KR20190136078A - 반사 유동성 재료들에 의해 형성된 반사 층들을 갖는 도파관들 - Google Patents
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Abstract
일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료들, 예컨대 반사성 잉크들 및/또는 액체 금속들을 포함하는 반사성 액체들을 포함하는 조성물들 및 방법들이 설명된다. 일부 실시예들에서, 표면은 반사 유동성 재료와 접촉하고 그리하여 표면 상에 반사 층을 형성한다. 일부 실시예들에서, 이 표면은 도파관, 예컨대 디스플레이 디바이스를 위한 도파관의 표면이며, 유동성 재료는 표면 상의 돌출부들의 표면들을 코팅하여 반사성 회절 광학 엘리먼트들을 형성한다. 일부 실시예들은 반사 유동성 재료의 반사 층을 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함한다.
Description
[0001]
본 출원은, 2017년 4월 18일에 출원된 미국 가출원 제 62/486,873호를 우선권으로 주장하며, 이 문헌 전체가 인용에 의해 본원에 통합된다.
[0002]
또한, 본 출원은, 하기의 특허 출원들, 즉 2014년 11월 27일에 출원된 미국 출원 번호 제14/555,585호; 2015년 4월 18일에 출원된 미국 출원 번호 제14/690,401호; 2014년 3월 14일에 출원된 미국 출원 번호 제14/212,961호; 및 2014년 7월 14일에 출원된 미국 출원 번호 제14/331,218호 각각의 전체를, 인용에 의해 포함한다.
[0003]
본 개시내용은 디스플레이 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원의 일부 실시예들은, 예컨대, 도파관 상에 반사 층을 형성하기 위한 반사 유동성 재료(reflective flowable material)를 포함하는 조성물들 및 방법들에 관한 것이다.
[0004]
현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 용이하게 했으며, 여기서 디지털방식으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다. 혼합 현실, 또는 "MR" 시나리오는 AR 시나리오의 타입이고 통상적으로 자연 세계에 통합되고 이에 응답하는 가상 객체들을 수반한다. 예컨대, MR 시나리오는 실세계의 객체들에 의해 차단된 것으로 나타나거나, 또는 그렇지 않고, 그 객체들과 상호작용하는 것으로 지각되는 AR 이미지 콘텐츠를 포함 할 수 있다.
[0005]
도 1을 참조하면, 증강 현실 장면(1)이 도시된다. AR 기술의 사용자는 배경에 있는 사람들, 나무들, 빌딩들, 및 콘크리트 플랫폼(1120)을 피처링(featuring)하는 실세계 공원-형 세팅(1100)을 본다. 사용자는 또한, 자신이 실세계 플랫폼(1120) 위에 서 있는 로봇 동상(1110) 및 호박벌의 의인화인 것처럼 보이는 날고있는 만화-형 아바타 캐릭터(1130)와 같은 "가상 콘텐츠"를 "본다"고 지각한다. 이들 엘리먼트들(1130, 1110)은 이들이 실세계에 존재하지 않는다는 점에서 "가상"이다. 인간 시각 지각 시스템은 복잡하기 때문에, 다른 가상 또는 실세계 이미저리 엘리먼트들 사이에서 가상 이미지 엘리먼트들의 편안하고, 자연스럽고, 풍부한 프리젠테이션을 용이하게 하는 AR 기술을 생성하는 것은 난제이다.
[0006]
본원에서 개시된 시스템들 및 방법들은 AR 및 VR 기술에 관련된 다양한 난제들을 해결한다.
[0007]
일부 양상들은 광학 도파관 구조를 제조하는 방법을 포함한다. 방법은 도파관을 위한 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계는 도파관의 제1 표면 상에 돌출부들의 패턴을 제공하는 단계; 및 돌출부들의 표면들 상에 반사성 잉크를 증착하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 도파관의 제1 표면의 미리 결정된 구역 상에 선택적으로 증착된다. 일부 실시예들에서, 증착하는 단계는 잉크젯, 마이크로디스펜서 또는 애플리케이터 로드로부터 반사성 잉크를 투여하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 무입자(particle-free) 잉크를 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 알루미늄, 은, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 결합제를 더 포함하고, 결합제는 반사성 광학 엘리먼트에 존재한다. 일부 실시예들에서, 반사성 광학 엘리먼트는 표면 축적물(surface accumulation)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 표면의 돌출부들은 포토레지스트를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 표면은 반사성 잉크가 선택적으로 증착되는, 미리 결정된 영역의 적어도 일부를 정의하는 벽을 포함한다. 일부 실시예들에서, 벽은 도파관과 부가적인 도파관 사이의 공간을 유지하도록 구성된 기계적 스페이서를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 표면의 돌출부들은 격자의 부분이고, 반사성 잉크의 적어도 일부는 격자 상에 컨포멀하지 않게(non-conformally) 배치되고, 반사성 잉크와 제1 표면 사이의 계면은 실질적으로 갭들이 없다. 일부 실시예들에서, 반사성 광학 엘리먼트는, 입사 광이 내부 전반사에 의해 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 입사 광을 재지향시키도록 구성된 회절 광학 엘리먼트이다. 일부 실시예들에서, 반사성 광학 엘리먼트는 적어도 60%의 반사율로 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 광학 엘리먼트는 전자기 방사선을 제1 도파관 내로 반사하도록 구성되는 인커플링 광학 엘리먼트 또는 광 분배 엘리먼트의 부분이다. 일부 실시예들에서, 방법은 부가적인 광학 도파관의 표면 상의 돌출부들의 패턴 상에 반사성 잉크를 증착함으로써 부가적인 도파관 상에 부가적인 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계를 더 포함하며, 여기서 부가적인 반사성 광학 엘리먼트는 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성된다. 방법은, 적어도 부가적인 도파관을 도파관의 표면에 부착하고 그리하여 도파관들의 스택을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0008]
일부 양상들은 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 광학 도파관의 제1 표면 상에 반사성 잉크의 반사 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 표면은 격자를 형성하는 돌출부들을 포함한다. 반사 층은 제1 표면 상에 배치될 수 있고, 이에 따라 반사성 광학 엘리먼트를 형성한다. 이 방법은 반사성 광학 엘리먼트를 디스플레이 디바이스에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크의 반사 층은 제1 표면 상에 컨포멀하지 않게 배치되고, 반사 층과 제1 표면 사이의 계면은 실질적으로 갭이 없다. 일부 실시예들에서, 반사 층 및 돌출부들은 회절 광학 엘리먼트를 형성한다.
[0009]
일부 양상들은 광학 도파관 구조를 포함한다. 광학 도파관 구조는 제1 표면을 포함하는 제1 도파관 및 제1 표면 상에 배치된 반사성 잉크의 반사 층을 포함할 수 있다. 반사 층은 결합제를 포함할 수 있다. 반사 층은 계면에서 입사 전자기 방사선을 제1 도파관 내로 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 실질적으로 분산된 금속-함유 입자들이 없다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 표면 축적물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 표면은 반사 층과 함께, 반사성 회절 격자의 부분인 돌출부들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 적어도 60%의 반사율로 입사 전자기 방사선을 반사한다. 일부 실시예들에서, 반사 층 및 돌출부들은 입사 광이 제1 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 입사 광을 재지향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트를 형성한다. 일부 실시예들에서, 광학 도파관 구조는 제2 도파관 및 제3 도파관을 더 포함하며, 여기서 제2 도파관은 제3 도파관과 상이한 범위의 파장들을 출력하도록 구성된다. 제1 도파관은 제2 도파관 및 제3 도파관 중 적어도 하나와 광학 통신할 수 있다. 제1 도파관, 제2 도파관 및 제3 도파관 각각은 돌출부들을 포함하는 표면 상에 배치된 반사성 잉크의 반사 층을 포함할 수 있고, 이에 따라 반사성 회절 격자를 형성하며, 여기서 각각의 도파관의 반사성 회절 격자는 상이한 범위의 파장들의 광을 재지향시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 표면은 반사 층의 경계를 정의하는 벽을 포함하고, 벽은 제1 도파관과 다른 도파관 사이의 공간을 유지하도록 구성된 기계적 스페이서를 포함한다.
[0010]
일부 양상들은 본원에서 예컨대, 이전 단락에서 설명된 광학 도파관 구조를 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 디바이스는 이미지 정보를 제1 도파관에 주입하도록 구성된 공간 광 변조기를 포함한다.
[0011]
일부 양상들은 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 본원에서 예컨대, 이전 단락들에서 설명된 바와 같은 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 광학 도파관 또는 광학 도파관들의 스택을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 디스플레이 디바이스에 광학 도파관 또는 광학 도파관들의 스택을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
[0012]
일부 양상들은 도파관을 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함한다. 도파관은 반사성 회절 광학 엘리먼트를 포함한다. 회절 광학 엘리먼트는 도파관의 표면 상의 복수의 돌출부들; 및 돌출부들의 표면들 상의 반사 층을 포함하고, 반사 층은 반사 유동성 재료로 형성된다. 반사 유동성 재료들의 예들은 반사성 잉크들 및 액체 금속들을 포함한다.
[0013]
일부 양상들은 광학 디바이스를 제조하는 방법을 포함한다. 방법은 복수의 표면 돌출부들을 포함하는 도파관을 제공하는 단계; 및 표면 돌출부들 상에 반사 유동성 재료를 증착함으로써 표면 돌출부들 상에 반사 층을 형성하는 단계를 포함한다. 표면 돌출부들 및 반사 층은 반사성 회절 광학 엘리먼트를 형성한다.
[0014]
부가적인 예시적인 실시예들이 아래에 제공된다.
[0015]
1.
광학 도파관 구조를 제조하는 방법으로서, 이 방법은, 도파관을 위한 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하고, 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계는 도파관의 제1 표면 상에 돌출부들의 패턴을 제공하는 단계; 및 돌출부들의 표면들 상에 반사성 잉크를 증착하는 단계를 포함한다.
[0016]
2.
실시예 1의 방법에 있어서, 반사성 잉크는 도파관의 제1 표면의 미리 결정된 구역 상에 선택적으로 증착된다.
[0017]
3.
실시예 2의 방법에 있어서, 증착하는 단계는 잉크젯, 마이크로디스펜서 또는 애플리케이터 로드로부터 반사성 잉크를 투여하는 단계를 포함한다.
[0018]
4.
실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 잉크는 무입자(particle-free) 잉크를 포함한다.
[0019]
5.
실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 잉크는 알루미늄, 은, 또는 이들의 조합을 포함한다.
[0020]
6.
실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 잉크는 결합제를 더 포함하고, 결합제는 반사성 광학 엘리먼트에 존재한다.
[0021]
7.
실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 광학 엘리먼트는 표면 축적물(surface accumulation)을 더 포함한다.
[0022]
8.
실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 제1 표면의 돌출부들은 포토레지스트를 포함한다.
[0023]
9.
실시예 2 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 제1 표면은 반사성 잉크가 선택적으로 증착되는, 미리 결정된 영역의 적어도 일부를 정의하는 벽을 포함한다.
[0024]
10.
실시예 9의 방법에 있어서, 벽은 도파관과 부가적인 도파관 사이의 공간을 유지하도록 구성된 기계적 스페이서를 포함한다.
[0025]
11.
실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 제1 표면의 돌출부들은 격자의 부분이고, 반사성 잉크의 적어도 일부는 격자 상에 컨포멀하지 않게(non-conformally) 배치되고, 반사성 잉크와 제1 표면 사이의 계면은 실질적으로 갭들이 없다.
[0026]
12.
실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 광학 엘리먼트는, 입사 광이 내부 전반사에 의해 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 입사 광을 재지향시키도록 구성된 회절 광학 엘리먼트이다.
[0027]
13.
실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 광학 엘리먼트는 적어도 60%의 반사율로 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성된다.
[0028]
14.
실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 반사성 광학 엘리먼트는 전자기 방사선을 제1 도파관 내로 반사하도록 구성되는 인커플링 광학 엘리먼트 또는 광 분배 엘리먼트의 부분이다.
[0029]
15.
실시예 1 내지 실시예 14 중 어느 한 실시예의 방법은, 부가적인 광학 도파관의 표면 상의 돌출부들의 패턴 상에 반사성 잉크를 증착함으로써 부가적인 도파관 상에 부가적인 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계 ― 부가적인 반사성 광학 엘리먼트는 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성됨 ― ; 및 적어도 부가적인 도파관을 도파관의 표면에 부착하는 단계를 더 포함하고, 그리하여, 도파관들의 스택을 생성한다.
[0030]
16.
디스플레이 디바이스를 제조하는 방법은,
광학 도파관의 제1 표면 상에 반사성 잉크의 반사 층을 형성하는 단계 ― 제1 표면은 격자를 형성하는 돌출부들을 포함하고, 반사 층은 제1 표면 상에 배치되고 그리하여, 반사성 광학 엘리먼트를 형성함 ― ; 및
반사성 광학 엘리먼트를 디스플레이 디바이스에 배치하는 단계를 포함한다.
[0031]
17.
실시예 16의 방법에 있어서, 반사성 잉크의 반사 층은 제1 표면 상에 컨포멀하지 않게 배치되고, 반사 층과 제1 표면 사이의 계면은 실질적으로 갭이 없다.
[0032]
18.
실시예 16 또는 실시예 17의 방법에 있어서, 반사 층 및 돌출부들은 회절 광학 엘리먼트를 형성한다.
[0033]
19.
광학 도파관 구조는,
제1 표면을 포함하는 제1 도파관; 및
제1 표면 상에 배치된 반사성 잉크의 반사 층을 포함하고,
반사 층은 결합제를 포함하고,
반사 층은 계면에서 입사 전자기 방사선을 제1 도파관 내로 반사하도록 구성된다.
[0034]
20.
실시예 19의 광학 도파관 구조에 있어서, 반사 층은 실질적으로 분산된 금속-함유 입자들이 없다.
[0035]
21.
실시예 19 또는 실시예 20의 광학 도파관 구조에 있어서, 반사 층은 표면 축적물을 포함한다.
[0036]
22.
실시예 19 내지 실시예 21 중 어느 한 실시예의 광학 도파관 구조에 있어서, 제1 표면은 반사 층과 함께, 반사성 회절 격자의 부분인 돌출부들을 포함한다.
[0037]
23.
실시예 19 내지 실시예 22 중 어느 한 실시예의 광학 도파관 구조에 있어서, 반사 층은 적어도 60%의 반사율로 입사 전자기 방사선을 반사한다.
[0038]
24.
실시예 22 또는 실시예 23의 광학 도파관 구조에 있어서, 반사 층 및 돌출부들은 입사 광이 제1 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 입사 광을 재지향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트를 형성한다.
[0039]
25.
실시예 19 내지 실시예 24 중 어느 한 실시예의 광학 도파관 구조에 있어서, 광학 도파관 구조는 제2 도파관 및 제3 도파관을 더 포함하고, 제2 도파관은 제3 도파관과 상이한 범위의 파장들을 출력하도록 구성되고, 제1 도파관은 제2 도파관 및 제3 도파관 중 적어도 하나와 광학 통신(optical communication)하고,
제1 도파관, 제2 도파관 및 제3 도파관 각각은 돌출부들을 포함하는 표면 상에 배치된 반사성 잉크의 반사 층을 포함하고, 그리하여 반사성 회절 격자를 형성하고, 각각의 도파관의 반사성 회절 격자는 상이한 범위의 파장들의 광을 재지향시키도록 구성된다.
[0040]
26.
실시예 19 내지 실시예 25 중 어느 한 실시예의 광학 도파관 구조에 있어서, 제1 표면은 반사 층의 경계를 정의하는 벽을 포함하고, 벽은 제1 도파관과 다른 도파관 사이의 공간을 유지하도록 구성된 기계적 스페이서를 포함한다.
[0041]
27.
디스플레이 디바이스는 실시예 19 내지 실시예 26 중 어느 한 실시예의 광학 도파관 구조를 포함한다.
[0042]
28. 실시예 27의 디스플레이 디바이스에 있어서, 디바이스는 이미지 정보를 제1 도파관에 주입하도록 구성된 공간 광 변조기를 포함한다.
[0043]
29.
디스플레이 디바이스를 제조하는 방법은,
실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 한 실시예에 따른 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 광학 도파관 또는 광학 도파관들의 스택을 제조하는 단계; 및
디스플레이 디바이스에 광학 도파관 또는 광학 도파관들의 스택을 배치하는 단계를 포함한다.
[0044]
30.
디스플레이 디바이스는,
반사성 회절 광학 엘리먼트를 포함하는 도파관을 포함하고, 회절 광학 엘리먼트는,
도파관의 표면 상의 복수의 돌출부들;
돌출부들의 표면들 상의 반사 층을 포함하고, 반사 층은 유동성 재료로 형성된다.
[0045]
31.
제30 항의 디스플레이 디바이스에 있어서, 반사성 회절 광학 엘리먼트는 입사 광을 도파관 내로 인커플링하도록 구성된 인커플링 격자를 형성한다.
[0046]
32.
제31 항의 디스플레이 디바이스에 있어서, 도파관은 도파관들의 스택 중 하나이고, 도파관들의 스택의 각각의 도파관은 인커플링 격자를 포함하고,
하향식 뷰에서, 상이한 도파관들의 인커플링 격자들은 서로 측방향으로 오프셋된다.
[0047]
33.
제30 항의 디스플레이 디바이스에 있어서, 유동성 재료는 반사성 잉크를 포함한다.
[0048]
34.
제30 항의 디스플레이 디바이스에 있어서, 유동성 재료는 액체 금속을 포함한다.
[0049]
35.
제30 항의 디스플레이 디바이스에 있어서, 액체 금속은 갈륨; 인듐; 수은; 갈륨-인듐 공융 혼합물; 갈륨-인듐 합금; 갈륨 인듐 주석 합금; Ga, In, Sn 및 Zn 합금; Ga, In 및 Sn 합금; 나트륨-칼륨 합금; 갈륨, 인듐 및 주석; 갈륨-인듐-아연-구리 금속; 및 은 인듐 갈륨으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
36.
제32 항의 디스플레이 디바이스에 있어서, 반사 층은 액체 금속의 컴포넌트의 산화물을 포함한다.
[0049]
37.
광학 디바이스의 제조하는 방법은,
복수의 표면 돌출부들을 포함하는 도파관을 제공하는 단계; 및
표면 돌출부들 상에 반사 유동성 재료를 증착함으로써 표면 돌출부들 상에 반사 층을 형성하는 단계를 포함하고,
표면 돌출부들 및 반사 층은 반사성 회절 광학 엘리먼트를 형성한다.
[0050]
38.
제37 항의 방법에 있어서, 공간 광 변조기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 공간 광 변조기는 반사성 회절 광학 엘리먼트 상에 광을 출력하도록 포지셔닝된다.
[0051]
39.
제37 항의 방법에 있어서, 유동성 재료는 반사성 잉크를 포함한다.
[0052]
40.
제37 항의 방법에 있어서, 유동성 재료는 액체 금속을 포함한다.
[0053]
도 1은 AR(augmented reality) 디바이스를 통한 AR의 사용자의 뷰를 예시한다.
[0054] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0055] 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0056] 도 4는 다중 깊이 평면들을 사용하여 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0057] 도 5a 내지 도 5c는 곡률의 반경과 초점 반경 간의 관계들을 예시한다.
[0058] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다.
[0059] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예를 예시한다.
[0060] 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 조립체의 예를 예시한다.
[0061] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측 단면도를 예시한다.
[0062] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0063] 도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0064] 도 10a는 일부 실시예들에 따른 돌출부들의 패턴 상에 증착된 반사 층의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0065] 도 10b는 일부 다른 실시예들에 따른 돌출부들의 패턴 상에 증착된 반사 층의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0066] 도 10c는 또 다른 실시예들에 따른 돌출부들의 패턴 상에 증착된 반사 층의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0067] 도 11a는 일부 실시예들에 따라 돌출부들의 패턴 상에 반사 유동성 재료로부터 반사 층을 형성하기 위한 한정된 영역의 개략적인 사시도를 도시한다.
[0068] 도 11b는 일부 실시예들에 따라 돌출부들의 패턴 상에 반사 유동성 재료로부터 반사 층을 형성하기 위한 도 11a의 한정된 영역의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0069] 도면들은 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
[0054] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0055] 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0056] 도 4는 다중 깊이 평면들을 사용하여 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0057] 도 5a 내지 도 5c는 곡률의 반경과 초점 반경 간의 관계들을 예시한다.
[0058] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다.
[0059] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예를 예시한다.
[0060] 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 조립체의 예를 예시한다.
[0061] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측 단면도를 예시한다.
[0062] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0063] 도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0064] 도 10a는 일부 실시예들에 따른 돌출부들의 패턴 상에 증착된 반사 층의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0065] 도 10b는 일부 다른 실시예들에 따른 돌출부들의 패턴 상에 증착된 반사 층의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0066] 도 10c는 또 다른 실시예들에 따른 돌출부들의 패턴 상에 증착된 반사 층의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0067] 도 11a는 일부 실시예들에 따라 돌출부들의 패턴 상에 반사 유동성 재료로부터 반사 층을 형성하기 위한 한정된 영역의 개략적인 사시도를 도시한다.
[0068] 도 11b는 일부 실시예들에 따라 돌출부들의 패턴 상에 반사 유동성 재료로부터 반사 층을 형성하기 위한 도 11a의 한정된 영역의 개략적인 측 단면도를 도시한다.
[0069] 도면들은 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
[0070]
도파관들은 광학 엘리먼트들을 사용하여 외부 광을 인커플링하고 그리고/또는 도파관 내에서 전파되는 광을 원하는 방향으로 재지향시킬 수 있다. 예컨대, 광학 엘리먼트들은 회절 격자들 및/또는 패싯 피처(faceted feature)들의 형태를 취할 수 있다. 일부 광학 엘리먼트들은, 하나 이상의 각도들로부터 광학 엘리먼트 상에 입사되는 광이 반사 및 재지향되어서 그 입사 광이 상이한 원하는 각도로 광학 엘리먼트들로부터 멀어지게 전파되게 하는 반사 모드에서 작동할 수 있다. 본원에서 개시된 바와 같이, 이러한 도파관들은 디스플레이 시스템들의 부분들을 형성할 수 있다. 예컨대, 도파관들은 이미지 정보를 포함하는 광을 인커플링하고, 그 광을 사용자에게 분배 및 아웃커플링하도록 구성될 수 있다.
[0071]
반사성 광학 엘리먼트들은 원하는 광 반사를 달성하기 위해 반사 층들을 활용할 수 있다. 반사 층들은 통상적으로 금속층의 기상 증착을 포함하는 금속화 프로세스를 사용하여 증착된다. 이러한 종래의 금속화 프로세스들은 시간 소모적일 수 있고 매우 많은 단계들을 포함할 수 있다. 예컨대, 금속화를 도파관 상의 원하는 위치로 지향시키기 위해서는, 금속화가 요구되지 않는 도파관의 영역들을 보호하기 위해 마스크와 도파관을 정렬시키고 도파관 위에 마스크를 배치할 필요가 있을 수 있다. 그러나, 마스크는 금속화에 의해 오염될 수 있으며 빈번한 세정이 필요할 수 있다. 또한, 기상 증착 그 자체는 진공을 필요로 할 수 있으며, 이는 증착을 위해 증착 챔버가 펌핑 다운(pumped down)되고 그 후 언로딩을 위해 대기압으로 회복될 것을 요구함으로써 금속화 프로세스를 추가로 복잡하게 하고 그의 지속기간을 증가시킬 수 있다.
[0072]
일부 실시예들에서, 반사 층들은 반사성 잉크 및/또는 액체 금속과 같은 반사 유동성 재료를 사용하여 기판 표면 상에 형성된다. 유동성 재료는 디스펜서로부터 기판 표면 상으로 유동됨으로써 증착될 수 있다. 바람직하게는, 유동성 재료는 표준 조건들 하에서(예컨대, 대기압 및 실온에서) 유동성이다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료들은 증착 조건들 하에서(예컨대, 표준 조건들 하에서) 액상이다. 일부 실시예들에서, 유동성 재료는 그것을 유동성이 되게 하기 위해 가열될 수 있다. 예컨대, 유동성 재료를 유동성 상태(예컨대, 액체 상태)로 유지하기 위해 유동성 재료를 디스펜서에서 가열될 수 있다.
[0073]
유동성 재료가 증착되는 표면은 격자 구조들(예컨대, 회절 광학 격자)을 형성할 수 있는 패턴, 이를테면, 복수의 돌출부들 및 개재 오목부들을 포함하는 패턴을 포함할 수 있고, 반사 층들은 패턴의 표면을 코팅(예컨대, 컨포멀하게 코팅 또는 컨포멀하지 않게 코팅)할 수 있다. 돌출부들 및 오목부들은 일부 실시예들에서 동일한 구조의 부분들일 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 이웃하는 돌출부들은 그들 사이에 오목부들을 정의할 수 있고, 반사 층은 돌출부들과 오목부들 둘 모두를 코팅할 수 있다. 결과적으로, 구조는 오목부들에 의해 정의된 패턴 및/또는 돌출부들에 의해 정의된 패턴을 갖는 것으로서 설명될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료들은 기판 표면 상의 수직 연장 구획들을 사용하여 기판 표면의 이산 구역들에서 로컬화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료들은 기판 표면 상의 이산 위치들에서 유동성 재료를 출력하는 디스펜서(예컨대, 잉크젯 또는 마이크로 디스펜서)를 사용하여 도포될 수 있다. 반사 유동성 재료들이 증착되는 기판들은, 광학적으로 투과성 재료로 형성되고 내부 전반사에 의해 내부에서 광을 전파하도록 구성된 도파관일 수 있다.
[0074]
회절 광학 격자의 이러한 금속화는 도파관/기판에 인커플링되는 광량을 증가시킴으로써 격자의 효율을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 회절 격자는 주어진 범위의 각도에 걸쳐 도파관 내로 광을 인커플링하도록 설계될 수 있지만, 모든 각각의 각도의 광이 동일한 효율로 인커플링되지는 않을 것이며, 이는 모든 각도들에 걸쳐 광의 균일성 또는 다른 수차들을 초래할 것이다. 격자 구조상의 반사 코팅은 격자 상에 입사되는 하나 이상의 광 각도들의 인커플링 효율을 개선할 수 있다.
[0075]
유리하게는, 반사 유동성 재료들이 기판 표면 상에 직접 증착될 수 있고, 증착은 기상 증착을 수반하는 종래의 접근법들에 비해 더 뛰어난 속도 및 쓰루풋을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 증착들은 진공을 필요로 하지 않고 예컨대, 대기압에서 수행된다. 종래의 금속화 프로세스들은 반사 층을 증착하는 데 수 분, 예컨대 약 5-30 분이 소요될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층들을 포함하는 광학 도파관들을 제조하는 방법들은 보다 신속하게 수행될 수 있다. 예컨대, 유동성 재료는 몇 초, 예컨대 약 60 초 이하, 예컨대 약 60 초 미만, 55, 50, 45, 40, 35, 30 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 5, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.5 또는 0.1 초(나열된 값들의 두 값들 사이의 범위들을 포함함) 안에 표면(예컨대, 도파관의 표면) 상에 증착될 수 있다. 또한, 반사 유동성 재료로 형성된 반사 층들은 기상 증착에 의해 형성된 반사성 재료들에 필적하거나 우수한 성능 특성들을 산출할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에 따라 전자 잉크들을 포함하는 반사성 잉크들 또는 액체 금속들은 평평한 유리 및 평평한 레지스트 둘 모두 상에서 기준 기상-증착된 알루미늄에 필적하거나 우수한 반사율을 산출하는 것으로 밝혀졌다(예컨대, 아래의 예 2 참조). 일부 실시예들에서, 반사 층들은 디스플레이 디바이스들에서 도파관들을 위한 광학 엘리먼트들의 부분이다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료의 증착은 실온 또는 다른 비교적 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 이는 기판 상의 표면 피처들에 대한 손상을 방지할 수 있으며, 여기서 이러한 표면 피처들은 열에 민감한 재료(예컨대, 레지스트)에 의해 형성된다. 또한, 본원에서의 일부 실시예들에 따라 반사 유동성 재료들을 증착시키는 것은 재료를 보다 효율적으로 사용하여 낭비를 줄이고 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 종래의 증발-기반 방법들에 있어, Ag와 같은 재료가 전체 표면에 증착될 것이다. 다른 한편으로, 반사 유동성 재료(예컨대, 반사성 잉크 또는 액체 금속)는 원하는 구역들에만 용이하게 선택적으로 증착될 수 있다.
반사성 잉크들, 액체 금속들 및 반사 층들
[0076]
본원에서 사용된 바와 같은 "반사성 잉크"는 도포되는 동안 유동성이고 응고(set) 시에(예컨대, "경화" 또는 "건조" 시에) 고체 반사 층을 형성하는 일 부류의 잉크들을 지칭한다. 반사성 잉크는 반사 층의 반사율 중 적어도 일부를 부여하기 위해 응고 후에 존재하게 유지되는 적어도 하나의 구성 재료, 예컨대 금속, 예컨대 알루미늄, 은, 금, 백금, 크롬 또는 로듐을 포함할 수 있다. 반사성 잉크는 결합제들과 같은 다른 물질들을 더 포함할 수 있다. 이론에 의해 제한됨이 없이, 알루미늄 및 은과 같은 금속들은 가시 스펙트럼에서 고도로 반사되어, 이들을 일부 실시예들에 따른 반사성 잉크에 대해 매우 적합하게 한다는 것이 고려된다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 광대역 반사기 재료, 예컨대 크롬, 백금 또는 로듐을 포함한다.
[0077]
일부 실시예들에 따른 반사성 잉크는 액체 또는 겔(gel)과 같은 유동성 재료로서 포뮬레이팅(formulate)될 수 있고, 응고 시에, 안정적인 반사 층을 형성하도록 덜 유동성 예컨대, 반-고체 또는 고체가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 재료들의 원하는 건조 시간들, 원하는 도포 균일성, 원하는 농도 및/또는 반사 층의 배향에 대한 원하는 제어를 획득하기 위해 반사성 잉크의 점도가 적절하게 선택될 수 있다(예컨대, 비교적 묽은 액체와 비교적 점성인 액체 사이에서 변할 수 있음). 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 겔로서 포뮬레이팅되며, 이는 응고 시에, 보다 점성 또는 고체 반사 층이 된다.
[0078]
상이한 레벨들의 점도는 상이한 이점들을 제공할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 비교적 점성인 유동성 재료(예컨대, 반사성 잉크)는 벽(이는 예컨대, 유동성인, 후속적으로-증착되는 유동성 재료의 포지션을 한정하는데 유용할 수 있음)과 같은 원하는 3-차원 피처를 형성하는데 적합(amenable)할 수 있고, 오븐 베이크의 필요성을 회피함으로써 열 예산을 감소시키도록 공기 건조에 의한 응고에 적합할 수 있다. 다른 한편으로, 비교적 묽은 잉크는 비교적 묽고 균일한 반사 층을 형성하는 데 적합할 수 있고 근접하게 이격된 피처들 사이에서 보다 쉽게 유동할 수 있지만, 응고는 너무 긴 건조 시간 또는 오븐 베이크를 수반할 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착된 유동성 재료가 반사 층을 형성하도록 응고되면, 본원에서 설명된 바와 같은 원하는 두께의 반사 층을 형성하도록 하나 이상의 부가적인 유동성 재료 층들이 도포 및 응고된다.
[0079]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 유기 또는 무기 결합제들과 같은 결합제들을 포함한다. 결합제들은 반사성 잉크의 점도, 반사성 잉크의 응고의 수정(예컨대, 반사성 잉크가 응고되는 온도 및/또는 시간을 낮춤)들을 용이하게 할 수 있고 그리고/또는 반사성 잉크에 의해 형성된 반사 층의 도파관 표면과 같은 표면에의 접착을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 결합제를 포함하는 반사 층은 결합제 없는 유사한 재료의 반사 층과 비교하여 하부 표면에 대한 우수한 접착성을 나타낸다(예컨대, 반사성 잉크로 형성된 결합제-함유 층이 기상 증착에 의해 증착된 비-바인딩-함유 층과 비교될 수 있음).
[0080]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 은을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 화학식 |Ag(NH3)2|+|C2H3O2|-의 은-함유 잉크이다. 이러한 잉크는 무입자 또는 실질적으로 무입자 포뮬레이션으로서 포뮬레이팅될 수 있으며, 도포 및 건조 시에, 비교적 높은 은 함량을 갖는 재료들을 산출하는 것으로 나타났다(반사성 잉크들에 관해, Walker 등의 "Reactive Silver Inks for Patterning High-Conductivity Features at Mild Temperatures", J. Am. Chem. Society 134: 1419-1421를 참조하며, 이 문헌 전체는 본원에 인용에 의해 통합됨). 이론에 의해 제한됨이 없이, 반사성 잉크의 금속 함량(이를테면, 은 함량)을 증가시키는 것은 반사 층의 증가된 반사율에 대응한다는 것이 고려된다.
[0081]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 은-함유 입자들, 예컨대, 은-함유 콜로이드(silver-containing colloid)들 또는 은-함유 나노입자들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 은-함유 나노결정들을 포함한다. 이러한 나노결정-함유 반사성 잉크들은 다양한 접근법들을 통해 형성될 수 있다. 예컨대, 은 나노결정들은 은 원자들이 은 염(silver salt)들(예컨대, 질산 은, AgNO3)과 같은 핵과 연관되는 "바톰-업(bottom-up)" 접근법을 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 은 나노결정들은, 은 결정들이 시드들로부터 성장되고 은-함유 결정들의 형상을 제어하기 위해 하나 이상의 결정 평면들을 따라 성장 레이트를 변경시키도록 계면 활성제들이 첨가되는 계면 활성제-보조 합성 접근법을 사용하여 형성될 수 있다. 다른 예로서, 은-함유 입자들 및/또는 콜로이드들은, 나노입자들 및/또는 콜로이드들과 같은 은-함유 입자들의 형상 및 치수를 제어하도록 자외선 조사의 도움으로 형성될 수 있다. 은 입자들을 포함하는 잉크들을 합성 및 사용하기 위한 다수의 접근법들은, Rajan 등의 "Silver nanoparticle ink technology: state of the art" Nanotechnol Sci. Appl. 2016; 9: 1-13에서 설명되며, 이로써 이 문헌은 그 전체가 인용에 의해 통합된다.
[0082]
일부 실시예들에서, 유동성 재료들을 응고시키는 것은 건조 및 또한, 어닐링을 포함할 수 있다. 예컨대, 입자-함유 반사성 잉크들은 건조 및 또한, 어닐링에 의해, 증착된 후에 응고될 수 있다. 일부 입자-함유 반사성 잉크들은 반사성 잉크 내의 금속의 용융점보다 훨씬 낮은 온도에서 어닐링될 수 있으며, 이는 열 예산을 보존하고 가열 및 냉각 시간을 또한 최소화하는데도 도움이 될 수 있다. 예컨대, 은의 용융점은 960℃이다. 일부 실시예들에서, 금속-함유 입자들(예컨대, 은-함유 입자들)을 포함하는 반사성 잉크가 응고되고, 응고는 960℃ 미만의 온도, 예컨대 적어도, 약 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃, 210℃, 220℃, 230℃, 240℃, 250℃, 260℃, 270℃, 280℃, 290℃, 300℃, 310℃, 320℃, 330℃, 340℃, 350℃, 360℃, 370℃, 380℃, 390℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 또는 650℃(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들, 예컨대, 약 150℃ ― 650℃, 150℃ ― 500℃, 150℃ ― 400℃, 150℃ ― 300℃, 150℃ ― 250℃, 150℃ ― 200℃, 200℃ ― 650℃, 200℃ ― 500℃, 200℃ ― 400℃, 200℃ ― 300℃, 200℃ ― 250℃, 250℃ ― 650℃, 250℃ ― 500℃, 250℃ ― 400℃, 250℃ ― 300℃, 300℃ ― 650℃, 300℃ ― 500℃, 또는 300℃ ― 400℃를 포함함)인 960℃ 미만의 온도에서의 어닐링을 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속-함유 입자들을 포함하는 반사성 잉크는 어닐링 없이 응고된다.
[0083]
본원에서의 일부 실시예들에 따른 반사 층은 입사 전자기 방사선의 적어도 하나의 가시 파장(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)을 반사한다. 반사 층은 유동성 재료, 예컨대 건조 및/또는 어닐링을 통해 응고시킨 유동성 재료로 형성될 수 있다. 반사 층은 바람직하게는, 입사 전자기 방사선의 적어도 하나의 가시 파장의 적어도 약 30% 예컨대, 입사 전자기 방사선의 적어도 약 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99.5%, 또는 99.9%(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들 예컨대, 입사 전자기 방사선의 약 30%-99%, 30%-95%, 30%-90%, 30%-80%, 30%-70%, 50%-99%, 50%-95%, 50%-90%, 50%-80%, 50%-70%, 70%-99%, 70%-95%, 70%-90%, 또는 70%-80%를 포함함)를 반사한다. 일부 실시예들에서, 입사 전자기 방사선은 가시 스펙트럼의 광을 포함한다. 유동성 재료 그 자체는 응고 이전에 반드시 지시된 반사 성질들을 가질 필요는 없을 수 있지만, 응고 시에, 유동성 재료로 형성된 반사 층은 지시된 반사 성질들을 가질 것이란 점이 이해될 것이다.
[0084]
일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같이 반사성 잉크로 형성된 반사 층은 본원에서 설명된 바와 같은 반사율, 접착력 및/또는 패턴을 가지면서, 종래의 반사성 재료들과 구조적으로 구별된다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 본원에서 설명된 바와 같은 결합제들 및/또는 잉크 재료의 불규칙적인 축적물들과 같은 구조들을 포함하고, 본원에서 설명된 바와 같은 도파관들 및/또는 디스플레이 디바이스들의 광학 엘리먼트들을 형성하기에 적합한 성능 특성들 이를테면, 반사율, 패턴 충실도 및 접착력을 갖는다. 따라서, 일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같은 반사성 잉크들로 형성된 반사 층들은 (마스크가 있든 또는 없든) 기상 증착과 같은 종래의 증착 방법들보다 우수한 패터닝 프로세스 이점들 이를테면, 패터닝의 속도, 쓰루풋 및 효율을 제공한다. 일부 실시예들에서, 반사 층은, 본원에서 설명된 바와 같은 광학 격자를 형성할 수 있는 하나 이상의 표면 돌출부들을 포함하는 도파관 상에 있다. 또한, 층들은 본원에서 설명된 바와 같은 디스플레이 디바이스들에서의 도파관들과 같은 도파관들에 대한 광을 재지향시키기에 적합한 반사율을 가질 수 있다.
[0085]
반사 층은 기상 증착과 같은 다른 방법에 의해 형성된 반사 층들과 구조적으로 구별될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 반사 층은 금속 또는 금속들(예컨대, 알루미늄, 은 또는 알루미늄 및 은)의 조합, 적어도 하나의 결합제(예컨대, 유기 또는 무기 결합제들)를 포함하고, 반사 층은 대응하는 순수 금속 또는 금속들의 조합의 반사율의 적어도 약 30%, 예컨대 적어도 약 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 또는 99%(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들, 예컨대, 약 30%-99%, 30%-95%, 30%-90%, 30%-80%, 40%-99%, 40%-95%, 40%-90%, 40%-80%, 50%-99%, 50%-95%, 50%-90%, 50%-80%, 60%-99%, 60%-95%, 60%-90%, 60%-80%, 70%-99%, 70%-95%, 70%-90%, 또는 70%-80%를 포함함)인 반사율을 갖는다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 도파관 상에 배치되고, 예컨대, 광 분배 엘리먼트의 부분으로서 도파관을 통해 전파되는 광을 재지향시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 본원에서 설명된 증착 프로세스에 의해 도파관 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 도파관 상에 배치되고, 예컨대, 인커플링 광학 엘리먼트의 부분으로서 도파관 내로 광을 지향시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 도파관은 디스플레이 디바이스의 부분이다.
[0086]
본원에서 사용된 바와 같은 "표면 축적물들(surface accumulations)"은 반사성 잉크의 유동성 및 점성 성질로 인한 반사 층 내의 아티팩트들(예컨대, 도 10a의 1015 참조)로서 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층의 표면으로부터 연장되는 반사성 잉크로부터 형성된 불규칙적인 재료 축적물들(예컨대, 라인들, "스파게티형(spaghetti-like)" 스트랜드들 또는 잉크 재료의 아일랜드들)을 지칭한다. 단지 개념화의 용이성을 위해, 표면 축적물들은 페인트가 벽 또는 캔버스에 두껍게 도포될 때 존재할 수 있는 건조된 페인트의 방울들과 유사한 것으로서 간주될 수 있다. 일부 실시예들에서, 축적물들은 나노미터-스케일의 높이들, 길이들 및 직경들을 가질 수 있다. 축적물들은 통상적으로 도파관 표면 또는 반사 층이 증착되는 다른 표면과의 계면에 있지 않은, 반사 층의 표면 상에 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같은 반사성 잉크들로부터 형성된 반사 층은 표면 축적물들을 포함할 수 있지만, 높은 레벨의 반사율을 유지할 수 있다.
[0087]
본원에서 사용된 바와 같은 "돌출부들", "표면 돌출부들" 및 이들 근본 용어의 변형들은 기판상에서 또는 기판에서 이를테면, 도파관의 표면으로부터 연장되는 광학 격자들에서 상향으로 연장되는 재료의 덩어리들을 지칭한다. 일부 실시예들에서, 돌출부들은 증착된 재료(예컨대, 도파관 상에 증착된 포토레지스트)를 포함하거나 실질적으로 동질성 구조(예컨대, 도파관)일 수 있는 기판을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면 축적물들(1015)을 포함하는 반사 층(1010)이 광학 격자(1020) 위에 배치된다(도 10a 참조). 패터닝된 레지스트 또는 격자(1020)는 축적물들(1015)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층(1010)은 블레이즈드 구성을 갖는 광학 격자(1020) 위에 배치된다(도 10b 참조). 일부 실시예들에서, 반사 층(1010)은 다중레벨 구성을 갖는 광학 격자(1020) 위에 배치된다(도 10c 참조). 일부 실시예들에서, 광학 격자는 포토레지스트를 포함한다.
[0088]
반사 층은 바람직하게는, 다시 도파관 내로 그리고/또는 도파관을 통해 광의 반사들을 제공하기 위해 활용된다는 것이 인지될 것이다. 결과적으로, 유동성 재료는 바람직하게는, 돌출부들의 모든 표면들을 코팅한다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 광학 격자 상에 컨포멀하게 배치된다. 재료가 "컨포멀하게" 배치될 때, 재료는 실질적으로 하부의 표면을 따를 것이라는 점에 주의한다.
[0089]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크들의 액체 또는 반-액체 특성들로 인해, 반사 층은 응고 동안 도파관 돌출부의 상부에 더 가까이 있던 부분들에서 약간 더 얇을 수 있고, 특징적으로 응고 동안 최하부에 더 가까이 있던 부분들에서 약간 더 두꺼울 수 있다. 이러한 약간의 차이들은 반사 층의 성능에 부정적인 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다는 것에 주의한다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 컨포멀하게 증착되고, 표면 위의 반사 층의 두께(예컨대, 층에 걸쳐 표면으로부터 연장되는 직선 두께)는 기껏해야 약 ± 20%만큼 변동되어서, 전체 반사 층에 걸쳐, 두께는 평균의 ± 20% 이내, 예컨대 평균의 ± 20%, ± 15%, ± 10%, ± 5% 또는 ± 1% 이내이다. 바람직하게는, 컨포멀 반사 층은 반사 층과 기판의 표면 사이에 갭들이 없거나 실질적으로 없도록 배치된다. 비-컨포멀 반사 층들은 일부 실시예들에서, 관련 계면에서 적합한 반사율을 제공할 수 있는 것이 또한 고려된다(예컨대, 이론에 의해 제한됨이 없이, 도파관과의 계면에 있는 반사 층의 표면이 충분히 반사성이고 충분한 커버리지를 제공하는 한, 도파관을 향하지 않는 대향하는 표면은 도파관을 따를 필요가 없을 수 있음). 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층은 기판 상에 컨포멀하지 않게 배치된다. 바람직하게는, 비-컨포멀 층은 반사 층과 기판의 표면 사이에 갭들이 없거나 실질적으로 없도록 배치된다. 반사 층과 기판 사이에 갭들이 "실질적으로 없는" 것에 의하면, 일부 갭들이 존재할 수 있지만, 이들은 갭들이 없는 반사 층과 비교하여, 반사 층 및 기판에 의해 형성된 반사성 광학 엘리먼트의 반사율을 현저하게 감소시키지 않는다는 것이 이해된다. 일부 실시예들에서, 잉크는 도파관 돌출부들 사이의 개방된 볼륨들 또는 갭들을 완전히 또는 실질적으로 완전히 충전하기에 충분한 두께로 증착된다.
[0090]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 유기 또는 무기 결합제들과 같은 결합제들을 포함하며, 이는 다음 : 반사성 잉크들이 고 충실도 패턴을 형성하도록 충분한 점도를 가질 수 있게 하는 것, 반사 층들이 신속하게 응고할 수 있게 하는 것, 도파관과 같은 표면에의 증착된 층들의 접착을 용이하게 하는 것, 그리고 반사 층이 표면 위에서 계속 안정적으로 배치되고 표면에 부착될 수 있게 하는 것 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같은 반사성 잉크들을 포함하거나 이들로 구성된 반사 층들은 결합제들(이는, 응고 후에, 반사 층 내의 물질들 및/또는 반사 층이 배치된 표면에 본딩될 수 있음)을 포함한다. 상대적 접착력은, 예컨대, 증착된 층이 크로스-해시(cross-hash) 패턴과 같은 패턴으로 균열 또는 절단되고, 테이프와 같은 접착성 기판과 접촉하고 접착성 기판이 그 후 제거되고 접착제 기판에 의해 제거되는 반사 층의 유닛들의 프랙션(fraction)이 결정되는(예컨대, 제거되는 반사 층의 유닛들이 적을수록, 접착력이 더 강함) 스크래치(scratch) 테스트를 사용하여 측정될 수 있다. 예시적인 스크래치 테스트는 2009년 6월에 공개된 ATSM Standard D3359-09, "Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test"에서 설명되며, 이 문헌은 이로써 그 전체가 인용에 의해 통합된다.
[0091]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크들은 금속-함유 나노입자들 또는 미세입자들과 같은 입자들을 포함한다. 이론에 의해 제한됨 없이, 금속 입자들이 광을 부분적으로 산란시킬 수 있고, 이에 따라 입자-함유 반사 층의 반사율은 무입자 층의 반사율보다 낮을 수 있다는 것이 고려된다. 그러나, 입자들을 포함하는 일부 반사성 잉크들은 본원에서 설명된 바와 같은 도파관들 및/또는 디스플레이 디바이스들에 대해 적합한 반사율을 제공할 수 있다는 것이 추가로 고려된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층은 입자들, 예컨대 금속-함유 나노입자들 및/또는 금속-함유 미세입자들을 포함한다.
[0092]
위에서 언급된 바와 같이, 이론에 의해 제한됨 없이, 반사성 잉크 및 반사 층에 존재하는 입자들은 광을 바람직하지 않게 확산시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 무입자 또는 실질적으로 무입자이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층은 본원에서 설명된 바와 같은 입자들을 포함하지 않는다(예컨대, 반사 층은 금속-함유 미세입자들 또는 금속-함유 나노입자들 어느 것도 함유하지 않음). 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 무입자 또는 실질적으로 무입자이고 비-금속을 포함하고, 따라서 반사성 잉크로 형성된 반사 층은 무입자 또는 실질적으로 무입자이며 비-금속을 포함한다. 일부 실시예들에서, 무입자 잉크는 응고 시에 반사 층, 예컨대 카바메이트 리간드(carbamate ligand)를 더 포함하는 은-함유 잉크를 형성하도록 금속 및 금속에 바인딩되도록 구성된 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 무입자 잉크는 화학식 |Ag(NH3)2|+|C2H3O2|-이다. 일부 실시예들에서, 반사 층에는 입자들이 없거나, 실질적으로 입자들이 없으며, 본원에서 설명된 바와 같은 표면 축적물을 더 포함한다.
[0093]
일부 실시예들에서, 원하는 두께의 반사 층이 형성된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층은 적어도 약 10 nm, 예컨대 적어도 약 10 nm, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 또는 1000 nm(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 두께 범위들, 예컨대, 약 10 nm 내지 900 nm, 10 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 410 nm, 10 nm 내지 400 nm, 10 nm 내지 350 nm, 10 nm 내지 300 nm, 10 nm 내지 250 nm, 10 nm 내지 200 nm, 10 nm 내지 150 nm, 10 nm 내지 100 nm, 10 nm 내지 50 nm, 30 nm 내지 900 nm, 30 nm 내지 500 nm, 30 nm 내지 450 nm, 30 nm 내지 400 nm, 30 nm 내지 350 nm, 30 nm 내지 300 nm, 30 nm 내지 250 nm, 30 nm 내지 200 nm, 30 nm 내지 150 nm, 30 nm 내지 100 nm, 30 nm 내지 50 nm, 50 nm 내지 900 nm, 50 nm 내지 500 nm, 50 nm 내지 450 nm, 50 nm 내지 400 nm, 50 nm 내지 350 nm, 50 nm 내지 300 nm, 50 nm 내지 250 nm, 50 nm 내지 200 nm, 50 nm 내지 150 nm, 50 nm 내지 100 nm, 80 nm 내지 900 nm, 80 nm 내지 500 nm, 80 nm 내지 450 nm, 80 nm 내지 400 nm, 80 nm 내지 350 nm, 80 nm 내지 300 nm, 80 nm 내지 250 nm, 80 nm 내지 200 nm, 80 nm 내지 150 nm, 80 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 900 nm, 100 nm 내지 500 nm, 100 nm 내지 450 nm, 100 nm 내지 400 nm, 100 nm 내지 350 nm, 100 nm 내지 300 nm, 100 nm 내지 250 nm, 100 nm 내지 200 nm, 또는 100 nm 내지 150 nm의 두께들을 포함함)의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 유동성 재료의 단일 층은 응고 시에 원하는 두께의 반사 층을 형성하도록 적합한 두께 및 점도로 증착된다. 일부 실시예들에서, 유동성 재료 층이 도포되고, 적어도 부분적으로 응고되고, 유동성 재료의 적어도 하나의 후속 층이 응고된 또는 부분적으로 응고된 층의 상부에 도포된다. 유동성 재료를 도포하는 사이클은 원하는 두께의 반사 층이 달성될 때까지 반복될 수 있다. 예컨대, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들을 포함함) 사이클의 유동성 재료 도포가 원하는 두께의 반사 층을 형성하도록 수행될 수 있다.
[0094]
일부 실시예들에서, 반사성 잉크들에 대한 대안으로서 또는 그에 부가적으로, 액체 금속들이 반사 층을 형성하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 액체 금속들은 갈륨; 인듐; 수은; 갈륨-인듐 공융 혼합물; 갈륨-인듐 합금; 갈륨 인듐 주석 합금; Ga, In, Sn 및 Zn 합금; Ga, In 및 Sn 합금; 독일, Geschwenda의 Geratherm Medical AG로부터 입수 가능한 GALINSTAN®; 나트륨-칼륨 합금(NaK); 갈륨, 인듐 및 주석; 갈륨-인듐-아연-구리 금속; 및 은 인듐 갈륨을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하부의 돌출부들의 노출된 표면들을 코팅하기 위해 충분한 양의 액체 금속이 증착된다. 예컨대, 액체 금속이 돌출부들 상에 분배되어 돌출부들 사이의 공간들 내로 유동하고 이 공간을 충전한다. 일부 실시예들에서, 액체 금속은 돌출부들 위의 높이로 증착될 수 있다.
[0095]
하부의 돌출부들은 인커플링 광학 엘리먼트들로서 활용될 수 있는 회절 광학 엘리먼트들(예컨대, 회절 격자)을 형성할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 본원에서 논의된 바와 같이, 이들 돌출부들은 반사성 회절 광학 엘리먼트들을 형성하도록 PVD에 의해 금속화될 수 있다. 일부 실시예들에서, PVD 금속화 대신에 액체 금속이 돌출부들 상에 증착될 수 있다. 예컨대, 액체 금속이 증착되어 돌출부들의 표면들에 직접 접촉하고 이들을 코팅함으로써 반사 층을 형성할 수 있다. 유리하게는, PVD 금속화를 액체 금속 반사 층들로 대체하는 것은 유사한 레벨들의 광학 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 예컨대, 액체 금속 반사 층들을 사용하여 형성된 반사성 회절 광학 엘리먼트들은 PVD 금속화를 사용하여 형성된 다른 유사한 회절 광학 엘리먼트들과 유사한 회절 효율들을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시예들에서, 액체 금속-기반 회절 광학 엘리먼트들은 이들 회절 광학 엘리먼트들에 수직(직각)인 각도들로 회절 광학 엘리먼트 상에 입사되는 광에 대해 2-4% 또는 2-3%의 회절 효율을 갖는다. 일부 환경들에서, 액체 금속-기반 회절 광학 엘리먼트들은 입사 광이 내부 전반사에 의해 기판(예컨대, 도파관)을 통해 전파되도록 그 입사 광을 재지향시키게 구성된다.
[0096]
일부 실시예들에서, 광학 도파관 스택이 제공된다. 광학 도파관 스택은 제1 표면을 포함하는 제1 도파관, 및 본원에서 설명된 바와 같이 제1 표면의 돌출부들 상에 컨포멀하게 배치되고 제1 표면에 접착되는 반사 층을 포함할 수 있다. 반사 층은 제1 표면과의 계면을 포함할 수 있으며, 이 계면은 본원에서 설명된 바와 같이 계면에서 입사 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)을 제1 도파관 내로 반사하도록 구성된다. 광학 도파관 스택은 본원에서 설명된 바와 같은 적어도 하나의 다른 광학 도파관을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같이 반사 층이 배치되는 제1 도파관의 표면의 돌출부들은 광학 격자, 예컨대 이진 격자, 블레이즈드 격자, 다중레벨 격자, 언더컷 격자, 또는 메타재료 또는 메타표면 격자를 형성한다. 일부 실시예들에서, 광학 격자는 패터닝된 포토레지스트를 포함한다.
[0097]
일부 실시예들에서, 반사 층은 하나 이상의 벽들을 사용하여 도파관 표면의 소정의 구역들에서 로컬화될 수 있다. 하나 이상의 벽들은 기판 상의 표면 돌출부들 위의 높이로 수직으로 연장될 수 있다. 다른 방식을 고려하면, 하나 이상의 벽들은 오목부의 최하부로부터 표면까지 또는 그 이상으로 수직으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 벽들에 의해 둘러싸인 볼륨을 부분적으로 또는 완전히 충전할 수 있다. 유리하게는, 이들 벽들 및 반사 층은 도파관들의 스택의 도파관들 사이에 갭을 제공하기 위한 스페이서로서 기능한다. 일부 실시예들에서, 갭은 에어 갭이며, 이는 도파관들과의 낮은 굴절률 계면을 제공함으로써 도파관들 내에서의 내부 전반사를 용이하게 한다.
[0098]
일부 실시예들에서, 제1 광학 도파관 상에 배치된 돌출부들 및 반사 층은 각각, 본원에서 설명된 바와 같이, 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)을 제1 도파관 내로 반사하거나, 또는 도파관 내에서 전파되는 광을 재지향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트 또는 광 분배 엘리먼트의 부분이다. 인커플링 광학 엘리먼트는, 입사 주변 광이 내부 전반사에 대해 적합한 각도들로 도파관을 통해 전파되도록 이 입사 주변 광을 재지향시킴으로써 내부 전반사에 의해 도파관 내에서 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)의 전파를 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 제1 광학 도파관 상의 인커플링 광학 엘리먼트를 포함한다. 제1 광학 도파관은 제2 광학 도파관을 더 포함하는 광학 도파관 스택의 부분일 수 있다. 제2 광학 도파관은 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)이 자신을 통해 제1 광학 도파관의 인커플링 광학 엘리먼트들로 전달될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 제1 광학 도파관의 인커플링 광학 엘리먼트들은 그 후, 전자기 방사선을 제1 광학 도파관으로 재지향시킨다.
[0099]
일부 실시예들에서, 광학 도파관 스택은 적어도 하나의 부가적인 도파관, 예컨대 적어도 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 또는 10개(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들을 포함함)의 부가적인 도파관들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 도파관 스택은 제3 도파관을 더 포함한다. 제3 도파관은 제1 및/또는 제2 광학 도파관과 상이한 범위의 파장들을 출력하도록 구성된 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 도파관은 제2 및 제3 광학 도파관들 중 적어도 하나와 광학 통신한다.
[0100]
일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같은 디스플레이 디바이스는 광학 도파관 스택을 포함한다. 일부 실시예들에서, 공간 광 변조기는 도파관 스택에 광학적으로 커플링되고, 광을 도파관 스택 내로 주입하도록 구성될 수 있다. 광은 이미지 정보로 인코딩될 수 있고, 본원에서 설명된 바와 같이 사용자의 눈들로 출력되도록 도파관 스택을 통해 지향될 수 있다.
[0101]
유동성 재료로 형성된 반사 층은 도파관으로부터 광을 의도치 않게 반사할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 본원에서 논의된 바와 같이, 돌출부들의 패턴의 표면들 상에 증착된 반사 층은 도파관 상에 반사성 회절 격자를 형성할 수 있다. 회절 격자는 입사광이 내부 전반사에 의해 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 이 입사광을 재지향시킬 수 있다. 일 예에서, 회절 격자 상에 입사되는 광은 도파관에 인커플링되어서, 그 광은 도파관 내의 TIR에 대해 적합한 각도들로 회절 격자로부터 멀어지게 전파될 것이다. 인커플링되는 광은 TIR에 의해 도파관을 통해 전파되어, 인커플링 시의 각도와 유사한 각도들로 도파관의 표면들로부터 반사될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 회절 격자의 기하학적 구조 또는 광의 빔 직경에 의존하여, 이 광의 일부는 TIR 경로의 초기 반사 동안 회절 격자 상에 입사될 수 있고 도파관 밖으로 바람직하지 않게 재지향될 것이다. 예컨대, 회절 격자는 도파관의 하나의 표면 상에 있을 수 있고, 입사 광은 그것이 인커플링되고 도파관의 대향하는 표면으로부터 반사되도록 재지향될 수 있다. 그 후, 반사된 광은 회절 격자상에 입사될 수 있으며, 이는 광이 도파관 밖으로 재지향되게 한다. 일부 실시예들에서, 도파관 밖으로의 광의 바람직하지 않은 재지향을 방지하기 위해, 도파관의 대향하는 표면으로부터 반사되는 인커플링된 광이 회절 격자에 부딪치지 않도록, 반사 층이 증착되는 회절 격자의 크기 및 형상이 정해질 수 있거나, 또는 빔 직경이 조정된다.
반사 층들을 포함하는
디바이스들
[0102]
일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층은 디스플레이 디바이스에 배치된다. 일부 실시예들에서, 반사 층이 도파관 상에 배치된다. 반사 층은 예컨대, 본원에서 설명된 바와 같은 "인커플링 광학 엘리먼트" 및/또는 본원에서 설명된 바와 같은 "광 분배 엘리먼트"(이들 각각은 일종의 "반사성 광학 엘리먼트(예컨대, 도 9a의 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234))임)의 부분일 수 있고 도파관 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반사 층은 "인커플링 광학 엘리먼트"의 부분이고, 제2 반사 층은 "광 분배 엘리먼트"를 포함하고, 제1 및 제2 반사 층은 예컨대, 유사한 수직 레벨로 동일한 도파관 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 반사 층의 제1 부분은 "인커플링 광학 엘리먼트"의 부분이고, 동일한 반사 층의 제2 부분은 "광 분배 엘리먼트"의 부분이고, 반사 층의 제1 및 제2 부분들은 동일한 도파관 상에 배치된다. 도파관은 본원에서 설명된 바와 같은 웨어러블 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 디바이스의 부분일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 예컨대, 광 분배 엘리먼트로서 도파관에서의 광의 내부 전파를 재지향시키도록 도파관 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 "동공 확장기"인 광 분배 엘리먼트의 부분이며, 이는 광을 웨어러블 디스플레이 시스템의 착용자의 망막으로 지향시키기 전에 비교적 포커싱된 광 포인트의 크기를 증가시킬 수 있다.
[0103]
일부 실시예들에서, 반사 층은 하부 표면, 예컨대 도파관 상에 컨포멀하게 배치된다. 본원에서 논의된 바와 같이, 표면은 패터닝된 레지스트들과 같은 패터닝된 재료들로 형성될 수 있는 돌출부들, 예컨대, 격자들(예컨대, 이진, 블레이즈드, 메타재료 또는 메타표면, 언더컷 및/또는 다중레벨 격자들)과 같은 피처들을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층(1010)은 예컨대, 이진(도 10a 참조), 블레이즈드(도 10b 참조) 또는 다중레벨(도 10c 참조) 구성을 포함할 수 있는, 격자(1020)와 같은 비-평면 피처 상에 컨포멀하게 증착된다. 피처(1020)는 기판(1030) 상에 배치될 수 있다. 표면 상의 이러한 피처들은 나노미터 또는 마이크로미터 스케일일 수 있다. 예컨대, 나노미터 스케일 피처들은 나노미터-스케일 범위의 높이들, 깊이들 및/또는 직경들, 예컨대, 수십 또는 수백 나노미터의 범위의, 예컨대 약 20 nm 내지 약 500 nm의 높이들, 깊이들 및/또는 직경들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층(1005)은 표면 축적물들(1015)을 포함한다.
[0104]
일부 실시예들에서, 반사 층은 하부의 기판 표면, 예컨대 도파관에 부착된다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 결합제를 포함하고, 결합제는 하부의 표면에의 반사 층의 접착에 기여하도록 하부의 표면과 상호작용한다.
[0105]
이제 유사한 참조 번호들이 전반에 걸쳐 유사한 피처들을 지칭하는 도면들에 대한 참조가 이루어질 것이다.
[0106]
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 착용 가능하고 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 스피커가 선택적으로, 사용자의 다른 외이도에 인접하게 포지셔닝되어 스테레오/형상화 가능(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.
[0107]
도 2를 계속 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 제거 가능하게 부착되는(예컨대, 백팩(backpack)-스타일 구성으로, 벨트-커플링 스타일 구성으로) 로컬 데이터 프로세싱 모듈(70)에 통신 링크(68)에 의해, 예컨대, 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해, 동작 가능하게 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 동작 가능하게 커플링되거나 그렇지 않으면 사용자(60)에게 부착될 수 있음), 예컨대, 이미지 캡처 디바이스들(예컨대, 카메라들), 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스(compass)들, 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 리포지토리(repository)(74)(가상 콘텐츠에 관련된 데이터를 포함함)를 사용하여 취득 및/또는 프로세싱되는 (어쩌면, 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 리포지토리(74)에 동작 가능하게 커플링될 수 있어서, 이들 원격 모듈들(72, 74)은 서로 동작 가능하게 커플링되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70)에 대한 자원들로서 이용 가능하다. 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.
[0108]
도 2를 계속 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 리포지토리(74)는 "클라우드" 자원 구성에서 인터넷 또는 다른 네트워킹 구성을 통하여 이용 가능할 수 있는 디지털 데이터 저장 설비를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 리포지토리(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 데이터는 저장되고 모든 컴퓨테이션들은 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에서 수행되어, 원격 모듈로부터 완전히 자율적인 사용을 허용한다.
[0109]
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 평평하고, 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.
[0110]
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 제한됨이 없이, 객체의 뷰어들은 이접운동(vergence)과 원근조절의 결합으로 인해 객체를 3-차원인 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, 하나의 객체로부터 상이한 거리에 있는 다른 객체로 포커스를 변화시키기 위하여, 눈들의 렌즈들의 포커스를 변화시키거나, 또는 눈들을 원근조절하는 것은 "원근조절-이접운동 반사(accommodation-vergence reflex)"로서 알려진 관계하에서, 동일한 거리에 대한 이접운동에서의 매칭하는 변화는 물론 동공 팽창 및 수축을 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 이 인간 시각 시스템에 의해 지각되도록 각각의 눈에 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 사이의 더 양호한 매칭을 제공하는 디스플레이 시스템들은 3-차원 이미저리의 더 현실적이고 편안한 시뮬레이션들을 형성할 수 있다.
[0111]
도 4는 다중 깊이 평면들을 사용하여 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다. 도 4를 참조하면, z-축 상에서 눈들(4, 6)로부터 다양한 거리들에 있는 객체들은, 이들 객체들이 포커싱이 맞도록(in focus) 눈들(4 및 6)에 의해 원근조절된다. 눈들(4 및 6)은 z-축을 따라 상이한 거리들에 있는 객체들에 포커싱을 맞추게 하는 특정 원근조절된 상태들을 가정한다. 결과적으로, 특정 원근조절된 상태는 연관된 초점 거리를 갖는, 깊이 평면들(14) 중 특정한 하나의 깊이 평면과 연관될 수 있어서, 특정 깊이 평면의 객체들 또는 객체들의 부분들은, 눈이 해당 깊이 평면에 대해 원근조절된 상태에 있을 때 포커싱이 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 포커싱이 맞게 된다는 것이 인지될 것이다.
[0112]
객체와 눈(4 또는 6) 간의 거리는 또한, 그 눈으로 볼 때, 그 객체로부터 광의 발산(divergence)의 양을 변화시킬 수 있다. 도 5a 내지 도 5c는 광선들의 발산과 거리 간의 관계들을 예시한다. 객체와 눈(4) 간의 거리는, 거리가 감소하는 순서로 R1, R2 및 R3에 의해 표현된다. 도 5a 내지 도 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 필드가 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. 단지 하나의 눈(4)이 도 5a 내지 도 5c 및 본원의 다른 도면들에서 예시의 명확성을 위해 예시되지만, 눈(4)에 대한 논의들이 뷰어의 양쪽 눈들(4 및 6)에 적용될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0113]
이론에 의해 제한됨이 없이, 인간 눈이 통상적으로 깊이 지각을 제공하기 위하여 유한 수의 깊이 평면들을 해석할 수 있다고 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, 그리하여, 상이한 깊이 평면 상에 로케이팅되는 장면에 대한 상이한 이미지 피처들에 포커스를 맞추도록 요구되는 눈의 원근조절에 기초하여 그리고/또는 상이한 깊이 평면들 상의 상이한 이미지 피처들이 포커싱이 맞지 않게(out of focus)되는 것을 관찰하는 것에 기초하여 깊이 단서들을 사용자에게 제공하는 것을 돕는다.
[0114]
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 조립체(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 조립체(178)는 도 2의 디스플레이(62)의 부분일 수 있다. 디스플레이 시스템(1000)은 일부 실시예들에서 광 필드(light field) 디스플레이로서 간주될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0115]
도 6을 계속 참조하면, 도파관 조립체(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 광의 소스로서 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 개별 도파관에 걸쳐 인입 광을 분산시키도록 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 일부일 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 단 하나의 이미지 주입 디바이스가 복수(예컨대, 3개)의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)과 연관되고 그에 광을 주입할 수 있다.
[0116]
일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208)은 각각 대응하는 도파관(182, 184, 186, 188, 190)에 주입을 위한 이미지 정보를 각각 생성하는 이산 디스플레이들이다. 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.
[0117]
일부 실시예들에서, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)로 주입된 광은 LED(light emitting diode)와 같은 광 이미터를 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 지각된 세기를 변화시키도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기들의 예들은, LCOS(liquid crystal on silicon) 디스플레이들을 포함하는 LCD(liquid crystal display)들을 포함한다.
[0118]
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 프로젝팅하도록 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 송신하도록 구성될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 스캐닝 섬유를 빠져나가는 광을 하나 이상의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)로 재지향시키도록, 스캐닝 섬유 또는 섬유들과 하나 이상의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190) 사이에 하나 이상의 개재된 광학 구조들이 제공될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0119]
제어기(210)는 이미지 주입 디바이스들(200, 202, 204, 206, 208), 광원(2040) 및 광 변조기(2030)의 동작을 포함한, 스택된 도파관 조립체(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 제공을 조절하는 프로그래밍(예컨대, 비-일시적 매체의 명령들)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 단일 통합 디바이스, 또는 유선 또는 무선 통신 채널들에 의해 연결되는 분산 시스템일 수 있다. 제어기(210)는 일부 실시예들에서, 프로세싱 모듈들(70 또는 72)(도 1)의 부분일 수 있다.
[0120]
도 6을 계속 참조하면, 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)은 TIR(total internal reflection)에 의해 각각의 개별 도파관 내에서 광을 전파하도록 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 개별 도파관 내에서 전파되는 광을 도파관 밖으로 재지향시킴으로써 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.
[0121]
도 6을 계속 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. 위의 다음 도파관(184)은, 시준된 광이 눈(4)에 도달하기 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 위의 다음 도파관(184)으로부터 오는 광을, 광학적 무한대로부터 눈(4)을 향하여 안쪽으로 더 가까운 제1 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다. 유사하게, 위의 제3 도파관(186)은 자신의 출력 광을 눈(4)에 도달하기 전에 제1(192) 및 제2(194) 렌즈들 둘 모두를 통과시키고; 제1(192) 및 제2(194) 렌즈들의 결합된 광학 파워(optical power)는 다른 증분 양의 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 제3 도파관(186)으로부터 오는 광을, 위의 다음 도파관(184)으로부터의 광보다는 광학적 무한대로부터 사람을 향하여 안쪽으로 훨씬 더 가까운 제2 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다.
[0122]
다른 도파관 층들(188, 190) 및 렌즈들(196, 198)은 유사하게 구성되는데, 스택에서 가장 높은 도파관(190)은 자신의 출력을, 사람과 가장 가까운 초점 평면을 나타내는 어그리게이트 초점 전력에 대해 자신과 눈 사이의 렌즈들 모두를 통하여 전송한다. 스택된 도파관 조립체(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 전력을 보상하기 위하여 스택의 최상부에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 이용 가능한 도파관/렌즈 쌍들이 존재하는 만큼 많은 지각된 초점 평면들을 제공한다. 도파관들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들 및 렌즈들의 포커싱 양상들 둘 모두는 정적(즉, 동적이거나 전자-활성이지 않음)일 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 어느 하나 또는 둘 모두는 전자-활성 피처들을 사용하여 동적일 수 있다.
[0123]
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 이점들을 제공할 수 있다.
[0124]
도 6을 계속 참조하면, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 자신의 개별 도파관들 밖으로 광을 재지향시키고 그리고 또한 도파관과 연관된 특정 깊이 평면에 대해 적절한 양의 발산 또는 시준으로 이 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 결과로서, 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 따라 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.
[0125]
일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(282, 284, 286, 288, 290)은 회절 패턴 또는 "회절 광학 엘리먼트"(또한 본원에서 "DOE"로서 지칭됨)를 형성하는 회절성 피처들이다. 바람직하게는, DOE들은 충분히 낮은 회절 효율을 가져서, 단지 빔의 광의 일부만이 DOE의 각각의 교차로 인해 눈(4)을 향하여 편향되지만, 나머지는 TIR(total internal reflection)을 통하여 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.
[0126]
일부 실시예들에서, 하나 이상의 DOE들은, 그것들을 활발하게 회절시키는 "온" 상태들과 그것들을 크게 회절시키지 않는 "오프" 상태들 간에 스위칭 가능할 수 있다. 예컨대, 스위칭 가능 DOE는, 마이크로액적들이 호스트 매질에서 회절 패턴을 포함하는 중합체 분산형 액정 층을 포함할 수 있고, 마이크로액적들의 굴절률은 호스트 매질의 굴절률에 실질적으로 매칭하도록 스위칭될 수 있거나(이 경우에 패턴은 입사광을 현저하게 회절시키지 않음) 또는 마이크로액적은 호스트 매질의 인덱스에 매칭하지 않는 인덱스로 스위칭될 수 있다(이 경우 패턴은 입사광을 활발하게 회절시킴).
[0127]
일부 실시예들에서, 예컨대, 사용자 입력들을 검출하기 위해 눈(4) 및/또는 눈(4) 주위 조직의 이미지들을 캡처하도록 카메라 조립체(500)(예컨대, 가시 광 및 적외선 카메라들을 포함하는 디지털 카메라)가 제공될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 카메라는 임의의 이미지 캡처 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 조립체(500)는 이미지 캡처 디바이스 및 눈에 광(예컨대, 적외선)을 프로젝팅하기 위한 광원을 포함할 수 있으며, 이 광은 그 후 눈에 의해 반사되고 이미지 캡처 디바이스에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 조립체(500)는 프레임(64)(도 2)에 부착될 수 있고, 카메라 조립체(500)로부터의 이미지 정보를 프로세싱할 수 있는 프로세싱 모듈들(70 및/또는 72)과 전기 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 카메라 조립체(500)가 각각의 눈을 별개로 모니터링하기 위해 각각의 눈에 대해 활용될 수 있다.
[0128]
이제 도 7을 참조하면, 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예가 도시된다. 하나의 도파관이 예시되지만, 도파관 조립체(178)(도 6) 내의 다른 도파관들이 유사하게 기능할 수 있다는 것이 인지될 것이며, 여기서 도파관 조립체(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 빔들은 또한 도파관(182)과 연관된 깊이 평면에 따라, 임의의 각도로 눈(4)으로 전파되도록 재지향될 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 가까운 거리로 원근조절하는 것을 요구할 것이고 광학적 무한대보다 눈(4)에 더 가까운 거리로부터의 광으로서 뇌에 의해 해석될 것이다.
[0129]
일부 실시예들에서, 풀(full) 컬러 이미지는 컴포넌트 컬러들, 예컨대, 3개 또는 그 초과의 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 조립체의 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 변동될 수 있다. 예컨대, 주어진 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.
[0130]
일부 실시예들에서, 각각의 컴포넌트 컬러의 광은 하나의 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 내의 각각의 박스는 개별 도파관을 나타내는 것으로 이해될 수 있고, 3개의 도파관들이 깊이 평면 당 제공될 수 있으며, 여기서 3개의 컴포넌트 컬러 이미지들이 깊이 평면 당 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, 단지 단일 도파관이 깊이 평면 당 제공될 수 있다.
[0131]
도 8을 계속 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.
[0132]
본 개시내용 전반에 걸쳐 주어진 컬러의 광에 대한 참조는 그 주어진 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.
[0133]
이제 도 9a를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관에 충돌하는 광은 도파관 내로 그 광을 인커플링하기 위해 재지향될 필요가 있을 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트는 광을 그의 대응하는 도파관으로 재지향 및 인커플링하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인커플링 엘리먼트는 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층을 포함한다. 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(1200)의 예의 측 단면도를 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 광이 재지향되도록 요구하는 포지션으로부터 도파관들로 주입되는 것을 제외하면, 복수의 도파관들(182, 184, 186, 188, 190)의 부분에 대응할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0134]
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, 상위 주 표면) 상에 배치되고, 인커플링 광학 엘리먼트(1224)는 도파관(1220)의 주 표면(예컨대, 상위 주 표면) 상에 배치되며, 인커플링 광학 엘리먼트(1232)는 도파관(1230)의 주 표면(예컨대, 상위 주 표면) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232) 중 하나 이상은 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다(특히, 하나 이상의 인커플링 광학 엘리먼트들은 반사성 편향 광학 엘리먼트들인 경우). 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은, 특히 이러한 인커플링 광학 엘리먼트들이 투과성 편향 광학 엘리먼트들인 경우, 그의 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)의 상위 주 표면(또는 다음 하위 도파관의 최상부) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)의 바디에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에서 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 파장 선택적이어서, 이들은 하나 이상의 광 파장들을 선택적으로 재지향시키면서 다른 광 파장들을 투과시킨다. 그의 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)의 한 측 또는 코너 상에서 예시되지만, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 일부 실시예들에서, 그의 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)의 다른 영역들에 배치될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0135]
예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 서로 측방향으로 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, 측방향으로 이격)될 수 있어서, 그것은 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232) 중 다른 것들로부터의 광을 실질적으로 수신하지 않는다. 따라서, 반사 층은 측 방향으로 오프셋되는 부분들을 포함할 수 있고 그리고/또는 도파관은 둘 이상의 측방향으로 오프셋된 반사 층들을 포함할 수 있다.
[0136]
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 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트는 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층을 포함한다. 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 것들 상에 각각 배치될 수 있다.
[0137]
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 도파관(1220 및 1230)을 분리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(1218a 및 1218b)은 저 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 도파관들(1210, 1220, 1230)을 형성하는 재료의 굴절률보다 0.05 이상으로 작거나 또는 0.10 이상으로 작다. 유리하게는, 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)을 용이하게 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.
[0138]
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.
[0139]
도 9a를 계속 참조하여, 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.
[0140]
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, 입사광이 TIR에 의해 도파관들(1210, 1220, 1230) 중 각각의 하나를 통해 전파되도록 광을 편향시킨다. 일부 실시예들에서, 인-커플링 광학 엘리먼트들(1212, 122, 1232)은 각각, 하나 이상의 특정 광 파장들을 선택적으로 편향시키면서, 다른 파장들을 하부 도파관 및 연관된 인커플링 광학 엘리먼트로 투과시킨다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 각각 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층을 포함한다. 반사 층들은 TIR에 의해 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)을 통해 광선들을 전파하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트(1212, 1222, 1232)는 TIR에 의해 도파관에서 광을 전파하도록, 대응하는 도파관과의 계면에 있는 반사 표면을 갖는 반사 층을 포함한다.
[0141]
예컨대, 인커플링 광학 엘리먼트(1212)는, 상이한 제2 및 제3 파장들 또는 파장들의 범위들을 각각 갖는 광선들(1242 및 1244)을 투과시키면서 제1 파장 또는 파장들의 범위를 갖는 광선(1240)을 편향시키도록 구성될 수 있다. 투과된 광선(1242)은 그 후, 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 구성되는 인커플링 광학 엘리먼트(1232)에 계속 충돌하고 그에 의해 편향된다.
[0142]
도 9a를 계속 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 해당 대응하는 도파관(1210, 1220, 1230) 내로 광을 인커플링하도록 해당 대응하는 도파관 내로 광을 편향시킨다. 광선들(1240, 1242, 1244)은 광이 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 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)을 통해 전파된다. 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 각각 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층을 포함한다. 반사 층들은 TIR에 의해 각각의 도파관(1210, 1220, 1230)을 통해 광선들을 전파하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트(1214, 1224, 1234)는 TIR에 의해 도파관을 통해 광을 전파되는 광을 재지향시키록, 대응하는 도파관과의 계면에 있는 반사 표면을 갖는 반사 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 주어진 도파관(1210, 1220, 1230)에 대한 인커플링 광학 엘리먼트(1212, 1222, 1232)는 반사 층을 포함하고, 동일한 반사 층의 상이한 부분은 도파관(1210, 1220, 1230)에 대한 광 분배 엘리먼트(1214, 1224, 1234)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 주어진 도파관(1210, 1220, 1230)에 대한 인커플링 광학 엘리먼트(1212, 1222, 1232)는 제1 반사 층을 포함하고 도파관(1210, 1220, 1230)에 대한 광 분배 엘리먼트(1214, 1224, 1234)는 제1 반사 층과 상이한 제2 반사 층을 포함한다.
[0143]
이제 도 9b를 참조하면, 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 인커플링된 광선들(1240, 1242, 1244)은 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)에 의해 각각 편향되고, 그 후 도파관들(1210, 1220, 1230) 내에서 TIR에 의해 각각 전파된다. 그 후, 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. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 주어진 도파관(1210, 1220, 1230)에 대한 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232) 및 동일한 도파관에 대한 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 동일한 반사 층의 상이한 부분들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 주어진 도파관(1210, 1220, 1230)에 대한 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232)은 제1 반사 층을 포함하고, 동일한 도파관에 대한 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 제1 반사 층과 상이한 제2 반사 층을 포함한다.
[0144]
일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(1214, 1224, 1234)은 OPE(orthogonal pupil expander)들이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층은 OPE의 부분이다. 일부 실시예들에서, OPE들은 아웃커플링 광학 엘리먼트들(1250, 1252, 1254)로 광을 편향시키거나 분배하고, 광이 아웃커플링 광학 엘리먼트들로 전파될 때 이 광의 빔 또는 스폿 크기를 또한 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 예컨대, 빔 크기가 이미 원하는 크기인 경우, 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 엘리먼트들(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.
[0145]
따라서, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관들의 세트(1200)는 각각의 컴포넌트 컬러에 대해 도파관들(1210, 1220, 1230); 인커플링 광학 엘리먼트들(1212, 1222, 1232); 광 분배 엘리먼트들(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 수신하므로) 입사광을 자신의 도파관으로 재지향 또는 편향시킨다. 그 후, 광은 각각의 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, 그 후 도파관을 따라 계속 바운싱(bounce)하여, 앞서 설명된 방식으로, 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(1214) 및 그 후 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. 그 후, 광선(1242)은 TIR을 통해 도파관(1220)을 따라 바운싱되어, 자신의 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(1224)로 그리고 그 후 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 그 후 TIR에 의해 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(1254)로 전파되도록 그 광선을 편향시킨다. 그 후, 아웃커플링 광학 엘리먼트(1254)는 최종적으로 광선(1244)을 뷰어에 아웃커플링하며, 이 뷰어는 또한 다른 도파관들(1210, 1220)로부터 아웃커플링된 광을 수신한다.
[0146]
도 9c는 도 9a 및 도 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, 중첩되지 않는다(예컨대, 하향식도에서 보여지는 바와 같이 측방향으로 이격됨). 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 이러한 중첩되지 않는 공간적 어레인지먼트는 일대일 기반으로 상이한 자원들로부터 상이한 도파관들로의 광의 주입을 용이하게 하고, 그리하여 특정 광원이 특정 도파관에 고유하게 커플링되도록 허용한다. 일부 실시예들에서, 중첩되지 않는 공간적으로-분리된 인커플링 광학 엘리먼트들을 포함하는 어레인지먼트들은 시프트된 동공 시스템으로서 지칭될 수 있고, 이러한 어레인지먼트들의 인커플링 광학 엘리먼트들은 서브 동공들에 대응할 수 있다.
광학 도파관들 및 그 제조 방법들
[0147]
일부 실시예들에서, 광학 도파관들을 제조하는 방법들이 설명된다. 방법은 본원에서 설명된 바와 같은 반사 유동성 재료를 기판, 이를테면, 기판 예컨대 도파관 상에 직접 투여(administering)하는 것을 포함할 수 있다. 반사 유동성 재료는 기판의 미리 결정된 구역에 투여될 수 있다. 반사 유동성 재료, 예컨대, 반사성 잉크가 응고되어 반사 층을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료의 반사 층이 기판의 미리 결정된 구역 상에 형성될 때, 그것은 원하는 패턴을 형성한다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료의 반사 층은 기판의 표면의 전부 또는 실질적으로 전부를 커버한다. 일부 실시예들에서, 방법은 복수의 반사성 광학 엘리먼트들을 형성하기 위해 기판 및 반사 층을 다수의 상이한 조각들로 다이 커팅(die cutting) 또는 다이싱(dicing)하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사 층을 포함하는 광학 도파관은 광학 도파관 스택의 부분이고, 방법은, 스택을 형성하도록 하나 이상의 다른 광학 도파관들을 광학 도파관에 부착하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사 층을 포함하는 광학 도파관은 디스플레이 디바이스의 부분이고, 따라서, 방법은, 반사 층을 포함하는 도파관(또는 그러한 도파관을 포함하는 스택)을 디스플레이 디바이스에 배치하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 스택의 하나 이상의 광학 도파관들의 표면은 반사 유동성 재료의 반사 층이 증착되는 구역을 정의하는 벽들을 포함한다. 벽들은 단계적 높이들로 이루어질 수 있어서, 반사 유동성 재료를 증착하기 위한 영역을 정의하는 내벽들은 내벽들을 둘러싸는 외벽들보다 낮다. 이론에 의해 제한됨 없이, 벽 높이들의 진행은 예컨대, 증착된 반사 유동성 재료의 위치를 일관되게 한정함으로써, 내벽에 의해 정의된 구역을 충전할 때 결함들을 방지하는 것을 도울 수 있는 것으로 고려된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 벽들은 기판의 미리 결정된 구역에 반사 유동성 재료를 함유하게 하는 댐들 또는 주형들로서 역할을 한다. 일부 실시예들에서, 벽들은 추가로, 스택의 도파관들을 서로 분리하기 위한 스페이서들로서 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽은 레지스트를 포함한다. 레지스트 벽들은 기판에 거쳐 연장되는 층으로서 증착되고 그 후 일부 실시예들에 따라 벽들을 정의하도록 패터닝될 수 있는 것으로 고려된다.
[0148]
일부 실시예들에서, 광학 도파관을 제조하는 방법은 제1 도파관의 제1 표면을, 본원에서 설명된 바와 같은 반사 유동성 재료와 접촉시키는 것을 포함한다. 방법은 제1 도파관의 제1 표면 상에 반사 층을 형성하도록 반사 유동성 재료(예컨대, 반사성 잉크)가 응고될 수 있게 하는 것을 더 포함할 수 있다. 반사 층은 가시 스펙트럼의 광과 같은 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 전자기 방사선은 반사 층 하부의 돌출부들의 패턴 및 치수들에 의존하는 각도로 제1 도파관 내로 반사될 수 있다. 따라서, 도파관 상에 배치된 반사 층이 형성될 수 있으며, 이 형성은 디스플레이 디바이스를 제조하는 일부일 수 있다.
[0149]
본원에서 설명된 바와 같은 반사성 잉크들 및 액체 금속들, 및 이들의 조합들을 포함하여, 다수의 적합한 반사 유동성 재료들이 반사 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 잉크는 본원에서 개시된 바와 같이 은, 알루미늄 또는 은과 알루미늄의 조합, 및 선택적으로, 결합제를 포함한다. 일부 환경들에서, 유동성 재료는 액체 금속이며, 그 예는 위에서 논의되었다.
[0150]
기판 표면 상에 반사 유동성 재료를 증착하기 위한 적합한 방법들의 다수의 비제한적인 예들이 존재한다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 잉크젯 프린터를 사용하여 도포된다. 다수의 상업적으로 입수 가능한 잉크젯 프린터들, 예컨대, NSCRYPT MICRODISPENSER 잉크젯 프린터가 적합하다. 일부 실시예들에서, 잉크젯 프린터는 반사 유동성 재료(예컨대, 반사성 잉크)의 자동 분배를 위해 사용될 수 있는 이동식 헤드를 포함하거나, 기판이 고정식 헤드에 대해 이동될 수 있다. 반사 유동성 재료는 주위 압력 및 온도에서 도포될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 약 1 atm의 압력 및 21℃를 포함해서 약 15-27℃, 또는 약 18-24℃의 온도에서 도포된다. 일부 실시예들에서, 잉크젯 프린터는 기판의 표면의 미리 결정된 부분 위에 반사 유동성 재료를 증착한다. 일부 실시예들에서, 잉크젯 프린터는 기판의 표면 전체 위에 반사 유동성 재료를 증착한다.
[0151]
일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 마이크로디스펜서를 사용하여 증착된다. 일부 실시예들에서, 마이크로디스펜서는 마이크로드롭(microdrop) 기술을 포함한다(월드 와이드 웹(www.microdrop.com/microdrop.html)에서 액세스 가능한 "Microdrop ― Materials by Inkjet Technology" 참조). 마이크로 드롭 기술에서, 분배 헤드는, 일 단부에 개구를 포함하고 피에조 액추에이터로 둘러싸인 유리 모세관을 포함할 수 있다. 피에조 액추에이터는 수축하여, 유리 모세관에 압력 파를 전파하고 액체 방울이 분열되게 하고 공기를 통해 떨어지는 액적을 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 작은 액적들, 예컨대 피코리터-스케일 액적들의 크기 및 형성 레이트가 정밀하게 제어될 수 있다. 방울들의 크기는 유리 모세관의 단부 상의 개구의 크기에 의존할 수 있다. 예컨대, 개구는 마이크로미터-스케일 직경, 예컨대 약 30 내지 100 마이크로미터를 가질 수 있으며, 이는 35 내지 100 마이크로미터의 방울 직경에 대응하는 25 내지 500 피코리터의 방울 볼륨들을 생성할 수 있다. 반사 유동성 재료는 주위 압력 및 온도에서 도포될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 약 1 atm의 압력 및 21℃를 포함해서 약 15-27℃, 또는 약 18-24℃의 온도에서 도포된다. 일부 실시예들에서, 마이크로디스펜서는 기판의 표면의 미리 결정된 부분 위에 반사 유동성 재료를 증착한다. 일부 실시예들에서, 마이크로디스펜서는 기판의 표면 전체 위에 반사 유동성 재료를 증착한다.
[0152]
일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 애플리케이터 로드를 사용하여 도포된다. 반사 유동성 재료는 주위 압력 및 온도(예컨대, 하나의 반구 및 실온)에서 도포될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 약 1 atm의 압력 및 21℃를 포함해서 약 15-27℃, 또는 약 18-24℃의 온도에서 도포된다. 일부 실시예들에서, 애플리케이터 로드는 기판의 표면의 미리 결정된 부분 위에 반사 유동성 재료를 증착하는데 사용된다. 일부 실시예들에서, 애플리케이터 로드는 기판의 표면 전체 위에 반사 유동성 재료를 증착하는데 사용된다.
[0153]
바람직하게는, 본원에서 논의된 바와 같이, 유동성 재료는 표준 조건들 하에서 유동성이다. 일부 실시예들에서, 유동성 재료는 유동성 또는 보다 유동성 상태로 재료를 변화시키기 위해 가열될 수 있다. 예컨대, 본원에서 개시된 다양한 디스펜서들 및 애플리케이터들은 재료가 유동성 또는 보다 유동성의 반사성 잉크 및/또는 액체 금속이 되도록 그 재료를 가열하게 구성된 가열 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예컨대, 가열은 재료를 고체 및/또는 고점도 상태로부터 액체 및/또는 덜 점성 상태로 변화시킬 수 있다.
[0154]
따라서, 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 적어도 약 10 nm, 예컨대 적어도 약 10 nm, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 또는 약 1000 nm(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 두께 범위들, 예컨대, 약 10 nm 내지 900 nm, 10 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 410 nm, 10 nm 내지 400 nm, 10 nm 내지 350 nm, 10 nm 내지 300 nm, 10 nm 내지 250 nm, 10 nm 내지 200 nm, 10 nm 내지 150, 10 nm 내지 100 nm, 10 nm 내지 50 nm, 30 nm 내지 900 nm, 30 nm 내지 500 nm, 30 nm 내지 450 nm, 30 nm 내지 400 nm, 30 nm 내지 350 nm, 30 nm 내지 300 nm, 30 nm 내지 250 nm, 30 nm 내지 200 nm, 30 nm 내지 150, 30 nm 내지 100 nm, 30 nm 내지 50 nm, 50 nm 내지 900 nm, 50 nm 내지 500 nm, 50 nm 내지 450 nm, 50 nm 내지 400 nm, 50 nm 내지 350 nm, 50 nm 내지 300 nm, 50 nm 내지 250 nm, 50 nm 내지 200 nm, 50 nm 내지 150, 50 nm 내지 100 nm, 80 nm 내지 900 nm, 80 nm 내지 500 nm, 80 nm 내지 450 nm, 80 nm 내지 400 nm, 80 nm 내지 350 nm, 80 nm 내지 300 nm, 80 nm 내지 250 nm, 80 nm 내지 200 nm, 80 nm 내지 150, 80 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 900 nm, 100 nm 내지 500 nm, 100 nm 내지 450 nm, 100 nm 내지 400 nm, 100 nm 내지 350 nm, 100 nm 내지 300 nm, 100 nm 내지 250 nm, 100 nm 내지 200 nm, 또는 약 100 nm 내지 150 nm의 두께들을 포함함)의 두께로 도포된다.
[0155]
일부 실시예들에서, 유동성 재료에 의해 형성된 반사 층의 두께는 변동될 수 있다. 예컨대, 반사 층은 그 층의 상이한 부분들 사이에서 25% 이상, 50% 이상, 또는 100% 이상 변동되는 두께를 가질 수 있다(예컨대, 층은 10 nm 두께의 하나의 부분 및 20 nm 두께의 다른 부분을 가질 수 있음). 이 가변 두께는 예컨대, 반사 층의 상이한 부분들에 대해 상이한 양의 재료를 증착함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 유동성 재료는 하나의 영역에 걸쳐 균일하게 증착될 수 있고, 그 재료는 본원에서 개시된 다양한 프로세스들(건조, 어닐링 등)에 의해 안정화될 수 있고, 부가적인 재료는 이 영역의 선택된 부분들 상에 증착되어 이들 영역들의 두께들을 보강할 수 있고, 그 부가적인 재료는 또한 그 후 안정화될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 보강 재료를 위한 유동성 재료는 충분히 점성이고 그리고/또는 충분히 낮은 습윤성(wetting)을 가져서, 그것이 제자리에 머무름으로써 예컨대, 초기 증착된 유동성 재료의 영역에 걸친 측방향 확산을 제한함으로써 원하는 두께 차이들을 보존한다. 일부 실시예들에서, 반사 층의 원하는 부분들을 원하는 두께들로 빌드 업(build up)하기 위해 상이한 유동성 재료들이 사용될 수 있다.
[0156]
일부 실시예들에서, 유동성 재료는 하부의 회절 격자의 부분만을 커버할 수 있다. 예컨대, 본원에서 논의된 바와 같이, 유동성 재료는 회절 격자의 일부 상에만 증착될 수 있고, 회절 격자의 다른 부분들로의 유동을 방지하기에 충분한 점도 및/또는 낮은 습윤성을 가질 수 있다. 다른 예로서, 본원에서 논의된 바와 같이, 기판의 표면은 유동성 재료의 확산을 제한하는 벽들 또는 배리어들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들 또는 배리어들은 회절 격자의 일부만을 커버하는 영역을 묘사할 수 있어서, 증착된 유동성 재료는 벽들 또는 배리어들에 의해 둘러싸인 회절 격자의 부분 위에서만 연장된다.
[0157]
일부 실시예들에서, 벽들 또는 배리어들은 최종 도파관 구조의 영구적인 부분들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들 또는 배리어들은 유동성 재료가 (예컨대, 대기 가스들로의 노출에 의해, 건조에 의해 그리고/또는 어닐링에 의해) 응고 또는 안정화된 후에 제거될 수 있는 제거 가능한 마스크 구조들일 수 있다. 예컨대, 포토레지스트 층이 기판 상에 그리고 회절 격자 위에 증착될 수 있다. 그 후, 포토레지스트 층은 (예컨대, 레티클을 통해 전파되는 광으로의 노출에 의해) 패터닝되어, 유동성 재료로 형성된 반사 층이 요구되는 곳에 개구들을 남길 수 있다. 그 후, 반사 층이 응고되고 포토레지스트 마스크가 (예컨대, 유동성 재료 및 노출된 기판 피처에 비해 포토레지스트 마스크에 대해 선택적인 에칭을 사용하여) 제거될 수 있다.
[0158]
유리하게는, 회절 격자 위에 반사 층을 선택적으로 제공하는 것 그리고/또는 그 반사 층에 대해 상이한 두께들을 제공하는 것은 반사 층으로 형성된 반사성 회절 격자의 회절 효율이 튜닝될 수 있게 할 수 있다. 예컨대, 반사 층을 갖는 회절 격자의 부분들은 그러한 반사 층을 갖지 않는 부분들과 상이한 유효 회절 효율을 가질 수 있다. 유사하게, 반사 층의 더 두꺼운 부분은 더 큰 반사율을 가질 수 있고, 반사 층의 더 얇은 부분을 갖는 회절 격자의 부분과 상이한 회절 효율들을 제공할 수 있다.
[0159]
유동성 재료가 응고될 수 있게 하는 적합한 조건들은 사용된 유동성 재료의 특성들, 특정 애플리케이션, 제조되는 디바이스의 유형(열 예산 고려사항들을 포함함) 및 층의 두께에 기초하여 쉽게 확인될 수 있다. 예컨대, 유동성 재료는 간단히 환경 조건들에 대한 반응에 의해 시간이 지남에 따라 응고될 수 있다. 일부 실시예들에서, 액체 금속은 고형화하기 위해 (예컨대, 응고된 액체 금속이 액체 금속의 컴포넌트의 산화물(이는 표면 산화물일 수 있음)을 포함하도록 산화물을 형성함으로써) 주위 분위기에서 산소와 단순히 반응하게 허용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 응고된 액체 금속은 그의 외부 표면 상의 산화물 층을 포함할 수 있다.
[0160]
일부 실시예들에서, 예컨대 금속-함유 입자들이 없거나 실질적으로 없는 반사성 잉크들의 경우, 반사성 잉크는 (예컨대, 용매를 제거하기 위해) 단순히 건조되도록 허용될 수 있고 어닐링이 필요하지 않다. 예컨대, 유동성 재료는 적어도 약 0.5 분, 예컨대 적어도 약 0.5 분, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 150 또는 약 180분(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들을 포함함) 동안 응고되도록 허용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 응고는 주위 온도에서 이루어지고 반사성 잉크는 어닐링 없이 응고되도록 허용된다.
[0161]
일부 실시예들에서, 유동성 재료는 어닐링될 수 있다. 예컨대 금속-함유 입자들을 포함하는 반사성 잉크들의 경우, 반사성 잉크는 건조되고 그 후 어닐링되도록 허용될 수 있다. 어닐링 온도는 유동성 재료의 특성들에 의존할 수 있고, 적어도 약 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃, 210℃, 220℃, 230℃, 240℃, 250℃, 260℃, 270℃, 280℃, 290℃, 300℃, 310℃, 320℃, 330℃, 340℃, 350℃, 360℃, 370℃, 380℃, 390℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 또는 약 650℃(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들 예컨대, 약 150℃ 내지 650℃, 150℃ 내지 500℃, 150℃ 내지 400℃, 150℃ 내지 300℃, 150℃ 내지 250℃, 150℃ 내지 200℃, 200℃ 내지 650℃, 200℃ 내지 500℃, 200℃ 내지 400℃, 200℃ 내지 300℃, 200℃ 내지 250℃, 250℃ 내지 650℃, 250℃ 내지 500℃, 250℃ 내지 400℃, 250℃ 내지 300℃, 300℃ 내지 650℃, 300℃ 내지 500℃, 또는 약 300℃ 내지 400℃를 포함함)인 온도일 수 있다.
[0162]
일부 실시예들에서, 방법은 반사 층을 로컬화하도록 제1 도파관의 제1 표면 상의 한정된 영역 내에 반사 유동성 재료를 도포하는 것을 포함한다. 예컨대, 제1 도파관의 제1 표면은 (댐 또는 주형을 정의할 수 있는) 벽을 포함할 수 있으며, 이 벽은 제1 도파관의 제1 표면의 미리 결정된 부분 위의 반사 층을 획득하도록 반사 유동성 재료로 충전될 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽은 더미 또는 희생 재료를 포함하며, 이는 반사 층이 형성된 후에 제거된다. 어떤 이론에 의해서도 제한됨이 없이, 특히, 비교적 크고 그리고/또는 깊은 반사 층들의 경우, 반사 유동성 재료를 한정하는 것은 반사 층의 크기 및 형상의 정밀한 제어를 허용하고 유출을 최소화할 수 있는 것으로 고려된다. 일부 실시예들에서, 적어도 150 nm의 두께를 갖는 반사 층의 경우, 본원에서 설명된 바와 같은 한정은 반사 층의 형상을 제어하는 데 유용할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반사 층이 적어도 150 nm, 예컨대 적어도 150 nm, 180, 200, 220, 250, 270, 300, 320, 350, 370, 400, 420, 450, 470, 500, 520, 550, 570, 또는 600 nm(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들을 포함함)의 두께를 갖는 경우, 반사 유동성 재료는 본원에서 설명된 바와 같이 벽에 의해 정의된 한정된 영역(예컨대, 댐, 주형 등)에 도포된다. 일부 실시예들에서, 한정된 영역(예컨대, 댐, 주형 등)은 적어도 반사 층의 원하는 높이인 높이를 갖는 벽들, 예컨대 높이가 적어도 약 200 nm인, 예컨대, 높이가 약 200nm, 220, 250, 270, 300, 320, 350, 370, 400, 420, 450, 470, 500, 520, 550, 570, 600, 620, 650, 670, 700, 720, 750 또는 800nm인 벽들에 의해 정의된다. 일부 실시예들에 따른 예시적인 한정은 도 11a 및 도 11b에 예시된다. 도 11a 및 도 11b의 도면들에서 도시된 바와 같이, 반사 유동성 재료의 한정을 위한 충전 영역(100)이 제공될 수 있다. 충전 영역은 도파관과 같은 기판(105) 상에 배치될 수 있다. 도파관은 돌출부들(106)을 포함할 수 있다. 돌출부들(106)은 광학 격자를 형성할 수 있다. 충전 영역은 동일한 높이 또는 상이한 높이들일 수 있는 하나 이상의 벽들(110, 111, 112)을 포함할 수 있다. 벽들(110, 111, 112)은 원하는 반사 층(120)의 높이보다 높을 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들(110, 111, 112)은 단계적 높이들로 이루어지며, 여기서 반사 층보다 더 넓은 영역을 정의하고 그보다 더 높은 적어도 하나의 벽(110, 111, 112)이 제공된다. 예컨대, 반사 층(120)이 약 150nm의 높이를 갖는 경우, 벽들(110, 111, 112)은 300nm 내지 700nm의 높이들을 가질 수 있다. 예컨대, 반사 층(120)이 약 200 nm의 직경을 갖는 경우, 벽들(110, 111, 112)은 약 300-500 nm의 직경을 정의할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들은, 이들이 스택에서 광학 도파관들 사이의 기계적 분리를 유지하는 기계적 스페이서들을 포함하도록 하는 높이를 갖는다. 도 11b에 예시된 바와 같이, 이러한 벽들은 반사 층에 대한 원하는 충전 영역 주위에 트랜지션 한정 존을 정의할 수 있다. 트랜지션 한정 존은 반사 유동성 재료로부터 반사 층을 제조하는 동안 충전을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽들(110, 111 및/또는 112)은 추가로, 기판(105)과 다른 기판들, 예컨대 스택의 부가적인 도파관들 사이의 스페이서들로서 작용한다. 예컨대, 부가적인 도파관은 기판(105)으로부터 부가적인 도파관을 이격하도록 벽들(110, 111 및/또는 112) 상에 포지셔닝될 수 있다.
[0163]
일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 제1 표면, 예컨대 복수의 돌출부들을 갖는 도파관 상의 표면 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 반사 유동성 재료는 돌출부들 상에 컨포멀하게 증착된다. 일부 실시예들에서, 제1 표면은 비-평면 구성을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 표면은 회절 격자 또는 패싯 피처들과 같은 격자를 포함한다. 격자는 다양한 구성들, 예컨대 이진, 블레이즈드, 다층, 언더컷 또는 메타재료 또는 메타표면일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 컨포멀하게 증착되고, 표면 위의 반사 층의 두께는 기껏해야 약 ± 20%만큼 변동되어서, 전체 반사 층에 걸쳐, 두께는 평균의 약 ± 20% 이내, 예컨대 평균의 약 ± 20%, ± 15%, ± 10%, ± 5% 또는 ± 1% 이내이다.
[0164]
일부 실시예들에서, 반사 층은 입사 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)을 반사하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 계면은 적어도 기준의 약 40%, 예컨대 적어도 약 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 또는 99%(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들, 예컨대, 약 30%-99%, 30%-95%, 30%-90%, 30%-80%, 40%-99%, 40%-95%, 40%-90%, 40%-80%, 50%-99%, 50%-95%, 50%-90%, 50%-80%, 60%-99%, 60%-95%, 60%-90%, 60%-80%, 70%-99%, 70%-95%, 70%-90%, 또는 70%-80%를 포함함)의 반사율로 계면에서 입사 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)을 제1 도파관 내로 반사하도록 구성된다. 입사 전자기 방사선(예컨대, 가시 스펙트럼의 광)의 반사 퍼센트는 일부 실시예들에서 반사 층의 금속 또는 금속들만을 포함하는 재료를 기준으로 할 수 있다. 반사율에 대한 기준은 일부 실시예들에서 알루미늄일 수 있다.
[0165]
일부 실시예들에서, 반사 층은 본원에서 설명된 바와 같은 광학 도파관들의 스택의 부분인 광학 도파관 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사 층은 제1 광학 도파관 상에 형성되고, 그 후, 광학 도파관들의 스택을 형성하도록 적어도 하나의 광학 도파관들이 제1 광학 도파관에 그리고/또는 서로 부착된다. 예컨대, 스택을 형성하는 것은 부가적인 광학 도파관들을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 스택을 형성하는 것은 광학 도파관들을 서로 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스택의 광학 도파관들은 본원에서 설명된 바와 같이 서로 광학 통신할 수 있다.
[0166]
또한, 위에서 설명된 종래의 프로세스는 도포될 반사 층의 각각의 특정 패턴에 대한 특정 하드 마스크를 제조하는 부가적인 단계들을 수반할 수 있다. 이러한 종래의 프로세스들에 대조적으로, 본원에서 설명된 바와 같은 방법들은 하드 마스크를 제조할 필요가 없고, 이에 따라 상이한 패턴들이 상이한 표면들에 용이하게 도포될 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 바와 같은 반사 층들을 포함하는 광학 도파관들을 제조하는 방법들은 도파관이 제조되는 증착 챔버에서 수행될 수 있으며, 이에 따라 도파관을 증착 챔버 내로 그리고/또는 그 밖으로 이동시킬 필요성을 제거하고, 따라서 프로세스 흐름의 효율을 증가시킨다.
[0167]
원하는 두께의 반사 층을 획득하기 위해, 일부 실시예들에서, 방법들은 반사 유동성 재료를 도포하는 하나의 증착 사이클을 여러 번, 예컨대 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 또는 50(나열된 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위들을 포함함)번 반복하는 것을 포함할 수 있다는 것이 고려된다.
디스플레이
디바이스들을
제조하는 방법들
[0168]
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법들이 제공된다. 방법은 본원에서 설명된 바와 같은 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 광학 도파관 또는 광학 도파관 구조(예컨대, 광학 도파관 스택을 포함하는 광학 도파관 구조)를 제조하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 본원에서 설명된 바와 같이 디스플레이 디바이스에 광학 도파관 또는 광학 도파관들의 스택을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 본원에서 설명된 바와 같은 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 제1 도파관을 포함하는 광학 도파관 또는 광학 도파관 스택을, 디스플레이 디바이스에 배치하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는, 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 제1 광학 도파관을 포함하거나 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 제1 광학 도파관을 포함하는 도파관들의 스택을 포함하는 직교 동공 확장기 또는 출사동 확장기를 포함한다.
[0169]
일부 실시예들에서, 방법은 본원에서 설명된 바와 같은 방법들에 따라 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 도파관을 제조하는 것 그리고 디스플레이 디바이스에 도파관을 배치하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 본원에서 설명된 바와 같은 방법들에 따라 반사성 광학 엘리먼트를 포함하는 제1 도파관을 포함하는 광학 도파관 스택을 제조하는 것 그리고 디스플레이 디바이스에 광학 도파관 스택을 배치하는 것을 포함한다.
예 1 : 반사성 잉크로부터의 반사 층들의 제조
[0170]
알루미늄을 포함하는 반사성 잉크들은 어플리케이터 로드를 사용하여 기판 상에 패터닝되고 기판 상에 반사 층을 형성하도록 응고되게 허용되었다. 순수 알루미늄 반사 층(증발에 의해 형성됨)과 비교하여 반사성 잉크들의 반사율이 아래의 표 1에 요약된 바와 같이 비교되었다.
| 잉크 | 코팅 방법 | 베이크 온도 | 베이크 유형 | 베이크 시간 | 세기 |
(순수 알루미늄에 대해 비교되는
%로서
) 세기
|
| 증발된 Al | - | - | - | - | 3.9 | 100 |
| 60B2NSP | bar, thick | 공기 건조 | 없음 | 없음 | 2.41 | 61.4 |
| bar, thick | 140°C | 핫 플레이트 | 10 min | 너무 많음 | 광 투과 | |
| 60B1EPS100 | bar, thick | 공기 건조 | 없음 | 없음 | 2.68 | 68.7 |
| bar, thick | 140°C | 핫 플레이트 | 10 min | 너무 많음 | 광 투과 | |
| 3x >2 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 2.19 | 56.2 | |
| 1x 1 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.65 | 42.3 | |
| 45B10FLX5 | bar, thick | 공기 건조 | 없음 | 없음 | 1.83 | 46.9 |
| 45B5SQM5 | bar, thick | 공기 건조 | 없음 | 없음 | 1.585 | 40.6 |
| 2x 1.5 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.64 | 42.1 | |
| 3x >2 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.41 | 36.2 | |
| NG23 | 3x >2 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 2.79 | 71.5 |
| 45B10K p100 | 1x 1mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.36 | 34.9 |
| 1x 0.5 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.52 | 39.0 | |
| 2x 1.5 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.85 | 47.4 | |
| 3x >2 mil wet | 140°C | 오븐, 느림 | 1시간 건조 후에 >5 min | 1.4 | 35.9 |
[0171]
표 1에 도시된 바와 같이, 잉크들 중 다수는 증발된 알루미늄의 반사율의 적어도 30%를 달성하였고, 그 수는 실질적으로 30% 초과를 달성하였다. 예컨대, NG23 잉크는 증발된 Al의 70% 초과의 반사율을 달성했다. 이론에 의해 제한됨 없이, 잉크 선택, 응고 또는 경화 조건들 및 청정실 제조에 대한 추가의 정제들이 아래에 도시된 것들보다 훨씬 높은 반사율을 달성할 수 있는 것으로 고려된다. 일부 실시예들에서, 은을 포함하는 반사성 잉크는 진공-증착된 Al의 것과 매칭되거나 이를 초과하는 반사율을 갖는다(예컨대, 아래의 예 2 참조).
예 2 : 전자 잉크들의 반사율
[0172]
화학식 |Ag(NH3)2|+|C2H3O2|- 를 갖는 화학 종들에 은을 함유하는 전자 잉크인 반사성 잉크의 유형이 평평한 표면 상에 증착되었다. 이 잉크는 Walker 등의 "Reactive Silver Inks for Patterning High-Conductivity Features at Mild Temperatures", J. Am. Chem. Society 134: 1419-1421에서 설명되며, 그의 개시내용은 인용에 의해 본원에 포함된다. 비교를 위해, 증발된 알루미늄의 2개의 상이한 샘플들(E1 및 E2)이 레지스트 상에서 그리고 평평한 유리("오프 레지스트") 상에서 측정되었다. 반사율들이 측정되었다. 전자 잉크의 반사율은 4개의 랜덤 스폿들에서 측정되었고, 증발된 알루미늄 온(E2) 또는 오프(E1) 레지스트의 반사율과 비교되었다. 결과들이 표 2에 보여진다.
| 테스트된 잉크 | 입력 파워 (W) | 반사된 파워 (W) | 반사된 % |
| EI 샘플 2 | 5.62 | 5.22 | 92.9 |
| EI 샘플 2 | 5.6 | 4.6 | 82.1 |
| EI 샘플 2 | 5.6 | 4.7 | 83.9 |
| EI 샘플 2 | 5.66 | 4.9 | 86.6 |
| EI 샘플 2 (위의 4개의 라인들의 평균) | 5.6 | 4.9 | 86.4 |
| E1 평평한 필드 (오프 레지스트) | 5.66 | 5 | 88.3 |
| E2 평평한 필드 (온 레지스트) | 5.66 | 5.1 | 90.1 |
[0173]
위의 표 2에 보여진 바와 같이, 반사성 잉크들("EI 샘플 2")은 80 내지 90% 반사율을 일관되게 산출하였으며, 이는 증발된 알루미늄 기준들(E1 및 E2)과 유사하거나 더 높았다. 따라서, 데이터는 본원에서의 일부 실시예들에 따른 반사성 잉크들의 반사율이 증발된 알루미늄에 필적하거나 더 우수함을 보여준다.
[0174]
위의 명세서에서, 다양한 특정 실시예들이 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들 및 변경들이 본 발명에 대해 행해질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주될 것이다.
[0175]
실제로, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들 각각은 여러 개의 혁신적인 양상들을 가지며, 그 양상들 중 어떠한 단일 양상도 본원에서 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하지 않거나, 이 속성들을 위해 요구되진 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 속하는 것으로 의도된다.
[0176]
별개의 실시예들의 맥락에서 본 명세서에 설명된 소정의 특징들은 또한, 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 대조적으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한, 별개로 다수의 실시예들로 또는 임의의 적절한 서브조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 소정의 조합들로 작용하는 것으로 위에서 설명되고 심지어 초기에 이와 같이 청구될 수 있지만, 일부 경우들에서, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 그 조합으로부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변동에 관련될 수 있다. 단일 특징 또는 특징들의 그룹이 각각의 그리고 모든 각각의 실시예에 필요하거나 필수적인 것은 아니다.
[0177]
구체적으로 달리 언급되지 않거나 또는 사용된 맥락 내에서 달리 이해되지 않으면, 본원에서 사용된 조건부 언어, 이를테면, 다른 것들 중에서도, "할 수 있다(can, could, might, may)", "예컨대" 등은 일반적으로, 소정의 실시예들은 소정의 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들을 포함하지만 다른 실시예들은 이들을 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 의도된다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 그러한 조건어는 일반적으로, 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들이 하나 이상의 실시예들을 위해 어떤 식으로든 요구된다는 것을, 또는 하나 이상의 실시예들이, 저자 입력 또는 프롬프팅(prompting)을 이용하거나 또는 그러한 것을 이용함이 없이, 이들 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행되어야 하는지를 판단하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하도록 의도되진 않는다. "포함하는(comprising, including)", "갖는(having)" 등의 용어들은 동의어이며, 오픈-엔디드(open-ended) 방식으로 포괄적으로 사용되며, 부가적인 엘리먼트들, 특징들, 행동들, 동작들 등을 배제하지 않는다. 또한, "또는"이라는 용어는 (그의 배타적인 의미가 아니라) 그의 포괄적인 의미로 사용되어서, 예컨대, 리스트의 엘리먼트들을 연결하기 위해 사용될 때, "또는"이라는 용어는 리스트 내의 엘리먼트들 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미한다. 또한, 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같은 단수 표현은 달리 특정되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석될 것이다. 유사하게, 동작들이 특정한 순서로 도면들에 도시될 수 있지만, 원하는 결과들을 달성하기 위해, 그러한 동작들이 도시된 특정한 순서 또는 순차적인 순서로 수행될 필요가 없거나, 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것이 인지될 것이다. 추가로, 도면들은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 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 그 중간에 수행될 수 있다. 부가적으로, 동작들은 다른 실시예들에서 재배열되거나 재순서화될 수 있다. 소정의 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 위에서 설명된 실시예들에서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 그러한 분리를 요구하는 것으로서 이해되지는 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로, 단일 소프트웨어 제품에 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품들에 패키징될 수 있음 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에서 열거된 액션들은, 상이한 순서로 수행될 수 있으며, 그럼에도 불구하고 원하는 결과들을 달성할 수 있다.
[0178]
따라서, 청구항들은 본 명세서에 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 본 개시내용, 원리들 및 신규한 특성들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합할 것이다.
Claims (38)
- 도파관을 위한 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계는,
상기 도파관의 제1 표면 상에 돌출부들의 패턴을 제공하는 단계; 및
상기 돌출부들의 표면들 상에 반사성 잉크를 증착하는 단계를 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 잉크는 상기 도파관의 제1 표면의 미리 결정된 구역 상에 선택적으로 증착되는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 표면은, 상기 반사성 잉크가 선택적으로 증착되는, 상기 미리 결정된 구역의 적어도 일부를 정의하는 수직-연장 벽을 포함하고, 상기 벽은 상기 반사성 잉크의 측방향 움직임을 제한하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 증착하는 단계는 잉크젯, 마이크로디스펜서 또는 애플리케이터 로드로부터 상기 반사성 잉크를 투여하는 단계를 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
부가적인 광학 도파관의 표면 상의 돌출부들의 패턴 상에 상기 반사성 잉크를 증착함으로써 부가적인 도파관 상에 부가적인 반사성 광학 엘리먼트를 형성하는 단계 ― 상기 부가적인 반사성 광학 엘리먼트는 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성됨 ― ;
적어도 상기 부가적인 도파관을 상기 도파관의 표면에 부착하는 단계를 더 포함하고,
그리하여, 도파관들의 스택을 생성하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 잉크는 무입자(particle-free) 잉크를 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 잉크는 알루미늄, 은, 또는 이들의 조합을 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 잉크는 결합제(binder)를 더 포함하고,
상기 결합제는 상기 반사성 광학 엘리먼트에 존재하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 광학 엘리먼트는 표면 축적물(surface accumulation)을 더 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 표면의 돌출부들은 포토레지스트를 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제10 항에 있어서,
상기 벽은 상기 도파관과 상부의 부가적인 도파관 사이의 공간을 유지하도록 구성된 기계적 스페이서를 포함하는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 표면의 돌출부들은 격자의 부분이고, 상기 반사성 잉크의 적어도 일부는 상기 격자 상에 컨포멀하지 않게(non-conformally) 배치되고, 상기 반사성 잉크와 상기 제1 표면 사이의 계면은 실질적으로 갭들이 없는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 광학 엘리먼트는, 입사 광이 내부 전반사에 의해 상기 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 상기 광을 재지향시키도록 구성된 회절 광학 엘리먼트인,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 광학 엘리먼트는 적어도 60%의 반사율로 입사 전자기 방사선을 반사하도록 구성되는,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 반사성 광학 엘리먼트는 전자기 방사선을 상기 제1 도파관 내로 반사하도록 구성되는 광 인커플링 광학 엘리먼트 또는 광 분배 엘리먼트의 부분인,
광학 도파관 구조를 제조하는 방법. - 광학 도파관의 제1 표면 상에 반사성 잉크의 반사 층을 형성하는 단계 ― 상기 제1 표면은 격자를 형성하는 돌출부들을 포함하고, 상기 반사 층은 상기 제1 표면 상에 배치되고 그리하여, 반사성 광학 엘리먼트를 형성함 ― ; 및
상기 반사성 광학 엘리먼트를 디스플레이 디바이스에 배치하는 단계를 포함하는,
디스플레이 디바이스를 제조하는 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 반사성 잉크의 반사 층은 상기 제1 표면 상에 컨포멀하지 않게 배치되고, 상기 반사 층과 상기 제1 표면 사이의 계면은 실질적으로 갭이 없는,
디스플레이 디바이스를 제조하는 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 반사 층 및 상기 돌출부들은 회절 광학 엘리먼트를 형성하는,
디스플레이 디바이스를 제조하는 방법. - 제1 표면을 포함하는 제1 도파관; 및
상기 제1 표면 상에 배치된 반사성 잉크의 반사 층을 포함하고,
상기 반사 층은 결합제를 포함하고,
상기 반사 층은 계면에서 입사 전자기 방사선을 상기 제1 도파관 내로 반사하도록 구성되는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 반사 층은 분산된 금속-함유 입자들이 실질적으로 없는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 반사 층은 표면 축적물을 포함하는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 제1 표면은 상기 반사 층과 함께, 반사성 회절 격자의 부분인 돌출부들을 포함하는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 반사 층은 적어도 60%의 반사율로 상기 입사 전자기 방사선을 반사하는,
광학 디바이스. - 제22 항에 있어서,
상기 반사 층 및 상기 돌출부들은 입사 광이 상기 제1 도파관을 통해 전파되도록 하는 각도들로 상기 광을 재지향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트를 형성하는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 광학 도파관 구조는 제2 도파관 및 제3 도파관을 더 포함하고, 상기 제2 도파관은 상기 제3 도파관과 상이한 범위의 파장들을 출력하도록 구성되고, 상기 제1 도파관은 상기 제2 도파관 및 상기 제3 도파관 중 적어도 하나와 광학 통신(optical communication)하고,
상기 제1 도파관, 상기 제2 도파관 및 상기 제3 도파관 각각은 돌출부들을 포함하는 표면 상에 배치된 반사성 잉크의 반사 층을 포함하고, 그리하여 반사성 회절 격자를 형성하고, 각각의 도파관의 상기 반사성 회절 격자는 상이한 범위의 파장들의 광을 재지향시키도록 구성되는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 제1 표면은 상기 반사 층의 경계를 정의하는 벽을 포함하고, 상기 벽은 상기 제1 도파관과 다른 도파관 사이의 공간을 유지하도록 구성된 기계적 스페이서를 포함하는,
광학 디바이스. - 제19 항에 있어서,
상기 광학 디바이스는 공간 광 변조기를 포함하는 디스플레이 시스템이고, 상기 공간 광 변조기는 이미지 정보를 포함하는 광을 상기 제1 도파관 내로 출력하도록 구성되는,
광학 디바이스. - 반사성 회절 광학 엘리먼트를 포함하는 도파관을 포함하고,
상기 회절 광학 엘리먼트는,
상기 도파관의 표면 상의 복수의 돌출부들; 및
상기 돌출부들의 표면들 상의 반사 층을 포함하고, 상기 반사 층은 반사 유동성 재료로 형성되는,
디스플레이 디바이스. - 제28 항에 있어서,
상기 반사성 회절 광학 엘리먼트는 입사 광을 상기 도파관 내로 인커플링하도록 구성된 인커플링 격자를 형성하는,
디스플레이 디바이스. - 제29 항에 있어서,
상기 도파관은 도파관들의 스택 중 하나이고, 상기 도파관들의 스택의 각각의 도파관은 인커플링 격자를 포함하고,
하향식 뷰에서, 인커플링 격자들은 서로 측방향으로 오프셋되는,
디스플레이 디바이스. - 제28 항에 있어서,
상기 유동성 재료는 반사성 잉크를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제28 항에 있어서,
상기 유동성 재료는 액체 금속을 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제32 항에 있어서,
상기 액체 금속은 갈륨; 인듐; 수은; 갈륨-인듐 공융 혼합물(gallium-indium eutectic); 갈륨-인듐 합금; 갈륨 인듐 주석 합금; Ga, In, Sn 및 Zn 합금; Ga, In 및 Sn 합금; 나트륨-칼륨 합금; 갈륨, 인듐 및 주석; 갈륨-인듐-아연-구리 금속; 및 은 인듐 갈륨으로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
디스플레이 디바이스. - 제32 항에 있어서,
상기 반사 층은 상기 액체 금속의 컴포넌트의 산화물을 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 복수의 표면 돌출부들을 포함하는 도파관을 제공하는 단계; 및
상기 표면 돌출부들 상에 반사 유동성 재료를 증착함으로써 상기 표면 돌출부들 상에 반사 층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 표면 돌출부들 및 상기 반사 층은 반사성 회절 광학 엘리먼트를 형성하는,
광학 디바이스의 제조하는 방법. - 제35 항에 있어서,
공간 광 변조기를 제공하는 단계를 더 포함하고,
상기 공간 광 변조기는 상기 반사성 회절 광학 엘리먼트 상에 광을 출력하도록 포지셔닝되는,
광학 디바이스의 제조하는 방법. - 제35 항에 있어서,
상기 유동성 재료는 반사성 잉크를 포함하는,
광학 디바이스의 제조하는 방법. - 제35 항에 있어서,
상기 유동성 재료는 액체 금속을 포함하는,
광학 디바이스의 제조하는 방법.
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