KR102359045B1 - 도파관 내부 및 도파관에 관련된 개선 - Google Patents

Abstract

표시 장치용 도파관을 제조하는 방법으로서, 평면의 광 도파관 부분(20)을 제공하는 단계; 광학적으로 투명한 고체를 형성하도록 경화가능한 유체 재료(11)를 상기 광 도파관 부분 상에 피착시키는 단계; 입력 회절 격자 영역, 중간 회절 격자 영역, 및 출력 회절 격자 영역을 형성하는 임프레션을 상기 유체 재료 상에 임프레싱(30)하는 단계로서, 상기 중간 회절 격자 영역의 유체 재료는 적어도 상기 입력 회절 격자 영역의 유체 재료와 연속하는, 임프레싱하는 단계; 및 상기 임프레션을 고화시키기 위해 임프레싱된 유체 재료를 경화(45)하는 단계를 포함한다. 상기 입력 회절 격자의 물리적 위치는 상기 중간 회절 격자의 지형적 영역의 완전히 내부에 배치되고, 상기 입력 회절 격자와 상기 중간 회절 격자의 격자 벡터는 상이한 각각의 방향으로 배향된다.

Description

도파관 내부 및 도파관에 관련된 개선{IMPROVEMENTS IN AND RELATING TO WAVEGUIDES}

본 발명은 디스플레이용 광 도파관과 같은 도파관과 표시 디바이스에 관한 것이지만, 이에 한정되지는 않는다. 특히, 본 발명은 이미지 담지 광이 도파관에 주입되고, 가시 이미지를 형성하기 위해 확장되고, 뷰잉을 위해 도파관으로부터 방출되는 표시 디바이스에 관한 것이다.

이러한 유형의 종래 기술의 표시 디바이스는 3개의 연속적인 기능의 각각을 수행하도록 배치된 3개의 별개의 회절 격자를 포함하는 슬래브 도파관(slab waveguide)을 포함할 수 있다. 제1 격자는 슬래브 도파관에 따른 방향으로 수광된 광을 회절시키기 위한 광 입력 영역으로서의 역할을 한다. 제2 격자는 제1 차원의 제1 격자로부터의 광을 확장시키는 역할을 하며, 제3 격자는 확장된 광을 수광하고, 제1 차원에 수직한 제2 차원의 광을 더욱 확장하고 그 결과를 도파관으로부터 출력하는 역할을 한다. 제2 회절 격자가 회절된 광을 제3 회절 격자에 도달할 수 있게 하는 데 필요한 방향으로 수광된 광을 회절할 수 있게 하기 위해, 제2 격자의 격자선의 방향에 대해 적절한 방향으로 제1 격자로부터 제2 격자에 의해 광이 수광되는 것이 또한 필요하다. 제1 (입력) 격자와 제2 격자의 격자선들의 방향 사이의 오정렬은 제3 (출력) 격자의 격자선의 방향에 대한 제2 격자로부터 출력된 광의 오정렬로 귀결될 것이다.

이것은 제3 (출력) 격자에 의해 출력되는 이미지 담지 광으로부터의 이미지 재현성의 품질 저하의 전체적인 효과를 갖는다.

제1 및 제2 회절 격자 사이의 오정렬된 격자선의 가능성을 감소시키려는 시도로, 일부 종래 기술의 방법은 제1 및 제2 격자 양쪽을 전체 격자선의 하나의 공통 방향을 갖는 하나의 일반 격자 구조의 다른 부분으로 프레싱 또는 스탬핑하는 단계를 포함한다. 이것은 공통의 단일 격자 스탬퍼로부터 스탬핑된 2개의 별개의 격자 영역의 형태(예를 들면, 도 1a) 또는 하나의 스탬퍼로부터 스탬핑된 하나의 격자 패턴의 2개의 별개의 영역의 형태(예를 들면, 도 1b)일 수 있다.

그러나, 양쪽 경우에, 제3 (출력) 격자로의 전방향(onward) 회절을 위한 제2 격자의 격자선에 대한 입사 방향의 적절한 각도에서 제1 격자 또는 격자 영역으로부터 제2 격자 또는 격자 영역이 입력광을 수광할 수 있도록, 제1 격자 또는 격자 영역으로부터 나오는 광은 제2 격자 또는 격자 영역을 향해 다시 반사되어 리디렉팅되어야 한다. 높은 반사성 표면이 이를 달성하기 위해서 슬래브 도파관의 에지의 일부를 따라 제공되어야 한다.

반사성 표면은 사용되는 경우 매우 높은 광학 표준으로 제조되어야 한다. 매우 평탄한 표면에 대한 반사성 슬래브 에지의 연마가 필요하다. 이는 달성하기 어렵고 이러한 도파관은 생산하는 데 비용이 많이 든다.

본 발명은 이러한 문제를 다루는 것을 목적으로 한다.

제1 양태에서, 본 발명은 표시 장치용 도파관을 제공하고, 도파관은, 광을 표시되도록 안내하기 위한 평면의 광 도파관 부분; 광을 수광하고, 그에 의해 안내하기 위해 광 도파관 부분을 따라 수광된 광을 회절시키도록 구성된 입력 회절 격자; 광 도파관 부분을 통해 입력 회절 격자와 광학적으로 커플링되고, 입력 회절 격자로부터 회절된 광을 수광하고 회절에 의해 제1 차원으로 수광된 광을 확장하도록 구성되는 중간 회절 격자; 및 광 도파관 부분을 통해 중간 회절 격자에 광학적으로 커플링되고, 확장된 광을 수광하고 표시를 위한 회절에 의해 광 도파관 부분으로부터 수광된 확장된 광을 출력하도록 구성되는 출력 회절 격자를 포함하고, 입력 회절 격자는 중간 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체적으로 놓이도록 위치되고, 입력 회절 격자와 중간 회절 격자의 격자 벡터는 상이한 각각의 방향으로 배향된다. 예를 들어, 각각의 격자 벡터가 도파관 부분의 평면에 실질적으로 놓이지 않는다면, 광 도파관 부분의 평면 상으로의 입력 회절 격자와 중간 회절 격자의 격자 벡터의 돌출부는 상이한 각각의 방향으로 향할 수 있다.

입력 회절 격자는, 입력 회절 격자의 물리적 위치가 중간 회절 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 놓이도록 중간 회절 격자와 실질적으로 면내 또는 동일면에 위치될 수 있다.

입력 회절 격자의 외견상 위치가 중간 회절 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 놓이도록, 입력 회절 격자는 중간 회절 격자에 인접하게(예를 들어, 평행하지만 면외) 위치될 수 있다. 중간 회절 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 놓이는 입력 회절 격자의 위치는 물리적/실제의 위치일 수 있거나, 외견상 위치일 수 있다. 지형적 영역 또는 풋프린트 내의 입력 격자의 외견상 위치는, 중간 격자가 형성되고 중간 회절 격자의 외부 경계/주위에 의해 포위되는 표면이 자체로 별개의 표면 상에 형성되는 입력 격자 위에 전체로 연장하도록, 중간 회절 격자 부근에 적절하게 입력 격자를 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 예는 광 도파관 부분의 하나의 평면 상에 중간 회절 격자를 형성하고, (예를 들어, 도파관 부분을 통해 볼 수 있는) 후자의 평면 상으로 돌출되는 중간 격자의 풋프린트 내의 도파관 부분의 대향하는 평면 상의 입력 회절 격자를 형성하는 것이다.

바람직하게는, 중간 회절 격자의 재료는, 수광된 광이 입력 회절 격자로부터 중간 회절 격자로 내부 전반사에 의해 안내되는 그 일측에서 광 도파관 부분의 표면의 이러한 부분의 전부를 덮는다.

중간 회절 격자의 재료는 바람직하게는 적어도 입력 회절 격자의 재료와 연속된다.

중간 회절 격자의 재료는 출력 회절 격자의 재료와 연속될 수 있다.

중간 회절 격자는 도파관의 표면에 형성된 표면 양각 격자일 수 있다. 입력 회절 격자와 출력 회절 격자는 각각 도파관의 표면에 형성된 양각 격자일 수 있다.

중간 회절 격자는 구형파 격자 구조를 포함할 수 있다. 입력 격자 및/또는 출력 격자는 블레이즈(blazed) 격자 구조를 포함할 수 있다.

도파관은 중간 회절 격자 상의 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 중간 회절 격자의 재료의 굴절률과 상이한 굴절률을 가질 수 있다.

도파관은 입력 및/또는 출력 회절 격자의 재료의 굴절률과 상이한 굴절률을 가질 수 있는 입력 및/또는 출력 회절 격자 상의 코팅을 포함할 수 있다.

출력 회절 격자는 바람직하게는 중간 회절 격자로부터 확장된 광을 수광하고 제2 차원으로 수광된 광을 제1 차원에 대해 횡으로 확장하도록 구성된다.

본 발명은 상술한 도파관을 포함하는 표시 디바이스를 제공할 수 있다.

제2 양태에서, 본 발명은, 광을 수광하고 도파관을 따라 수광된 광을 회절시키는 입력 회절 격자, 입력 회절 격자로부터 회절된 광을 수광하고 회절에 의해 제1 차원으로 수광된 광을 확장하는 중간 회절 격자, 및 회절에 의해 광 도파관으로부터 확장된 광을 수광 및 출력하는 출력 회절 격자를 포함하는, 표시 장치를 위한 도파관을 제조하기 위한 방법을 제공하며, 본 방법은, 평면의 광 도파관 부분을 제공하는 단계; 광학적으로 투명한 고체를 형성하기 위해 경화 가능한 유체 재료를 광 도파관 부분 상에 피착시키는 단계; 입력 회절 격자 영역, 중간 회절 격자 영역 및 출력 회절 격자 영역을 규정하는 임프레션을 유체 재료 상에 임프레싱하는 단계로서, 중간 회절 격자 영역의 유체 재료는 적어도 입력 회절 격자 영역의 유체 재료와 연속하는 임프레싱하는 단계; 및 임프레션을 고화시키기 위해 임프레싱된 유체 재료를 경화시키는 단계를 포함하고, 입력 회절 격자는 중간 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 위치되고, 입력 회절 격자와 중간 회절 격자의 격자 벡터는 상이한 각각의 방향으로 배향된다. 예를 들어, 각각의 격자 벡터가 도파관 부분의 면내에 실질적으로 놓이지 않는다면, 입력 회절 격자와 중간 회절 격자의 광 도파관 부분의 평면 상으로의 격자 벡터의 돌출부는 바람직하게는 상이한 각각의 방향으로 배향된다.

입력 회절 격자의 물리적 위치가 중간 회절 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 놓이도록, 입력 회절 격자는 중간 회절 격자와 실질적으로 면내 또는 동일면에 위치될 수 있다.

바람직하게는, 경화된 재료는, 수광된 광이 입력 회절 격자로부터 중간 회절 격자로 내부 전반사에 의해 안내되는 그 일측에서 광 도파관 부분의 표면의 이러한 부분 전체를 덮는다.

임프레싱은 입력 격자와 중간 회절 격자 양쪽을 평면 도파관의 동일한 일측에서 유체 재료 상에서 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

임프레싱은 입력 격자를 둘러싸는 회절 영역으로서 입력 격자와 중간 회절 격자 양쪽을 평면 도파관의 동일한 일측에서 유체 재료 상에 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

중간 회절 격자 영역의 유체 재료는 출력 회절 격자 영역의 유체 재료와 연속할 수 있다.

임프레싱은 입력 격자, 중간 회절 및 출력 회절 격자의 각각을 평면 도파관의 동일한 일측에서 유체 재료 상에 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

임프레싱은 입력 격자, 중간 회절 및 출력 회절 격자의 각각을 동시에 유체 재료 상에서 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

경화는 입력 격자 및 중간 회절 또는 추가적으로 출력 회절 격자의 각각에 대해 동시에 유체 재료를 경화하는 것을 포함할 수 있다.

임프레싱은 구형파 격자 구조를 갖는 중간 회절 격자를 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

임프레싱은 블레이즈 격자 구조를 갖는 입력 격자 및/또는 출력 격자를 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

본 방법은 중간 회절 격자의 재료의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 중간 회절 격자에 대해 코팅을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 입력 및/또는 출력 회절 격자의 재료의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 입력 및/또는 출력 회절 격자에 대한 코팅을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

출력 회절 격자는 바람직하게는 중간 회절 격자로부터 확장된 광을 수광하고 제2 차원으로 수광된 광을 제1 차원에 대해 횡으로 확장하도록 구성된다.

제3 양태에서, 본 발명은 광을 수광하고 도파관을 따라 수광된 광을 회절시키는 입력 회절 격자, 입력 회절 격자로부터 회절된 광을 수광하고 회절에 의해 제1 차원으로 수광된 광을 확장하는 중간 회절 격자, 및 회절에 의해 광 도파관으로부터 확장된 광을 수광하고 출력하는 출력 회절 격자를 포함하는, 표시 장치용 도파관을 제조하기 위한 방법을 제공할 수 있으며, 본 방법은 평면 광 도파관 부분을 제공하는 단계; 광학적으로 투명한 고체를 형성하기 위해 경화 가능한 유체 재료를 광 도파관 부분의 대향하는 평면 상에 피착시키는 단계; 입력 회절 격자, 중간 회절 격자 및 출력 회절 격자를 규정하는 임프레션을 유체 재료 상에 임프레싱하는 단계; 및 임프레션을 고화시키기 위해 임프레싱된 유체 재료를 경화시키는 단계를 포함하고, 입력 회절 격자는 중간 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 위치되도록 중간 격자에 인접하게 위치되고, 입력 회절 격자와 중간 회절 격자의 격자 벡터는 상이한 각각의 방향으로 배향된다. 예를 들어, 각각의 격자 벡터가 도파관 부분의 평면에 실질적으로 놓이지 않는다면, 입력 회절 격자와 중간 회절 격자의 격자 벡터의 광 도파관 부분의 평면 상으로의 돌출부는 상이한 각각의 방향으로 배향되는 것이 바람직하다.

입력 회절 격자의 외견상 위치가 중간 회절 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 놓이도록, 입력 회절 격자는 이에 평행하지만 이와는 면 외에 있는 중간 회절 격자에 인접하게 위치될 수 있다. 중간 회절 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 놓이는 입력 회절 격자의 위치는 외견상 위치일 수 있다. 지형적 영역 또는 풋프린트 내의 입력 격자의 외견상 위치는, 중간 격자가 형성되고 중간 회절 격자의 외부 경계/주위에 의해 포위되는 표면이 자체로 별개의 표면 상에 형성되는 입력 격자 위에 전체로 연장하도록, 중간 회절 격자에 대해 적절하게 그 부근에 입력 격자를 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 예는 광 도파관 부분의 하나의 평면 상에 중간 회절 격자를 형성하고 (예를 들어, 도파관 부분을 통해 볼 수 있는) 후자의 평면 상에 돌출된 중간 격자의 풋프린트 내의 도파관 부분의 대향하는 평면 상에 입력 회절 격자를 형성하는 것이다.

유체 재료는 바람직하게는 평면 도파관 부분의 2개의 대향하는 측의 각각 상에 피착되며, 임프레싱은 실질적으로 비회절성 입력 윈도우 영역을 둘러싸는 회절 영역으로서 중간 회절 격자를 평면 도파관의 일측에서 유체 재료 상에서 임프레싱하는 것과, 입력 격자가 입력 윈도우 영역을 통해 보이도록 입력 격자의 평면 도파관의 대향하는 측에서 유체 재료 상에서 임프레싱하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 경화된 재료는, 수광된 광이 입력 회절 격자로부터 중간 회절 격자로 내부 전반사에 의해 안내되는 그 일측에서 광 도파관 부분의 표면의 이러한 부분의 전부를 덮는다.

중간 회절 격자 영역의 유체 재료는 출력 회절 격자 영역의 유체 재료와 연속일 수 있다.

임프레싱은 중간 회절 격자와 출력 회절 격자의 각각의 평면 도파관의 동일한 일측에서 유체 재료 상에서 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

경화는 평면 도파관의 일측에서 중간 회절 격자와 출력 회절 격자의 각각의 유체 재료를 동시에 경화하고, 후속적으로 평면 도파관의 대향측에서 유체 재료를 도포하는 것을 포함할 수 있다.

임프레싱은 평면 도파관의 대향측에서 유체 재료 상에서 입력 격자를 후속적으로 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

본 방법은 고화된 중간 회절 격자와 고화된 출력 회절 격자에 대해 유체 재료로 임프레싱된 입력 회절 격자의 방향을 조정하는 단계와, 후속적으로 선택된 방향에서 임프레싱된 입력 회절 격자를 경화하는 단계를 포함할 수 있다.

임프레싱은 구형파 격자 구조를 갖는 중간 회절 격자를 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

임프레싱은 블레이즈 격자 구조를 갖는 입력 격자 및/또는 출력 격자를 임프레싱하는 것을 포함할 수 있다.

본 방법은 중간 회절 격자의 재료의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 중간 회절 격자 상에 코팅을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 입력 및/또는 출력 회절 격자의 재료의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 입력 및/또는 출력 회절 격자 상에 코팅을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

출력 회절 격자는 중간 회절 격자로부터 확장된 광을 수광하고 제2 차원으로 수광된 광을 제1 차원에 대해 횡으로 확장하도록 구성되는 것이 바람직하다.

도파관 또는 그 상의 표면 주름의 굴절률의 주기적인 섭동 또는 변동은 회절 격자를 규정할 수 있으며, 이는 격자 임펄스(격자 벡터

)의 정수(m)를 가산하거나 감산함으로써 격자 표면을 따른 입사광 파

의 임펄젼(파 벡터 표면 성분

)을 바꾸는 효과를 갖는다:

여기에서,

및 d는 격자의 면내에 있고 격자의 주기성의 방향인(예를 들어, 직선의 격자 선/그루브의 방향에 수직) 유닛 벡터 방향

의 격자 주기이다.

격자가 xy 면에 있고 주기성이 x축을 따른다면, 입사 광선은 그루브에 수직인 면에 있으며, 반사식은 소위 격자 등식의 형태를 취한다:

여기에서, λ는 광의 파장이다.

본 발명의 예시적인 실시예를 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 이하 설명한다:
도 1a 및 1b는 각각 종래 기술에 따른 슬래브 도파관을 나타낸다;
도 2a 내지 2f는 도 1에 따른 슬래브 도파관의 제조 프로세스를 개략적으로 나타낸다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬래브 도파관을 나타낸다;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬래브 도파관의 2개의 대향하는 양측의 평면측을 나타낸다;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슬래브 도파관으로의 광 입력의 상호 작용 및 그에 의한 출력을 개략적으로 나타낸다;
도 6은 도 1의 종래 기술의 슬래브 도파관과 도 4 및 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 슬래브 도파관의 입력광의 안내 사이의 비교를 개략적으로 나타낸다;
도 7은 도 1의 종래 기술의 슬래브 도파관과 도 4 및 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 슬래브 도파관의 입력광의 안내 사이의 추가적인 비교를 개략적으로 나타낸다;
도 8 및 도 9는 도 1의 종래 기술의 슬래브 도파관과 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 슬래브 도파관의 입력광의 안내 사이의 비교를 개략적으로 나타낸다;
도 10a 내지 10d는 도 4에 따른 본 발명의 슬래브 도파관을 제조하는 프로세스를 개략적으로 나타낸다; 그리고,
도 11a 내지 11i는 도 5에 따른 본 발명의 슬래브 도파관을 제조하는 프로세스를 개략적으로 나타낸다.

도면에서 동일한 참조 부호는 동일 항목을 나타낸다.

도 1a는 표시 장치를 위한 종래 기술의 도파관을 나타낸다. 도파관은 슬래브의 2개의 대향하는 평행하고 평탄한 표면들 사이의 내부 전반사에 의해 내부에서 광을 안내하기 위한 슬래브 광 도파관(1)을 포함한다.

표시되는 이미지 담지 광은 이미지 담지 광(6)을 수광하고, 입력 회절 격자에 광학적으로 커플링된 중간 회절 격자(4)를 통해 안내하기 위한 슬래브 광 도파관을 따라 수광된 광(7)을 회절시키기 위해 구성된 입력 회절 격자(2)를 통해 슬래브로 입력된다. 중간 격자(4)는 회절에 의해 제1 차원(7)으로 수광된 광을 확장하고 슬래브 광 도파관을 통해 중간 회절 격자에 광학적으로 커플링된 출력 회절 격자(5)를 향해 확장된 광(8)을 디렉팅하도록 구성된다.

출력 격자는 사용자(10)에 대한 표시를 위한 회절에 의해 슬래브 광 도파관으로부터 수광된 확장된 광(8)을 수광하고 이를 출력(9)하도록 구성된다.

입력 회절 격자(2)는 반사 코팅(3)에 의해 코팅된 슬래브 도파관의 반사성 에지 부분을 통해 중간 회절 격자에 광학적으로 커플링된다. 따라서, 입력광(6)은 반사성 에지를 향해 회절되고, 슬래브 도파관 내의 내부 전반사에 의해 반사성 코팅/에지(3)로 안내된다. 반사성 에지에서의 반사 시에, 안내된 입력광은 그 후에 중간 회절 격자(4)를 향해 안내된다.

반사성 에지의 존재는 도파관의 제조를 복잡하게 하고, 도파관을 비교적 고비용으로 제조하게 하고, 제조하기 어렵게 하고, 일단 발생된 제조 오차에 대해 취약하게 한다. 도 1b는 중간 격자 영역에 결합되고 이와 일체로 형성됨으로써 중간 회절 격자에 접속된 인접 격자 영역으로서 입력 회절 격자(2)가 구축되는 도 1a의 종래 기술의 디바이스의 종래 기술의 변형을 개략적으로 나타낸다. 도 1b의 장치의 형태 및 동작은 만일 그렇지 않다면 도 1a의 장치의 형태 및 동작과 동일하며, 광선(6, 7, 8 및 9)은 이를 나타내기 위해 도 1b에 나타내어진다.

입력 회절 격자(도 1a) 또는 입력 회절 격자 영역(도 1b)의 격자선은 중간 회절 격자 또는 격자 영역의 격자선에 실질적으로 평행하며(그 격자 벡터는 동일함), 따라서 중간 격자의 격자선에 대해 적절한 방향으로 반사성 에지(3)를 사용하여 입력광(7)을 리디렉팅할 것을 필요로 한다는 것에 유의한다.

종래 기술의 디바이스(도 1a 및 1b)의 양쪽 예의 입력 및 중간 격자(또는 격자 영역)의 공통적으로 배향된 격자선(격자 벡터)은 도 1a의 장치에 대해 이하 설명하는 바와 같이 양각으로 공통적으로 배향된 격자선/그루브를 담지하는 단일 격자 스탬퍼의 사용에 의해 생성된다. 이러한 생산 방법은 도 1b의 디바이스의 제조에 동등하게 적용된다는 것에 유의한다. 양쪽의 경우에, 도파관 기판의 평면으로의 입력 및 중간 격자 부분의 격자 벡터의 돌출은, 이들 벡터가 동일하기 때문에 실질적으로 단지 평행하다.

도 2a 내지 2f는 해당 제조 프로세스를 개략적으로 나타낸다. 프로세스는, 광학적으로 투명한 고체를 형성하기 위해 경화 가능한 유체 경화 접착제(11)의 슬래브 광 도파관 기판(1) 상의 피착으로 시작한다(도 2a). 이러한 별개의 , 이산되고 고립된 경화 접착제의 피착부는, 도파관 기판에 의해 서로 광학적으로 커플링된 3개의 별개의 회절 격자 영역을 형성하도록 의도되는 위치에서 기판 상에 피착된다. 다음으로, (도 2b) 격자 스탬퍼(12)가 프로세스에 도입된다. 격자 스탬퍼는, 각각 3개의 별개의 표면 양각 회절 격자의 각 하나를 나타내는 한 면의 3면 양각 패턴(13, 14, 15)을 갖는다. 격자 스탬퍼의 각 표면 양각 패턴은 스탬핑하도록 설계된 격자에 대해 음이거나 상호적인 형태이다. 입력 격자에 대한 격자선의 양각(13)은 중간 격자에 대한 격자선의 양각 패턴(14)에 실질적으로 평행하다.

격자 스탬퍼는 일제히 유체 경화 접착제의 3개의 별개의 피착부 상에 임프레싱되어 3개의 별개의 이산된 회절 격자 중 각각의 하나에 대응하는 이러한 3개의 피착부 상에 임프레션을 형성한다. 3개의 회절 격자는 격자 스탬퍼의 제1 표면 양각 패턴(13)에 의해 규정되는 입력 회절 격자 영역, 격자 스탬퍼의 제2 표면 양각 패턴(14)에 의해 규정되는 중간 회절 격자 영역 및 격자 스탬퍼의 제3 표면 양각 패턴(15)에 의해 규정되는 출력 회절 격자 영역을 규정한다.

물론, 상술한 바와 같이, 하나의 패턴이 결합된 입력 및 중간 격자 구조에 대응하고 다른 것이 출력 격자 구조에 대응하는 2개의 별개의 표면 양각 패턴을 격자 스탬퍼가 포함하는 변형을 갖고, 동일한 기본 프로세스가 도 1b의 장치를 제조하는 데 적용된다. 또한, 단지 2개의 이산된 유체 경화 접착제의 피착부가 요구되며, 하나는 결합된 격자에 대한 것이고 하나는 출력 격자에 대한 것이다.

다음 제조 단계(도 2c)에서, 경화 접착제(11)가 여전히 유체 형태이고, 격자 스탬퍼가 이에 임프레싱되어 3개의 격자를 규정할 때, 복수의 다른 컬러의 광이 제1 표면 양각(입력) 회절 격자 패턴으로 임프레싱되는 경화 접착제 피착부로 입력된다. 이러한 입력 광은 입력 격자 패턴에 의해 도파관 기판의 일부인 반사성 에지(3)를 향해 도파관 기판(1)으로 회절되고(도 1 참조), 그 후 제2 표면 양각 패턴(14)에 의해 유체 경화 접착제의 제2 피착부에 형성된 중간 회절 격자 패턴으로 회절되고, 그 후 격자 스탬퍼(12)의 제3 표면 양각 패턴(15)에 의해 유체 경화 접착제의 제3 피착부 상에 임프레싱된 제3 (출력) 회절 격자 패턴으로 회절된다. 제3 (출력) 격자 패턴에서, 복수의 컬러의 광이 도파관 기판(1)으로부터 출력된다. 상이한 컬러의 광의 출력 방향 사이의 임의의 각 오정렬이 관측된다. 이러한 오정렬은, 이러한 2개 패턴의 격자 그루브가 실질적으로 평행하므로, 격자 스탬퍼에 의해 임프레싱된 중간 회절 격자 패턴(14)과 격자 스탬퍼의 제1 표면 양각 격자 패턴(13)에 의해 임프레싱된 입력 회절 격자 패턴과 도파관 기판의 반사성 에지(3) 사이의 오정렬에 기인할 것이다. 실제로, 전자로부터의 입력광의 입사각은, 그 광이 후속하는 회절 격자에 최적으로 커플링되도록 정확하게 정렬되어야 한다.

이러한 오정렬을 조정하기 위해서, 다음 제조 단계(도 2d)는 경화 접착제 피착부 내에 유체 회절 격자 임프레션을 재정렬하기 위해 도파관 기판(및 그 반사성 에지(3))에 대한 격자 스탬퍼의 신중한 회전을 필요로 한다. 상이한 컬러의 출력 광선이 관측될 경우의 각 정렬 시에 최적의 정렬이 검출된다.

최적의 정렬이 관측될 때, 유체 경화 접착제가 자외선(UV) 방사로 이를 조사함으로써 후속적으로 경화된다(도 2e). 이는 임프레싱된 유체 경화 접착제를 고화시켜, 입력, 중간 및 출력 회절 격자 임프레션을 고화시킨다.

결과적인 도파관(1)이 도파관 스탬퍼(12)로부터 분리되고(도 2f), 표면 양각에서 광을 수광하고 반사성 에지(3)를 향해 도파관을 따라 수광된 광을 회절하는 입력 회절 격자(2), 반사성 에지(3)로부터 회절된 광을 수광하고 회절에 의해 제1 차원으로 수광된 광을 확장하는 중간 회절 격자(4) 및 회절에 의해 광 도파관으로부터 확장된 광을 수광 및 출력하는 출력 회절 격자(5)를 포함한다.

이러한 종래 기술의 제조 프로세스는 시간 소모적이고, 어렵고 오차가 발생하기 쉽다.

본 발명의 2개의 실시예는 각각 제조 및 제품의 이러한 문제점을 다루는 표시 장치에 대한 도파관을 제공한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예는 각각 표시되는 광을 안내하기 위한 슬래브 광 도파관 기판(20, 24)을 포함한다. 기판은 이미지 담지 광을 수광하고 중간 격자(25)를 향해 직접 광 도파관을 따라 수광된 광을 회절하도록 표면 상에 굿성된 입력 회절 격자(21, 28)를 가져서 광이 도파관 내에서 안내된다.

중간 회절 격자(22,25)는 도파관의 표면에 형성되고 광 도파관을 통해 입력 회절 격자(20,24)에 광학적으로 커플링된다. 이는 직접 입력 회절 격자로부터 회절된 광을 수광하고 회절에 의해 제1 차원으로 수광된 광을 확장하도록 구성된다. 입력 격자의 격자 선/그루브는 중간 격자 선/그루브와 평행하지 않아, 2개의 격자의 격자 벡터는 다른 방향을 갖고, 도파관 기판의 평면 상의 그 각각의 돌출부도 다른 방향을 갖는다. 본 예에서, 격자 벡터는 도파관 구조의 평면에 평행하게 놓이고, 이와 같이, 그 위의 각각의 돌출부는 벡터 자체와 평행하다. 입력 격자는 중간 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 위치된다. 중간 격자의 지형적 영역/풋프린트 내에 위치됨으로써, 입력 격자의 실제 위치가 중간 격자의 경계 내에 규정될 수 있거나(예를 들어, 도 3), 입력 격자의 외견상 위치가 중간 격자의 경계 내에 규정될 수 있다는 것을 의미한다(예를 들어, 도 4).

출력 회절 격자(23, 27)는 광 도파관 부분을 통해 중간 회절 격자에 광학적으로 커플링되며, 확장된 광을 수광하고 표시를 위한 회절에 의해 광 도파관으로부터 수광된 확장된 광을 출력하도록 구성된다.

유의할 것은, 종래 기술의 디바이스와 같이 특별히 반사성 에지를 사용하지 않고, 또한 중간 회절 격자(22, 25)의 재료가 도파관 슬래브의 일측에서 광 도파관 부분의 표면의 이러한 부분 모두를 덮으며, 이를 통해 입력 이미지 담지 광이 입력 회절 격자(21, 28)로부터 중간 회절 격자(22, 25)로 내부 전반사에 의해 안내된다는 것이다.

도 3의 실시예에서, 중간 회절 격자(22)의 재료는 입력 회절 격자(21)의 재료와 연속한다. 하지만, 도 4의 실시예에서, 입력 회절 격자(28)의 재료는 중간 격자(25)의 재료와 연속하지 않는다. 실제로, 이러한 대안적인 실시예의 중간 격자(25) 및 출력 격자(27)는 그 위에 입력 격자(28)가 형성되는 슬래브 도파관 기판의 제2 평면측(24B)에 대향하는 슬래브 도파관 기판의 제1 평면측(24A)에 각각 형성된다. 도 4는 이러한 3개의 회절 격자를 갖는 제1 및 제2 슬래브측 양쪽을 나타낸다(도파관 슬래브를 “통해” 본 격자의 점선의 화살표 포인트).

상세하게 도 4를 참조하면, 도파관 기판의 일측(24A) 상의 중간 회절 격자는 원형으로 둘러싸는 회절 영역(25)과 실질적으로 비회절성인 입력 윈도우 영역(26)을 포함한다. 평면 도파관 기판의 대향측(24B)은 입력 윈도우 영역(26)과 등록되어 위치된 입력 격자(28)를 가져, 입력 격자를 입력 윈도우 영역을 통해 볼 수 있다. 입력 윈도우 영역은 중간 회절 격자를 형성하는 주위 회절 영역(25)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있고, 이와 연속적일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 입력 윈도우 영역은 노출되고 덮여지지 않은/코팅된 슬래브 도파관 기판의 벗겨진 채로 있고 노출된 영역의 재료의 부재에 의해 규정될 수 있다. 어느 한 경우에, 입력 윈도우(26)를 통한 외견상의, 입력 회절 격자(28)의 외견상 위치는 중간 격자의 경계 내에 있으며, 이와 같이 중간 격자의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 위치한다. 물론, 도 3의 예에서, 입력 회절 격자(21)의 실제 위치는 중간 격자의 경계 내에 있다. 전자의 경우에, 입력 격자는 중간 격자의 면외에 있고, 후자의 경우에는 면내에 있다.

또한, 중간 회절 격자(22, 25)의 재료는 이러한 실시예 중 하나 또는 각각에서 출력 회절 격자(23, 27)의 재료와 연속일 수 있다. 출력 회절 격자는 중간 격자 및/또는 입력 격자와 면내에서, 또는 그 중 하나/양쪽과 면외에서 형성될 수 있다. 이는 도파관 기판의 2개의 대향 표면의 적절한 하나 상에 출력 격자를 형성함으로써 달성될 수 있다.

중간 회절 격자(22, 25)는 슬래브 도파관 기판(20, 24)의 표면 상에 피착된 경화된 경화 접착제의 표면에 형성된 구형파 표면 양각 격자이다. 마찬가지로, 입력 회절 격자(21, 28)와 출력 회절 격자(23, 27) 양쪽은 각각 슬래브 도파관 기판의 표면 상에 피착된 경화된 경화 접착제의 표면에 형성된 블레이즈(blazed) 표면 양각 격자이다.

유전체 또는 금속 코팅이 입력, 중간 및/또는 출력 회절 격자 상에 원하는 경우에 피착될 수 있다. 코팅은 바람직하게는 해당 코팅된 회절 격자를 형성하는 경화된 경화 접착제의 재료의 굴절률과 상이한(예를 들어, 더 큰) 굴절률을 갖는다.

도파관의 이러한 실시예는 상술한 도파관을 포함하는 표시 디바이스에서의 사용을 위한 것이다. 예는 헬멧 장착 헤드업 디스플레이(HUD) 또는 차량(예를 들어, 전술 차량 또는 다른 차량의 조종실, 선실 등)에의 장착을 위한 HUD를 포함한다.

도 5는 사용되고 있는 도 3 또는 도 4의 실시예 중 어느 하나의 도파관을 개략적으로 나타낸다. 표시되는 이미지 담지 광(6)은, 중간 격자의 격자 선/그루브(또는 격자 벡터)에 대하여 그 격자 선/그루브(또는 격자 벡터)의 평행하지 않은 선택된 방향에 의해, 슬래브 광 도파관을 직접 따르고 중간 회절 격자(22, 25)를 향하고 이를 건너 회절 및 안내되는(7) 입력 회절 격자(21, 28)에서 슬래브 도파관(20, 24A)으로 입력된다. 중간 격자는, 출력(9) 그리고 사용자(10)에게 보이기 위해 슬래브 광 도파관을 통해 출력 회절 격자(23, 27)를 향해 그 격자 선/그루브(또는 격자 벡터)의 방향에 의해, 회절에 의해 제1 차원(7)으로 수광된 광을 확장하고 확장된 광(8)을 디렉팅하도록 구성된다.

특히, 출력 격자는 중간 격자(22, 25)로부터 확장된 광(8)을 수광하고 표시를 위한 회절에 의해 슬래브 광 도파관으로부터 수광된 확장된 광을 출력(9)하도록 구성된다. 출력 격자의 격자 선/그루브(즉, 격자 벡터)의 방향은 중간 격자의 격자 선/그루브(격자 벡터)의 방향과는 상이하다.

도 5는 중간 회절 격자 내에 위치되고 (도 3과 같이) 상이하게 배향된 격자 선/그루브/벡터와 공통으로 형성되거나 (도 4와 같이) 별개로 형성되지만 관련 실시예에 대해 적절하게 도파관의 입력 윈도우 영역을 통해 볼 수 있는 입력 회절 격자를 나타낸다.

도 6, 7, 8 및 9는 도 1a 또는 1b에 나타낸 종래 기술의 도파관에 비해 본 발명의 유리한 양태를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에서, 입력 격자로부터 중간 격자로 통과하는 광의 광 경로 길이를 도파관 기판의 반사성 에지(3)가 짧게 할 필요성의 사용의 회피를 알 수 있다. 따라서, 입력 회절 격자에 의해 지지되는 전체 각도 시계(TFOV)는 본 발명의 실시예들에서의 비교적 더 작은 폭을 갖는 중간 회절 격자에 의해 제공될 수 있다. 이것은, 중간 회절 격자가 면적이 더 작을 수 있으므로 도파관을 전체적으로 더 짧게 만들 수 있다.

또한, 도 7을 참조하면, 중간 격자의 폭/면적의 이러한 감소는, 출력 격자를 향하는 방향으로(즉, 출력 격자를 향해 “터닝”) 중간 회절 격자에 의해 회절된 광이 출력 격자를 향한 그 경로에서 중간 회절 격자의 더 작은 면적을 따라 통과할 필요가 있다는 것을 의미한다. 터닝된 광이 슬래브 도파관 기판의 대향하는 평면 사이에서 내부 전반사(TIR)에 의해 안내되면, 중간 격자 구조를 갖는 기판 표면으로부터의 각각의 TIR은 거기에서의 회절에 의한 광의 소정의 손실로 귀결될 것이라는 것에 유의해야 한다. 손실된 광은 “터닝된” 광이 나아가는 방향으로 - 즉, 출력 격자로부터 멀리 횡으로 디렉팅된다. 이 광은 출력 격자에 도달하지 않을 것이다. 중간 격자와 관련하여 이러한 손실성의 상호 작용이 더 적을수록 최종 표시 출력으로부터 더 적은 광이 손실된다. 따라서, 더욱 손실이 있는 종래 기술의 도파관(1)에 비해 도 7에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 중간 격자의 감소된 면적은 이러한 손실을 감소시킨다.

도 8 및 도 9는, 입력 회절 격자로부터 중간 회절 격자로의 내부 전반사에 의해 수광된 이미지 담지 광이 안내되는 그 일측에서 광 도파관 부분의 표면의 이러한 부분의 전부를 중간 회절 격자의 재료가 덮는 본 발명의 바람직한 실시예의 추가적인 이점을 나타낸다. 이것은, 입력 격자 및 중간 격자가 도파관 기판의 동일한 일측 상에서 연속인(면내) 도 3에 나타낸 실시예에서 발생한다. 또한, 이것은, 중간 격자의 재료와 동일한 재료를 포함하는 중간 격자와 연속하는 입력 윈도우(26)에 의해 입력 격자가 교체될 때 도 4의 실시예에서 발생한다. 이 경우에 입력 격자는 입력 윈도우를 통해 슬래브 도파관 기판의 반대측 상에서 볼 수 있다.

도 8은 본 발명(우측 이미지)의 실시예에 따른 도파관과 가상적인 비교 도파관(좌측 이미지)의 입력 격자 및 중간 격자를 통한 섹션의 측대측 비교를 나타낸다. 도파관 기판 표면 상의 고립되고 이산된 입력 및 출력 회절 격자의 생성의 효과는 광의 산란이 발생할 수 있는 도파관 기판 내의 안내된 광의 경로에 구조적인 에지를 제시한다는 것을 알 수 있다. 이는 이미지 밝기를 감소시키는 광의 손실, 또한 출력 이미지 콘트라스트 및 해상도를 열화시키는 랜덤하게 산란된 광에 의한 이미지 담지 광의 오염으로 귀결된다. 도 9는 도 8의 가상의 도파관의 단면도의 부분의 분해도에서의 이러한 효과를 나타낸다.

일 양태에서의 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 중간 회절 격자의 재료가 그 일측에서 광 도파관 부분의 상부면의 이러한 부분의 전체를 덮기 때문에(입력 격자의 재료 또는 입력 윈도우의 재료 중 어느 하나와 연속하여 중간 격자를 가짐), 내부 전반사에 의해 중간 격자로 통과하는 안내된 광에 이러한 산란 에지가 제시되지 않는다. 이러한 기술적 이점이 도 8의 좌측에서 나타낸 가상의 디바이스를 참조하여 나타내어졌지만, 가상적 디바이스의 구조의 불리한 점은 도 1a 및 1b에 나타낸 종래 기술의 디바이스에 의해 공유된다.

도 10a 내지 10d는, 도 3의 도파관이 제조될 수 있는 제조 프로세스를 개략적으로 나타낸다. 프로세스는, 광학적으로 투명한 고체를 형성하기 위해 경화 가능한 유체 겨오하 접착제(11)의 슬래브 광 도파관 기판(20) 상의 피착으로 시작한다(도 10a). 2개의 별개의 이산되고 고립된 경화 접착제의 피착부가 도파관 기판에 의해 서로 광학적으로 커플링된 2개의 별개의 회절 격자 영역을 형성하도록 의도되는 위치에서 기판 상에 피착된다. 다음으로, (도 10b) 격자 스탬퍼(30)가 프로세스에 도입된다. 격자 스탬퍼는, 각각 3개의 표면 양각 회절 격자의 각 하나를 나타내는 한면에 3면 양각 패턴(31, 32, 33)을 갖는다. 격자 스탬퍼의 각 표면 양각 패턴은 스탬핑하도록 설계된 격자에 대해 음이거나 상호적인 형태이다.

격자 스탬퍼는 일제히 유체 경화 접착제의 2개의 이산된 피착부 상에 임프레싱되어 3개의 회절 격자 중 각 하나에 대응하는 이러한 2개의 피착부 상에 임프레션을 형성한다. 3개의 회절 격자는 격자 스탬퍼의 제2 표면 양각 패턴(32)에 의해 규정되는 중간 회절 격자 영역의 지형적 영역 또는 풋프린트 내에 전체로 형성되는 격자 스탬퍼의 제1 표면 양각 패턴(31)에 의해 규정되는 입력 회절 격자 영역과 격자 스탬퍼의 제3 표면 양각 패턴(33)에 의해 규정되는 별개의 출력 회절 격자 영역을 규정한다. 입력 격자의 격자 선/그루브는 중간 격자의 본체를 향해 그리고 이를 통해 직접 입력광을 회절시키도록 중간 격자의 것에 평행하지 않게 격자 스탬퍼에 의해 규정된다.

다음으로(도 10c), 유체 경화 접착제가 그 자리에서 격자 스탬퍼에 대한 자외선(UV) 방사(45)로 이를 조사함으로써 경화된다. 이는 임프레싱된 유체 경화 접착제를 고화시켜 입력, 중간 및 출력 회절 격자 임프레션을 고화시킨다.

마지막으로 (도 10d) 도파관 슬래브 기판의 동일한 하나의 표면 상에 형성된 고화된 입력, 중간 및 출력 격자를 포함하는 스탬퍼가 도 3에 나타낸 구조의 도파관을 드러내기 위해 도파관 기판으로부터 분리된다.

이러한 프로세스는 반사성 에지를 사용할 필요성, 그리고 그에 따라 경화 접착제를 경화시키기 전에 이러한 에지와 회절 격자를 정렬할 필요성을 회피한다는 것에 유의한다.

도 11a 내지 도 11i는, 도 4의 도파관이 제조될 수 있는 제조 프로세스를 개략적으로 나타낸다. 프로세스는, 광학적으로 투명한 고체를 형성하기 위해 경화 가능한 유체 경화 접착제(11)의 슬래브 광 도파관 기판(24) 상의 피착으로 시작한다(도 11a). 2개의 별개의 이산되고 고립된 경화 접착제의 피착부는, 도파관 기판에 의해 서로 광학적으로 커플링된 2개의 별개의 회절 격자 영역을 형성하도록 의도되는 위치에서 기판 상에 피착된다.

다음으로, (도 11b) 격자 스탬퍼(40)가 프로세스에 도입된다. 격자 스탬퍼는, 각각 2개의 표면 양각 회절 격자의 각 하나를 나타내는 한 면에 2면 양각 패턴(41, 42)을 갖는다. 격자 스탬퍼의 각 표면 양각 패턴은 스탬핑하도록 설계된 격자에 대해 음이거나 상호적인 형태이다.

격자 스탬퍼는 일제히 유체 경화 접착제의 2개의 이산된 피착부 상에 임프레싱되어, 2개의 회절 격자 중 각각의 하나에 대응하는 이러한 2개의 피착부 상의 임프레션을 형성한다. 2개의 회절 격자는 격자 스탬퍼의 제1 표면 양각 패턴(42)에 의해 규정된 중간 회절 격자 영역과, 격자 스탬퍼의 제2 표면 양각 패턴(41)에 의해 규정된 별개의 출력 회절 격자 영역을 규정한다. 비회절성의 입력 윈도우 영역(43)이 또한 중간 격자에 대한 제1 표면 양각 패턴의 경계에 의해 그 내부에 위치되고 전체로 둘러싸이는 격자 스탬퍼에 의해 규정된다.

다음으로 (도 11c) 유체 경화 접착제는 그 자리에서 격자 스탬퍼(24)에 대한 자외선(UV) 방사(45)로 이를 조사함으로써 경화된다. 이는 임프레싱된 유체 경화 접착제를 고화시켜, 입력 윈도우, 중간 격자 및 출력 회절 격자 임프레션을 고화시킨다.

다음 제조 단계에서 (도 11d), 격자 스탬퍼는 도파관 슬래브 기판의 동일한 하나의 표면 상에 형성된 고화된 입력 윈도우(26), 중간 격자(27) 및 출력 격자를 드러내기 위해 도파관 기판으로부터 분리된다.

다음으로 (도 11e), 추가적인 유체 경화 접착제의 피착부가, 중간 및 출력 격자가 형성된 측(24A) 반대의 슬래브 광 도파관 기판(24B)의 측 상에 그 후 피착된다. 유체 경화 접착제는, 입력 윈도우(26)를 통해 볼 수 있고 이와 등록되어 입력 회절 격자를 형성하도록 의도되는 위치에서 피착된다. 스탬핑하도록 설계된 격자에 대해 음이거나 상호적인 형태로 표면 양각 회절 격자를 나타내는 하나의 표면의 표면 양각 패턴(45)을 갖는 입력 격자 스탬퍼(44)가 도입된다. 입력 격자 스탬퍼는 유체 경화 접착제의 이산된 피착부 상에 임프레싱된다.

다음으로 (도 11f), 입력 격자를 규정하기 위해 경화 접착제가 여전히 유체 형태로 있고 입력 격자 스탬퍼(44) 위에 임프레싱되어, 복수의 상이한 컬러의 광이 입력 윈도우(26)를 통해 도파관으로 입력된다. 이러한 입력광은 경화되지 않은 입력 격자 패턴에 의해 중간 회절 격자를 향해 그리고 출력 회절 격자를 향해 도파관 기판(24)으로 회절된다. 출력 격자(27)에서, 복수의 컬러의 광이 도파관 기판(24)으로부터 출력된다. 상이한 컬러의 광의 출력의 방향 사이의 임의의 각 오정렬이 관측된다. 이러한 오정렬은 도파관의 입력 격자(44)의 회절 격자 선/그루브와 중간 회절 격자의 회절 격자 선/그루브 사이의 오정렬 때문일 것이다. 실제로, 광이 전자로부터 출력되는 각도는, 광이 최적으로 후속 회절 격자에 커플링되도록 정확하게 정렬되어야 한다.

이러한 오정렬을 조정하기 위하여, 다음의 제조 단계(도 11g)는, 유체 경화 접착제 피착부 내의 유체 입력 회절 격자 임프레션의 격자 선/그루브의 방향을 재정렬하기 위해 도파관 기판(그리고 그 다른 격자(25, 27))에 대한 입력 격자 스탬퍼(44)의 주의 깊은 회전을 필요로 한다. 출력 광선의 상이한 컬러의 각 정렬이 관측될 때 최적의 정렬이 관측된다. 입력 격자 선은 최적의 정렬에서 중간 격자의 격자 선/그루브와 평행하지 않다는 것에 유의한다. 따라서, 각각의 격자 벡터는 상이한 방향을 갖는다.

최적의 정렬이 관측될 때, 유체 경화 접착제는 이를 자외선(UV) 방사(45)로 조사하여 후속적으로 경화된다(도 11h). 이는 임프레싱된 유체 경화 접착제를 고화시켜 입력 회절 격자 임프레션을 고화시킨다.

마지막으로 (도 11i), 도파관 슬래브 기판의 동일한 한 표면 상에 형성된 고화된 입력 윈도우, 중간 격자 및 출력 격자와, 슬래브 기판의 다른 측 상에 형성되고 입력 윈도우를 통해 볼 수 있는 입력 격자를 포함하는 제2 격자 스탬퍼(45)가 도 4에 나타낸 구조의 도파관을 드러내기 위해 도파관 기판으로부터 분리된다.

이러한 프로세스는 반사성 에지를 사용할 필요성을 회피시킨다는 것에 유의한다.

또한 추가적인 실시예에서, 유체 경화 접착제(11)를 슬래브 광 도파관 기판(24) 상에 피착시키는 단계(도 11a)는 대안적으로 중간 격자(25)의 입력 윈도우(26)의 의도된 위치에 경화 접착제가 피착되지 않는 방식으로 유체 경화 접착제를 피착하는 단계를 포함할 수 있다. 그 결과, 입력 윈도우는 경화 접착제를 전혀 포함하지 않고, 즉, 상술한 바와 같이 경화 접착제의 그루브/선-프리(free) 코팅이 아니라 중간 회절 격자 부분에 의해 둘러싸이는 깨끗하고 덮여지지 않은 광 기판 표면 영역을 포함할 것이다.

상술한 실시예는 예시적인 목적을 위한 것이며, 수정, 변형 및 그 모든 등가물은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이 예를 들어 청구항에 의해 규정되는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims (15)

1. 표시 장치용 도파관을 제조하는 방법으로서,
   상기 도파관은, 광을 수광하고 수광된 광을 상기 도파관을 따라 회절시키는 입력 회절 격자 영역; 상기 입력 회절 격자 영역으로부터 회절된 광을 수광하고 회절에 의해 수광된 광을 제1 차원(first dimension)으로 확장하는 중간 회절 격자 영역; 및 회절에 의해 상기 도파관으로부터 확장된 광을 수광하고 출력하는 출력 회절 격자 영역을 포함하고,
   상기 방법은:
   평면형 도파관 부분을 제공하는 단계;
   광학적으로 투명한 고체를 형성하도록 경화가능한 유체 재료를 상기 평면형 도파관 부분의 적어도 하나의 평평한 표면 상에 피착시키는 단계;
   상기 입력 회절 격자 영역, 상기 중간 회절 격자 영역, 및 상기 출력 회절 격자 영역을 형성하는 임프레션(impression)을 상기 유체 재료 상에 임프레싱하는 단계; 및
   상기 임프레션을 고화시키기 위해 임프레싱된 유체 재료를 경화하는 단계를 포함하고,
   상기 입력 회절 격자 영역은 상기 중간 회절 격자 영역의 외주부에 의해 경계 정해지는 지형적 영역의 완전히 내부에 위치하고, 상기 입력 회절 격자 영역의 격자 벡터와 상기 중간 회절 격자 영역의 격자 벡터는 상이한 각각의 방향으로 배향되는, 도파관 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피착시키는 단계는, 상기 유체 재료를 상기 평면형 도파관 부분의 하나의 평평한 표면 상에 피착시키는 것을 포함하여, 상기 중간 회절 격자 영역을 형성하는 임프레션이 적어도 상기 입력 회절 격자 영역을 형성하는 임프레션이 형성되는 유체 재료와 연속되는 유체 재료에 형성되고, 적어도 상기 입력 회절 격자 영역과 상기 중간 회절 격자 영역은 실질적으로 동일면에 있는, 도파관 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 임프레싱하는 단계는 상기 입력 회절 격자 영역과 상기 중간 회절 격자 영역 둘다를 상기 평면형 도파관 부분의 하나의 평평한 표면 상에 피착된 유체 재료 상에 동시에 임프레싱하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 피착시키는 단계는, 상기 유체 재료를 상기 평면형 도파관 부분의 대향하는 평평한 표면들 상에 피착시키는 것을 포함하고, 상기 임프레싱하는 단계는, 상기 입력 회절 격자 영역을 형성하는 임프레션을 상기 평면형 도파관 부분의 하나의 표면 상에 피착되는 유체 재료 내로 임프레싱하는 것과, 상기 중간 회절 격자 영역을 형성하는 임프레션을 상기 평면형 도파관 부분의 반대편 표면 상에 피착되는 유체 재료 내로 임프레싱하는 것을 포함하고, 상기 중간 회절 격자 영역은, 상기 입력 회절 격자 영역이 형성된 평면형 도파관 부분의 표면에 수직한 입력 회절 격자 영역을 통과하는 방향을 따라서 볼 때, 상기 입력 회절 격자 영역을 완전히 둘러싸는 것으로 보이는, 도파관 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 중간 회절 격자 영역이 형성되는 유체 재료는 상기 출력 회절 격자 영역이 형성되는 유체 재료와 연속하는, 도파관 제조 방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 임프레싱하는 단계는 상기 입력 회절 격자 영역, 상기 중간 회절 격자 영역, 및 상기 출력 회절 격자 영역 각각을 상기 평면형 도파관 부분의 하나의 평평한 표면 상에 피착된 유체 재료 상에 임프레싱하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 경화하는 단계는 상기 입력 회절 격자 영역과 상기 중간 회절 격자 영역 또는 추가적으로 상기 출력 회절 격자 영역 각각에 대해 동시에 상기 유체 재료를 경화하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
8. 제4항에 있어서,
   상기 경화하는 단계는 상기 평면형 도파관 부분의 하나의 평평한 표면 상에 형성되었을 때 상기 중간 회절 격자 영역과 상기 출력 회절 격자 영역이 형성되는 유체 재료를 동시에 경화하는 단계를 포함하고, 상기 유체 재료는 상기 평면형 도파관 부분의 반대편 평평한 표면에 후속적으로 적용되고, 상기 입력 회절 격자 영역은 임프레싱에 의해 형성되고, 상기 입력 회절 격자 영역이 형성되는 유체 재료가 경화되는, 도파관 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   고화된 중간 회절 격자 영역과 고화된 출력 회절 격자 영역에 대한 상기 유체 재료 내로 임프레싱된 입력 회절 격자 영역의 배향을 조절하는 단계, 및 후속적으로 임프레싱된 입력 회절 격자 영역을 선택된 배향으로 경화하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 임프레싱하는 단계는 구형파 격자 구조로 상기 중간 회절 격자 영역을 임프레싱하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 임프레싱하는 단계는 블레이즈 격자 구조(blazed grating structure)로 상기 입력 회절 격자 영역 및 상기 출력 회절 격자 영역 중 적어도 하나를 임프레싱하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간 회절 격자 영역이 임프레싱된 유체 재료의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 코팅을 중간 회절 격자 영역 상에 적용하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입력 회절 격자 영역이 임프레싱된 유체 재료의 굴절률 및 상기 출력 회절 격자 영역이 임프레싱된 유체 재료의 굴절률 중 적어도 하나와 상이한 굴절률을 가진 코팅을 입력 회절 격자 영역 및 출력 회절 격자 영역 중 적어도 하나 상에 적용하는 단계를 포함하는, 도파관 제조 방법.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 출력 회절 격자 영역은 상기 중간 회절 격자 영역으로부터 상기 확장된 광을 수광하고 수광된 광을 상기 제1 차원에 횡방향인 제2 차원(second dimension)으로 확장하도록 구성되는, 도파관 제조 방법.
15. 제1항 또는 제2항에 따른 도파관 제조 방법을 이용하여 제조된 도파관.

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