second diffractive optical element 130, respectively It is preferable that the lattice vectors V1, V2, V3 form an angle of 60° to each other. This is because each of the diffractive optical elements 120 and 130 can all be molded by a single mold having a grating pattern of the same pitch.

일 실시예로서, 제1회절 광학소자(120) 는 도 7a에 도시된 바와 같이, x축과 나란한 수평선(H)과 90˚의 각도를 이루는 선형 격자(121)를 가지고, 제2회절 광학소자(130)는 도 7b에 도시된 바와 같이, x축과 나란한 수평선(H)과 - 30˚의 각도를 이루는 제1선형 패턴(L1) 및/또는 제1격자(L1')와 도 7c에 도시된 바와 같이, x축과 나란한 수평선(H)과 + 30˚의 각도를 이루는 제2선형 패턴(L2) 및/또는 제2격자(L2')을 가질 수 있다. 각각의 피치(P1, P2, P3)는 모두 동일하여 이에 의한 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)의 크기는 모두 동일하다. 격자 벡터(V1, V2, V3)의 방향은 각각의 선형 격자, 선형 패턴, 격자들이 연장된 방향과 수직하기 때문에, 제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121)의 격자 벡터(V1) 방향은 x 축 방향과 평행하며, 제2회절 광학소자(130)의 제1선형 패턴(L1) 및/또는 제1격자(L1')의 격자 벡터(V2) 방향은 x축 방향에 대해 -120˚의 각도를 이루며, 제2회절 광학소자(130)의 제2선형 패턴(L2) 및/또는 제2격자(L2')의 격자 벡터(V3) 방향은 x축 방향에 대해 +120˚의 각도를 이룰 수 있다. 이로써, 제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121), 제2회절 광학소자(130)의 제1선형 패턴(L1) 및 제2선형 패턴(L2) 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)는 서로 60 °의 각을 형성하여, 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)의 합은 0의 크기를 가지게 된다. 아울러, 제1회절 광학소자(120)의 선형 격자(121), 제2회절 광학소자(130)의 제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)는 서로 60 °의 각을 형성하여, 각각의 격자 벡터(V1, V2, V3)의 합은 0의 크기를 가지게 된다.As an embodiment, the first diffractive optical element 120 has a linear grating 121 that forms an angle of 90° with a horizontal line H parallel to the x-axis, as shown in FIG. 7A , and the second diffractive optical element 130 is shown in FIG. 7C with the first linear pattern L1 and/or the first lattice L1 ′ forming an angle of −30° with the horizontal line H parallel to the x-axis, as shown in FIG. 7B . As described above, it may have a second linear pattern L2 and/or a second grid L2′ forming an angle of +30° with the horizontal line H parallel to the x-axis. Each of the pitches P1, P2, and P3 are all the same, so that the magnitudes of the respective lattice vectors V1, V2, and V3 are the same. Since the directions of the grating vectors V1, V2, and V3 are perpendicular to the extending directions of the respective linear gratings, linear patterns, and gratings, the grating vector V1 of the linear grating 121 of the first diffractive optical element 120 is The direction is parallel to the x-axis direction, and the grating vector V2 direction of the first linear pattern L1 and/or the first grating L1' of the second diffractive optical element 130 is -120 with respect to the x-axis direction. ˚, the direction of the grating vector V3 of the second linear pattern L2 and/or the second grating L2' of the second diffractive optical element 130 is +120˚ with respect to the x-axis direction. can achieve Accordingly, the linear grating 121 of the first diffractive optical element 120, the first linear pattern L1 and the second linear pattern L2 of the second diffractive optical element 130, respectively, grating vectors V1, V2, V3) forms an angle of 60° with each other, so that the sum of the respective lattice vectors V1, V2, and V3 has a magnitude of 0. In addition, the linear grating 121 of the first diffractive optical element 120, the first grating L1' and the second grating L2' of the second diffractive optical element 130, respectively, grating vectors V1, V2, V3) forms an angle of 60° with each other, so that the sum of the respective lattice vectors V1, V2, and V3 has a magnitude of 0.

한편, 제2회절 광학소자(120)가 배치되는 영역에서는 회절에 의한 광들이 광가이드부(110)를 통해 출력되기 때문에, 출력되는 광들의 광량이 제2회절 광학소자(120)가 배치되는 영역에 걸쳐 균일하게 유도할 수 있는 2차원 패턴의 형상을 결정할 필요가 있다.Meanwhile, in the region where the second diffractive optical element 120 is disposed, since the diffracted lights are output through the light guide unit 110 , the amount of output light is the region where the second diffractive optical element 120 is disposed. It is necessary to determine the shape of a two-dimensional pattern that can be uniformly induced across the

도 9a 내지 9k는 제2회절 광학소자의 소정 영역에 있어, 2차원 패턴의 가로, 세로 길이 및 돌출높이에 따라 출력되는 광의 시뮬레이션 결과를 기초로 광량 분포의 균일도를 나타낸 도면이다.9A to 9K are diagrams illustrating the uniformity of light quantity distribution based on simulation results of light output according to the horizontal and vertical lengths and protrusion heights of a two-dimensional pattern in a predetermined region of the second diffractive optical element.

광량 분포의 균일도는 아래의 수학식 2로 정의될 수 있다.The uniformity of the light quantity distribution may be defined by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

U = 1 - ((Imax - Imin) / (Imax + Imin))U = 1 - ((Imax - Imin) / (Imax + Imin))

여기서, U는 소정 영역에서의 광량 분포의 균일도, Imax 는 소정 영역에서 단위면적당 광량이 가장 높은 수치, Imin 은 소정 영역에서 단위면적당 광량이 가장 낮은 수치를 나타낸다. I의 단위는 (V/m)2 이다.Here, U is the uniformity of the light quantity distribution in the predetermined area, Imax is the highest value per unit area in the predetermined area, and Imin is the lowest light quantity per unit area in the predetermined area. The unit of I is (V/m)2.

2차원 패턴(131)의 가로 길이(Lx)는 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직에 가까운 방향의 길이이며, 2차원 패턴(131)의 세로 길이(Ly)는 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 평행에 가까운 방향의 길이를 의미한다. 여기서, 소정의 방향과 수직 또는 평행에 가깝다는 의미는 실질적으로 소정의 방향과 수직 또는 평행하다는 의미이며, 바람직하게는 소정의 방향과 20 °이하의 각도를 이루고, 더욱 바람직하게는 소정의 방향과 5 °이하의 각도를 이루는 것을 의미한다.The horizontal length Lx of the two-dimensional pattern 131 is a length in a direction close to perpendicular to the extension direction of the linear grating 121 provided in the first diffractive optical element 120 , and the vertical length of the two-dimensional pattern 131 . (Ly) denotes a length in a direction close to parallel to the extension direction of the linear grating 121 included in the first diffractive optical element 120 . Here, the meaning of being substantially perpendicular or parallel to the predetermined direction means substantially perpendicular or parallel to the predetermined direction, preferably forming an angle of 20 degrees or less with the predetermined direction, more preferably with the predetermined direction It means forming an angle of 5° or less.

도 9a 는 2차원 패턴(131)의 돌출높이가 40nm 인 경우의 광량 분포의 균일도를 나타낸 것이며, 도 9b 부터 2차원 패턴(131)의 돌출높이를 5nm씩 늘려가 도 9k는 2차원 패턴(131)의 돌출높이가 90nm 인 경우의 광량 분포의 균일도를 나타낸 것이다.FIG. 9A shows the uniformity of the light quantity distribution when the protrusion height of the two-dimensional pattern 131 is 40 nm. From FIG. 9B , the protrusion height of the two-dimensional pattern 131 is increased by 5 nm, and FIG. 9K shows the two-dimensional pattern 131 ) shows the uniformity of light quantity distribution when the protrusion height is 90 nm.

본 시뮬레이션에서 이용된 광의 파장은 532 nm 이며, 선형 격자, 선형 패턴 및/또는 격자들의 피치는 365 nm 이다.The wavelength of the light used in this simulation is 532 nm, and the pitch of the linear grating, the linear pattern and/or the gratings is 365 nm.

대체적으로 2차원 패턴(131)의 세로 길이(Ly)가 가로 길이(Lx)보다 더 긴 경우 및 세로 길이(Ly)와 가로 길이(Lx)가 같은 경우에는 광량 분포의 균일도가 0에 가까운 결과를 보였다.In general, when the vertical length (Ly) of the two-dimensional pattern 131 is longer than the horizontal length (Lx) and when the vertical length (Ly) and the horizontal length (Lx) are the same, the uniformity of the light quantity distribution is close to zero. seemed

2차원 패턴(131)의 가로 길이(Lx)가 세로 길이(Ly)보다 긴 경우에는 광량 분포의 균일도가 다른 형상보다 더 높게 형성되었으며, 가로 길이(Lx) 및 세로 길이(Ly)의 정도에 따라 광량 분포의 균일도는 편차를 보이나, 가로 길이(Lx)가 420nm 인 경우 대체적으로 광량 분포의 균일도는 다른 경우에 비해 높은 균일도를 보였다.When the horizontal length (Lx) of the two-dimensional pattern 131 is longer than the vertical length (Ly), the uniformity of the light quantity distribution is formed to be higher than other shapes, and depending on the degree of the horizontal length (Lx) and the vertical length (Ly) Although the uniformity of the light quantity distribution showed deviation, when the horizontal length (Lx) was 420 nm, the uniformity of the light quantity distribution was generally higher than that of other cases.

2차원 패턴(131)의 돌출높이가 40nm 인 경우에는 가로 길이(Lx) 및 세로 길이(Ly) 정도에 무관하게 광량 분포의 균일도는 0에 수렴하여 2차원 패턴(131)의 돌출높이는 소정 이상의 높이를 확보하여야 함을 도출할 수 있었다.When the protrusion height of the two-dimensional pattern 131 is 40 nm, the uniformity of the light quantity distribution converges to 0 regardless of the horizontal length (Lx) and the vertical length (Ly), so that the protrusion height of the two-dimensional pattern 131 is higher than a predetermined height It could be deduced that it should be secured.

도 9a 내지 도 9k에 도시된 결과를 살펴보면, 2차원 패턴(131)의 돌출 높이가 45 내지 60 nm 인 경우 광량 분포의 균일도가 0.4 이상 수준을 보이는 2차원 패턴(131)의 세로 길이(Ly) 및 가로 길이(Lx)의 조합이 다수 도출되는 것으로 확인된다. 광량 분포의 균일도가 같은 경우, 2차원 패턴의 돌출 높이는 이용되는 광의 파장에 비례하는 것이 일반적이다. Looking at the results shown in FIGS. 9A to 9K , when the protrusion height of the two-dimensional pattern 131 is 45 to 60 nm, the vertical length (Ly) of the two-dimensional pattern 131 in which the uniformity of the light quantity distribution is at least 0.4. And it is confirmed that a plurality of combinations of the horizontal length (Lx) are derived. When the uniformity of the light quantity distribution is the same, the protrusion height of the two-dimensional pattern is generally proportional to the wavelength of the used light.

본 시뮬레이션에 이용되는 광의 파장은 532 nm 이므로, 광량 분포의 균일도가 0.4 이상 수준을 보이려면 2차원 패턴의 돌출 높이는 이용되는 광의 파장의 0.084 내지 0.113 배인 것이 바람직하다.Since the wavelength of the light used in this simulation is 532 nm, it is preferable that the protrusion height of the two-dimensional pattern is 0.084 to 0.113 times the wavelength of the used light in order to show the uniformity of the light quantity distribution at a level of 0.4 or more.

그리고 도 9a 내지 도 9k에 도시된 결과를 살펴보면, 2차원 패턴(131)의 세로 길이(Ly)가 189 nm 내지 336 nm 인 경우 광량 분포의 균일도가 0.4 이상 수준을 보이는 2차원 패턴(131)의 세로 길이(Ly) 및 가로 길이(Lx)의 조합이 다수 도출되는 것으로 확인된다.And looking at the results shown in FIGS. 9A to 9K, when the vertical length (Ly) of the two-dimensional pattern 131 is 189 nm to 336 nm, the uniformity of the light distribution shows a level of 0.4 or higher of the two-dimensional pattern 131. It is confirmed that a plurality of combinations of the vertical length Ly and the horizontal length Lx are derived.

본 시뮬레이션에 이용되는 선형 격자, 선형 패턴 및/또는 격자들의 피치는 365 nm 이므로, 광량 분포의 균일도가 0.4 이상 수준을 보이려면 2차원 패턴의 세로 길이(Ly)는 선형 격자, 선형 패턴 및/또는 격자들의 피치 대비 0.50 내지 0.921 배인 것이 바람직하다.Since the pitch of the linear grating, the linear pattern, and/or the gratings used in this simulation is 365 nm, the vertical length (Ly) of the two-dimensional pattern is the linear grating, the linear pattern and/or It is preferably 0.50 to 0.921 times the pitch of the gratings.

그리고 도 9a 내지 도 9k에 도시된 결과를 살펴보면, 2차원 패턴(131)의 가로 길이(Lx)가 420 nm 내지 483 nm 인 경우 광량 분포의 균일도가 0.4 이상 수준을 보이는 2차원 패턴(131)의 세로 길이(Ly) 및 가로 길이(Lx)의 조합이 다수 도출되는 것으로 확인된다.And looking at the results shown in FIGS. 9A to 9K, when the horizontal length (Lx) of the two-dimensional pattern 131 is 420 nm to 483 nm, the uniformity of the light quantity distribution is at least 0.4 of the two-dimensional pattern 131. It is confirmed that a plurality of combinations of the vertical length Ly and the horizontal length Lx are derived.

본 시뮬레이션에 이용되는 선형 격자, 선형 패턴 및/또는 격자들의 피치는 365 nm 이므로, 광량 분포의 균일도가 0.4 이상 수준을 보이려면 2차원 패턴의 가로 길이(Lx)는 선형 격자, 선형 패턴 및/또는 격자들의 피치 대비 0.150 내지 1.324 배인 것이 바람직하다.Since the pitch of the linear grating, the linear pattern, and/or the gratings used in this simulation is 365 nm, the horizontal length (Lx) of the two-dimensional pattern is the linear grating, the linear pattern and/or It is preferably 0.150 to 1.324 times the pitch of the gratings.

한편, 도 9c 는 2차원 패턴(131)의 돌출높이가 50nm 인 경우이고, 2차원 패턴의 가로 길이(Lx) 부분이 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 90 °를 이루고 있을 때의 광량 분포의 균일도를 나타낸 것이고, 도 9l은 도 9c 대비 2차원 패턴의 가로 길이(Lx) 부분이 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직한 방향 기준 반시계 방향으로 10°만큼 회전된 상태일 때의 광량 분포의 균일도를 나타낸 것이고, 도 9m은 도 9c 대비 2차원 패턴의 가로 길이(Lx) 부분이 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직한 방향 기준 반시계 방향으로 18°만큼 회전된 상태일 때의 광량 분포의 균일도를 나타낸 것이며, 도 9n은 도 9c 대비 2차원 패턴의 가로 길이(Lx) 부분이 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직한 방향 기준 반시계 방향으로 20°만큼 회전된 상태일 때의 광량 분포의 균일도를 나타낸 것이다.Meanwhile, in FIG. 9C , the protrusion height of the two-dimensional pattern 131 is 50 nm, and the horizontal length (Lx) portion of the two-dimensional pattern extends in the linear grating 121 provided in the first diffractive optical element 120 . It shows the uniformity of the light quantity distribution when forming 90 °, and FIG. 9L shows the horizontal length (Lx) portion of the two-dimensional pattern compared to FIG. 9C of the linear grating 121 provided by the first diffractive optical element 120 It shows the uniformity of the light quantity distribution when it is rotated by 10° counterclockwise based on the direction perpendicular to the extension direction, and FIG. 9M shows that the horizontal length (Lx) part of the two-dimensional pattern compared to FIG. (120) shows the uniformity of the light quantity distribution when the linear grating 121 is rotated by 18° in a counterclockwise direction based on a direction perpendicular to the extension direction, and FIG. 9N is a two-dimensional pattern compared to FIG. 9C Showing the uniformity of the light quantity distribution when the horizontal length (Lx) part is rotated by 20° counterclockwise based on the direction perpendicular to the extension direction of the linear grating 121 provided in the first diffractive optical element 120 will be.

도 9c 및 도 9l 내지 도 9m을 살펴보면, 2차원 패턴의 가로 길이(Lx) 부분이 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직하거나, 2차원 패턴의 가로 길이(Lx) 부분이 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직한 방향 기준 20°미만만큼 회전된 상태일 때의 광량 분포의 균일도가 0 을 초과하여 달성될 수 있다. 9C and 9L to 9M, the horizontal length (Lx) portion of the two-dimensional pattern is perpendicular to the extending direction of the linear grating 121 provided in the first diffractive optical element 120, or the horizontal length of the two-dimensional pattern When the length (Lx) part is rotated by less than 20° in a direction perpendicular to the extension direction of the linear grating 121 provided in the first diffractive optical element 120, the uniformity of the light quantity distribution exceeds 0. can be

종합해보면, 제2회절 광학소자(130)가 배치된 영역 전체적으로 광이 균일하게 출력되기 위해서는 2차원 패턴(131)의 수평단면은 타원형상이고, 타원형상의 장축은 제1회절 광학소자(120)가 구비하는 선형 격자(121)의 연장 방향과 수직한 방향과 20 °미만의 각도를 형성하는 것이 바람직하다.In summary, in order to uniformly output light throughout the area in which the second diffractive optical element 130 is disposed, the horizontal cross section of the two-dimensional pattern 131 has an elliptical shape, and the long axis of the elliptical shape includes the first diffractive optical element 120 . It is preferable to form an angle of less than 20 ° with the direction perpendicular to the extension direction of the linear grating 121 .

본 발명의 다른 측면에 따른 디스플레이 장치(미도시)는 영상을 형성하는 영상광을 출력하는 광원(미도시)과, 본 발명의 일 측면에 따른 회절 도광판(100)을 포함할 수 있다. 광원으로부터 출력된 영상광은 제1회절 광학소자(120)에 입력 및 회절되어 제2회절 광학소자(130)의 제1격자(L1') 및 제2격자(L2')에 커플링되며, 제1격자(L1') 및 제2격자(L2')는 커플링되어 수광된 광을 회절시켜 1차원적으로 확장하며, 1차원적으로 확장된 광은 다른 종류의 격자(L2', L1')에 커플링되고 회절에 의해 광가이드부(110)로부터 출력될 수 있다. 제2회절 광학소자(120) 전 영역에 걸쳐 배치된 2차원 패턴에 의해 구성된 제1격자(L1') 및 제2격자(L2') 각각에 의해 제1회절 광학소자(120)로부터 수광된 광을 확장하고 또한 확장된 영상광을 출력하므로, 시야각을 크게 형성할 수 있고 또한 아이모션박스 또한 넓게 형성하여 다양한 신체 조건을 가지는 사용자의 동공들에 폭넓게 대응 가능하다는 장점이 있다. A display apparatus (not shown) according to another aspect of the present invention may include a light source (not shown) for outputting image light forming an image, and the diffractive light guide plate 100 according to an aspect of the present invention. The image light output from the light source is input and diffracted to the first diffraction optical element 120 , and is coupled to the first grating L1 ′ and the second grating L2 ′ of the second diffraction optical element 130 , The first grating L1' and the second grating L2' are coupled to diffract the received light to expand one-dimensionally, and the one-dimensionally expanded light is a different type of grating L2' and L1'. may be coupled to and output from the light guide unit 110 by diffraction. Light received from the first diffraction optical element 120 by each of the first grating L1 ′ and the second grating L2 ′ constituted by a two-dimensional pattern disposed over the entire region of the second diffraction optical element 120 . It expands and outputs the expanded image light, so it is possible to form a large viewing angle and also form a wide i-motion box, which has the advantage of being able to respond widely to the pupils of users with various body conditions.

도 10a는 본 발명의 일 측면에 따른 회절 도광판의 일 실시예의 제2회절 광학소자에서 출력되는 광을 촬상한 이미지이며, 도 10b는 2차원 패턴의 수평단면이 원형인 회절 도광판의 비교예의 제2회절 광학소자에서 출력되는 광을 촬상한 이미지이다.10A is an image obtained by capturing light output from a second diffractive optical element of an embodiment of a diffractive light guide plate according to an aspect of the present invention, and FIG. 10B is a second comparative example of a diffractive light guide plate having a circular horizontal cross-section of a two-dimensional pattern. It is an image obtained by capturing the light output from the diffractive optical element.

비교예의 제2회절 광학소자에서 출력되는 광은 상하 방향 보다는 좌우 방향에 치중되어 광이 출력되는 반면, 본 발명의 실시예의 제2회절 광학소자에서 출력되는 광은 좌우 방향을 포함하여 상하 방향으로도 광이 분포되어 균일하게 출력되는 것을 확인할 수 있다.The light output from the second diffractive optical element of the comparative example is focused in the left-right direction rather than the up-down direction, and the light is output, whereas the light output from the second diffractive optical element of the embodiment of the present invention is also in the up-down direction including the left-right direction It can be seen that the light is distributed and uniformly output.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above-mentioned preferred embodiments, various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover such modifications and variations as long as they fall within the gist of the present invention.

100 : 회절 도광판
110 : 광가이드부
120 : 제1회절 광학소자
121 : 선형 격자
130 : 제2회절 광학소자
131 : 2차원 패턴
L1 : 제1선형 패턴
L2 : 제2선형 패턴
L1' : 제1격자
L2' : 제2격자
100: diffraction light guide plate
110: optical guide part
120: first diffraction optical element
121: linear grid
130: second diffraction optical element
131: two-dimensional pattern
L1: first linear pattern
L2: second linear pattern
L1': first lattice
L2': second lattice

Claims (9)

광을 안내하기 위한 광가이드부;
광원으로부터 출력된 광이 입력되어 상기 광가이드부 상에서 안내될 수 있도록 미리 정해진 피치로 반복 형성된 선형 격자를 구비하여 상기 입력된 광을 회절시키는 제1회절 광학소자; 및
상기 광가이드부의 일면 상에 상기 제1회절 광학소자가 배치되는 영역과 구별되는 영역에 배치되되, 제1방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제1선형 패턴과 상기 제1방향과 다른 제2방향을 따라 미리 정해진 피치로 반복 나열되는 가상의 제2선형 패턴이 상호 교차하는 영역 내에 제공되는 2차원 패턴을 구비하는 제2회절 광학소자를 포함하며,
상기 2차원 패턴의 수평단면은 타원형상이며, 상기 타원형상의 장축이 상기 제1회절 광학소자가 구비하는 선형 격자의 연장 방향과 수직한 방향과 형성하는 각도는 20°미만이고,
상기 2차원 패턴은 상기 광가이드부의 일면으로부터 돌출 형성되며,
상기 2차원 패턴의 돌출 높이는, 상기 광원으로부터 출력된 광의 파장 대비 0.084 내지 0.113 배인, 회절 도광판.
a light guide unit for guiding light;
a first diffraction optical element having a linear grating repeatedly formed at a predetermined pitch so that light output from the light source is input and guided on the light guide unit to diffract the input light; and
A virtual first linear pattern that is disposed on one surface of the light guide part in a region distinct from the region in which the first diffractive optical element is disposed, and is repeatedly arranged at a predetermined pitch along the first direction, is different from the first direction A second diffractive optical element having a two-dimensional pattern provided in a region where a second virtual linear pattern repeatedly arranged at a predetermined pitch along a second direction intersects each other,
The horizontal cross-section of the two-dimensional pattern has an elliptical shape, and the angle formed by the long axis of the elliptical shape with the direction perpendicular to the extension direction of the linear grating provided in the first diffractive optical element is less than 20°,
The two-dimensional pattern is formed to protrude from one surface of the light guide part,
The protrusion height of the two-dimensional pattern is 0.084 to 0.113 times the wavelength of the light output from the light source, the diffraction light guide plate.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 타원 형상의 장축은, 상기 선형 격자 및 상기 선형 패턴의 피치 대비 0.50 내지 0.921 배인, 회절 도광판.
The method of claim 1,
The long axis of the elliptical shape is 0.50 to 0.921 times the pitch of the linear grating and the linear pattern.
제1항에 있어서,
상기 타원 형상의 단축은, 상기 선형 격자 및 상기 선형 패턴의 피치 대비 0.084 내지 0.113 배인, 회절 도광판.
According to claim 1,
The short axis of the elliptical shape is 0.084 to 0.113 times the pitch of the linear grating and the linear pattern.
제1항에 있어서,
상기 선형 격자 및 상기 선형 패턴은 각각의 피치에 반비례하는 크기 및 상기 선형 격자 및 선형 패턴이 연장된 방향과 수직한 방향으로 정의되는 격자 벡터를 가지며,
상기 제1회절 광학소자의 선형 격자, 상기 제2회절 광학소자의 상기 제1선형 패턴 및 상기 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터의 합은 0의 크기를 가지는, 회절 도광판.
According to claim 1,
The linear grating and the linear pattern have a size inversely proportional to their pitch and a grating vector defined in a direction perpendicular to a direction in which the linear grating and the linear pattern extend,
The diffraction light guide plate, wherein the sum of the grating vectors of each of the linear grating of the first diffractive optical element, the first linear pattern of the second diffractive optical element, and the second linear pattern has a magnitude of zero.
제6항에 있어서,
상기 제1회절 광학소자의 선형 격자, 상기 제2회절 광학소자의 상기 제1선형 패턴 및 상기 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터는 서로 동일한 크기를 가지는, 회절 도광판.
7. The method of claim 6,
The linear grating of the first diffractive optical element, the grating vector of each of the first linear pattern and the second linear pattern of the second diffractive optical element have the same size.
제6항에 있어서,
상기 제1회절 광학소자의 선형 격자, 상기 제2회절 광학소자의 상기 제1선형 패턴 및 상기 제2선형 패턴 각각의 격자 벡터는 서로 60 °의 각을 형성하는, 회절 도광판.
7. The method of claim 6,
and a grating vector of each of the linear grating of the first diffractive optical element, the first linear pattern and the second linear pattern of the second diffractive optical element form an angle of 60° with each other.
영상을 형성하는 영상광을 출력하는 광원; 및
제1항 또는 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 장치.

a light source for outputting image light forming an image; and
A display device comprising the diffractive light guide plate according to any one of claims 1 to 8.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2529003B (en) * 2014-08-03 2020-08-26 Wave Optics Ltd Optical device
JP7213831B2 (en) * 2017-06-13 2023-01-27 ビュージックス コーポレーション Image light guide with overlapping grating for expanded light distribution

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170102543A1 (en) * 2015-10-07 2017-04-13 Tuomas Vallius Diffractive optical element with integrated in-coupling, exit pupil expansion, and out-coupling

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