CN119471906A 包含双折射控制的全息波导及用于它们的制造的方法 （迪吉伦斯公司）

201980029130.92019.03.18包含双折射控制的全息波导及用于它们的本申请涉及包含双折射控制的全息波导及例针对实现双折射控制的波导。在一些实施例以及空间地改变角度/频谱带宽用于均化来自波2及层和所述双折射光栅的相互作用提供了从所述波导提层和所述双折射光栅的的相互作用沿着所述波导内的至少一个光传播方向的累积效应而一个光传播方向的对由所述双折射光栅引入形成的双折射光栅中的LC指向矢的排列。3域)的结构。一个子类包括作为可以引导电磁波([0005]诸如上述波导光学器件之类的波导光学器件可以被考虑用于一系列显示器和传详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料折射控制层和所述双折射光栅的相互作用提供了从所述波导提取的光的预4射光栅的的相互作用沿着所述波导内的至少一个光传播方向的累[0015]在进一步附加的实施例中，所述双折射控制层是通5[0033]在再再进一步附加的实施例中，所述双折射控制层被形成在所述第一透明基板个公开的一部分的说明书和附图的其余部分可以实现对本发明的性质和优点的进一步理[0039]图1概念性地图示了根据本发明的实施例的包含双折射光栅和双折射控制层的波[0040]图2概念性地图示了根据本发明的一些实施例的包含用于补偿光栅双折射的双折[0041]图3概念性地图示了根据本发明的实施例的包含用于从波导提供均匀输出照明的双折射控制层和双折射光栅的波导的示意性截[0042]图4概念性地图示了根据本发明的实施例的通过组合各向同性折射率层和各向异性折射率层的多层结构而形成的双折射控制层的示意[0043]图5概念性地图示了根据本发明的实施例的通过组合与双折射光栅层集成的各向[0044]图6概念性地图示了根据本发明的实施例的具有双折射控制层的双扩展波导的平6[0045]图7概念性地图示了根据本发明的实施例的包含用于校正因来自波导的输出光路径中的光学元件引入的双折射的双折射控制层和双折射光栅的波导的示[0046]图8概念性地图示了根据本发明的实施例的用于通过向双折射控制层的边缘施加[0047]图9A图9F概念性地图示了根据本发明的各种实施例的用于制造包含双折射光栅[0048]图10A图10F概念性地图示了根据本发明的各种实施例的用于制造包含施用于波导外表面的双折射控制层与双折射光栅的波导[0049]图11A图11F概念性地图示了根据本发明的各种实施例的用于制造包含双折射光[0050]图12概念性地图示了根据本发明的实施例的示出制造包含双折射光栅和双折射[0051]图13概念性地图示了根据本发明的实施例的示出制造包含施用于波导外表面的双折射控制层和双折射光栅的波导的方法的[0052]图14概念性地图示了根据本发明的实施例的示出制造包含双折射光栅和双折射[0053]图15概念性地图示了根据本发明的实施例的具有在波导到空气界面处施用的双[0054]图16概念性地图示了根据本发明的实施例的具有施用于波导到空气界面的将波[0055]图17概念性地图示了根据本发明的实施例的用于制造包含覆盖在双折射控制层[0056]图18概念性地图示了根据本发明的实施例的用于制造包含覆盖在双折射光栅层[0059]图21概念性地图示了根据本发明的实施例的示出波导的说明了具有RKV光栅的四[0060]图22概念性地图示了根据本发明的实施例的包含被折射率匹配油层分隔开的LCP[0061]图23概念性地图示了根据本发明的实施例的基于具有与裸LCP膜直接接触的RMLCM光栅材料层的光栅单元的偏振架[0062]图24概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出其中裸LCP层被结合到[0063]图25概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出使用RMLCM层作为偏振7[0064]图26概念性地图示了根据本发明的实施例的包括用于补偿由双折射光栅引入的[0065]图27概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出包含图26的实施例的[0066]图28和图29概念性地图示了根据本发明的各种实施例的示意性地示出包含上基[0067]图30概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出两区域聚合物膜的第[0068]图31概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出两区域聚合物膜的第[0069]图32概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出两区域聚合物膜的第[0071]图34概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性地示出包含包括了针对每个但不限于HPDLC混合物之类的液晶聚合物材料系统中。这样的光栅的偏振特性可以取决于于布拉格光栅的波导中的三维LC指向矢排列；以及空间地改变角度/频谱带宽用于均化来8[0077]记录在波导中的光学结构可以包括诸如但不限于衍射光栅之类的许多不同类型间周期强度调制的干涉曝光进行的光聚合引发的相分离9且连续的，而相对的基板表面上的电极是根据多个可选择性可开关的光栅元件而图案化入射平面中的偏振矢量的光)，但是对于S偏振光(即，具有垂直于入射平面的偏振矢量的剂被定义为降低总液体混合物的表面张力的任何化学试剂。在HPDLC混合物中使用表面活国专利No.7,018,563讨论了用于形成聚合物分散的液晶光学元件的聚合物分散的液晶材[0082]专利和科学文献包含可以用于制造SBG的材料系统和工艺的许多示例，包括对配制这样的材料系统用于实现高衍射效率、快速响应时间、低驱动电压等等的研究。Sutherland的美国专利No.5,942,157和Tanaka等人的美国专利No.5,751,452两者均描述了适于制造SBG器件的单体和液晶材料的组合。配方的示例也可以在追溯回20世纪90年代[0089]丙烯酸盐提供了快速动力学、与其它材料的良好混合以及与成膜工艺兼容的优andhexfunctionalstems)之类的[0091]基于HPDLC的全息波导提供了开关能力和高折射率调制的益处，但是会遭受由于导波束的转折和扩展的光栅(被认为是转折光栅)中可以发生诸如偏振旋转之类的不利影格光栅中，由于LC指向矢沿着光栅K矢量的自然排列从而使除了最简单光栅之外的所有指向矢排列成为复杂的三维问题，并且致使使用摩擦或聚酰胺排列层的传统技术不切实际，[0093]波导中的主要设计挑战是高效地并且以其中波导图像没有色散和亮度不均匀的孔径厚度的变化而变化。可以通过通常由诸如LED之类的宽带源表现出的色散来平滑条带器件并使波导的厚度增加。使用用于配置耦合到波导中的光使得输入光栅具有随着TIR角技术在标题为“WaveguideDevicewithUniformOutputIllumination”的国际申请不限于从记录工艺中留下的寄生光栅、杂散光与光栅和波导表面的相互作用等引起的之类)平均化。可以通过微调转折光栅中双折射的空间变化(LC指向矢的排列)来辅助双折射[0095]在波导显示器中引起的进一步问题是与湿气或表面组合的接触可能抑制波导全全息波导中的偏振相关损耗，用于提供在基于布拉格光栅的波导中的三维LC指向矢排列，[0099]可以使用许多不同的技术来实现根据本发明的各种实施例的实现双折射控制技维LC指向矢排列；以及在波导内的用于空间地改变角度/频谱带宽的高效且有成本效益的[0100]图1概念性地图示了根据本发明的实施例的实现双折射控制层的波导。在图示实点102B周围的光栅相互作用并以与状态104D近似的偏振状态104G衍射到方向104F时用于用于提供第一方向上的波束扩展以及从波导的光提取的至少一个双折射光栅208以及具有中，光源可以是激光器或LED，并且可以包括用于改变照明波束角特性的一个或更多个透[0103]对于光的任何方向，光与沿着全内反射路径集成的双折射控制层209和双折射光TIR路径205A的光栅相互作用区域附近的光与双折射控制层的相互作用由偏振状态211、后的旋转。这个偏振旋转可以被设计为平衡通过光线沿着TIR路径205A遇到的相邻光栅区[0104]图3概念性地图示了根据本发明的实施例的其中双折射控制层和光栅提供均匀输还包括用于提供第一方向上的波束扩展以及从波导的光提取的至少一个双折射光栅306以双折射控制层307的相互作用由传播通过双折射控制层的厚度AB之前的照明分布(311)和层的关于角度的双折射特性与光栅的(沿着接近路径AB的附近的光栅路径CD的)角带宽匹[0109]在一些实施例中，本发明提供了可以提供四分之一波或半波延迟的薄偏振控制包括例如反应性酰化末端，该反应性酰化末端在光引发剂和定向UV光的存在下彼此聚合，应用Weber等人在Science、第287卷、2000年3月31日、第2451_2456页中公开的“GiantBirefringentOpticsinMultilayerPolymerMirrors”中讨论的基本原理来克服由布鲁斯特角施加的限制。因为各向同性/各向异性折射率层的系统的光学特性是基于界面反射和相厚度的基本物理而非基于特定的多层干涉堆叠设计，所以新的设计自由度是可能控制层可以提供在波导基板的平面中的至少一个方向上的传输改变。在若干个实施例中，双折射控制层可以提供在波导基板的平面中的至少一个方向上的波束传输或偏振旋转中至少一个方向上的波束传输或偏振旋转中的至少一个的光栅和输出光栅。图6概念性地图示了根据本发明的实施例的具有双折射控制层的双扩展风挡的准直影像反射到眼动范围中的汽车HUD处的本发明的实施例。任何风挡曲率通常都板701，该光学基板701包含用于将来自图像调制光的外部源(未示出)的光703偏转到波导中的TIR路径704中的光栅耦合器702；用于提供第一方向上的波束扩展以及从波导提取光光栅相互作用区域附近的双折射控制层的相互作用。在图7的实施例中，被光栅提取的光[0117]本发明还提供了用于制造包含双折射光栅和双折射控制层的波导的方法和设[0118]图9A图9F概念性地图示了根据本发明的各种实施例的用于制造包含双折射光栅和双折射控制层的波导的工艺步骤和设备。图9A示出了提供第一透明基板901的第一步包括提供喷雾图案912的涂覆设备911，该喷雾图案912将光栅记录材料层913形成在基板901上。在一些实施例中，喷雾图案可以包括跨要被涂覆的表面扫略或步进的窄射流或片[0119]图9C概念性地图示了根据本发明的实施例的用于将光栅记录材料层曝光以形成性地图示了根据本发明的实施例的用于将液晶聚合物材料层涂覆到光栅层上的设备930。在图示的实施例中，设备930包含被配置为传递喷雾图案932从而形成材料层933的涂覆设性地图示了根据本发明的实施例的用于提供排列的液晶聚合物材料层的设备940。在图示地图示了在排列的液晶聚合物层943上方施用第二基板951的步骤之后完成的波[0121]图10A图10F概念性地图示了根据本发明的各种实施例的用于制造包含施用于波导外表面的双折射控制层与双折射光栅的波导的工艺步骤和设备。图10A概念性地图示了根据本发明的实施例的提供第一透明基板1001的第一步1000。图10B概念性地图示了根据1001上。图10C概念性地图示了根据本发明的实施例的用于将光栅记录材料层曝光以形成1026。图10D概念性地图示了根据本发明的实施例的在被曝光的光栅层上方施用第二基板1031的步骤之后的部分完成的波导1030。图10E概念性地图示了根据本发明的实施例的用于传递喷雾图案1042以形成材料层1043的喷雾涂覆器1041。图10F概念性地图示了根据本光1052可以被配置为使光栅层1026的LC指向矢重新排列。[0122]图11A图11F概念性地图示了根据本发明的各种实施例的用于制造包含双折射光射控制层上方的光栅层之前执行形成双折射控制层的步骤。图11A概念性地图示了提供第一透明基板1101的第一步1100。图11B概念性地图示了根据本发明的实施例的用于将液晶递喷雾图案1112以形成材料层1113的涂覆设备1111。图11C概念性地图示了根据本发明的实施例的用于使液晶聚合物材料排列的设备1120。在图示实施例中，设备1120包括UV源图示了根据本发明的实施例的将全息记录材料施用于基板的设备1130。在图示实施例中，设备1130包括用于提供喷雾图案1132以在液晶聚合物层1123的顶部上形成光栅记录材料层1133的涂覆设备1131。图11E概念性地图示了根据本发明的实施例的用于将光栅记录材涉以形成由液晶聚合物材料层1123排列的光栅层1123。图11F概念性地图示了根据本发明的实施例的在被曝光的光栅层上方施用第二基板1151的步骤之后的完成的波导1[0123]图12概念性地图示了根据本发明的实施例的说明制造包含双折射光栅和双折射光栅记录材料层沉积(1202)到基板上。可以将光栅记录材料层曝光(1203)以形成光栅层。[0124]图13概念性地图示了根据本发明的实施例的图示制造包含施用于波导外表面的[0125]图14概念性地图示了根据本发明的实施例的图示制造包含双折射光栅和双折射方法1400包括提供(1401)第一透明基板。可以将液晶聚合物材料层沉积(1402)到基板上。[0126]尽管图12图14图示了用于制造包含双折射光栅和双折射控制层的波导的具体工的光1504在双折射控制层1503与波导基板1501的界面处与双折射控制层1503的相互作用使其偏振从由符号1505指示的状态(由先前与光栅的相互作用产生)旋转到由1506指示的境隔离的波导1600包括包含双折射光栅1602的波导基板1601和覆盖在波导基板1601上的界面处与双折射控制层1603的相互作用使其偏振从由符号1605指示的状态旋转到由1606制层设计为具有梯度折射率特性使得在双折射控制层的空气界面处仅被引导的光中的一在多个实施例中，GRIN层可以是基于标题为“NEAREYEDISPLAYUSINGGRADIENTINDEXOPTICS”的美国临时专利申请No.:62/123,282和标题为“WAVEGUIDEDISPLAYUSING[0132]图19概念性地图示了包含夹有光栅层1903的基板1901、1902的波导1900的截[0134]图21概念性地图示了根据本发明的实施例的示出波导的一部分的示意性截面视图2100，从而说明使用具有RKV光栅的四分之一波偏振层可以如何克服波导的输入光栅部变为S偏振(2101E)。由于S偏振光既是非布拉格的(off_Bragg)又是“非偏振的(off经历另一个完整周期(2101H_2101M)，并且然后在具有K矢量2102C的光栅区域处返回到用影仪出射光瞳：与光栅的第一次相互作用发生在顺着波导的大致2.85mm处。这等同于在[0136]图22概念性地图示了根据本发明的实施例的包含通过折射率匹配油层(2201)分隔的LCP四分之一波单元和反应性单体液晶混合物(RMLCM)单元的偏振层架构2200。LCP单[0137]图23概念性地图示了根据本发明的实施例的基于具有与裸LCP膜2302直接接触的RMLCM光栅材料层2301的光栅单元的偏振架构2300的示例。这两个膜被基板2303、2304所则使用分隔珠维持RMLCM层的厚度控制可能是困难的。图23的实施例可能需要仔细匹配[0138]图24概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出其中裸LCP层被结合于裸NOA65粘合剂或类似的粘合剂。[0139]图25概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出使用RMLCM层作为偏振层[0140]图26概念性地图示了根据本发明的实施例的包括用于补偿由双折射光栅引入的和第二光栅2606B。在一些实施例中，透明区域可以是折射率与基板的折射率相似的聚合[0141]图27概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出包含图26的实施例的特包封层2803的LCP层2802、RMLCM层2804和下基板2805的偏振层架构2800的示例的截面视包封层2903的LCP层2902、RMLCM层2904和下基板2905的偏振层架构2900的示例的截面视[0144]图30概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出两区域聚合物膜的第一[0145]图31概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出两区域聚合物膜的第二示例3100的平面图。这个示例使用通过保护膜3102的LCP层3101的包封，所述层由尺寸为[0146]图32概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出两区域聚合物膜的第三示例3200的平面图。这个示例使用LCP的玻璃包封。尺寸为77.2mm×47.2mm的0.5mm厚的EagleXG基板支撑LCP层3201、粘合剂层3202和0.2mm厚的Willow玻璃盖3203。对于波长[0148]图34概念性地图示了根据本发明的实施例的示意性示出包含包括针对每个光栅[0149]上面的描述仅覆盖了其中LCP层(或等效延迟层)可以与波导结构中的RMLCM层组散射损耗无关，该表面散射损耗在浸没后大量地丢失。LCP和包封层可以承受100C的曝光种或更多种而提供的双折射控制层与摩擦工艺或聚酰亚胺排列层组合。在一些实施例中，展的转折光栅。转折光栅可以是基于标题为“WAVEGUIDEDISPLAY”的PCT申请No.:PCT/GB2016000181中公开的实施例和以上给出的其它参考文献中讨论的实施例中的任何实施的原理的波导可以提供用于配置耦合到波导中的光使得输入光栅具有随着TIR角度的变化例的将输入图像产生器的光学器件设计为具有从在微显示面板的一侧上的高数值孔径用当前在全息打印行业中使用的母版和接触式打印工[0154]在许多实施例中，光栅是如已经讨论的被记录在全息聚合物分散液晶(HPDLC)中散在液体聚合物中的固体液晶基质的诸如POLICRYPS或POLIPHEM之类的均匀调制材料中。物材料系统被公开在Caputo等人的美国专利申请公开No.:US2007/0019152和Stumpe等人[0155]在一些实施例中，光栅被记录在反向模式HPDLC材料中。反向模式HPDLC与常规的。反向模式HPDLC可以是基于标题为“IMPROVEMENTSTOHOLOGRAPHICPOLYMER公路车辆应用的风挡集成HUD内。在一些实施例中，窗户集成式显示器可以是基于标题为62/125,064和标题为“ENVIRONMENTALLYISOLATEDWAVEGUIDEDISPLAY”的美国专利申请请No.:15/558,409中公开的实施例的用于提供在一个方向上的波束扩展的光管。在一些实施例中，输入图像产生器可以是基于如标题为“COMPACTEDGEILLUMINATEDDIFFRACTIVE应用于诸如(例如)眼动仪、指纹扫描仪和LIDAR系统之类的波导传感器以及照明器和背光中。大幅夸大。可以使用利用标题为“IMPROVEMENTSTOHOLOGRAPHICPOLYMERDISPERSED部内容的以下专利申请中找到与该技术有关的附加信息：标题为“COMPACTEDGEILLUMINATEDDIFFRACTIVEDISPLAY”的美国专利No.9,075,184、标题为“OPTICALDISPLAYS”的美国专利No.8,233,204、标题为“METHODANDAPPARATUSFO为“ELECTRICALLYFOCUSTUNABLELENS”的美国专利申请No.:15/553,120、标题为题为“METHODANDAPPARATUSFORGENERATINGINPUTIMAGESFORHOLOGRAPHICGRADIENTINDEXOPTICS”的美国临时专利申请NO.:62/123,282、标题为“WAVEGUIDEDISPLAYUSINGGRADIENTINDEXOPTICS”的美国临时专利申请No.:62/124,550、标题为62/125,064、标题为“ENVIRONMENTALLYISOLATEDWAVEGUIDEDTOHOLOGRAPHICPOLYMERDISPERSEDLIQUIDCRYSTALMATERIALSANDDEVICES”的PCT申请No.:PCT/GB2012/000680、标题为“HOLOGRAPHICWAVEGUIDEEYETRACKER”的PCT申请标题为“APPARATUSFOREYETRACKING”的PCT申请No.:GB2013/000210、标题为METHODOFEXTENDINGVERTICALFIELDOFVIEWINHEADUPDISPLAYUSINGA美国专利No.8,639,072、标题为“COMPACTHOLOGRAPHICEDGEILLUMINATEDEYEGLASSDISPLAY”的美国专利No.8,885,112、标题为“METHODPOLARIZATIONSELECTIVEHOL