特許 7157203 ディスプレイ技術のためのナノ構造の平坦レンズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】ディスプレイ技術のためのナノ構造の平坦レンズ

(51)【国際特許分類】

   G09F 9/30 20060101AFI20221012BHJP

   B82Y 20/00 20110101ALI20221012BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20221012BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20221012BHJP

   G09F 9/33 20060101ALI20221012BHJP

   G02B 5/00 20060101ALN20221012BHJP

【ＦＩ】

G09F9/30 349Z

B82Y20/00

G02B27/02 Z

G09F9/00 313

G09F9/30 365

G09F9/33

G02B5/00 Z

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021074143

(22)【出願日】2021-04-26

(62)【分割の表示】P 2019565019の分割

【原出願日】2018-05-30

(65)【公開番号】P2021131550

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2021-05-26

(31)【優先権主張番号】201741019417

(32)【優先日】2017-06-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(31)【優先権主張番号】201741045374

(32)【優先日】2017-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】フィッサー， ロバート ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ゴーシュ， アヴィシェク

【審査官】石本 努

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０４５９０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１３５２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５８４２９０５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５６０９５３４（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１１１８５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ２７／００－３０／６０

Ｇ０９Ｆ９／００－９／４６

Ｈ０１Ｌ２７／３２

５１／５０

Ｈ０５Ｂ３３／００－３３／２８

４４／００

４５／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスプレイ装置であって、
基板と、
第１の平面に配置された前記基板上に形成された第１の表面と、
前記第１の表面上に配置された第１のエミッタ構造と、
前記第１の平面とは異なる第２の平面に配置された前記基板上に形成された第２の表面と、
前記第２の表面上に配置された第２のエミッタ構造と、
前記第１の平面及び前記第２の平面とは異なる第３の平面に配置された前記基板上に形成された第３の表面と、
前記第３の表面上に配置された第３のエミッタ構造と、
前記第１の表面、前記第２の表面、及び前記第３の表面の上に形成された封入層と、
前記封入層上に形成された複数の誘電体ナノ構造と、
を備え、
前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造は、前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造によって発せられた異なる波長の光の光路長の差を補うように位置付けられており、
前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造の各々によって発せられた光は、単一の像平面上に合焦される、
ディスプレイ装置。

【請求項2】

前記基板は透明なガラス材料である、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１の表面は像平面から第１の焦点距離に配置される、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記第２の表面は前記像平面から前記第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に配置される、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記第３の表面は前記像平面から前記第２の焦点距離よりも長い第３の焦点距離に配置される、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造は、１つのピクセルを構成するサブピクセル素子である、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記第１のエミッタ構造は、第１の帯域幅を有する第１の波長の光を発するように構成される、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記第２のエミッタ構造は、前記第１の波長及び前記第１の帯域幅とは異なる第２の帯域幅を有する第２の波長の光を発するように構成される、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第３のエミッタ構造は、前記第１の波長及び前記第１の帯域幅、並びに前記第２の波長及び前記第２の帯域幅とは異なる第３の帯域幅を有する第３の波長の光を発するように構成される、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記第１の表面、前記第２の表面、及び前記第３の表面の反対側に配置された前記基板の表面は平面である、請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記複数の誘電体ナノ構造の寸法は、各ナノ構造の幅、各ナノ構造の高さ、及び隣接するナノ構造間の間隔を含み、前記誘電体ナノ構造の寸法は均一である、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

ディスプレイ装置であって、
複数の表面がその上に形成された基板と、
第１の平面に配置された第１の表面と、
前記第１の表面上に配置された第１のエミッタ構造と、
前記第１のエミッタ構造の上に形成された第１の封入層と、
前記第１の平面とは異なる第２の平面に配置された第２の表面と、
前記第２の表面上に配置された第２のエミッタ構造と、
前記第２のエミッタ構造の上に形成された第２の封入層と、
前記第１の平面及び前記第２の平面とは異なる第３の平面に配置された第３の表面と、
前記第３の表面上に配置された第３のエミッタ構造と、
前記第３のエミッタ構造の上に形成された第３の封入層と、
前記第１の封入層、前記第２の封入層、及び前記第３の封入層上に形成された複数の誘電体ナノ構造と、
を備え、
前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造は、前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造によって発せられた異なる波長の光の光路長の差を補うように位置付けられており、
前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造の各々によって発せられた光は、単一の像平面上に合焦される、
ディスプレイ装置。

【請求項13】

前記第１の表面は前記像平面から第１の焦点距離に配置される、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記第２の表面は前記像平面から前記第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離に配置される、請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

前記第３の表面は前記像平面から前記第２の焦点距離よりも長い第３の焦点距離に配置される、請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記第１の表面、前記第２の表面、及び前記第３の表面の反対側に配置された前記基板の表面は平面である、請求項１２に記載の装置。

【請求項17】

ディスプレイ装置であって、
第１の表面と、前記第１の表面の反対側に配置された第２の表面とを有する基板であって、前記第１の表面及び前記第２の表面は平面であり、前記第２の表面は前記第１の表面と平行である、基板と、
前記第１の表面上に配置された第１のエミッタ構造と、
前記第１の表面上に配置された第２のエミッタ構造と、
前記第１の表面上に配置された第３のエミッタ構造と、
前記第１のエミッタ構造と、前記第２のエミッタ構造と、前記第３のエミッタ構造の上に配置された封入層と、
前記第１のエミッタ構造の領域に対応する前記封入層上に配置された第１の寸法を有する第１の複数の誘電体ナノ構造と、
前記第２のエミッタ構造の領域に対応する前記封入層上に配置された前記第１の寸法とは異なる第２の寸法を有する第２の複数の誘電体ナノ構造と、
前記第３のエミッタ構造の領域に対応する前記封入層上に配置された前記第１の寸法及び前記第２の寸法とは異なる第３の寸法を有する第３の複数の誘電体ナノ構造と、
を備え、
前記第１の複数の誘電体ナノ構造、前記第２の複数の誘電体ナノ構造、及び前記第３の複数の誘電体ナノ構造は、前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造によって発せられた異なる波長の光の光路長の差を補う寸法形態を有し、
前記第１のエミッタ構造、前記第２のエミッタ構造、及び前記第３のエミッタ構造の各々によって発せられた光は、単一の像平面上に合焦される、
ディスプレイ装置。

【請求項18】

前記第１の複数の誘電体ナノ構造、前記第２の複数の誘電体ナノ構造、及び前記第３の複数の誘電体ナノ構造は、ＺｎＯ材料、ＴｉＯ_２材料、及びＧａＮ材料からなる群から選択される材料から形成される、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記寸法形態は、前記第１、第２、及び第３の複数の誘電体ナノ構造のサイズ、形状、及び間隔の少なくとも一つである、請求項１７に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示の実施形態は概して、拡張及び仮想現実用途のディスプレイデバイスに関する。より具体的には、本書に記載の実施形態は、拡張及び仮想現実ディスプレイにおいて用いられる構造化レンズに関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］拡張現実は一般に、ユーザが、眼鏡の表示レンズ又は他のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイスを通して周囲環境を見ることができ、また環境の一部として表示され、現れるように生成された仮想物体の画像も見ることができる体感を可能にすると考えられている。拡張現実には、ユーザが体感する環境を充実させる又は拡張する音声及びハプティック入力等のいずれかの種類の入力、並びに仮想イメージ、グラフィック、及び映像が含まれうる。

【0003】

［０００３］仮想現実はしかしながら、一般に、ユーザが見かけ上の物理的臨場感を有する、コンピュータによって生成された模擬環境とみなされる。仮想現実の体感を３Ｄで生成し、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他の着用型ディスプレイデバイスの眼鏡等のＨＭＤを用いて見ることができる。

【0004】

［０００４］ニアアイディスプレイパネルには、幾つかの技術的な課題がある。例えば、限られた視野、色収差と関連する写像性、及び没入型の仮想体感を実現することができる仮想現実ディスプレイの実装に依然存在する他の課題である。より具体的には、様々な波長の光を用いたときに、光路の形状寸法的な長さと、光が伝播する媒体の屈折率との積である光路長の差が存在しうるということである。このため、赤色光、緑色光、及び青色光の光路長の差が像平面上に的確に合焦されずに、前述した色収差につながる可能性がある。したがって、最先端技術としての仮想及び拡張現実デバイス用のディスプレイの製造には、多くの課題及び設計制約が存在する。

【発明の概要】

【0005】

［０００５］一実施形態では、ディスプレイ装置が提供される。本装置は、上に形成された複数の特徴を有する基板と、第１の平面に配置された第１の特徴と、第１の特徴上に配置された第１のエミッタ構造を含む。本装置はまた、第１の平面とは異なる第２の平面に配置された第２の特徴と、第２の特徴上に配置された第２のエミッタ構造と、第１の平面及び第２の平面とは異なる第３の平面に配置された第３の特徴と、第３の特徴上に配置された第３のエミッタ構造とを含む。複数の特徴の上に封入層が形成され、基板に結合され、封入層上に複数の誘電体ナノ構造が形成される。

【0006】

［０００６］別の実施形態では、ディスプレイ装置が提供される。本装置は、複数の特徴がその上に形成された基板と、第１の平面に配置された第１の特徴と、第１の特徴上に配置された第１のエミッタ構造と、第１のエミッタ構造の上に形成された第１の封入層とを含む。本装置はまた、第１の平面とは異なる第２の平面に配置された第２の特徴と、第２の特徴上に配置された第２のエミッタ構造と、第２のエミッタ構造の上に形成された第２の封入層とを含む。また更に、本装置は、第１の平面及び第２の平面とは異なる第３の平面に配置された第３の特徴と、第３の特徴上に配置された第３のエミッタ構造と、第３のエミッタ構造の上に形成された第３の封入層とを含む。第１の封入層、第２の封入層、及び第３の封入層上に複数の誘電体ナノ構造が形成される。

【0007】

［０００７］更に別の実施形態では、ディスプレイ装置が提供される。本装置は、第１の表面と第１の表面の反対側に配置された第２の表面とを有し且つ第１の表面及び第２の表面は平面である基板を含む。第１の表面上に第１のエミッタ構造が配置され、第１の表面上に第２のエミッタ構造が配置され、第１の表面上に第３のエミッタ構造が配置される。第１のエミッタ構造、第２のエミッタ構造、及び第３のエミッタ構造の上に封入層が配置される。第１のエミッタ構造の領域に対応する封入層上に第１の寸法を有する第１の複数の誘電体ナノ構造が配置される。第２のエミッタの領域に対応する封入層上に第１の寸法とは異なる第２の寸法を有する第２の複数の誘電体ナノ構造が配置される。第３のエミッタ構造の領域に対応する封入層上に第１の寸法及び第２の寸法とは異なる第３の寸法を有する第３の複数の誘電体ナノ構造が配置される。

【0008】

［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は例示の実施形態のみを示すものであり、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本書に記載の実施形態に係るディスプレイ装置の概略断面図である。

【図2】本書に記載の実施形態に係るディスプレイ装置の概略断面図である。

【図3】本書に記載の実施形態に係るディスプレイ装置の概略断面図である。

【図4A】本書に記載の実施形態に係る、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレーの部分概略平面図である。

【図4B】本書に記載の実施形態に係る、ＬＥＤアレーのピクセル上に配置されたナノレンズを有する、図４ＡのＬＥＤアレーの部分概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［００１４］理解を容易にするため、可能な場合、図面共通の同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。

【0011】

［００１５］本書に記載の実施形態は、ディスプレイデバイス、例えば、仮想及び拡張現実デバイス及び用途に関するものである。一実施形態では、平面の基板は、その上に形成された階段状の特徴と、各特徴上に形成されたエミッタ構造とを有する。基板上に封入層が配置され、封入層上に複数の均一な誘電体ナノ構造が形成される。本書に開示の装置によって生成される仮想画像は、像平面における色収差を低減することによって、改善された写像性を提供する。

【0012】

［００１６］図１は、本書に記載の実施形態に係るディスプレイ装置１００の概略断面図である。ディスプレイ装置１００は、上に形成された複数の階段状の特徴１１２、１１４，１１６を有する基板１０２を含む。基板１０２は、光学的透明な材料、例えばガラスでできている。あるいは、基板１０２は、サファイア材料でできていてよい。別の実施形態では、基板１０２は、窒化アルミニウム材料でできていてよい。特徴１１２、１１４、１１６は、パターン形成及びエッチングツールによって基板１０２にパターン形成され、エッチングされる。上記ツールの例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されている。

【0013】

［００１７］特徴１１２、１１４、１１６は、基板１０２上の、基板１０２の平面の表面１４４とは反対側に形成される。第１の特徴１１２は、第１の平面１４６に配置された表面を画定する。第２の特徴１１４は、第２の平面１４８に配置された表面を画定する。第３の特徴１１６は、第３の平面１５０に配置された表面を画定する。

【0014】

［００１８］各特徴１１２、１１４、１１６は、互いに異なる平面に配置される。例えば、各特徴１１２、１１４、１１６は、像平面１３２に対して特有の焦点距離を有する平面に配置される。第１の平面１４６に配置された第１の特徴１１２は、第１の平面１４６から像平面１３２までの第１の焦点距離１５２を有する。第２の平面１４８に配置された第２の特徴１１４は、第２の平面１４８から像平面１３２までの第２の焦点距離１５４を有する。第３の平面１５０に配置された第３の特徴１１６は、第３の平面１５０から像平面１３２までの第３の焦点距離１５６を有する。第２の焦点距離１５４は第１の焦点距離１５２よりも長く、第３の焦点距離１５６は第２の焦点距離１５４よりも長い。特徴１１２、１１４、１１６の焦点距離１５２、１５４、１５６をそれぞれ変化させることによって、以下に更に詳細に述べる色収差を予め補うことが達成できる。

【0015】

［００１９］複数のエミッタ構造１２２、１２４、１２６は、複数の特徴１１２、１１４、１１６上に形成される。第１のエミッタ構造１２２は、第１の特徴１１２上に配置される。第２のエミッタ構造１２４は、第２の特徴１１４上に配置される。第３のエミッタ構造１２６は、第３の特徴１１６上に形成される。各エミッタ構造１２２、１２４、１２６は、像平面１３２に画像を形成するための光を発する。例えば、第１のエミッタ構造１２２は、像平面１３２上に画像化される光１３８を放射し、第２のエミッタ構造１２４は、像平面１３２上に画像化される光１３６を放射し、第３のエミッタ構造１２６は、像平面１３２上に画像化される光１３４を放射する。

【0016】

［００２０］各エミッタ構造１２２、１２４、１２６に好適なデバイスの例には、中でも非限定的に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスが挙げられる。一実施形態では、エミッタ構造１２２、１２４、１２６は１つのピクセル１０４を構成し、第１のエミッタ構造１２２は第１のサブピクセル１０６であり、第２のエミッタ構造１２４は第２のサブピクセル１０８であり、第３のエミッタ構造１２６は第３のサブピクセル１１０である。代替的な実施形態では、第１のエミッタ構造１２２、第２のエミッタ構造１２４、及び第３のエミッタ構造１２６は各々、ピクセルとみなされうる。

【0017】

［００２１］一例において、第１のエミッタ構造１２２は、第１の帯域幅を有する第１の波長の光を発するように構成される。一実施形態では、第１のエミッタ構造１２２は、青色光を発する。第２のエミッタ構造１２４は、第１の波長及び第１の帯域幅とは異なる第２の帯域幅を有する第２の波長の光を発するように構成される。一実施形態では、第２のエミッタ構造１２４は、緑色光を発する。第３のエミッタ構造１２６は、第１及び第２のそれぞれの波長及び帯域幅とは異なる第３の帯域幅を有する第３の波長の光を発するように構成される。一実施形態では、第３のエミッタ構造１２６は、赤色光を発する。

【0018】

［００２２］各エミッタ構造１２２、１２４、１２６は、特徴１１２、１１４、１１６のそれぞれ１つに配置される。このため、各エミッタ構造１２２、１２４、１２６は、像平面１３２から異なる焦点距離に配置される。特徴１１２、１１４、１１６によってそれぞれ画定された平面１４６、１４８、１５０、そして最終的に、特徴上に配置されたエミッタ構造の色のタイプは、平面１４６、１４８、１５０間のデルタを決定するために時間領域差分法のシミュレーションを実施することによって決定される。

【0019】

［００２３］例えば、第１の平面１４６を画定する第１の特徴１１２は、その上に配置された青色光エミッタ構造１２２を有する。第２の平面１４８を画定する第２の特徴１１４は、その上に配置された緑色光エミッタ構造１２４を有する。第３の平面１５０を画定する第３の特徴１１６は、その上に配置された赤色光エミッタ構造１２６を有する。この例において、第１の平面１４６と第２の平面１４８との間の平面デルタ１１８は、青色光波長と緑色光波長との間の波長差の順序で決定される。同様に、第２の平面１４８と第３の平面１５０との間の平面デルタ１２０は、緑色光波長と赤色光波長との間の波長差の順序で決定される。この結果、特徴１１２、１１４、１１６の相対位置、またそれに応じて、対応するエミッタ構造１２２、１２４、１２６の相対位置は、像平面１３２に対して、様々な波長を有する光の光路長の差を予め補うように位置づけされうる。それゆえに、像平面１３２における色収差が低減し、写像性が改善される。

【0020】

［００２４］ディスプレイ装置１００は更に、封入層１２８と、封入層１２８上に配置された複数のナノ構造１３０とを含む。封入層１２８は、光学的に透明な材料から製造され、特徴１１２、１１４、１１６上に形成されたエミッタ構造１２２、１２４、１２６を封入するように機能する。封入層１２８は、第１の表面１４２と、第１の表面１４２の反対側に配置された第２の表面１４０とを有する。第１の表面１４２と第２の表面１４０はいずれも平面であり、互いに平行している。第１の表面１４２は、基板１０２に結合され、基板１０２に隣接して配置される。一実施形態では、封入層１２８は、最短の光路長１５２を有する第１のエミッタ構造１２２等のエミッタ構造のうちの少なくとも１つと接触するように配置される。

【0021】

［００２５］特徴１１２、１１４、１１６の階段状の形態、及び封入層の第１の表面１４２の平面の形態に起因して、第２及び第３の特徴１１４、１１６のそれぞれと、封入層１２８の第１の表面１４２との間に隙間空間１４４が形成される。一実施形態では、隙間空間１４４は空気等のガスで充満している。代替的な実施形態では、隙間空間１４４は、基板材料の屈折率又は封入層材料の屈折率のいずれかと同様の屈折率を持つ材料で充満している。

【0022】

［００２６］封入層１２８の第２の表面１４０上に、複数のナノ構造１３０が配置される。複数のナノ構造１３０は、ＺｎＯ材料、ＴｉＯ_２材料、ＧａＮ材料、及びそれらの組み合わせ等の誘電体材料から形成される。誘電体材料は、異なる結晶格子構造（又はその欠如）と関連する所望の光学特性によって結晶性又は無定形のものであってよい。複数のナノ構造１３０の各ナノ構造は、ほぼ同じ形態に製造される。言い換えれば、複数のナノ構造１３０は均一である。各ナノ構造１３０の形態は、円柱、柱状、立方体等であってよい。個々のナノ構造の高さ、幅、長さ、直径、間隔、又は他の物理特性は、複数のナノ構造１３０の他のナノ構造とほぼ同様である。一実施形態では、各ナノ構造１３０の幅／直径は約１００ｎｍと約３５０ｎｍの間であり、各ナノ構造１３０の高さは約２００ｎｍと約３００ｎｍの間であり、隣接するナノ構造間の間隔は約５０ｎｍと約２５０ｎｍの間である。

【0023】

［００２７］ナノ構造１３０は、ナノ構造１３０を製造するために用いられる誘電体材料の種類に応じて様々な技法で堆積される。好適な堆積技法には、化学気相堆積、物理的気相堆積、分子ビームエピタキシー等が含まれる。上記堆積プロセスを実施するのに好適な装置は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているツールである。ナノ構造１３０を形成するために堆積される誘電体膜のパターン形成には、ナノインプリントリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、又は上述したような形態サイズを有するナノ構造１３０を形成するのに好適な他のリソグラフィ技法等のプロセスが含まれる。したがって、均一なナノ構造１３０の製造は、特有の形態のナノ構造を形成するよりも簡単に成し遂げられる。

【0024】

［００２８］階段状の特徴１１２、１１４、１１６を用いることによって異なる波長の光の光路長の差を予め補っておくことによって、ナノ構造１３０を用いて像平面１３２上に光を更に合焦させることが可能になる。例えば、第３のエミッタ構造１２６から放射された赤色光１３４が像平面１３２上に合焦され、第２のエミッタ構造１２４から放射された緑色光１３６が像平面１３２上に合焦され、第１のエミッタ構造１２２から放射された青色光１３８が像平面１３２上に合焦される。階段状の特徴１１２，１１４，１１６の光路長の差を予め補うこと、及びナノ構造１３０の光集束特性により、結果的に、見る人の目線１０１から、改善された写像性の、また色収差のない画像を像平面１３２において見ることが可能である。したがって、光１３４、１３６、１３８は同じ平面（例：像平面１３２）に画像化され、平面内の光によって生成された仮想画像は、全く色収差なく、又は色収差が少なくとも実質的に低減した状態で見ることが可能である。

【0025】

［００２９］図２は、本書に記載の実施形態に係るディスプレイ装置２００の概略断面図である。ディスプレイ装置２００は、エミッタ構造１２２、１２４、１２６上に配置された複数の封入層２０２、２０４、２０６を含む。例えば、第１の封入層２０２は第１のエミッタ構造１２２上に配置され、第１のエミッタ構造１２２と接触しており、第２の封入層２０４は第２のエミッタ構造１２４上に配置され、第２のエミッタ構造１２４と接触しており、第３の封入層２０６は第３のエミッタ構造１２６上に配置され、第３のエミッタ構造１２６と接触している。このため、第１、第２、及び第３の封入層２０２、２０４、２０６は、特徴１１２、１１４、１１６の階段状の配向と同様に階段状に配向されている。封入層２０２、２０４、２０６のために選択される材料は、封入層１２８の材料と同様のものである。

【0026】

［００３０］第１の封入層２０２上に第１の複数のナノ構造２０８が配置され、第２の封入層２０４上に第２の複数のナノ構造２１０が配置され、第３の封入層２０６上に第３の複数のナノ構造２１２が配置される。ナノ構造１３０と同様に、各ナノ構造２０８、２１０、２１２は誘電体材料から形成され、均一な形態を有する。ディスプレイ装置１００と異ならず、ディスプレイ装置２００は、階段状の特徴１１２、１１４、１１６の光路長の差を予め補うこと、及びナノ構造１３０の光集束特性を用いて、見る人の目線１０１から、改善された写像性の、また色収差のない画像を像平面１３２において見ることを可能にする。

【0027】

［００３１］図３は、本書に記載の実施形態に係るディスプレイ装置３００の概略断面図である。ディスプレイ装置３００は、第１の表面３０４と、第２の表面３０６とを有する基板３０２を含む。基板３０２は、ほぼ平面であり、第１の表面３０４及び第２の表面３０６は互いに反対側に、互いに平行するように配置される。基板３０２に用いられる材料は、前述した基板１２０のために選択された材料と同様のものである。

【0028】

［００３２］第１のエミッタ構造３０８、第２のエミッタ構造３１０、及び第３のエミッタ構造３１２は、共通平面を画定する第１の表面３０４上に配置される。エミッタ構造３０８、３１０、３１２は、上述したエミッタ構造１２２、１２４、１２６と同様のものであってよい。第２のエミッタ構造３１０は第１のエミッタ構造３０８に隣接して配置され、第３のエミッタ構造３１２は第２のエミッタ構造３１０に隣接して配置される。一実施形態では、第１のエミッタ構造３０８は青色光を発するように構成され、第２のエミッタ構造３１０は緑色光を発するように構成され、第３のエミッタ構造３１２は赤色光を発するように構成される。

【0029】

［００３３］エミッタ構造３０８、３１０、３１２の上に、封入層１２８に関連して説明したものと同様の材料から製造された封入層３１４が配置される。一実施形態では、封入層３１４は、エミッタ構造３０８、３１０、３１２と接触するように配置される。封入層３１４は形態がほぼ平面であり、エミッタ構造３０８、３１０、３１２に隣接する全ての領域でほぼ均一な厚さを有する。

【0030】

［００３４］第１のエミッタ構造３０８の領域、例えば第１のエミッタ構造３０８に対応する基板３０２のエリアであるサブピクセル領域１０６に対応する封入層３１４上に、第１の複数のナノ構造３１６が形成される。第１のナノ構造３１６は、サブピクセル領域１０６内で均一な寸法形態（サイズ、形状、及び間隔）を共有する。第１のナノ構造３１６の寸法形態は、単数の像平面３２２で画像化される異なる波長の光間の光路長の差を補うために、第１のエミッタ構造３０８から放射される光の波長に基づいて選択される。例えば、第１のナノ構造３１６は、第１のエミッタ構造３０８から放射される青色光３２８を像平面３２２で画像化し合焦させるように選択された寸法形態を有する。

【0031】

［００３５］第２のエミッタ構造３１０の領域、例えばサブピクセル領域１０８に対応する封入層３１４上に、第２の複数のナノ構造３１８が形成される。第２のナノ構造３１８は、サブピクセル領域１０８内で均一な寸法形態を共有する。第１のナノ構造３１６と同様に、第２のナノ構造３１８の寸法形態は、像平面３２２で画像化される異なる波長の光間の光路長の差を補うために、第２のエミッタ構造３１０から放射される光の波長に基づいて選択される。第２のナノ構造３１８の寸法形態は、第１のナノ構造３１６の寸法形態とは異なる。例えば、第２のナノ構造３１８は、第２のエミッタ構造３１０から放射される緑色光３２６を像平面３２２で画像化し合焦させるように選択された寸法形態を有する。

【0032】

［００３６］第３のエミッタ構造３１２の領域、例えばサブピクセル領域１１０に対応する封入層３１４上に、第３の複数のナノ構造３２０が形成される。第３のナノ構造３２０は、サブピクセル領域１１０内で均一な寸法形態を共有する。第１及び第２のそれぞれのナノ構造３１６、３１８と同様に、第３のナノ構造３２０の寸法形態は、像平面３２２で画像化される異なる波長の光間の光路長の差を補うために、第３のエミッタ構造３１２から放射される光の波長に基づいて選択される。第３のナノ構造３２０の寸法形態は、第１のナノ構造３１６及び第２のナノ構造３１８の寸法形態とは異なる。例えば、第３のナノ構造３２０は、第３のエミッタ構造３１２から放射される赤色光３２４を像平面３２２で画像化し合焦させるように選択された寸法形態を有する。

【0033】

［００３７］したがって、異なる波長を有する光の光路長の差を補うナノ構造３１６、３１８、３２０、及びナノ構造３１６、３１８、３２０の光集束特性を用いることによって画像表示が達成され、見る人の目線１０１から、改善された写像性の、また色収差のない画像を像平面３２２において見ることができる。

【0034】

［００３８］図４Ａは、本書に記載の実施形態に係る、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレー４００の部分概略平面図である。好適なＬＥＤアレーの例には、中でも、非限定的に、ＬＥＤデバイス及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスが含まれる。一実施形態では、ＬＥＤアレー４００は基板４０８を含み、その上に配置された複数のピクセル４０２、４０４、４０６を有する。一例において、ＬＥＤアレー４００はＯＬＥＤペンタイルアレーである。

【0035】

［００３９］一例において、第１のピクセル４０２は第１の帯域幅を有する第１の波長の光を発するように構成される。一実施形態では、第１のピクセル４０２は赤色光を発する。第２のピクセル４０４は、第１の波長及び第１の帯域幅と異なる、第２の帯域幅を有する第２の波長の光を発するように構成される。一実施形態では、第２のピクセル４０４は青色光を発する。第３のピクセル４０６は、第１及び第２のそれぞれの波長及び帯域幅と異なる、第３の帯域幅を有する第３の波長の光を発するように構成される。一実施形態では、第３のピクセル４０６は緑色光を発する。

【0036】

［００４０］各ピクセル４０２、４０４、４０６は、基板４０８上にアレー４００を形成するようなパターンで配置される。一実施形態では、ピクセル４０２、４０４、４０６は、均一なサイズと分布アーキテクチャを有する。別の実施形態では、ピクセル４０２、４０４、４０６は各々、それぞれ特有のサイズと、アレー４００全体で均一な分布パターンを有する。主として四辺形の形状を有するピクセル４０２、４０４を図示したが、任意の所望の形状をピクセル４０２、４０４に用いることができると考えられる。同様に、円形又は楕円形を有するピクセル４０６を図示したが、任意の所望の形状をピクセル４０６に用いることができると考えられる。

【0037】

［００４１］図４Ｂは、本書に記載の実施形態に係る、ＬＥＤアレー４００のピクセル４０２、４０４、４０６上にそれぞれ配置されたナノレンズ４１０、４１４、４１８を有する、図４ＡのＬＥＤアレー４００の部分概略平面図である。第１のピクセル４０２上に、上に形成された複数の第１のナノ構造４１２を有する第１のナノレンズ４１０が配置される。第２のピクセル４０４上に、上に形成された複数の第２のナノ構造４１６を有する第２のナノレンズ４１４が配置される。第３のピクセル４０６上に、上に形成された複数の第３のナノ構造４２０を有する第３のナノレンズ４１８が配置される。各ナノレンズ４１０、４１４、４１８は、対応する下位のピクセル４０２、４０４、４０６のサイズ及び形状にほぼ対応するようなサイズ及び形状である。

【0038】

［００４２］一実施形態では、各ナノレンズ４１０、４１４、４１８は、単色レンズである。この実施形態では、各ナノレンズ４１０、４１４、４１８に対応する複数のナノ構造４１２、４１６、４２０は、対応するピクセル４０２、４０４、４０６から放射される単一の波長、あるいは定義された範囲の波長の光を変調するように適合される。例えば、第１のナノレンズ４１０上に配置された第１の複数のナノ構造４１２は、光収差を低減又は除去し、像平面における赤色光の光路長を補うように適合される。第２のナノレンズ４１４上に配置された第２の複数のナノ構造４１６は、光収差を低減又は除去し、像平面における青色光の光路長を補うように適合される。第３のナノレンズ４１８上に配置された第３の複数のナノ構造４２０は、光収差を低減又は除去し、像平面における緑色光の光路長を補うように適合される。したがって、様々な波長の光を用いて像平面に合焦画像を形成することが可能である。

【0039】

［００４３］各ナノレンズ４１０、４１４、４１８及び各ナノ構造４１２、４１６、４２０のそれぞれのナノレンズ及びナノ構造は、ＺｎＯ材料、ＴｉＯ_２材料、ＧａＮ材料、及びそれらの組み合わせ等の誘電体材料から形成される。誘電体材料は、異なる結晶格子構造（又はその欠如）と関連する所望の光学特性に応じて結晶性又は無定形のものであってよい。一実施形態では、ナノレンズ４１０上に配置された複数の第１のナノ構造４１２の各ナノ構造は、ほぼ均一な第１の形態で製造される。ナノレンズ４１４上に配置された複数の第２のナノ構造４１６の各ナノ構造は、第１の形態とは異なる、ほぼ均一な第２の形態で製造される。ナノレンズ４１８上に配置された複数の第３のナノ構造４２０の各ナノ構造は、第１の形態及び第２の形態とは異なる、ほぼ均一な第３の形態で製造される。この実施形態では、第１の形態は赤色光を変調するように適合され、第２の形態は青色光を変調するように適合され、第３の形態は緑色光を変調するように適合される。

【0040】

［００４４］第１、第２、及び第３の形態は各々特有のものであるが、各ナノ構造４１２、４１６、４２０の形態は、円柱、柱状、立方体等であってよい。ナノ構造４１２、４１６、４２０の高さ、幅、長さ、直径、間隔、又は他の物理特性はそれぞれ、第１、第２、及び第３の形態に対して特有のものである。一実施形態では、ナノ構造４１２、４１６、４２０の各ナノ構造の幅は約５０ｎｍと約１００ｎｍの間である。

【0041】

［００４５］別の実施形態では、ナノ構造４１２、４１６、４２０の各ナノ構造の高さは、ナノレンズ４１０、４１４、４１８によってそれぞれ変調される光の色に対応する波長差の順序である。例えば、ナノ構造４１２の高さは、ピクセル４０２から放射される赤色光と、隣接するピクセル４０４、４０６からそれぞれ放射される青色光及び緑色光との間の波長差に対応する。ナノ構造４１６の高さは、ピクセル４０４から放射される青色光と、隣接するピクセル４０２、４０６からそれぞれ放射される赤色光及び緑色光との間の波長差に対応する。ナノ構造４２０の高さは、ピクセル４０６から放射される緑色光と、隣接するピクセル４０２、４０４からそれぞれ放射される赤色光及び青色光との間の波長差に対応する。

【0042】

［００４６］ナノ構造４１２、４１６、４２０は、ナノ構造４１２、４１６、４２０を製造するために用いられる誘電体材料の種類に応じた様々な技法によって堆積される。好適な堆積技法には、化学気相堆積、物理的気相堆積、分子ビームエピタキシー等が含まれる。上記堆積プロセスを実施するのに好適な装置は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているツールである。

【0043】

［００４７］ナノ構造４１２、４１６、４２０を形成するために堆積された誘電体膜のパターン形成には、ナノインプリントリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、又は上述したような形態を有するナノ構造４１２、４１６、４２０を形成するのに好適な他のリソグラフィ技法等のプロセスが含まれる。このため、各ピクセル４０２、４０４、４０６に特有の方法で、対応するナノ構造を有する単色ナノレンズが形成されうる。上述したナノレンズに加えて、本書に記載の実施形態を、偏光子、波遅板等の他の光変調デバイスにおいて実行可能であるとも考えられる。

【0044】

［００４８］上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を、それらの基本範囲を逸脱せずに考案することが可能であり、それらの範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】