KR20230091918A - 회절 아티팩트를 감소시키기 위한 다중 편광 격자 층을 갖는 광학 요소 - Google Patents

회절 아티팩트를 감소시키기 위한 다중 편광 격자 층을 갖는 광학 요소 Download PDF

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Abstract

광학 요소는 수평에 따른 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제1 광학 이방성 분자의 방향자의 배향과 경사진 브래그 격자 평면(475)을 갖는 제1 복굴절 매질 격자 층(455)을 포함한다. 광학 요소는 또한 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제2 광학 이방성 분자의 방향자의 배향과 경사진 브래그 격자 평면(465)을 갖는 제2 복굴절 매질층(460)을 포함한다. 제2 복굴절 매질층은 제1 복굴절 매질층과 광학적으로 결합되고, 제1 복굴절 매질층에 의해 회절되는 광의 색분산 효과를 감소시키도록 구성된다. 제1 평면 내 피치는 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하며, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치보다 작으며, 이는 제2 격자의 트위스트 각도가 제1 격자의 트위스트 각도보다 크다는 것을 의미한다.

Description

회절 아티팩트를 감소시키기 위한 다중 편광 격자 층을 갖는 광학 요소
본 개시내용은 일반적으로 광학 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 회절 아티팩트를 감소시키기 위한 다중 층을 갖는 광학 요소에 관한 것이다.
편광 선택 요소는, 예를 들어, 빔 스티어링 디바이스, 도파관, 및 디스플레이와 같은 광학 디바이스 및 시스템 애플리케이션에서 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 편광 선택 요소는 광학적 등방성 또는 이방성 재료를 기반으로 제조될 수 있으며, 적합한 서브 파장 구조, 액정, 광굴절 홀로그램 재료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 편광 볼륨 홀로그램("PVH")은 편광 선택 요소의 한 유형이다. PVH의 광축은 편광 민감 홀로그램 응답을 제공하기 위해 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 방향을 갖는다. PVH 또는 PVH 요소는 소형화, 편광 선택성, 높은 회절 효율, 큰 회절 효율 등의 특징을 가지고 있다. 따라서, PVH는 다양한 기술 분야의 다양한 애플리케이션에서 구현될 수 있다. PVH 요소는 홀로그램 간섭 또는 홀로그래피, 레이저 직접 기록(laser direct writing), 및 다양한 다른 형태의 리소그래피와 같은 다양한 방법을 사용하여 제조될 수 있다.
본 개시내용의 제1 양태에 따르면, 광학 요소가 제공되며, 이 광학 요소는: 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제1 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제1 복굴절 매질층; 및 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제2 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제2 복굴절 매질층을 포함하고, 상기 제2 복굴절 매질층은 상기 제1 복굴절 매질층과 광학적으로 결합되고, 상기 제1 복굴절 매질층에 의한 광의 회절을 감소시키도록 구성되고, 상기 제1 평면 내 피치는 상기 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작다.
일부 실시예에서, 상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 0.2 내지 0.8의 범위 내일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 약 0.5일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 복굴절 매질층의 두께와 상기 제1 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 복굴절 필름 또는 제2 복굴절 필름 중 적어도 하나는 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 복굴절 필름 또는 제2 복굴절 필름 중 적어도 하나는 중합된 액정("LC"), 중합체-안정화된 LC, 광중합체, 또는 활성 LC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 복굴절 매질층 또는 상기 제2 복굴절 매질층 중 적어도 하나는 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 복굴절 매질층 또는 상기 제2 복굴절 매질층 중 적어도 하나는 중합된 액정("LC"), 중합체-안정화된 LC, 광중합체, 또는 활성 LC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 복굴절 매질층 또는 상기 제2 복굴절 매질층 중 적어도 하나는 네마틱 LC, 트위스트-벤드 LC, 키랄 네마틱 LC, 또는 스멕틱 LC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 요소는 제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제3 복굴절 매질층을 더 포함할 수 있고, 상기 제3 평면 내 피치는 상기 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작을 수 있고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제2 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 요소는 제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제3 복굴절 매질층; 및 제4 평면 내 피치 및 제4 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제4 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제4 복굴절 매질층을 더 포함할 수 있고, 상기 제4 평면 내 피치는 상기 제3 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제4 수직 피치는 상기 제3 수직 피치보다 작을 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제3 평면 내 피치는 상기 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제1 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 복굴절 매질층은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광을 제1 광으로서 회절시키도록 구성될 수 있고, 상기 제2 복굴절 매질층은 상기 제1 복굴절 매질층으로부터 출사된 제1 광을 제2 광으로서 회절시키도록 구성될 수 있고, 그리고 상기 제1 복굴절 매질층과 상기 제2 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 상기 제1 복굴절 매질층의 회절 효율보다 작을 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 요소는 상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층에 결합된 광 가이드를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 복굴절 매질층은 상기 제1 복굴절 매질층과 상기 광 가이드 사이에 배치될 수 있거나, 상기 제1 복굴절 매질층은 상기 제2 복굴절 매질층과 상기 광 가이드 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 광 가이드는, 디스플레이 이미지를 나타내는 이미지 광과, 현실 세계 환경으로부터 나오며, 상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층을 통과하는 가시 다색광을, 상기 광학 요소의 아이박스를 향해 전파되는 결합된 광으로서, 결합하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용의 제2 양태에 따르면, 디바이스가 제공되며, 이 디바이스는: 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치를 가지며, 광을 회절시키도록 구성되는 제1 편광 선택 요소; 및 상기 제1 편광 선택 요소와 광학적으로 결합되는 제2 편광 선택 요소를 포함하고, 상기 제2 편광 선택 요소는 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치를 가지며, 상기 제1 편광 선택 요소에 의한 광의 회절을 감소시키도록 구성되고, 상기 제1 평면 내 피치는 상기 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작다.
일부 실시예에서, 상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 0.2 내지 0.8의 범위 내일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 약 0.5일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 편광 선택 요소의 두께와 상기 제1 편광 선택 요소의 두께 간의 비율은 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 편광 선택 요소 또는 상기 제2 편광 선택 요소 중 적어도 하나는 서브 파장 구조, 액정 재료, 또는 광굴절성 홀로그램 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 편광 선택 요소 또는 상기 제2 편광 선택 요소 중 적어도 하나는 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 갖는 복굴절 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스는 제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치를 갖는 제3 편광 선택 요소를 더 포함할 수 있고, 상기 제3 평면 내 피치는 상기 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작을 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 양태 또는 실시예에 통합하기에 적합하다고 본원에 설명된 임의의 특징은 본 개시내용의 임의의 그리고 모든 양태 및 실시예에 걸쳐 일반화될 수 있도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 본 개시내용의 다른 양태는 본 개시내용의 설명, 청구범위, 및 도면에 비추어 본 기술 분야의 기술자에 의해 이해될 수 있다. 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 예시적이고 설명적인 것일 뿐이며, 청구범위를 제한하는 것은 아니다.
본 개시내용의 다른 양태는 본 개시내용의 설명, 청구범위, 및 도면에 비추어 본 기술 분야의 기술자에 의해 이해될 수 있다. 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 예시적이고 설명적인 것일 뿐이며, 청구범위를 제한하는 것은 아니다.
이하의 도면은 개시된 다양한 실시예에 따른 예시적인 목적을 위해 제공되며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 도면에서:
도 1a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 편광 볼륨 홀로그램("PVH")의 개략적인 3차원("3D") 뷰를 도시한 것이고;
도 1b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 PVH에 포함된 광학 이방성 분자의 개략적인 3D 배향 패턴의 일부를 도시한 것이고;
도 1c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 PVH에 포함된 광학 이방성 분자의 개략적인 3D 배향 패턴의 일부를 도시한 것이고;
도 1d는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 PVH에 포함된 광학 이방성 분자의 개략적인 3D 배향 패턴의 일부를 도시한 것이고;
도 1e는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따라 도 1b 내지 도 1d에 도시된 PVH에 포함된 광학 이방성 분자의 개략적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 도시한 것이고;
도 1f는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따라 도 1b 내지 도 1d에 도시된 PVH에 포함된 광학 이방성 분자의 개략적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 도시한 것이고;
도 1g는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따라 도 1b 내지 도 1d에 도시된 PVH에 포함된 광학 이방성 분자의 개략적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 도시한 것이고;
도 2a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 투과형 PVH의 회절 차수를 도시한 것이고;
도 2b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 반사형 PVH의 회절 차수를 도시한 것이고;
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스의 개략도를 도시한 것이고;
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스의 개략도를 도시한 것이고;
도 3c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스의 개략도를 도시한 것이고;
도 4a는 종래의 단층 PVH의 개략도를 도시한 것이고;
도 4b는 도 4a에 도시된 종래의 단층 PVH에 대한 시야각과 회절 효율 간의 관계를 보여주는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이고;
도 4c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 다층 PVH의 개략도를 도시한 것이고;
도 4d는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따라 도 4c에 도시된 다층 PVH에 대한 시야각과 회절 효율 간의 관계를 보여주는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이고;
도 4e는 도 4a에 도시된 단층 PVH 및 도 4b에 도시된 다층 PVH에 대한 시야각과 회절 효율 간의 관계를 보여주는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이고;
도 5a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스의 개략도를 도시한 것이고;
도 5b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스의 개략도를 도시한 것이고;
도 5c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스의 개략도를 도시한 것이고;
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 광 가이드 디스플레이 시스템의 개략도를 도시한 것이고;
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 객체 추적 시스템의 개략도를 도시한 것이고;
도 8a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 근안 디스플레이("NED")의 개략도를 도시한 것이고;
도 8b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따라 도 8a에 도시된 NED의 절반의 개략적인 단면도를 도시한 것이고; 그리고
도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 방법을 나타내는 플로우차트이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 개시내용에 따른 실시예를 설명할 것이며, 이러한 도면은 단지 예시적인 목적을 위한 예일 뿐이며, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 가능하면, 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호를 사용하여 동일하거나 유사한 부분을 지칭하며, 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.
또한, 본 개시내용에서는 개시된 실시예와 개시된 실시예의 특징을 조합할 수 있다. 기술된 실시예는 본 개시내용의 실시예의 일부이지만 전부는 아니다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 개시된 실시예에 기반하여, 본 개시내용에 따른 다른 실시예를 도출할 수 있다. 예를 들어, 개시된 실시예에 기반하여 수정, 적응, 대체, 추가, 또는 기타 변형이 행해질 수 있다. 개시된 실시예의 이러한 변형은 여전히 본 개시내용의 범위 내에 속한다. 따라서, 본 개시내용은 개시된 실시예에 국한되지는 않는다. 대신, 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
본원에서 사용되는 "결합하는", "결합된", "커플링" 등의 용어는 광학적 커플링, 기계적 커플링, 전기적 커플링, 전자기적 커플링, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 2개의 광학 요소 사이의 "광학적 커플링"은 2개의 광학 요소가 광학적 직렬로 배열된 구성을 지칭하며, 하나의 광학 요소로부터 출력되는 광빔은 다른 광학 요소에 의해 직접 또는 간접적으로 수신될 수 있다. 광학적 직렬은, 하나의 광학 요소로부터 출력되는 광빔이 하나 이상의 다른 광학 요소에 의해 투과, 반사, 회절, 변환, 수정, 또는 다른 방식으로 처리되거나 조작될 수 있도록, 광빔 경로에서 복수의 광학 요소의 광학적 위치 지정을 의미한다. 일부 실시예에서, 복수의 광학 요소가 배열되는 순서는 복수의 광학 요소의 전체 출력에 영향을 미칠 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 커플링은 직접 커플링 또는 간접 커플링(예컨대, 중간 요소를 통한 커플링)일 수 있다.
"A 및 B 중 적어도 하나"라는 문구는 A와 B의 모든 조합, 예를 들어, A 단독, B 단독, 또는 A와 B를 포함할 수 있다. 마찬가지로, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"라는 문구는 A, B, 및 C의 모든 조합, 예를 들어, A 단독, B 단독, C 단독, A와 B, A와 C, B와 C, 또는 A와 B와 C를 포함할 수 있다. "A 및/또는 B"라는 문구는 "A 및 B 중 적어도 하나"라는 문구와 유사한 방식으로 해석될 수 있다. 예를 들어, "A 및/또는 B"라는 문구는 A와 B의 모든 조합, 예를 들어, A 단독, B 단독, 또는 A와 B를 포함할 수 있다. 마찬가지로, "A, B, 및/또는 C"라는 문구는 "A, B, 및 C 중 적어도 하나"라는 문구와 유사한 의미를 갖는다. 예를 들어, "A, B, 및/또는 C"라는 문구는 A, B, 및 C의 모든 조합, 예를 들어, A 단독, B 단독, C 단독, A와 B, A와 C, B와 C, 또는 A와 B와 C를 포함할 수 있다.
제1 요소가 제2 요소에, 제2 요소 상에, 제2 요소에, 또는 제2 요소 내에 적어도 부분적으로 "첨부된", "제공된", "형성된", "부착된", "장착된", "고정된", "접속된", "접합된", "레코딩된", 또는 "배치된"으로 기술될 경우, 제1 요소는 임의의 적합한 기계적 또는 비기계적 방식을 사용하여, 예를 들어, 퇴적, 코팅, 에칭, 본딩, 접착, 나사 결합(screwing), 압입(press-fitting), 스냅 피팅(snap-fitting), 클램핑(clamping) 등을 사용하여, 제2 요소에, 제2 요소 상에, 제2 요소에, 또는 제2 요소 내에 적어도 부분적으로 "첨부", "제공", "형성", "부착", "장착", "고정", "접속", "접합", "레코딩", 또는 "배치"될 수 있다. 추가적으로, 제1 요소는 제2 요소와 직접 접촉할 수 있거나, 제1 요소와 제2 요소 사이에 중간 요소가 있을 수 있다. 제1 요소는 제2 요소의 임의의 적합한 측에, 예를 들어, 좌측, 우측, 전면, 후면, 상단, 또는 하단에 배치될 수 있다.
제1 요소가 제2 요소 "상에" 배치 또는 배열된 것으로 도시되거나 기술될 경우, "상에"라는 용어는 단지 제1 요소와 제2 요소 사이의 예시적인 상대적 배향을 나타내기 위해 사용된다. 설명은 도면에 도시된 기준 좌표계에 기반할 수 있거나, 도면에 도시된 현재 뷰(current view) 또는 예시적인 구성에 기반할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 뷰를 기술할 경우, 제1 요소는 제2 요소 "상"에 배치된 것으로 기술될 수 있다. "상에"라는 용어는 수직 중력 방향에서 제1 요소가 제2 요소 위에 있음을 반드시 의미하는 것은 아닌 것으로 이해된다. 예를 들어, 제1 요소와 제2 요소의 어셈블리가 180도 회전된 경우, 제1 요소는 제2 요소 "아래"에 있을 수 있다(또는 제2 요소는 제1 요소 "상"에 있을 수 있다). 따라서, 도면에서 제1 요소가 제2 요소 "상에" 있는 것으로 도시되어 있는 경우, 이 구성은 예시적인 예일 뿐이라는 것으로 이해된다. 제1 요소는 제2 요소에 대해 임의의 적합한 배향으로(예컨대, 제2 요소 위에, 제2 요소 아래에, 제2 요소 좌측에, 제2 요소 우측에, 제2 요소 후방에, 제2 요소 전면 등에) 배열될 수 있다.
제1 요소가 제2 요소 "상에" 배치된 것으로 기술되는 경우, 제1 요소는 제2 요소 상에 직접적으로 또는 간접적으로 배치될 수 있다. 제1 요소가 제2 요소 상에 직접 배치된다는 것은 제1 요소와 제2 요소 사이에 추가적인 요소가 배치되지 않는다는 것을 의미한다. 제1 요소가 제2 요소 상에 간접적으로 배치된다는 것은 제1 요소와 제2 요소 사이에 하나 이상의 추가적인 요소가 배치된다는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 "프로세서"라는 용어는 중앙 처리 유닛("CPU"), 그래픽 처리 유닛("GPU"), 주문형 집적 회로("ASIC"), 프로그래머블 로직 디바이스("PLD"), 또는 이들의 임의의 조합과 같은 임의의 적합한 프로세서를 포함할 수 있다. 위에 나열되지 않은 다른 프로세서도 사용될 수 있다. 프로세서는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
"컨트롤러"라는 용어는 디바이스, 회로, 광학 요소 등을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하도록 구성된 임의의 적합한 전기 회로, 소프트웨어, 또는 프로세서를 포함할 수 있다. "컨트롤러"는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 프로세서를 포함하거나 프로세서의 일부로서 포함될 수 있다.
"비일시적 컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 데이터, 신호, 또는 정보를 저장, 전송, 통신, 브로드캐스팅, 또는 송신하기 위한 임의의 적합한 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 메모리, 하드 디스크, 자기 디스크, 광학 디스크, 테이프 등을 포함할 수 있다. 메모리는 판독 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 플래시 메모리 등을 포함할 수 있다.
"통신 가능하게 결합된" 또는 "통신 가능하게 연결된"이라는 용어는 관련 항목이 유선 또는 무선 통신 연결, 채널, 또는 네트워크와 같은 전기적 및/또는 전자기적 커플링 또는 연결을 통해 결합 또는 연결되는 것을 의미한다.
본 개시내용에서 언급된 파장 범위, 스펙트럼, 또는 대역은 예시를 위한 것이다. 개시된 광학 디바이스, 시스템, 요소, 어셈블리, 및 방법은 가시광 파장 범위뿐만 아니라 자외선("UV") 파장 범위, 적외선("IR") 파장 범위, 또는 이들의 조합과 같은 다른 파장 범위에 적용될 수 있다.
용어 "필름" 및 "층"은, 지지 기판 상에 배치되거나 기판들 사이에 배치될 수 있는 강성 또는 가요성의 자립형 또는 독립형 필름, 코팅, 또는 층을 포함할 수 있다. "평면 내 방향", "평면 내 배향", "평면 내 회전", "평면 내 정렬 패턴", 및 "평면 내 피치"라는 문구는 제각기 필름 또는 층의 평면(예컨대, 필름 또는 층의 표면 평면, 또는 필름 또는 층의 표면 평면에 평행한 평면)에서의 방향, 배향, 회전, 정렬 패턴, 및 피치를 지칭한다. 용어 "평면 외 방향"은 필름 또는 층의 평면에 평행하지 않은(예컨대, 필름 또는 층의 표면 평면에 수직인, 예컨대, 표면 평면에 평행한 평면에 수직인) 방향을 나타낸다. 예를 들어, "평면 내" 방향이 표면 평면 내의 방향을 지칭할 경우, "평면 외" 방향은 표면 평면에 수직인 두께 방향, 또는 표면 평면과 평행하지 않은 방향을 지칭할 수 있다.
"직교 편광"에서 사용되는 "직교"라는 용어 또는 "직교하게 편광된"에서 사용되는 "직교하게"라는 용어는 2개의 편광을 나타내는 2개의 벡터의 내적이 실질적으로 0임을 의미한다. 예를 들어, 직교 편광을 갖는 2개의 광 또는 2개의 직교하게 편광된 광은 2개의 직교 방향(예컨대, 직교 좌표계에서 x축 방향 및 y축 방향)의 편광을 갖는 2개의 선형 편광된 광이거나 반대 방향의 2개의 원형 편광된 광(예컨대, 좌측 방향으로 원형 편광된 광 및 우측 방향으로 원형 편광된 광)일 수 있다.
근안 디스플레이(near-eye display)("NED")는 비디오 재생, 게임, 및 스포츠와 같은 다양한 애플리케이션에서 널리 구현되었다. NED는 가상 현실("VR"), 증강 현실("AR"), 또는 혼합 현실("MR")을 구현하는 데 사용되었다. AR 및/또는 MR 애플리케이션을 위한 NED는 현실 세계 이미지(real-world image) 또는 시스루 이미지(see-through image)와 중첩되는 가상 이미지를 디스플레이한다. 회절 구조(diffractive structure)를 가진 동공 확장 광 가이드 디스플레이 시스템 또는 어셈블리는 잠재적으로 선글라스/안경 폼 팩터, 적당히 넓은 시야("FOV"), 높은 투과율, 및 넓은 아이박스(eye-box)를 제공할 수 있는 NED를 위한 유망한 설계이다. 또한, VR, AR, 및/또는 MR 애플리케이션을 위한 NED는 사용자의 눈 및/또는 사용자의 눈 주변 영역을 모니터링하는 눈 추적 기능을 제공할 수 있다. NED는 눈 및/또는 주변 영역을 모니터링함으로써 사용자의 시선 방향을 결정할 수 있으며, 이러한 시선 방향은 디스플레이 품질, 성능, 및 사용자 경험을 개선하고, 이향성 조절(vergence-accommodation) 충돌을 해결하는 데 사용될 수 있다. 또한, NED는 눈 및/또는 주변 영역을 모니터링함으로써 사용자의 심리적 상태 및/또는 심리적 상태의 변화는 물론 사용자의 신체적 특성을 추정할 수 있다.
AR 또는 MR 애플리케이션용 NED에 포함된 회절 구조, 예를 들어, 광 가이드 디스플레이, 눈 추적 결합기 등은, 특히 NED를 착용한 사용자가 특정 각도에서 밝은 광원을 주시할 경우에, 현실 세계 환경으로부터 오는 가시 다색광을 회절시켜 시스루 뷰에서 다색 눈부심을 유발할 수 있다. 이러한 시스루 아티팩트는 "레인보우 효과"라고 지칭되며, 이는 시스루 뷰의 이미지 품질을 저하시킬 수 있다. 레인보우 효과는 회절 구조에 의한 광의 분산으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 격자는 입사 다색광(예컨대, 현실 세계 환경으로부터의 백색광)을 구성 파장 성분으로 공간적으로 분리할 수 있는데, 즉 이 다색광은 격자에 의해 분산될 수 있다. 입사광 스펙트럼의 각 파장은 다른 방향으로 회절되어 백색광 조명 하에서 무지개 색상을 생성할 수 있다. 회절 차수가 낮을수록 다색광의 구성 파장 성분의 공간적 분리 측면에서 분산이 더 약해질 수 있으며(또는 인식력이 낮아질 수 있고), 따라서 레인보우 효과는 더 약해질 수 있는 반면, 회절 차수가 높을수록 분산은 더 강해질 수 있고(또는 인식력이 높아질 수 있고), 따라서 레인보우 효과는 더 강해질 수 있다. 또한, 회절 차수가 낮을수록 광 강도는 높아질 수 있는 반면, 회절 차수가 높아질수록 광 강도는 낮아질 수 있다. 레인보우 효과를 감소시키기 위해, 기존의 디밍 요소(dimming element)를 사용하여 서로 다른 입사각으로 디스플레이 윈도우에 입사하는 현실 세계 환경으로부터의 광을 디밍함으로써 분산의 전체 광 강도를 디밍했다. 즉, 모든 회절 차수의 광 강도는 감소될 수 있다. 그러나, 원하는 시스루 이미지의 밝기도 그에 따라 감소될 수 있다.
본 개시내용은 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수, 예컨대, 제1 회절 차수(+1번째 회절 차수 및/또는 -1번째 회절 차수)보다 높은 회절 차수와 같은, 가시광(예컨대, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하는 것을 통해 무지개 효과를 감소시키도록 구성된 디바이스를 제공한다. 따라서, 바람직하지 않은 회절 차수는 인식할 수 없거나 눈에 의한 인식력이 낮아질 수 있다. 이 디바이스는 NED에 구현되거나, 광 가이드 디스플레이, 눈 추적 결합기 등의 역할을 하거나, 또는 이에 포함되어, 시스루 뷰에서 레인보우 효과를 감소시키고 시스루 뷰의 이미지 품질을 개선할 수 있다. 이 디바이스는 제1 복굴절 매질층, 및 제1 복굴절 매질층에 광학적으로 결합된 제2 복굴절 매질층을 포함할 수 있다. 제1 복굴절 매질층 내의 제1 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 제2 복굴절 매질층 내의 제2 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 제1 평면 내 피치는 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. "실질적으로 동일한"이라는 용어는 구체적인 구현예에 기반하여 정의될 수 있다. 예를 들어, 2개의 수치 값 사이의 차이가 [-20%, +20%], [-10%, +10%], 또는 [-5%, +5%]와 같이 미리 결정된 범위 내일 때, 2개의 수치 값은 "실질적으로 동일한" 것으로 간주될 수 있다. 제2 수직 피치는 제1 수직 피치보다 작게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 20% 내지 80%일 수 있다. 즉, 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율은 0.2 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.2 내지 0.75, 0.2 내지 0.7, 0.2 내지 0.65, 0.2 내지 0.6, 0.2 내지 0.55, 0.2 내지 0.5, 0.2 내지 0.45, 0.2 내지 0.4, 0.2 내지 0.35, 0.2 내지 0.3, 또는 0.2 내지 0.25의 범위 내일 수 있다. 일부 구현예에서, 비율은 약 0.25 내지 0.3, 0.25 내지 0.35, 0.25 내지 0.4, 0.25 내지 0.45, 0.25 내지 0.5, 0.25 내지 0.55, 0.25 내지 0.6, 0.25 내지 0.65, 0.25 내지 0.7, 또는 0.25 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 구현예에서, 비율은 약 0.3 내지 0.35, 0.3 내지 0.4, 0.3 내지 0.45, 0.3 내지 0.5, 0.3 내지 0.55, 0.3 내지 0.6, 0.3 내지 0.65, 0.3 내지 0.7, 0.3 내지 0.75, 또는 0.3 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 구현예에서, 비율은 약 0.35 내지 0.4, 0.35 내지 0.45, 0.35 내지 0.5, 0.35 내지 0.55, 0.35 내지 0.6, 0.35 내지 0.65, 0.35 내지 0.7, 0.35 내지 0.75, 또는 0.35 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.4 내지 0.45, 0.4 내지 0.5, 0.4 내지 0.55, 0.4 내지 0.6, 0.4 내지 0.65, 0.4 내지 0.7, 0.4 내지 0.75, 또는 0.4 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.45 내지 0.5, 0.45 내지 0.55, 0.45 내지 0.6, 0.45 내지 0.65, 0.45 내지 0.7, 0.45 내지 0.75, 또는 0.45 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.5 내지 0.55, 0.5 내지 0.6, 0.5 내지 0.65, 0.5 내지 0.7, 0.5 내지 0.75, 또는 0.5 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.55 내지 0.6, 0.55 내지 0.65, 0.55 내지 0.7, 0.55 내지 0.75, 또는 0.55 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.6 내지 0.65, 0.6 내지 0.7, 0.6 내지 0.75, 또는 0.6 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.65 내지 0.7, 0.65 내지 0.75, 또는 0.65 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.7 내지 0.75, 또는 0.7 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.75 내지 0.8의 범위 내일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 또는 0.8일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 약 0.25, 0.35, 0.45, 0.55, 0.65, 또는 0.75일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 비율은 약 0.5일 수 있다. 즉, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 절반보다 약간 작거나 약간 크도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 복굴절 매질층의 두께는 제1 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 제2 복굴절 매질층의 두께와 제1 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
제2 복굴절 매질층은 제1 복굴절 매질층에 의해 야기되는 회절을 감소시키도록 구성될 수 있다. 하나의 복굴절 매질층(예컨대, 제1 복굴절 매질층 또는 제2 복굴절 매질층) 또는 복굴절 매질층의 스택(예컨대, 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층의 스택)의 투과성 회절은 다층 간섭의 것과 유사한 거동일 수 있다. 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층의 평면 내 피치 및 수직 피치를 설계함으로써, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)의 경우, 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층의 조합에 의한 회절은 층 간섭의 결과로서, 제1 복굴절 매질층만에 의한 회절과 비교하여 감소될 수 있다. 예를 들어, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)의 경우, 제1 복굴절 매질층 및 제2 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 제1 복굴절 매질층만의 회절 효율과 비교하여 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 복굴절 매질층은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)을 제1 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제1 광은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)의 순방향으로 회절된 부분을 적어도 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 광은 또한 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)의 직접 투과된 부분을 포함할 수 있다. 제1 광은 인식할 수 있는 제1 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 제2 복굴절 매질층은, 제1 복굴절 매질층으로부터 제1 광을 수신하고, 제1 광을 제2 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제2 광은 적어도 제1 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 광은 또한 제1 광의 직접 투과된 부분을 포함할 수 있다. 제2 광은 인식할 수 있는 제2 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 복굴절 매질층은 제1 복굴절 매질층에 의해 야기되는 바람직하지 않은 회절 차수, 예를 들어, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수, 예컨대, 제1 회절 차수(+1번째 회절 차수 및/또는 -1번째 회절 차수)보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인식할 수 있는 회절 차수의 제2 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제1 수보다 작을 수 있다. 따라서, 제1 복굴절 매질층에 의해 야기되는 레인보우 효과는 제2 복굴절 매질층에 의해 감소될 수 있다. 다시 말해서, 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층의 조합에 의해 야기되는 레인보우 효과는 제1 복굴절 매질층만에 의해 야기되는 레인보우 효과보다 약할 수 있다(또는 인식력이 낮을 수 있다).
일부 실시예에서, 제1 복굴절 필름 또는 제2 복굴절 필름 중 적어도 하나(예컨대, 각각)는 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 갖는 복굴절 매질을 포함할 수 있다. "광축"이라는 용어는 결정의 방향을 지칭할 수 있다. 광축 방향으로 전파되는 광은 복굴절(또는 이중 굴절)을 겪지 않을 수 있다. 광축은 단일 라인이 아닌 방향일 수 있으며: 해당 방향에 평행한 광은 복굴절을 겪지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 매질은 중합된 액정("LC"), 중합체-안정화된 LC, 또는 광중합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 매질은 네마틱 LC, 트위스트-벤드 LC, 키랄 네마틱 LC, 또는 스멕틱 LC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 복굴절 필름에 포함된 복굴절 매질의 광축은 또한 복굴절 필름의 광축이라고 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 매질의 광축은 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성되어, 편광 선택적 홀로그램 응답을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 포함하는 복굴절 필름 또는 복굴절 매질은 편광 볼륨 홀로그램("PVH") 또는 PVH 요소를 형성할 수 있다. 레인보우 효과를 감소시키도록 구성된 개시된 디바이스는 또한 다층 PVH 또는 다층 PVH 요소로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스는 제2 복굴절 매질층에 광학적으로 결합된 제3 복굴절 매질층을 더 포함할 수 있다. 제3 복굴절 매질층은 제2 복굴절 매질층으로부터 출사된 제2 광을 수신할 수 있고, 제2 광을 제3 광으로서 적어도 부분적으로 회절시킬 수 있다. 제3 광은 적어도 제2 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 광은 또한 제2 광의 직접 투과된 부분을 포함할 수 있다. 제3 복굴절 매질층은 제1 복굴절 매질층 및 제2 복굴절 매질층에 의한 회절을 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)의 경우, 제1 복굴절 매질층 내지 제3 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층만의 조합의 회절 효율과 비교하여 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질층은 제2 복굴절 매질층으로부터 출사된 제2 광의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다.
제3 복굴절 매질층 내의 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 평면 내 피치는 제3 평면 내 피치와 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 수직 피치는 제1 수직 피치보다 작게 구성될 수 있다. 제3 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율은 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율과 관련하여 위에서 논의된 범위 또는 수(예컨대, 0.2 내지 0.8)와 유사하게, 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있다. 일 실시예에서, 제3 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 수직 피치는 제2 수직 피치와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 수직 피치는 제2 수직 피치보다 작을 수 있다. 제3 수직 피치와 제2 수직 피치 간의 비율은 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율과 관련하여 위에서 논의된 범위 또는 수와 유사하게, 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제3 수직 피치는 제2 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 평면 내 피치는 제2 평면 내 피치 및 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질층의 두께는 제1 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 얇게 구성될 수 있다. 제3 복굴절 매질층의 두께와 제1 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질층의 두께는 제2 복굴절 매질층의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질층의 두께는 제2 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 예를 들어, 제3 복굴절 매질층의 두께는 제2 복굴절 매질층의 두께의 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50%일 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스는 제3 복굴절 매질층에 광학적으로 결합된 제4 복굴절 매질층을 더 포함할 수 있다. 제4 복굴절 매질층은 제3 복굴절 매질층으로부터 출사된 제3 광을 수신할 수 있고, 제3 광을 제4 광으로서 적어도 부분적으로 회절시킬 수 있다. 제4 광은 적어도 제3 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 광은 또한 제3 광의 직접 투과된 부분을 포함할 수 있다. 제4 복굴절 매질층은 제1 복굴절 매질층 내지 제3 복굴절 매질층에 의한 회절을 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(예컨대, 백색광)의 경우, 제1 복굴절 매질층 내지 제4 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 제1 복굴절 매질층 내지 제3 복굴절 매질층만의 조합의 회절 효율과 비교하여 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 복굴절 매질층은 제3 복굴절 매질층으로부터 출사된 광의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 제4 복굴절 매질층 내의 제4 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제4 평면 내 피치 및 제4 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 평면 내 피치는 제4 평면 내 피치와 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 평면 내 피치는 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 평면 내 피치, 제3 평면 내 피치, 제2 평면 내 피치, 및 제1 평면 내 피치는 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 실시예에서, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치보다 작게 구성될 수 있다. 제4 수직 피치와 제3 수직 피치 간의 비율은 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율과 관련하여 위에서 논의된 범위 또는 수(예컨대, 0.2 내지 0.8)와 유사하게, 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율은 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율과 관련하여 위에서 논의된 범위 또는 수(예컨대, 0.2 내지 0.8)와 유사하게, 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있다.
일부 실시예에서, 제4 복굴절 매질층의 두께는 제3 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 얇게 구성될 수 있다. 제4 복굴절 매질층의 두께와 제3 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 평면 내 피치는 제3 평면 내 피치와 실질적으로 동일하거나 상이하게 구성될 수 있고, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치 또는 제1 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이하게 구성될 수 있다. 제3 복굴절 매질층 및 제4 복굴절 매질층 각각은 PVH 또는 PVH 요소일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 수직 피치는 제2 수직 피치와 동일할 수 있고, 제1 수직 피치는 제3 수직 피치와 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 20% 내지 80%일 수 있고, 제3 수직 피치는 제2 수직 피치의 약 20% 내지 80%일 수 있고, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치의 약 20% 내지 80%일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 50%일 수 있고, 제3 수직 피치는 제2 수직 피치의 약 50%일 수 있고, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치의 약 50%일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 수직 피치, 제3 수직 피치, 및 제4 수직 피치는 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 동일한 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 50%일 수 있다.
다음의 설명에서, 예시적인 목적으로 PVH를 포함하는 편광 선택 격자는, 예컨대, 시스루 이미지에서 레인보우 효과를 줄이기 위한 예로서 사용될 수 있다. PVH는 편광 선택 요소의 한 유형이다. 일부 실시예에서, PVH를 포함하는 편광 선택 격자에 대해 본원에 기술된 동일하거나 유사한 설계 원리에 따라, 예컨대, 시스루 이미지에서 레인보우 효과를 감소시키기 위해 다른 적합한 편광 선택 요소가 또한 사용되고 구성될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 제1 편광 선택 요소 및 제1 편광 선택 요소에 광학적으로 결합된 제2 편광 선택 요소를 포함할 수 있다. 제1 편광 선택 요소 또는 제2 편광 선택 요소 중 적어도 하나(예컨대, 각각)는, 서브 파장 구조, 액정, 또는 광굴절 홀로그램 재료 중 적어도 하나를 포함하는 편광 선택 격자 또는 홀로그램 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 선택 요소 내의 서브 파장 구조 또는 광학 이방성 분자는 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 배향으로 구성될 수 있다. 제2 편광 선택 요소 내의 서브 파장 구조 또는 광학 이방성 분자는 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 배향으로 구성될 수 있다. 제1 평면 내 피치는 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 수직 피치는 제1 수직 피치보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율은 전술한 바와 같이 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제2 수직 피치는 제1 복굴절 필름의 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 편광 선택 요소의 두께는 제1 편광 선택 요소의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 제2 편광 선택 요소의 두께와 제1 편광 선택 요소의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
도 1a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 PVH와 같은 편광 선택 광학 요소(100)의 개략적인 3차원("3D") 뷰를 도시한 것이다. 논의를 위해, 복굴절 광학 요소의 예로 PVH를 사용하고, 복굴절 광학 요소(100)는 PVH(100)로 지칭될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 입사 광빔(102)은 -z축을 따라 PVH(100) 상에 입사될 수 있다. PVH(100)는 층(또는 필름, 플레이트) 형태의 복굴절 매질을 포함할 수 있다. 이 층은 또한 복굴절 필름이라고 지칭되기도 한다. 복굴절 필름은 PVH(100)의 광학 기능을 제공하기 위해 3차원("3D") 배향 패턴으로 구성된 광학 이방성 분자를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, PVH(100)는 국부적으로 제어될 수 있는 고유 배향 순서를 갖는 광학 이방성 분자를 포함하는 복굴절 재료를 기반으로 제조될 수 있다. 복굴절 재료는 키랄성(chirality)을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 재료의 키랄성은 호스트 복굴절 재료에 도핑된 키랄 도펀트에 의해 도입될 수 있고, 예컨대, 아키랄 네마틱 액정("LC")에 도핑된 키랄 도펀트에 의해 도입되거나, 아키랄 반응성 메소겐("RM")에 도핑된 키랄 RM에 의해 도입될 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 재료의 키랄성은 고유한 분자 키랄성과 같은 복굴절 재료의 특성일 수 있다. 예를 들어, 복굴절 재료는 키랄 액정 분자를 포함할 수 있거나, 복굴절 재료는 하나 이상의 키랄 관능기를 갖는 분자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 키랄성을 갖는 복굴절 재료는 트위스트-벤드 네마틱 LC(또는 트위스트-벤드 네마틱 상의 LC)를 포함할 수 있으며, 여기서 액정("LC") 방향자는, 반대 방향(opposite handednesses)의 이중 퇴화 도메인(doubly degenerate domains)을 가진 원추형 나선을 형성하는 주기적인 트위스트 및 벤드 변형을 나타낼 수 있다. 트위스트 벤드 네마틱 LC의 LC 방향자는 나선형 축에 대해 틸팅될 수 있다. 따라서, 트위스트-벤드 네마틱 상은, LC 방향자가 나선형 축에 대해 직교하는 종래의 네마틱 상의 일반화된 경우로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, PVH(100)는 편광된 광 조사를 받을 때 유도(예컨대, 광 유도) 광학 이방성 및 유도(예컨대, 광 유도) 로컬 광축 배향을 생성할 수 있는 비정질 중합체, 액정("LC") 중합체 등과 같은 감광성 중합체를 기반으로 제조될 수 있다. 편광된 광 조사를 받을 경우, 감광성 중합체의 광화학 반응 효율은 광 유도 배향을 초래하는 여기 광빔의 편광에 따라 달라질 수 있다. 반대 방향을 갖는 두 개의 간섭성 원형 편광된 광빔에 의해 형성된 편광 간섭에 노출되는 경우, 3D 편광 필드는 감광성 중합체의 볼륨에 기록될 수 있다. 본원에 기술된 PVH 또는 PVH 요소는 또한 홀로그램 간섭, 레이저 직접 기록, 및 다양한 다른 형태의 리소그래피와 같은 다양한 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 "홀로그램"은 홀로그램 간섭 또는 "홀로그래피"에 의한 생성에 국한되지는 않는다.
도 1b 내지 도 1d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 PVH(100)의 복굴절 필름에 포함된 광학 이방성 분자의 3D 배향 패턴의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1e 내지 도 1g는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따라 도 1b 내지 도 1d에 도시된 복굴절 필름의 제1 표면 또는 제2 표면 중 적어도 하나에 매우 근접하게(이에 위치한 것을 포함함) 위치하는 광학 이방성 분자의 주기적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 논의를 위해, LC 분자를 복굴절 필름의 광학 이방성 분자의 예로 사용한다. 도 1b 내지 도 1g의 각각의 LC 분자는 세로 방향(또는 길이 방향) 및 가로 방향(또는 폭 방향)을 갖는 것으로 도시된다. LC 분자의 세로 방향은 LC 분자의 방향자 또는 LC 방향자라고 지칭된다.
도 1b는 PVH(100)의 복굴절 필름(115)에 포함된 LC 분자(112)의 3D 배향 패턴의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 복굴절 필름(115)은 제1 표면(115-1) 및 제1 표면(115-1)과 마주하는 제2 표면(115-2)을 가질 수 있다. 복굴절 필름(115)은 예시를 위해 평면으로 도시되어 있으나, 복굴절 필름(115)은 비평면 형태(예컨대, 곡면 형태)를 가질 수 있다. 복굴절 필름(115)의 볼륨에서, LC 분자(112)는 복수의 나선형 축(118) 및 나선형 피치(Ph)를 갖는 복수의 나선형 구조(117)로 배열될 수 있다. 나선형 축(118)을 따라 동일한 나선형 구조(117)에 포함된 LC 분자(112)의 방향자는 공간적으로 나선형 축(118)을 중심으로 미리 결정된 회전 방향(예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 연속적으로 회전할 수 있다. 따라서, 나선형 구조(117)는 우측 방향 또는 좌측 방향과 같은 방향을 나타낼 수 있다. 나선형 피치(Ph)는 LC 방향자(또는 LC 분자의 방위각)가 360°회전하는 나선형 축(118)을 따른 거리로 정의된다. LC 분자(112)의 방위각은 복굴절 필름(115)의 표면과 평행한 평면의 방향(예컨대, +x축 방향)과 LC 방향자 간의 각도로 정의된다.
도 1b에 도시된 실시예에서, 나선형 구조(117)의 나선형 축(118)은 서로 평행할 수 있다. 나선형 축(118)은 복굴절 필름(115)의 제1 표면(115-1) 및/또는 제2 표면(115-2)에 실질적으로 수직인 방향을 가질 수 있다. 다시 말해서, 나선형 구조(117)의 나선형 축(118)은 복굴절 필름(115)의 두께 방향(예컨대, z축 방향)을 따르는 방향을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, LC 분자(112)는 실질적으로 작은 프리틸트각(0도 프리틸트각을 포함함)을 갖도록 정렬될 수 있고, LC 분자(112)의 LC 방향자는 나선형 축(118)에 실질적으로 직교하는 것으로 간주될 수 있다. 복굴절 필름(115)(또는 복굴절 필름(115)을 포함하는 PVH(100))은, LC 방향자가 180°회전하는 복굴절 필름(115)의 두께 방향을 따르는 거리로 정의되는 수직 피치(PV)를 가질 수 있다. 도 1b에 도시된 수직 피치(PV)는 나선형 피치(Ph)의 절반일 수 있다.
일부 실시예에서, 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에 위치한 또는 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)는 그 표면을 따라(또는 그 표면과 평행한 평면에서) 미리 결정된 방향(예컨대, x축 방향)으로 연속적으로 회전하는 LC 방향자로 구성될 수 있다. LC 디렉터의 연속적인 회전은 균일한(예컨대, 동일한) 평면 내 피치(Pin)를 갖는 주기적인 회전 패턴을 형성할 수 있다. 미리 결정된 방향은 복굴절 필름(115)의 표면을 따르는(또는 표면과 평행한 평면의) 임의의 적합한 방향일 수 있다. 예시를 위해, 도 1b에서는 미리 결정된 방향이 x축 방향인 것으로 도시하였다. 미리 결정된 방향은 평면 내 방향이라고 지칭될 수 있으며, 평면 내 방향을 따르는 피치(Pin)는 평면 내 피치 또는 수평 피치라고 지칭될 수 있다. 균일한(또는 동일한) 평면 내 피치(Pin)를 갖는 패턴은 주기적인 LC 방향자 평면 내 배향 패턴이라고 지칭될 수 있다.
도 1e는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에 위치한 또는 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)의 방향자(도 1e에서 화살표(188)로 표시됨)의 주기적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 평면 내 피치(Pin)는 LC 방향자가 180°회전하는 평면 내 방향(예컨대, x축 방향)을 따르는 거리로 정의된다. 다시 말해서, 복굴절 필름(115)의 표면과 실질적으로 인접한 영역에서, 복굴절 필름(115)의 로컬 광축 배향은 균일한(또는 동일한) 평면 내 피치(Pin)를 갖는 패턴에 따라 평면 내 방향(예컨대, x축 방향)에서 주기적으로 변화할 수 있다. 또한, 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에서, LC 분자(112)의 방향자는 미리 결정된 회전 방향으로, 예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 따라서, 복굴절 필름(115)의 표면에서 LC 분자(112)의 방향자의 회전은 우측 방향 또는 좌측 방향과 같은 방향을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 필름(115)의 주기적인 LC 방향자 평면 내 배향 패턴 또는 주기적인 로컬 광축 배향 패턴은 홀로그래피 기술과 같은 다양한 기술을 사용하여 기록 매체 또는 정렬 표면을 패터닝함으로써 획득될 수 있다. 도 1e에 도시된 실시예에서, 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에서, LC 분자(112)의 방향자는 시계 방향으로 회전할 수 있다. 따라서, 복굴절 필름(115)의 표면에서 LC 분자(112)의 방향자의 회전은 좌측 방향을 나타낼 수 있다.
도 1f는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에 위치한 또는 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)의 방향자(도 1f에서 화살표(188)로 표시됨)의 주기적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1f에 도시된 실시예에서, 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에서, LC 분자(112)의 방향자는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 따라서, 복굴절 필름(115)의 표면에서 LC 분자(112)의 방향자의 회전은 우측 방향을 나타낼 수 있다. 도 1e에 도시된 복굴절 필름(115)의 표면에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)의 방향자 및 도 1f에 도시된 복굴절 필름(115)의 표면에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)의 방향자는 미러 대칭 배향 패턴일 수 있다.
도 1g는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에 위치한 또는 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)의 방향자(도 1g에서 화살표(188)로 표시됨)의 주기적인 평면 내 배향 패턴의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 주목할 것은 도 1g에서 일부 방향자만이 화살표(188)로 표시되어 있다는 것이다. 예시의 단순화를 위해 화살표는 모든 방향자에 대해 표시되지는 않는다. 도 1g에 도시된 실시예에서, 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에서, LC 분자(112)의 방향자가 시계 방향으로 회전할 수 있는 도메인(도메인 DL라고 지칭됨) 및 LC 분자(112)의 방향자가 반시계 방향으로 회전할 수 있는 도메인(도메인 DR로 지칭됨)은 x축과 y축 방향 모두에서 교대로 배열될 수 있다. 도메인 DL 및 도메인 DR은 점선 사각형에 의해 개략적으로 둘러싸여 있다. 일부 실시예에서, 도메인 DL 및 도메인 DR는 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 각 도메인의 폭은 평면 내 피치(Pin)의 값과 실질적으로 동일할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서, 도메인 DL 및 도메인 DR은 복굴절 필름(115)의 표면(예컨대, 제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)을 따라 적어도 하나의 방향으로 교대로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 각 도메인의 폭은 평면 내 피치(Pin)의 값의 정수배일 수 있다. 일부 실시예에서, 도메인 DL과 도메인 DR은 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
다시 도 1b를 참조하면, 복굴절 필름(115)의 볼륨에서, LC 분자(112)는 복수의 나선형 축(118) 및 나선형 축을 따른 나선형 피치(Ph)를 갖는 복수의 나선형 구조(117)로 배열될 수 있다. 단일 나선형 구조(117)를 따라 배열된 LC 분자(112)의 방위각은 나선형 축(118)을 중심으로 미리 결정된 회전 방향으로, 예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 연속적으로 변화할 수 있다. 다시 말해서, 단일 나선형 구조(117)를 따라 배열된 LC 분자(112)의 LC 방향자는 나선형 축(118)을 중심으로 미리 결정된 회전 방향으로 연속적으로 회전하여 방위각을 연속적으로 변경시킬 수 있다. 따라서, 나선형 구조(117)는 우측 방향 또는 좌측 방향과 같은 방향을 나타낼 수 있다. 나선형 피치(Ph)는 LC 방향자가 나선형 축(118)을 중심으로 360°회전하거나 LC 분자의 방위각이 360°변화하는 나선형 축(118)을 따르는 거리로 정의될 수 있다.
도 1b에 도시된 실시예에서, 나선형 축(118)은 복굴절 매질층(115)의 제1 표면(115-1) 및/또는 제2 표면(115-2)에 실질적으로 수직할 수 있다. 다시 말해서, 나선형 구조(117)의 나선형 축(118)은 복굴절 매질층(115)의 두께 방향(예컨대, z축 방향)에 있을 수 있다. 즉, LC 분자(112)는 실질적으로 작은 틸트각(0도 틸트각을 포함함)을 가질 수 있고, LC 분자(112)의 LC 방향자는 나선형 축(118)에 실질적으로 직교할 수 있다. 복굴절 매질층(115)(또는 복굴절 매질층(115)을 포함하는 PVH(100))은 수직 피치(PV)를 가질 수 있으며, 이는 LC 분자(112)의 LC 방향자가 나선형 축(118)을 중심으로 180°회전하는(또는 LC 방향자의 방위각이 180°만큼 변화하는) 복굴절 매질층(115)의 두께 방향을 따르는 거리로 정의될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 동일한 배향(예컨대, 동일한 틸트각 및 방위각)을 갖는 복수의 나선형 구조(117)로부터의 LC 분자(112)는 복굴절 매질층(115)의 볼륨 내에 주기적으로 분포된 제1 시리즈의 경사지고 평행한 굴절률 평면(114)을 형성할 수 있다. 라벨링되지는 않았지만, 제1 동일한 배향과 다른 제2 동일한 배향(예컨대, 동일한 틸트각 및 방위각)을 갖는 LC 분자(112)는 복굴절 매질층(115)의 볼륨 내에 주기적으로 분포된 제2 시리즈의 경사지고 평행한 굴절률 평면을 형성할 수 있다. 서로 다른 배향을 갖는 LC 분자(112)에 의해 서로 다른 시리즈의 경사지고 평행한 굴절률 평면이 형성될 수 있다. 동일한 시리즈의 평행하고 주기적으로 분포된 경사진 굴절률 평면(114)에서, LC 분자(112)는 동일한 배향을 가질 수 있고 굴절률은 동일할 수 있다. 서로 다른 시리즈의 경사진 굴절률 평면은 서로 다른 굴절률에 해당할 수 있다. 경사진 굴절률 평면의 수(또는 복굴절 필름의 두께)가 충분한 값으로 증가할 경우, 볼륨 격자의 원리에 따른 브래그 회절이 수립될 수 있다. 따라서, 경사지고 주기적으로 분포된 굴절률 평면(114)은 또한 브래그 평면(114)으로 지칭될 수도 있다. 따라서, 복굴절 매질층(115) 내에는 서로 다른 시리즈의 브래그 평면이 존재한다.
동일한 시리즈의 인접한 브래그 평면(114) 사이의 거리(또는 주기)는 브래그 주기(PB)라고 지칭될 수 있다. 복굴절 매질층(115)의 볼륨(또는 PVH(100)의 볼륨) 내에 형성된 서로 다른 시리즈의 브래그 평면은 복굴절 매질층(115)의 볼륨 내에 주기적으로 분포된 가변 굴절률 프로파일을 생성할 수 있다. 복굴절 매질층(115)(또는 PVH(100))은 브래그 회절을 통해 브래그 조건을 충족하는 입력광을 회절시킬 수 있다. 복굴절 매질층(115)을 포함하는 PVH(100)의 경사각 α는 α=90°-β로 정의될 수 있으며, 여기서 β=arctan(PV/PX)이다. 즉, 경사각은 수직 피치와 수평 평면 내 피치의 함수일 수 있다. 구체적으로, 경사각은 수직 피치와 수평 평면 내 피치 간의 비율의 함수일 수 있다. 일부 실시예에서, 틸트각 0°<α< 45°를 갖는 도 1b에 도시된 복굴절 매질층(115)을 포함하는 PVH(100)는 투과형 PVH로서 기능할 수 있다.
도 1c는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 복굴절 매질층(135)에 포함된 LC 분자(132)의 3D 배향 패턴의 일부를 도시한 것이다. 도 1b 및 도 1e 내지 도 1g에 도시된 복굴절 매질층(115)의 표면(제1 표면(115-1) 또는 제2 표면(115-2) 중 적어도 하나)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)와 유사하게, 복굴절 매질층(135)의 표면(제1 표면(135-1) 또는 제2 표면(135-2) 중 적어도 하나)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(132)는 해당 표면에서 또는 해당 표면과 평행한 평면에서 미리 결정된 평면 내 방향(예컨대, x축 방향)을 따라 미리 결정된 회전 방향(예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 연속적이고 주기적으로 회전하는 LC 방향자로 구성될 수 있다. 즉, LC 방향자의 배향은 표면을 따라 또는 표면과 평행한 평면을 따라 미리 결정된 평면 내 방향(예컨대, x축 방향)으로 연속적이고 주기적으로 변화할 수 있다. 연속적인 회전은 평면 내 피치(Px)를 갖는 평면 내 회전 패턴을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 평면 내 피치(Px)는 균일(또는 동일)할 수 있다. LC 분자는 도 1b에 도시된 브래그 평면(114)과 유사한 복수의 브래그 평면(134)을 형성할 수 있다. 도 1e 내지 도 1g는 복굴절 매질층(135)의 표면(예컨대, 135-1 또는 135-2)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(132)의 LC 방향자의 주기적인 평면 내 회전 패턴을 도시한 것이다.
도 1c에 도시된 실시예에서, 나선형 구조(137)의 나선형 축(138)은 복굴절 매질층(135)의 제1 표면(135-1) 및/또는 제2 표면(135-2)에 대해(또는 복굴절 매질층(135)의 두께 방향에 대해) 틸팅될 수 있다. 예를 들어, 나선형 구조(137)의 나선형 축(138)은 복굴절 매질층(135)의 제1 표면(135-1) 및/또는 제2 표면(135-2)에 대해 예각 또는 둔각을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, LC 분자(132)의 LC 방향자는 나선형 축(138)에 실질적으로 직교할 수 있다(즉, 틸트각은 실질적으로 0도일 수 있다). 일부 실시예에서, LC 분자(132)의 LC 방향자는 나선형 축(138)에 대해 예각으로 틸팅될 수 있다. 복굴절 매질층(135)(또는 복굴절 매질층(135)을 포함하는 PVH(100))은 수직 주기성(또는 피치)(Pv)을 가질 수 있다. 복굴절 매질층(135)을 포함하는 PVH(100)의 경사각 α는 α=90°-β로 정의될 수 있으며, 여기서 β=arctan(PV/PX)이다. 일부 실시예에서, 틸트각 45°<α< 90°를 갖는 도 1c에 도시된 복굴절 매질층(135)을 포함하는 PVH(100)는 반사형 PVH로서 기능할 수 있다.
도 1d는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 복굴절 매질층(155)에 포함된 LC 분자(152)의 개략적인 3D 배향 패턴의 일부를 도시한 것이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 복굴절 매질층(155)은 제1 표면(155-1) 및 제1 표면(155-1)과 마주하는 제2 표면(155-2)을 포함할 수 있다. 도 1b 및 도 1e 내지 도 1g에 도시된 복굴절 매질층(115)의 표면에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(112)와 유사하게, 복굴절 매질층(155)의 표면(제1 표면(155-1) 또는 제2 표면(155-2) 중 적어도 하나)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(152)는 해당 표면에서 또는 해당 표면과 평행한 평면에서 미리 결정된 평면 내 방향(예컨대, x축 방향)을 따라 미리 결정된 회전 방향(예컨대, 시계 방향)으로 연속적으로 회전하는 LC 방향자로 구성될 수 있다. 연속적인 회전은 평면 내 피치(Pin)(본 예에서는 Px임)를 갖는 주기적인 평면 내 회전 패턴을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 평면 내 피치(Pin)는 일정(예컨대, 동일)하거나 미리 결정된 평면 내 방향(예컨대, x축 방향)으로 변화할 수 있다. 도 1e 내지 도 1g는 또한 복굴절 매질층(155)의 표면(예컨대, 155-1 또는 155-2)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자(152)의 LC 방향자의 주기적인 평면 내 회전 패턴을 도시한 것이다.
도 1d를 다시 참조하면, 복굴절 매질층(155)의 볼륨에서, LC 분자(152)는 도 1b에 도시된 구성과 유사하게, 복수의 시리즈의 경사지고 주기적인 굴절률 평면(또는 브래그 평면)(154)으로 배열될 수 있다. 복굴절 매질층(155)(또는 복굴절 매질층(155)을 포함하는 PVH(100))은 또한 복굴절 매질층(155)의 두께 방향으로 수직 주기성(또는 피치)(Pv)을 가질 수 있다. 복굴절 매질층(155)을 포함하는 PVH(100)의 경사각 α는 α=90°-β로 정의될 수 있으며, 여기서 β=arctan(PV/PX)이다. 일부 실시예에서, 0°<α< 45°의 경사각을 갖는 도 1d에 도시된 복굴절 매질층(155)을 포함하는 PVH(100)는 투과형 PVH로서 기능할 수 있다.
도 1e 내지 도 1g에 도시된 복굴절 매질층의 표면(또는 복굴절 매질층의 표면에서 복굴절 매질층의 주기적인 로컬 광축 배향)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자의 방향자의 주기적인 평면 내 회전 패턴은 단지 예시를 위한 것일 뿐이며, 본 개시내용의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 도시되지는 않았지만, 복굴절 매질층의 표면(또는 복굴절 매질층의 표면에서 복굴절 매질층의 로컬 광축 배향)에 위치하거나 이에 매우 근접하게 위치한 LC 분자의 방향자는 적어도 하나의 평면 내 방향으로, 예컨대, 반경 방향으로, 변화하는 피치를 갖는 평면 내 배향 패턴을 갖도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, PVH(100)는 미리 결정된 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 주로(또는 실질적으로) 회절시키고, 미리 결정된 방향에 반대되는 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 (예컨대, 무시할 수 있는 회절로) 주로(또는 실질적으로) 투과시키도록 구성될 수 있다. PVH(100)는 미리 결정된 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 투과시키되, 미리 결정된 방향에 반대되는 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)보다 훨씬 작은 광투과율로 투과시킬 수 있는 것으로 이해된다. PVH(100)는 미리 결정된 방향에 반대되는 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 회절시키되, 미리 결정된 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)보다 훨씬 작은 회절 효율로 회절시킬 수 있다. 비편광된 광 또는 선형 편광된 광은 방향이 반대인 2개의 원형 편광된 성분(예컨대, 제1 성분 및 제2 성분)으로 분해될 수 있다. 따라서, 제1 성분은 PVH(100)에 의해 주로 회절될 수 있고, 제2 성분은 PVH(100)에 의해 (예컨대, 무시할 수 있는 회절로) 주로 투과될 수 있다. PVH(100)는 미리 결정된 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 주로 순방향 또는 역방향으로 회절시키도록 구성될 수 있다. PVH(100)가 미리 결정된 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 주로 순방향으로 회절시키도록 구성되는 경우, PVH(100)는 투과형 PVH(100)로 지칭될 수 있다. PVH(100)가 미리 결정된 방향을 갖는 원형 편광된 광(또는 타원 편광된 광)을 주로 역방향으로 회절시키도록 구성되는 경우, PVH(100)는 반사형 PVH(100)로 지칭될 수 있다.
도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 투과형 PVH(200)의 회절 차수를 도시한 것이다. 투과형 PVH(200)는 미리 결정된 방향(예컨대, LC 방향자 평면에서의 LC 방향자의 회전의 방향 또는 PVH(200)의 나선형 구조의 방향과 동일한 방향)을 갖는 원형 편광된 광빔(또는 타원 편광된 광빔)을 회절된 광빔(예컨대, 1차 회절된 광빔)으로 주로 순방향으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 투과형 PVH(200)는 미리 결정된 방향과 반대되는 방향(예컨대, LC 방향자 평면에서의 LC 방향자의 회전의 방향 또는 PVH(200)의 나선형 구조의 방향과 반대되는 방향)을 갖는 원형 편광된 광빔을 투과된 광빔(0차 광빔)으로 주로 투과(예컨대, 무시할 수 있는 회절로)할 수 있다. 일부 실시예에서, PVH(200)로부터 출사되는 회절된 광빔은 투과형 PVH(200)에 의해 방향이 반전된 원형 편광된 광빔일 수 있다. 일부 실시예에서, 투과된 광빔은 투과형 PVH(200)에 의해 실질적으로 유지되는 방향을 갖는 원형 편광된 광빔일 수 있다. 따라서, 투과형 PVH(200)는 회절 외에도 광빔에 대한 편광 변환을 제공할 수 있다. 논의의 목적을 위해, 도 2a는 PVH(200)가 우측 방향의 투과형 PVH임을 도시하며, 이러한 PVH는, RHCP 광빔(230)을 LHCP 광빔(240)으로서 주로 순방향으로 회절시키고, LHCP 광빔(235)을 LHCP 광빔(245)으로서 0차 광빔으로 주로 투과(예컨대, 무시할 수 있는 회절로)시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 회절된 광빔은 타원 편광된 광빔 또는 선형 편광된 광빔일 수 있다. 일부 실시예에서, 투과된 광빔은 타원 편광된 광빔 또는 선형 편광된 광빔일 수 있다.
도 2b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반사형 PVH(250)의 회절 차수를 도시한 것이다. 반사형 PVH(250)는, 미리 결정된 방향(예컨대, PVH(250)의 나선형 구조의 방향과 동일한 방향)을 갖는 원형 편광된 광빔(또는 타원 편광된 광빔)을 회절된 광빔(예컨대, 1차 회절된 광빔)으로 주로 후방으로 회절시키고, 미리 결정된 방향과 반대되는 방향(예컨대, PVH에서 나선형 구조의 방향과 반대되는 방향)을 갖는 원형 편광된 광빔을 투과된 광빔(0차 광빔)으로 주로 투과(예컨대, 무시할 수 있는 회절로)시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 회절된 광빔은 반사형 PVH(250)에 의해 실질적으로 유지되는 방향을 갖는 원형 편광된 광빔일 수 있다. 일부 실시예에서, 투과된 광빔은 반사형 PVH(250)에 의해 실질적으로 유지되는 방향을 갖는 원형 편광된 광빔일 수 있다. 논의의 목적을 위해, 도 2b는 PVH(250)가 우측 방향의 반사형 PVH임을 도시하며, 이러한 PVH는, RHCP 광빔(230)을 RHCP 광빔(260)으로서 주로 후방으로 회절시키고, LHCP 광빔(235)을 LHCP 광빔(265)으로서 0차 광빔으로 주로 투과(예컨대, 무시할 수 있는 회절로)시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 반사형 PVH(250)는 회절된 광빔 및/또는 투과된 광빔의 편광을 변경시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 회절된 광빔은 타원 편광된 광빔 또는 선형 편광된 광빔일 수 있다. 일부 실시예에서, 투과된 광빔은 타원 편광된 광빔 또는 선형 편광된 광빔일 수 있다.
도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제(또는 회절 아티팩트를 억제)하기 위한 광학 디바이스(또는 광학 요소)(300)의 개략도를 도시한 것이다. 광학 디바이스(300)는 복수의 복굴절 매질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 광학 디바이스(300)는 다층 PVH일 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(300)는 함께 적층된 복수의 PVH, 예컨대, 제1 PVH(305) 및 제2 PVH(310)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 PVH(305)와 제2 PVH(310) 중 적어도 하나(예컨대, 각각)는 복굴절 필름(또는 복굴절 매질층)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 필름은 중합된(또는 가교된) 액정("LC"), 중합체-안정화된 LC, 광중합체(예컨대, 비정질 중합체, 액정("LC") 중합체 등), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. LC는 네마틱 LC, 트위스트-벤드 LC, 키랄 네마틱 LC, 스멕틱 LC, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 복굴절 필름의 광학 이방성 분자는 수직 피치(Pv)(예컨대, 두께 방향의 피치) 및 평면 내 피치(Pin)(예컨대, x-y 평면 방향의 피치)를 갖는 적합한 3D 배향 패턴(예를 들어, 도 1b, 도 1c, 또는 도 1d에 도시된 것)으로 배열될 수 있다. 제1 PVH(305) 및 제2 PVH(310)의 볼륨 내의 브래그 평면은 각각의 PVH 내의 경사 라인으로 개략적으로 표시된다.
도 3a에 도시된 실시예에서, 제1 PVH(305)는 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고(이는 1차 PVH 층(305)으로 지칭될 수 있음), 제2 PVH(310)는 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다(이는 2차 PVH 층(310)으로 지칭될 수 있음). 2차 PVH 층(310)의 두께는 1차 PVH 층(305)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(310)의 두께는 1차 PVH 층(305) 두께의 미리 결정된 백분율보다 작을 수 있다. 2차 PVH 층(310)의 두께와 1차 PVH 층(305)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305)과 2차 PVH 층(310)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(310)의 수직 피치(Pv)(또는 제2 수직 피치)는 1차 PVH 층(305)의 수직 피치(Pv)(또는 제1 수직 피치)보다 작게 구성될 수 있다. 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율은 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있으며, 예컨대, 위에서 논의된 바와 같이 0.2 내지 0.8의 범위 내의 임의의 서브 범위 또는 임의의 수일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있다. PVH의 경사각 α는 α=90°-β로 정의되며, 여기서 β=arctan(PV/Pin)이다. 1차 PVH 층(305)의 경사각 α는 2차 PVH 층(310)의 경사각 α보다 작게 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)은 모두 동일한 유형의 PVH, 예컨대, 반사형 PVH 또는 투과형 PVH를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)은 상이한 유형의 PVH를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차 PVH 층(305)과 2차 PVH 층(310) 중 하나는 반사형 PVH를 포함하고, 다른 하나는 투과형 PVH를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)은 동일한 편광 선택성을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)은 제1 방향을 갖는 편광된 광을 회절시키고, 제1 방향과 반대되는 제2 방향을 갖는 편광된 광을 무시할 수 있는 회절로 투과시키도록 구성될 수 있다.
광(302)(예컨대, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광)이 1차 PVH 층(305)에 입사할 경우, 1차 PVH 층(305)은 광(302)의 적어도 일부를 상이한 회절 차수로 회절시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)이 반대 방향을 갖는 2개의 원형 편광된 성분으로 분해될 수 있는 비편광된 광(또는 선형 편광된 광)인 경우, 1차 PVH 층(305)은, 제1 방향을 갖는 하나의 원형 편광된 성분을 상이한 회절 차수로 실질적으로 회절시키고, 제2 방향을 갖는 다른 원형 편광된 성분을 실질적으로 투과시키도록 구성될 수 있다. 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)이 제1 방향을 갖는 원형 편광된 광인 경우, 1차 PVH 층(305)은 제1 방향을 갖는 원형 편광된 광을 상이한 회절 차수로 실질적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 회절 각도가 파장 의존적이기 때문에, 1차 PVH 층(305)은 레인보우 효과로 가시 다색광(302)을 회절시킬 수 있어서, 1차 PVH 층(305)을 통해 보이는 현실 세계 이미지에서 다색 눈부심을 유발할 수 있다. 2차 PVH 층(310)은 1차 PVH 층(305)에 의해 야기되는 가시 다색광(302)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(305)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다. 예를 들어, 회절 차수가 낮을수록 레인보우 효과는 낮아질 수 있고(또는 인식력은 낮아질 수 있고) 반면 회절 차수가 높아질수록 레인보우 효과는 강해질 수 있다(또는 인식력은 높아질 수 있다). 2차 PVH 층(310)은 1차 PVH 층(305)에 의해 야기되는 가시 다색광(302)의 높은 회절 차수, 예컨대, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 1차 PVH 층(305)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)을 제1 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제1 광은 인식할 수 있는 제1 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(310)은, 1차 PVH 층(305)으로부터 제1 광을 수신하고, 제1 광을 제2 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제2 광은 인식할 수 있는 제2 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(310)은, 1차 PVH 층(305)에 의해 야기되는 바람직하지 않은 회절 차수, 예를 들어, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수, 예컨대, 제1 회절 차수(+1번째 회절 차수 및/또는 -1번째 회절 차수)보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인식할 수 있는 회절 차수의 제2 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제1 수보다 작을 수 있다. 따라서, 1차 PVH 층(305)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 2차 PVH 층(310)에 의해 감소될 수 있다. 다시 말해서, 1차 PVH 층(305)와 2차 PVH 층(310)의 조합에 의해 야기되는 레인보우 효과는 1차 PVH 층(305)만에 의해서만 야기되는 레인보우 효과보다 약할 수 있다(또는 인식력이 낮을 수 있다).
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305)과 2차 PVH 층(310)의 각각은 제각기의 복굴절 및 제각기의 키랄성을 갖는 복굴절 매질을 포함할 수 있다. PVH의 수직 피치(PV)는 복굴절 매질의 키랄성에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 매질의 키랄성은 유도된 키랄성일 수 있다. 예를 들어, 복굴절 매질은 호스트 복굴절 재료 및 호스트 복굴절 재료에 미리 결정된 농도로 도핑된 키랄 도펀트를 포함할 수 있다. 키랄성은 호스트 복굴절 재료에 도핑된 키랄 도펀트에 의해 도입될 수 있고, 예컨대, 네마틱 LC에 도핑된 키랄 도펀트에 의해 도입될 수 있거나, 아키랄 반응성 메소겐("RM")에 도핑된 키랄 RM에 의해 도입될 수 있다. RM은 또한 중합성 메소게닉 또는 액정 화합물, 또는 중합성 LC라고 지칭될 수 있다. 단순화를 위해, 이하의 설명에서, "액정(들)" 또는 "LC"라는 용어는 메소게닉 및 LC 재료 모두를 포함할 수 있다. 호스트 복굴절 재료에 도핑된 키랄 도펀트에 의해 복굴절 매질의 키랄성이 도입되는 경우, PVH의 수직 피치(PV)는 키랄 도펀트의 나선형 트위스트 파워(helical twist power)("HTP") 및 호스트 복굴절 재료에 도핑된 키랄 도펀트의 농도에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 매질의 키랄성은 고유의 키랄성일 수 있다. 예를 들어, 복굴절 매질은 고유의 분자 키랄성을 갖는 복굴절 재료를 포함할 수 있고, 키랄 도펀트를 포함하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 복굴절 재료는 키랄 액정 분자, 또는 하나 이상의 키랄 관능기를 갖는 분자를 포함할 수 있다. PVH의 수직 피치(PV)는 복굴절 재료의 고유의 분자 키랄성에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305)은 제1 복굴절 및 제1 키랄성을 갖는 제1 복굴절 매질을 포함할 수 있고, 2차 PVH 층(310)은 제2 복굴절 및 제2 키랄성을 갖는 제2 복굴절 매질을 포함할 수 있다. 제1 키랄성은 제2 키랄성과 상이하도록 구성될 수 있으며, 그 결과 1차 PVH 층(305)과 2차 PVH 층(310)의 수직 피치의 차이가 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305)의 제1 키랄성은 2차 PVH 층(310)의 제2 키랄성보다 작게 구성될 수 있으므로, 2차 PVH 층(310)의 수직 피치(Pv)(또는 제2 수직 피치)는 1차 PVH 층(305)의 수직 피치(Pv)(또는 제1 수직 피치)보다 작다. 제2 수직 피치와 제1 수직 피치 간의 비율은 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있으며, 예컨대, 위에서 논의된 바와 같이 0.2 내지 0.8의 범위 내의 임의의 서브 범위 또는 임의의 수일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 1차 PVH 층(305)의 제1 복굴절은 2차 PVH 층(310)의 제2 복굴절과 상이하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)은 예시적인 목적을 위해 평면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 1차 PVH 층(305) 및/또는 2차 PVH 층(310)은 곡선 형상을 가질 수 있다. 예시를 위해, 도 3a는 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310) 각각이 균일한 두께를 갖는 것을 도시하고 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(305) 및/또는 2차 PVH 층(310)은 가변 두께, 예컨대, x축 방향 또는 y축 방향 중 적어도 하나를 따라 x-y 평면에서 변화하는 두께를 가질 수 있다. 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310) 각각이 가변 두께를 가질 경우, 1차 PVH 층(305)은 상대적으로 큰 로컬 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(310)은 PVH 층의 해당 로컬 지점에서 상대적으로 작은 로컬 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 해당, 로컬 지점에서, 2차 PVH 층(310)의 두께는 1차 PVH 층(305)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(310)의 두께와 1차 PVH 층(305)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
예시를 위해, 도 3a는 광학 디바이스(300)가 함께 적층된 2개의 PVH(305 및 310)를 포함하는 것을 도시한 것이다. 일부 실시예에서, 광학 디바이스(300)는 함께 적층된 2개 초과의(예컨대, 3개, 4개, 또는 5개 등)의 PVH를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 디바이스(300)의 복수의 PVH는 적어도 하나의 1차 PVH 층 및 적어도 하나의 2차 PVH를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 1차 PVH 층은 레인보우 효과로 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광을 회절시키도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 2차 PVH 층은 적어도 하나의 1차 PVH 층에 의해 야기되는 가시광의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 적어도 하나의 1차 PVH 층에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다.
도 3b는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스(또는 광학 요소)(330)의 개략도를 도시한 것이다. 광학 디바이스(330)는 다층 PVH일 수 있다. 도 3b에 도시된 광학 디바이스(330)는 도 3a에 도시된 광학 디바이스(300)에 포함된 것과 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 요소에 대한 상세한 설명은 도 3a와 관련하여 렌더링된 위의 설명을 참조할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(330)는 함께 적층된 복수의 PVH를 포함할 수 있다. 복수의 PVH는 1차 PVH 층 및 복수의 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 논의를 위해, 도 3b는 광학 디바이스(330)가 1차 PVH 층(335) 및 2개의 2차 PVH 층(340a 및 340b)(예컨대, 제1 2차 PVH 층(340a) 및 제2 2차 PVH 층(340b))을 포함할 수 있다는 것을 도시한 것이다. 일부 실시예에서, 광학 디바이스(330)는 2개보다 많은 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 1차 PVH 층(335) 및 2차 PVH 층(340a 및 340b)은 적합한 순서로 배열될 수 있다. 논의를 위해, 2차 PVH 층(340a 및 340b)은 함께 적층될 수 있고, 1차 PVH 층(335)은 2차 PVH 층(340a 및 340b)의 스택에 배치될 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(340a)은 2차 PVH 층(340b)과 1차 PVH 층(335) 사이에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(335) 및 2개의 2차 PVH 층(340a 및 340b)은 다른 적합한 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 1차 PVH 층(335)은 2개의 2차 PVH 층(340a 및 340b) 사이에 배치될 수 있다. 하나의 1차 PVH 층(335)이 예시를 위해 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 광학 디바이스(330)는 복수의 1차 PVH 층을 포함할 수 있다.
도 3b에 도시된 1차 PVH 층(335)은 상대적으로 두껍운 두께를 갖도록 구성되고, 2차 PVH 층(340a 및 340b)의 각각은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(340a 또는 340b)의 두께는 1차 PVH 층(335)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(340a 또는 340b)의 두께와 1차 PVH 층(335)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(335)과 2차 PVH 층(340a 및 340b)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 PVH 층(340a)과 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치들(PV)(제2 수직 피치 및 제3 수직 피치)은 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 PVH 층(340a)과 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치(PV)는 1차 PVH 층(335)의 수직 피치보다 작을 수 있다. 2차 PVH 층(340a)(또는 340b)의 수직 피치와 1차 PVH 층(335)의 수직 피치 간의 비율은 적합한 범위 내에 있거나 적합한 수일 수 있고, 예컨대, 위에서 기술된 바와 같이, 0.2 내지 0.8의 범위 내의 임의의 서브 범위 또는 임의의 수일 수 있다. 일 실시예에서, 2차 PVH 층(340a 또는 340b)의 수직 피치(PV)는 1차 PVH 층(335)의 수직 피치(Pv)의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 PVH 층(340a)의 수직 피치와 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치는 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치(제3 수직 피치)는 2차 PVH 층(340a)의 수직 피치(제2 수직 피치)보다 작을 수 있다(예컨대, 약 절반일 수 있다). 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치와 2차 PVH 층(340a)의 수직 피치 간의 비율은 위에서 논의된 바와 같이, 0.2 내지 0.8의 범위 내의 임의의 적합한 서브 범위 또는 수일 수 있다. 일 실시예에서, 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치와 2차 PVH 층(340a)의 수직 피치 간의 비율은 0.5일 수 있다. 즉, 2차 PVH 층(340b)의 수직 피치는 2차 PVH 층(340a)의 수직 피치의 약 절반일 수 있다.
1차 PVH 층(335)은 레인보우 효과로 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)을 회절시키도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(340a 및 340b)은 1차 PVH 층(335)에 의해 야기되는 가시 다색광(302)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(335)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다.
예를 들어, 1차 PVH 층(335)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)을 제1 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제1 광은 인식할 수 있는 제1 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(340a)은, 1차 PVH 층(335)으로부터 제1 광을 수신하고, 제1 광을 제2 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제2 광은 인식할 수 있는 제2 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(340b)은, 2차 PVH 층(340a)으로부터 제2 광을 수신하고, 제2 광을 제3 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제3 광은 인식할 수 있는 제3 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(340a 및 340b)은, 1차 PVH 층(335)에 의해 야기되는 바람직하지 않은 회절 차수, 예를 들어, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수, 예컨대, 제1 회절 차수(+1번째 회절 차수 및/또는 -1번째 회절 차수)보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인식할 수 있는 회절 차수의 제2 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제1 수보다 작을 수 있다. 인식할 수 있는 회절 차수의 제3 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제2 수보다 작을 수 있다. 따라서, 1차 PVH 층(335)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 2차 PVH 층(340a 및 340b)에 의해 감소될 수 있다. 다시 말해서, 1차 PVH 층(335)와 2차 PVH 층(340a 및 340b)의 조합에 의해 야기되는 레인보우 효과는 1차 PVH 층(335)만에 의해서만 야기되는 레인보우 효과보다 약할 수 있다(또는 인식력이 낮을 수 있다).
도 3c는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 광학 디바이스(또는 광학 요소)(350)의 개략도를 도시한 것이다. 광학 디바이스(350)는 다층 PVH일 수 있다. 도 3c에 도시된 광학 디바이스(350)는 도 3a에 도시된 광학 디바이스(300), 및/또는 도 3b에 도시된 광학 디바이스(330)에 포함된 것과 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 요소에 대한 상세한 설명은 도 3a 및 도 3b와 관련하여 렌더링된 위의 설명을 참조할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(350)는 함께 적층된 복수의 PVH를 포함할 수 있다. 복수의 PVH는 복수의 1차 PVH 층 및 복수의 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 1차 PVH 층은 레인보우 효과로 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)을 회절시키도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 2차 PVH 층은 제각기의 1차 PVH 층과 페어링되어 제각기의 1차 PVH 층에 의해 야기되는 바람직하지 않은 회절 차수를 억제할 수 있으므로, 제각기의 1차 PVH 층에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다.
논의를 위해, 도 3c는 광학 디바이스(350)가 2개의 1차 PVH 층(355a 및 355b)(예컨대, 제1 1차 PVH 층(335a) 및 제2 1차 PVH 층(335b)), 및 2개의 2차 PVH 층(360a 및 360b)(예컨대, 제1 2차 PVH 층(360a) 및 제2 2차 PVH 층(360b))을 포함할 수 있다는 것을 도시한 것이다. 일부 실시예에서, 광학 디바이스(350)는 2개보다 많은 1차 PVH 층, 및/또는 2개보다 많은 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 1차 PVH 층(355a 및 355b)과 2차 PVH 층(360a 및 360b)은 적합한 순서로 배열될 수 있다. 논의를 위해, 도 3c는 1차 PVH 층과 2차 PVH 층이 교대로 배열될 수 있음을 도시한 것이다. 예를 들어, 2차 PVH 층(360a)은 1차 PVH 층(355a)과 1차 PVH 층(355b) 사이에 배치될 수 있고, 1차 PVH 층(355b)은 2차 PVH 층(360a)과 2차 PVH 층(360b) 사이에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(355a 및 355b)과 2차 PVH 층(360a 및 360b)은 다른 적합한 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 모든 1차 PVH 층이 함께 적층될 수 있고, 모든 2차 PVH 층이 함께 적층될 수 있으며, 1차 PVH 층의 스택은 2차 PVH 층의 스택과 함께 적층될 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(355a)은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(360a)은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(360a)의 두께는 1차 PVH 층(355a)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(360a)의 두께와 1차 PVH 층(355a)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(355a)과 2차 PVH 층(360a)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 PVH 층(360a)의 수직 피치(PV)는 1차 PVH 층(355a)의 수직 피치(Pv)보다 작게(예컨대, 약 절반이 되도록) 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(360a)의 수직 피치와 1차 PVH 층(355a)의 수직 피치 간의 비율은 위에서 논의된 바와 같이, 0.2 내지 0.8의 범위 내의 임의의 적합한 서브 범위 내에 있거나 임의의 적합한 수일 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(355b)은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(360b)은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(360b)의 두께는 1차 PVH 층(355b)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(360b)의 두께와 1차 PVH 층(355b)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(355b)과 2차 PVH 층(360b)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 PVH 층(360b)의 수직 피치(PV)는 1차 PVH 층(355b)의 수직 피치(Pv)보다 작게(예컨대, 약 절반이 되도록) 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(360b)의 수직 피치와 1차 PVH 층(355b)의 수직 피치 간의 비율은 위에서 논의된 바와 같이, 0.2 내지 0.8의 범위 내의 임의의 적합한 서브 범위 내에 있거나 임의의 적합한 수일 수 있다.
1차 PVH 층(355a) 및 2차 PVH 층(360a)의 평면 내 피치(Pin)는 1차 PVH 층(355b) 및 2차 PVH 층(360b)의 평면 내 피치(Pin)와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 1차 PVH 층(355a)의 수직 피치(PV)는 1차 PVH 층(355b)의 수직 피치(Pv)와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 2차 PVH 층(360a)의 수직 피치(PV)는 2차 PVH 층(360b)의 수직 피치(Pv)와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 1차 PVH 층(355a)의 두께는 1차 PVH 층(355b)의 두께와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 2차 PVH 층(360a)의 두께는 2차 PVH 층(360b)의 두께와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(355a, 355b) 중 적어도 하나 또는 2차 PVH 층(360a, 360b) 중 적어도 하나의 두께는 x-y 평면에서, 예를 들어, x축 방향 또는 y축 방향 중 적어도 하나를 따라 변화할 수 있다.
도 3c에 도시된 실시예에서, 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)이 1차 PVH 층(355a)으로 입사될 경우, 1차 PVH 층(355a)은 레인보우 효과로 가시 다색광(302)을 회절시키도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(360a), 1차 PVH 층(355b), 및 2차 PVH 층(360b)은 1차 PVH 층(355a)에 의해 야기되는 가시 다색광(302)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(355a)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다. 예를 들어, 1차 PVH 층(355a)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(302)을 제1 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제1 광은 인식할 수 있는 제1 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(340a)은, 1차 PVH 층(355a)으로부터 제1 광을 수신하고, 제1 광을 제2 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제2 광은 인식할 수 있는 제2 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 1차 PVH 층(355b)은, 2차 PVH 층(360a)으로부터 제2 광을 수신하고, 제2 광을 제3 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제3 광은 인식할 수 있는 제3 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(360b)은, 1차 PVH 층(355b)으로부터 제3 광을 수신하고, 제3 광을 제4 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키도록 구성될 수 있다. 제4 광은 인식할 수 있는 제4 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 2차 PVH 층(360a 및 360b)은, 1차 PVH 층(355a 및 355b)에 의해 야기되는 바람직하지 않은 회절 차수, 예를 들어, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수, 예컨대, 제1 회절 차수(+1번째 회절 차수 및/또는 -1번째 회절 차수)보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인식할 수 있는 회절 차수의 제2 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제1 수보다 작을 수 있다. 인식할 수 있는 회절 차수의 제3 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제2 수보다 작을 수 있다. 인식할 수 있는 회절 차수의 제4 수는 인식할 수 있는 회절 차수의 제3 수보다 작을 수 있다. 따라서, 1차 PVH 층(355a 및 355b)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 2차 PVH 층(360a 및 360b)에 의해 감소될 수 있다. 다시 말해서, 1차 PVH 층(355a 및 355b)과 2차 PVH 층(360a 및 360b)의 조합은 1차 PVH 층(355a) 단독보다 또는 1차 PVH 층(355a 및 355b)의 조합보다 약한(또는 인식력이 낮은) 레인보우 효과를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 4개의 PVH 층을 갖는 도 3c에 도시된 광학 디바이스(350)의 경우, PVH 층(355a)은 1차 PVH 층(제1 수직 피치를 갖는 제1 PVH 층)일 수 있고, 다른 PVH 층(360a, 355b, 및 360b)은 1차 PVH 층에 의한 회절을 감소시키도록, 예컨대, 1차 PVH 층으로부터 출사되는 광의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성된 2차 PVH 층(제각기 제2, 제3, 및 제4 수직 피치를 갖는 제2, 제3, 및 제4 PVH 층)일 수 있다. PVH 층(360a, 355b, 및 360b)의 수직 피치들은 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, PVH 층(306a, 355b, 및 360b)의 동일한 수직 피치는 1차 PVH 층(355a)의 수직 피치의 약 20% 내지 80%일 수 있다. 일부 실시예에서, PVH 층(306a, 355b, 및 360b)의 동일한 수직 피치는 1차 PVH 층(355a)의 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 PVH 층(360a)의 제2 수직 피치는 1차 PVH 층(355a)의 제1 수직 피치의 약 절반일 수 있고, 제3 PVH 층(355b)의 제3 수직 피치는 제2 PVH 층(360a)의 제2 수직 피치의 약 절반일 수 있고, 그리고 제4 PVH 층(360b)의 제4 수직 피치는 제3 수직 피치의 약 절반일 수 있다.
도 4a는 종래의 단층 PVH(400)의 개략도를 도시한 것이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 종래의 단층 PVH(400)의 시야각과 회절 효율 간의 관계를 나타내는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다. 도 4c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 다층 PVH(450)의 개략도를 도시하고, 도 4d는 본 개시내용의 일 실시예에 따라 도 4c에 도시된 다층 PVH(450)의 시야각과 회절 효율 간의 관계를 나타내는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 종래의 단층 PVH(400)는 두께 t=4.7㎛, 수직 피치 PV = 282 ㎚, 및 평면 내 피치 Pin = 937 ㎚를 갖는 단일 PVH 층(405)을 포함한다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 일 실시예에 따른 다층 PVH(450)는 두께 t1=4.7㎛, 수직 피치 PV = 282 ㎚, 및 평면 내 피치 Pin = 937 ㎚를 갖는 제1 PVH 층(455)과, 두께 t2=0.06 ㎛, 수직 피치 PV = 145 ㎚, 및 평면 내 피치 Pin = 937 ㎚를 갖는 제2 PVH 층(460)을 포함한다. 즉, 제1 PVH 층(455) 및 제2 PVH 층(460)의 평면 내 피치(Pin)는 동일할 수 있고, 제2 PVH 층(460)의 수직 피치(PV)는 제1 PVH 층(455)의 수직 피치(PV)의 약 절반(절반보다 약간 미만)일 수 있다. 다층 PVH(450) 내의 제1 PVH 층(455)의 두께, 수직 피치, 및 평면 내 피치는 종래의 단층 PVH(400) 내의 단일 PVH 층(405)의 두께, 수직 피치, 및 평면 내 피치와 제각기 유사하다. 논의를 위해, 단층 PVH(400)와 다층 PVH(450)는 투과형 PVH이다. 도 4a는 종래의 단층 PVH(400)가 복수의 평행 브래그 평면(415)을 포함하는 것을 도시한 것이다. 도 4c는 제1 PVH 층(455)이 복수의 평행 브래그 평면(475)을 포함하고, 제2 PVH 층(460)이 브래그 평면(475)과 평행하지 않을 수 있는 복수의 평행 브래그 평면(465)을 포함하는 것을 도시한 것이다.
도 4b 및 도 4d는 각각 도 4a에 도시된 종래의 단층 PVH(400) 및 도 4c에 도시된 본 개시내용의 다층 PVH(450)에 대한 시야각의 함수로서 플롯된 평균 투과 회절 효율을 도시한 것이다. 도 4b 및 도 4d에서, (미리 결정된 가시 파장 범위를 갖는) 백색광의 미리 결정된 범위의 입사각에 대해 종래의 단층 PVH(400) 또는 본 개시내용의 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율을 나타내는 (어두운 회색에서 밝은 회색까지의) 그레이 스케일 바(411 또는 412)가 도시되어 있다. 그레이 스케일 바(411 또는 412)에서, 어두운 회색일수록 평균 투과 회절 효율이 낮다는 것을 나타내고, 밝은 회색일수록 평균 투과 회절 효율이 높다는 것을 나타낸다. 효율은 그레이 스케일 바(411 또는 412)의 어두운 회색에서 그레이 스케일 바(411 또는 412)의 밝은 회색으로 증가한다. (보다 밝은 회색에 해당하는) 보다 높은 평균 투과 회절 효율은 보다 강한 레인보우 효과를 나타낼 수 있다. 도 4b 및 도 4d에 도시된 원형 플롯의 중심은 0도 시야("FOV")를 나타내고, 중심으로부터 시작하는 4개의 동심원(421, 422, 423, 및 424)은 15°FOV, 30°FOV, 45°FOV, 및 60°FOV를 나타낸다. 원형 플롯의 중심에서 시작하는 반경 방향은 시야각 방향을 나타낸다. 예시를 위해, 7개의 시야각 방향(예컨대, 0°, 51.4°, 103°, 154°, 206°, 257°, 및 309°)이 도 4b 및 도 4d에 표시되어 있다.
도 4b에서, 원형 플롯은 상이한 입사각에서의 평균 전송 효율의 분포를 도시한 것이다. 플롯은 수직 방향으로 분포된 교번하는 밝은 회색 스트립("L"로 표시됨)과 어두운 회색 스트립("D"로 표시됨)을 도시하고 있다. 도 4b를 참조하면, 종래의 단층 PVH(400)의 평균 투과 회절 효율은 원(424) 내의 대부분의 구역(예컨대, 60°FOV)에서 약 0.7%와 약 0.2% 사이에서 변화한다. 도 4d를 참조하면, 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율은 원(424) 내의 대부분의 구역(예컨대, 60°FOV)에서는 실질적으로 균일하며, 약 0.2%와 약 0.15% 사이에서 변화한다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 전체 원형 플롯(또는 원(424))은, 보다 밝은 회색에 의해 피복된 점선 영역(425)을 제외하고는, 보다 어두운 회색에 의해 실질적으로 피복된다. 이는 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율이 도 4b에 도시된 종래의 단층 PVH(400)의 것보다 훨씬 더 균일하다는 것을 나타낸다. 도 4b 및 도 4d를 비교하면, 원(424) 내의 대부분의 구역(예컨대, 60°FOV)에서, 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율의 변동(예컨대, 약 0.05%)은 종래의 단층 PVH(400)의 평균 투과 회절 효율의 변동(예컨대, 5%)에 비해 상당히 감소된다. 또한, 원(424) 내의 대부분의 구역(예컨대, 60°FOV)에서, 다층 PVH(450)의 최고 평균 투과 회절 효율(예컨대, 약 0.2%)은 단층 PVH(400)의 최고 평균 투과 회절 효율(예컨대, 0.7%)에 비해 상당히 감소된다. 도 4d는 다층 PVH(450)에서 레인보우 효과가 상당히 감소될 수 있음을 나타낸다.
도 4e는 도 4a에 도시된 종래의 단층 PVH(400) 및 도 4c에 도시된 본 개시내용의 다층 PVH(450)에 대한 시야각과 회절 효율 간의 관계를 나타내는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 가로축은 시야각(또는 시야각 방향)을 나타내고, 세로축은 입사광의 미리 결정된 입사각 범위 및 미리 결정된 가시 파장 범위에 대한 평균 투과 회절 효율을 나타낸다. 곡선(480 및 485)은 각각 도 4a에 도시된 종래의 단층 PVH(400) 및 도 4c에 도시된 본 개시내용의 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율을 도시한 것이다. 시야각 방향이 0°에서 약 280°까지 변화하기 때문에, 본 개시내용의 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율은 종래의 단층 PVH(400)의 평균 투과 회절 효율보다 훨씬 낮다. 예를 들어, 본 개시내용의 다층 PVH(450)의 평균 투과 회절 효율은 종래의 단층 PVH(400)의 평균 투과 회절 효율의 약 절반이다. 따라서, 본 개시내용의 다층 PVH(450)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 실질적으로 동일한 파장 범위 및 동일한 입사각 범위를 갖는 백색 입사광의 경우 종래의 단층 PVH(400)의 약 절반으로 감소될 수 있다.
도 5a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 다중 층을 포함하는 광학 디바이스(또는 광학 요소)(500)의 개략도를 도시한 것이다. 광학 디바이스(500)는 다층 PVH일 수 있다. 광학 디바이스(500)는 수동 광학 디바이스일 수 있다. 도 5a에 도시된 광학 디바이스(500)는 도 3a에 도시된 광학 디바이스(300), 도 3b에 도시된 광학 디바이스(330), 및/또는 도 3c에 도시된 광학 디바이스(350)에 포함된 것과 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 요소에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 렌더링된 위의 설명을 참조할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(500)는 기판(512), 기판(512) 상에 배치된 정렬 구조(514), 및 정렬 구조(514) 상에 배치된 PVH 스택을 포함할 수 있다.
PVH 스택은 도 3a, 도 3b, 도 3c, 또는 이들의 조합에 도시된 것과 같은 임의의 개시된 PVH 스택일 수 있다. PVH 스택은 적어도 하나의 1차 PVH 층 및 적어도 하나의 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 예시를 위해, 도 5a는 PVH 스택이 제1 PVH(또는 1차 PVH 층)(505) 및 제2 PVH(또는 2차 PVH 층)(510)를 포함하고, 이들 PVH 층은 제각기 도 3a에 도시된 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)과 동일하거나 유사할 수 있다는 것을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 1차 PVH 층(505)은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(510)은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(510)의 두께는 1차 PVH 층(505)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(510)의 두께와 1차 PVH 층(505)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(505)과 2차 PVH 층(510)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(510)의 수직 피치(Pv)는 1차 PVH 층(505)의 수직 피치(Pv)의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. PVH의 경사각 α는 α=90°-β로 정의되며, 여기서 β=arctan(PV/Pin)이다. 1차 PVH 층(505)의 경사각 α는 2차 PVH 층(510)의 경사각 α보다 작게 구성될 수 있다. 1차 PVH 층(505)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(502)을 회절시킬 수 있다. 1차 PVH 층(505)에 의한 회절은 레인보우 효과를 가질 수 있어서, 1차 PVH 층(505)을 통해 사용자가 보는 현실 세계 이미지에서 다색 눈부심을 유발할 수 있다. 2차 PVH 층(510)은 1차 PVH 층(505)의 회절에 의해 생성된 가시광(502)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(505)에 의해 야기된 레인보우 효과를 감소시키거나 억제시킬 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(510)은 1차 PVH 층(505)의 회절에 의해 생성된 가시광(502)의 높은 회절 차수, 예컨대, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510)의 각각은 중합된(또는 가교된) LC, 중합체-안정화된 LC, 또는 이들의 조합을 포함하는 복굴절 필름을 포함할 수 있다. LC는 네마틱 LC, 트위스트-벤드 LC, 키랄 네마틱 LC, 스멕틱 LC, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 복굴절 필름의 광학 이방성 분자는 도 1b 또는 도 1c에 도시된 것과 같은 적합한 3D 배향 패턴으로 배열될 수 있다. 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510)은 예시적인 목적을 위해 평면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 1차 PVH 층(505) 및/또는 2차 PVH 층(510)은 곡선 형상을 가질 수 있다.
기판(512)은 기판(512)에(예컨대, 그 위에 또는 그 사이에) 배치된 다양한 층, 필름, 및/또는 구조에 대한 지지 및/또는 보호를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(512)은 적어도 가시 스펙트럼(예컨대, 약 580 ㎚ 내지 약 700 ㎚ 범위의 파장)에서 광학적으로 투명할 수 있다(예컨대, 적어도 약 60% 이상의 광 투과율을 가질 수 있다). 일부 실시예에서, 기판(512)은 또한 적외선("IR") 스펙트럼(예컨대, 약 700 ㎚ 내지 약 1 ㎜ 범위의 파장)의 적어도 일부에서 투명할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(512)은 위에 열거된 파장 범위의 광빔에 대해 실질적으로 투명한 적합한 재료, 예를 들어, 유리, 플라스틱, 사파이어, 중합체, 반도체, 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 기판(512)은 강성, 반강성, 가요성, 또는 반가요성일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(512)은 평면, 볼록, 오목, 비구면, 또는 자유형 형상의 하나 이상의 표면을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(512)은 다른 광학 요소 또는 디바이스의 일부이거나 다른 광전기 요소 또는 디바이스의 일부일 수 있다. 예를 들어, 기판(512)은 고체 광학 렌즈 또는 고체 광학 렌즈의 일부, 광 가이드(또는 도파관), 또는 기능 디바이스(예컨대, 디스플레이 스크린)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(512)은 종래의 렌즈, 예컨대, 유리 렌즈일 수 있다. 하나의 기판(512)이 도 5a에 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 광학 디바이스(500)는 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510)을 샌드위치하는 2개의 기판(512)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 기판(512)은 정렬 구조(514)와 함께 배치될 수 있다.
정렬 구조(514)는 임의의 적합한 정렬 구조일 수 있다. 예를 들어, 정렬 구조(514)는 폴리이미드(Polyimide), 포토-정렬 재료(photo-alignment material)("PAM") 층, 복수의 나노구조 또는 마이크로구조, 정렬 네트워크, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는 PAM 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는 이방성 나노 임프린트를 갖는 중합체 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는 이방성 나노 임프린트를 갖는 중합체 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는 추가 정렬 재료(예컨대, 폴리이미드)와 함께 또는 없이 배치된 복수의 마이크로구조 또는 나노구조를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는 자기장 또는 전기장의 존재 하에서 표면 정렬을 제공하도록 구성된 강유전성 또는 강자성 재료를 포함할 수 있다.
2차 PVH 층(510)은 제1 표면(510-1) 및 제1 표면(510-1)과 마주하는 제2 표면(510-2)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 표면(510-1)은 또한 2차 PVH 층(510)과 정렬 구조(514) 사이의 계면일 수 있고, 제2 표면(510-2)은 또한 1차 PVH 층(505)과 2차 PVH 층(510) 사이의 계면일 수 있다. 1차 PVH 층(505)은 2차 PVH 층(510)의 제2 표면(510-2)에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는, 2차 PVH 층(510)의 광학 이방성 분자에 대한 표면 정렬(예컨대, 평면 표면 정렬)을 제공하고, 2차 PVH 층(510)의 광학 이방성 분자를 공간적으로 변화하는 정렬 패턴으로, 예컨대, 주기적인 정렬 패턴으로 적어도 부분적으로 정렬하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(510)과 정렬 구조(514) 사이의 계면(예컨대, 2차 PVH 층(510)의 제1 표면(510-1))에 매우 근접하게 위치된(그에 위치된 분자를 포함함) 광학 이방성 분자는 정렬 구조(514)에 의해 정렬될 수 있으므로, 광학 이방성 분자의 방향자는 미리 결정된 방향으로 연속적이고 주기적으로 회전할 수 있다. 2차 PVH 층(510)과 정렬 구조(514) 사이의 계면에 위치하거나 그 계면에 매우 근접하게 위치된 광학 이방성 분자 위에 배치된 2차 PVH 층(510)의 볼륨 내의 광학 이방성 분자의 방향자는 나선형 축의 방향을 따라 나선형 방식으로 비틀릴 수 있다.
일부 실시예에서, 2차 PVH 층(510)은 1차 PVH 층(505)의 광학 이방성 분자에 대한 표면 정렬(예컨대, 평면 표면 정렬)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(510)은 1차 PVH 층(505)의 광학 이방성 분자를 공간적으로 변화하는 정렬 패턴, 예컨대, 주기적인 정렬 패턴으로 적어도 부분적으로 정렬할 수 있다. 예를 들어, 1차 PVH 층(505)과 2차 PVH 층(510) 사이의 계면(예컨대, 2차 PVH 층(510)의 제2 표면(510-2))에 매우 근접하게 위치하는(이에 위치하는 분자를 포함함) 광학 이방성 분자가 2차 PVH 층(510)에 의해 정렬될 수 있으므로, 1차 PVH 층(505)의 광학 이방성 분자의 방향자는 미리 결정된 방향으로 연속적이고 주기적으로 회전할 수 있다. 1차 PVH 층(505)과 2차 PVH 층(510) 사이의 계면에 위치하거나 그 계면에 매우 근접하게 위치된 광학 이방성 분자 위에 배치된 1차 PVH 층(505)의 볼륨 내의 광학 이방성 분자의 방향자는 나선형 축의 방향을 따라 나선형 방식으로 비틀릴 수 있다.
일부 실시예에서, 정렬 구조(514)는 공간적으로 변화하는 제1 정렬 패턴, 예컨대, 균일한 제1 평면 내 피치를 갖는 제1 주기적 정렬 패턴을 제공하도록 구성된 제1 정렬 구조일 수 있다. 광학 디바이스(500)는 1차 PVH 층(505)과 2차 PVH 층(510) 사이에 배치된 제2 정렬 구조를 포함할 수 있다. 제2 정렬 구조는 공간적으로 변화하는 제2 정렬 패턴, 예컨대, 균일한 제2 평면 내 피치를 갖는 제2 주기적인 정렬 패턴을 1차 PVH 층(505)에 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 정렬 구조(514)에 의해 제공되는 공간적으로 변화하는 제1 정렬 패턴은 제2 정렬 구조에 의해 제공되는 공간적으로 변화하는 제2 정렬 패턴과 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(512) 및/또는 정렬 구조(514)는 광학 디바이스(500)를 제조, 보관, 또는 운송하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(512) 및/또는 정렬 구조(514)는 광학 디바이스(500)의 다른 부분이 제조되거나 다른 장소 또는 디바이스로 운송된 후에 광학 디바이스(500)의 다른 부분으로부터 분리가능하거나 제거가능할 수 있다. 예를 들어, 기판(512)은 기판(512) 상에 제공된 정렬 구조(514) 및 PVH 스택(예컨대, 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510)을 포함함)을 지지하기 위해 제조, 운송, 및/또는 보관 시에 사용될 수 있고, 광학 디바이스(500)의 제조가 완료되거나, 광학 디바이스(500)가 다른 광학 디바이스 또는 광학 시스템에서 구현될 경우, 정렬 구조(514) 및 PVH(예컨대, 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510))로부터 분리되거나 제거될 수 있다. 정렬 구조(514)는 정렬 구조(514) 상에 제공된 PVH 스택(예컨대, 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510)을 포함함)을 지지하기 위해, 제조, 운송, 및/또는 보관 시에 사용될 수 있고, 광학 디바이스(500)의 제조가 완료되거나, 광학 디바이스(500)가 다른 광학 디바이스 또는 광학 시스템에서 구현될 경우, PVH 스택(예컨대, 1차 PVH 층(505) 및 2차 PVH 층(510))으로부터 분리되거나 제거될 수 있다.
도 5b는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 다중 층을 포함하는 광학 디바이스(또는 광학 요소)(530)의 개략도를 도시한 것이다. 광학 디바이스(530)는 다층 PVH일 수 있다. 광학 디바이스(530)는 수동 광학 디바이스일 수 있다. 도 5b에 도시된 광학 디바이스(530)는 도 3a에 도시된 광학 디바이스(300), 도 3b에 도시된 광학 디바이스(330), 도 3c에 도시된 광학 디바이스(350), 및/또는 도 5a에 도시된 광학 디바이스(500)에 포함된 것과 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 요소에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 도 3c와 도 5a와 관련하여 렌더링된 위의 설명을 참조할 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(530)는 기판(542), 및 기판(542) 상에 배치된 PVH 스택을 포함할 수 있다. 정렬 구조는 광학 디바이스(530)에서 생략될 수 있다.
PVH 스택은 도 3a, 도 3b, 또는 도 3c에 도시된 것과 같은 임의의 개시된 PVH 스택일 수 있다. PVH 스택은 적어도 하나의 1차 PVH 층 및 적어도 하나의 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 예시를 위해, 도 5b는 PVH 스택이 제1 PVH(또는 1차 PVH 층)(535) 및 제2 PVH(또는 2차 PVH 층)(540)를 포함하고, 이들 PVH 층은 도 3a에 도시된 1차 PVH 층(305) 및 2차 PVH 층(310)과 동일하거나 유사할 수 있다는 것을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 1차 PVH 층(535)은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(540)은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(540)의 두께는 1차 PVH 층(535)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(540)의 두께와 1차 PVH 층(535)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(535)과 2차 PVH 층(540)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(540)의 수직 피치(Pv)는 1차 PVH 층(535)의 수직 피치(Pv)의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. PVH의 경사각 α는 α=90°-β로 정의되며, 여기서 β=arctan(PV/Pin)이다. 1차 PVH 층(535)의 경사각 α는 2차 PVH 층(540)의 경사각 α보다 작게 구성될 수 있다. 1차 PVH 층(535)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(502)을 회절시킬 수 있다. 1차 PVH 층(535)에 의한 회절은 레인보우 효과를 가질 수 있어서, 1차 PVH 층(535)을 통해 사용자가 보는 현실 세계 이미지에서 다색 눈부심을 유발할 수 있다. 2차 PVH 층(540)은 1차 PVH 층(535)의 회절에 의해 야기되는 가시광(502)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(535)에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(540)은 1차 PVH 층(535)의 회절에 의해 야기된 가시광(502)의 높은 회절 차수, 예컨대, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(535) 및 2차 PVH 층(540)의 각각은 광중합체(예컨대, 비정질 중합체, 액정("LC") 중합체 등)를 포함하는 복굴절 필름을 포함할 수 있다. 복굴절 필름의 광학 이방성 분자는 도 1d에 도시된 것과 같은 적합한 3D 배향 패턴으로 배열될 수 있다. 1차 PVH 층(535) 및 2차 PVH 층(540)은 예시적인 목적을 위해 평면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 1차 PVH 층(535) 및/또는 2차 PVH 층(540)은 곡선 형상을 가질 수 있다.
예시를 위해, 도 5b는 2차 PVH 층(540)이 1차 PVH 층(535)과 기판(542) 사이에 배치될 수 있음을 도시한 것이다. 기판(542)은 도 5a에 도시된 기판(512)과 유사할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(542)은 광학 디바이스(530)를 제조, 보관, 또는 운송하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(542)은 광학 디바이스(530)의 다른 부분이 제조되거나 다른 장소 또는 디바이스로 운송된 후에 광학 디바이스(530)의 다른 부분으로부터 분리가능하거나 제거가능할 수 있다. 예를 들어, 기판(542)은 기판(542) 상에 제공된 PVH 스택(예컨대, 1차 PVH 층(535) 및 2차 PVH 층(540)을 포함함)을 지지하기 위해 제조, 운송, 및/또는 보관 시에 사용될 수 있고, 광학 디바이스(530)의 제조가 완료되거나, 광학 디바이스(530)가 다른 광학 디바이스 또는 광학 시스템에서 구현될 경우, PVH(예컨대, 1차 PVH 층(535) 및 2차 PVH 층(540))로부터 분리되거나 제거될 수 있다.
도 5c는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 레인보우 효과를 억제하기 위한 다중 층을 포함하는 광학 디바이스(또는 광학 요소)(550)의 개략도를 도시한 것이다. 광학 디바이스(550)는 다층 PVH일 수 있다. 광학 디바이스(550)는 능동 광학 디바이스일 수 있다. 도 5c에 도시된 광학 디바이스(550)는 도 3a에 도시된 광학 디바이스(300), 도 3b에 도시된 광학 디바이스(330), 도 3c에 도시된 광학 디바이스(350), 도 5a에 도시된 광학 디바이스(500), 및/또는 도 5b에 도시된 광학 디바이스(530)에 포함된 것과 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 요소에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 도 3c와 도 5a 및 도 5b와 관련하여 렌더링된 위의 설명을 참조할 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(550)는 함께 적층된 복수의 LC 셀, 예컨대, 제1 LC 셀(551a) 및 제2 LC 셀(551b)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 LC 셀(551a 또는 551b)은 2개의 기판 및 2개의 기판 사이에 배치된 PVH 층을 포함할 수 있다. 2개의 기판 중 적어도 하나에는 하나 이상의 전도성 전극층 및 정렬 구조가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 LC 셀(551a)은 2개의 기판(562a 및 562b) 및 2개의 기판(562a 및 562b) 사이에 배치된 제1 PVH(또는 1차 PVH 층)(555)를 포함할 수 있다. 기판(562a)에는 전도성 전극층(566a) 및 정렬 구조(564a)가 배치될 수 있다. 기판(562b)은 1차 PVH 층(555)과 마주하는 제1 표면 및 제1 표면과 반대되는 제2 표면을 가질 수 있다. 기판(562b)의 제1 표면에는 전도성 전극층(566b) 및 정렬 구조(564b)가 배치될 수 있다. 전도성 전극층(566a 또는 566b)은 기판(562a 또는 562b)과 적어도 동일한 스펙트럼 대역에서 투과형 및/또는 반사형일 수 있다. 전도성 전극층(566a 또는 566b)은 평면의 연속적인 전극층 또는 패터닝된 전극층일 수 있다. 전도성 전극층(566a 및 566b)은 전원(568a)과 전기적으로 연결되어 1차 PVH 층(555)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 전극층(566a 및 566b)은 동일한 기판(562a 또는 562b)에 배치될 수 있다.
정렬 구조(564a 또는 564b)는 도 5a에 도시된 정렬 구조(514)와 유사하거나 동일할 수 있다. 기판(562a 및 562b)에 배치된 정렬 구조(564a 및 564b)는 평행 표면 정렬 또는 반평행 표면 정렬을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(564a 및 564b)는 하이브리드 표면 정렬을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 정렬 구조(564a 및 564b) 중 하나는 평면 정렬(또는 작은 프리틸트각을 가진 정렬)을 제공하도록 구성될 수 있고, 다른 하나는 수직 정렬을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 구조(564a 및 564b) 중 하나는 생략될 수 있다.
제2 LC 셀(551b)은 제1 LC 셀(551a)에 포함된 것과 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 LC 셀(551b)은 2개의 기판(562b 및 562c) 및 2개의 기판(562b 및 562c) 사이에 배치된 제2 PVH(또는 2차 PVH 층)(560)를 포함할 수 있다. 기판(562c)에는 전도성 전극층(566d) 및 정렬 구조(564d)가 배치될 수 있다. 기판(562b)의 제2 표면에는 전도성 전극층(566c) 및 정렬 구조(564c)가 배치될 수 있다. 전도성 전극층(566c 또는 566d)은 제1 LC 셀(551a) 내의 전도성 전극층(566a 또는 566b)과 유사할 수 있다. 전도성 전극층(566c 및 566d)은 전원(568b)과 전기적으로 연결되어 2차 PVH 층(560)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 1차 PVH 층(555) 및 2차 PVH 층(560)은 예시적인 목적을 위해 평면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 1차 PVH 층(555) 및/또는 2차 PVH 층(560)은 곡선 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(555) 및 2차 PVH 층(560)의 각각은 활성 LC를 포함하는 복굴절 필름(또는 매질층)을 포함할 수 있고, 여기서 LC 분자는 외부 필드에 의해 재배향될 수 있다. 전압 오프 상태(또는 1차 PVH 층(555) 또는 2차 PVH 층(560)에 인가되는 구동 전압이 제1 미리 결정된 전압, 예컨대, LC 분자를 재배향시키기 위한 임계치 전압보다 낮은 경우)에서, 복굴절 필름의 LC 분자는 도 1b 또는 도 1c에 도시된 것과 같은 적합한 3D 배향 패턴으로 배열될 수 있다. 1차 PVH 층(555)은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 2차 PVH 층(560)은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(560)의 두께는 1차 PVH 층(555)의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 2차 PVH 층(560)의 두께와 1차 PVH 층(555)의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 PVH 층(555)과 2차 PVH 층(560)의 초기 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 2차 PVH 층(560)의 초기 수직 피치(PV)는 1차 PVH 층(555)의 초기 수직 피치(Pv)의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. PVH의 경사각 α는 α=90°-β로 정의되며, 여기서 β=arctan(PV/Pin)이다. 1차 PVH 층(555)의 초기 경사각 α는 2차 PVH 층(560)의 초기 경사각 α보다 작게 구성될 수 있다. 전압 오프 상태(voltage-off state)에서, 1차 PVH 층(555)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(502)을 회절시킬 수 있다. 회절은 레인보우 효과를 가질 수 있어서, 1차 PVH 층(555)을 통해 사용자가 보는 현실 세계 이미지에서 다색 눈부심을 유발할 수 있다. 2차 PVH 층(560)은 1차 PVH 층(555)의 회절에 의해 야기되는 가시광(502)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(555)의 회절에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다. 예를 들어, 2차 PVH 층(560)은 1차 PVH 층(555)의 회절에 의해 야기되는 가시광(502)의 높은 회절 차수, 예컨대, 미리 결정된 회절 차수보다 높은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있다.
전압 온 상태(voltage-on state)에서, 1차 PVH 층(555) 또는 2차 PVH 층(560)에 제1 미리 결정된 전압보다 높은 구동 전압이 공급되는 경우, 1차 PVH 층(555) 또는 2차 PVH 층(560)의 평면 내 피치(Pin) 및/또는 수직 피치(Pv)는 구동 전압에 따라 변화할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원(568a)에 의해 1차 PVH 층(555)에 제공되는 구동 전압 및 전원(568b)에 의해 2차 PVH 층(560)에 제공되는 구동 전압은, 예컨대, (도 5c에 도시되지 않은) 컨트롤러에 의해 개별적으로 제어될 수 있으므로, 전압 온 상태에서, 1차 PVH 층(555) 및 2차 PVH 층(560)의 평면 내 피치(Pin)는 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고/있거나 2차 PVH 층(560)의 수직 피치(Pv)는 1차 PVH 층(555)의 수직 피치(Pv)의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전원(568b)에 의해 2차 PVH 층(560)에 제공되는 구동 전압은 전원(568a)에 의해 1차 PVH 층(555)에 제공되는 구동 전압에 따라 컨트롤러에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 전원(568a)에 의해 제공되는 구동 전압이 1차 PVH 층(555)에 공급되는 경우, 1차 PVH 층(555)의 평면 내 피치(Pin) 및/또는 수직 피치(Pv)는 구동 전압에 따라 변화할 수 있다. 전원(568b)에 의해 2차 PVH 층(560)에 제공되는 구동 전압은 컨트롤러에 의해 조정되어, 2차 PVH 층(560)의 평면 내 피치(Pin)를 1차 PVH 층(555)의 평면 내 피치(Pin)와 실질적으로 동일하게 조정하고/하거나 2차 PVH 층(560)의 수직 피치(Pv)를 1차 PVH 층(555)의 수직 피치(Pv)의 약 절반이 되도록 조정할 수 있다. 따라서, 전압 온 상태에서, 1차 PVH 층(555)이 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(502)을 회절시켜 레인보우 효과를 야기하는 경우, 2차 PVH 층(560)은 1차 PVH 층(555)의 회절에 의해 야기되는 가시광(502)의 바람직하지 않은 회절 차수를 억제하도록 구성될 수 있으므로, 1차 PVH 층(555)의 회절에 의해 야기되는 레인보우 효과는 감소될 수 있다. 예를 들어, 1차 PVH 층(555)은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(502)을 제1 수의 회절 차수를 포함하는 제1 광으로서 회절시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 PVH 층(560)은 1차 PVH 층(555)으로부터 수신된 제1 광을 제2 수의 회절 차수를 포함하는 제2 광으로서 회절시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 회절 차수의 제1 수는 회절 차수의 제2 수보다 크다.
2개의 PVH 층(555 및 560)(각각은 복굴절 매질층임)이 예시를 위해 도 5c에 도시되어 있지만, 다층 PVH(550)는 추가적인 PVH 층, 예를 들어, 제3 PVH 층, 제4 PVH 층 등을 포함할 수 있다. 추가적인 PVH 층은 1차 PVH 층 또는 2차 PVH 층을 포함할 수 있다. 제3 PVH 층은 제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제3 복굴절 매질층을 포함할 수 있다. 제4 PVH 층은 제4 평면 내 피치 및 제4 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제4 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제4 복굴절 매질층을 포함할 수 있다. 제3 평면 내 피치는 제4 평면 내 피치와 실질적으로 동일할 수 있고, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치의 약 절반일 수 있다. 제4 복굴절 매질층의 두께와 제3 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율 미만일 수 있다. 제3 평면 내 피치는 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있고, 제3 수직 피치는 제1 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다.
본원에 개시된 다층 PVH는 다수의 기술 분야에서 다양한 애플리케이션을 갖는다. 증강 현실("AR"), 가상 현실("VR"), 및 혼합 현실("MR)" 분야 또는 이들의 일부 조합에서의 일부 예시적인 애플리케이션이 아래에서 기술될 것이다. 근안 디스플레이("NED")는 항공, 공학, 과학 연구, 의료 기기, 컴퓨터 게임, 비디오, 스포츠, 교육, 및 시뮬레이션과 같은 매우 다양한 애플리케이션에서 널리 사용되었다. NED는 VR 디바이스, AR 디바이스, 및/또는 MR 디바이스로서 기능할 수 있다. AR 및/또는 MR 디바이스로서 기능할 경우, NED는 사용자의 관점에서 적어도 부분적으로 투명하므로, 사용자는 주변의 현실 세계 환경을 볼 수 있다. 이러한 NED는 또한 광학적 시스루 NED라고 지칭되기도 한다. VR 디바이스로서 기능할 경우, NED는 불투명하므로, 사용자는 NED를 통해 제공되는 VR 이미지에 실질적으로 몰입할 수 있다. NED는 광학적 시스루 디바이스로 기능하는 것과 VR 디바이스로 기능하는 것 사이에서 전환 가능할 수 있다.
회절 결합 구조를 갖는 동공 복제(또는 동공 확장) 광 가이드 디스플레이 시스템이 NED에 구현되었으며, 이 시스템은 잠재적으로 안경 폼 팩터, 적당히 넓은 시야("FOV"), 높은 투과율, 및 넓은 아이박스(eyebox)를 제공할 수 있다. 동공 복제 광 가이드 디스플레이 시스템은 이미지 광을 생성하도록 구성된 디스플레이 요소(예컨대, 전자 디스플레이), 및 이미지 광을 광 가이드 디스플레이 시스템에 의해 제공되는 아이박스로 안내하도록 구성된 광 가이드(또는 도파관)를 포함할 수 있다. 회절 격자는 인커플링 회절 격자 및 아웃커플링 회절 요소로서 광 가이드와 결합될 수 있다. 광 가이드는 또한 현실 세계 환경으로부터의 광과 이미지 광을 결합하는 AR 및/또는 MR 결합기로서 기능할 수 있으므로, 디스플레이 요소에 의해 생성된 가상 이미지는 현실 세계 이미지 또는 시스루 이미지와 중첩될 수 있다. 동공 복제 광 가이드 디스플레이 시스템에서, 인커플링 회절 요소 및 아웃커플링 회절 요소와 결합된 광 가이드는 광 가이드 내부에서 전파하는 광의 광 전파 방향을 따라 사출 동공을 확장할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 광 가이드(또는 도파관) 디스플레이 시스템(600)의 개략도를 도시한 것이다. 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은 동공 복제(또는 동공 확장)를 제공할 수 있다. 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은 VR, AR, 및/또는 MR 애플리케이션을 위한 NED에 구현될 수 있다. 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은 하나 이상의 개시된 다층 PVH를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(600)는 광원 어셈블리(605), 광 가이드(610), 및 컨트롤러(615)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(615)는 본원에 기술된 다양한 제어, 조정, 또는 다른 기능 또는 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다. 광원 어셈블리(605)는 광원(620) 및 광 조절 시스템(light conditioning system)(625)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(620)은 간섭성 또는 부분 간섭성 광을 생성하도록 구성된 광원일 수 있다. 광원(620)은, 예컨대, 레이저 다이오드, 수직 공동 표면 발광 레이저, 발광 다이오드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(620)은 디스플레이 패널, 예를 들어, 액정 디스플레이("LCD") 패널, 액정 온 실리콘(liquid-crystal-on-silicon)("LCoS") 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드("OLED") 디스플레이 패널, 마이크로 발광 다이오드("micro-LED") 디스플레이 패널, 디지털 광 처리("DLP") 디스플레이 패널, 레이저 스캐닝 디스플레이 패널, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(620)은 OLED 디스플레이 패널 또는 마이크로 LED 디스플레이 패널과 같은 자체 발광 패널(self-emissive panel)일 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(620)은 LCD 패널, LCoS 디스플레이 패널, 또는 DLP 디스플레이 패널과 같은 외부 소스에 의해 조명되는 디스플레이 패널일 수 있다. 외부 소스의 예는 레이저, LED, OLED, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 광 조절 시스템(625)은 광원(620)으로부터의 광을 조절하도록 구성된 하나 이상의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(615)는 광 조절 시스템(625)을 제어하여 광원(620)으로부터의 광을 조절할 수 있으며, 이러한 조절은, 예컨대, 광의 전송, 감쇠, 확장, 시준, 및/또는 방향 조정을 포함할 수 있다.
광원 어셈블리(605)는 이미지 광(630)을 생성할 수 있고, 이미지 광(630)을 광 가이드(610)의 제1 부분에 배치된 인커플링 요소(635)에 출력할 수 있다. 광 가이드(610)는 이미지 광(630)을 확장하여 광 가이드 디스플레이 시스템(600)의 아이박스(665)에 위치된 눈(660)으로 지향시킬 수 있다. 사출 동공(662)은 아이박스(165)에서 눈(660)이 위치하는 장소일 수 있다. 광 가이드(610)는 광 가이드(610)의 제1 부분에 위치된 인커플링 요소(635)에서 이미지 광(630)을 수신할 수 있다. 이미지 광(630)은 광 가이드(610) 내부에서 (예컨대, 내부 전반사("TIR")를 통해) 광 가이드(610)의 제2 부분에 위치된 아웃커플링 요소(645)를 향하여 전파될 수 있다. 제1 부분과 제2 부분은 광 가이드(610)의 서로 다른 부분에 위치될 수 있다. 아웃커플링 요소(645)는 이미지 광(630)을 광 가이드(610)의 외부로 눈(660)을 향해 결합하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 이미지 광(630)을 광 가이드(610) 내부의 TIR 경로 내로 결합할 수 있다. 이미지 광(630)은 TIR 경로를 따라 TIR을 통해 광 가이드(610) 내부로 전파될 수 있다.
광 가이드(610)는 현실 세계 환경을 향하는 제1 표면 또는 측면(610-1), 및 눈(660)을 향하는 반대편의 제2 표면 또는 측면(610-2)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 인커플링 요소(635)는 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2)에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 제2 표면(610-2)에서 광 가이드(610)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 별도로 형성될 수 있고, 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2)에 배치(예컨대, 부착)될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1)에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 제1 표면(610-1)에서 광 가이드(610)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1)에 별도로 형성되고 배치(예컨대, 부착)될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 하나 이상의 회절 격자, 하나 이상의 캐스케이딩된 반사기, 하나 이상의 프리즘 표면 요소, 및/또는 홀로그램 반사기 어레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 하나 이상의 회절 격자, 예를 들어, 표면 릴리프 격자, 볼륨 홀로그램, 편광 선택 격자, 편광 볼륨 홀로그램, 메타표면 격자, 다른 유형의 회절 요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 회절 격자의 주기는 광 가이드(610) 내에서 이미지 광(630)의 내부 전반사("TIR")를 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 이미지 광(630)은 TIR을 통해 광 가이드(610) 내부로 전파될 수 있다. 일부 실시예에서, 인커플링 요소(635)는 본원에 개시된 PVH를 포함할 수 있다.
아웃커플링 요소(645)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1) 또는 제2 표면(610-2)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 아웃커플링 요소(645)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1)에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는, 예를 들어, 제1 표면(610-1)에서, 광 가이드(610)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1)에 별도로 형성되고 배치(예컨대, 부착)될 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 제2 표면(610-2)에서 광 가이드(610)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2)에 별도로 형성되고 배치(예컨대, 부착)될 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 하나 이상의 회절 격자, 하나 이상의 캐스케이딩된 반사기, 하나 이상의 프리즘 표면 요소, 및/또는 홀로그램 반사기 어레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 하나 이상의 회절 격자, 예를 들어, 표면 릴리프 격자, 볼륨 홀로그램, 편광 선택 격자, 편광 볼륨 홀로그램("PVH"), 메타표면 격자, 다른 유형의 회절 요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 회절 격자의 주기는 입사 이미지 광(630)이 광 가이드(610)를 빠져나가게 하도록, 즉 이미지 광(630)을 재지향시켜 TIR이 더 이상 발생하지 않도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 아웃커플링 요소(645)의 회절 격자는 광 가이드(610) 내부에서 TIR을 통해 전파된 이미지 광(630)을 회절을 통해 광 가이드(610) 외부로 결합할 수 있다. 일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 또한 아웃커플링 격자(645)로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 본원에 개시된 다층 PVH, 예를 들어, 도 3a에 도시된 다층 PVH(300), 도 3b에 도시된 다층 PVH(330), 도 3c에 도시된 다층 PVH(350), 도 5a에 도시된 다층 PVH(500), 도 5b에 도시된 다층 PVH(530), 또는 도 5c에 도시된 다층 PVH(550)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드(610)는 본원에 개시된 다층 PVH의 기판으로서 기능할 수 있다. 예시를 위해, 도 6은 아웃커플링 요소(645)가 함께 적층된 1차 PVH 층(655) 및 2차 PVH 층(656)을 포함하는 개시된 다층 PVH를 포함할 수 있음을 도시한 것이다. 도 6에 도시된 실시예에서, 아웃커플링 요소(645)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1) 상에 배치되고, 2차 PVH 층(656)은 1차 PVH 층(655)과 광 가이드(610) 사이에 배치된다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서, 1차 PVH 층(655)은 2차 PVH 층(656)과 광 가이드(610) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2) 상에 아웃커플링 요소(645)가 배치될 때, 1차 PVH 층(655)은 2차 PVH 층(656)과 광 가이드(610) 사이에 배치될 수 있다. 인커플링 요소(635) 및 아웃커플링 요소(645)와 결합된 광 가이드(610)가 AR 또는 MR 결합기로서 기능할 경우, 광 가이드(610)는 가상 이미지를 나타내는 이미지 광(630)과 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(602)을 결합할 수 있으므로, 광원 어셈블리(605)에 의해 생성된 가상 이미지는 현실 세계 이미지 또는 시스루 이미지와 중첩될 수 있다. 본원에 개시된 다층 PVH를 포함하는 아웃커플링 요소(645)는 감소된 레인보우 효과로 가시 다색광(602)을 회절시키도록 구성될 수 있으므로, 시스루 뷰의 이미지 품질은 상당히 개선될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 종래의 광 가이드 디스플레이 시스템은 회절 구조로 인해 현실 세계 환경에서 나오는 가시 다색광을 회절시킬 수 있어서, 특히 NED를 착용한 사용자가 특정 각도에서 밝은 광원을 주시하는 경우에, 시스루 뷰에서 레인보우 효과를 야기할 수 있다. 이러한 시스루 아티팩트는 시스루 뷰의 이미지 품질을 저하시킬 수 있다. 본 개시내용에서, 본원에 개시된 다층 PVH를 아웃커플링 요소(645)로 사용하게 되면, 시스루 뷰에서 가시 다색광(702)의 회절에 의해 야기되는 레인보우 효과가 상당히 감소될 수 있으므로, 시스루 뷰의 이미지 품질은 상당히 개선될 수 있다.
광 가이드(610)는 이미지 광(630)의 내부 전반사를 가능하게 하도록 구성된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 광 가이드(610)는, 예를 들어, 플라스틱, 유리, 및/또는 중합체를 포함할 수 있다. 광 가이드(610)는 비교적 작은 폼 팩터를 가질 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(610)는 x-차원을 따라 대략 50 ㎜ 폭, y-차원을 따라 30 ㎜ 길이, 및 z-차원을 따라 0.5 내지 1 ㎜ 두께일 수 있다. 컨트롤러(615)는 광원 어셈블리(605)와 통신 가능하게 결합될 수 있고, 광원 어셈블리(605)의 동작을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드(610)는 증가된 또는 확장된 시야("FOV")로 눈(660)에 확장된 이미지 광(630)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 확장된 이미지 광(630)은 60도 이상과 150도 이하의 (x 및 y의) 대각선 FOV로 눈(660)에 제공될 수 있다. 광 가이드(610)는 8 ㎜ 이상과 50 ㎜ 이하의 폭, 및/또는 6 ㎜ 이상과 60 ㎜ 이하의 높이를 가진 아이박스를 제공하도록 구성될 수 있다. 광 가이드 디스플레이 어셈블리(600)의 경우, 물리적 디스플레이 및 전자 장치는 NED의 전면 본체 측으로 이동될 수 있고, 현실 세계 환경에 대한 실질적으로 완전히 방해받지 않는 뷰가 달성될 수 있으며, 이는 AR 사용자 경험을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 광 가이드(610)는 광원 어셈블리(605)의 동공을 재지향, 폴딩, 및/또는 확장하도록 구성된 추가적인 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 광 가이드(610)는 수신된 입력 이미지 광(630)을 아웃커플링 요소(645)로 재지향시키도록 구성된 재지향 요소(640)를 포함할 수 있으므로, 수신된 입력 이미지 광(630)은 아웃커플링 요소(645)를 통해 광 가이드(610)의 외부로 결합된다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 아웃커플링 요소(645)의 장소에 반대되는 광 가이드(610)의 장소에 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 제2 표면(610-2)에서 광 가이드(610)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 광 가이드(610)의 제2 표면(610-2)에 별도로 형성되고 배치(예컨대, 부착)될 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 제1 표면(610-1)에서 광 가이드(610)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 광 가이드(610)의 제1 표면(610-1)에 별도로 형성되고 배치(예컨대, 부착)될 수 있다.
일부 실시예에서, 재지향 요소(640)와 아웃커플링 요소(645)는 유사한 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 하나 이상의 회절 격자, 하나 이상의 캐스케이딩된 반사기, 하나 이상의 프리즘 표면 요소, 및/또는 홀로그램 반사기 어레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 하나 이상의 회절 격자, 예를 들어, 표면 릴리프 격자, 볼륨 홀로그램, 편광 선택 격자, 편광 볼륨 홀로그램, 메타표면 격자, 다른 유형의 회절 요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 재지향 요소(640)는 또한 폴딩 격자(640) 또는 재지향 격자(640)로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 재지향 요소(640)는 본원에 개시된 다층 PVH, 예를 들어, 도 3a에 도시된 다층 PVH(300), 도 3b에 도시된 다층 PVH(330), 도 3c에 도시된 다층 PVH(350), 도 5a에 도시된 다층 PVH(500), 도 5b에 도시된 다층 PVH(530), 또는 도 5c에 도시된 다층 PVH(550)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드(610)는 본원에 개시된 다층 PVH의 기판으로서 기능할 수 있다. 인커플링 요소(635) 및 아웃커플링 요소(645)와 결합된 광 가이드(610)가 AR 또는 MR 결합기로서 기능할 경우, 광 가이드(610)는 가상 이미지를 나타내는 이미지 광(630)과 현실 세계 환경으로부터의 광(602)을 결합할 수 있으므로, 광원 어셈블리(605)에 의해 생성된 가상 이미지는 현실 세계 이미지 또는 시스루 이미지와 중첩될 수 있다. 본원에 개시된 다층 PVH를 포함하는 재지향 요소(640)는 감소된 레인보우 효과로 아웃커플링 요소(645)로부터 수신된 가시 다색광(602)을 회절시키도록 구성될 수 있으므로, 중첩된 이미지의 이미지 품질은 상당히 개선될 수 있다. 일부 실시예에서, 광원 어셈블리(605)에 의해 생성된 광의 동공을, 예컨대, 재지향, 폴딩, 및/또는 확장하는 다수의 기능은 단일 요소, 예컨대, 아웃커플링 요소 내로 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은 적층된 구성(도 6에 도시되지 않음)으로 배치된 복수의 광 가이드(610)를 포함할 수 있다. 복수의 광 가이드(610) 중 적어도 하나(예컨대, 각각)는 이미지 광(630)을 눈(660)을 향하여 지향시키도록 구성될 수 있는 하나 이상의 회절 요소(예컨대, 인커플링 요소, 아웃커플링 요소, 및/또는 지향 요소)와 결합되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층된 구성으로 배치된 복수의 광 가이드(610)는 확장된 다색 이미지 광(예컨대, 풀 컬러 이미지 광)을 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은 하나 이상의 광원 어셈블리(605) 및/또는 하나 이상의 광 가이드(610)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원 어셈블리(605) 중 적어도 하나(예컨대, 각각)는 기본색(예컨대, 적색, 녹색, 또는 청색)에 해당하는 특정 파장 대역 및 미리 결정된 FOV(또는 FOV의 미리 결정된 부분)의 단색 이미지 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은, 예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 광을 각각 적합한 순서로 인커플링 및 후속적으로 아웃커플링함으로써 성분 컬러 이미지(예컨대, 기본색 이미지)를 전달하도록 구성된 3개의 상이한 광 가이드(610)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 시스템(600)은, 예컨대, 적색 광 및 녹색 광의 조합과 녹색 광 및 청색 광의 조합을 각각 적합한 순서로 인커플링 및 후속적으로 아웃커플링함으로써 성분 컬러 이미지(예컨대, 기본색 이미지)를 전달하도록 구성된 2개의 상이한 광 가이드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원 어셈블리(605) 중 적어도 하나(예컨대, 각각)는 다색 이미지 광(예컨대, 풀 컬러 이미지 광)을 방출하도록 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 눈(660)과 광원 어셈블리(605)의 상대 위치는 예시적인 목적을 위한 것이며, 일부 실시예에서, 눈(660)과 광원 어셈블리(605)는 광 가이드(610)의 동일한 측면에 배치될 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 객체 추적 시스템(700)의 개략도를 도시한 것이다. 일부 실시예에서, 객체 추적 시스템(700)은 NED에 구현될 수 있다. 객체 추적 시스템(700)은 사용자의 눈과 같이 추적되는 타겟 또는 객체에 의해 방출되거나 반사되는 광을 이용하여 이미지를 생성할 수 있다. 논의를 위해, 이하 설명에서는 객체 추적 시스템의 예로서 눈 추적 시스템을 사용한다. 눈은 추적되는 객체의 일 예로서 사용된다. 눈 추적 시스템(또는 방법)은 본원에서 객체 추적 시스템(또는 방법)의 일 예로서 설명된다. 객체 추적 시스템(700)은 사용자의 눈이 아닌 타겟 또는 객체를 추적하는 데 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 일부 실시예에서, 눈 추적 시스템(700)은 사용자의 하나 또는 두 개의 눈(715)을 조명하기 위해 광을 방출하도록 구성된 광원(705)을 포함할 수 있다. 광원(705)은 사용자의 시선 외부에(예컨대, 눈(715) 아래에) 위치될 수 있다. 도 7은 예시적인 목적으로 하나의 눈(715)을 도시한 것이다. 눈(715)을 추적하기 위한 컴포넌트는 사용자의 다른 눈을 추적하기 위해 복제될 수 있는 것으로 이해되며, 이러한 컴포넌트는 도 7에서 생략되어 있다.
일부 실시예에서, 광원(705)에 의해 방출된 광은 좁은 스펙트럼 또는 비교적 넓은 스펙트럼을 포함할 수 있고, 광의 하나 이상의 파장은 적외선("IR") 스펙트럼 내에 있을 수 있고, 즉, 광원(705)의 스펙트럼은 IR 스펙트럼의 적어도 일부 내에 있거나, 이와 중첩하거나, 또는 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(705)은 근적외선("NIR") 대역 또는 스펙트럼(약 750 ㎚ 내지 1250 ㎚) 내의 또는 전자기 스펙트럼의 일부 다른 부분 내의 광을 방출할 수 있다. NIR 스펙트럼 광은, NIR 스펙트럼 광이 사람의 눈에는 보이지 않아 작동 중에 NED를 착용한 사용자의 주의를 산만하게 하지 않기 때문에, 일부 애플리케이션에서는 바람직할 수 있다. IR 광은 눈(715)의 동공 구역, 사용자의 전체 눈(715), 사용자의 눈(715)의 위, 아래, 좌측, 또는 우측과 같은 인근 구역, 또는 눈꺼풀 및/또는 눈(715) 주위의 얼굴 피부를 포함하여, 눈(715) 및 눈(715) 근처 구역을 포함하는 구역에 의해 반사될 수 있다.
눈 추적 시스템(700)은 눈(715)에 의해 반사된 IR 광을 광학 센서(710)를 향해 지향시키도록 구성된 회절 광학 요소(720)를 포함할 수 있다. 광학 센서(710)는 회절 광학 요소(720)를 향하도록 배열될 수 있다. 광학 센서(710)는, 회절 광학 요소(720)에 의해 지향된 IR 광을 수신하고, 눈(715)의 이미지와 같은 눈 추적을 위해 수신된 광에 기반하여 신호 또는 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 광학 센서(710)는 IR 스펙트럼의 적어도 일부를 포함하는 스펙트럼 내의 파장을 갖는 광을 감지할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 센서(710)는 IR 광을 감지할 수 있지만 가시 다색광을 감지할 수는 없다. 일부 실시예에서, 광학 센서(710)는 카메라, 예를 들어, CCD(charge-coupled device) 카메라, CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 센서, NMOS(N-type metal-oxide-semiconductor) 센서, 픽셀화된 편광 카메라, 또는 임의의 다른 적합한 카메라 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 센서(710)는, IR 광을 처리하고, 눈(715)의 이미지를 생성하고, 및/또는 눈(715)의 이미지를 분석하여 눈 추적에 사용될 수 있는 정보(예컨대, 눈 추적 정보) 및 다른 동작, 예를 들어, 사용자에게 제시할 정보 또는 정보의 프리젠테이션 레이아웃을 결정하기 위한 동작에 사용될 수 있는 정보를 획득하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 센서(710)는 또한 생성된 이미지와 같은 데이터를 저장하도록 구성된 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예컨대, 컴퓨터 판독가능 메모리)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 본원에 개시된 임의의 방법의 다양한 단계를 수행하기 위해 프로세서에 의해 실행될 수 있는 코드 또는 인스트럭션을 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서 및 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 광학 센서(710)와는 별도로 제공될 수 있다. 예를 들어, 눈 추적 시스템(700)은, 광학 센서(710)와 통신 가능하게 연결되고, 광학 센서(710)로부터 데이터를 수신하도록 구성된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 프로세서 및 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 눈 추적 또는 다른 목적을 위한 정보를 얻기 위해 광학 센서(710)로부터 수신된 데이터(예컨대, 눈(715)의 이미지)를 분석하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 눈 추적 시스템(700)은 눈 추적 정보를 결정하기 위해 눈에 관한 센서 데이터를 획득하기 위한 동작 센서와 같은 다른 센서를 포함할 수 있다. 눈 추적 정보는 광학 센서(710)에 의해, 및/또는 눈 추적 시스템(700)에 포함될 수 있는 다른 센서에 의해 획득된 데이터에 기반하여 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 회절 광학 요소(720)는 본원에 개시된 다층 PVH(750)를 포함할 수 있으며, 이는 도 3a에 도시된 다층 PVH(300), 도 3b에 도시된 다층 PVH(330), 도 3c에 도시된 다층 PVH(350), 도 5a에 도시된 다층 PVH(500), 도 5b에 도시된 다층 PVH(530), 또는 도 5c에 도시된 다층 PVH(550)의 실시예일 수 있다. 다층 PVH(750)는 눈(715)에 의해 반사된 IR 광(701)(이하 설명에서 반사된 광이라 지칭됨)을 광학 센서(710)를 향해 회절시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 반사된 IR 광(701)은 0도(즉, 다층 PVH(750)의 표면에 수직), 30도, 45도, 60도, 70도 등의 다양한 입사각으로 다층 PVH(750)에 입사될 수 있고, 그 후 브래그 조건이 충족되면 회절된 IR 광(703)으로서 다층 PVH(750)에 의해 회절될 수 있다. 광학 센서(710)는 회절된 IR 광(703)을 수신하도록 위치될 수 있고(예컨대, 미리 결정된 각도로 조준될 수 있고), 회절된 IR 광(703)에 기반하여 눈(715)의 이미지를 생성할 수 있다. 다층 PVH(750)는 또한 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광(702)을 눈(715)을 향해 전송하도록 구성될 수 있으므로, 사용자의 눈(715)은 현실 세계 이미지 또는 시스루 이미지에 중첩된 디스플레이 시스템에 의해 생성된 가상 객체를 인식할 수 있다. 일부 실시예에서, 다층 PVH(750)를 포함하는 회절 광학 요소(720)는 또한 눈 추적 결합기로도 지칭되고, 이러한 눈 추적 결합기는 눈(715)에 의해 반사된 IR 광(701)을 광학 센서(710)를 향해 회절시킬 수 있고, 컴퓨터 생성된 이미지를 현실 세계 환경의 직접 뷰 상에 중첩시킬 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 종래의 눈 추적 결합기는 회절 구조로 인해 현실 세계 환경에서 나오는 가시 다색광을 회절시킬 수 있어서, 특히 NED를 착용한 사용자가 특정 각도에서 밝은 광원을 주시하는 경우에, 시스루 뷰에서 레인보우 효과를 야기할 수 있다. 이러한 시스루 아티팩트는 시스루 뷰의 이미지 품질을 저하시킬 수 있다. 본 개시내용에서, 본원에 개시된 다층 PVH(750)를 포함하는 눈 추적 결합기(예컨대, 회절 광학 요소(720))는 가시 다색광(702)을 회절시킬 때 레인보우 효과를 감소시키도록 구성될 수 있으므로, 시스루 뷰의 이미지 품질은 상당히 개선될 수 있다.
도 6 및 도 7은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광을 회절시킬 때 레인보우 효과를 억제하기 위해 본원에 개시된 다층 PVH를 사용하는 2개의 광학 시스템을 도시한 것이다. 2개의 광학 시스템은 예시를 위한 것이며, 본 개시내용의 범위를 제한하지는 않는다. 예컨대, 시스루 이미지에서 레인보우 효과를 감소시키기 위한 예시적인 구조 및 메커니즘은 본 개시내용에 의해 제한되지 않는 임의의 다른 광학 시스템에 적용될 수 있다.
도 8a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 광학 시스템(800)의 개략도를 도시한 것이다. 예시를 위해, 근안 디스플레이("NED")가 광학 시스템(800)의 일 예로서 사용되며, 여기에서는 하나 이상의 개시된 다층 PVH가 구현될 수 있으므로, NED(800)가 AR 및/또는 MR 애플리케이션용으로 사용될 때 시스루 뷰에서 레인보우 효과는 감소될 수 있다. 논의의 편의를 위해 광학 시스템(800)은 또한 NED(800)로 지칭될 수도 있다. 일부 실시예에서, NED(800)는 헤드 장착형 디스플레이("HMD")로 지칭될 수 있다. NED(800)는 하나 이상의 이미지, 비디오, 오디오, 또는 이들의 조합과 같은 미디어 콘텐츠를 사용자에게 제시할 수 있다. 일부 실시예에서, 오디오는 외부 디바이스(예컨대, 스피커 및/또는 헤드폰)를 통해 사용자에게 제시될 수 있다. NED(800)는 VR 디바이스, AR 디바이스, MR 디바이스, 또는 이들의 조합으로서 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, NED(800)가 AR 및/또는 MR 디바이스로서 동작할 경우, NED(800)의 일부는 적어도 부분적으로 투명할 수 있고, NED(800)의 내부 컴포넌트는 적어도 부분적으로 가시적일 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, NED(800)는 사용자의 헤드에 착용하도록 구성된 프레임(805), 프레임(805)에 장착된 좌안 디스플레이 시스템(810L) 및 우안 디스플레이 시스템(810R), 및 눈 추적 시스템(도 8a에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 8a에 도시된 특정 디바이스(들)는 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 8a에 도시되지 않은 추가적인 디바이스 또는 컴포넌트는 또한 NED(800)에 포함될 수 있다. 프레임(805)은 우안 디스플레이 시스템(810R) 및 좌안 디스플레이 시스템(810L)을 (예컨대, 사용자의 눈에 인접한) 사용자의 신체 부위(예컨대, 헤드)에 장착하도록 구성된 적합한 유형의 장착 구조를 포함할 수 있다. 프레임(805)은 미디어를 사용자에게 디스플레이하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 광학 요소에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임(805)은 안경테 안경(eye-wear glasses)의 프레임을 나타낼 수 있다.
우안 디스플레이 시스템(810R) 및 좌안 디스플레이 시스템(810L)은 사용자가 NED(800)에 의해 제공되는 콘텐츠를 볼 수 있게 하고/하거나 현실 세계 객체의 이미지를 볼 수 있게 하도록 구성될 수 있다(예컨대, 우안 디스플레이 시스템(810R) 및 좌안 디스플레이 시스템(810L)의 각각은 시스루 광학 요소를 포함할 수 있다). 일부 실시예에서, 우안 디스플레이 시스템(810R) 및 좌안 디스플레이 시스템(810L)은, 광(예컨대, 가상 이미지에 해당하는 이미지 광)을 생성하고, 이미지 광을 사용자의 눈에 지향시키도록 구성된 임의의 적합한 디스플레이 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, NED(800)는 프로젝션 시스템을 포함할 수 있다. 예시를 위해, 도 8a는 프로젝션 시스템이 프레임(805)에 결합된 프로젝터(835)를 포함할 수 있음을 도시한 것이다. 예를 들어, 좌안 디스플레이 시스템(810L) 및 우안 디스플레이 시스템(810R)의 각각은 컴퓨터 생성 가상 이미지를 사용자의 FOV의 좌측 디스플레이 윈도우(815L) 및 우측 디스플레이 윈도우(815R)로 투사하도록 구성된 이미지 디스플레이 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도 8b는 본 개시내용의 일 실시예에 따라 도 8a에 도시된 NED(800)의 절반의 단면도이다. 예시를 위해, 도 8b는 좌안 디스플레이 시스템(810L)과 연관된 단면도를 도시한 것이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 좌안 디스플레이 시스템(810L)은 사용자의 눈(860)을 위한 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)를 포함할 수 있다. 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 도 6에 도시된 광 가이드 디스플레이 시스템(600)의 실시예일 수 있다. 즉, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 본원에 개시된, 예컨대, 시스루 뷰에서 레인보우 효과를 감소시키기 위해 아웃커플링 요소(또는 포함된다면 재지향 요소)로서 기능하거나 이에 포함된 하나 이상의 다층 PVH를 포함할 수 있다. 사출 동공(exit pupil)(862)은 사용자가 NED(800)를 착용할 경우 아이박스(865)에서 눈(860)이 위치하는 장소일 수 있다. 예시를 위해, 도 8b는 단일 눈(860) 및 단일 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)와 연관된 단면도를 도시한 것이다. 일부 실시예에서, 도 8b에 도시된 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)와는 분리되어 있고 이와 유사한 다른 광 가이드 디스플레이 어셈블리는 사용자의 다른 눈의 사출 동공에 위치된 아이박스에 이미지 광을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 NED(800)의 컴포넌트일 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 이미지 광을 특정 장소로 지향시키는 일부 다른 NED 또는 시스템의 컴포넌트일 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 사용자의 한쪽 눈(860)을 위해 제공될 수 있다. 한쪽 눈을 위한 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 다른 쪽 눈을 위한 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)로부터 분리되거나 부분적으로 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 사용자의 양쪽 눈(860)을 위해 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, NED(800)는 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)와 눈(860) 사이에 배치된 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 광학 요소는, 예컨대, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)로부터 출사된 이미지 광의 수차를 보정하거나, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)로부터 출사된 이미지 광을 확대하거나, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)로부터 출사된 이미지 광의 다른 유형의 광학 조정을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 광학 요소의 예는 애퍼처, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 필터, 이미지 광에 영향을 미치는 임의의 다른 적합한 광학 요소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 가이드 디스플레이 어셈블리(812)는 광 가이드 디스플레이의 스택을 포함할 수 있다(예컨대, 각각의 광 가이드 디스플레이는 광 가이드, 광원 어셈블리, 인커플링 요소, 아웃커플링 요소, 및 포함된다면 재지향 요소를 포함할 수 있다). 일부 실시예에서, 적층형 광 가이드 디스플레이는 각각의 단색 광원이 상이한 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 가이드 디스플레이를 적층함으로써 형성된 다색 디스플레이(예컨대, 적-녹-청("RGB") 디스플레이)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적층형 광 가이드 디스플레이는 이미지 광을 다중 평면 상으로 투사하도록 구성된 다색 디스플레이(예컨대, 다중 초점 컬러 디스플레이)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층형 광 가이드 디스플레이는 이미지 광을 다중 평면 상으로 투사하도록 구성된 단색 디스플레이(예컨대, 다중 초점 단색 디스플레이)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, NED(800)는, 현실 세계 객체에 의해 반사되는 광의 투과율을 동적으로 조정하여, NED(800)를 VR 디바이스와 AR 디바이스 사이에서 또는 VR 디바이스와 MR 디바이스 사이에서 스위칭할 수 있는 적응형 디밍 요소(adaptive dimming element)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, AR/MR 디바이스와 VR 디바이스 사이에서의 스위칭과 함께, 적응형 디밍 요소는 AR 및/또는 MR 디바이스에서 현실 세계 객체에 의해 반사되는 광과 가상 이미지 광의 밝기 차이를 완화하는 데 사용될 수 있다.
NED(800)에 포함된 눈 추적 시스템은 추적 중인 눈(860)에 의해 방출되거나 반사되는 광을 이용하여 눈 추적 정보를 제공하도록 구성된 광학 시스템일 수 있다. 눈 추적 시스템은 도 7에 도시된 눈 추적 시스템(700)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 눈 추적 시스템은, 광을 방출하여 사용자의 한쪽 또는 양쪽 눈(860)을 조명하도록 구성된 광원(841), 광학 센서(842), 및 눈(860)에 의해 반사된 광을 회절을 통해 광학 센서(842)를 향해 안내하도록 구성된 눈 추적 결합기(843)를 포함할 수 있다. 광학 센서(842)는 눈 추적 결합기(843)에 의해 회절된 광을 수신하도록 눈 추적 결합기(843)에 대해 배열될 수 있다. 광학 센서(842)는 눈 추적을 위해 수신된 광에 기반하여 신호 또는 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 눈 추적 결합기로부터 수신된 광에 기반하여 눈(860)의 이미지가 생성될 수 있다. 눈 추적 결합기(843)는 레인보우 효과가 감소된 본원에 개시된 다층 PVH를 포함할 수 있다.
도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 방법(900)을 나타내는 플로우차트이다. 방법(900)은 시스루 뷰에서 레인보우 효과(또는 회절 아티팩트)를 감소시키도록 수행될 수 있다. 방법(900)은 현실 세계 환경으로부터 수신된 가시 다색광의 높은 회절 차수를 억제하는 것을 통해 레인보우 효과를 감소시키도록 수행될 수 있다. 방법(900)은 제1 복굴절 매질층에 의해 제1 광을 수신하는 단계(단계 910)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 광은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 복굴절 매질층은 제1 PVH일 수 있다. 제1 복굴절 매질층 내의 제1 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 방법(900)은 또한 제1 광을 제1 복굴절 매질층에 의해 회절 차수의 제1 수를 포함하는 제2 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키는 단계(단계 920)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 광은 제1 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 광은 제1 광의 순방향으로 회절된 부분과 제1 광의 직접 투과된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 방법(900)은 또한 제2 복굴절 매질층에 의해 제2 광을 수신하는 단계(단계 930)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 복굴절 매질층은 제2 PVH일 수 있다. 제2 복굴절 매질층 내의 제2 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다.
제1 복굴절 매질층은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 제2 복굴절 매질층은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 제2 복굴절 매질층의 두께는 제1 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 제2 복굴절 매질층의 두께와 제1 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 제1 평면 내 피치는 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. 방법(900)은 또한 제2 광을 제2 복굴절 매질층에 의해 회절 차수의 제2 수를 포함하는 제3 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키는 단계(단계 940)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 광은 제2 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 광은 제2 광의 순방향으로 회절된 부분과 제2 광의 직접 투과된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 광에 포함된 회절 차수의 제2 수는 제2 광에 포함된 회절 차수의 제1 수보다 작을 수 있다. 즉, 제3 광은 제2 광보다 작은 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 제3 광은 제2 광보다 적은 회절 차수를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 제1 복굴절 매질층만의 회절 효율보다 작을 수 있다. 제3 광은 광학 디바이스 또는 시스템의 아이박스를 향해 전파될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 광학 결합기에 의해, 가상 이미지를 나타내는 이미지 광과 제3 광을, 광학 디바이스 또는 시스템의 아이박스를 향해 전파되는 결합된 광으로서 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 제1 복굴절 매질층 및 제2 복굴절 매질층에 의해, 객체에 의해 반사된 적외선 광을 광학 센서를 향해 회절시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 제3 복굴절 매질층에 의해 제3 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질층은 제3 PVH일 수 있다. 제3 복굴절 매질층 내의 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 복굴절 매질은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 제3 복굴절 매질층은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질층의 두께는 제1 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 제3 복굴절 매질층의 두께와 제1 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 평면 내 피치는 제3 평면 내 피치와 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. 제3 수직 피치는 제2 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 제3 광을 제3 복굴절 매질층에 의해 회절 차수의 제3 수를 포함하는 제4 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 광은 제3 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 광은 제3 광의 순방향으로 회절된 부분과 제3 광의 직접 투과된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 제4 광에 포함된 회절 차수의 제3 수는 제3 광에 포함된 회절 차수의 제2 수보다 작을 수 있다. 즉, 제4 광은 제3 광보다 작은 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 제4 광은 제3 광보다 적은 회절 차수를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 복굴절 매질층 내지 제3 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 제1 복굴절 매질층과 제2 복굴절 매질층만의 조합의 회절 효율보다 작을 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 제4 복굴절 매질층에 의해 제4 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 복굴절 매질층은 제4 PVH일 수 있다. 제4 복굴절 매질층 내의 제4 광학 이방성 분자의 방향자의 배향은 제4 평면 내 피치 및 제4 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 복굴절 매질은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 제4 복굴절 매질층은 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 복굴절 매질층의 두께는 제3 복굴절 매질층의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 제4 복굴절 매질층의 두께와 제3 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 평면 내 피치는 제3 평면 내 피치와 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 수직 피치는 제3 수직 피치의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. 제3 수직 피치는 제1 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 제3 평면 내 피치는 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 제4 광을 제4 복굴절 매질층에 의해 회절 차수의 제4 수를 포함하는 제5 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제5 광은 제4 광의 순방향으로 회절된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 일부 실시예에서, 제5 광은 제3 광의 순방향으로 회절된 부분과 제4 광의 직접 투과된 부분을 포함하는 가시 다색광일 수 있다. 제5 광에 포함된 회절 차수의 제4 수는 제4 광에 포함된 회절 차수의 제3 수보다 작을 수 있다. 즉, 제5 광은 제4 광보다 작은 수의 회절 차수를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 제5 광은 제4 광보다 적은 회절 차수를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 복굴절 매질층 내지 제4 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 제1 복굴절 매질층 내지 제3 복굴절 매질층만의 조합의 회절 효율보다 작을 수 있다.
예컨대, 시스루 이미지에서 레인보우 효과를 감소시키기 위한 방법(900)은 본 개시내용에 의해 제한되지 않는 임의의 편광 선택 요소에 적용될 수 있다. 예를 들어, 방법(900)은 제1 광을 제1 편광 선택 요소에 의해 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 편광 선택 요소 내의 광학 이방성 분자 또는 서브 파장 구조의 배향은 제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 방법(900)은 또한 제1 광을 제1 편광 선택 요소에 의해 회절 차수의 제1 수를 포함하는 제2 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법(900)은 또한 제2 광을 제2 편광 선택 요소에 의해 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 편광 선택 요소 내의 광학 이방성 분자 또는 서브 파장 구조의 배향은 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화할 수 있다. 제2 편광 선택 요소의 두께는 제1 편광 선택 요소의 두께보다 상당히 작을 수 있다. 제2 편광 선택 요소의 두께와 제1 편광 선택 요소의 두께 간의 비율은 미리 결정된 백분율, 예를 들어, 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만일 수 있다. 제1 평면 내 피치는 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 제2 수직 피치는 제1 수직 피치의 약 절반이 되도록 구성될 수 있다. 방법(900)은 또한 제2 광을 제2 편광 선택 요소에 의해 회절 차수의 제2 수를 포함하는 제3 광으로서 적어도 부분적으로 회절시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 광에 포함된 회절 차수의 제2 수는 제2 광에 포함된 회절 차수의 제1 수보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 편광 선택 요소와 제2 편광 선택 요소의 조합의 회절 효율은 제1 편광 선택 요소만의 회절 효율보다 작을 수 있다.
제3 광은 광학 디바이스 또는 시스템의 아이박스를 향해 전파될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 광학 결합기에 의해, 가상 이미지를 나타내는 이미지 광과 제3 광을, 광학 디바이스 또는 시스템의 아이박스를 향해 전파되는 결합된 광으로서 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 제1 편광 선택 요소 및 제2 편광 선택 요소에 의해, 객체에 의해 반사된 적외선 광을 광학 센서를 향해 회절시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 대한 전술한 설명은 예시의 목적으로 제공되었다. 이는 본 개시내용을 총망라하거나 개시된 정밀한 형태로 제한하려는 것이 아니다. 관련 기술 분야의 기술자는 위의 개시내용에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.
이 설명의 일부는 정보에 대한 동작의 알고리즘 및 심볼 표현의 관점에서 개시내용의 실시예를 설명할 수 있다. 이러한 동작은 기능적으로, 계산적으로 또는 논리적으로 설명되지만, 컴퓨터 프로그램 또는 동등한 전기 회로, 마이크로코드 등에 의해 구현될 수 있다. 또한, 일반성의 상실 없이, 이들 동작의 배열을 모듈로 지칭하는 것이 때때로 편리한 것으로 또한 입증되었다. 설명된 동작 및 관련 모듈은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
본원에 설명된 단계, 동작, 또는 프로세스 중 임의의 것은 하나 이상의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈을 단독으로 또는 다른 디바이스와 조합하여 수행하거나 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 소프트웨어 모듈은 컴퓨터 프로그램 코드를 포함한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현되며, 이러한 컴퓨터 프로그램 코드는 설명된 단계, 동작, 또는 프로세스 중 임의의 것 또는 전부를 수행하기 위해 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 하드웨어 모듈은 디바이스, 시스템, 광학 요소, 컨트롤러, 전기 회로, 로직 게이트 등과 같은 하드웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 실시예는 또한 본원의 동작을 수행하기 위한 장치에 관한 것일 수 있다. 이 장치는 특정 목적을 위해 특별히 구성될 수 있고/있거나, 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 시스템 버스에 연결될 수 있는, 비일시적인 유형적 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 또는 전자 인스트럭션을 저장하기에 적합한 임의의 유형의 매체에 저장될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 프로그램 코드를 저장할 수 있는 임의의 매체, 예를 들어, 자기 디스크, 광학 디스크, 판독 전용 메모리(read-only memory)("ROM") 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory)("RAM"), 전기 프로그래머블 판독 전용 메모리(Electrically Programmable read only memory)("EPROM"), 전기 소거가능 프로그래머블 판독 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable read only memory)("EEPROM"), 레지스터, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 디스크 드라이브, 스마트 미디어 카드(smart media card)("SMC"), 보안 디지털 카드(secure digital card)("SD"), 플래시 카드 등일 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 임의의 컴퓨팅 시스템은 단일 프로세서를 포함할 수 있거나, 향상된 컴퓨팅 성능을 위해 다중 프로세서를 이용하는 아키텍처일 수 있다. 프로세서는 중앙 처리 유닛("CPU"), 그래픽 처리 유닛("GPU"), 또는 데이터를 처리하고/하거나 데이터를 기반으로 계산을 수행하도록 구성된 임의의 처리 디바이스일 수 있다. 프로세서는 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)("ASIC"), 프로그래머블 로직 디바이스(programmable logic device)("PLD"), 또는 이들의 조합과 같은 하드웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다. PLD는 복합 프로그래머블 로직 디바이스(complex programmable logic device)("CPLD"), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array)("FPGA") 등일 수 있다.
개시내용의 실시예는 또한 본원에 설명된 컴퓨팅 프로세스에 의해 생산되는 제품에 관한 것일 수 있다. 이러한 제품은 컴퓨팅 프로세스에서 생성된 정보를 포함할 수 있으며, 여기서 정보는 비일시적인 유형적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 저장되며, 본원에 설명된 컴퓨터 프로그램 제품 또는 다른 데이터 조합의 임의의 실시예를 포함할 수 있다.
또한, 도면에 도시된 실시예가 단일 요소를 도시한 경우, 도면에 도시되지 않았지만 본 개시내용의 범위 내에 속하는 실시예 또는 다른 실시예는 이러한 요소를 복수 개 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 마찬가지로, 도면에 도시된 실시예가 그러한 요소를 복수 개로 도시한 경우, 도면에 도시되지 않았지만 본 개시내용의 범위 내에 속하는 실시예 또는 다른 실시예는 오직 하나의 그러한 요소를 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 도면에 도시된 요소의 수는 단지 예시를 위한 것일 뿐, 실시예의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 더욱이, 달리 언급되지 않는 한, 도면에 도시된 실시예들은 상호 배타적이지 않으며 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 하나의 도면/실시예에는 도시되었지만 다른 도면/실시예에는 도시되지 않은 요소는 그럼에도 불구하고 그러한 다른 도면/실시예에 포함될 수 있다. 하나 이상의 광학 층, 필름, 플레이트, 또는 요소를 포함하는 본원에 개시된 임의의 광학 디바이스에서, 도면에 도시된 층, 필름, 플레이트, 또는 요소의 개수는 단지 예시만을 위한 것에 불과하다. 도면에 도시되지 않았지만, 여전히 본 개시내용의 범위 내에 속하는 다른 실시예에서, 동일하거나 상이한 도면/실시예에 도시된 동일하거나 상이한 층, 필름, 플레이트, 또는 요소는 스택을 형성하기 위해 다양한 방식으로 조합되거나 반복될 수 있다.
예시적인 구현예를 예시하기 위해 다양한 실시예가 설명되었다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 개시된 실시예에 기반하여, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고, 다양한 다른 변경, 수정, 재배열, 및 대체를 행할 수 있다. 따라서, 본 개시내용을 위의 실시예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 본 개시내용은 위에 설명한 실시예에 국한되지는 않는다. 본 개시내용은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 동등한 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 개시내용의 범위는 첨부된 특허청구범위에 정의되어 있다.

Claims (20)

  1. 광학 요소로서,
    제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제1 광학 이방성 분자의 방향자(director)의 배향을 갖는 제1 복굴절 매질층; 및
    제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제2 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제2 복굴절 매질층 - 상기 제2 복굴절 매질층은 상기 제1 복굴절 매질층과 광학적으로 결합되고, 상기 제1 복굴절 매질층에 의한 광의 회절을 감소시키도록 구성됨 - 을 포함하고,
    상기 제1 평면 내 피치는 상기 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작은, 광학 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 0.2 내지 0.8의 범위 내에 있는, 광학 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 약 0.5인, 광학 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 복굴절 매질층의 두께와 상기 제1 복굴절 매질층의 두께 간의 비율은 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만인, 광학 요소.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층 중 적어도 하나는 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 갖는, 광학 요소.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층 중 적어도 하나는 중합된 액정("LC"), 중합체-안정화된 LC, 광중합체, 및 활성 LC 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 요소.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층 중 적어도 하나는 네마틱 LC, 트위스트-벤드 LC, 키랄 네마틱 LC, 및 스멕틱 LC 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 요소.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제3 복굴절 매질층을 더 포함하고,
    상기 제3 평면 내 피치는 상기 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작고,
    상기 제3 수직 피치는 상기 제2 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이한, 광학 요소.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제3 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제3 복굴절 매질층; 및
    제4 평면 내 피치 및 제4 수직 피치에 따라 공간적으로 변화하는 제4 광학 이방성 분자의 방향자의 배향을 갖는 제4 복굴절 매질층을 더 포함하고,
    상기 제4 평면 내 피치는 상기 제3 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제4 수직 피치는 상기 제3 수직 피치보다 작은, 광학 요소.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 평면 내 피치는 상기 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일하거나 상이하고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제1 수직 피치와 실질적으로 동일하거나 상이한, 광학 요소.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 복굴절 매질층은 현실 세계 환경으로부터의 가시 다색광을 제1 광으로서 회절시키도록 구성되고,
    상기 제2 복굴절 매질층은 상기 제1 복굴절 매질층으로부터 출사된 제1 광을 제2 광으로서 회절시키도록 구성되고,
    상기 제1 복굴절 매질층과 상기 제2 복굴절 매질층의 조합의 회절 효율은 상기 제1 복굴절 매질층의 회절 효율보다 작은, 광학 요소.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층에 결합된 광 가이드를 더 포함하고,
    상기 제2 복굴절 매질층은 상기 제1 복굴절 매질층과 상기 광 가이드 사이에 배치되거나, 상기 제1 복굴절 매질층은 상기 제2 복굴절 매질층과 상기 광 가이드 사이에 배치되는, 광학 요소.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광 가이드는, 디스플레이 이미지를 나타내는 이미지 광과, 현실 세계 환경으로부터 나오며, 상기 제1 복굴절 매질층 및 상기 제2 복굴절 매질층을 통과하는 가시 다색광을, 상기 광학 요소의 아이박스를 향해 전파되는 결합된 광으로서, 결합하도록 구성되는, 광학 요소.
  14. 디바이스로서,
    제1 평면 내 피치 및 제1 수직 피치를 갖고, 광을 회절시키도록 구성된 제1 편광 선택 요소; 및
    상기 제1 편광 선택 요소와 광학적으로 결합되는 제2 편광 선택 요소 - 상기 제2 편광 선택 요소는 제2 평면 내 피치 및 제2 수직 피치를 갖고, 상기 제1 편광 선택 요소에 의한 광의 회절을 감소시키도록 구성됨 - 를 포함하고,
    상기 제1 평면 내 피치는 상기 제2 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작은, 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 0.2 내지 0.8의 범위 내에 있는, 디바이스.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제2 수직 피치와 상기 제1 수직 피치 간의 비율은 약 0.5인, 디바이스.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 편광 선택 요소의 두께와 상기 제1 편광 선택 요소의 두께 간의 비율은 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50% 미만인, 디바이스.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 편광 선택 요소 또는 상기 제2 편광 선택 요소 중 적어도 하나는 서브 파장 구조, 액정 재료, 또는 광굴절성 홀로그램 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 디바이스.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 편광 선택 요소 또는 상기 제2 편광 선택 요소 중 적어도 하나는 평면 내 방향 및 평면 외 방향 모두에서 공간적으로 변화하는 배향으로 구성된 광축을 갖는 복굴절 재료를 포함하는, 디바이스.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 평면 내 피치 및 제3 수직 피치를 갖는 제3 편광 선택 요소를 더 포함하고,
    상기 제3 평면 내 피치는 상기 제1 평면 내 피치와 실질적으로 동일하고, 상기 제3 수직 피치는 상기 제1 수직 피치보다 작은, 디바이스.
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