KR20230065314A - 2층 스택업을 갖는 도파관 - Google Patents

Abstract

나노 구조 격자들을 갖는 2개의 플라스틱 기판 및 그들 사이에 끼워진 단일 유리 기판을 사용한 경량 적층형 광 도파관이 제공된다. 나노 구조 격자들은 서로를 향해 있고, 각각 광 도파관 내에 캡슐화된다. 2개의 플라스틱 기판은 충분한 고정 강도를 제공하고 기판들 사이에 에어 갭을 정확하게 설정하고 유지하기 위해 각각 서로에 대해서가 아니라 중앙 유리 기판에 접착적으로 고정된다. 플라스틱 기판들과 유리 기판의 두께는 적층형 광 도파관이 경량이면서도, 충분한 낙하 성능을 갖도록 선택된다. 접착제가 플라스틱 기판을 유리 기판에 접착시킴에 따라 적층형 광 도파관이 효율적으로 제조될 수 있다.

Description

2층 스택업을 갖는 도파관

관련 출원들에 대한 상호 참조

[0001] 본 출원은 2020년 9월 10일에 출원된 미국 가출원 제63/076,583호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 내용은 인용에 의해 본 명세서에 완전히 포함된다.

기술 분야

[0002] 본 청구대상은 디스플레이에 사용되는, 예컨대 스마트 안경 및 헤드웨어를 포함하는 아이웨어 디바이스(eyewear device)용으로 사용되는 광 도파관들에 관한 것이다.

[0003] 광 도파관들은 결함들을 생성할 수 있는 기법들을 사용하여 형성될 수 있다.

[0004] 도면들은 제한들로서가 아니라, 단지 예로서 하나 이상의 구현을 묘사하고 있다. 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 요소들을 나타낸다.
[0005] 도 1은 서로에 대해 고정된 2개의 유리 기판을 갖는 적층형 광 도파관을 예시하고 있다.
[0006] 도 2는 플라스틱 기판들 사이에 끼워진 하나의 유리 기판에 각각 고정된 2개의 플라스틱 기판을 갖는 적층형 광 도파관을 예시하고 있다.
[0007] 도 3은 적층형 광 도파관을 제조하는 방법의 흐름도를 예시하고 있다.

[0008] 본 개시는 나노 구조 격자들을 갖는 2개의 플라스틱 기판 및 그들 사이에 끼워진 단일 유리 기판을 사용한 경량 적층형 광 도파관의 예들을 포함한다. 나노 구조 격자들은 서로를 향해 있고, 각각 광 도파관 내에 캡슐화된다. 2개의 플라스틱 기판은 충분한 고정 강도를 제공하고 기판들 사이에 에어 갭을 정확하게 설정하고 유지하기 위해 각각 서로에 대해서가 아니라 중앙 유리 기판에 접착적으로 고정된다. 플라스틱 기판들과 유리 기판의 두께는 적층형 광 도파관이 경량이면서도, 충분한 낙하 성능을 갖도록 선택된다. 접착제가 플라스틱 기판을 유리 기판에 접착시킴에 따라 적층형 광 도파관이 효율적으로 제조될 수 있다.

[0009] 예들의 추가적인 목적들, 이점들 및 신규한 특징들은 부분적으로는 다음의 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 다음의 그리고 첨부 도면들의 검토에 따라 당업자들에게 명백해질 것이거나, 예들의 제작 또는 작동에 의해 학습될 수 있다. 본 청구대상의 목적들 및 이점들은 첨부된 청구항들에서 특별히 지적된 방법들, 수단들 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 수 있다.

[0010] 다음의 상세한 설명에서는, 관련 교시 내용들의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부 사항들이 예로서 제시된다. 그러나, 본 교시 내용들이 그러한 세부 사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 본 교시 내용들의 양태들을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 방법들, 절차들, 컴포넌트들, 및 회로는 세부 사항 없이 비교적 높은 수준으로 설명되었다.

[0011] 본 명세서에서 사용되는 "결합된"이라는 용어는 하나의 시스템 요소에 의해 생성되거나 공급되는 신호들 또는 광이 다른 결합된 요소에 전달되게 하는 임의의 논리적, 광학적, 물리적 또는 전기적 접속, 링크 등을 나타낸다. 달리 기술되지 않는 한, 결합된 요소들 또는 디바이스들은 반드시 서로 직접 접속되는 것은 아니며 광이나 신호들을 수정, 조작 또는 전달할 수 있는 중간 컴포넌트들, 요소들 또는 통신 매체들에 의해 분리될 수 있다.

[0012] 도면들 중 임의의 도면에 도시된 것과 같은 안구 스캐너 및 카메라를 포함하는 아이웨어 디바이스, 연관된 컴포넌트들 및 임의의 완전한 디바이스들의 배향들은 예시 및 논의 목적으로, 단지 예로서 제공된다. 특정 가변 광학 처리 응용을 위한 동작에서, 아이웨어 디바이스는 아이웨어 디바이스의 특정 응용에 적합한 임의의 다른 방향으로, 예를 들어 위로, 아래로, 옆으로, 또는 임의의 다른 배향으로 배향될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 한은, 전방, 후방, 내측, 외측, 앞, 향하여, 좌측, 우측, 가로, 세로, 위, 아래, 위, 상부, 하부, 최상부, 최하부 및 측면과 같은 임의의 방향 용어는 단지 예로서 사용되며, 본 명세서에서 달리 기술된 바와 같이 구성된 옵틱의 컴포넌트 또는 임의의 옵틱의 방향 또는 배향에 대해 제한적인 것이 아니다.

[0013] 이제 첨부 도면들에 예시되고 아래에서 논의되는 예들을 상세히 참조한다.

[0014] 도 1을 참조하면, 적층형 광 도파관(10)은 단일 커버 기판(16)을 갖는 2개의 유리 기판(12 및 14)을 사용할 수 있다. 적층형 광 도파관(10)은 스마트 안경과 헤드기어를 포함하는 아이웨어용 시스루 디스플레이(see-through display)와 같은 이미지 디스플레이로서 적합하다. 광학적으로 투명한 유리 기판들(12 및 14) 각각, 및 커버(16)는 필요한 광학 스택업을 달성하기 위해 에어 갭들(20 및 22)을 생성하고, 신뢰성 목적으로 광학 나노 구조 격자들(24)을 캡슐화하기 위해 그들의 에지들에서 접착제(18)에 의해 서로 이격된다. 플라스틱 기판들은 제품 중량 및 낙하 성능 관점에서 바람직하다. 그러나, 플라스틱 기판들로 유리 기판 도파관 스택(10)을 정확하게 모방하는 것은 2개의 플라스틱 기판 사이에 라미네이션 문제들, 즉 그들 사이에 일정한 갭을 유지하면서 에어 갭으로 2개의 "연질" 기판을 함께 라미네이팅하는 문제들을 도입한다.

[0015] 도 2를 참조하면, 본 개시는 2개의 플라스틱 기판(32 및 34) 및 단일 "경질" 유리 커버(36)를 사용하여 도파관 스택을 달성함으로써 제품 중량 및 신뢰성에 이점들을 제공하는 개선된 적층형 광 도파관(30)을 제공한다. 플라스틱 기판들(32 및 34)은 각각 유리 기판(36)보다 중량이 더 가벼워 더 경량의 적층형 광 도파관(30)을 제공한다. 플라스틱 기판들(32 및 34) 각각은, 도시된 바와 같이, 그들 사이에 에어 갭들(40 및 42)이 형성된 상태에서 그들의 에지들에서 접착제(38)에 의해 그들 사이에 끼워진 유리 커버(36)의 대향 측면들에 부착된다. 플라스틱 기판들(32 및 34) 각각은 광학적으로 투명하며 유리 커버(36) 및 서로를 향하는 개개의 광학 나노 구조 격자들(44)을 갖는다. 이는 2개의 연질 플라스틱 기판(32 및 34)을 서로 부착시키는 것의 문제들 ― 허용 가능한 변조 전달 함수(modulation transfer function, MTF)를 갖는 허용 가능한 도파관 성능에 필요한 일정한 에어 갭을 그들 사이에 유지하는 측면에서 문제들을 초래함 ― 을 제거한다. 연질 플라스틱 기판들(32 및 34)은 각각 제조 시 지지될 수 있는 경질 유리 기판(36)에 양쪽에서 고정된다. 이 디자인은 간격에 큰 영향을 주는, 2개의 플라스틱 기판 사이의 물리적 스페이서 및 백본으로서 "일정한 두께"의 유리 기판(36)을 제공하는데, 이는 2개의 연질 기판(32 및 34)을 서로에 대해 적층시킬 경우 "떨어짐(flop)"을 겪을 때 층들 사이의 갭에 변화가 생길 수 있는 것과는 대조적이다.

[0016] 또한, 이 개시는 유리 기판(36)이 도파관 기능 자체로부터 분리되는 것을 허용하는데, 이는 유리 기판(36)이 광학 나노 구조 격자들(24)을 포함하지 않기 때문이다. 이는 유리 기판(36)에 대해 종래의 화학적으로 강화된 유리(예로서 Gorilla® 유리)를 사용하는 것을 허용한다. 이는 결국 화학적으로 강화된 유리의 사용을 통해 제품 낙하 성능을 유지하면서 유리 기판(36)에 더 얇은 유리를 사용하는 것을 가능하게 하여, 제품 중량을 줄이는 데 도움이 된다.

[0017] 화학적으로 강화된 유리 기판(36)은, 디바이스가 낙하되어 기능적으로 낙하의 충격을 견딜 수 있는 거리인, 낙하 관점에서의 제품 성능에 더욱 도움이 되는데, 이는 전형적인 도파관 유리 기판들이 화학적으로 강화되어 있지 않아 제품 낙하 관점에서 위험을 초래하기 때문이다. 또한, 도파관 구조들(32 및 34) 각각이 유리 기판(36)을 향하고 접착제(38)에 의해 밀봉되게 하는 것은 우수한 신뢰성 성능도 가능하게 하는데, 이는 나노 구조 격자들(44)이 이 스택에 캡슐화되어 환경에 노출되지 않기 때문이다.

[0018] 일 예에서, 유리 기판(36)의 두께는 300 내지 1000미크론일 수 있고, 플라스틱 기판들 각각은 50 내지 1000미크론의 두께를 가질 수 있다. 접착제(38)의 두께는 50 내지 100미크론의 두께를 가질 수 있고 따라서 에어 갭(40 및 42)의 간격은 50 내지 100미크론일 수 있다. 그러나, 이들 두께에 대한 제한이 추론되어서는 안 된다. 이들 치수는 적층형 광 도파관(30)의 중량을 제한하면서 우수한 낙하 성능을 제공하도록 설정된다.

[0019] 도 3을 참조하면, 적층형 광 도파관(30)을 형성하는 방법(300)의 흐름도가 도시되어 있다.

[0020] 블록 302에서는, 종래의 처리 기법들을 사용하여 개개의 플라스틱 기판들(32 및 34)이 형성된다. 개개의 나노 구조 격자들(44)은 광이 그것들을 통과하여 이미지 디스플레이를 형성하기 위한 도파관들을 제공한다. 유리 기판(36)도 형성되고, 화학적으로 강화된 유리일 수 있고, 이는 낙하 관점에서 제품 성능에 더욱 도움이 된다.

[0021] 블록 304에서는, 기판들의 에지들에서 접착제(38)로 플라스틱 기판(32)이 유리 기판(36)에 고정된다. 플라스틱 기판(32)은 개개의 나노 구조 격자들(44)이 유리 기판(36)을 향하도록 배향된다. 접착제는 개개의 갭(42)의 두께를 설정한다.

[0022] 블록 306에서는, 기판들의 에지들에서 접착제(38)로 플라스틱 기판(34)이 유리 기판(36)에 고정된다. 플라스틱 기판(34)도 개개의 나노 구조 격자들(44)이 유리 기판(36)을 향하도록 배향된다. 접착제는 개개의 갭(40)의 두께를 설정한다.

[0023] 본 명세서에서 사용된 용어들 및 표현들은 본 명세서에서 특정 의미들이 달리 제시된 경우를 제외하고 그들의 대응하는 개개의 조사 및 연구 분야들과 관련하여 그러한 용어들 및 표현들에 부여되는 통상의 의미를 갖는다는 것을 이해할 것이다. 제1 및 제2 등과 같은 관계 용어들은 하나의 엔티티 또는 동작을 다른 것과 구별하기 위해서만 사용될 수 있으며 그러한 엔티티들 또는 동작들 간에 임의의 실제 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 암시하지는 않는다. 용어 "포괄하다", "포괄하는", "포함하다", 포함하는", 또는 이들의 임의의 변형 표현들은 비배타적 포함을 커버하기 위해 의도되어 있으며, 따라서 요소들 또는 단계들의 리스트를 포괄하거나 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치는 해당 요소들 또는 단계들만을 포함하는 것이 아니라 명시적으로 열거되지 않은 또는 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 고유한 다른 요소들 또는 단계들을 포함할 수도 있다. 단수형 요소는, 더 많은 제한 사항이 없다면, 그 요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에서 추가적인 동일한 요소들의 존재를 배제하지 않는다.

[0024] 달리 언급되지 않는 한, 다음의 청구항들을 포함하여, 본 명세서에서 제시되는 임의의 그리고 모든 측정치들, 값들, 등급들, 위치들, 크기들, 사이즈들, 및 다른 사양들은 정확한 것이 아니라, 대략적인 것이다. 그러한 양들은 그것들과 관련되는 기능들과 그리고 그것들과 관련되는 분야에서 관례적인 것과 일치하는 합리적인 범위를 갖도록 의도된다. 예를 들어, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 파라미터 값 등은 언급된 양에서 ±10%만큼 달라질 수 있다.

[0025] 또한, 전술한 상세한 설명에서는, 개시를 간소화할 목적으로 다양한 특징들이 다양한 예에서 함께 그룹화됨을 알 수 있다. 이 개시의 방법은 청구된 예들이 각각의 청구항에서 명시적으로 기재된 것보다 더 많은 특징들을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 다음의 청구항들이 반영하는 바와 같이, 보호되어야 할 청구대상은 임의의 단일의 개시된 예의 모든 특징들보다 적은 것에 있다. 따라서, 다음의 청구항들은 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 개별적으로 청구된 청구대상으로서 독립적이다.

[0026] 상기에서는 최상의 모드라고 생각되는 것들 및 다른 예들을 기술하였지만, 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 점 그리고 본 명세서에 개시된 청구대상이 다양한 형태들 및 예들로 구현될 수 있다는 점, 그리고 그것들이 많은 응용들 ― 본 명세서에서는 그 중 일부만이 기술됨 ― 에서 적용될 수 있다는 점이 이해된다. 다음의 청구항들이 의도하는 바는 본 개념들의 진정한 범위 내에 속하는 임의의 그리고 모든 수정들 및 변형들을 청구하는 것이다.

Claims (20)

1. 적층형 광 도파관으로서,
   유리 기판;
   제1 광학 구조를 갖는 제1 플라스틱 기판 ― 상기 제1 플라스틱 기판은 상기 유리 기판에 고정되고 상기 유리 기판으로부터 이격됨 ―; 및
   제2 광학 구조를 갖는 제2 플라스틱 기판 ― 상기 제2 플라스틱 기판은 상기 유리 기판이 상기 플라스틱 기판들 사이에 개재되도록 상기 유리에 고정되고 상기 유리 기판으로부터 이격됨 ― 을 포함하는, 적층형 광 도파관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학 구조들은 광학 격자들을 포함하는, 적층형 광 도파관.
3. 제2항에 있어서,
   상기 광학 구조들은 서로를 향해 있는, 적층형 광 도파관.
4. 제1항에 있어서,
   상기 플라스틱 기판들은 각각 접착제를 사용하여 상기 유리 기판에 고정되어 있는, 적층형 광 도파관.
5. 제1항에 있어서,
   상기 플라스틱 기판들 및 상기 유리 기판은 각각 광학적으로 투명한, 적층형 광 도파관.
6. 제1항에 있어서,
   상기 플라스틱 기판들과 상기 유리 기판 사이에 에어 갭을 추가로 포함하는, 적층형 광 도파관.
7. 제1항에 있어서,
   상기 플라스틱 기판들은 상기 유리 기판보다 연질인, 적층형 광 도파관.
8. 제1항에 있어서,
   상기 플라스틱 기판들은 각각 상기 유리 기판보다 경량인, 적층형 광 도파관.
9. 제1항에 있어서,
   상기 유리 기판은 화학적으로 강화되어 있는, 적층형 광 도파관.
10. 제9항에 있어서,
    상기 유리 기판은 50 내지 100미크론의 두께를 갖는, 적층형 광 도파관.
11. 적층형 광 도파관을 처리하는 방법으로서,
    제1 플라스틱 기판을 유리 기판에 고정시키는 단계 ― 상기 제1 플라스틱 기판은 제1 광학 구조를 갖고, 상기 제1 플라스틱 기판은 상기 유리 기판으로부터 이격됨 ―; 및
    제2 플라스틱 기판을 상기 유리 기판에 고정시키는 단계 ― 상기 제2 플라스틱 기판은 제2 광학 구조를 갖고, 상기 제2 플라스틱 기판은 상기 유리 기판이 상기 플라스틱 기판들 사이에 개재되도록 상기 유리 기판으로부터 이격됨 ― 를 포함하는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 광학 구조들은 광학 격자들을 포함하는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 광학 구조들은 서로를 향해 있는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 고정시키는 단계는 접착제를 사용하여 상기 플라스틱 기판들을 상기 유리 기판에 고정시키는 단계를 포함하는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판들 및 상기 유리 기판은 각각 광학적으로 투명한, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판들과 상기 유리 기판 사이에 에어 갭을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
17. 제11항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판들은 상기 유리 기판보다 연질인, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
18. 제11항에 있어서,
    상기 플라스틱 기판들은 각각 상기 유리 기판보다 경량인, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
19. 제11항에 있어서,
    상기 유리 기판은 화학적으로 강화되어 있는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 유리 기판은 50 내지 100미크론의 두께를 갖는, 적층형 광 도파관을 처리하는 방법.

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