KR20180105151A - 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 배열 광 변조기 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
비 텔레센트릭 방사를 가진 방사형 마이크로 픽셀 공간 광 변조기들이 도입된다. 각각의 다수의 컬러 마이크로 스케일 방사형 픽셀로부터의 개별 광 방사는 방사형 공간 광 변조기의 마이크로 픽셀 어레이로부터 어플리케이션 특정 비 텔레센트릭 방사 패턴을 가능하게 하는 고유한 방향으로 지향성 있게 변조된다. 마이크로 픽셀 레벨을 사용하는 개별 마이크로 픽셀들의 광 방사를 지향적으로 변조시키기 위한 디자인 방법들이 설명된다. 마이크로 픽셀 레벨 광학들을 제조하기 위한 모놀리식 웨이퍼 레벨 광학 방법들이 또한 설명된다. 비 텔레센트릭 방사를 가진 방사형 다수의 컬러 마이크로 픽셀 공간 광 변조기는 본 발명의 방법들 및 가능한 응용들 : 초소형 이미지 프로젝터, 최소 크로스토크 3D 광 필드 디스플레이, 멀티 뷰 2D 디스플레이, 및 근안형 디스플레이들을 통해 보기 위한 지향성 변조 도파관 광학들을 예시하기 위해 사용된다.
Description
본 출원은 2015년 12월 28일자로 출원된 미국의 가 특허 출원 제 62/271,637호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 비 텔레센트릭(non-telecentric) 방사 공간 광 변조기, 방사형 마이크로 픽셀 디스플레이, 초소형 이미지 프로젝터, 지향성 광 변조기, 멀티 뷰 2D 디스플레이, 3D 디스플레이, 근안형(near-eye) 디스플레이, 헤드-업(head-up) 디스플레이에 관한 것이다.
SLM(Spatial Light Modulator)들은 디스플레이 시스템들에 있어서, 이미지원으로서 전형적으로 사용되는 마이크로 스케일 픽셀들의 평면 어레이를 가진 일종의 광전자 디바이스이다. 이러한 광 변조기들은 전형적으로 3가지 특정 카테고리들(반사형, 투과형, 또는 방사형) 중 하나에 속한다. 반사형 SLM들의 예시들은 마이크로 미러 어레이 디바이스들 및 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 디바이스들을 포함한다. 투과형 SLM들은, 예를 들어, HTPS(High Temperature Poly-Silicon liquid crystal) 디바이스들을 포함한다. 방사형 SLM들은, 예를 들어, 방사형 마이크로 픽셀 어레이 디바이스들을 포함한다. 방사형 마이크로 픽셀 어레이 디바이스의 한가지 예시는, 퀀텀 포토닉 이미저(Quantum Photonic Imager) 또는 미국 특허 제7,623,560호, 제7,767,479호, 제7,829,902호, 제8,049,231호, 제8,243,770호 및 제8,567,960호에서 설명된 QPI® 이미저 및 OLED(Organic Light Emitting Diode) 마이크로 픽셀 어레이 디바이스들에 기초할 수 있다. 반사형 및 투과형 SLM들 모두는, 전형적으로, 이미지들을 변조하기 위해 외부 광원을 필요로 하지만, 방사형 SLM은 그 자신의 광을 생성한다. 전형적으로, SLM들의 모든 현재 카테고리들은 텔레센트릭 광을 변조하는데, 이것이 의미하는 것은, 변조된 광 번들의 주 광선이 광 변조기 픽셀 어레이의 평면에 대해 수직이라는 것이다. 반사형 및 투과형 SLM들의 경우에 있어서, 텔레센트릭 광 변조는 그들의 외부 광원의 디자인 제한들에 의해 좌우된다. 텔레센트릭 광 방사는 OLED 기반 SLM들과 같이 램버시안 방사 프로파일(Lambertian emission profile)을 가진 방사형 SLM들에 사용 가능한 유일한 옵션이다.
본 명세서의 실시예들과 함께 사용하기 적합한 예시적인 마이크로 방사형 고체 발광 디스플레이 소자들은 미국 특허 제7,623,560호, 제7,767,479호, 제7,829,902호, 제8,049,231호, 제8,243,770호 및 제8,567,960호에서 설명된 것들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 SSL 이미저들은 단일 디바이스내에 필요시되는 드라이브 회로 모두를 가진 다수의 컬러 방사형 마이크로 픽셀 공간 어레이에 있어서, 고 휘도를 특성으로 한다. 본 개시의 문맥에서 "SSL 이미저"는 이후 방사형 마이크로 스케일 SSL(Solid State Light) 방출 픽셀들의 어레이를 구비한 광전자 디바이스를 의미하기 위한 것이다. 이하에서 간단히 SSL 이미저라고 언급되는, 이러한 이미저의 SSL 발광 픽셀들은 전형적으로 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)로서, 그의 온-오프(on-off) 상태는 CMOS 디바이스 내에 포함된 드라이브 회로에 의해 제어되고, CMOS 디바이스 상에는 방사형 마이크로 스케일 픽셀 어레이가 형성되거나 결합된다. SSL 이미저의 방사형 마이크로 스케일 픽셀 어레이 내의 픽셀들은, CMOS 등과 같은 그의 드라이브 회로를 통해 개별적으로 어드레스 가능하며, 그에 따라 SSL 이미저는 공간적으로, 색채적으로, 그리고 시간적으로 변조된 광을 방출할 수 있게 된다. SSL 이미저에 의해 방출된 다수의 컬러는 동일한 픽셀 광학 개구를 공유한다. 본 명세서의 실시예들과 함께 사용하기에 가장 적합한 SSL 이미저에 있어서, QPI SSL 이미저의 경우에는, 각 SSL 이미저 픽셀이 디자인에 따라, ±5° 내지 ±45°에 이르는 발산 각도 범위로 적어도 부분적으로 시준(또는 비-램버시안) 광을 방출한다. SSL 이미저의 방사 어레이를 구비한 픽셀들의 크기는 전형적으로, 대략 5 내지 20 미크론의 범위일 수 있으며, 그 디바이스의 전형적인 방사 표면적은 대략 15 내지 150 제곱 밀리미터(square millimeter)이다. SSL 이미저는 바람직하게 그의 방사형 픽셀 어레이 영역 및 그 디바이스의 물리적 가장자리 사이의 갭이 최소가 되도록 디자인될 수 있으며, 그럼으로써, QPI 이미저들을 포함하는, 다수의 SSL 이미저는, 임의 크기의 방사형 디스플레이 영역을 생성하도록 타일링 될 수 있게 된다.
SLM들의 모든 현재 카테고리들은 바람직하게 텔레센트릭 광을 변조하지만, 비 텔레센트릭 광 방사 SLM으로부터 얻을 수 있는 것이 더 많다. 반사형 및 투과형 SLM의 비 텔레센트릭 광 변조 기능은 그들의 외부 광원에 의해 제한되고, 방사형 OLED 기반 SLM은 그의 램버시안 광 방사 프로파일로 인해 비 텔레센트릭 광 방사를 달성할 수 없기 때문에, 시준(또는 비-램버시안) 광을 방출하는 방사형 다수의 컬러 마이크로 픽셀들을 가진 SSL 이미저만이 유일하게 비 텔레센트릭 광 변조를 달성할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 목적은 이러한 기능으로의 장점을 유지하는 다수의 가능한 어플리케이션들에 의해 비 텔레센트릭 광 방사의 기능을 포함하도록 SSL 이미저의 디자인 및 제조 방법을 확장시키는데 있으며, 본 명세서에서는 그 일부만이 단지 비 제한적 실시예들에 의해 설명된다.
도 1a는 텔레센트릭 광 방사 SLM을 사용하는 프로젝션 디스플레이의 종래 기술 디자인 개념을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 텔레센트릭 방사 SLM(110)으로부터 방출된 광 번들(105)의 발산 패턴은 전형적으로 큰 광학 트랙 길이(120)에 영향을 주는 큰 직경 프로젝션 광학(115)들의 사용에 영향을 주어, 이는 결국 텔레센트릭 방사 SLM(110)을 사용하는 프로젝션 시스템의 전체 디자인 부피가 너무 크게 되게한다. 따라서, 본 발명의 목적들 중 하나는 보다 작은 직경의 프로젝션 광학이 가능하고, 결과적으로 보다 짧은 광학 트랙 길이들 및 실질적으로 보다 소형의 전체 프로젝션 시스템을 달성하는 비 텔레센트릭 방사 SLM 방법들을 도입하는데 있다.
도 1b는 예를 들어 미국 특허 제8,928,969호, 제8,854,724호 및 제9,195,053호에 설명된 텔레센트릭 광 방사 SLM을, 사용하는 3D 광 필드 디스플레이의 종래 기술 디자인들을 도시한다. 이러한 유형의 디스플레이들에서는, 렌즈들의 어레이(130 내지 132)가 사용되며, 그에 의해 이들 렌즈들의 각각(예를 들어, 130)은 SLM 마이크로 픽셀들(115)의 서브 어레이로부터 방출된 광이 픽셀들의 서브 어레이 내의 각 픽셀의 공간적 위치에 따라 고유한 방향들의 세트 내로 제한되도록, 그 광을 지향적으로 변조시킨다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 픽셀 서브 어레이에 대응하는 각 렌즈들(예를 들어, 130)의 경계선의 픽셀들로부터 방출된 텔레센트릭 광 번들(135)의 발산 패턴은 부분적으로 인접 렌즈들(예를 들어, 131, 132)을 조사할 수 있다. 종종 "크로스토크(crosstalk)"라고 하는 이 효과는, 지향적으로 변조된 3D 이미지에 바람직하지 않은 "고스트(ghost)" 왜곡들을 유발한다. 따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 크로스토크 이미지 왜곡을 최소화시키는 3D 광 필드 디스플레이를 가능하게 하는 비 텔레센트릭 방사 SLM 방법들을 도입하는데 있다.
3D 디스플레이들의 디자인에 있어서, 방출광의 지향성 변조는 3D 뷰잉 지각(viewing perception)을 생성하기 위해 필요하다. 전형적인 3D 디스플레이에 있어서, 다수의 조명 방향들로의 조명이 균일한 백라이트(backlight)는 SLM에서 공간 다중화 및 시간 다중화의 일부 조합을 이용함으로써 동일한 장면(scene)의 이미지들을 상이한 방향들로부터 표시하는 것이 요구된다. 이들의 3D 디스플레이들에 있어서, 전형적으로 지향성 백라이트로부터 오는 광은 대개 방향 선택 필터(예를 들어, 미국 특허 제7,952,809호의 도 1d의 회절 플레이트 또는 홀로그램 광학 플레이트)에 의해 프로세스되는데, 이러한 프로세스는 그 광의 지향성을 유지하면서 광 컬러 및 세기를 변조하는 공간 광 변조기 픽셀들에 그 광이 도달하기 전에 이루어진다.
오늘날, 종래 지향성 광 변조기들은 다수의 광원들을 구비한 조명 유닛과 광원들에 의해 방출된 광을 지정된 방향으로 지향하는 지향성 변조 유닛의 조합(도 1d, 1e 및 1f 참조)이다. 종래 기술의 여러 변형들을 나타내는 도 1a, 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 조명 유닛은 대개 스캐닝 미러들(scanning mirrors), 회전 장벽들(rotating barriers), (미국 특허 제6,151,167호, 제6,433,907호, 제6,795,221호, 제6,803,561호, 제6,924,476호, 제6,937,221호, 제7,061,450호, 제7,071,594호, 제7,190,329호, 제7,193,758호, 제7,209,271호, 제7,232,071호, 제7,482,730호, 제7,486,255호, 제7,580,007호, 제7,724,210호, 제7,791,810호 및 미국 공개 특허 제2010/0026960호 및 제2010/0245957호 참조), 또는 액상 렌즈들(liquid lenses) 또는 편광 스위칭(polarization swiching)과, 전기 광학적(미국 특허 제5,986,811호, 제6,999,238호, 제7,106,519호, 제7,215,475호, 제7,369,321호, 제7,619,807호, 7,952,809호 및 도 1a, 1b 및 1c 참조)으로 조합된다.
종래 기술 지향성 백라이트 유닛들은 느리고, 부피가 크며, 광학적으로 손실이 있는 것 외에, 전형적으로 3D 디스플레이를 위한 지향적 선택 필터와 결합되기 위해 좁은 스펙트럼 대역폭, 높은 시준(collimation) 및 개별 제어성을 가질 필요가 있다. 좁은 스펙트럼 대역폭 및 높은 시준을 달성하려면 디바이스 레벨 혁신들 및 광학 광 조절이 요구되는데, 이는, 전체 디스플레이 시스템의 비용 및 체적 측면들을 증가시킨다. 개별 제어성을 달성하려면 추가 회로 및 다수의 광원들이 요구되며, 이는, 시스템 복잡성, 크기 및 비용을 증가시킨다. 따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 제약을 극복한 지향성 광 변조기들을 도입함으로써, 넓은 시야각에 걸쳐서의 뷰잉 경험 및 체적 이점들을 제공하는 무왜곡 3D 및 멀티 뷰 2D 디스플레이들을 생성할 수 있게 하는데 있다.
본 발명의 추가 목적들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 진행되는 그의 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 유사한 소자들이 유사한 참조번호들을 나타내는 첨부 도면들의 도면에 예시적으로 도시되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1a는 텔레센트릭 공간 광 변조기를 사용하는 종래 기술의 광 프로젝션을 도시한다.
도 1b는 텔레센트릭 공간 광 변조기를 사용하는 종래 기술의 지향성 광 변조기를 도시한다.
도 1c는 액상 렌즈를 사용하는 종래 기술의 지향성 광 변조기를 도시한다.
도 1d는 스캐닝 미러들을 사용하는 종래 기술의 지향성 광 변조기를 도시한다.
도 1e는 종래 기술의 지향성 변조 백라이트를 도시한다.
도 1f는 지향성 변조 백라이트를 사용하는 종래기술의 지향성 디스플레이를 도시한다.
도 2a는 본 발명에 따른 범용 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)의 단면도를 도시한다.
도 2b 및 2c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기의 포토닉 층(photonic layer)의 광 결합 상면측의 상면도를 도시한다.
도 2d 및 2e는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 지향성 광 변조기의 지향성 광 변조 측면들을 도시한다.
도 2f, 2g 및 2h는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 지향성 광 변조기의 지향성 광 변조 픽셀 그룹들의 기하학 측면들을 도시한다.
도 3a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 분산 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3b는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 분산 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 지향성 변조층의 정면도를 도시한다.
도 4a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 경사 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 개략적인 단면을 도시한다.
도 4b는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 경사 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 지향성 변조층의 정면도를 도시한다.
도 5a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 공간 변조 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 도파관 출구(waveguide exit)의 개략적인 단면을 도시한다.
도 5b는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 공간 변조 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 도파관 출구의 상면도를 도시한다.
도 6a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 DOE(Diffractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 6b는 블레이즈된 격자(blazed grating)를 형성하는 다수의 유전층들을 사용하여 SSL 이미저 픽셀들의 DOE(Diffractive Optical Elements)가 실현되는 예를 도시한다.
도 6c는 SSL 이미저 픽셀들의 다수의 파장들의 광 방사 대역폭에 걸쳐 원하는 회절각을 실현하기 위해 멀티 레벨 격자들이 사용되는 경우의 예를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(Wafer Level Optics) 제조 프로세스를 도시한다.
도 7b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(Wafer Level Optics) 제조 프로세스에 사용되는 리소그래피 마스크 세트를 도시한다.
도 7c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기의 비공축 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(wafer level optics) 제조 프로세스를 도시한다.
도 7d 내지 7m은 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(Wafer Level Optics) 제조 프로세스 순서를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 초소형 디스플레이 프로젝터의 디자인 방법을 도시한다.
도 8b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도 8a의 초소형 디스플레이 프로젝터의 우수 광학 효율성 및 균일성을 도시한다.
도 8c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도 8a의 초소형 디스플레이 프로젝터의 우수 체적 효율성을 도시한다.
도 9는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 최소 크로스토크 광 필드 변조기의 디자인 방법을 도시한다.
도 10a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 멀티 뷰 2D 디스플레이의 상면도를 도시한다.
도 10b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 멀티 뷰 2D 디스플레이의 측면도를 도시한다.
도 11a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도파관 광 변조기의 측면도를 도시한다.
도 11b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도파관 광 변조기의 상면도를 도시한다.
도 11c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 테이퍼형(tapered) 도파관 광 변조기의 측면도를 도시한다.
도 1a는 텔레센트릭 공간 광 변조기를 사용하는 종래 기술의 광 프로젝션을 도시한다.
도 1b는 텔레센트릭 공간 광 변조기를 사용하는 종래 기술의 지향성 광 변조기를 도시한다.
도 1c는 액상 렌즈를 사용하는 종래 기술의 지향성 광 변조기를 도시한다.
도 1d는 스캐닝 미러들을 사용하는 종래 기술의 지향성 광 변조기를 도시한다.
도 1e는 종래 기술의 지향성 변조 백라이트를 도시한다.
도 1f는 지향성 변조 백라이트를 사용하는 종래기술의 지향성 디스플레이를 도시한다.
도 2a는 본 발명에 따른 범용 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)의 단면도를 도시한다.
도 2b 및 2c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기의 포토닉 층(photonic layer)의 광 결합 상면측의 상면도를 도시한다.
도 2d 및 2e는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 지향성 광 변조기의 지향성 광 변조 측면들을 도시한다.
도 2f, 2g 및 2h는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 지향성 광 변조기의 지향성 광 변조 픽셀 그룹들의 기하학 측면들을 도시한다.
도 3a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 분산 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3b는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 분산 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 지향성 변조층의 정면도를 도시한다.
도 4a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 경사 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 개략적인 단면을 도시한다.
도 4b는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 경사 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 지향성 변조층의 정면도를 도시한다.
도 5a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 공간 변조 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 도파관 출구(waveguide exit)의 개략적인 단면을 도시한다.
도 5b는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 공간 변조 ROE(Refractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 도파관 출구의 상면도를 도시한다.
도 6a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들이 DOE(Diffractive Optical Elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 6b는 블레이즈된 격자(blazed grating)를 형성하는 다수의 유전층들을 사용하여 SSL 이미저 픽셀들의 DOE(Diffractive Optical Elements)가 실현되는 예를 도시한다.
도 6c는 SSL 이미저 픽셀들의 다수의 파장들의 광 방사 대역폭에 걸쳐 원하는 회절각을 실현하기 위해 멀티 레벨 격자들이 사용되는 경우의 예를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(Wafer Level Optics) 제조 프로세스를 도시한다.
도 7b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(Wafer Level Optics) 제조 프로세스에 사용되는 리소그래피 마스크 세트를 도시한다.
도 7c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기의 비공축 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(wafer level optics) 제조 프로세스를 도시한다.
도 7d 내지 7m은 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들의 WLO(Wafer Level Optics) 제조 프로세스 순서를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 초소형 디스플레이 프로젝터의 디자인 방법을 도시한다.
도 8b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도 8a의 초소형 디스플레이 프로젝터의 우수 광학 효율성 및 균일성을 도시한다.
도 8c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도 8a의 초소형 디스플레이 프로젝터의 우수 체적 효율성을 도시한다.
도 9는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 최소 크로스토크 광 필드 변조기의 디자인 방법을 도시한다.
도 10a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 멀티 뷰 2D 디스플레이의 상면도를 도시한다.
도 10b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 멀티 뷰 2D 디스플레이의 측면도를 도시한다.
도 11a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도파관 광 변조기의 측면도를 도시한다.
도 11b는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도파관 광 변조기의 상면도를 도시한다.
도 11c는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 변조기에 의해 이루어질 수 있는 테이퍼형(tapered) 도파관 광 변조기의 측면도를 도시한다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 발명의 다음의 상세한 설명에 있어서의 참조는 그 실시예와 연결되어 설명된 특정 특성, 구조, 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 포함하는 것을 의미한다. 이 상세한 설명에 있어서 다양한 곳의 "일 실시예에 있어서"라는 문구가 반드시 동일한 실시예를 모두 나타내는 것은 아니다.
다음의 설명에 있어서, 마이크로 픽셀들 및 유사한 참조들의 지향성 변조 그룹들에서와 같은, 단어 그룹들이 참조된다. 본 발명에 따른 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기가 광 필드를 표시하기 위한 것일 경우, 픽셀들의 그룹 또는 대응하는 마이크로 광학 소자들의 참조는 단일 호겔(single hogel)과 연관된 픽셀들 또는 마이크로 광학 소자들에 대한 참조이다. 본 발명이 동시에 하나 이상의 이차원 장면들을 표시하기 위한 것일 경우, 픽셀들의 그룹 또는 대응하는 마이크로 광학 소자들의 참조는 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기의 모든 픽셀들 또는 각 이차원 장면과 연관된 픽셀들의 그룹 중 하나에 대한 참조이다.
본 명세서에서 실시예들은 SSL 이미저의 방사형 마이크로 픽셀 어레이 기능을 모놀리식 제조 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자(청구 범위에서 지향성 변조 층으로 지칭됨)와 결합하여, 컬러 및 휘도의 결합된 기능성들과 그의 방사형 마이크로 픽셀들의 각각으로부터 방출된 광의 지향성 변조를 실행하는 비 텔레센트릭 공간 광 변조기를 생성한다. 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들은, 본 발명에 따라, UV(Ultra Violet) 임프린트 리소그래피를 사용하여 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은, 또는 대안적으로 UV 경화성 폴리머를 가진 반도체 유전 물질들로부터, SSL 이미저 웨이퍼 상에 모놀리식으로 제조되는 WLO(Wafer Level Optics)의 한 종류이다. 본 명세서에서 사용된, 웨이퍼 레벨 또는 웨이퍼는 적어도 2인치, 보다 바람직하게는 4인치 이상의 직경을 가진 디바이스 또는 디바이스들의 매트릭스를 의미한다. WLO의 주요 이점들 중 하나는 소형 마이크로 스케일 광학 소자들을 제조하는 능력 및 예를 들어, SSL 이미저 또는 CMOS 센서와 같은 디바이스들의 광전자 소자들을 가진 WLO 광학 소자들의 다수층들을 정밀하게 정렬하는 능력이다. 전형적인 WLO 제조 기법들에 의해 달성될 수 있는 정렬 정밀도는 1 미크론보다 훨씬 작을 수 있다. 본 명세서에서 "비 텔레센트릭 SSL 이미저"라고 총괄하여 지칭되는, 정밀 정렬 마이크로 픽셀 레벨 광학 소자들과 SSL 이미저의 방사형 마이크로 픽셀 어레이의 개별 픽셀 어드레싱 능력(addressability)의 조합은, 이전 논의에서 강조되고, 이후에 상세하게 설명되는 많은 어플리케이션이 가능하게하는 제1 비 텔레센트릭 방사형 SLM을 생성한다.
본 명세서의 실시예들에 있어서, 픽셀들의 컬러, 휘도 및 지향성 광 변조는 SSL 이미저 방사 픽셀들 및 비 텔레센트릭 방사 SSL 이미저를 총괄적으로 구비하는 그들의 관련 마이크로 픽셀 레벨 광학에 의해 달성되는 광 굴절의 조합에 의해 달성된다.
도 2a는 본 발명에서 사용될 수 있는 예시적인 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 (공간형) 광 변조기 (SSL 이미저)(200)의 전반적인 단면도를 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 예시적인 SSL 이미저(200)의 전체 구조는 그의 비 방사형 후면(233)에 접합된 컨트롤 층(225) 및 그의 방사형 상면측(230)에 접합된 지향성 변조층(245) 및 커버 글래스 층(235)(일부 실시예들에서 선택적)을 구비하는 다수층들의 스택이다. 포토닉 층(205)은 반사형 다수의 컬러 마이크로 픽셀들(210)의 어레이를 구비하고, 각 마이크로 픽셀은 포토닉 층(205)의 상면측(230) 및 후면측(233)을 형성하는 그의 반사형 상면측 및 후면측 콘택들과, 그의 반사형 측벽들(220)에 의해 정의된 포토닉 공동이다. 포토닉 층(205)은, 픽셀화된 경우(즉, 반도체 리소그래피, 식각 및 증착 기법들을 사용하여 마이크로 픽셀 어레이 내에 형성될 때), 마이크로 픽셀 어레이(200)를 구성하는 마이크로 픽셀들(210)의 각각의 포토닉 공동 내의 헤테로 접합(heterojunction) 다이오드들의 다수의 컬러 스택을 형성하는 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 서브 층들(215)의 스택이다. 각각의 마이크로 픽셀(210)들은 각 픽셀 컬러 방사 서브 층(215)의 온-오프 상태를 제어하기 위해 후면측(233) 및 측벽들(220)을 통과하는 다수의 콘택 금속 마이크로 비아들을 가진 컨트롤 층(225)에 전기적으로 결합된다. 컨트롤 층(225)은, CMOS 콘택 비아들을 통해 결합된, SSL 이미저 디지털 입력을 각각의 픽셀에 결합된 전기적 신호들로 변환(또는 프로세스)하여 그들의 방출 광 컬러 및 휘도를 변조하도록 고안된 다수의 디지털 로직 서브 층들을 구비한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)이다. 예를 들어 180nm CMOS 대 65nm 이하의 기하학 CMOS와 같이 컨트롤 층(225)을 제조하는데 사용되는 CMOS 기술 프로세스의 기하학에 의거하여, 컨트롤 층(225)은 단지 마이크로 픽셀 드라이빙 회로를 실현하거나 또는 마이크로 픽셀의 전기적 드라이브 신호의 생성을 이끄는 디지털 이미지 입력의 복잡한 디지털 이미지 프로세싱을 추가로 실현하는데 사용될 수 있다.
도 2b 및 2c는 본 명세서의 실시예들에 따른 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 포토닉 층(205)의 광 결합 상면측(230)의 상면도들을 도시한다. 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 각 마이크로 픽셀(210)의 광 결합 상면측(230)은 반도체 리소그래피, 식각 및 증착 기법들을 사용하여 상면측 서브 층(230) 상에 형성되는 다수의 도파관(260)으로 구성된다. 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 도파관들(260)은 포토닉 층(205)의 광 결합 상면측(230)에 대해 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 도파관들(260)의 직경, 깊이 간격 패턴, 및 사용된 유전 반도체 물질에 따라, 마이크로 픽셀들(210)로부터의 시준 광 방사의 발산 각은 ±5°내지 ±45°범위의 발산 각 내에서 조절될 수 있다. 다시 도 2a를 참조하면, 각각의 마이크로 픽셀들(210)로부터 방출된 적어도 부분적으로 시준된 광이 지향성 변조 층(245)을 구비한 그들의 대응하는 마이크로 픽셀 레벨 광학 소자들(250) 상에 결합된다.
도 2d 및 2e는 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 지향성 변조 층(245)의 기능적 측면들을 도시한다. 도 2d 및 2e의 다수의 패널들에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 픽셀들(210)에 연관된 마이크로 광학 소자(250)는 마이크로 광학 소자(250) 상에 결합된 광이 대응하는 마이크로 픽셀들(210)로부터 수직 축에 대해 고유한 방향으로 지향하도록(또는 지향적으로 변조되도록) 디자인 될 수 있다. 도 2d 및 2e의 다수의 패널들은 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 지향성 변조 층(245)에 의해 실현될 수 있는 지향성 변조 패턴들의 2가지 가능 예시들을 도시한다. 도 2d의 제1 패널은, 마이크로 픽셀들(210)의 지향성 변조 그룹(270)으로 방출된 광이 지향성 변조 그룹(270)의 주변 가장자리들로부터 그의 중앙을 향해, 그리고, 수직 축을 향하여 체계적으로 지향성 수렴하는 수렴 지향성 변조 패턴을 실현하도록 지향성 변조 층(245)이 고안된 예시를 도시한다. 도 2e의 제2 패널은 마이크로 픽셀들(210)의 지향성 변조 그룹(270)으로부터 방출된 광이 지향성 변조 그룹(270)의 중앙으로부터 그 수직 축에서 멀어져서 체계적으로 지향성 발산하는 발산 지향성 변조 패턴을 실현하도록 지향성 변조 층(245)이 고안된 예시를 도시한다. 도 2d 및 2e에 있어서, 각각의 마이크로 픽셀들(210)의 중앙에 위치된 화살표들은, (x,y) 평면에서의 각 화살표의 각도 와 수직 축으로부터의 그의 각도를 나타내거나 암시하는 각 화살표의 길이에 의해 표시되는 각각의 마이크로 픽셀들(210)로부터 방출된 광 번들의 주 광선의 방향을 보여주기 위함이다.
도 2f, 2g 및 2h는 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 지향성 변조 픽셀 그룹들(270)의 기하학 측면들을 도시한다. 도 2f, 2g 및 2h의 다수의 패널에 도시된 바와 같이, 지향성 변조 픽셀 그룹들(270)의 기하학 형상은, 마이크로 픽셀 어레이의 (x,y) 평면에 있어서 그 치수들을 나타내는 픽셀들의 개수의 견지에 있어서, 의도된 어플리케이션에 따라 많은 가능한 형상들 중에서 정사각형(도 2f 참조), 직사각형(도 2h 참조) 또는 육각형(도 2-d2 참조)일 수 있다. 마이크로 픽셀들에 있어서, 지향성 픽셀 그룹(270)의 그 크기는 SSL 이미저 마이크로 픽셀 어레이 또는 SSL 이미저의 전체 마이크로 픽셀 어레이의 소구역을 포함하도록 확장할 수 있다. 지향성 픽셀 그룹(270)이 SSL 이미저 마이크로 픽셀 어레이의 소구역에 걸쳐 확장되는 경우에, 그것은 반복된 지향성 변조 패턴일 수 있거나, 또는 일부 경우의 그것은 어플리케이션에 따른 각 지향성 변조 픽셀 그룹(270)에 대한 고유 지향성 변조 패턴일 수 있다.
지향성 변조 층(245)의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은 (x,y) 평면 에 있어서 그들 각각의 방사형 마이크로 픽셀(210)과 동일한 평면 치수들을 가질 것이다. 그 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은 ROE(Refractive Optical Element) 또는 DOE(Diffractive Optical Element)로 실현될 수 있다. 어느 경우든지, 각각의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 광학 디자인 파라미터들은, 앞서 설명된 바와 같이, 변조 픽셀 그룹(270)에 걸쳐 선택된 지향성 변조 패턴을 실현하도록 선택될 수 있다. 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은, UV(Ultra Violet) 임프린트 리소그래피를 사용하여 폴리머로부터 또는 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물과 같은 반도체 유전 물질들로부터 SSL 이미저 웨이퍼 상에 모놀리식 으로 제조될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조는 SSL 이미저 웨이퍼의 상면측(광 방사형 면)의 바로 위에 리소그래피, 식각 및 증착 단계들의 순서로 이루어지며, SSL 이미저 웨이퍼의 상면측 상에는 마이크로 픽셀들(230)의 어레이가 합체된 포토닉 층(205)이 미리 합체되고, 그의 후면측 상에는 CMOS 컨트롤 층(225)이 합체된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조는 웨이퍼 크기 커버 글라스 층(235)의 일측 상에 리소그래피, 식각 및 증착 단계들의 순서로 이루어지며, 그 다음 커버 글래스 웨이퍼의 마이크로 광학 소자들(250) 측은 포토닉 층(205) 및 CMOS 컨트롤 층(225)이 미리 합체된 SSL 이미저 웨이퍼의 상면측(광 방사형 면)의 바로 위에서 정렬되고 접합된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조는 커버 글래스 층(235)의 일측 상에 리소그래피, 식각 및 증착 단계들의 순서로 이루어지며, 그 다음 글래스 커버 웨이퍼의 마이크로 광학 소자들(250)측은, 마이크로 픽셀들(230)의 어레이가 상부에 형성되는 포토닉 층(205)을 구성하는 다수의 서브 층들과, CMOS 컨트롤 층(225)이 순차적으로 접합되는 기판으로서 사용됨으로써, 본 명세서의 실시예의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)가 제조된다.
다른 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조는 커버 글래스 층(235)의 일측 상에 UV 경화성 폴리카보네이트(polycarbonate) 폴리머(polymer)를 엠보싱(embossing)함에 따라 마이크로 광학 소자들(250)이 형성되는 WLO 기법들을 사용하여 이루어질 수 있으며, 그 다음 웨이퍼의 형성된 마이크로 광학 소자들(250) 측은 포토닉 층(205) 및 CMOS 컨트롤 층(225)이 미리 합체된 SSL 이미저 웨이퍼의 상면측(광 방사형 면)의 바로 위에서 정렬되고 접합된다. 이 방법에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 층은, 마이크로 기계 가공 또는 레이저 절개 기법들을 사용하여 제조되고 이후 웨이퍼 사이즈 커버 글래스(235)의 일측 상의 UV 경화성 폴리카보네이트 폴리머를 엠보싱하는데 사용되는 UV 투명 몰드 상에 복사되는 마이크로 광학 소자들(250)의 어레이의 마스터 몰드(master mold)를 사용하여 제조될 수 있다. 마이크로 광학 소자들(250)의 어레이의 엠보싱은 또한 포토닉 층(205) 및 CMOS 컨트롤 층(225)이 미리 합체된 SSL 이미저 웨이퍼와의 접합 프로세스 동안 마이크로 광학 소자들(250)을 그들 각각의 마이크로 픽셀들(230)에 대해 정렬시키는데 사용되는 정렬 마크들의 엠보싱을 포함한다. 이 경우에 있어서, 포토닉 층(205) 및 CMOS 컨트롤 층(225)이 미리 합체된 SSL 이미저 웨이퍼에 엠보싱된 마이크로 광학 소자들(250)을 가진 글래스 커버 웨이퍼(235)를 접합시키는 것은 어느 한 웨이퍼 또는 양 웨이퍼들 모두의 접합 표면 상에 스프레드되거나 스프레이되는 UV 경화성 광학 접착제를 사용하여 이루어질 것이며, 이후 웨이퍼들은 각 웨이퍼의 표면 상에 미리 합체된 정렬 마크들을 사용하여 정렬되고, 그 다음 정렬된 웨이퍼 쌍은 UV 레이저 빔으로 스캐닝되거나 UV 플러드 광에 의해 조사됨으로써, 두 웨이퍼들의 접합 표면들 상에 위치된 광학 접착층을 경화시킨다.
"비공축(De-centered)" ROE(Refractive Micro Optical Element) - 도 3a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)이 ROE(refractive optical elements)로 실현되는 본 발명의 실시예의 일 예시를 도시한다. 이 실시예에서는, 픽셀 레벨 반사형 마이크로 광학 소자들(250)의 지향성 변조 측면들이 상이한 굴절률을 가진 유전 물질들(310 및 320)의 연속적인 층들에 의해 형성된 비공축 마이크로 렌즈들(250-1)을 사용하여 실현된다. 도 3a 및 3b는 각각 본 명세서의 실시예의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)가 비공축 반사형 마이크로 광학 소자들(250-1)로 실현되는 경우 그의 측면도 및 상면도이다. 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-1)의 어레이는, 반도체 리소그래피, 식각 및 증착 기법들을 사용하여 낮은 굴절률 층(310)을 위한 실리콘 산화물 및 높은 굴절률 층(320)을 위한 실리콘 질화물과 같은, 반도체 유전 물질들의 다수의 층들로서 웨이퍼 레벨로 모놀리식으로 제조된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-1)은 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-1)의 굴절 표면들을 형성하기 위해 연속적으로(순서대로) 증착되는 상이한 굴절률을 가진 유전 물질들(310 및 320)의 다수층들을 사용하여 실현된다. 도 3b의 상면도 패널은 예시적인 지향성 변조 그룹(270)을 실현하기 위해 사용될 때의 비공축 마이크로 렌즈들 방법을 도시하며, 이에 의해 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 (x,y) 평면에서의 비공축(de-centeration)은 각각의 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)에 의해 실현되는 지향성 변조에 비례하게 된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 의도된 지향성 변조 픽셀 그룹(270)에 걸쳐서 원하는 지향성 변조 패턴을 실현하기 위해, 지향성 변조 그룹(270)의 중앙에 있는 마이크로 픽셀(230)과 연관된 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 중앙이 그의 각 픽셀(230)의 중앙에 정렬될 수 있지만, 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙에서 떨어진 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 중앙은 그들의 중앙이 그들 각각의 픽셀들(230)의 중앙으로부터 오프셋 되며, 이러한 오프셋은 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙으로부터 더 떨어진 마이크로 광학 소자들(250-1)에 대해 점진적으로 증가한다. 지향성 변조 패턴이 각각 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙을 향해 수렴하거나 그 중앙으로부터 발산될 때, 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 비공축 오프셋은 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙을 향해 수렴하거나 그 중앙으로부터 발산될 수 있다. 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 개별 비공축에 의해 실현되는 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 각도 범위 Θ의 원하는 지향성 변조에 비례할 수 있다. 예를 들어, 각도 범위 Θ를 가진 NxN 픽셀들 변조 그룹(270)에 대해, 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 개별 비공축에 의해 실현되는 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 Θ/N과 동일할 것이다.
"경사형(Tilted)" ROE(Refractive Micro Optical Element) - 도 4a는 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 어레이가 ROE(refractive optical elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예의 또 다른 예시를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 굴절 마이크로 광학 소자들(250)의 지향성 변조 측면들은 상이한 굴절률을 가진 유전물질들(410 및 420)의 연속적인 층들에 의해 형성되는 경사형 마이크로 렌즈들(250-2)을 사용하여 실현된다. 도 4a 및 4b는 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)가 각각 경사형 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)을 사용하여 실현될 때 그의 측면도 및 상면도이다. 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-2)의 어레이는 반도체 리소그래피, 식각 및 증착 기법들을 사용하여, 낮은 굴절률 층(410)을 위한 실리콘 산화물 및 높은 굴절률 층(420)을 위한 실리콘 질화물과 같은, 반도체 유전 물질들의 다수의 층들로서 웨이퍼 레벨로 모놀리식으로 제조될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-2)은 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-2)의 굴절 표면들을 형성하기 위해 연속적으로(차례대로) 증착된 상이한 굴절률을 가진 다수층들의 유전 물질들(410 및 420)을 사용하여 실현된다. 도 4a의 상면도 패널은 예시적인 지향성 변조 그룹(270)을 실현하기 위해 사용될 때의 경사형 마이크로 렌즈들 방법을 도시하며, 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)의 광학 축의 경사(tilting)는 각각의 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)에 의해 실현될 지향성 변조에 비례한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 의도된 지향성 변조 픽셀 그룹(270)에 걸쳐 원하는 지향성 변조 패턴을 실현하기 위해, 지향성 변조 그룹(270)의 중앙에 있는 마이크로 픽셀(230)과 관련된 굴절 마이크로 픽셀 소자들(250-2)의 광학 축은 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)의 (x,y) 평면에 대해 수직인 축과 정렬되지만, 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙으로부터 떨어진 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)의 광학 축은 (x,y) 평면에 대해 수직인 축으로부터 경사지는데, 이러한 경사는 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙으로부터 더욱 떨어진 마이크로 광학 소자들(250-2)에 대해 점진적으로 증가한다. 지향성 변조 패턴이 각각 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙을 향해 수렴하거나 그 중앙으로부터 발산되는 경우, 굴절 마이크로 광학 소자들(250-1)의 광학 축의 경사는 (x,y) 평면에 대해 수직인 축을 향해 수렴하거나 그 축으로부터 발산될 수 있다. 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)의 개별 광학축 경사에 의해 실현되는 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 각도 범위 Θ의 원하는 지향성 변조에 비례할 수 있다. 예를 들어, 각도 범위 Θ를 가진 NxN 픽셀들 변조 그룹(270)의 경우, 굴절 마이크로 광학 소자들(250-2)의 개별 비공축에 의해 실현되는 지향성 변조들 간의 각도 거리 δθ는 Θ/N과 동일하다.
공간적 변조 ROE(Refractive Micro Optical Element) - 도 5a는 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 어레이가 ROE(refractive optical elements)로서 실현되는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 굴절 마이크로 광학 소자들(250)의 지향성 변조 측면들은 상이한 굴절률을 가진 유전물질들(510, 520)의 연속적인 층들에 의해 형성되는 공간적 변조 마이크로 렌즈들(250-3)을 사용하여 실현된다. 도 5a 및 5b는 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)가 각각 공간적 변조 굴절 마이크로 광학 소자들(250-3)을 사용하여 실현되는 경우, 그의 측면도 및 상면도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 굴절 마이크로 광학 소자들(250-3)의 중앙은 그들 각각의 방사형 마이크로 픽셀들(205)과 정렬되고, 그들의 광학 축은 또한 (x,y) 평면에 대해 수직하게 정렬되지만, 본 실시예의 경우에 있어서, 지향성 변조는 픽셀의 광학 개구 내의 공간적으로 변조된, 또는 (x,y) 평면에 적절히 위치된 단일 도파관(260)을 가진 방사형 마이크로 픽셀(205)과 조합된 퓨리에(Fourier)(또는 필드) 렌즈 마이크로 광학 소자들(250-3)을 사용함으로써 실현된다. 도 5b에 있어서, 그 단일 도파관은 도시된 픽셀의 중앙에 있는 실선 원에 의해 도시되며, x 및 y 방향들에 있어서 그의 가능한 공간 변조의 한계는 점선 원들(265)에 의해 도시된다. 그들 각각의 방사형 마이크로 픽셀(205)의 싱글 도파관(260)이 중앙에 배치되거나 그의 광학 개구로부터 오프셋 되면, 마이크로 광학 소자들(250-3)의 퓨리에 렌즈의 측면들은 그들의 주 광선이 (x,y) 평면에 대한 수직면과 정렬되거나 그 수직면으로부터 경사지게 하며, (x,y) 평면에 대한 수직면으로부터의 마이크로 광학 소자들(250-3)의 주 광선의 경사는 도파관(260)의 중앙으로부터 픽셀의 마이크로 광학 소자(250-3)의 중앙으로 확장된 축의 방향으로 이루어지며, 각도 기울기는 각각의 방사형 마이크로 픽셀(205)의 중앙으로부터의 단일 도파관(260)의 공간 오프셋에 비례한다. 도 5b는 예시적인 지향성 변조 그룹(270)을 실현하는데 사용될 때의, 본 실시예의 마이크로 픽셀의 단일 도파관 공간 오프셋 방법을 도시하며, 그에 의해 (x,y) 평면에 있어서의 그의 광학 개구의 중앙으로부터 공간 오프셋된 마이크로 픽셀(230)의 단일 도파관(260)은 각각의 굴절 마이크로 광학 소자들(250-3)에 의해 실현될 지향성 변조에 대해 비례한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 의도된 지향성 변조 픽셀 그룹(270)에 걸쳐 원하는 지향성 변조 패턴을 실현하기 위해서, 지향성 변조 그룹(270)의 중앙에 있는 마이크로 광학 소자들(250-3)은 그의 광학 개구의 중앙과 정렬된 방사형 마이크로 픽셀(205)과 연관된 그의 단일 도파관(260)을 가지지만, 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙으로부터 떨어진 마이크로 광학 소자들(250-3)은 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙으로부터 더욱 떨어진 방사형 마이크로 픽셀(205) 및 마이크로 광학 소자(250-3) 쌍에 대해 점진적으로 증가되는 그들의 광학 개구의 중앙들로부터 공간적으로 오프셋 된 그들의 싱글 도파관(260)을 가진 관련 방사형 마이크로 픽셀들(205)을 가질 것이다. 지향성 변조 패턴이 각각 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 중앙으로부터 발산되거나 중앙을 향하여 수렴하는 경우, 방사형 픽셀들(230)의 싱글 도파관(260) 및 그들 각각의 굴절 마이크로 광학 소자들(250-3)의 공간 오프셋은 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 방사형 마이크로 픽셀들(205)의 중앙으로부터 발산하거나 중앙을 향하여 수렴할 수 있다. 굴절 마이크로 광학 소자들(250-3)과 연관된 개별 단일 도파관(260)의 공간 오프셋에 의해 실현되는 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 각도 범위 Θ의 원하는 지향성 변조에 비례할 수 있다. 예를 들어, 각도 범위 Θ를 가진 NxN 픽셀 변조 그룹(270)의 경우, 굴절 마이크로 광학 소자들(250-3)의 싱글 도파관(260)의 공간 오프셋이 실현된 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 Θ/N과 동일할 것이다.
다른 어플리케이션들에 있어서, 상술한 지향성 변조 층의 공간 변조 ROE(refractive micro optical element)는 지향성 변조 그룹의 중앙에서 마이크로 광학 소자(250-3)을 가질 필요가 없으며, 또는 그의 광학 개구의 중앙과 정렬된 관련 방사형 마이크로 픽셀(205)의 싱글 도파관(260)을 가질 필요가 없다. 또한, 도 5a 및 5b의 실시예의 지향성 변조 층(245)은 물리적이 아닌 기하학적으로, 방사형 마이크로 픽셀들(205)에 대해 x,y 평면에서 의도적으로 쉬프트 될 수 있다. 그 결과, 이렇게 쉬프트 된 모든 마이크로 광학 소자들(250-3)은 일단부 상에 보다 적은 절단부를 갖고 타단부 상에 보다 큰 절단부를 가질 수 있다. 이는 그룹 또는 픽셀 어레이에 있어서 각각의 단일 도파관의 의도적 위치 설정에 의해 제어될 수 있는 방사에 있어서 지향성 바이어스를 생성함으로써, 단일 도파관들의 선택적 위치 설정에 의해 이용가능한 지향성 변조의 범위를 유지하면서 바이어스를 생성할 수 있게 된다.
DOE ("회절(diffractive)" Micro Optical Element) - 도 6a는 어레이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)이 DOE(diffractive optical elements)로서 실현되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 지향성 변조 측면들은 상이한 굴절률을 가진 금속 레일(rail)들 또는 유전 물질들의 연속적인 층들에 의해 형성된 마이크로 격자(250-4)를 사용하여 실현된다. 도 6a 및 5b는 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)가 각각, 마이크로 격자 회절 광학 소자들(250-4)을 사용하여 실현되는 경우, 그의 측면도 및 상면도를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 격자 소자들(250-4)의 어레이는, 반도체 리소그래피, 식각 및 증착 기법들을 사용하여 저 굴절률 층(610)을 위한 실리콘 산화물 및 고 굴절률 층(620)을 위한 실리콘 질화물과 같은 반도체 유전 물질들 또는 금속 레일들의 다수층들로서 웨이퍼 레벨로 모놀리식으로 제조될 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 어레이 픽셀 레벨 마이크로 격자 소자들(250-4)은 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250-4)(도 6b)의 회절 표면들을 형성하도록 연속적으로(차례로) 증착된 상이한 굴절률을 가진 유전 물질로 된다수층을 사용하여 실현된다. 도 6a의 상면도는 예시적인 지향성 변조 그룹(270)을 실현하는데 사용되는 경우의 마이크로 DOE 방법을 도시하며, 그에 의해 (x,y) 평면에 있어서의 마이크로 격자 회절 광학 소자들(250-4)의 회절 각도(일반 축으로부터 측정된) 및 축 배향은 각각의 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)에 의해 실현되는 지향성 변조에 비례한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 각각의 방사형 마이크로 픽셀들(205)과 연관된 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)의 축 배향이 지향성 변조 그룹(270)의 방사 축(radial axis)에 정렬되게 하고, 그들의 회절 각도가 변조 그룹(270)의 중앙으로부터의 그들의 방사 거리에 비례하도록 함으로써 수렴(또는 회절 광학 소자들(250-4)의 선택된 디자인 파라미터들에 의거한 발산) 지향성 변조 패턴이 의도된 지향성 변조 픽셀 그룹(270)에 걸쳐 실현될 수 있다. 개별 회절 마이크로 광학 소자(250-4)에 의해 실현된 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 지향성 변조 픽셀 그룹(270)의 원하는 지향성 변조 각도 범위 또는 FOV(field of view) Θ에 비례할 것이다. 예를 들어, 8x8의 마이크로 픽셀들(205)로 구성된 변조 그룹(270)을 도시하는 도 6a의 예시의 경우에 있어서, 지향성 변조 각도 범위 또는 FOV(field of view) Θ가 45도 일 때, 개별 회절 마이크로 광학 소자(250-4)에 의해 실현된 지향성 변조 간의 각도 거리 δθ는 5.625도 일 것이다.
SSL 이미저(200) 픽셀의 회절 광학 소자들(250-4)은 예를 들어, 블레이즈된 격자 또는 레일 격자와 같은 투과 격자를 사용하여 실현될 수 있다. 도 6b에 도시된 것은 SSL 이미저(200) 픽셀들의 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)이, 예를 들어, 층(610)에 대해 고 굴절률 실리콘 질화물을 이용하고, 층(620)에 대해 저 굴절률 실리콘 산화물을 이용하여 블레이즈된 격자를 형성하는, 상이한 굴절률을 가진 다수의 유전층(610, 620)을 사용하여 실현되는 예시를 보여준다. 도 6b의 도시에 있어서, 블레이즈된 격자의 경사 각도(slant angle) 및 피치(pitch)는 각각의 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)의 원하는 회절 각도를 실현하고, 결과적으로 SSL 이미저(200)의 관련 방사형 마이크로 픽셀들(205)의 지향성 변조를 실현하도록 선택될 것이다. 도 6b의 예시에 있어서, 층(610)의 굴절률은 바람직하게 픽셀의 포토닉 층(215)의 굴절률과 일치하도록 선택되며, 예를 들어, 층(610)을 위한 고 굴절률 실리콘 질화물을 사용하여 선택된다. 픽셀들의 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)의 고 굴절률 층(610) 및 저 굴절률 층(620) 사이의 굴절률 차이는 픽셀들의 회절 광학 소자들(250-4)의 최대 회절 각도를 제어할 것이며, 결과적으로 두 개의 유전 층들(610, 620) 간의 굴절률 차이는 본 실시예의 SSL 이미저(200)의 지향성 변조 그룹들(270)에 의해 실현 가능한 전체 각도 범위 또는 FOV(filed of view)에 영향을 미치는 디자인 파라미터일 것이다. 예를 들어, 도 6a는 고 굴절률 층(610)을 캡핑하는 저 굴절률 유전 물질(620)을 도시하지만, 픽셀의 회절 각도 범위 및 결과적으로 SSL 이미저(200) 지향성 변조 그룹들(270)의 실현 가능한 FOV(filed of view)를 최대화하기 위해, 고 굴절률 층(610)을 SSL 이미저(200) 픽셀들의 상부층으로 할 수 있다. 이 경우에 있어서, 픽셀들의 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)의 두 개의 층(610, 620) 간의 굴절률 차이를 최대화시키기 위해, 상부층(620)이 에어갭(air gap)이 되는 것이 유리할 것이다. 이 경우에 있어서, 커버 글래스 층(235)은 고 굴절률 층(610)과 글래스 커버(235) 사이의 얇은 에어 갭 층(620)을 허용하는 공간들의 부가와 함께 SSL 이미저(200)의 상면측에 접합될 수 있다. 또한, 본 실시예의 SSL 이미저(200) 지향성 변조 그룹들(270)에 의해 실현될 수 있는 FOV(filed of view)를 최대화하기 위해서, SSL 이미저(200) 픽셀들의 포토닉 층(215)의 상면측(230) 내로 직접 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)의 하부층(610) 표면을 식각하는 것이 또한 가능할 것이며, 앞에서 설명한 바와 같이, 포토닉 층(215)은 전형적으로 고 굴절률을 가진, 예를 들어, GaN(gallium nitride)과 같은, Ⅲ/Ⅴ족 반도체 물질로부터 제조된다. 이 경우에 있어서, 본 실시예의 이전 경우와 유사하게, 회절 마이크로 광학 소자들(250-4)의 상면측(620)을 에어 갭 층으로 함으로써, 실현가능한 FOV를 더욱 최대로 하는 것이 또한 유리할 것이다. 이 경우에도, 커버 글래스 층(235)은 고 굴절률 층(610) 및 글래서 커버(235) 사이에 얇은 에어 갭 층을 허용하는 공간들의 부가와 함께 SSL 이미저(200)의 상면측에 접합될 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, SSL 이미저(200) 픽셀들은 각 픽셀 개구로부터 다수의 파장을 가진 광을 방출할 수 있다. SSL 이미저(200) 픽셀들이 다수의 파장을 가진 광을 방출하는 경우에 있어서, 회절 광학 소자들(250-2)은 SSL 이미저(200) 픽셀들의 광 방사 대역폭에 걸쳐 원하는 회절 각도를 달성하도록 고안된 광대역 투과 격자들 또는 멀티 레벨 격자들을 사용하여 실현될 수 있다. 광대역 투과 격자들이 사용된 경우에 있어서, SSL 이미저(200) 픽셀들의 회절 광학 소자들(250-2)은 이러한 각각의 층 굴절률에 대해 교대로 높고 낮은 굴절률을 가진 다수의 유전 물질 층을 사용하여 실현될 수 있다. 형성된 격자 경사 각도 및 피치를 가진 이러한 층들의 굴절률은 SSL 이미저(200) 픽셀들의 광 방사 대역폭의 각 서브 밴드 내에서 원하는 픽셀의 회절 각도를 실현하기 위해 선택될 것이다. 도 6c는 멀티 레벨 격자들이 SSL 이미저(200) 픽셀들의 다수의 파장 광 방사 대역폭에 걸쳐 원하는 회절 각도를 실현하기 위해 사용되는 경우의 예시를 도시한다. 이 예시의 경우에 있어서, 상이한 굴절률을 가진 두 개의 유전층(630, 640)은 각 층 내에서 다른 격자 피치를 가진 멀티 레벨 격자를 형성하기 위해 사용되며, 각 층의 격자 피치는 SSL 이미저(200) 픽셀들 광 방사 대역폭의 주어진 서브 밴드 내의 광을 지배적으로 회절시키도록 고안된다. 두 층들(630, 640) 각각의 피치 및 굴절률은 SSL 이미저(200) 픽셀들의 다수의 파장 방사 대역폭 전체에 걸쳐 격자 멀티 레벨의 집합 회절 작용을 고려한 반복 디자인 프로세스를 통해 선택될 것이다. 도 6c의 예시에 있어서, 층(630)의 굴절률은 바람직하게 픽셀의 포토닉 층(205)의 굴절률과 일치하도록 선택될 것이다. 또한, 픽셀의 회절 각도 범위 및 결과적으로 SSL 이미저(200) 지향성 변조 그룹들(270)의 실현 가능한 FOV(filed of view)를 최대화시키기 위해, 고 굴절률 층(630)을 SSL 이미저(200) 픽셀들의 상부층으로 하는 것이 가능할 것이다. 이 실시예에 있어서, 커버 글래스 층(235)은 고 굴절률 층(630) 및 글래스 커버(235) 사이에 얇은 에어 갭 층을 허용하는 공간들의 부가와 함께 SSL 이미저(200)의 상면측에 접합될 수 있다.
지향성 변조 층(245) 제조 방법 - 앞에서 설명한 바와 같이, 이전 실시예들의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은 대응하는 방사형 마이크로 픽셀들(205)로부터 방출된 광을 지향적으로 변조, 수집 및/또는 시준하게 하기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 광학 소자들(250)은 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 대응하는 마이크로 픽셀들(230)과, 적어도 10% 미만의 정확도 내로, 동일하고 정확하게 정렬된 광학 개구를 갖는다. 이전 실시예들의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은 위상(Phase), 그레이 스케일(Grayscale), 전체 도메인 또는 서브 도메인 마스크들, 바이너리 마스크 뿐 아니라 다양한 직접 쓰기(direct write) 기법들을 사용하는 추가 리소그래피 조각법을 사용하는 패터닝과 같은 다양한 나노 임프린트 리소그래피 기법들을 사용하여 제조될 수 있다. 포토 레지스트 (열) 리플로우(reflow) 및 몰딩(molding)은 형성된 표면들의 평탄성을 증가시키기 위해 마이크로 광학 소자들(250)의 제조에 또한 채용될 수 있다. 서브 도메인 바이너리 마스크 세트를 사용하는 추가 리소그래피는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 예시적인 ROE 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조를 위한 전형적인 방법을 도시하기 위한 예시로서 본 명세서에 사용될 수 있다.
웨이퍼 레벨 광학 마스크 세트 - 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조 프로세스 순서는 마이크로 광학 소자들(250)의 바이너리 형상 사양들을 포착하는 리소그래피 서브 도메인 마스크들의 세트의 제조로 시작한다. 서브 도메인 마스크들의 제조 프로세스는 제조될 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 고유한 특성들 내의 대칭성을 식별하고, 식별된 대칭성을 직교 또는 비직교 기초 세트로 나누는 것을 포함한다. 도 7a는 본 프로세스에 의해 생성된 예시적인 회전 대칭 픽셀 레벨 굴절 마이크로 광학 소자들(250)의 직교 및 비 직교 기초 세트를 도시한다. 마이크로 광학 소자들(250)의 특정 바이너리 표면 형상은 도 7b에 도시된 바와 같이, 리소그래피 동안 직교 또는 비직교 기초 세트의 각 소자들의 노광량(exposure dose)을 제어함으로써 제조 프로세스 중에 후에 달성될 것이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 회전 대칭 굴절 마이크로 광학 소자들(250)은 직교(고리) 또는 비 직교(원) 소자들의 2차원 기초 세트로 표시될 수 있다. 각 마이크로 픽셀(230) 위치에서, 이전 실시예의 비공축 ROC로써 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 실현하기 위해, 요구되는 비공축 이동은 생성된 기초 세트에 적용되며, 그에 따라, 후에 각각의 기초세트는 디자인에 의해 지정된 마이크로 픽셀(230) 개구와 정렬된다. 도 7c는 두가지 예시적인 경우를 도시하는데, 하나는 마이크로 광학 소자들(250) 축이 마이크로 픽셀(230)의 개구의 중심에 놓이는 것이며, 두번째 경우는 마이크로 광학 소자들(250) 축이 마이크로 픽셀(230)의 개구의 중앙으로부터 이동된 경우이다. 이후, 이 프로세스는 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200) 디바이스의 전체 개구를 위한 다층 마스크 세트를 생성하기 위해 마이크로 픽셀들(230) 마스크 정렬 기준 좌표의 전체 어레이에 걸쳐 반복된다. 그 다음, 등가 직교 및 비 직교 기초 소자들은 분리된 마스크 층들을 형성하기 위해 SSL 이미저(200) 개구에 걸쳐 방사형 마이크로 픽셀(230) 마스크 정렬 기준 좌표의 어레이와 정렬된다. 그 다음, 이 마스크 층들은 마이크로 광학 소자들(250)의 웨이퍼 레벨 마이크로 광학 리소그래피 제조 프로세스에 사용될 단일 레티클(reticle) 또는 다수의 레티클 상의 잘 알려진 위치들에 분리되어 배치될 수 있다. 마스킹 층 형성의 전체 프로세스는 반도체 리소그래피 마스크들의 생성에 사용되는 전형적인 LEdit와 같은 표준 마스크 편집 소프트웨어를 사용하여 달성될 수 있다. 잘 알려진 이 마스크 제조 프로세스는 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)의 웨이퍼 레벨 광학 제조를 위한 전체 마스크 세트를 생성하기 위해 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 구비하는 모든 광학 표면에 대해 반복될 것이다.
상술한 개시는 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)이 비공축 ROE로서 앞에서 설명된 실시예에 따라 실현되는 경우의 리소그래피 마스크 세트를 형성하는 프로세스를 개략적으로 설명하였지만, 통상의 기술자는 마이크로 광학 소자들(250)이 경사 ROE 또는 DOE로서 실현될 때, 다른 설명된 실시예들의 경우에 있어서, 설명된 리소그래피 마스크 세트 형성 프로세스를 적용하는 방법을 쉽게 알 것이다.
웨이퍼 레벨 광학 제조 순서 - 도 7d 내지 7m은 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제조 프로세스 순서를 도시한다. 상술한 개시에 따라 웨이퍼 레벨 광학 마스크 세트가 형성된 후에, 선택되는 기판은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)과 같은 반도체 물질 증착 장비들을 사용하는, 본 명세서에서 유전물-1(도 7d)로 언급된, 유전 물질의 얇은 층, 바람직하게 수 미크론으로 코팅된다. 증착된 유전물-1 층은 비결정질일 수 있으나 타겟 광학 스펙트럼, 예를 들어 가시광 400nm 내지 650nm 스펙트럼 내에서 충분히 투명해야하며, 특히 기판 웨이퍼 상에 최소한의 스트레스가 인가되도록 선택되어야 한다. 증착된 유전물-1 층은 전형적으로 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 구비하는 다른 고 굴절률 물질 층들을 둘러싸는 저 굴절률 물질일 것이다. 그 다음, 정렬 마스크들은 증착된 유전물-1 층의 상면측에 패터닝되어, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 후속 층들을 정렬하는데 사용된다.
그 다음, 적절히 선택되고 특성화된 포토레지스터가 유전물-1 층의 상부에 코팅되고, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 그 표면에 네가티브(negative)를 생성하기 위해 제조된 마스크 세트를 사용하여 추가적인 리소그래피가 실행된다(도 7e). 추가적인 리소그래피 프로세스에 있어서, 네가티브 표면은 100nm 미만 또는 바람직하게 50nm의 범위의 정렬 허용 오차를 가진 다양한 마스크 세트를 사용하여 연속 정렬 및 노광에 의해 포토레지스트 층 상에 형성될 것이다(도 7f). 포토레지스터 표면에 생성된 형상은 도 7b에 도시된 바와 같이, 다양한 마스크 세트를 위한 각각의 리소그래피 단계에 대한 노광 및 포커스 오프셋 파라미터들을 조정함으로써 최적화될 수 있다. 이 단계는 생성된 포토레지스트 네가티브 표면이 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제1 표면의 표면 디자인 사양(또는 광학 규정)에 부합하는지를 확인하기 위해 적절한 계량학 측정(metrology measurements)이 뒤따른다.
일단 포토레지스트 네거티브 표면의 사양 준수가 확인되면, 마이크로 광학 소자들(250)은 포토레지스터와 유전물-1 층 사이에 1:1 선택도를 제공할 수 있는 RIE(reactive ion etching) 장비 상에 적절한 화학 반응을 사용하여 식각될 것이다(도 7g). 에칭 시간은 유전물-1 층이 과도 식각(over-etching) 되는 것을 방지하고, 식각 단계 동안 형성되는 결점을 최소화하면서 유전물-1 층 상에 포토레지스트 상의 형상이 충실히 전사되도록 하기 위해 미리 특성화된 식각률에 기초하여 조정될 필요가 있다. 이 단계에 뒤따르는 계량학 측정은 유전물-1 층의 식각된 표면이 마이크로 광학 소자들(250)의 표면 디자인 사양(또는 광학 규정)에 부합하는지를 확인하기 위해 사용된다. 식각 및 계량 단계 후에, 웨이퍼 유전물-1 층 표면을 충분히 세정하여 웨이퍼의 제조된 표면으로부터 모든 폴리머 잔류물들(residues) 및 다른 오염 물질들을 모두 제거한다. 이 단계의 끝에서, 마이크로 광학 소자들(250)의 제1 표면은 생성된 광학 표면을 가진 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 마이크로 픽셀들(230)과 정확한 정렬로 유전물-1 층 상에 생성될 것이다.
유전물-1 층 표면이 생성된 후에, 웨이퍼는 고 굴절률 유전물-2 층의 비교적 두꺼운 등각의(conformal) 층으로 코팅된다(도 7h). 유전물-2 층의 두께는 마이크로 광학 소자들(250)의 광학 특성들을 수용하기에 충분해야하지만, 최소 스트레스와 함께 매우 투명해야한다. 그 다음, 유전물-2 층의 증착된 표면은 CMP(chemical mechanical polishing) 장비를 사용하여 평탄화 프로세스를 진행하여, 최소 TTV(total thickness variation)를 가진 웨이퍼 전체에 걸쳐 거의 평탄한 표면을 얻는다(도 7i). 그 다음, 유전물-2 층 웨이퍼 표면은 포토레지스트로 코팅된 후, 유전물-1 층에서 설명된 단계와 유사하게, 유전물-2 층 표면 상에 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제2 표면을 형성하기 위해 식각에 이어서 추가적인 리소그래피를 사용하여 프로세스된다(도 7j 내지 7l).
도 7k 및 7l에 도시된 바와 같이, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제1 및 제2 표면들의 제조 후에, 유전물-3 층으로 지칭되는, 유전 물질의 3번째 층이 웨이퍼 표면의 상부에 증착되며, 요구 두께 및 TTV 사양들로 평탄화된다(도 7m). 유전층들 유전물-1, 유전물-2 및 유전물-3의 유전 상수 및 굴절률은 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 광학 규정에 기초하여 선택되며, 전형적으로 대부분 어플리케이션들에서 유전물-1 및 유전물-3은 유전물-2 굴절률 값보다 낮은 동일한 굴절률 값을 가질 것이다.
두번째 광학 소자가 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 광학 규정에 따라 추가되는 경우, 설명된 WLO 제조 단계들은 유전물-3 층 웨이퍼 표면의 상부에서 반복될 것이다.
픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 모든 광학 소자들이 기판 웨이퍼의 상부에 제조된 후에, 웨이퍼 표면은 접합 중간층으로 코팅되며, 적절한 접합 사양으로 연마된 후, 이전 프로세스에서 추가된 정렬 마크들을 사용하여 포토닉 층(205) 표면 상부에 정렬되고 접합된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 이전 문단들에서 설명된 WLO 제조 프로세스는 기판으로서 커버 글래스 웨이퍼(235)의 상부에 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 제조하기 위해 사용되며, 이후 제조된 웨이퍼는 연속적으로 접합되고 형성된 픽셀화된 포토닉 층 스택(205) 상에 기판으로서 사용된다. 그 제조 순서의 끝에서, 형성된 웨이퍼는 CMOS 컨트롤 층(225)의 상면측에 정렬되고 접합될 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 이전 문단들에서 설명된 WLO 제조 프로세스는 기판으로서 커버 글래스 웨이퍼(235)의 상부에 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 제조하기 위해 사용되며, 이후 제조된 웨이퍼는 CMOS 컨트롤 층(225)의 상면측에 순차적으로 접합된 포토닉 층 스택(205)을 구비하는, 개별적으로 형성된 웨이퍼의 포토닉 층(205) 상부 표면에 정렬되고 접합될 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 이전 문단들에서 설명된 WLO 제조 프로세스는 CMOS 컨트롤 층(225)의 상면측에 순차적으로 접합된 포토닉 층 스택(205)을 구비하는, 개별적으로 형성된 웨이퍼의 상부에 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 형성하기 위해 사용되며, 이후 커버 글래스 웨이퍼는 제조된 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 상부에 접합된다. 이 경우에 대한 WLO 제조 프로세스에 있어서, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제2 표면이 먼저 픽셀화된 포토닉 층 스택(205)의 상부에 제조될 것이며, 그 다음 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)의 제1 표면이 상부에 제조될 것이다. 또 다른 실시예에 있어서, 특히 지향성 변조 층에 대해 본 명세서에서 설명된 다른 제조 프로세스들을 사용하고, 이 제조 프로세스를 사용하여, 글래스 커버 층(235)은 고 굴절률 층(610)과 글래스 커버(235) 사이에 얇은 에어 갭 층(620)을 허용하는 공간들의 부가와 함께 SSL 이미저(200)의 상면측에 접합될 수 있다. 전술한 실시예들 각각은 의도된 어플리케이션에 따라 그 이점들을 가질 것이다.
도 7d 내지 7m은 기판으로서 커버 글래스 웨이퍼(235)의 상부에 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)을 제조하기 위한 이전 문단들에서 설명된 WLO 제조 프로세스들을 도시한다. 도 7d 내지 7m은 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)이 기판으로서 글래스 커버 웨이퍼(235) 상에 형성된 ROE인 경우에 있어서 설명된 WLO 제조 프로세스를 도시하고 있지만, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)이 이전 문단들의 WLO 제조 프로세스 실시예들의 임의의 문맥 내에서 제조된 DOE인 경우를 포함하여 설명된 다수의 실시예들의 경우에 있어서, 설명된 제조 순서가 동일하게 적용된다.
초소형 프로젝터(Ultra Compact Projector) - 도 8a는 본 명세서의 실시예들의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)에 의해 이루어질 수 있는 초소형 디스플레이 프로젝터의 디자인 방법을 도시한다. 본 실시예에 있어서, 마이크로 픽셀들(210)의 지향성 변조 그룹(270)으로부터 방출된 광이 지향성 변조 그룹(270) 주변 가장자리들로부터 그의 중앙을 향해, 그리고, 수직 축을 향하여 체계적으로 지향성 수렴하는 수렴 지향성 변조 패턴을 실현하도록 SSL 이미저(200)의 지향성 변조 층(245)이 고안된다. 이 경우에 있어서, 지향성 변조 그룹(270)은 SSL 이미저(200)의 전체 방사형 광학 개구에 걸쳐 확장된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은 프로젝션 광학(810)의 제1 광학 소자(L-1)의 광학 개구의 최대 충전률(fill factor)을 달성하기 위해 SSL 이미저(200) 마이크로 픽셀들로부터 방출된 광을 지향적으로 변조시킬 것이며, 이후에, 충전률을 최대로 유지하면서 제2 광학 소자(L-2) 광학 개구를 향하여 광선을 추가로 재지향시키도록 고안된다. 광학 소자들(L3, L4)은 프로젝트된 이미지의 확대을 위해 사용된다. 이 실시예의 프로젝터 디자인은 상당히 균일한 광학 효율을 달성하면서 3.6x6.4mm SSL 이미저 방사형 개구 크기와 8mm 미만의 광학 트랙 길이를 달성한다. 실제 프로젝터는 5.82mmx8.05mm의 단면 직경과 7.86mm의 높이를 가진다. 그 체적 효율성 외에, 도 8a의 초소형 디스플레이 프로젝터는 높은 광학 효율성 및 휘도 균일성의 달성을 가능하게 할 것이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 프로젝터 디자인은 본 실시예의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)를 사용하지 않는 디자인에 대해 22.8%의 광학 효율성과 비교하여 중앙에서 코너까지의 롤 오프(roll off)가 15% 미만으로 거의 83% 광학 효율성을 달성한다. 달성되는 최소 광학 트랙 길이에 따라, 이 실시예의 프로젝터 디자인은 0.3cc 미만의 전체 체적을 가진 도 8c에 도시된 초소형, 풀 컬러 프로젝터를 제조하기 위해 사용되었다. 통상의 기술자들의 지식으로는, 이것이 체적 측정으로 가장 작게 디자인되고 제조된 HD 프로젝터이며, 이는 임베디드(embedded) 및 부착 모바일 프로젝터들과 같은 모바일 디스플레이 어플리케이션들 뿐 아니라 근안형(near-eye) HMD(head mounted displays)에 이상적이다.
최소 크로스토크 광 필드 변조기 - 도 9는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)에 의해 이루어질 수 있는 최소 크로스토크 광 필드 변조기의 디자인 방법을 도시한다. 이 실시예에 있어서, 홀로그램 소자들(호겔(hogels))과 바람직하지 않은 3D 이미지 "고스트(ghost)" 왜곡들 사이의 "크로스토크(cross-talk)"는 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 호겔 렌즈들(930 내지 932)의 광학 개구들을 가로질러 SSL 이미저(200) 방사형 비 텔레센트릭을 형성함으로써 실질적으로 감소되거나 전부 제거될 것이다. 즉, 이 실시예에 있어서, 마이크로 픽셀들(210)의 지향성 변조 그룹(270)으로부터 방출된 광이 지향성 변조 그룹(270)의 주변 가장자리들로부터 그의 중앙을 향해, 그리고, 수직 축을 향하여 체계적으로 지향성 수렴하는 수렴 지향성 변조 패턴을 실현하도록 SSL 이미저(200)의 지향성 변조 층(245)이 고안될 것이다. 이 실시예의 경우에 있어서, 지향성 변조 그룹(270)은 도 9의 각각의 호겔 렌즈들(930 내지 932)의 광학 개구에 대응하는(또는 연관되는) SSL 이미저(200) 방사형 마이크로 픽셀들의 서브 어레이를 가로질러 확장될 것이다. 본 실시예의 디자인 방법으로, 각각의 호겔 렌즈들(930 내지 932)과 관련된 마이크로 픽셀들(210)의 SSL 이미저(200) 서브 어레이의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(250)은 이러한 그 마이크로 픽셀들(210)의 서브 어레이로부터의 광 방사가 그들의 관련 호겔 렌즈들(930 내지 932) 개구들의 광학 개구들 내에 실질적으로 감금되도록 고안됨으로써, 인접한 호겔 렌즈들(930 내지 932) 간의 광 누설 또는 크로스토크를 최소화시킨다. 이를 통해, SSL 이미저(200)에 의해 변조된 광 필드 뷰(view)들 간의 광 누설이 최소화될 것이며, 다른 방향들로부터의 고스트 간섭을 가지지 않는 상이한 방향들로부터의 뷰를 만든다.
이 실시예에 있어서, 각각의 SSL 이미저(200) 마이크로 픽셀들(210)로부터 방출된 광은 픽셀의 마이크로 광학 소자들(250)에 의해 충분히 시준되고 지향적으로 변조(또는 지향)되어, 인접한 호겔 렌즈들로의 광 누설이 최소화 되거나 실질적으로 거의 없는 상태로 관련 호겔 렌즈를 효율적으로 채운다. 따라서, 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)에 의해 이루어질 수 있는 도 9의 지향성 광 변조기는, 지향적으로 변조된 뷰들 간의 크로스토크를 최소화시키는 것 외에, 그 FOV(field of view)에 걸쳐 높은 광학 효율성 및 균일성을 또한 달성할 수 있다.
멀티 뷰 디스플레이(Multi-View Display) - 도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기(SSL 이미저)(200)에 의해 이루어질 수 있는 멀티-뷰 2D 디스플레이 디자인 방법의 상면도 및 측면도를 도시한다. 이 실시예에 있어서, 지향성 변조 층(245)의 SSL 이미저(200) 방사형 픽셀(210) 어레이 및 그들의 관련 마이크로 소자들(250)은 지향성 변조 서브 어레이들 또는 지향성 변조 그룹들(270)로 공간적으로 분할될 것이다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 SSL 이미저(200)의 지향성 변조 층(245)은 마이크로 픽셀들(210)의 지향성 변조 그룹(270)으로부터 방출된 광이 그 지향성 변조 그룹(270)의 수직 축으로부터 멀어진 방향들의 고유한 세트로 체계적으로 지향적 발산하는 발산 지향성 변조 패턴을 실현하기 위해 고안될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 방사형 픽셀들(210)의 수와 관련하여 지향성 변조 그룹(270)의 크기는 멀티 뷰 디스플레이에 의해 지원될 수 있는 뷰들의 수를 결정할 것이다. 예를 들어, 도 10a의 8x8 지향성 변조 그룹(270)을 사용하여 64-뷰 멀티 뷰 디스플레이가 실현될 수 있으며, 디스플레이 개구를 가로지르는 각 변조 그룹들의 각 픽셀들은 그 멀티 뷰 디스플레이의 타겟 FOV(field of view) 내의 균일하고 각지게 이격된 고유한 방향으로 광을 방출시키기 위해 고안된다. 이 실시예에 있어서, 각각의 SSL 이미저(200) 마이크로 픽셀들(210)로부터 방출된 광은 픽셀의 마이크로 광학 소자들(250)에 의해 고유한 방향으로 충분히 시준되고 지향적 변조될 수 있다.
도파관 광 변조기 - 도 11a는 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기에 의해 이루어질 수 있는 도파관 광 변조기의 디자인 방법을 도시한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 도파관 광 변조기는 반사 광학 층(1130)이 그의 광학 출력 개구(1140)를 정의하기 위해 그 측면 중 하나에 코팅된 도파관(1110)의 광학 입력 개구(1120) 상에 결합된 지향성 변조 층을 가진 SSL 이미저(200)로 구성될 수 있다. 이 실시예에 있어서, SSL 이미저(200) 방사형 픽셀(210) 어레이 및 그들의 관련 지향성 변조 층(240)의 마이크로 광학 소자들(250)은 도파관(1110)의 도파관 각도 범위 내의 고유한 방향으로 각각의 SSL 이미저(200) 픽셀로부터 방출된 광을 지향할 것이다. 도 11a에 도시된 바와 같이, TIR(total internal reflection) 도파관(1110)의 경우에 있어서, 각각의 SSL 이미저(200)로부터 방출된 광은 탄젠트 평면(측 평면) 및 벡터 평면(입(elevation) 평면)들 내의 고유한 방향으로 픽셀 관련 마이크로 광학 소자들(250)에 의해 지향적으로 변조될 수 있으며, 그 픽셀로부터 방출된 광의 도파 각 뿐 아니라 픽셀의 (x,y) 좌표로부터의 측면 발산을 설명할 것이다. 측 평면에서 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 그 픽셀 어레이로부터 방출된 광이 도파관을 통해 전파됨에 따라 SSL 이미저(200) 픽셀에 의해 변조되는 이미지의 전체 신장(또는 확대)을 결정할 것이다. 사실상, 측 평면에서 SSL 이미저 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 SSL 이미저(200) 픽셀 어레이에 의해 변조되고 도파관에 결합되는 이미지의 x 축 확대율을 결정할 것이다. 수직 평면에서 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 각각의 SSL 이미저(200) 픽셀들로부터 방출된(그리고 변조된) 광이 도파관을 통해 전파되는 각도를 결정할 것이다. 전형적으로 도파관 반사 광학 층(1130)이 SSL 이미저(200)가 광학적으로 결합되는 도파관 입력 광학 개구(1120)로부터 더 멀리 있는 도파관을 통해 점진적으로 낮아지는 각도로 안내되는 광선들에 대한 TIR 상태를 브레이크(break)하도록 고안됨에 따라, 도파관 TIR 각도 범위 내의 점진적으로 더 작은 각도에서 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출되고 벡터 평면에서 그의 마이크로 광학 소자들(250)에 의해 지향적으로 변조된 광은, 도파관 반사 광학 층(1130)에 의해 그의 TIR 안내 상태가 브레이크되기 전에 도파관 입력 광학 개구(1120)로부터 더 멀리 전달되어 도파관(1110)의 출력 개구(1140)를 향하여 보다 직접적으로 광을 지향시킬 것이다. 사실상, 벡터 평면에 있어서의 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 SSL 이미저(200) 픽셀 어레이에 의해 변조되고 도파관에 결합된 이미지의 y축 확대율을 결정할 것이다. 탄젠트 평면(측 평면) 및 벡터 평면들 내의 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조가 각각의 그 픽셀들에 대해 적절히 선택되는 경우, 본 발명의 SSL 이미저(200)에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 도파관 입력 광학 개구(1120)에서 도파관 출력 광학 개구(1140)로 변조되고, 결합되는 이미지의 확대 및 중계를 가능하게 할 것이다. 대안으로서, 출력 개구는 그 스스로 출력 개구(1140)에서의 TIR 상태를 브레이킹(breaking)하는 프로젝션 광학을 포함할 수 있다.
본 실시예의 지향성 변조 디자인 방법은 본 발명의 도파관 광 변조기를 가능하게 하는 SSL 이미저(200)의 상면도를 도시하는 도 11b에 추가로 도시된다. 도 11b에 있어서, 도파관 입력 광학 개구(1120) 내의 SSL 이미저(200) 픽셀들의 좌표가 (x,y) 좌표로 지정되고, 도파관 출력 광학 개구(1140) 내의 도파관 광 변조기 픽셀들의 좌표가 (X, Y) 좌표로 지정된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 측 평면 및 벡터 평면에 있어서의 SSL 이미저(200) 픽셀 지향성 변조 각도들은 각각의 SSL 이미저(200) 픽셀들로부터 방출된 광을 도파관 입력 광학 개구(1120) 내의 주어진 (x,y) 좌표에서 도파관에 결합시키며, 도파관 출력 광학 개구(1140) 내의 주어진 (X,Y) 좌표로 고유하게 매핑될 것이다. 사실상, 적절하게 고안된 도파관 반사 광학 층(1130)과 함께 본 실시예의 SSL 이미저(200) 픽셀들의 지향성 변조 방법은 각각 도파관 입력 및 출력 광학 개구들(1120, 1140) 사이의 확대 및 중계를 모두 실현하는 주어진 광학 전달 기능의 합성을 가능하게 할 것이다. 이 실시예에 있어서, SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광 번들의 시준 각도는 방사를 위한 특별한 규정없이 출력 개구(1140)의 적절한 기능을 위해 도파관(1110)의 TIR 각도 범위를 벗어나도록 선택된다.
테이퍼형 도파관 광 변조기 - 도 11c에 도시된, 대안적인 실시예에 있어서, SSL 이미저(200) 기반의 도파관 광 변조기는 테이퍼형 도파관(1150)을 사용하여 실현될 수 있으며, 이로 인해 도파관(1150)의 일 표면의 테이퍼링 각도(또는 경사)는 SSL 이미저(200)가 광학적으로 결합되는 도파관 입력 광학 개구(1160)로부터 더 멀리 있는 도파관(1150)을 통해 점진적으로 낮아지는 각도로(국부적 도파관 표면에 대해 수직인 라인에 가까움) 안내되는 광선들에 대한 TIR 상태를 브레이크하도록 선택된다. 이 실시예에 있어서, 도파관(1150)의 일 표면의 테이퍼링은 이전 실시예의 회절 광학 층(1130)과 동일한 광학 기능을 수행한다. 이 실시예에 있어서, SSL 이미저(200) 방사형 픽셀(210) 어레이 및 지향성 변조 층(245)의 관련 마이크로 광학 소자들(250)은 테이퍼형 도파관(1150)의 도파관 각도 범위 내에서 고유한 방향으로 각 SSL 이미저(200) 픽셀들로부터 방출된 광을 지향시킬 것이다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 각각의 SSL 이미저(200) 픽셀들로부터 방출된 광은 탄젠트 평면(측 평면) 및 벡터 평면(입 평면)들 내의 고유한 방향으로 픽셀 관련 마이크로 광학 소자들(250)에 의해 지향적으로 변조될 것이며, 그 픽셀로부터 방출된 광의 도파각 뿐 아니라 픽셀의 (x,y) 좌표들로부터의 측면 발산을 설명할 것이다. 측 평면에 있어서의 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 픽셀 어레이로부터 방출된 광이 테이퍼형 도파관(1150)을 통해 전파됨에 따라 SSL 이미저(200) 픽셀 어레이에 의해 변조되는 이미지의 전체 신장을 결정할 것이다. 사실상, 측 평면에서 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 SSL 이미저(200) 픽셀 어레이에 의해 변조되고 도파관에 결합되는 이미지의 x 축 어레이 팩터를 결정할 것이다. 벡터 평면에서 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 각각의 SSL 이미저(200) 픽셀들로부터 방출된(그리고 변조된) 광이 도파관을 통해 전파되는 각도를 결정할 것이다. 도파관(1150)의 테이퍼형 표면들이 SSL 이미저(200)가 광학적으로 결합되는 도파관 입력 광학 개구(1160)로부터 더 멀리 있는 도파관을 통해 점진적으로 낮아지는 각도로(테이퍼형 도파관(1150)의 국부 표면에 대해 수직적으로 가까움) 안내되는 광선들에 대한 TIR 상태를 브레이크하도록 고안됨에 따라, 도파관 TIR 각도 범위 내의 점진적으로 더 작은 각도에서 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출되고 벡터 평면에서 그의 마이크로 광학 소자들(250)에 의해 지향적으로 변조된 광은, 도파관(1160)의 테이퍼형 표면에 의해 그의 TIR 안내 상태가 브레이크되기 전에 도파관 입력 광학 개구(1160)로부터 더 멀리 전달될 것이다. 사실상, 벡터 평면에 있어서의 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 SSL 이미저(200) 픽셀 어레이에 의해 변조되고 테이퍼형 도파관(1160)에 결합되는 이미지의 y축 확대율을 결정할 것이다. 탄젠트 평면(측 평면) 및 벡터 평면들 내의 SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광의 지향성 변조가 각각의 그 픽셀들에 대해 적절히 선택되는 경우, 본 실시예들의 SSL 이미저(200)에 의해 방출된 광의 지향성 변조는 테이퍼형 도파관(1160) 입력 광학 개구(1120)에서 도파관 출력 광학 개구(1140)로 변조 및 결합되는 이미지의 확대 및 중계를 가능하게 할 것이다. 사실상, 적절하게 고안된 테이퍼형 도파관(1150)과 함께 본 실시예의 SSL 이미저(200) 픽셀들의 지향성 변조 방법은 각각 테이퍼형 도파관(1150) 입력 및 출력 광학 개구들(1160, 1170) 사이의 확대 및 중계를 모두 실현하는 주어진 광학 전달 기능의 합성을 가능하게 할 것이다. 이 실시예에 있어서, SSL 이미저(200) 픽셀들에 의해 방출된 광 번들의 시준 각도는 테이퍼형 도파관(1150)의 TIR 각도 범위 내에 있도록 선택될 것이다. 대안으로서, 테이퍼형 도파관의 하부 표면의 일부와 같은 테이퍼형 도파관의 특정 표면들은 TIR 상태가 이미 브레이크 되었을 때 마지막 반사를 허용하기 위해, 원한다면, 반사 코팅으로 코팅될 수 있다.
SSL 이미저(200) 기반의 도파관 광 변조기의 두 가지 이전 실시예들은 OST(optical see through) 또는 근안형(near-eye) HMD(head-mounted display)를 생성하기 위해 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이들 실시예들 각각에 있어서, 대안적인 실시예들로서, SSL 이미저는 그 대신에 도파관(1110)의 끝 또는 가장자리에서 입력 개구에 결합된 출력을 가질 수 있으며, 유사한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 도파관 자체는 다른 형상을 가질 수 있으며, 도시된 바와 같은 직사각형 형태로 제한되지 않는다.
따라서, 웨이퍼 레벨 광학에 대해 웨이퍼 레벨 제조 기법들을 사용하여, 전체 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기가 웨이퍼 레벨에서 제조될 수 있고, 이후 웨이퍼 레벨 어셈블리가 최종 제품들을 얻기 위해 다이싱될 수 있다.
또한, 도 2d는 광이 픽셀 그룹의 중앙 또는 전체 어레이로부터 수렴하는 실시예를 도시하는 반면, 도 2e는 광이 픽셀 그룹의 중앙 또는 전체 어레이로부터 발산하는 실시예를 도시하는 일부 어플리케이션들에서와 같이, 어느 것도 본 발명에 제한되지 않으며, 그룹 또는 전체 어레이 내의 모든 픽셀들로부터의 광은 동일한 일반적인 방향으로 지향될 수 있으며, 일반적으로 상이한 각도에 있어서 전체 이미지 또는 이미지들을 무왜곡 형태로 나타낸다. 이는 뷰잉을 위한 무왜곡 이미지를 달성하기 위해 지향성 변조 층에서 카운터 왜곡을 요구할 수 있다. 추가로, 지향성 변조 층은 하나의 위치 또는 깊이에서 제1 이미지를 나타내기 위한 것과, 하나 이상의 추가 위치 또는 위치들 또는 깊이들에서 하나 이상의 다른 이미지들을 나타내기 위한 2가지 이상의 별개의 픽셀 그룹들을 포함할 수 있다.
전술한 설명 및 청구 범위들에 있어서, 지향성 변조 층이 참조된다. 워드 층은 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기의 공간 변조를 결정하는 층 또는 다수층을 식별하기 위해 일반적인 의미로 사용되는 것으로 이해된다. 또한, 지향성 변조층에 대한 특정 제조 기법들이 각각의 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명되었으나, 이러한 기법들은 지향성 변조층 및/또는 제조 순서의 동일한 형태를 사용하여 다른 실시예들에서 사용되는 것이 또한 적용 가능하는 것을 알아야 한다. 따라서, 예시로서, UV 경화성 폴리카보네이트 폴리머 또는 엠보싱의 사용은 특정 실시예를 형성하기 위한 예시이고, 결과적인 ROE 형성을 위한 이러한 기법들 및 동작들의 순서는 단지 예시이며, UV 경화성 폴리카보네이트 폴리머 또는 엠보싱의 사용은 임의의 ROE 기반 지향성 변조층을 형성하고 본 발명의 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기를 제조 동작의 임의의 순서로 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 문맥에서 달리 지시하지 않는 한, 픽셀 그룹 또는 픽셀 그룹들에 대한 참조는 전체 SSL 이미저 이미터 영역을 포함하는 그룹에 대한 참조를 포함한다.
따라서, 통상의 기술자들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있는 다양한 변형 및 변경이 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 본 발명의 전술한 예시들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 그 정신 또는 본질적인 특징들로부터 벗어나지 않고 다른 특정 형태들로 실현될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 개시된 실시예들은 어떠한 의미로도 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 전술한 설명보다 첨부된 청구범위에 의해 나타나며, 그 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경들은 그 안에 포함되는 것으로 의도된다.
Claims (34)
- 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기에 있어서,
컨트롤 층;
컨트롤 층 상에 적층되어 색채적으로 및 시간적으로 변조되고 적어도 부분적으로 시준화되며, 픽셀화된 광을 방출하도록 픽셀화된, 컨트롤 층으로부터 제어될 수 있는, 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층; 및
픽셀화된, 다수의, 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들 상의 광학 소자들의 지향성 변조 층을 구비하되,
각각의 광학 소자는, 그 위로 결합된 광을, 대응하는 픽셀로부터, 픽셀화된 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들에 수직인 축에 대한 각 방향으로 지향적으로 변조시키는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층 상에 커버 글래스 층을 더 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제2항에 있어서,
커버 글래스 층은 지향성 변조 층 및 커버 글래스 층 사이에 에어 갭(air gap)을 제공하기 위해 지향성 변조 층으로부터 이격된
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 굴절 마이크로 광학 소자들을 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 회절 마이크로 광학 소자들을 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제5항에 있어서,
회절 마이크로 광학 소자들은 블레이즈된 격자들 또는 레일 격자들을 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제6항에 있어서,
지향성 변조층의 지향성 변조는 블레이즈된 격자의 경사각(slant angle) 및 피치(pitch)에 의해 결정되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 반도체 유전 물질들을 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제8항에 있어서,
지향성 변조 층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로된 다수의 유전 층들을 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 UV 경화성 폴리머를 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
픽셀화된 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들은, 각각이 복수의 픽셀들을 구비하는 그룹들로 분할되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제11항에 있어서,
각 픽셀 그룹은 정사각형, 직사각형 또는 육각형 패턴으로 조직화되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제11항에 있어서,
지향성 변조 층은 패턴들을 구비하며, 각각의 지향성 변조 층 패턴은 각 픽셀 패턴에 대응하고, 각 지향성 변조 층은 동일한 지향성 변조 패턴을 가지는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제11항에 있어서,
지향성 변조 층은 패턴들을 구비하며, 각각의 지향성 변조 층 패턴은 각 픽셀 패턴에 대응하고, 각 지향성 변조 층은 고유한 지향성 변조 패턴을 가지는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제11항에 있어서,
각각의 지향성 변조 층 패턴은 그 위로 결합된 광을 각각의 수렴 패턴으로 지향적으로 변조시키는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제11항에 있어서,
각각의 지향성 변조 층 패턴은 그 위로 결합된 광을 각각의 발산 패턴으로 지향적으로 변조시키는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 회절 마이크로 광학 소자들을 구비하며, 회절 지향성 변조 층은 상이한 굴절률을 가진 금속 레일들 또는 유전 물질로 된 연속적인 층들을 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 그 위로 결합된 광을 각각의 발산 패턴으로 지향적으로 변조시키는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 그 위로 결합된 광을 각각의 수렴 패턴으로 지향적으로 변조시키는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 상이한 굴절률을 가진 유전 물질들로 된 연속적인 층들의 비공축 마이크로 렌즈들 형태의 픽셀 레벨 굴절 마이크로 광학 소자들로 구성되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 상이한 굴절률을 가진 유전 물질들로 된 연속적인 층들의 경사형 마이크로 렌즈들 형태의 픽셀 레벨 굴절 마이크로 광학 소자들로 구성되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
픽셀화된 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들에 의해 방출된 픽셀화된 광은 픽셀화된 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들의 각각의 적층된 층들로부터 광을 방출하는 각각의 픽셀마다의 도파관에 의해 적어도 부분적으로 시준화 되며;
지향성 변조 층의 각각의 광학 소자들은 퓨리에 렌즈이고;
지향성 변조 층의 각각의 광학 소자의 중앙들은 픽셀화된 다수의 컬러 방사 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들의 각 픽셀들과 정렬되며; 그리고
각각의 개별 광학 소자에 대한 도파관들의 위치는 원하는 지향성 변조 패턴을 제공하기 위해 공간적으로 변조되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 상이한 굴절률을 가진 금속 레일들 또는 유전 물질들로 된 연속 층들에 의해 형성된 마이크로 격자들로 구성된 회절 지향성 변조 층인
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제23항에 있어서,
마이크로 격자들은 광대역 투과 격자들 또는 멀티레벨 격자들인
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물로 된 다수층들에 의해 형성된 마이크로 격자들로 구성된 회절 지향성 변조 층인
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
지향성 변조 층은 그 위로 결합된 광을 대응하는 픽셀로부터 각각의 수렴 방향으로 지향적으로 변조시키며, 상기 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기는, 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기로부터 수렴하는 광을 수신하고, 수렴하는 광을 프로젝트하도록 배치되어 다수의 컬러 프로젝터를 형성하는 프로젝션 광학들을 더 구비하는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
도파관을 구비하며,
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기는, 도파관의 입력 개구에 결합되며, 도파관은 또한 출력 개구를 가지고, 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기는 도파관 상에 배치되며, 지향성 변조 층은 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들로부터의 이미지를 입력 개구로 지향시켜, 도파관의 출력 개구를 통해 도파관을 빠져나가기 전에 전 반사에 의해 반사되도록 선택되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 제1항에 있어서,
테이퍼형 도파관을 구비하며,
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기는, 제1두께의 테이퍼형 도파관의 영역내의 테이퍼형 도파관의 입력 개구에 결합되고, 테이퍼형 도파관은 또한 제2 두께의 테이퍼형 도파관의 영역내의 출력 개구를 가지며, 제2 두께는 제1두께보다 작으며, 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기는 테이퍼형 도파관 상에 배치되고, 지향성 변조 층은 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들로부터의 이미지를 지향시켜, 테이퍼형 도파관의 테이퍼에 의해 유발되는 전 반사의 브레이킹(breaking)의 결과로서, 테이퍼형 도파관의 출력 개구를 통해 테이퍼형 도파관을 빠져나가기 전에, 테이퍼형 도파관의 적어도 제1 내부 표면에 의해 전 반사로 반사되도록 선택되는
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 어레이 광 변조기.
- 컨트롤 층과; 컨트롤 층 상에 적층되어 색채적으로 및 시간적으로 변조되고 적어도 부분적으로 시준화되며 픽셀화된 광을 방출하도록, 컨트롤 층으로부터 제어될 수 있는, 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들과; 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들 상부의 광학 소자들의 지향성 변조 층, - 각각의 광학 소자는 그 상부에 결합된 광을, 대응하는 픽셀로부터 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들에 수직인 축에 대한 각 방향으로 지향적으로 변조시킴 - ; 및 지향성 변조 층 상의 커버 글래스 층을 구비한 비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기를 제조하는 방법으로서,
기판으로서 커버 글래스 층을 사용하여 커버 글래스 층 상에 지향성 변조 층을 제조하고;
픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층 스택을 커버 글래스 층 상의 지향성 변조 층에 접합시키고;
픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층 스택을 CMOS 컨트롤 층에 접합시키거나; 또는
기판으로서 커버 글래스 층을 사용하여 커버 글래스 층 상에 지향성 변조 층을 제조하고;
지향성 변조 층을 CMOS 컨트롤 층에 이미 접합된 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층 스택에 접합시키거나; 또는
픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층 스택을 CMOS 컨트롤 층에 접합시키고;
픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층 스택 상에 지향성 변조 층을 제조하고;
커버 글래스 층을 지향성 변조 층에 접합시키는 것을 구비한
비 텔레센트릭 방사형 마이크로 픽셀 광 변조기 제조 방법.
- 초소형 디스플레이 프로젝터를 제조하는 방법에 있어서,
컨트롤 층을 제공하고;
컨트롤 층 상에 적층되어 색채적으로 및 시간적으로 변조되고 적어도 부분적으로 시준화되며 픽셀화된 광을 방출하도록 컨트롤 층으로부터 제어 될 수 있는 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들을 제공하며;
픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들 상에, 전체 방사형 광학 개구를 가로질러 연장되는 광학 소자들의 지향성 변조 층 - 각 광학 소자는 그 위로 결합된 광을, 대응하는 픽셀로부터, 지향성 변조 층에 수직인 축에 대한 각각의 수렴하는 방향으로 지향적으로 변조시킴 - 을 제공하며;
지향성 변조 층으로부터의 수렴 광을 수신하기 위한 제1 광학 소자, 제1 광학 소자로부터 광을 수신하기 위한 제2 광학 소자, 및 제2 광학 소자로부터 광을 수신하기 위한 하나 이상의 추가 광학 소자들을 구비하여 프로젝트된 이미지를 확대시키는 프로젝션 광학을 제공하는 것을 구비하되,
광학 소자들은 제1 광학 소자의 광학 개구의 최대 충전률을 달성하기 위해 방출된 광을 지향적으로 변조시키고, 제1 광학 소자는 충전률을 최대로 유지시키면서 제2 광학 소자의 광학 개구를 향하여 광선을 재지향시키고, 제2 광학 소자는 제2 광학 소자로부터 광을 수신하기 위한 하나 이상의 추가 광학 소자들로 광을 재지향시켜 프로젝트된 이미지를 확대시키는
초소형 디스플레이 프로젝터 제조 방법.
- 최소 크로스토크(cross-talk) 광 필드 변조기를 제조하는 방법에 있어서,
컨트롤 층을 제공하고;
컨트롤 층 상에 적층되어 색채적으로 및 시간적으로 변조되고 적어도 부분적으로 시준화되며 픽셀화된 광을 방출하도록 컨트롤 층으로부터 제어 될 수 있는 픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들을 제공하며;
픽셀화된 다수의 컬러 방사형 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 층들 상부에 광학 소자들의 지향성 변조 층을 제공하는 것을 구비하되,
광학 소자들은 그룹들로 조직화되고, 광학 소자들의 각각의 그룹은 광 필드의 호겔(hogel)을 나타내며, 광학 소자들의 그룹 내의 각각의 광학 소자는 그 위로 결합된 광을, 대응하는 픽셀로부터, 지향성 변조 층에 수직인 축에 대한 광학 소자들의 각 그룹들의 중앙을 향하는 각각의 수렴 방향으로 지향적으로 변조시킴으로써, 광학 소자들의 각 그룹으로부터 방출된 픽셀화된 광이 지향성 변조 층에 수직인 축을 향하여 체계적으로 지향적 수렴되게 하여, 광학 소자들로부터의 광이 관련 호겔 렌즈 개구들의 광학 개구들 내에 실질적으로 감금되도록 함으로써, 인접한 호겔 렌즈들 간의 광 누설 또는 크로스토크를 최소화시키는
최소 크로스토크 광 필드 변조기 제조 방법.
- 전 반사 도파관에 있어서 복수의 픽셀 출력들을 포함하는 이미지 안내 방법으로서,
복수의 각각의 마이크로 광학 소자들을 사용하여 복수의 이미저 픽셀 출력을 지향적으로 변조시키는 단계를 구비하되,
마이크로 광학 소자들은 각 픽셀의 (x,y) 좌표로부터 측면 발산과 이미저 픽셀 출력의 도파 각도(waveguiding angle)를 정의하기 위하여 탄젠트 평면 또는 측 평면, 및 벡터 평면 또는 입(elevation) 평면 내의 고유한 방향으로 전 반사 도파관에 있어서 각각의 이미저 픽셀 출력들을 지향적으로 변조하고;
그에 의해, 탄젠트 평면 또는 측 평면은, 이미저 픽셀 출력들이 도파관을 통해 전파됨에 따라, 변조되는 이미지의 전체 신장(expansion) 또는 확대(magnification)를 결정하는
이미지 안내 방법.
- 제32항에 있어서,
탄젠트 평면 또는 측 평면에서 있어서의 이미저 픽셀 출력들의 지향성 변조는 변조되는 이미지의 x 축 확대율을 정의하며, 벡터 평면 또는 입 평면에 있어서의 이미저 픽셀 출력들의 지향성 변조는 이미저 픽셀 출력들이 도파관을 통해 전파되는 각도를 정의하는
이미지 안내 방법.
- 광 필드 디스플레이의 광학 크로스토크를 최소화시키는 방법으로서,
복수의 각 마이크로 광학 소자들을 사용하여 호겔 렌즈와 연관된 마이크로 픽셀들의 서브 어레이에 있어서의 복수의 광 필드 이미저 픽셀 출력들을 지향적으로 변조시키는 단계를 구비하고, 그에 의해; 각각의 마이크로 광학 소자들은 각각의 광 필드 이미저 픽셀 출력들을 호겔 렌즈의 광학 개구 내 감금시키는
광 필드 디스플레이의 광학 크로스토크 최소화 방법.
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