KR20190121325A - 광 흡수막들을 갖는 도파관들 및 이를 형성하기 위한 프로세스들 - Google Patents

광 흡수막들을 갖는 도파관들 및 이를 형성하기 위한 프로세스들 Download PDF

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Abstract

일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는, 고스트 이미지들을 완화시키기 위해 도파관의 에지들 상에 증기 증착된 광 흡수막을 갖는 하나 이상의 도파관들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 막은 증기 증착, 이를테면, 증발 증착 프로세스에 의해 도파관의 에지 바로 위에 형성된다. 일부 실시예들에서, 광 흡수막들은 탄소, 예컨대, 하나 이상의 탄소 동소체들 형태의 탄소, 이를테면, 플러렌들 또는 블랙 실리콘을 포함할 수 있다.

Description

광 흡수막들을 갖는 도파관들 및 이를 형성하기 위한 프로세스들
[0001] 본 출원은 2017년 3월 14일에 출원된 미국 가출원 제62/471,285호의 우선권을 35 U.S.C.§119(e) 하에서 주장한다. 이러한 우선권 문헌의 전체 개시내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 출원은 이하의 특허 출원들: 2014년 11월 27일에 출원된 미국 출원 제14/555,585호; 2015년 4월 18일에 출원된 미국 출원 제14/690,401호; 2014년 3월 14일에 출원된 미국 출원 제14/212,961호; 및 2014년 7월 14일에 출원된 미국 출원 제14/331,218호 각각의 전체를 인용에 의해 포함한다.
[0003] 본 개시내용은 디스플레이 시스템들에 관한 것이며, 더 구체적으로, 광학 엘리먼트들을 위한 광 흡수기들에 관한 것이다.
[0004] 현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 가능하게 하였고, 여기서 디지털 방식으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 사용자에게 제공된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 전형적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 전형적으로 사용자 주위의 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다. 혼합 현실, 또는 "MR" 시나리오는 AR 시나리오의 타입이며, 전형적으로 자연계(natural world)에 통합되고 자연계에 반응하는 가상 객체들을 수반한다. 예컨대, MR 시나리오는, 실세계의 객체들에 의해 블록킹되는 것처럼 보이거나 그렇지 않다면 그 객체들과 상호작용하는 것으로 지각되는 AR 이미지 콘텐츠를 포함할 수 있다.
[0005] 도 1을 참조하면, 증강 현실 장면(scene)(1)이 묘사된다. AR 기술의 사용자는 배경 내의 사람들, 나무들, 빌딩들, 및 콘크리트 플랫폼(1120)을 특징으로 하는 실세계 공원형 세팅(1100)을 본다. 사용자는 또한, 그가 "가상 콘텐츠", 이를테면 실세계 플랫폼(1120) 상에 서있는 로봇 동상(1110), 및 호박벌의 의인화된 것으로 보여지는 날고 있는 만화형 아바타 캐릭터(1130)를 "보고 있다"는 것을 지각한다. 이들 엘리먼트들(1130, 1110)은, 그들이 실세계에 존재하지 않는다는 점에서 "가상"이다. 인간 시각적 지각 시스템은 복잡하기 때문에, 다른 가상 또는 실세계 이미저리 엘리먼트들 사이에서 가상 이미지 엘리먼트들의 편안하고, 자연스러운 느낌의, 풍부한 프리젠테이션을 가능하게 하는 AR 기술을 만드는 것은 난제이다.
[0006] 본원에서 개시된 시스템들 및 방법들은 AR 및 VR 기술과 관련된 다양한 난제들을 해결한다.
[0007] 일부 양상들에 따른 광학 디바이스들이 본원에 제공된다. 일부 실시예들에서, 광학 디바이스는 제1 표면을 포함하는 광학 도파관, 및 적어도 제1 표면 바로 위의 광 흡수기를 포함할 수 있고, 광 흡수기는 탄소 동소체(allotrope) 및 블랙 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 막을 포함한다.
[0008] 일부 실시예들에서, 탄소 동소체는 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소 및 플러렌들(fullerenes) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 탄소 동소체는 플러렌들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플러렌은 C60이다. 일부 실시예들에서, 광학 도파관은 도파관 스택의 부분이다. 일부 실시예들에서, 광학 도파관은 도파관의 하나 이상의 주 표면들 상의 인커플링 광학 엘리먼트들 및 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 더 포함한다.
[0009] 일부 실시예들에서, 광학 디바이스는 머리-장착 증강 현실 디스플레이 시스템이고, 이미지 콘텐츠를 갖는 광을 출력하도록 구성된 공간 광 변조기, 및 이미지 콘텐츠를 갖는 광을 인커플링 광학 엘리먼트를 통해 도파관에 주입하도록 구성된 이미지 주입 디바이스를 더 포함하고, 아웃커플링 광학 엘리먼트들은 도파관 내에서 전파되는 광을 분출(eject)하도록 구성된다.
[0009] 일부 실시예들에서, 막은 약 100 nm 초과의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 광학 도파관은 최상부 주 표면, 최하부 주 표면, 및 적어도 하나의 에지 표면을 포함하고, 광학 도파관의 제1 표면은 적어도 하나의 에지 표면이다. 일부 실시예들에서, 광학 도파관은 제1 표면을 향하는, 도파관의 제2 표면 상의 광 흡수기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 표면 및 제2 표면은 도파관의 에지들이다.
[0010] 일부 양상들에 따른 디스플레이 디바이스들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는 제1 주 표면 및 제2 주 표면 및 그들 사이에서 연장되는 에지 표면들을 포함하는 광학 도파관, 공간 광 변조기, 공간 광 변조기로부터의 광을 도파관에 주입하도록 구성된 이미지 주입 디바이스, 적어도 하나의 에지 표면 상의 광 흡수기를 포함할 수 있고, 광 흡수기는 탄소 동소체 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 막을 포함하고, 광 흡수기는 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 70%를 흡수한다.
[0011] 일부 실시예들에서, 막은 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소, 플러렌들 또는 블랙 실리콘 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 90%를 흡수한다.
[0010] 일부 양상들에 따른, 광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스가 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세스는 광학 도파관을 반응 챔버에 제공하는 단계 ― 도파관은 제1 표면을 포함함 ― , 제1 표면 상에 광 흡수막을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 광 흡수막을 형성하는 단계는, 제1 표면 바로 위에 공수 전구체 종(airborne precursor species)의 박막을 증착하기 위해, 반응 챔버에서 제1 표면과 전구체 종을 접촉시키는 단계를 포함하고, 박막은 탄소 동소체 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하고, 증착된 박막은 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 70%를 흡수한다.
[0012] 일부 실시예들에서, 증착된 박막은 플러렌들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 탄소 박막은 적어도 약 100 nm의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 증착된 박막은 블랙 실리콘을 포함한다. 일부 실시예들에서, 박막을 증기 증착하는 단계는, 소스 재료의 종을 포함하는 증기를 형성하기 위해 소스 재료를 증발시키는 단계, 및 적어도 하나의 광학 엘리먼트의 적어도 제1 표면과 증기를 접촉시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 증기는 파우더를 포함한다. 일부 실시예들에서, 파우더는 플러렌들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 광 흡수막을 형성하는 단계는, 막에 나노구조들을 형성하기 위해 광 흡수막을 에칭하는 단계를 더 포함한다.
[0013] 다양한 추가적인 실시예들이 아래에 제공된다.
[0014] 1. 광학 디바이스로서,
제1 표면을 포함하는 광학 도파관; 및
적어도 제1 표면 바로 위의 광 흡수기를 포함하고,
광 흡수기는 탄소 동소체(allotrope) 및 블랙 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 막을 포함한다.
[0015] 2. 제1 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 탄소 동소체는 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소 및 플러렌들(fullerenes) 중 하나 이상을 포함한다.
[0016] 3. 제2 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 탄소 동소체는 플러렌들을 포함한다.
[0017] 4. 제3 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 플러렌은 C60이다.
[0018] 5. 제1 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 광학 도파관은 도파관 스택의 부분이다.
[0019] 6. 제1 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 광학 도파관은 도파관의 하나 이상의 주 표면들 상의 인커플링 광학 엘리먼트들 및 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 더 포함한다.
[0020] 7. 제6 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 광학 디바이스는 머리-장착 증강 현실 디스플레이 시스템이고,
이미지 콘텐츠를 갖는 광을 출력하도록 구성된 공간 광 변조기; 및
이미지 콘텐츠를 갖는 광을 인커플링 광학 엘리먼트를 통해 도파관에 주입하도록 구성된 이미지 주입 디바이스를 더 포함하고,
아웃커플링 광학 엘리먼트들은 도파관 내에서 전파되는 광을 분출(eject)하도록 구성된다.
[0021] 8. 제1 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 막은 약 100 nm 초과의 두께를 갖는다.
[0022] 9. 제1 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 광학 도파관은 최상부 주 표면, 최하부 주 표면, 및 적어도 하나의 에지 표면을 포함하고, 광학 도파관의 제1 표면은 적어도 하나의 에지 표면이다.
[0023] 10. 제1 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 광학 도파관은 제1 표면을 향하는, 도파관의 제2 표면 상의 광 흡수기를 포함한다.
[0024] 11. 제10 실시예의 광학 디바이스에 있어서, 제1 표면 및 제2 표면은 도파관의 에지들이다.
[0025] 12. 디스플레이 디바이스로서,
제1 주 표면 및 제2 주 표면 및 그들 사이에서 연장되는 에지 표면들을 포함하는 광학 도파관;
공간 광 변조기;
공간 광 변조기로부터의 광을 도파관에 주입하도록 구성된 이미지 주입 디바이스;
적어도 하나의 에지 표면 상의 광 흡수기를 포함하고,
광 흡수기는 탄소 동소체 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 막을 포함하고, 광 흡수기는 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 70%를 흡수한다.
[0026] 13. 제12 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 막은 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소, 플러렌들 또는 블랙 실리콘 중 적어도 하나를 포함한다.
[0027] 14. 제12 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 광 흡수기는 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 90%를 흡수한다.
[0028] 15. 광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스로서,
광학 도파관을 반응 챔버에 제공하는 단계 ― 도파관은 제1 표면을 포함함 ― ;
제1 표면 상에 광 흡수막을 형성하는 단계를 포함하고, 광 흡수막을 형성하는 단계는:
제1 표면 바로 위에 공수 전구체 종(airborne precursor species)의 박막을 증착하기 위해, 반응 챔버에서 제1 표면과 전구체 종을 접촉시키는 단계를 포함하고,
박막은 탄소 동소체 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하고, 증착된 박막은 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 70%를 흡수한다.
[0029] 16. 제15 실시예의 프로세스에 있어서, 증착된 박막은 플러렌들을 포함한다.
[0030] 17. 제16 실시예의 프로세스에 있어서, 탄소 박막은 적어도 약 100 nm의 두께를 갖는다.
[0031] 18. 제15 실시예의 프로세스에 있어서, 증착된 박막은 블랙 실리콘을 포함한다.
[0032] 19. 제15 실시예의 프로세스에 있어서, 박막을 증기 증착하는 단계는,
소스 재료의 종을 포함하는 증기를 형성하기 위해 소스 재료를 증발시키는 단계, 및
적어도 하나의 광학 엘리먼트의 적어도 제1 표면과 증기를 접촉시키는 단계를 포함한다.
[0033] 20. 제19 실시예의 프로세스에 있어서, 증기는 파우더를 포함한다.
[0034] 21. 제20 실시예의 프로세스에 있어서, 파우더는 플러렌들을 포함한다.
[0035] 22. 제15 실시예의 프로세스에 있어서, 광 흡수막을 형성하는 단계는,
막에 나노구조들을 형성하기 위해 광 흡수막을 에칭하는 단계를 더 포함한다.
[0036] 도 1은 증강 현실(AR; augmented reality) 디바이스를 통한 AR의 사용자의 뷰를 예시한다.
[0037] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0038] 도 3은 사용자에 대한 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0039] 도 4는 다수의 깊이 평면들을 사용하여 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0040] 도 5a-5c는 곡률 반경과 초점 반경 간의 관계를 예시한다.
[0041] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다.
[0042] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사 빔(exit beam)들의 예를 예시한다.
[0043] 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다.
[0044] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측단면도를 예시한다.
[0045] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0046] 도 9c는 도 9a 및 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0047] 도 10a는 일부 실시예들에 따른, 광학 엘리먼트 및 광 흡수기를 포함하는 도파관의 예를 예시한다.
[0048] 도 10b는 일부 실시예들에 따른, 복수의 에지 표면들 상의 광학 엘리먼트 및 광 흡수기들을 포함하는 도파관의 예를 예시한다.
[0049] 도 11은 일부 실시예들에 따른, 광학 엘리먼트의 표면 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스에 대한 흐름도이다.
[0050] 도면들은 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
[0051] 광학 도파관들은, 예컨대, 도파관의 본체 내에서 광의 내부 전반사(TIR)에 의해 광을 전파하는 데 사용될 수 있다. 일부 애플리케이션들에서, 도파관들은 이미지 정보를 포함하는 광을 디스플레이를 통해 분배하고, 광을 사용자에게 출력하여, 사용자가 볼 수 있는 이미지들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 도파관들은, 도파관 내부에서 전파되는 광을 사용자를 향해 방향전환시키는 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 출력된 광의 이미지 정보는, 모션을 시뮬레이팅하기 위한, 이미지들의 특징들, 또는 비디오의 프레임들이 이미지마다 변하는 비디오 콘텐츠일 수 있다는 것이 인지될 것이다. 결과적으로, 사용자로의 이미지 정보의 출력은, 상이한 프레임들이 바람직하게는 특정 시간들에, 특정 시간 시퀀스로 사용자에 의해 수신되는 점에서 시간에 민감한데, 그렇지 않은 경우 비디오에서 모션의 지각은 불리하게 영향을 받을 수 있다.
[0052] 도파관들의 표면들이 반사성일 수 있기 때문에, 도파관 내에서 전파되는 광은, 그 광이 아웃커플링될 때까지 도파관 내부에서 앞뒤로 계속 반사될 수 있다. 도파관 내부에서 앞뒤로 반사되는 이 광은 재순환된 광(recirculated light)으로 지칭될 수 있다. 예컨대, 재순환된 광은 도파관들의 에지들 사이에서 앞뒤로 반사될 수 있다. 그러나, 재순환된 광은 이전 비디오 프레임들에 대한 이미지 정보를 포함할 수 있다. 결과적으로, 재순환된 광이 이전 프레임들로부터의 콘텐츠로 하여금 정확한 현재 프레임들과 함께 사용자에게 제시되게 하는 고스팅(ghosting)으로 지칭되는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 재순환된 광은, 예컨대, 더 적은 광 출력이 의도된 이미지의 부분들에서 광의 출력을 발생시킴으로써 콘트라스트 비율들을 감소시킬 수 있다.
[0053] 광 재순환(light recirculation)을 감소시키는 일부 제안된 방법들은 광 흡수 구조들을 도파관의 에지들과 같은 표면들 ― 이로부터의 반사는 바람직하지 않음 ― 에 부착하는 것을 포함하다. 예컨대, 광 흡수 재료들, 광 흡수 잉크들 및 광 흡수 페인트들의 스트립들은 광을 흡수기들로서 제안되었다. 그러나, 이들 부착된 재료들을 갖는 도파관들은 여전히 상당한 양의 고스팅을 나타내며 낮은 콘트라스트 비율들을 갖는 것으로 밝혀졌다.
[0054] 일부 실시예들에서, 도파관은 도파관의 에지들과 같은 하나 이상의 표면들 상에 증착된 하나 이상의 광 흡수기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 탄소 및 실리콘 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 광 흡수기는 탄소, 예컨대, 탄소의 하나 이상의 형태들 또는 동소체들, 이를테면, 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소 및/또는 벅민스터플러렌(C60)을 포함하는 플러렌들 및 C60 이외의 플러렌들을 포함하는 박막을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 박막은 혼합된 상들(phases)의 탄소를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 실리콘을 포함하는 박막, 예컨대, 복수의 나노구조들을 위에 포함하는 표면, 예컨대, 블랙 실리콘을 갖는 실리콘 박막을 포함할 수 있다.
[0055] 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 도파관의 표면과 직접 접촉한다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 입사광의 적어도 80%, 입사광의 적어도 90%, 입사광의 적어도 95%, 또는 입사광의 적어도 96%, 97%, 98%, 99% 이상을 흡수한다.
[0056] 바람직하게는, 광 흡수기는, 표면과 접촉하고 표면 상에 증착되는 공수 전구체 종(airborne precursor species)을 사용하여 도파관 표면 상에 증기 증착된다. 예컨대, 전구체 종은 기상 종, 또는 작은(예컨대, 미세한) 입자들의 증기일 수 있다. 증기 증착 프로세스들의 예들은 PVD(physical vapor deposition) 프로세스들, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스들 및 ALD(atomic layer deposition) 프로세스들을 포함한다. 일부 실시예들에서, PVD는 증발 증착 프로세스(evaporative deposition process), 예컨대, 열 증발 증착 프로세스일 수 있다.
[0057] 유리하게도, 이미지 정보를 포함하는 광을 전파하기 위한 도파관이 디스플레이에서 활용되는 일부 실시예들에서, 광 흡수기들은 디스플레이된 이미지들의 품질을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 예컨대, 광 흡수기들을 갖는 도파관들은 더 높은 콘트라스트 비율 및 감소된 고스팅의 발생률(incidence)을 제공할 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않고서, 광 흡수기들이 도파관 내의 재순환된 광의 양을 감소시키는 것으로 여겨진다.
[0058] 이제 도면들이 참조가 이루어질 것이고, 도면들에서 동일한 참조 번호들은 전반에 걸쳐 동일한 특징들을 나타낸다.
예시적인 디스플레이 시스템들
[0059] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템(80)의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(80)은 디스플레이(62), 및 그 디스플레이(62)의 기능을 지원하기 위한 다양한 기계 및 전자 모듈들 및 시스템들을 포함한다. 디스플레이(62)는, 디스플레이 시스템 사용자 또는 뷰어(60)에 의해 착용가능하고 사용자(60)의 눈들의 전방에 디스플레이(62)를 포지셔닝하도록 구성된 프레임(64)에 커플링될 수 있다. 디스플레이(62)는 일부 실시예들에서, 안경류(eyewear)로 고려될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스피커(66)는 프레임(64)에 커플링되고 사용자(60)의 외이도에 인접하게 포지셔닝된다(도시되지 않은 다른 스피커는 선택적으로 사용자의 다른 외이도에 인접하게 포지셔닝되어 스테레오/성형가능(shapeable) 사운드 제어를 제공할 수 있음). 디스플레이 시스템은 또한 하나 이상의 마이크로폰들(67) 또는 사운드를 검출하기 위한 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로폰은 사용자가 시스템(80)에 입력들 또는 커맨드들(예컨대, 음성 메뉴 커맨드들의 선택, 자연어 질문 등)을 제공할 수 있도록 구성되고, 그리고/또는 다른 사람들(예컨대, 유사한 디스플레이 시스템들의 다른 사용자들)과의 오디오 통신을 허용할 수 있다.
[0060] 도 2를 계속해서 참조하면, 디스플레이(62)는, 다양한 구성들로 장착될 수 있는, 예컨대, 프레임(64)에 고정적으로 부착되거나, 사용자에 의해 착용된 헬멧 또는 모자에 고정적으로 부착되거나, 헤드폰들에 임베딩되거나, 그렇지 않으면 사용자(60)에게 (예컨대, 백팩(backpack)-스타일 구성으로, 벨트-커플링 스타일 구성으로) 제거가능하게 부착되는 로컬 데이터 프로세싱 모듈(70)에 통신 링크(68)에 의해, 예컨대, 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해, 동작가능하게 커플링된다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70)은 하드웨어 프로세서뿐 아니라, 디지털 메모리 예컨대, 비-휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리 또는 하드 디스크 드라이브들)를 포함할 수 있고, 이 둘 모두는 데이터의 프로세싱, 캐싱(caching) 및 저장을 보조하기 위해 활용될 수 있다. 데이터는 a) 센서들(예컨대, 프레임(64)에 동작가능하게 커플링되거나 그렇지 않으면 사용자(60)에게 부착될 수 있음), 예컨대, 이미지 캡처 디바이스들(예컨대, 카메라들), 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들, 자이로(gyro)들, 및/또는 본원에서 개시된 다른 센서들로부터 캡처되고; 및/또는 b) 원격 프로세싱 모듈(72) 및/또는 원격 데이터 저장소(74)(가상 콘텐츠에 관련된 데이터를 포함함)를 사용하여 획득 및/또는 프로세싱되는(가능하게는, 이러한 프로세싱 또는 리트리벌(retrieval) 후 디스플레이(62)에 전달하기 위한) 데이터를 포함한다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70)은 통신 링크들(76, 78)에 의해, 예컨대, 유선 또는 무선 통신 링크들을 통하여, 원격 프로세싱 모듈(72) 및 원격 데이터 저장소(74)에 동작가능하게 커플링될 수 있어서, 이들 원격 모듈들(72, 74)은 서로 동작가능하게 커플링되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70)에 대한 자원들로서 이용가능하다. 일부 실시예들에서, 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70)은 이미지 캡처 디바이스들, 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들, 및/또는 자이로들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 이들 센서들 중 하나 이상은 프레임(64)에 부착될 수 있거나, 또는 유선 또는 무선 통신 통로들에 의해 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70)과 통신하는 자립형 구조들일 수 있다.
[0061] 도 2를 계속해서 참조하면, 일부 실시예들에서, 원격 프로세싱 모듈(72)은 데이터 및/또는 이미지 정보를 분석 및 프로세싱하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 저장소(74)는 "클라우드" 자원 구성에서 인터넷 또는 다른 네트워킹 구성을 통하여 이용가능할 수 있는 디지털 데이터 저장 설비를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 저장소(74)는 정보, 예컨대, 증강 현실 콘텐츠를 생성하기 위한 정보를 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70) 및/또는 원격 프로세싱 모듈(72)에 제공하는 하나 이상의 원격 서버들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모든 데이터가 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에 저장되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에서 모든 컴퓨테이션들이 수행되어, 원격 모듈로부터의 완전히 자율적인 사용이 허용된다.
[0062] 이제 도 3을 참조하면, "3-차원" 또는 "3-D"로서 이미지의 지각은 뷰어의 각각의 눈에 이미지의 약간 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다. 2개의 별개의 이미지들(5 및 7)(각각의 눈(4 및 6)에 대해 하나씩)이 사용자에게 출력된다. 이미지들(5, 7)은 뷰어의 시선과 평행한 광학 또는 z-축을 따라 거리(10) 만큼 눈들(4, 6)로부터 이격된다. 이미지들(5, 7)은 편평하고 눈들(4, 6)은 단일 원근조절된 상태를 취함으로써 이미지들에 포커싱될 수 있다. 그러한 시스템들은 조합된 이미지에 대한 스케일 및/또는 깊이의 지각을 제공하기 위하여 이미지들(5, 7)을 조합하는데 인간 시각 시스템에 의존한다.
[0063] 그러나, 인간 시각 시스템은 더 복잡하고 현실적인 깊이의 지각을 제공하는 것이 더 어렵다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 종래의 "3-D" 디스플레이 시스템들의 많은 뷰어들은 그런 시스템들이 불편하다는 것을 발견하거나, 깊이감을 전혀 지각하지 못할 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않고서, 객체의 뷰어들은 이접운동 및 원근조절의 조합으로 인해 객체를 "3-차원"인 것으로 지각할 수 있다고 여겨진다. 서로에 대한 두 눈들의 이접운동 움직임들(즉, 동공들이 객체를 응시하기 위해 눈들의 시선들을 수렴하도록 서로를 향해 또는 서로 멀어지게 움직이도록 하는 눈들의 회전)은 눈들의 동공들 및 렌즈들의 포커싱(또는 "원근조절")과 밀접하게 연관된다. 정상 조건들하에서, 상이한 거리에 있는 하나의 객체로부터 다른 객체로 포커스를 변경하기 위하여, 눈들의 렌즈들의 포커스를 변경하거나, 또는 눈들을 원근조절하는 것은 동공 팽창 또는 수축은 물론, "원근조절-이접운동 반사(accommodation-vergence reflex)"로서 알려진 관계하에서, 동일한 거리에 대한 이접운동에서의 매칭하는 변경을 자동으로 유발할 것이다. 마찬가지로, 이접운동에서의 변경은 정상 조건들하에서, 렌즈 형상 및 동공 사이즈의, 원근조절에서의 매칭하는 변경을 트리거할 것이다. 본원에서 언급되는 바와 같이, 다수의 입체 또는 "3-D" 디스플레이 시스템들은, 3-차원 관점이 인간 시각 시스템에 의해 지각되도록 각각의 눈에 대한 약간 상이한 프리젠테이션들(그리고 따라서, 약간 상이한 이미지들)을 사용하여 장면을 디스플레이한다. 그러나, 그러한 시스템들은 많은 뷰어들에게 불편한데, 그 이유는 다른 것들 중에서, 그러한 시스템들이 단순히 장면의 상이한 프리젠테이션들을 제공하지만, 눈들이 단일 원근조절된 상태에서 모든 이미지 정보를 보고, 그리고 "원근조절-이접운동 반사"에 반하여 작동하기 때문이다. 원근조절과 이접운동 간의 더 양호한 매칭을 제공하는 디스플레이 시스템들은 3-차원 이미저리의 더 현실적이고 편안한 시뮬레이션들을 형성할 수 있다.
[0064] 도 4는 다중 깊이 평면들을 사용하여 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다. 도 4를 참조하여, z-축 상에서 눈들(4, 6)로부터의 다양한 거리들에 있는 객체들은, 이들 객체들이 포커스가 맞도록 눈들(4, 6)에 의해 원근조절된다. 눈들(4 및 6)은 z-축을 따라 상이한 거리들에 있는 객체들에 포커싱을 맞추게 하는 특정 원근조절된 상태들을 취한다. 결과적으로, 특정 원근조절된 상태는 연관된 초점 거리를 갖는, 깊이 평면들(14) 중 특정한 하나의 깊이 평면과 연관되는 것으로 말해질 수 있어서, 특정 깊이 평면의 객체들 또는 객체들의 부분들은, 눈이 해당 깊이 평면에 대해 원근조절된 상태에 있을 때 포커스가 맞게 된다. 일부 실시예들에서, 3-차원 이미저리는 눈들(4, 6) 각각에 대해 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써, 그리고 또한 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 시뮬레이팅될 수 있다. 예시의 명확성을 위해 별개인 것으로 도시되지만, 눈들(4, 6)의 시야들은 예컨대, z-축을 따른 거리가 증가함에 따라 겹쳐질 수 있다는 것이 인지될 것이다. 게다가, 예시의 용이함을 위해 평평한 것으로 도시되지만, 깊이 평면의 윤곽들은 물리적 공간에서 만곡될 수 있어서, 깊이 평면의 모든 피처들은 특정 원근조절된 상태에서 눈과 포커스가 맞게 된다는 것이 인지될 것이다.
[0065] 객체와 눈(4 또는 6) 간의 거리는 또한, 그 눈으로 뷰잉할 때, 그 객체로부터 광의 발산의 양을 변화시킬 수 있다. 도 5a-5c는 광선들의 거리와 발산 간의 관계들을 예시한다. 객체와 눈(4) 간의 거리는, 거리가 감소하는 순서로, R1, R2 및 R3로 표현된다. 도 5a-5c에 도시된 바와 같이, 광선들은, 객체에 대한 거리가 감소함에 따라 더 많이 발산하게 된다. 거리가 증가함에 따라, 광선들은 더욱 시준된다. 다른 말로 하면, 포인트(객체 또는 객체의 부분)에 의해 생성된 광 필드(light field)가 구체 파면 곡률을 가지는 것으로 말해질 수 있고, 구체 파면 곡률은, 포인트가 사용자의 눈으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지의 함수이다. 곡률은 객체와 눈(4) 간의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 결과적으로, 상이한 깊이 평면들에서, 광선들의 발산 정도는 또한 상이하고, 발산 정도는, 깊이 평면들과 뷰어의 눈(4) 간의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 도 5a-5c 및 본원의 다른 도면들에서 예시의 명확성을 위해 단지 하나의 눈(4)만이 예시되지만, 눈(4)에 관한 논의들이 뷰어의 양쪽 눈들(4 및 6)에 적용될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0066] 이론에 의해 제한되지 않고서, 인간의 눈은 전형적으로, 깊이 지각을 제공하기 위하여 유한 수의 깊이 평면들을 해석할 수 있는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 지각된 깊이의 매우 그럴듯한 시뮬레이션은, 눈에, 이들 제한된 수의 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 상이한 프리젠테이션들이 뷰어의 눈들에 의해 별개로 포커싱될 수 있고, 이로써, 상이한 깊이 평면 상에 위치된 장면에 대한 상이한 이미지 피처들에 포커스를 맞추도록 요구되는 눈의 원근조절에 기반하여 그리고/또는 상이한 깊이 평면들 상의 상이한 이미지 피처들이 포커스가 맞지 않게 되는 것을 관찰하는 것에 기반하여 깊이 큐들을 사용자에게 제공하는 것을 돕는다.
[0067] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(1000)은 복수의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)을 사용하여 3-차원 지각을 눈/뇌에 제공하기 위하여 활용될 수 있는 도파관들의 스택, 또는 스택된 도파관 어셈블리(178)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(1000)은 도 2의 시스템(80)이고, 도 6은 그 시스템(80)의 일부 부분들을 더 상세히 개략적으로 보여준다. 예컨대, 도파관 어셈블리(178)는 도 2의 디스플레이(62)의 부분일 수 있다. 디스플레이 시스템(1000)은 일부 실시예들에서 광 필드 디스플레이로서 고려될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0068] 도 6을 계속해서 참조하면, 도파관 어셈블리(178)는 또한 도파관들 사이에 복수의 피처들(198, 196, 194, 192)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(198, 196, 194, 192)은 하나 이상의 렌즈들일 수 있다. 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 및/또는 복수의 렌즈들(198, 196, 194, 192)은 다양한 레벨들의 파면 곡률 또는 광선 발산으로 이미지 정보를 눈에 전송하도록 구성될 수 있다. 각각의 도파관 레벨은 특정 깊이 평면과 연관될 수 있고 그 깊이 평면에 대응하는 이미지 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)은 도파관들에 대한 광원으로서 기능할 수 있고, 이미지 정보를 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)에 주입하기 위하여 활용될 수 있으며, 도파관들 각각은, 본원에 설명된 바와 같이, 눈(4)을 향하여 출력하기 위해 각각의 개개의 도파관에 걸쳐 인입 광을 분배하도록 구성될 수 있다. 광은 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)의 출력 표면(300, 302, 304, 306, 308)을 나가고 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)의 대응하는 입력 표면(382, 384, 386, 388, 390)에 주입된다. 일부 실시예들에서, 입력 표면들(382, 384, 386, 388, 390) 각각은 대응하는 도파관의 에지일 수 있거나, 또는 대응하는 도파관의 주 표면의 부분일 수 있다(즉, 도파관 표면들 중 하나 또는 둘 모두는 직접적으로 세계(144) 또는 뷰어의 눈(4)을 향함). 일부 실시예들에서, 단일 광 빔(예컨대, 시준된 빔)은 특정 도파관과 연관된 깊이 평면에 대응하는 특정 각도들(및 발산의 양들)로 눈(4)을 향하여 지향되는 시준된 클론 빔(cloned collimated beam)들의 전체 필드를 출력하기 위하여 각각의 도파관으로 주입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208) 중 하나의 이미지 주입 디바이스가 복수(예컨대, 3개)의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)과 연관되고 그에 광을 주입할 수 있다.
[0069] 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)은 이산 디스플레이들이며, 이들 각각은 대응하는 도파관(182, 184, 186, 188, 190)으로의 주입을 위한 이미지 정보를 각각 생성한다. 일부 다른 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)은 예컨대, 이미지 정보를 하나 이상의 광학 도관들(예컨대, 광섬유 케이블들)을 통하여 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208) 각각에 파이핑(pipe)할 수 있는 단일 멀티플렉싱된 디스플레이의 출력 단부들이다. 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)에 의해 제공되는 이미지 정보는 상이한 파장들 또는 컬러들(예컨대, 본원에서 논의된 바와 같이 상이한 컴포넌트 컬러들)의 광을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0070] 일부 실시예들에서, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)로 주입된 광은 LED(light emitting diode)와 같은 광 방출기를 포함할 수 있는 광 모듈(2040)을 포함하는 광 프로젝터 시스템(2000)에 의해 제공된다. 광 모듈(2040)로부터의 광은 빔 분할기(2050)를 통해 광 변조기(2030), 예컨대, 공간 광 변조기에 지향되고 그에 의해 수정될 수 있다. 광 변조기(2030)는 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 내로 주입되는 광의 지각되는 세기를 변화시키도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기들의 예들은, LCOS(liquid crystal on silicon) 디스플레이들을 포함하는 LCD(liquid crystal display)들을 포함한다.
[0071] 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(1000)은 광을 다양한 패턴들(예컨대, 래스터 스캔, 나선형 스캔, 리사주(Lissajous) 패턴 등)로 하나 이상의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 내로 그리고 궁극적으로 뷰어의 눈(4)으로 투사하도록 구성된 하나 이상의 스캐닝 섬유들을 포함하는 스캐닝 섬유 디스플레이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)은 하나 또는 복수의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 내로 광을 주입하도록 구성된 단일 스캐닝 섬유 또는 스캐닝 섬유들의 번들(bundle)들을 개략적으로 표현할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)은 복수의 스캐닝 섬유들 또는 스캐닝 섬유들의 복수의 번들들을 개략적으로 표현하며, 이들 각각은 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 중 연관된 하나 내로 광을 주입하도록 구성된다. 하나 이상의 광섬유들이 광 모듈(2040)로부터 하나 이상의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)로 광을 투과시키도록 구성될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 스캐닝 섬유에서 나오는 광을 하나 이상의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)로 방향전환시키기 위해, 스캐닝 섬유 또는 섬유들과, 하나 이상의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 사이에 하나 이상의 개재된 광학 구조들이 제공될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0072] 제어기(210)는 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208), 광원(2040) 및 광 변조기(2030)의 동작을 포함한, 스택된 도파관 어셈블리(178)의 하나 이상의 도파관들의 동작을 제어한다. 일부 실시예들에서, 제어기(210)는 로컬 데이터 프로세싱 모듈(70)의 부분이다. 제어기(210)는 예컨대, 본원에 개시된 다양한 방식들 중 임의의 방식에 따라 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)에 대한 이미지 정보의 타이밍 및 프로비전을 조절하는 프로그래밍(예컨대, 비-일시적 매체의 명령들)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 단일 통합 디바이스, 또는 유선 또는 무선 통신 채널들에 의해 연결되는 분산형 시스템일 수 있다. 제어기(210)는 일부 실시예들에서, 프로세싱 모듈들(70 또는 72)(도 2)의 부분일 수 있다.
[0073] 도 6을 계속해서 참조하면, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)은 TIR(total internal reflection)에 의해 각각의 개개의 도파관 내에서 광을 전파시키도록 구성될 수 있다. 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)은 각각 평면형이거나 다른 형상(예컨대, 곡선)을 가질 수 있으며, 주 최상부 및 최하부 표면들 및 이들 주 최상부와 최하부 표면들 사이에서 연장되는 에지들을 갖는다. 예시된 구성에서, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)은, 이미지 정보를 눈(4)에 출력하기 위해 각각의 개개의 도파관 내에서 전파되는 광을 도파관 밖으로 방향전환시킴으로써, 도파관 밖으로 광을 추출하도록 구성된 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)을 각각 포함할 수 있다. 추출된 광은 아웃커플링된 광으로서 또한 지칭될 수 있고, 아웃커플링 광학 엘리먼트들은 또한 광 추출 광학 엘리먼트들로서 지칭될 수 있다. 추출된 광 빔은, 도파관 내에서 전파되는 광이 광 추출 광학 엘리먼트에 부딪치는 위치들에서 도파관에 의해 출력된다. 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 예컨대, 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 회절성 광학 피처들을 포함하는 격자들일 수 있다. 설명의 용이함 및 도면 명확성을 위하여 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)의 최하부 주 표면들에 배치된 것으로 예시되지만, 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 최상부 및/또는 최하부 주 표면들에 배치될 수 있고, 그리고/또는 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)의 볼륨에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)을 형성하기 위해 투명 기판에 부착된 재료 층에 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)은 재료의 모놀리식 피스(piece)일 수 있고 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 재료의 해당 피스의 표면 상에 그리고/또는 그 내부에 형성될 수 있다.
[0074] 도 6을 계속해서 참조하면, 본원에 논의된 바와 같이, 각각의 도파관(182, 184, 186, 188, 190)은 특정 깊이 평면에 대응하는 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된다. 예컨대, 눈에 가장 가까운 도파관(182)은, 그러한 도파관(182)에 주입된 시준된 광을 눈(4)에 전달하도록 구성될 수 있다. 시준된 광은 광학 무한대 초점 평면을 나타낼 수 있다. 바로 위의 도파관(184)은, 시준된 광이 눈(4)에 도달할 수 있기 전에 제1 렌즈(192)(예컨대, 네거티브 렌즈)를 통과하는 시준된 광을 전송하도록 구성될 수 있고; 그러한 제1 렌즈(192)는 약간 볼록한 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 바로 위의 도파관(184)으로부터 오는 광을, 광학적 무한대로부터 눈(4)을 향하여 안쪽으로 더 근접한 제1 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다. 유사하게, 위의 제3 도파관(186)은 자신의 출력 광을, 눈(4)에 도달하기 전에, 제1 렌즈(192) 및 제2 렌즈(194) 둘 모두에 통과시키고; 제1 렌즈(192) 및 제2 렌즈(194)의 조합된 광학 파워는 다른 증분 양의 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 제3 도파관(186)으로부터 오는 광을, 바로 위의 도파관(184)으로부터의 광보다는 광학적 무한대로부터 사람을 향하여 안쪽으로 훨씬 더 근접한 제2 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다.
[0075] 다른 도파관 층들(188, 190) 및 렌즈들(196, 198)은 유사하게 구성되는데, 스택에서 가장 높은 도파관(190)은 자신의 출력을, 사람과 가장 근접한 초점 평면을 나타내는 어그리게이트 초점력에 대해 자신과 눈 사이의 렌즈들 모두를 통하여 전송한다. 스택된 도파관 어셈블리(178)의 다른 측 상에서 세계(144)로부터 오는 광을 보거나/해석할 때 렌즈들(198, 196, 194, 192)의 스택을 보상하기 위하여, 보상 렌즈 층(180)은 아래의 렌즈 스택(198, 196, 194, 192)의 어그리게이트 초점력을 보상하기 위하여 스택의 최상부에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 이용 가능한 도파관/렌즈 페어링들이 존재하는 만큼 많은 지각된 초점 평면들을 제공한다. 도파관들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들 및 렌즈들의 포커싱 양상들 둘 모두는 정적(즉, 동적이거나 전자-활성이 아님)일 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 어느 하나 또는 둘 모두는 전자-활성 피처들을 사용하여 동적일 수 있다.
[0076] 일부 실시예들에서, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 중 둘 이상은 동일한 연관된 깊이 평면을 가질 수 있다. 예컨대, 다수의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)은 동일한 깊이 평면으로 세팅된 이미지들을 출력하도록 구성될 수 있거나, 또는 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)의 다수의 서브세트들은 동일한 복수의 깊이 평면들로 세팅된 이미지들(각각의 깊이 평면에 대해 하나의 이미지가 세팅됨)을 출력하도록 구성될 수 있다. 이는 그러한 깊이 평면들에서 확장된 시야를 제공하기 위해 타일 이미지(tiled image)를 형성하는 장점들을 제공할 수 있다.
[0077] 도 6을 계속해서 참조하면, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 자신들의 개개의 도파관들 밖으로 광을 방향전환시킬 뿐만 아니라 도파관과 연관된 특정 깊이 평면에 대해 적합한 양의 발산 또는 시준으로 이 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 상이한 연관된 깊이 평면들을 가진 도파관들은 상이한 구성들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)을 가질 수 있고, 이러한 아웃커플링 광학 엘리먼트들은 연관된 깊이 평면에 의존하여 상이한 양의 발산으로 광을 출력한다. 일부 실시예들에서, 광 추출 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 특정 각도들로 광을 출력하도록 구성될 수 있는 볼류메트릭(volumetric) 또는 표면 피처들일 수 있다. 예컨대, 광 추출 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 볼륨 홀로그램들, 표면 홀로그램들, 및/또는 회절 격자들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(198, 196, 194, 192)은 렌즈들이 아닐 수 있고; 오히려, 이들은 단순히 스페이서들(예컨대, 공기 갭들을 형성하기 위한 클래딩(cladding) 층들 및/또는 구조들)일 수 있다.
[0078] 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 회절 패턴 또는 "회절 광학 엘리먼트"(또한 본원에서 "DOE"로서 지칭됨)를 형성하는 회절 피처들이다. 바람직하게는, DOE들은 충분히 낮은 회절 효율성을 가져서, 빔의 광의 일부만이 DOE의 각각의 교차로 인해 눈(4)을 향하여 편향되지만, 나머지는 내부 전반사를 통해 도파관을 통해 계속 이동한다. 따라서, 이미지 정보를 전달하는 광은 다수의 위치들에서 도파관을 나가는 다수의 관련된 출사 빔들로 분할되고 그 결과는 이런 특정 시준된 빔이 도파관 내에서 이리저리 바운싱되기 때문에 눈(4)을 향하는 상당히 균일한 출사 방출 패턴이다.
[0079] 일부 실시예들에서, 하나 이상의 DOE들은, 이들이 활성적으로 회절되는 "온" 상태들과 이들이 크게 회절되지 않는 "오프" 상태들 간에 스위칭가능할 수 있다. 예컨대, 스위칭가능 DOE는, 마이크로액적들이 호스트 매질에서 회절 패턴을 포함하는 폴리머 분산형 액정 층을 포함할 수 있고, 마이크로액적들의 굴절률은 호스트 매질의 굴절률에 실질적으로 매칭하도록 스위칭될 수 있거나(이 경우에 패턴은 입사 광을 현저하게 회절시키지 않음) 또는 마이크로액적은 호스트 매질의 인덱스에 매칭하지 않는 인덱스로 스위칭될 수 있다(이 경우 패턴은 입사 광을 활성적으로 회절시킴).
[0080] 일부 실시예들에서, 예컨대, 사용자 입력들을 검출하기 위해 눈(4) 및/또는 눈(4) 주위 조직의 이미지들을 캡처하도록 카메라 어셈블리(500)(예컨대, 가시광 및 적외선 광 카메라들을 포함하는 디지털 카메라)가 제공될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 카메라는 임의의 이미지 캡처 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(500)는 이미지 캡처 디바이스 및 눈에 광(예컨대, 적외선 광)을 투사하기 위한 광원을 포함할 수 있으며, 이어서 이 광은 눈에 의해 반사되고 이미지 캡처 디바이스에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(500)는 프레임(64)(도 2)에 부착될 수 있고, 카메라 어셈블리(500)로부터의 이미지 정보를 프로세싱할 수 있는 프로세싱 모듈들(70 및/또는 72)과 전기 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 카메라 어셈블리(500)가 각각의 눈을 별개로 모니터하기 위해 각각의 눈에 대해 활용될 수 있다.
[0081] 이제 도 7을 참조로, 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예가 도시된다. 하나의 도파관이 예시되지만, 도파관 어셈블리(178)(도 6) 내의 다른 도파관들이 유사하게 기능할 수 있다는 것이 인지될 것이며, 여기서 도파관 어셈블리(178)는 다수의 도파관들을 포함한다. 광(400)은 도파관(182)의 입력 표면(382)에서 도파관(182)으로 주입되고 TIR에 의해 도파관(182) 내에서 전파된다. 광(400)이 DOE(282)에 충돌하는 포인트들에서, 광의 일부는 출사 빔들(402)로서 도파관을 나간다. 출사 빔들(402)은 실질적으로 평행한 것으로 예시되지만, 본원에 논의된 바와 같이, 이들 출사 빔들(402)은 또한 도파관(182)과 연관된 깊이 평면에 따라, 임의의 각도로 눈(4)으로 전파되도록 방향전환될 수 있다(예컨대, 발산하는 출사 빔들을 형성함). 실질적으로 평행한 출사 빔들은, 눈(4)으로부터 먼 거리(예컨대, 광학적 무한대)에 있는 깊이 평면 상에 세팅된 것으로 보이는 이미지들을 형성하도록 광을 아웃커플링하는 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 갖는 도파관을 나타낼 수 있다는 것이 인지될 것이다. 다른 도파관들 또는 아웃커플링 광학 엘리먼트들의 다른 세트들은 더 발산하는 출사 빔 패턴을 출력할 수 있고, 이는 눈(4)이 망막 상에 포커싱을 맞추게 하기 위해 더 근접한 거리로 원근조절하는 것을 요구할 것이고 광학적 무한대보다 눈(4)에 더 근접한 거리로부터의 광으로서 뇌에 의해 해석될 것이다.
[0082] 일부 실시예들에서, 풀(full) 컬러 이미지는 컴포넌트 컬러들, 예컨대, 3개 이상의 컴포넌트 컬러들 각각에 이미지들을 오버레이시킴으로써 각각의 깊이 평면에 형성될 수 있다. 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다. 예시된 실시예는 깊이 평면들(14a-14f)을 도시하지만, 더 많거나 더 적은 깊이들이 또한 고려될 수 있다. 각각의 깊이 평면은, 자신과 연관된 3개의 컴포넌트 컬러 이미지들, 즉, 제1 컬러(G)의 제1 이미지; 제2 컬러(R)의 제2 이미지; 및 제3 컬러(B)의 제3 이미지를 가질 수 있다. 상이한 깊이 평면들은 G, R 및 B 문자들 다음에 오는 디옵터들(dpt)에 대한 상이한 숫자들에 의해 도면에 표시된다. 단지 예들로서, 이들 문자들 각각 다음에 오는 숫자들은 디옵터들(1/m) 또는 뷰어로부터의 깊이 평면의 역 거리(inverse distance)를 표시하며, 도면들에서 각각의 박스는 개별 컴포넌트 컬러 이미지를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 상이한 파장들의 광의 눈의 포커싱에서의 차이를 참작하기 위해, 상이한 컴포넌트 컬러들에 대한 깊이 평면들의 정확한 배치는 변할 수 있다. 예컨대, 정해진 깊이 평면에 대한 상이한 컴포넌트 컬러 이미지들은 사용자로부터의 상이한 거리들에 대응하는 깊이 평면들 상에 배치될 수 있다. 이러한 어레인지먼트는 시력 및 사용자의 편안함을 증가시킬 수 있다.
[0083] 일부 실시예들에서, 각각의 컴포넌트 컬러의 광은 단일 전용 도파관에 의해 출력될 수 있고, 결과적으로, 각각의 깊이 평면은 그것과 연관된 다수의 도파관들을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 문자들 G, R 또는 B를 포함하는 도면들 내 각각의 박스는 개별 도파관을 나타내는 것으로 이해될 수 있고, 깊이 평면 당 3개의 도파관들이 제공될 수 있으며, 여기서 깊이 평면 당 3개의 컴포넌트 컬러 이미지들이 제공된다. 각각의 깊이 평면과 연관된 도파관들이 설명의 용이함을 위해 이 도면에서 서로 인접한 것으로 도시되지만, 물리적 디바이스에서, 도파관들은 모두 레벨 당 하나의 도파관을 갖는 스택으로 배열될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 일부 다른 실시예들에서, 다수의 컴포넌트 컬러들이 동일한 도파관에 의해 출력될 수 있어서, 예컨대, 깊이 평면 당 단지 단일 도파관이 제공될 수 있다.
[0084] 도 8을 계속해서 참조하면, 일부 실시예들에서, G는 녹색 컬러이고, R은 적색 컬러이고, B는 청색 컬러이다. 일부 다른 실시예들에서, 마젠타 및 시안을 포함하는, 다른 광의 파장들과 연관되는 다른 컬러들이 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 이상을 대체할 수 있거나, 또는 이에 추가로 사용될 수 있다.
[0085] 본 개시내용 전반에 걸쳐 정해진 컬러의 광에 대한 참조는 그 정해진 컬러인 것으로서 뷰어에 의해 지각되는 광의 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들의 광을 포함하는 것으로 이해될 것이란 점이 인지될 것이다. 예컨대, 적색 광은 약 620-780nm 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있고, 녹색 광은 약 492-577nm 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있으며, 청색 광은 약 435-493nm 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있다.
[0086] 이제 도 9a를 참조로, 일부 실시예들에서, 도파관에 충돌하는 광은 도파관 내로 그 광을 인커플링하기 위해 방향전환될 필요가 있을 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트는 광을 그의 대응하는 도파관으로 방향전환 및 인커플링하는 데 사용될 수 있다. 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(1200)의 예의 측단면도를 예시한다. 도파관들은 각각 하나 이상의 상이한 파장들, 또는 하나 이상의 상이한 파장들의 범위들의 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 스택(1200)은 스택(178)(도 6)에 대응할 수 있고, 스택(1200)의 예시된 도파관들은, 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208) 중 하나 이상으로부터의 광이 인커플링을 위해 방향전환되도록 요구되는 포지션으로부터 도파관들로 주입되는 것을 제외하면, 복수의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)의 부분에 대응할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0087] 스택된 도파관들의 예시된 세트(1200)는 도파관들(1210, 1220, 및 1230)을 포함한다. 각각의 도파관은, (도파관 상의 광 입력 영역으로서 또한 지칭될 수 있는) 연관된 인커플링 광학 엘리먼트를 포함하며, 예컨대, 인커플링 광학 엘리먼트(1212)는 도파관(1210)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치되고, 인커플링 광학 엘리먼트(1222)는 도파관(1220)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치되며, 인커플링 광학 엘리먼트(1232)는 도파관(1230)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232) 중 하나 이상은 개개의 도파관(1210, 1220, 1230)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다(특히, 여기서 하나 이상의 인커플링 광학 엘리먼트들은 반사성 편향 광학 엘리먼트들임). 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 그들 개개의 도파관(1210, 1220, 1230)의 상부 주 표면(또는 다음 하위 도파관의 최상부) 상에 배치될 수 있으며, 특히, 여기서 이러한 인커플링 광학 엘리먼트들은 투과성 편향 광학 엘리먼트들이다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)의 본체에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에서 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 파장 선택적이어서, 이들은 하나 이상의 광 파장들을 선택적으로 방향전환시키면서 다른 광 파장들을 투과시킨다. 그들 개개의 도파관(1210, 1220, 1230)의 한 측 또는 코너 상에 예시되지만, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 일부 실시예들에서, 그들의 개개의 도파관(1210, 1220, 1230)의 다른 영역들에 배치될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0088] 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 서로 측방으로 오프셋될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트는, 광이 다른 인커플링 광학 엘리먼트를 통과하지 않고 자신이 그 광을 수신하도록 오프셋될 수 있다. 예컨대, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트(1212, 1222, 1232)는 상이한 이미지 주입 디바이스(1213, 1223, 1233)로부터 광을 수신하도록 구성될 수 있고, 다른 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)로부터 분리(예컨대, 측방으로 이격)될 수 있어서, 그것은 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232) 중 다른 것들로부터의 광을 실질적으로 수신하지 않는다.
[0089] 각각의 도파관은 또한 연관된 광 분배 엘리먼트들을 포함하며, 예컨대, 광 분배 엘리먼트들(1214)은 도파관(1210)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치되고, 광 분배 엘리먼트들(1224)은 도파관(1220)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치되며, 광 분배 엘리먼트들(1234)은 도파관(1230)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치된다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 연관된 도파관들(1210, 1220, 1230)의 최하부 주 표면 상에 각각 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 연관된 도파관들(1210, 1220, 1230)의 최상부 및 최하부 주 표면 둘 모두 상에 각각 배치될 수 있거나; 또는 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 상이한 연관된 도파관들(1210, 1220, 1230)의 최상부 및 최하부 주 표면들 중 상이한 표면들 상에 각각 배치될 수 있다.
[0090] 도파관들(1210, 1220, 1230)은, 예컨대, 기체, 액체 및/또는 고체 재료 층들에 의해 이격되고 분리될 수 있다. 예컨대, 예시된 바와 같이, 층(1218a)은 도파관들(1210, 1220)을 분리할 수 있고; 층(1218b)은 도파관들(1220 및 1230)을 분리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(1218a 및 1218b)은 낮은 굴절률 재료들(즉, 도파관들(1210, 1220, 1230) 중 바로 인접한 하나를 형성하는 재료보다 낮은 굴절률을 갖는 재료들)로 형성된다. 바람직하게는, 층들(1218a, 1218b)을 형성하는 재료의 굴절률은 0.05 이상 또는 0.10 이상이지만 도파관들(1210, 1220, 1230)을 형성하는 재료의 굴절률보다 낮을 수 있다. 유리하게, 더 낮은 굴절률 층들(1218a, 1218b)은 도파관들(1210, 1220, 1230)을 통한 광의 TIR(total internal reflection)(예컨대, 각각의 도파관의 최상부 및 최하부 주 표면들 사이의 TIR)를 가능하게 하는 클래딩 층들로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(1218a, 1218b)은 공기로 형성된다. 예시되지는 않았지만, 예시된 도파관들의 세트(1200)의 최상부 및 최하부는 바로 이웃한 클래딩 층들을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0091] 바람직하게는, 제조의 용이함 및 다른 고려사항들을 위해, 도파관들(1210, 1220, 1230)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하며, 층들(1218a, 1218b)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하다. 일부 실시예들에서, 도파관들(1210, 1220, 1230)을 형성하는 재료는 하나 이상의 도파관들 간에 상이할 수 있고, 그리고/또는 층들(1218a, 1218b)을 형성하는 재료는 여전히 위에서 언급된 다양한 굴절률 관계들을 유지하면서 상이할 수 있다.
[0092] 도 9a를 계속해서 참조하면, 광선들(1240, 1242, 1244)이 도파관들의 세트(1200) 상에 입사된다. 광선들(1240, 1242, 1244)은 하나 이상의 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)(도 6)에 의해 도파관들(1210, 1220, 1230) 내로 주입될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0093] 일부 실시예들에서, 광선들(1240, 1242, 1244)은 상이한 성질들, 예컨대, 상이한 파장들 또는 상이한 파장들의 범위들을 가지며, 이는 상이한 컬러들에 대응할 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 각각, 입사 광이 TIR에 의해 도파관들(1210, 1220, 1230) 중 개개의 도파관을 통해 전파되도록 광을 편향시킨다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232) 각각은 하나 이상의 특정 파장들의 광을 선택적으로 편향시키는 반면에, 다른 파장들을 하부 도파관 및 연관된 인커플링 광학 엘리먼트로 투과시킨다.
[0094] 예컨대, 인커플링 광학 엘리먼트(1212)는, 제1 파장 또는 파장들의 범위를 갖는 광선(1240)을 편향시키는 반면에, 상이한 제2 그리고 제3 파장들 또는 파장들의 범위들을 각각 갖는 광선들(1242 및 1244)을 투과시키도록 구성될 수 있다. 이어서, 투과된 광선(1242)은 제2 파장 또는 파장들의 범위의 광을 선택적으로 편향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트(1222)에 충돌하고 그에 의해 편향된다. 광선(1244)은 인커플링 광학 엘리먼트(1222)에 의해 투과되고, 제3 파장 또는 파장들의 범위의 광을 선택적으로 편향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트(1232)에 계속해서 충돌하고 이에 의해 편향된다.
[0095] 도 9a를 계속해서 참조하면, 편향된 광선들(1240, 1242, 1244)은, 이들이 대응하는 도파관(1210, 1220, 1230)을 통해 전파되도록 편향되는데; 즉, 각각의 도파관의 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 그 대응하는 도파관(1210, 1220, 1230) 내로 광을 인커플링하도록 그 대응하는 도파관 내로 광을 편향시킨다. 광선들(1240, 1242, 1244)은, 광으로 하여금 TIR에 의해 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)을 통해 전파되게 하는 각도들로 편향된다. 광선들(1240, 1242, 1244)은, 도파관의 대응하는 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)에 충돌할 때까지 TIR에 의해 개개의 도파관(1210, 1220, 1230)을 통해 전파된다.
[0096] 이제 도 9b를 참조하면, 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도가 예시된다. 위에서 언급된 바와 같이, 인커플링된 광선들(1240, 1242, 1244)은 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)에 의해 각각 편향되고, 이어서 도파관들(1210, 1220, 1230) 내에서 TIR에 의해 각각 전파된다. 이어서, 광선들(1240, 1242, 1244)은 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)에 각각 충돌한다. 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은, 광선들(1240, 1242, 1244)이 아웃커플링 광학 엘리먼트(1250, 1252, 1254)를 향해 각각 전파되도록 이들을 편향시킨다.
[0097] 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 OPE(orthogonal pupil expander)들이다. 일부 실시예들에서, OPE들 둘 모두는 아웃커플링 광학 엘리먼트들(1250, 1252, 1254)로 광을 편향시키거나 분배하고, 광이 아웃커플링 광학 엘리먼트들로 전파될 때 이 광의 빔 또는 스폿 사이즈를 또한 증가시킨다. 예컨대, 빔 크기가 이미 원하는 사이즈를 갖는 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 생략될 수 있고, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 아웃커플링 광학 엘리먼트들(1250, 1252, 1254)에 광을 직접 편향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 9a를 참조하면, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 아웃커플링 광학 엘리먼트(1250, 1252, 1254)로 각각 대체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(1250, 1252, 1254)은 뷰어의 눈(4)(도 7)에 광을 지향시키는 EP(exit pupil)들 또는 EPE(exit pupil expander)들이다.
[0098] 그에 따라서, 도 9a 및 9b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관들의 세트(1200)는 각각의 컴포넌트 컬러에 대해 도파관들(1210, 1220, 1230; 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232); 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(1214, 1224, 1234); 및 아웃커플링 광학 엘리먼트들(예컨대, EP들)(1250, 1252, 1254)을 포함한다. 도파관들(1210, 1220, 1230)은 각각의 도파관 사이에 에어 갭/클래딩 층을 갖도록 스택될 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 (상이한 인커플링 광학 엘리먼트들이 상이한 파장들의 광을 수신함에 따라) 입사 광을 자신의 도파관으로 방향전환 또는 편향시킨다. 이어서, 광은 개개의 도파관(1210, 1220, 1230) 내에서 TIR을 초래할 각도로 전파된다. 도시된 예에서, 광선(1240)(예컨대, 청색 광)은 제1 인커플링 광학 엘리먼트(1212)에 의해 편향되고, 이어서 도파관을 따라 계속 바운싱(bounce)하여, 앞서 설명된 방식으로, 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(1214) 및 이어서 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(1250)와 상호작용한다. 광선들(1242 및 1244)(예컨대, 각각 녹색 및 적색 광)은 도파관(1210)을 통과할 것이고, 광선(1242)은 인커플링 광학 엘리먼트(1222)에 충돌하고 그에 의해 편향된다. 이어서, 광선(1242)은 TIR을 통해 도파관(1220)을 따라 바운싱되어, 자신의 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(1224)로 그리고 이어서 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(1252)로 진행된다. 마지막으로, 광선(1244)(예컨대, 적색 광)은 도파관(1220)을 통과하여 도파관(1230)의 광 인커플링 광학 엘리먼트들(1232)에 충돌한다. 광 인커플링 광학 엘리먼트들(1232)은, 광선(1244)이 TIR에 의해 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(1234)로, 그리고 이어서 TIR에 의해 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(1254)로 전파되도록 그 광선을 편향시킨다. 이어서, 아웃커플링 광학 엘리먼트(1254)는 최종적으로 광선(1244)을 뷰어에 아웃커플링하며, 이 뷰어는 또한 다른 도파관들(1210, 1220)로부터 아웃커플링된 광을 수신한다.
[0099] 도 9c는 도 9a 및 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 각각의 도파관의 연관된 광 분배 엘리먼트(1214, 1224, 1234) 및 연관된 아웃커플링 광학 엘리먼트(1250, 1252, 1254)와 함께, 도파관들(1210, 1220, 1230)은 수직으로 정렬될 수 있다. 그러나, 본원에서 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 수직으로 정렬되지 않고; 오히려, 인커플링 광학 엘리먼트들은 바람직하게는, 오버랩핑되지 않는다(예컨대, 하향식 도면에서 보여지는 바와 같이 측방으로 이격됨). 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 이러한 오버랩핑되지 않는 공간적 어레인지먼트는 일대일 기반으로 상이한 자원들로부터 상이한 도파관들로의 광의 주입을 가능하게 하고, 이로써 특정 광원이 특정 도파관에 고유하게 커플링될 수 있게 허용한다. 일부 실시예들에서, 오버랩핑되지 않는 공간적으로-분리된 인커플링 광학 엘리먼트들을 포함하는 어레인지먼트들은 시프트된 동공 시스템으로서 지칭될 수 있고, 이러한 어레인지먼트들의 인커플링 광학 엘리먼트들은 서브 동공들에 대응할 수 있다.
예시적인 광 흡수기들
[0100] 이제 도 10a에 대한 참조가 이루어질 것이고, 도 10a는 일부 실시예들에 따른, 광 흡수기(1320)를 포함하는 도파관(1310)의 예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 도파관(1310)은, 본원에 설명된 바와 같이, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190(도 6) 또는 1210, 1220, 1230(도 9a-9b)) 중 하나일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관(1310)은 스택된 도파관 어셈블리(178)(도 6) 또는 도파관 스택(1200)(도 9a-9b)과 같은 도파관들의 스택을 형성하는 복수의 유사한 도파관들 중 하나일 수 있다.
[0101] 도파관(1310)은 최상부 주 표면(1311), 최하부 주 표면(1312) 및 4개의 에지 표면들(1313, 1314, 1315, 1316)을 포함할 수 있다. 주 표면들이 주 표면들 사이에서 연장되는 에지 표면들보다 더 큰 영역들을 갖는다는 것이 인지될 것이다. 예시된 바와 같이, 도파관(1310)은 직사각형 판 형태를 취할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도파관(1310)은, 단면도 및/또는 하향식 뷰로 볼 때, 다른 형상들을 갖는다. 예컨대, 도파관(1310)은 4개 초과 또는 4개 미만의 에지들을 가질 수 있다.
[0102] 일부 실시예들에서, 광 흡수기(1320)는 도파관(1310)의 표면 바로 위에(즉, 접촉하여) 포지셔닝 또는 배치되고, 광 흡수기(1320)가 자신이 배치된 도파관(1310)의 표면의 전체 또는 실질적으로 전체를 커버하도록 크기가 정해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기(1320)는 도파관(1310)의 표면의 제1 부분, 예컨대, 에지 표면(1313, 1314, 1315, 1316) 바로 위에 배치될 수 있고, 하나 이상의 추가적인 광 흡수기들은 도파관(1310)의 동일한 표면 또는 다른 표면들의 하나 이상의 추가적인 부분들 바로 위에 배치될 수 있다. 예컨대, 광 흡수기들은 에지 표면들(1313, 1314, 1315, 1316) 중 적어도 한 쌍의 대향하는 에지 표면들 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모든 에지 표면들(1313, 1314, 1315, 1316)에는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 대응하는 광 흡수기들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 도파관(1310)이 도파관들의 스택(예컨대, 도파관 스택(178)(도 6) 또는 1200(도 9a-9b))의 하나의 도파관인 경우, 도파관 스택의 각각의 도파관은 자신의 하나 이상의 대응하는 에지 표면들 상에 배치된 하나 이상의 개별 광 흡수기들을 가질 수 있다.
[0103] 일부 실시예들에서, 광 흡수기(1320)는 도파관(1310)의 표면과 직접 접촉하는 박막을 포함할 수 있다. 박막은 도파관(1310)의 표면 바로 위에 증착될 수 있다. 바람직하게는, 박막은 원하는 파장 또는 파장들의 스펙트럼, 예컨대, 가시광 스펙트럼에서 예외적으로 높은 퍼센티지의 광을 흡수할 수 있거나 흡수하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파장 또는 파장들의 스펙트럼은 약 250 nm 내지 약 900 nm, 약 300 nm 내지 약 850 nm, 또는 약 390 nm 내지 약 700 nm이다. 광 흡수기는 입사광의 적어도 약 50%, 입사광의 적어도 약 80%, 위에 언급된 파장들 또는 파장들 범위들의 입사광의 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상을 흡수할 수 있다.
[0104] 일부 실시예들에서, 광 흡수기(1310)의 박막은 탄소를 포함할 수 있다. 예컨대, 광 흡수기는 벅민스터플러렌(C60)과 같은 플러렌들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소, 탄소의 혼합된 상들과 같은 탄소의 하나 이상의 형태들 또는 동소체들, 및/또는 C60을 포함하는 플러렌들 및 C60 이외의 플러렌들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 실리콘을 포함할 수 있다.
[0105] 일부 실시예들에서, 박막은 광을 흡수하도록 구성된 마이크로 또는 나노구조들을 포함할 수 있다. 예컨대, 박막은 원하는 파장 또는 파장들의 스펙트럼, 예컨대, 가시광 스펙트럼의 파장들을 갖는 광을 흡수하도록 구성된 나노구조 표면을 가질 수 있다. 나노구조들은, 막이 배치된 도파관의 표면으로부터 멀어져 연장되는 방향으로 길게 늘어진 복수의 나노구조들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기는 VANTA(vertically aligned nanotube array)와 같은 복수의 실질적으로 평행한 나노튜브들을 포함할 수 있고, 수직 방향은 박막이 배치된 표면에 수직으로 연장되는 방향인 것으로 이해된다. 일부 실시예들에서, 막은, 실리콘으로 형성된 복수의 나노스케일 콘들(nanoscale cones) 또는 니들들(needles)을 포함하는 블랙 실리콘을 포함할 수 있다.
[0106] 일부 실시예들에서, 광 흡수기는, 도파관(1310)을 수용하는 반응 챔버에서 증기 증착 프로세스를 사용하여 도파관(1310)의 표면 상에 박막을 증착 또는 형성함으로써 형성될 수 있다. 예컨대, 증기 증착 프로세스는 ALD(atomic layer deposition) 프로세스, PEALD(plasma enhanced ALD) 프로세스, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스, PECVD(plasma enhanced CVD) 프로세스, PVD(physical vapor deposition) 프로세스 또는 다른 증기 증착 프로세스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수기를 형성 또는 증착하기 위한 프로세스는 증발 프로세스, 예컨대, 열 증발 프로세스, 전자-빔 프로세스, MBE(molecular beam epitaxy) 프로세스, 저항성 증발 프로세스, 플래시 증발 프로세스 또는 다른 증발 프로세스를 포함할 수 있다.
[0107] 일부 실시예들에서, 증기 증착 프로세스는 증발 프로세스일 수 있고, 여기서 에너지는 소스 재료가 공수되도록 그 소스 재료를 증발시키기 위해 그러한 소스 재료에 인가된다. 예컨대, 증발 프로세스는 열 증발 프로세스일 수 있고, 에너지는 열 에너지일 수 있다. 소스 재료는, 소스 재료의 전부 또는 일부가 증발되도록 충분한 온도로 가열될 수 있고, 이로써 전구체 종이 공수되게 한다. 일부 실시예들에서, 증발 프로세스 동안 형성된 증기는 소스 재료의 입자들을 포함하는 증발된 파우더를 포함할 수 있다.
[0108] 박막을 증착하는 것이, 원하는 두께의 박막을 형성하기에 충분한 재료를 증착하기에 충분한 지속기간 동안, 도파관의 원하는 표면을 전구체 종, 이를테면, 소스 재료로 형성된 증발된 전구체 종에 노출시키는 것을 포함할 수 있음이 인지될 것이다. 일부 실시예들에서, 박막은, 서브층들의 순차적인 증착에 의해, 원하는 두께의 막이 서브층 별로 구축되는 순차적인 증착 프로세스로 증착될 수 있다. 예컨대, 박막은 전구체 종으로 도파관의 원하는 표면을 펄스들로 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 도파관의 원하는 표면은 제1 원하는 지속기간 동안 소스 재료로부터 형성된 증기와 접촉될 수 있고, 이어서 소스 재료로부터 형성된 증기는, 예컨대, 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼징(purge)하고 그리고/또는 반응 챔버를 배기시킴으로써 도파관의 원하는 표면으로부터 제거될 수 있고, 후속하여 제2 원하는 지속기간 동안 도파관의 원하는 표면과 소스 재료로부터 형성된 증기를 접촉시킨다. 이러한 접촉 및 제거 단계들은, 원하는 두께의 박막이 도파관의 원하는 표면 상에 형성될 때까지 임의의 횟수로 반복될 수 있다.
[0109] 일부 실시예들에서, 박막은, 다른 표면들 상의 증착을 차단함으로써, 원하는 표면 상에 선택적으로 증착된다. 예컨대, 다른 표면들에는 제거 가능한 보호 재료 층이 제공될 수 있으며, 이는 박막을 증착한 후에 제거된다. 일부 다른 실시예들에서, 박막은 도파관의 다수의 표면들 위에 증착되고, 후속하여 박막이 요구되지 않는 표면들로부터 제거된다. 제거는, 예컨대, 막이 요구되지 않는 그러한 표면들로부터 막을 에칭 및/또는 용해시키는 것을 수반할 수 있다.
[0110] 도 11을 참조하고 일부 실시예들에 따라, 도파관의 표면 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스(1400)는:
블록(1410)에서, 반응 챔버에서 적어도 하나의 도파관을 제공하는 단계 ― 적어도 하나의 도파관은 적어도 제1 표면을 포함함 ― ;
블록(1420)에서, 반응 챔버에서 증착 프로세스를 통해 적어도 하나의 도파관의 제1 표면 바로 위에 원하는 두께의 박막을 증착시키는 단계; 및
선택적으로, 블록(1430)에서, 증착된 박막에 증착후 처리 프로세스를 실시하는 단계를 포함할 수 있다.
[0111] 증착된 박막이 광 흡수기를 형성한다는 것이 인지될 것이다. 도파관은, 본원에 설명된 바와 같이, 개별 도파관일 수 있거나, 도파관 스택의 부분일 수 있다.
[0112] 일부 실시예들에서, 적어도 도파관의 제1 표면에는 블록(1410) 전에 전처리 프로세스가 실시된다. 일부 실시예들에서, 전처리 프로세스는 적어도 도파관의 제1 표면을 세정하는 것을 포함할 수 있다.
[0113] 다시 도 11을 참조하면, 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 도파관이 블록(1410)에서 반응 챔버에 제공되고, 프로세스(1400)는 반응 챔버 내에서 적어도 부분적으로 수행된다. 반응 챔버는 본원에 설명된 바와 같이 증기 증착을 위해 구성된 반응 챔버일 수 있다.
[0114] 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 도파관은, 예컨대, 본원에 설명된 도파관 스택일 수 있다. 일부 실시예들에서, 스택은, 스택의 도파관들을 결합하고 증기가 도파관들 사이의 공간으로 유동하는 것을 방지하는 기밀 스페이서들(gas tight spacers), 접착제 또는 다른 밀봉제(sealant)를 포함한다. 유리하게는, 증착이 스택의 도파관들의 에지들 상에 광 흡수막을 증착하는 데 활용되는 경우, 증착은 스택의 모든 또는 다수의 도파관들 상에 동시에 막을 증착할 수 있는 반면, 스페이서들 사이의 밀봉제는 도파관들을 사이의 원하지 않는 증착을 방지한다.
[0115] 일부 실시예들에서, 블록(1420)에서, 박막을 증착하는 것은 증기 증착 프로세스와 같은 증착 프로세스를 포함할 수 있다. 증착 프로세스는 ALD(atomic layer deposition) 프로세스, PEALD(plasma enhanced ALD) 프로세스, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스, PECVD(plasma enhanced CVD) 프로세스, PVD(physical vapor deposition) 프로세스, 또는 다른 증기 증착 프로세스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착 프로세스는 증발 프로세스, 예컨대, 열 증발 프로세스, 전자-빔 프로세스, MBE(molecular beam epitaxy) 프로세스, 저항성 증발 프로세스, 플래시 증발 프로세스 또는 다른 증발 프로세스를 포함할 수 있다.
[0116] 일부 실시예들에서, 증발 프로세스 동안에, 소스 재료는 소스 재료의 종을 포함하는 증기를 형성하도록 증발된다. 예컨대, 소스 재료는, 예컨대, 도가니(crucible)에서 소스 재료를 직접적으로 또는 간접적으로 가열함으로써 증발될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 재료는 소스 재료를 통해 전류를 제공함으로써 증발될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 재료는 진공 또는 부분 진공에서 증발될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 재료는 도파관과 동일한 챔버에서 증발된다. 일부 다른 실시예들에서, 소스 재료는 제2 상이한 챔버에서 증발되고, 이어서 도파관을 수용하는 반응 챔버 내로 유동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 재료는 반응 챔버와 기체 연통하는 용기에 저장된 기상 재료(gas phase material)이다.
[0117] 일부 실시예들에서, 소스 재료는 탄소 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 예컨대, 소스 재료는 흑연, 비정질 탄소, 나노탄소들 또는 다른 탄소 동소체들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 재료는 파우더를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 소스 재료는 실란을 포함할 수 있고, 예컨대, CVD 또는 ALD에 의해 기판 상에 증착될 수 있다.
[0118] 다시 도 11을 참조하면, 적어도 하나의 도파관의 적어도 제1 표면은 원하는 지속기간 동안 소스 재료의 종을 포함하는 증기와 접촉된다. 일부 실시예들에서, 지속기간은 증착되는 박막의 원하는 두께에 기반하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 도파관의 적어도 제1 표면과 소스 재료의 종을 포함하는 증기를 접촉시키는 것은, 본원에 논의된 바와 같이, 원하는 표면을 펄스들로 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도파관은 박막의 증착 동안 연속적으로 증기에 노출될 수 있다.
[0119] 일부 실시예들에서, 블록(1420)에서 증착된 박막은 약 10nm 초과, 약 50nm 초과, 100m 초과, 또는 약 500nm 초과의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 박막은 입사광의 적어도 80%, 입사광의 적어도 90%, 입사광의 적어도 95%, 또는 300 내지 850 nm 범위(가시광 범위)의 파장들을 갖는 입사광의 적어도 96%, 97%, 98%, 99% 이상을 흡수할 수 있다.
[0120] 일부 실시예들에서, 프로세스(1400)는 블록(1430)에서 선택적인 증착후 처리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적인 증착후 처리는 블록(1420)에서 증착된 박막의 광학 흡수를 증가시키도록 구성된 처리 프로세스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적인 증착후 처리는 블록(1420)에서 증착된 박막의 내구성(durability) 또는 경도(hardness)를 증가시키도록 구성된 처리 프로세스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적인 증착후 처리는 어닐링 프로세스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적인 증착후 처리 프로세스는 에칭 프로세스를 포함할 수 있다.
[0121] 일부 실시예들에서, 증착후 처리는 박막의 광 흡수 특성들을 증가시키기 위해 증착된 박막의 물리적 구조를 변경하는 프로세스일 수 있다. 예컨대, 증착된 박막은 실리콘으로 형성될 수 있고, 증착후 처리는 막을 블랙 실리콘으로 변환하기 위해 실리콘 막의 표면을 개질(modify)할 수 있으며, 블랙 실리콘은 매우 높은 광 흡수성을 갖는다. 실리콘 막의 표면을 개질하기 위한 적절한 프로세스들의 예들은 에칭 또는 재료 제거 프로세스들, 이를테면, 반응성 이온 에칭, 전기화학 에칭, 스테인 에칭(stain etching), 금속-보조 화학 에칭 및 레이저 처리를 포함한다. 에칭 화학물들의 예들은 질산 구리(copper nitrate), 아인산(phosphorous acid), 불화 수소(hydrogen fluoride) 및 물의 혼합물을 포함한다. 재료 제거 프로세스들이 실리콘 재료의 기둥들(pillars)을 형성할 수 있으며, 이는 결국 높은 광 흡수성 표면을 형성한다는 것이 인지될 것이다.
[0122] 전술한 명세서에서, 다양한 특정 실시예들이 설명되었다. 그러나, 본 발명의 광범위한 사상 및 범위를 벗어남 없이 다양한 수정들 및 변경들이 본 발명에 대해 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예컨대, 도파관들에 유리하게 적용되지만, 본원에 개시된 광 흡수기들 및 방법들이 임의의 기판 상에 광 흡수 구조들을 제공하는 데 활용될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 그에 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적 의미가 아니라 예시적 의미로 간주되어야 한다.
[0123] 사실상, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들 각각은 몇몇 혁신적인 양상들을 가지며, 이 양상들 중 어떤 단일의 양상도 본원에 개시된 바람직한 속성들을 전적으로 담당하거나 이를 위해 요구되지 않는다는 것이 인지될 것이다. 위에서 설명된 다양한 특징들 및 프로세스들은 서로 독립적으로 사용될 수 있거나, 또는 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 모든 가능한 조합들 및 서브조합들은 본 개시내용의 범위 내에 속하도록 의도된다.
[0124] 별개의 실시예들의 맥락에서 본 명세서에서 설명되는 특정 특징들은 또한, 단일 실시예로 결합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한, 다수의 실시예들로 별도로 또는 임의의 적절한 서브조합으로 구현될 수 있다. 게다가, 비록 특징들이 특정 조합들로 동작하는 것으로서 위에서 설명될 수 있고, 심지어 그와 같이 처음에 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서 조합으로부터 제거될 수 있고, 그리고 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형에 관련될 수 있다. 단일 특징 또는 특징들의 그룹이 각각의 모든 실시예에 필요하거나 필수적인 것은 아니다.
[0125] 특정하게 다르게 언급되지 않거나, 사용된 맥락 내에서 다르게 이해되지 않으면, 본원에 사용된 조건어, 이를테면 특히, "할 수 있다(can, could, might, may)", "예컨대" 등은 일반적으로, 특정 실시예들이 특정 특징들, 엘리먼트들 및/또는 단계들을 포함하지만, 다른 실시예들은 이들을 포함하지 않는 것을 전달하기 위해 의도된다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 그런 조건어는 일반적으로, 특징들, 엘리먼트들 및/또는 단계들이 하나 이상의 실시예들을 위해 어떤 식으로든 요구된다는 것을 또는 하나 이상의 실시예들이, 저자(author) 입력 또는 프롬프팅으로 또는 이들 없이, 이들 특징들, 엘리먼트들 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될지를 판정하기 위한 로직을 반드시 포함하는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "가지는(having)" 등의 용어들은 동의어이고 오픈-엔디드(open-ended) 방식으로 포괄적으로 사용되고, 그리고 부가적인 엘리먼트들, 특징들, 작용들, 동작들 등을 배제하지 않는다. 또한, "또는"이란 용어는 그의 포괄적인 의미(및 그의 배타적 의미가 아님)로 사용되어, 예컨대 리스트의 엘리먼트들을 연결하기 위해 사용될 때, "또는"이란 용어는 리스트 내 엘리먼트들 중 하나, 일부 또는 모두를 의미한다. 게다가, 본 출원 및 첨부된 청구항들에 사용되는 단수 표현들은 다르게 특정되지 않으면 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면들에 도시될 수 있지만, 원하는 결과들을 달성하기 위해, 그런 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적 순서로 수행될 필요가 없거나, 또는 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것이 인식되어야 한다. 추가로, 도면들은 흐름도 형태로 하나 이상의 예시적 프로세스들을 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이 개략적으로 예시된 예시적인 방법들 및 프로세스들에 통합될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 부가적인 동작들은 예시된 동작들 중 임의의 동작 이전에, 이후에, 동시에, 또는 중간에 수행될 수 있다. 부가적으로, 동작들은 다른 실시예들에서 재배열되거나 재정렬될 수 있다. 특정 상황들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 게다가, 위에서 설명된 실시예들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 그런 분리를 요구하는 것으로 이해되지 않아야 하고, 그리고 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합될 수 있거나 다수의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 실시예들은 하기의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에 열거된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수 있고 그럼에도 불구하고 원하는 결과들을 달성할 수 있다.
[0126] 따라서, 청구항들은 본원에 도시된 실시예들로 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 본원에 개시된 본 개시내용, 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합될 것이다.

Claims (22)

  1. 제1 표면을 포함하는 광학 도파관; 및
    적어도 상기 제1 표면 바로 위의 광 흡수기를 포함하고,
    상기 광 흡수기는 탄소 동소체(allotrope) 및 블랙 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 막을 포함하는,
    광학 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 동소체는 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소 및 플러렌들(fullerenes) 중 하나 이상을 포함하는,
    광학 디바이스.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 탄소 동소체는 플러렌들을 포함하는,
    광학 디바이스.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 플러렌들은 C60인,
    광학 디바이스.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 도파관은 도파관 스택의 부분인,
    광학 디바이스.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 도파관은 상기 도파관의 하나 이상의 주 표면들 상의 인커플링 광학 엘리먼트들 및 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 더 포함하는,
    광학 디바이스.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광학 디바이스는 머리-장착 증강 현실 디스플레이 시스템이고,
    이미지 콘텐츠를 갖는 광을 출력하도록 구성된 공간 광 변조기; 및
    상기 이미지 콘텐츠를 갖는 광을 상기 인커플링 광학 엘리먼트를 통해 상기 도파관에 주입하도록 구성된 이미지 주입 디바이스를 더 포함하고,
    상기 아웃커플링 광학 엘리먼트들은 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 분출(eject)하도록 구성되는,
    광학 디바이스.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 막은 약 100 nm 초과의 두께를 갖는,
    광학 디바이스.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 도파관은 최상부 주 표면, 최하부 주 표면, 및 적어도 하나의 에지 표면을 포함하고, 상기 광학 도파관의 제1 표면은 적어도 하나의 에지 표면인,
    광학 디바이스.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 도파관은 상기 제1 표면을 향하는, 상기 도파관의 제2 표면 상의 광 흡수기를 포함하는,
    광학 디바이스.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 상기 도파관의 에지들인,
    광학 디바이스.
  12. 제1 주 표면 및 제2 주 표면, 및 상기 제1 주 표면과 상기 제2 주 표면 사이에서 연장되는 에지 표면들을 포함하는 광학 도파관;
    공간 광 변조기;
    상기 공간 광 변조기로부터의 광을 상기 도파관에 주입하도록 구성된 이미지 주입 디바이스;
    적어도 하나의 에지 표면 상의 광 흡수기를 포함하고,
    상기 광 흡수기는 탄소 동소체 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 막을 포함하고, 상기 광 흡수기는 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 70%를 흡수하는,
    디스플레이 디바이스.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 막은 탄소 나노튜브들, 비정질 탄소, 플러렌들 또는 블랙 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는,
    디스플레이 디바이스.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 광 흡수기는 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 90%를 흡수하는,
    디스플레이 디바이스.
  15. 광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스로서,
    상기 광학 도파관을 반응 챔버에 제공하는 단계 ― 상기 도파관은 제1 표면을 포함함 ― ;
    상기 제1 표면 상에 광 흡수막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광 흡수막을 형성하는 단계는:
    상기 제1 표면 바로 위에 공수 전구체 종(airborne precursor species)의 박막을 증착하기 위해, 상기 반응 챔버에서 상기 제1 표면과 상기 전구체 종을 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 박막은 탄소 동소체 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 증착된 박막은 350 내지 850 nm 범위의 파장을 갖는 입사광 중 적어도 70%를 흡수하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 증착된 박막은 플러렌들을 포함하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 탄소 박막은 적어도 약 100 nm의 두께를 갖는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 증착된 박막은 블랙 실리콘을 포함하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 박막을 증기 증착하는 단계는,
    소스 재료의 종을 포함하는 증기를 형성하기 위해 상기 소스 재료를 증발시키는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트의 적어도 상기 제1 표면과 상기 증기를 접촉시키는 단계를 포함하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 증기는 파우더를 포함하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 파우더는 플러렌들을 포함하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
  22. 제15 항에 있어서,
    상기 광 흡수막을 형성하는 단계는,
    상기 막에 나노구조들을 형성하기 위해 상기 광 흡수막을 에칭하는 단계를 더 포함하는,
    광학 도파관 상에 광 흡수기를 형성하기 위한 프로세스.
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