Search

JP-2026514690-A - 拡張現実導波路コンバイナの画像鮮鋭度を高めるフィールドエッチング

JP2026514690AJP 2026514690 AJP2026514690 AJP 2026514690AJP-2026514690-A

Abstract

本開示は、導波路及びその形成方法を提供する。導波路は、複数の格子を含む。複数の格子は、導波路基板の上に配置された格子構造を含む。格子構造は、格子深さを有する。導波路層が、複数の格子の各々と導波路基板のエッジとの間の導波路基板の上に配置される。導波路層は、エッチング深さを有する。エッチング深さは、格子深さよりも浅い。 【選択図】図３

Inventors

  • シャーストリー， クナル
  • セル， デーヴィッド アレクサンダー
  • バルガヴァ， サマース

Assignees

  • アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240627
Priority Date
20230630

Claims (20)

  1. 導波路であって、 導波路基板の上に配置された格子構造を含む複数の格子であって、前記格子構造が格子深さを有する、複数の格子と、 前記複数の格子の各々と前記導波路基板のエッジとの間の前記導波路基板の上に配置された導波路層であって、エッチング深さを有し、前記エッチング深さが前記格子深さを下回る、導波路層と を備える導波路。
  2. 前記複数の格子が、 インカプラ格子、 ピューピル拡張格子、又は アウトカプラ格子 のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の導波路。
  3. 前記インカプラ格子を取り囲む第１のブランケット領域をさらに備え、前記第１のブランケット領域は第１のブランケット深さを有する、請求項２に記載の導波路。
  4. 前記ピューピル拡張格子を取り囲む第２のブランケット領域をさらに備え、前記第２のブランケット領域は第２のブランケット深さを有する、請求項２に記載の導波路。
  5. 前記インカプラ格子を取り囲む第３のブランケット領域をさらに備え、前記第３のブランケット領域は、第３のブランケット深さを有する、請求項２に記載の導波路。
  6. 前記格子構造がデューティサイクルを含む、請求項１に記載の導波路。
  7. 前記複数の格子及び前記導波路層の上に配置された反射防止層をさらに備える、請求項１に記載の導波路。
  8. 前記導波路層が、 前記導波路基板の上に配置された第１の副層と、 前記第１の副層の上に配置された第２の副層と を含む、請求項１に記載の導波路。
  9. 前記第１の副層が酸化ニオブを含み、前記第２の副層が酸化チタンを含む、請求項８に記載の導波路。
  10. 前記第１の副層が、約５０％から約１００％の導波路層深さを有し、前記第２の副層が、約１％から約５０％の導波路層深さを有する、請求項８に記載の導波路。
  11. 導波路であって、 導波路基板の上に配置された格子構造を含む複数の格子であって、前記格子構造が格子深さを有する、複数の格子と、 前記複数の格子の各々と前記導波路基板のエッジとの間の前記導波路基板の上に配置された導波路層であって、 前記導波路基板の上に配置された第１の副層、及び 前記第１の副層の上に配置された第２の副層であって、前記導波路層が、前記第２の副層の上面から前記格子構造の前記上面までのエッチング深さを有する、第２の副層 を含む導波路層と を備える導波路。
  12. インカプラ格子を取り囲む第１のブランケット領域であって、第１のブランケット深さを有する第１のブランケット領域と、 ピューピル拡張格子を取り囲む第２のブランケット領域であって、第２のブランケット深さを有する第２のブランケット領域と、 アウトカプラ格子を取り囲む第３のブランケット領域であって、第３のブランケット深さを有する第３のブランケット領域と をさらに備える、請求項１１に記載の導波路。
  13. 前記複数の格子及び前記導波路層の上に配置された反射防止層をさらに備える、請求項１１に記載の導波路。
  14. 前記第１の副層が酸化ニオブを含み、前記第２の副層が酸化チタンを含む、請求項１１に記載の導波路。
  15. 前記第１の副層が、約５０％から約１００％の導波路層深さを有し、前記第２の副層が、約１％から約５０％の導波路層深さを有する、請求項１１に記載の導波路。
  16. 導波路を形成するための方法であって、 導波路の導波路層をエッチングするためのエッチング深さを決定することであって、前記導波路層は第１の副層及び第２の副層を含み、前記エッチング深さは、前記導波路の複数の格子の格子深さを下回る、エッチング深さを決定することと、 前記第２の副層を前記エッチング深さまでエッチングすることと を含む方法。
  17. 前記複数の格子が、 インカプラ格子、 ピューピル拡張格子、又は アウトカプラ格子 のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記エッチング深さを決定することが、前記格子深さ及び前記複数の格子のデューティサイクルに基づいて前記エッチング深さを決定することを含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記エッチング深さを決定することが、前記導波路層と前記複数の格子との間の１つ又は複数の境界における１つ又は複数の位相の断裂に基づいて前記エッチング深さを決定することを含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記エッチング深さを決定することが、前記導波路の変調伝達関数（ＭＴＦ）にさらに基づいて前記エッチング深さを決定することを含む、請求項１６に記載の方法。

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、導波路コンバイナに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、導波路層内のフィールドエッチングを有する導波路コンバイナを提供する。 ［０００２］仮想現実は、概して、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータが生成したシミュレート環境であると考えられている。仮想現実体験は、３Ｄで生成され、実際の環境に取って代わる仮想現実環境を表示するレンズとしてニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイデバイスなどのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）で見ることができる。 ［０００３］拡張現実は、ユーザが眼鏡又は他のＨＭＤ装置のディスプレイレンズを通して周囲環境を見ながら、表示のために生成され環境の一部として現れる仮想物体の画像も見ることができる体験を可能にする。回折導波路コンバイナは、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス、及びビデオを送信するために、一部の拡張現実アプリケーションで使用される。画像、グラフィックス、及びビデオのピューピルにおける波面収差は、画像鮮鋭度の損失を引き起こす可能性がある。したがって、波面収差を低減する導波路コンバイナを開発することが望ましい。 ［０００１］本開示は概して、導波路層にフィールドエッチングを有する導波路コンバイナを含む導波路コンバイナに関する。 ［０００２］一態様では、本開示は導波路を提供する。導波路は、複数の格子（グレーティング）を含む。複数の格子は、導波路基板の上に配置された格子構造を含む。格子構造は、格子深さを有する。導波路層が、複数の格子の各々と導波路基板のエッジとの間の導波路基板の上に配置される。導波路層は、エッチング深さを有する。エッチング深さは、格子深さよりも浅い。 ［０００３］別の態様では、本開示は導波路を提供する。導波路は、複数の格子を含む。複数の格子は、導波路基板の上に配置された格子構造を含む。格子構造は、格子深さを有する。導波路層が、複数の格子の各々と導波路基板のエッジとの間の導波路基板の上に配置される。導波路層は、導波路基板の上に配置された第１の副層を有する。第２の副層が、第１の副層の上に配置される。導波路層は、第２の副層の上面から格子構造の上面までのエッチング深さを有する。 ［０００４］別の態様では、本開示は、導波路を形成するための方法を提供する。本方法は、導波路の導波路層をエッチングするためのエッチング深さを決定することを含む。導波路層は、第１の副層及び第２の副層を含む。エッチング深さは、導波路の複数の格子の格子深さ未満である。第２の副層は、エッチング深さまでエッチングされる。 ［０００４］上記で列挙した本開示の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された本開示のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができ、その幾つかは添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は本開示の例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は、他の同等に有効な実施形態を許容し得ることに留意されたい。 本明細書に記載された実施形態に係る導波路コンバイナの概略上面図である。本明細書に記載された実施形態に係る、導波路の一部の概略側面図である。本明細書に記載された実施形態に係る、導波路の一部の概略側面図である。導波路を形成するための方法のフロー図である。 ［０００９］理解を容易にするために、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及びフィーチャは、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが想定される。 ［００１０］本開示の実施形態は、概して、導波路コンバイナに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、導波路層内のフィールドエッチングを有する導波路コンバイナを提供する。 ［００１１］拡張現実用途で使用される回折導波路コンバイナ（本明細書では、導波路コンバイナ及び導波路とも呼ばれる）は、光エンジンからユーザの目に光を方向転換するために格子を使用する傾向がある。この光方向は、入射ピューピルを全内部反射（ＴＩＲ）に連結するためのインカプラ格子の後に、ピューピルを複製し且つアウトカプラ格子を連結するためにそれぞれピューピル拡大器格子とアウトカプラ格子を使用して達成され得る。ユーザによって見られる画像の鮮鋭度は、導波路が、ピューピルが光エンジンからユーザの眼へと誘導される際に、ピューピルにおける波面収差を最小限に抑える能力に依存する。 ［００１２］ピューピルの波面収差に起因する導波路コンバイナの画像鮮鋭度の損失は、導波路コンバイナの格子境界におけるＴＩＲ位相の不連続性によって引き起こされる可能性がある。ある波長と視野（ＦＯＶ）に対応するピューピルが、格子領域と非格子領域との境界でＴＩＲ反射されるとき、２つの異なる領域と相互作用するピューピルの２つの部分の振幅及び位相は、通常、同じではない。ピューピルにわたる不連続な振幅及び位相は、回折が制限されなくなった点広がり関数に対応し、その結果、変調伝達関数（ＭＴＦ）によって測定された画像鮮鋭度が劣化する。基板の厚さとピューピルのサイズに応じて、ピューピルは同じ格子境界に複数回遭遇し、ＭＴＦをさらに劣化させる可能性がある。 ［００１３］本開示の実施形態では、格子領域と非格子領域との間の境界におけるこの位相断裂を低減するために、非格子領域の導波路層は、格子領域で反射されるピューピルの位相を非格子領域で反射されるピューピルの位相により密接に一致させるように決定される深さを有し得る。導波路層の深さは、導波路コンバイナ内の１つ以上（例えば、全て）の格子の深さ及びデューティサイクルに基づいて決定され得る。導波路層の決定された深さは、導波路の格子の深さのうちの少なくとも１つよりも浅くてもよい。導波路上に決定された深さを有する導波路層を設けることにより、導波路は、導波路層がない導波路よりも高いＭＴＦを有し得る。 ［００１４］本開示に記載されているように、導波路層を決定された深さまでエッチングすることは、これらの導波路の格子領域及び非格子領域の設計又は構造を変更することなく、広範囲の導波路において独立して実装され得る。本開示に記載のアーキテクチャは、前述の技術と比較して、１つの追加のグローバルエッチングステップのみを使用するが、記載のアーキテクチャによって可能となる強化された画像鮮鋭度又はＭＴＦは、導波路ディスプレイのユーザ体験と価値を大幅に向上させることができる。 ［００１５］図１は、本明細書に記載された実施形態に係る導波路コンバイナ１００の概略上面図である。後述する導波路コンバイナ１００は、例示的導波路コンバイナであると理解すべきである。導波路コンバイナ１００は、導波路基板１２８の上に配置されたインカプラ格子１０２、ピューピル拡張格子１０４、アウトカプラ格子１０６、及び導波路層１０８のうちの少なくとも１つを有する。導波路基板１２８は、エッジ１２０を有する。導波路層１０８は、１つ又は複数の格子（例えば、インカプラ格子１０２、ピューピル拡張格子１０４、又はアウトカプラ格子１０６）の各々とエッジ１２０との間で導波路基板１２８の上に配置される。インカプラ格子１０２は、マイクロディスプレイから強度を有する光（仮想画像）の入射ビームを受け取る。入射光ビームは、全内部反射（ＴＩＲ）を受け、導波路コンバイナ１００内で伝播して、虚像をピューピル拡張格子１０４に方向付ける。入射光ビームがユーザにアウトカップリングされるアウトカプラ格子１０６に仮想画像を方向付けるために、入射光ビームはＴＩＲの下で継続し、導波路コンバイナ１００内で伝播する。入射光ビームが導波路コンバイナ１００内のＴＩＲ内で伝播すると、光ビームの一部が、インカプラ格子１０２、ピューピル拡張格子１０４、及びアウトカプラ格子１０６に入射し、光ビームの一部が、導波路層１０８の隣接する領域に入射する。 ［００１６］導波路層１０８は、第１のブランケット領域１２２を含む。第１のブランケット領域１２２は、インカプラ格子１０２を取り囲む領域を含む。第１のブランケット領域１２２は、図１Ｂに示すように、第１のブランケット深さ１３０を含む。第１のブランケット深さ１３０は、インカプラ格子１０２の深さ及びデューティサイクルに基づいている。例えば、第１のブランケット深さ１３０は、インカプラ格子１０２の高さの約４０％～約６０％、例えば、約４０％～約５５％、約４５％～約５５％、又は約４８％～約５２％であり得る。理論に束縛されるものではないが、第１のブランケット領域１２２は、従来の導波路コンバイナと比較して、インカプラ格子１０２の約４０％から約６０％であり得る。 ［００１７］導波路層１０８は、第２のブランケット領域１２４を含む。第２のブランケット領域１２４は、ピューピル拡張格子１０４を取り囲む領域を含む。第２のブランケット領域１２４は、図１Ｂに示すように、第２のブランケット深さ１３２を含む。第１のブランケット深さ１３０及び第２のブランケット深さ１３２は、異なる及び／又は類似であり得る。第２のブランケット深さ１３２は、ピューピル拡張格子１０４の深さ及びデューティサイクルに基づいている。例えば、第２のブランケット深さ１３２は、ピューピル拡張格子１０４の高さの約４０％～約６０％、例えば、約４０％～約５５％、約４５％～約５５％、又は約４８％～約５２％であり得る。理論に縛られるわけではないが、第２のブランケット領域１２４は、ピューピル拡張格子１０４の高さの約４０％から約６０％であり、従来の導波路コンバイナと比較して、画像鮮鋭度の向上を可能にすることができる。 ［００１８］導波路層１０８は、第３のブランケット領域１２６を含む。第３のブランケット領域１２６は、アウトカプラ格子１０６を取り囲む領域を含む。第３のブランケット領域１２６は、図１Ｂに示すように、第３のブランケット深さ１３４を含む。第１のブランケット深さ１３０、第２のブランケット深さ１３２、及び第３のブランケット深さ１３４は、異なる及び／又は類似であり得る。第３のブランケット深さ１３４は、アウトカプラ格子１０６の深さ及びデューティサイクルに基づいている。例えば、第３のブランケット深さ１３４は、アウトカプラ格子１０６の高さの約４０％～約６０％、例えば、約４０％～約５５％、約４５％～約５５％、又は約４８％～約５２％であり得る。理論に縛られるわけではないが、第３のブランケット領域１２６は、アウトカプラ格子１０６の高さの約４０％から約６０％であり、従来の導波路コンバイナと比較して、画像鮮鋭度の向上を可能にし得る。 ［００１９］図２は、導波路層１０８を含まない導波路コンバイナの部分２００の概略側面図である。部分２００は、導波路基板２５０の上に配置された回折格子２０６を含む。回折格子２０６は、インカプラ格子１０２、ピューピル拡張格子１０４、又はアウトカプラ格子１０６であってもよい。 ［００２０］ＴＩＲのピューピル２３０が基板２５０内に示されている。ピューピル２３０の部分２３２は、回折格子２０６内でＴＩＲを受けている。ピューピル２３０の別の部分２３４は、非格子領域２０８でＴＩＲを受けている。図２に示すように、ある波長及びＦＯＶに対応するピューピルが、回折格子２０６と非格子領域２０８の境界でＴＩＲ反射される場合、回折格子２０６と非格子領域２０８と相互作用するピューピル２３０の２つの部分２３２及び２３４の振幅及び位相は、通常、同じではない。ピューピル２３０にわたる不連続な振幅及び位相は、回折が制限されなくなった点広がり関数に対応し、その結果、ＭＴＦによって測定されるように、画像鮮鋭度が劣化する。基板の厚さとピューピルのサイズに応じて、ピューピルは同じ格子