KR102651487B1 - 다층 도파관 디스플레이 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도파관 디스플레이 소자의 제1 측면 구역(first lateral zone)으로부터 상기 도파관 디스플레이 소자의 제2 측면 구역으로 이미지를 안내하기 위한 도파관 디스플레이 소자에 관한 것으로서, 상기 소자는 서로의 상부에 복수의 도파관 층(40A-E)을 포함한다. 상기 소자는 두 개의 상기 도파관 층 사이에 배치된 적어도 하나의 중간 회절 광학 소자(44AB, 44BC, 44AD, 44DE)를 더 포함한다. 상기 중간 회절 광학 소자(44AB, 44BC, 44AD, 44DE)는 상기 층들 사이에서 전파되는(propagating) 광 파워(light power)의 분배를 변화시키도록 구성된다. 본 발명은 또한 이러한 소자를 포함하는 회절 디스플레이 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 및 헤드 업 디스플레이(HUD)와 같은 개인용 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 회절 도파관 디스플레이 소자에 관한 것이다.
회절 도파관 소자는 전형적으로 단일 도파관 층 또는 복수의 적층된 층을 포함한다. 여러 층의 경우에, 디스플레이될 이미지의 시야(field-of-view)의 상이한 컬러 또는 상이한 부분이 상이한 층 내로 안내될 수 있다. 이 경우에, 각 층은 이미지의 일부를 상기 층에 커플링하기 위한 별도의 인 커플링 격자(in-coupling grating) 및 이미지의 일부를 상기 소자 밖으로 커플링하기 위한 별도의 아웃 커플링 격자(out-coupling grating)를 포함한다.
US 2017131546 A1, D2_EP 2733517 A1 및 CN 106526730 A는 다중 층을 가질 수 있는 도파관을 개시한다.
상기 개시된 구조는 선택할 수 있는 설계에 관한 한 비교적 제한적이다.
종래 기술의 한계를 극복하고 새로운 설계 자유를 제공하는 도파관을 제공하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명은 광이 도파관에서 전파되는 동안 층들 사이에 광 파워(light power)를 재분배하기 위해 층들 사이에 하나 이상의 격자 또는 다른 회절 광학 소자가 있는 다층 도파관을 제공하는 것에 기초한다. 따라서, 하나의 측면 지점에서, 상기 층들 사이의 광 파워의 비율은 광의 전파 경로를 따라 다른 측면 지점과 상이하다. 이는 일단 인 커플링된 광이 그로부터 아웃 커플링될 때까지 동일한 층에 남아 있는 종래의 구성과는 대조적이다.
특히, 본 발명은 독립항에 기재된 것을 특징으로 한다.
따라서, 일 실시 형태에 따르면, 본 발명은 소자의 제 1 측면 구역으로부터 소자의 제 2 측면 구역으로 이미지를 안내하기 위한 도파관 디스플레이 소자를 제공하며, 상기 소자는 서로의 상부에 복수의 도파관 층을 포함한다. 상기 소자는 2 개의 상기 도파관 층 사이에 배열된 적어도 하나의 중간 회절 광학 소자를 추가로 포함한다. 상기 중간 회절 광학 소자는 층들 사이에서 전파되는 광 파워의 분배를 변경하도록 구성된다.
본 발명은 상당한 이점을 제공한다. 가장 중요하게는, 본 발명은 새로운 설계 자유를 제공한다. 한 층에서 전파되기 위하여 한 번 커플링된 광은 아웃 커플링될 때까지 거기에 머무를 필요는 없지만, 이웃의 층으로 한 번 이상 이동될 수 있다. 이를 통해 완전히 새로운 디스플레이 제품을 구현할 수 있다.
아래에 놓인 층으로부터 아웃 커플링 층으로 선택적으로 파워를 전달함으로써, 아웃 커플링되는 광량을 공간적으로 제어할 수 있다. 따라서, 아웃 커플링 조정은 아웃 커플링 격자의 직접적인 조정 대신 하나 이상의 중간 DOE에 의해 구현 될 수 있다.
계단 프로파일의 도파관의 경우, 상기 중간 DOE를 사용하여 광이 계단을 "올라가도록"(climb) 할 수 있다. 계단들 사이에서, 더 많은 층들이 광 전파 및/또는 인/아웃 커플링을 위해 사용될 수 있고, 개별 계단의 영역에서, 광은 더 적은 수의 층들 또는 하나의 층으로만 패킹(packed)된다. 대안적으로 또는 그에 추가하여, 한 층에서 다른 층으로의 목표로 한 전이(transition)는 계단의 위치에서 정확하게 이루어질 수 있다. 계단 프로파일은 예를 들어 명확한 초점면으로 도파관을 구현할 때 유리하다.
인 커플링에서, 본 발명은 사용자에 의해 보여지는 이미지의 스트리핑(stripping)을 방지하기 위해 아웃 커플링에서 더 조밀한 빔의 필드를 제공하기 위해 레이저 빔의 곱셈(multiplication)을 돕기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 사용 사례도 있다. 본 발명은 레이저 조명 도파관과 같은 좁은 파장의 도파관에 사용될 수 있지만, 광대역 응용분야에도 적용 가능하다.
본 발명은 전파되는 광의 파워 분배를 변화시키는 것에 관한 것이다. 즉, 예를 들어 도파관으로부터 커플링 아웃되어 도파관 내에서 전파되지 않고 중간층을 통과하는 또는 도파관 내에서 상당한 정도로 전파되도록 의도되지 않은 광은 본 발명의 초점이 아니며 현재의 의미로서 파워 분배를 변경하지 않는다.
종속항들은 본 발명의 선택된 실시예에 관한 것이다.
적어도 하나의 중간체 DOE의 회절 광학 응답은 소자의 영역 내에서 일정하지 않거나 일정할 수 있다. 일정한 소자를 사용하면 한 층에서 다른 층으로 측면으로 일정한 광 파워 이동을 달성할 수 있다. 일정하지 않은 소자를 사용하면, 예를 들어 국부적인 파워 이동 또는 측면으로 가변적인 파워 이동 분배가 달성될 수 있다. 국부적인 파워 재분배는 새로운 가능성을 제공하며, 그 중 일부는 본 명세서에 상세히 예시되어 있다.
일부 실시예에서, 상기 소자는 상기 제2 측면 구역에서 상기 층들의 제1 층 상에 아웃 커플링 DOE를 포함하고, 상기 중간 DOE는 상기 제2 구역 내의 위치에 따라 상기 제1 층에 인접한 제2 층으로부터 상기 제1 층으로 광 파워를 전달하도록 구성되어, 도파관으로부터 아웃-커플링된 광의 분배를 제어한다. 이를 통해 아웃 커플링 DOE로서 균일하고 고효율인 아웃커플링 격자를 사용하여 디스플레이를 위한 복잡한 출력 기능을 구현할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 도파관은 상기 제1 구역으로부터 상기 제2 구역으로의 광의 전파 경로에서 적어도 하나의 개별 단차를 포함하는 계단 프로파일을 가지며, 중간 DOE는 전파되는 광 파워가 상기 단차를 통과하는 것을 돕기 위해 상기 층들 사이의 광 분배를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 도파관 소자의 층들 중 적어도 하나는 연속적인 층으로서 단차에 걸쳐 연속되며, 상기 중간 DOE는 광이 "계단을 올라"가도록 돕는 단계 전에 연속적인 층에서 광 파워를 증가시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 소자는 상기 제1 측면 구역에서 복수의 인 커플링 회절 광학 소자를 포함하고, 상기 인 커플링 회절 광학 소자는 초기 광 파워를 상기 층들 내로 커플링시키기 위해 상기 층들과 연관된다.
일부 실시예에서, 상기 중간 DOE는 상이한 두께를 갖는 도파관 층 사이에 제공되어, 층들 중 더 얇은 층으로 지향되는 광선의 양이 배증되어(multiplied) 중간 광학 소자에 의해 상기 층들 중 더 두꺼운 층에 커플링된다. 이는 간섭성의 좁은 빔(coherent narrow-beam) 레이저 조명의 경우 특히 관계된다.
일부 실시예에서, 중간 DOE는 제1 측면 구역(이미지 인 커플링 구역)으로부터 제2 측면 구역(이미지 아웃 커플링 구역)까지 소자의 구역을 커버한다. 이 경우에, DOE는 전형적으로 일정하지 않은 회절 광학 응답을 가지므로 상기 커플링 효율은 다른 위치보다 한 위치에서 더 높다.
일부 실시예에서, 도파관 소자는 적어도 3개의 도파관 층 및 도파관 층들의 쌍 사이에 적어도 2 개의 이러한 중간 회절 광학 소자를 포함한다.
도파관 층은 적층된 층일 수 있으며, 각각의 중간 DOE는 적층 전에 도파관 층 중 하나 상에 제조된다. 도파관 층은 또한 상기 중간 회절 광학 소자를 제조함으로써 구획되는 단일 부품의 도광 재료로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 임의의 2개의 도파관 층 사이의 상기 중간 DOE는 층들 사이에 공간적으로 연속적인 광학적 상호 작용을 제공하여, 전형적으로 양방향으로 연속적인 광 전달이 존재하며, DOE의 적어도 일부 위치에서 상기 층들 중 하나로 향하는 광 파워의 네트 흐름이 존재한다.
다음으로, 본 발명의 실시예 및 그 장점이 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 논의된다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 예시적인 다층 도파관의 측단면도를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8은 계단 표면 프로파일을 갖는 도파관 소자의 다른 변형예의 단면도를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8은 계단 표면 프로파일을 갖는 도파관 소자의 다른 변형예의 단면도를 도시한 것이다.
정의
용어 "회절 광학 소자"(DOE)는 광을 회절시킬 수 있는 물리적 구조를 포함하는 도파관 몸체의 구역을 지칭한다. 상기 구조는 전형적으로 1 ㎛ 이하의 크기를 갖는 패턴의 특징을 포함한다. DOE는 주기적 또는 비 주기적일 수 있고, 그 영역에 걸쳐 일정한(단일 영역의) 또는 일정하지 않은 회절 광학 응답을 가질 수 있다. 일정하지 않은 회절 광학 응답의 DOE는 다중 영역(multi-region) DOE일 수 있다.
용어 "중간(intermediate) DOE"는 그로부터 직접 광을 아웃 커플링하지 않고 한 층에서 다른 층으로 광선의 전파 경로를 변경시키고자 하는 DOE를 지칭한다. 그러나 결함으로 인해 일정 양의 아웃 커플링이 발생할 수 있다. 전형적으로, 중간 DOE를 타격하는 전파되는 광의 적어도 90 %는 미리 정의된 광학 응답에 따라 원래의 층 또는 새로운 층에서 전파를 계속한다.
DOE의 "회절 광학 응답"이란 회절로 인한 DOE에 의한 광의 각도 및/또는 스펙트럼 분포의 변화를 지칭한다. 명확히 하기 위해, 상기 응답은 고정된 입사각 및 파장에 대한 특정 각도로의 예컨대 회절 강도일 수 있다. DOE의 회절 미세 구조 패턴은 상기 회절 광학 응답을 생성한다.
"다중 영역" DOE는 상이한 회절 광학 응답을 갖는 여러 내부 영역들을 갖는 DOE를 지칭한다. 일부 설계에서, 상기 영역들은 실제 영역(real area)을 가지며, 이들 영역 내의 회절 광학 응답은 일정하다. 상기 회절 광학 응답의 원활한 변화는 상기 영역들 사이에서 일어난다. 대안적인 설계에서, 상기 영역들은 극히 작으며, 이에 따라 DOE 전체에 걸쳐 원활한 변화가 이루어진다. 이러한 설계들의 조합도 가능하다.
"계단 프로파일"은 복수의 개별(급격한) 높이 변화가 있는 표면 프로파일을 의미한다. 상기 프로파일은 적어도 하나의 단면 평면에서 이웃하는 서브-표면(sub-surface)에 대해 일정 각도로 복수의 구별 가능한 서브-표면을 가지며, 따라서 계단 형태를 닮은 복수의 단차를 형성한다. 특히, 모든 제2의 서브-표면(주요한 표면)은 이웃하는 모든 제2의 서브-표면에 평행하거나 대략 평행할 수 있다. 상기 도파관의 전반적인 평면에서의 단차의 치수는 광학 회절 한계보다 크므로 프로파일 그 자체는 현저한 광의 회절을 야기하지 않고, 오히려 원하는 기하학적 구조에 따라 고효율로 광을 안내한다.
선택된 실시예의 설명
다음으로, 본 발명의 원리 및 실시예를 단면 이미지 및 1차원 광 전파를 사용하여 예시로서 논의한다. 그러나, 동일한 원리가 도파관에 사용될 수 있는데, 여기서 광은 도파관의 단지 하나의 면상 축(in-plane axis)을 따라 전파되는 것이 아니라 두 축을 따라 2차원으로 전파된다.
본 명세서에서 논의되는 층형 도파관(layered waveguides)은 도파관 내부의 파워 분배를 제어하는데 사용될 수 있다. 이는 대부분의 광이 도파관의 적어도 일부 섹션에서 도파관의 중앙 부분에서 전파되도록 예를 들어 시스템을 설계함에 의해서 증강 현실(AR) 분야에서 활용될 수 있다. 이에 의해, 광이 도파관 표면상의 아웃 커플링 격자에 노출되지 않으며, 이는 이들 격자에서 전체 파워 분배를 자세히 고려할 필요가 없다는 것을 의미하지만, 대신에 도파관 격자 사이를 적절히 선택함으로써 처리될 수 있다. 도파관의 광학 기능의 이러한 디커플링은 더 큰 설계 자유도로 이어지고, 이는 성능 개선으로 이어진다.
도 1은 3개의 층(10A, 10B, 10C)을 포함하는 다층 도파관을 도시한다. 각각의 층은 들어오는 광 빔(11A, 11BV, 11C)을 각각 상기 층들(10A, 10B, 10C)에 커플링하여 그 층들 내에서 전파 파(propagating waves)(13A, 13B, 13C)로서 전파시키는 인-커플링 격자(12A, 12B, 12C)를 포함한다(실제로는 도파관 표면들 및/또는 제한적인 DOE 사이에서 반사가 관찰되지만 본 명세서에서는 네트(net) 전파방향을 나타내는 화살표로서 도시됨). 상기 층들 사이에 중간의 회절 광학 소자(14AB, 14BC)가 있으며, 이들은 미리 정해진 위치에서, 광을 한 층에서 다른 층으로 커플링시키도록 구성된다. 이 예에서, 광은 네트 흐름(net flow)(15BA)으로서 중간층(10B)으로부터 최상층(10A)으로 그리고 네트 흐름(15CB)으로서 하부층(10C)으로부터 중간층으로 전달된다. 다른 층에 다시 커플링될 때까지 광은 새로운 층에서 계속 전파된다. 따라서, 네트 흐름(15BA, 15CB)으로 인해, 상기 층들 사이의 광 분배는 위치에 따라 상이하다. 최상층(10A)에서 전파되는 광이 아웃-커플링 격자(16)와 만나면, 이는 커플링 아웃된다. 이 아웃 커플링 분배는 아래에 놓여진 층(10B, 10C)에 의한 최상층(10A)의 "공급"에 의존한다.
일반적으로 본 명세서에서 논의되는 DOE는 비 이진(non-binary)이며 DOE가 그 사이에 위치하는 도파관들의 굴절률이 다르다는 점에 유의해야 한다. 이러한 DOE의 경우, 제1 층에서 제2 층으로 그리고 그 반대로 진행하는 전파 광선 사이의 광선 이동의 상호성이 없다(즉, 광이 동일한 방향으로 "위" 및 "아래"로 옆으로 전파하면서 하나의 방향으로부터 와서 진행한다). 이는 비록 실제로는 항상 양 방향으로 일부 분량의 흐름이 있지만, 상기 층 계면을 통해 광 파워의 네트 흐름이 발생하도록 허용한다. 도면에서, DOE를 가로지르는 화살표는 네트 흐름을 나타낸다.
도 2는 광의 두 방향의 네트 흐름이 있는 실시예를 도시하고 있다. 먼저, 전파 광이 상부층(10A) 및 중간 층(10B)으로부터 하부층(10C)으로 전달된다. 그 후, 하부층(10C)으로부터, 모든 광선이 먼저 중간층(10B)으로 그리고 상부층(10A)으로 그리고 추가로 도파관 밖으로 전달된다.
도 3은 중간 회절 광학 소자를 사용하여 도파관의 아웃 커플링 효율을 제어하는 도면을 도시한다. 도파관은 상부층(30A) 및 하부층(30B)을 포함한다. 모든 들어오는 광(31B)은 먼저 하부층(30B)에 커플링되며, 여기서 광은 광 필드(33B)로서 전반사를 통해 측면으로 전파된다. 상부층(30A) 상의 아웃-커플링 격자(36)와 정렬된 중간 DOE(34AB)가있다. 상기 중간 DOE(34AB)는 위치에 따른 커플링 효율을 가지고 하부층(30B)으로부터 상부층(30A)으로 선택적으로 광을 전달한다. 제1 위치에서, 네트 흐름(35BA)이 보이고, 다른 위치에서, 네트 흐름(35BA')이 있고 제3 위치에서 네트 흐름(35BA'')이 있다. 이러한 네트 흐름들은 상부층(30A)에서의 광 파워의 공간 분배를 결정하고, 아웃 커플링 격자(36)와 상호 작용한다. 따라서, 위치에 따라 상이한 아웃 커플링된 광빔(37B, 37B ', 37B ")의 강도가 관찰된다.
도 3의 배열의 이점은, 광이 하부층(30B)에 커플링됨에 따라, 인 커플링 격자(31B)를 통하여 인 커플링된 광이 다시 누설되는 것이 높은 정도로 또는 심지어 완전히 방지될 수 있다는 것이다.
일 실시예에서, 아웃 커플링 격자(36)는 비 변조(non-modulated) 격자이고, 즉 그 영역에 걸쳐 일정한 커플링 효율을 갖는다. 아웃 커플링 효율은 기저의 중간 회절 광학 소자의 특성에 의해 완전히 조절되며, 이는 변조된 격자일 수 있거나 보다 복잡한 회절 응답을 가질 수 있다. 실제로, 일부 실시예에서, 중간 DOE는 하나의 층에서 다른 층으로 불균일한 광 파워 분배를 통과시키도록 구성된다. 이것은 다중 영역 DOE, 효율 변조 격자 등을 사용하여 달성될 수 있다.
계단 도파관들은 파워 분배를 제어하는 능력이 본질적으로 개선된 특정 도파관 구조를 포함한다. 실제로, 이들 구조에서, 광은 가능한 한 손실된 광이 적게 하나의 적층된 도파관으로부터 다른 도파관으로 통과해야 하고, 이 문제에 대한 하나의 잠재적인 해결책은 하나의 도파관 층이 두 개의 적층된 도파관에 공통으로 제공되는 것에 의해 제공된다.
도 6 내지 도 8은 계단 도파관의 예를 도시한다. 계단 도파관은 2 개의 광학 표면(62A, 62B; 72A, 72B; 82A, 82B)에 의해 형성된 도파관 영역(62, 72, 82)을 포함하는 회절 도파관 소자이고, 광학 표면들 중 적어도 하나는 계단 프로파일을 가지며, 그 표면 사이에서 광이 전반사에 의해 전파될 수 있고, 상기 광학 표면들은 표면 프로파일을 가지며, 적어도 하나의 회절 광학 소자, 특히 격자는 도파관 영역 내의 광 필드(light field)를 조정할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 동일한 외부 표면 형상을 따르는 계단 도파관을 생성하기 위해 상이한 단차 크기의 도파관 영역이 사용될 수 있음을 도시한 것이다. 상기 외 부 표면(60A, 60B; 70A, 70B, 80A, 80B)은 물리적으로 명백하게 존재하거나 혹은 가상(imaginary)일 수 있다. 후자의 경우, 계단면들(62A, 62B; 72A, 72B; 82A, 82B) 또는 그 위의 표면-순응성 코팅은 전형적으로 도파관의 외부 표면을 형성한다. 도 6 및 도 7에서, 제1 및 제2 표면 프로파일은 수평 방향으로 서로 정렬된 계단(중간 표면)을 갖는다. 도 6의 계단 높이는 도 7에서보다 작다. 도 8에서, 제1 및 제2 표면(82A, 82B)의 계단은 인터리브(interleave)되어, 즉 서로 정렬되지 않는다. 그러나, 결과적인 도파관(82)은 도 6 및 도 7의 도파관(62, 72)과 동일한 전체적인 도파관 형상을 구현한다.
도 4는 계단 도파관의 도파관 영역의 내부 구조의 하나의 가능한 구현예를 도시한 것이다. 단일 도파관 층 대신에, 복수의 층(40A-E)을 포함하며, 이들 층 중 적어도 하나는 계단에 걸쳐 끊어지지 않은 상태로 계속된다. 계단의 각 측면에는 몇 개의 층이 있으며, 여기서는 각각 3개의 층(40A, 40B, 40C/40A, 40D, 40E)이 있다. 광은 초기에 복수의 제1 측면 층(40A, 40B, 40C)에 커플링된다. 계단의 상류에는, 층(40A, 40B, 40C) 사이의 광의 파워 분배를 변경하기 위하여 구성된 적어도 하나의 DOE(44AB, 44BC)가 제공되어, 광이 계단 전에 연속적인 층(40A)으로 "패킹"된다(packed). 그 층에서, 모든 파워는 상기 계단의 제2 측면으로 전달된다. 따라서, 상기 광은 상기 계단을 편리하게 "올라간다"(climb). 제2 측면 상에서, 상기 광 파워는, 중간 회절 광학 소자(44AD, 44DE)를 이용하여 상기 층들(40A, 40D, 40E) 사이에서 다시 재분배될 수 있다.
도 5는, 광선 승수 층(multiplier layer)(50A)이 다른 도파관 층(50B) 상에 제공되는 실시예가 도시된다. 상기 승수 층(50A)은 메인 도파관 층(50B)보다 더 얇고 더 작은 면적의 도파관을 포함한다. 본 명세서에서 인 커플링 격자로서 기능하는 중간 DOE(52)는 승수 층(50A)과 메인 도파관(50B) 사이에 제공된다. 입사 광선(51B)은 짧은 반사 주기로 승수 층(50A)에서 반사되고, 인 커플링 격자(52)에서의 각각의 반사시, 광의 일부가 디스플레이 도파관(50B) 내로 회절된다. 따라서, 광선이 배증되고(multiplied), 더 조밀한 광선의 필드가 아웃-커플링 격자(56)에서 메인 도파관(50B)을 빠져나간다. 이는 특히 부족한 아웃 커플링 광 필드로 인해 이미지의 스트리핑(striping)이 문제가 되는 레이저 조명 도파관의 경우에 현저한 이점을 제공한다.
중간 DOE 또는 DOE들은 파장 및/또는 입사각에 따라 층들 사이의 광 분배를 변경하도록 구성 될 수 있다.
일반적으로 각 층에서 광의 주 전파 방향은 동일하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 상이한 층에서의 광의 네트 흐름 방향이 반대이거나 새로운 네트 흐름 방향 사이에 임의의 경사각이 있을 수 있다.
이상의 제시된 원리는 평면 도파관에 적용될 뿐 아니라 구형(spherical) 도파관과 같은 곡면 도파관에도 직접 적용될 수 있다. 구형 도파관은, 예를 들어, 광 필드의 광선이 반사되는 2개의 동심(concentric) 구형 표면(도파관의 주 표면)을 포함한다.
본 발명의 실시예는 헤드 업 디스플레이(HUD) 뿐만 아니라, 다양한 개인용 디스플레이 장치, 증강 현실(AR), 가상 현실(VR) 및 혼합 현실(MR) 장치, 눈 근접 디스플레이(NED) 및 다른 헤드 마운트 디스플레이 등 다양한 형태로 활용될 수 있다.
본 명세서에서 상세하게 논의되지 않더라도, 상기 도파관 또는 도파관의 개별 층들은 중간 DOE(들) 및 인 커플링 및 아웃 커플링 격자 이외에도, 출구 동공 확장기 격자 또는 빔 재지향 격자와 같은 다른 회절 광학 소자들을 포함할 수 있다.
Claims (17)
- 도파관 디스플레이 소자의 제1 측면 구역(first lateral zone)으로부터 상기 도파관 디스플레이 소자의 제2 측면 구역(second lateral zone)으로 이미지를 안내하기 위한 도파관 디스플레이 소자로서, 상기 소자는 서로의 상부에 복수의 도파관 층을 포함하고, 상기 소자는 두 개의 상기 도파관 층 사이에 배치된 적어도 하나의 중간 회절 광학 소자를 더 포함하고, 상기 중간 회절 광학 소자는 상기 층들 사이에서 전파되는(propagating) 광 파워(light power)의 분배(distribution)를 변화시키도록 구성되고, 상기 도파관은 상기 제1 측면 구역으로부터 상기 제2 측면 구역으로의 광의 전파 경로 내에 적어도 하나의 개별 단차를 포함하는 계단 프로파일을 가지고, 상기 도파관은 상기 개별 단차의 상류 및 하류의 상기 제1 측면 구역 및 상기 제2 측면 구역 각각에서 상기 복수의 도파관 층 중의 복수 개의 도파관 층을 각각 가지고, 상기 중간 회절 광학 소자는 상기 단차를 통과하는 광 파워의 전파를 돕기 위하여 상기 층들 사이의 광의 분배를 제어하도록 구성되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 회절 광학 소자는 상기 소자에 걸쳐 일정하지 않은 회절 광학 응답을 갖는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 회절 광학 소자는 전체 소자에 걸쳐 일정한 회절 광학 응답을 갖는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
-상기 소자는 상기 제 2 측면 구역에서 상기 층들 중 제1 층 상에 아웃 커플링(out-coupling) 회절 광학 소자를 포함하고,
-상기 중간 회절 광학 소자는 도파관으로부터 아웃 커플링된 광의 분배를 제어하기 위해 상기 제2 측면 구역 내의 위치에 따라 상기 제1 층에 인접한 제2 층으로부터 상기 제1 층으로 광 파워를 통과시키도록 구성된,
도파관 디스플레이 소자. - 제 4 항에 있어서,
상기 중간 회절 광학 소자는 제2 층으로부터 제1 층으로 불균일한 광 파워 분배를 통과시키도록 구성되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 층들 중 적어도 하나는 연속적인 층으로서 상기 단차에 걸쳐 연속되고, 상기 중간 회절 광학 소자는 상기 단차 전에 상기 연속적인 층 내의 광 파워를 증가시키도록 구성되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 소자는 상기 제1 측면 구역에서 복수의 인 커플링(in-coupling) 회절 광학 소자를 포함하고, 상기 인 커플링 회절 광학 소자는 초기 광 파워를 상기 층 내로 커플링시키기 위하여 상기 층들과 연관되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 회절 광학 소자는 상이한 두께를 가지는 도파관 층들 사이에 제공되어, 더 얇은 층들로 향해지는 광선의 양이 배증되어(multiplied) 상기 중간 광학 소자에 의해 더 두꺼운 층들로 커플링되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 회절 광학 소자는 본질적으로 상기 제 1 측면 구역과 제 2 측면 구역 사이의 단일 구조물로서 상기 소자를 덮고, 상기 회절 광학 소자는 전형적으로 일정하지 않은 회절 광학 응답을 갖는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
적어도 3개의 도파관 층과, 도파관 층의 쌍들 사이에 적어도 2개의 이러한 중간 회절 광학 소자를 포함하는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 도파관 층들은 적층된(stacked) 층이고, 각각의 중간 광학 소자는 적층 전에 상기 도파관 층들 중 하나 상에서 제조되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 도파관 층들은 상기 중간 회절 광학 소자를 제조함으로써 구획되는(partitioned) 단일 부품의 도광 재료로 형성되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
제1 도파관 층과 제2 도파관 층 사이의 각각의 중간 광학 소자는, 상기 제1 및 제2 도파관 층 사이에서 공간적으로 연속적인 광학적 상호 작용을 제공하고, 광을 전파하기 위한 광 파워의 네트 흐름(net flow)이 상기 중간 광학 소자의 적어도 하나의 섹션(section) 상에서 한 층으로부터 다른 층으로 존재하는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 회절 광학 소자는 광의 파장 및/또는 입사각에 따라 상기 층들 사이의 광 파워의 분배를 변경하도록 구성되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 회절 광학 소자는 비 이진(non-binary) 미세 구조 소자를 포함하고 그리고/또는 상기 중간 회절 광학 소자는 상이한 굴절률을 갖는 도파관 층들 사이에 배치되는,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 도파관 층들 중 2개의 각 층 사이에 중간 회절 광학 소자가 제공되며, 상기 도파관 층들의 수는 3개 이상인,
도파관 디스플레이 소자. - 제 1 항에 따른 도파관 디스플레이 소자, 및 이미지를 하나 이상의 도파관 층에 커플링시키기 위해 이미지를 상기 제 1 측면 구역 상에 제공하기 위한 이미지 프로젝터를 포함하는 회절 개인용 디스플레이 장치.
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