KR20230077518A - 도파관 광학 장치 및 이를 포함한 근안 디스플레이 장치 - Google Patents

도파관 광학 장치 및 이를 포함한 근안 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

도파관 광학 소자 및 이를 포함한 근안 디스플레이 장치가 개시된다.
개시된 도파관 광학 소자는, 광을 전파하는 도파관, 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러 및 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러를 포함하고, 상기 출력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되어 배열된다.

Description

도파관 광학 장치 및 이를 포함한 근안 디스플레이 장치{Waveguide optical device and near eye display apparatus}
예시적인 실시 예는 광 균일도를 높인 도파관 광학 장치 및 이를 포함한 근안 디스플레이 장치에 관한 것이다.
가상 현실은 컴퓨터로 만든 가상의 세계에서 사람이 실제와 같은 체험을 할 수 있도록 하는 기술이다. 증강 현실은 가상의 이미지가 현실 세계의 물리적 환경 또는 공간과 혼합될 수 있게 하는 기술이다. 가상 현실 디스플레이 또는 증강 현실 디스플레이가 구현되는 근안 디스플레이(near-eye displays)는 광학 및 입체영상의 조합을 이용하여 공간 내에 가상 이미지를 포커싱한다. 이러한 디스플레이 장치에서, 디스플레이 해상도 및 영상 프로세싱이 중요하다.
근안 디스플레이 장치의 일 예인, 증강 현실 장치는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 볼 수 있는 장치로서, 예를 들어 증강현실 안경(AR Glass)이 있다. 증강 현실 장치의 이미지 광학 시스템은 영상을 생성하는 영상생성장치와, 생성된 영상을 눈으로 보내주기 위한 도파관(waveguide)을 포함한다. 이러한 증강 현실 장치는 넓은 시야각과 고품질의 이미지를 가지며, 장치 자체가 경량 및 소형화되는 것이 필요하다.
최근 증강 현실 안경과 같은 증강 현실 장치는 도파관에 기반한 광학계가 연구 개발되고 있다. 종래의 도파관은 자유곡면 반사나 멀티미러 반사를 이용하여 도파관 내부에 광을 입력시키거나, 회절 광학 소자나 홀로그래픽 광학소자와 같은 입력-커플링 회절 소자를 이용하여 도파관 내부에 광을 입력시킨다. 자유 곡면 반사나 멀티 미러 반사를 이용하는 경우, 구조가 단순하고 광전달 효율이 높을 수 있으나, 시야각에 한계가 있고 도파관을 박형화하는데 어려움이 있다. 또한, 도파관을 통해 전파되는 광의 균일도가 낮아 화질이 저하될 수 있다.
예시적인 실시 예는 광의 균일도를 향상시킨 도파관 광학 장치를 제공한다.
예시적인 실시 예는 광의 균일도를 향상시킨 도파관 광학 장치를 포함한 증강 현실 장치를 제공한다.
예시적인 실시 예에 따른 도파관 광학 장치는, 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관; 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러; 및 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러;를 포함하고, 상기 출력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되어 배열된다.
상기 입력 커플러가 제1 면에 구비되고, 상기 출력 커플러가 상기 제2 면에 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 도파관의 광 전파 방향을 따라 이격되게 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 그레이팅 영역이 일부 절단 링 구조를 가지고, 상기 일부 절단 링 구조가 동심의 반 원형 배열 구조로 이격되게 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 그레이팅 영역의 이격 간격이 동일할 수 있다.
상기 복수 개의 그레이팅 영역의 이격 간격이 어느 한 방향으로 점점 작아지도록 구성될 수 있다.
상기 입력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되게 배열될 수 있다.
상기 출력 커플러의 그레이팅 영역이 2차원 배열 구조를 가질 수 있다.
상기 출력 커플러의 그레이팅 영역의 간격이 1-5mm 범위를 가질 수 있다.
상기 복수 개의 그레이팅 영역의 면적이 광의 전파 방향을 따라 증가하게 구성될 수 있다.
예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치는, 이미지 프로세서; 상기 이미지 프로세서에 의해 처리된 이미지를 형성하는 광을 출사하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자로부터의 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관; 상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러; 및 상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러;를 포함하고, 상기 출력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되어 배열될 수 있다.
예시적인 실시 예에 따른 도파관 광학 장치는 출력 커플러의 그레이팅 영역이 이격되게 배열되도록 구성하여 도파관을 통해 전파되는 광의 균일도를 높일 수 있다.
예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치는 광 균일도를 높여 균일한 화질의 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 예시적인 일 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 입력 커플러의 그레이팅 영역이 이격되게 배열된 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 입력 커플러의 그레이팅 영역이 이격되게 배열된 다른 예의 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 입력 커플러와 출력 커플러가 도파관의 같은 면에 배치된 구조를 갖는 도파관 광학 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 비교 예와 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 영상을 비교하여 나타낸 것이다.
도 10은 예시적인 실시 예에 따른 도파관 광학 장치를 포함한 전자 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 11은 예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치가 마이크로 반도체 칩 전사 구조물의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 도파관 광학 장치 및 이를 포함한 근안 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치를 도시한 것이고, 도 2는 근안 디스플레이 장치의 도파관 광학 장치를 도시한 것이다.
근안 디스플레이 장치(100)는 영상을 형성하기 위한 광을 출사하는 디스플레이 소자(110), 디스플레이 소자(110)로부터의 광을 전송하는 도파관(140), 광을 도파관(140) 내로 입력시키는 입력 커플러(130) 및 도파관(140) 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러(150)를 포함한다.
디스플레이 소자(110)는, LCD, LCoS(Liquid Crystal on Silicon), OLED 디스플레이, LED 디스플레이, 프로젝터 등을 포함할 수 있다. 디스플레이 소자(110)는 2차원 영상 또는 3차원 영상을 형성하도록 영상 신호를 처리할 수 있다. 디스플레이 소자(110)는 홀로그램 영상을 형성하기 위해 CGH(computed generated holography)를 포함할 수 있다.
디스플레이 소자(110)에서 출력된 영상은 도파관(140)으로 입사되고, 도파관(140)을 통해 사용자의 눈(E)으로 전달될 수 있다. 본 명세서에서 영상은 해당 영상을 표시하는 영상 광의 개념을 포함하는 것으로 한다.
도파관(140)은 광이 입사되는 제1 면(141)과, 제1 면(141)에 대향하는 제2면(142)을 포함할 수 있다. 입력 커플러(130)가 제1 면(141)과 제2면(142) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 도 1에서는 입력 커플러(130)가 제1 면(141)에 구비된 예를 도시하였다. 디스플레이 소자(110)와 입력 커플러(130) 사이에 렌즈(120)가 더 구비될 수 있다. 렌즈(120)는 디스플레이 소자(110)로부터 나온 영상 광을 콜리메이팅시켜 입력 커플러(130)로 입사하도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 출력 커플러(150)는 복수 개의 그레이팅 영역(151)을 포함할 수 있다. 복수 개의 그레이팅 영역(151)이 이격되어 배열되고, 그레이팅 영역(151) 사이에 비-그레이팅 영역(152)이 구비될 수 있다. 출력 커플러(130)의 그레이팅 영역(151)이 불연속적으로 배열될 때 도파관(140)을 통해 전파되는 광의 밝기의 균일도가 좋아질 수 있다. 도파관(140)을 안경형 근안 디스플레이 장치에 적용할 때, 안경 알 부분에 매우 얇게 도파관(140)을 만들 수 있고, 이를 통해 사용자의 착용 편이성을 높일 수 있다.
한편, 그레이팅 영역(151)의 이격 간격이 동일할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 그레이팅 영역(151)의 이격 간격이 어느 한 방향으로 점점 작아지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 그레이팅 영역(151)의 이격 간격이 광의 전파 방향(Y 방향)으로 점점 작아지도록 구성될 수 있다. 그레이팅 영역(151)의 이격 간격이 1-5mm 범위를 가질 수 있다. 또는, 그레이팅 영역(151)의 이격 간격이 2-4mm 범위를 가질 수 있다.
도파관(140)을 통해 전파되는 광이 출광되기 전에 그레이팅 영역(151)을 여러 번 맞으며 회절이 되고, 출광되는 광의 균일도를 맞추기 위해 도파관(140)의 위치에 따라 그레이팅 영역(151)의 회절 효율을 조절할 수 있다. 예시적인 실시 예는 그레이팅 영역(151)과 비-그레이팅 영역(152)을 교대로 배치시킴으로써 특정 아이 박스 영역 내에서 관측되는 광의 균일도를 높일 수 있다.
그레이팅 영역(151)에서의 빛의 회절과 도파관(140)에서의 빛의 전반사를 이용하여 사용자에게 영상을 제공할 수 있다. 콜리메이팅 광이 입력 커플러(130)에 의해 임계각보다 큰 각도로 회절된 뒤 도파관(140)을 통해 전파될 수 있다. 입력 커플러(130)에 의해 광이 제1 방향(X 방향)으로 확장되고, 출력 커플러(150)에 의해 광이 제2 방향(Y 방향)으로 확장될 수 있다.
도 3은 출력 커플러(150)의 그레이팅 영역(151)의 배열 구조의 다른 예를 도시한 것이다. 그레이팅 영역(151)이 예를 들어, 일부 절단 링 구조를 가질 수 있다. 그리고, 그레이팅 영역(151)이 동심의 반 원형 배열 구조로 이격되게 배열될 수 있다. 또한, 각각의 그레이팅 영역(151)이 서로 다른 회절 효율을 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도파관(140)에서 광이 전달되는 방향으로 그레이팅 영역(151)의 회절 효율이 점점 증가하도록 그레이팅 영역(151)이 구성될 수 있다.
일반적으로 도파관의 전체 영역에 그레이팅이 연속적으로 구비될 때, 도파관에서 광이 전반사한 뒤 출력 커플러에서 회절할 때 광의 입사 각도 성분에 따라 출력 커플러의 그레이팅에 도달하지 않는 영역이 발생한다. 또한, 확장되어 나온 빛 중 일부는 아이 박스로 도달하지 않고 다른 방향으로 전파되어 나갈 수 있다. 이러한 이유로 도파관에 출력 커플러의 그레이팅이 연속적으로 구비될 때 광의 균일도가 떨어진다.
예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치에서는 출력 커플러(150)의 그레이팅 영역(151)을 띄엄띄엄 배열하여 광 균일도를 높이고, 이를 통해 반사 회수를 줄임으로써 광 효율을 높일 수 있다.
도 4를 참조하면, 출력 커플러(150)가 제1 그레이팅 영역(1511), 제2 그레이팅 영역(1512), 제3 그레이팅 영역(1513), 제4 그레이팅 영역(1514) 및 제5 그레이팅 영역(1515)을 포함할 수 있다. 각 그레이팅 영역 사이에 비-그레이팅 영역(152)이 구비될 수 있다. 광의 전파 방향(Y 방향)을 따라 각 그레이팅 영역의 면적이 점점 커지게 구성될 수 있다. 예를 들어, 출력 커플러(150)가 제1 그레이팅 영역(1511)의 면적<제2 그레이팅 영역(1512)의 면적<제3 그레이팅 영역(1513)의 면적<제4 그레이팅 영역(1514)의 면적 < 제5 그레이팅 영역(1515)의 면적의 관계를 가지도록 구성될 수 있다.
또는, 제1 그레이팅 영역(1511)의 +1차 회절광(또는 -1차 회절광)의 회절 효율을 E1, 제2 그레이팅 영역(1512)의 회절 효율을 E2, 제3 그레이팅 영역(1513)의 회절 효율을 E3, 제4 그레이팅 영역(1514)의 회절 효율을 E4, 제5 그레이팅 영역(1515)의 회절 효율을 E5라고 할 때, E1<E2<E3<E4<E5의 관계를 만족하도록 구성될 수 있다.
다음은, 출력 커플러(150)가 6개의 그레이팅 영역을 포함할 때, 6개의 그레티잉 영역의 회절 효율(E1,E2,E3,E4,E5,E6)을 다음과 같이 구성할 수 있다. 이는 일 예일 뿐이며, 그레이팅 영역의 형태, 사이즈 등에 따라 다양하게 그레이팅 영역의 회절 효율을 구성할 수 있다.
+1차 회절 효율(%) -1차 회절 효율(%) 0차 회절 효율(%)
E1 14 14 72
E2 15 15 70
E3 25 25 50
E4 35 35 30
E5 45 45 10
E6 50 50 0
그레이팅의 방향 및 주기는 입사하는 빛을 알맞은 방향 및 각도로 확장시키기 위해 설계될 수 있다. 각 그레이팅 영역 별 회절 효율은 밝기 균일도를 일정하게 맞추기 위한 최적화 계산에 의해 결정될 수 있다. 표 1을 참조하면, 도 3에 도시된 구조의 그레이팅 영역을 포함하는 경우, 그레이팅의 +1차 회절 광과 -1차 회절 광을 사용할 수 있다. 각 그레이팅 영역의 회절 효율을 계산한 결과, 제1 그레이팅 영역은 +1차 회절 광, -1차 회절 광이 각각 14%이며, 남는 72%의 광이 전반사 되어 다음의 제2 그레이팅 영역으로 전달된다. 제2 그레이팅 영역, 제2 그레이팅 영역, 제3 그레이팅 영역, 제4 그레이팅 영역, 제5 그레이팅 영역, 및 제6 그레이팅 영역의 +1차 회절광, -1차 회절광은 각각 15%, 25%, 35%, 45%, 50%의 회절 효율을 가질 수 있다. 제6 그레이팅 영역에서는 앞선 다른 그레이팅 영역에서 회절되 고 남은 모든 빛을 회절시키기 위해 +1차 회절 광과 -1차 회절 광의 회절 효율 합이 100%일 수 있다.한편, 그레이팅 영역의 면적은 X 방향 길이와 Y 방향 길이 중 적어도 하나를 조절하여 조절할 수 있다. 여기서는, 예를 들어, 각 그레이팅 영역의 X 방향 길이는 같고, Y 방향 길이를 조절하여 그레이팅 영역의 면적을 다르게 조절할 수 있다.
도 5를 참조하면, 출력 커플러(150)의 그레이팅 영역(151)이 2차원 배열 구조를 가지고 배열될 수 있다. 이와 같이, 그레이팅 영역(151)을 메트릭스 구조로 이격되게 배열함으로써 X-방향과 Y 방향의 광의 균일도를 높일 수 있다.
도 6을 참조하면, 입력 커플러(130)가 복수 개의 그레이팅 영역(131)을 포함할 수 있다. 입력 커플러(130)의 그레이팅 영역(131)이 X 방향으로 이격되게 배열될 수 있다. 도파관(140)을 통한 광의 전달 방향을 Y 방향, 도파관(140)의 평면에서 Y 방향에 대해 수직한 방향을 X 방향이라고 한다. 도 6에 도시된 바와 같이 입력 커플러(130)가 아웃 커플러(150)와 같은 면에 배치될 수 있다. 도 6에서는 입력 커플러(130)가 두 개의 그레이팅 영역(131)을 포함하는 예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 입력 커플러(130)가 네 개의 그레이팅 영역(131)을 포함하고, 그레이팅 영역(131)이 X 방향으로 이격되게 배열된 예를 도시한 것이다. 이 경우, X 방향의 광 균일도를 높일 수 있다. 그리고, 출력 커플러(150)의 그레이팅 영역(151)이 Y 방향으로 이격되게 배열되어 Y 방향의 광 균일도를 높일 수 있다.
도 8은 입력 커플러(130)와 출력 커플러(150)가 도파관(140)의 제2 면(142)에 같이 구비된 예를 도시한 것이다.
도 9는 출력 커플러가 하나의 그레이팅 영역으로 구성된 비교 예의 근안 디스플레이 장치와, 예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치에 의해 표시된 영상을 나타낸 것이다. 비교 예의 영상에 비해 실시 예에 따른 영상의 균일도가 상대적으로 높다.
도 10은 예시적인 실시 예에 따른 도파관 광학 장치를 포함한 전자 장치의 블록도를 도시한 것이다. 전자 장치(200)는 예시적인 실시 예에 따른 도파관 광학 장치(220)를 포함할 수 있다. 전자 장치(200)는 네트워크 환경(270) 내에 구비될 수 있다. 네트워크 환경(270)에서 전자 장치(200)는 네트워크(250)(근거리 무선 통신 네트워크 또는 원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(255), 예를 들어 스마트 폰과 통신하거나, 서버(260)와 통신할 수 있다.
전자 장치(200)는 영상을 형성하는 디스플레이 소자(210)와, 디스플레이 소자(210)로부터 전송된 광을 전파하는 도파관 광학 장치(220)와, 영상을 처리하는 이미지 프로세서(230)를 포함할 수 있다. 그리고, 전자 장치(200)는 네트워크(250)를 통해 다른 전자 장치(255)나 서버(260)와 통신할 수 있는 통신 모듈(240)을 포함할 수 있다. 도파관 광학 장치(220)로는 도 1 내지 도 9를 참고하여 설명한 실시 예들이 적용될 수 있다.
다른 전자 장치(255)로부터 송출되는 영상을 통신 모듈(240)을 통해 전달 받아 도파관 광학 장치(220)를 통해 근안 디스플레이 장치에 표시할 수 있다.
도 11은 사용자가 예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치를 착용한 예를 도시한 것이다. 근안 디스플레이 장치는 영상을 제공하는 디스플레이 소자(110), 디스플레이 소자(110)에서 제공된 영상을 사용자의 눈으로 전달하는 도파관(140), 도파관(140)에 구비된 입력 커플러(130)와, 출력 커플러(150)를 포함할 수 있다. 도파관(140), 입력 커플러(130), 출력 커플러(150)는 안경 알(160)에 구비될 수 있다.
한편, 이미지 프로세서(230)는 최적화를 적용한 홀로그램 생성 알고리즘을 이용하여 가상 영상의 위치 별 수차를 고려하여 광학 수차를 보상할 수 있다.
예시적인 실시 예에 따른 근안 디스플레이 장치는 가상 현실(Virtual Reality: VR) 장치, 증강 현실(Augmented Reality: AR), 혼합 현실(Mixed Reality: MR) 장치, 헤드업 디스플레이 장치 등에 적용될 수 있다. 가상 현실은 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 실제 주변 상황과 상호작용을 하는 것처럼 만들어주는 기술이고, 증강 현실은 실제 공간에 가상 정보를 실시간으로 증강하여 사용자가 증강된 가상 정보와 상호 작용함으로써 작업 효율성을 향상시킬 수 있다. 혼합 현실(MR)은 가상 현실(VR)과 증강 현실(AR)을 포함하는 개념으로, 현실 공간과 가상 공간을 혼합하여 현실의 물건과 가상의 물건이 실시간으로 영향을 주고받는 새로운 공간을 구축할 수 있다. 가상 현실의 장점인 몰입도와 증강 현실의 장점인 현실감을 결합해 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)나 스마트 글래스 등의 형태로 다양한 분야에 적용될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
100:근안 디스플레이 장치.
110:디스플레이 소자
130:입력 커플러
140:도파관
150:출력 커플러
151:그레이팅 영역
152:비-그레이팅 영역

Claims (20)

  1. 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관;
    상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러; 및
    상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러;를 포함하고,
    상기 출력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되어 배열된, 도파관 광학 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 커플러가 제1 면에 구비되고, 상기 출력 커플러가 상기 제2 면에 구비된, 도파관 광학 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 도파관의 광 전파 방향을 따라 이격되게 배열된, 도파관 광학 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역이 일부 절단 링 구조를 가지고, 상기 일부 절단 링 구조가 동심의 반 원형 배열 구조로 이격되게 배열된, 도파관 광학 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역의 이격 간격이 동일한, 도파관 광학 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역의 이격 간격이 어느 한 방향으로 점점 작아지도록 구성된, 도파관 광학 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되게 배열된, 도파관 광학 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 출력 커플러의 그레이팅 영역이 2차원 배열 구조를 가지는, 도파관 광학 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 출력 커플러의 그레이팅 영역의 간격이 1-5mm 범위를 가지는, 도파관 광학 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역의 면적이 광의 전파 방향을 따라 증가하게 구성된, 도파관 광학 장치.
  11. 이미지 프로세서;
    상기 이미지 프로세서에 의해 처리된 이미지를 형성하는 광을 출사하는 디스플레이 소자;
    상기 디스플레이 소자로부터의 광이 입사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 도파관;
    상기 광을 상기 도파관 내로 입력시키는 입력 커플러; 및
    상기 도파관 내에서 전파되는 광을 외부로 출력시키는 출력 커플러;를 포함하고,
    상기 출력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되어 배열된, 근안 디스플레이 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 인-커플이 소자가 제1 면에 구비되고, 상기 출력 커플러가 상기 제2 면에 구비된, 근안 디스플레이 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역이 상기 도파관의 광 전파 방향에 대해 이격되게 배열된, 근안 디스플레이 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역이 일부 절단 링 구조를 가지고, 상기 일부 절단 링 구조가 동심의 반 원형 배열 구조로 이격되게 배열된, 근안 디스플레이 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역의 이격 간격이 동일한, 근안 디스플레이 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역의 간격이 어느 한 방향으로 점점 작아지도록 구성된, 근안 디스플레이 장치.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 입력 커플러가 복수 개의 그레이팅 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 그레이팅 영역이 이격되게 배열된, 근안 디스플레이 장치.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 출력 커플러의 그레이팅 영역이 2차원 배열 구조를 가지는, 근안 디스플레이 장치.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 출력 커플러의 그레이팅 영역의 간격이 1-5mm 범위를 가지는, 근안 디스플레이 장치.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 그레이팅 영역의 면적이 광의 전파 방향을 따라 증가하게 구성된, 근안 디스플레이 장치.
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