CN110753865B - 具有由反射可流动材料形成的反射层的波导 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中，描述了包括反射可流动材料(例如，包括反射墨和/或液体金属的反射液体)的成分和方法。在一些实施例中，表面与可反射流动材料接触，由此在该表面上形成反射层。在一些实施例中，该表面是波导(例如用于显示装置的波导)表面，以及所述可流动材料涂覆所述表面上的凸起的表面以形成反射衍射光学元件。一些实施例包括显示装置，所述显示装置包括反射流动材料的反射层。

Description

具有由反射可流动材料形成的反射层的波导

优先权要求

本申请要求在2017年4月18日提交的第62/486873号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

援引并入

本申请还通过引用并入下列所有专利申请：2014年11月27日提交的第14/555585号美国申请；2015年4月18日提交的第14/690401号美国申请；2014年3月14日提交的第14/212961号美国申请；以及2014年7月14日提交的第14/331218号美国申请。

技术领域

本公开涉及显示系统。更具体而言，这里的一些实施例涉及例如用于在波导上形成反射层的方法和包括反射可流动材料的组合物。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现的图像或其部分以它们看起来真实或可被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景典型涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其它实际现实世界视觉输入没有透明性；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的真实世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种AR场景，并且通常涉及集成到自然世界中并对自然世界做出响应的虚拟对象。例如，MR场景可包括看起来被现实世界中的对象阻挡或者以其它方式被感知为与现实世界中的对象交互的AR图像内容。

参考图1，描述了增强现实场景1。AR技术的用户看到以人、树、背景中的建筑物和混凝土平台1120为特征的真实世界公园状设置1100。用户还察觉到他“看到”“虚拟内容”，例如站在真实世界平台1120上的机器人像1110，以及飞过的卡通状化身角色1130，其似乎是大黄蜂的拟人化。这些元素1130、1110是“虚拟的”，因为它们不存在于真实世界中。因为人类视觉感知系统是复杂的，所以产生促进虚拟图像元素与其它虚拟或真实世界的图像元素的舒适、感觉自然、丰富的呈现的AR技术是有挑战性的。

本文所揭示的系统和方法解决与AR和VR技术相关的各种挑战。

发明内容

一些方面包括一种制造光波导结构的方法。该方法可包括形成用于波导的反射光学元件，其中形成所述反射光学元件包括在所述波导的第一表面上提供凸起的图案，在所述凸起的表面上沉积反射墨。在一些实施例中，所述反射墨被选择性地沉积在所述波导的所述第一表面的预定区域上。在一些实施例中，所述沉积包括通过喷墨(inkjet)、微分配器或施加器杆(bar)施加所述反射墨。在一些实施例中，所述反射墨包括无颗粒墨。在一些实施例中，所述反射墨包括铝、银或它们的组合。在一些实施例中，所述反射墨还包括粘合剂，并且其中所述粘合剂存在于所述反射光学元件中。在一些实施例中，所述反射光学元件还包括表面聚积物。在一些实施例中，所述第一表面的所述凸起包括光致抗蚀剂。在一些实施例中，所述第一表面包括壁，该壁限定了预定区域的至少一部分，所述反射墨被选择性地沉积在该预定区域上。在一些实施例中，所述壁包括机械间隔物，其被配置为维持所述波导和附加波导之间的空间。在一些实施例中，所述第一表面的所述凸起是光栅的一部分，以及其中所述反射墨的至少一部分被非共形地设置在所述光栅上，以及其中所述反射墨和所述第一表面之间的界面基本上没有间隙。在一些实施例中，所述反射光学元件是衍射光学元件，其被配置为以一角度重定向入射光以便所述光通过全内反射传播通过所述波导。在一些实施例中，所述反射光学元件被配置为以至少60％的反射率反射入射电磁辐射。在一些实施例中，所述反射光学元件是被配置为将电磁辐射反射到所述第一波导中的耦入光学元件或光分布元件的一部分。在一些实施例中，所述方法还包括通过将所述反射墨沉积在附加光波导的表面上的凸起的图案上，在所述附加波导上形成附加反射光学元件，其中所述附加反射光学元件被配置为反射入射电磁辐射。所述方法还可包括至少将所述附加波导附着到所述波导的表面，从而产生波导的叠层。

一些方面包括一种制造显示装置的方法。所述方法包括在光波导的第一表面上形成反射墨的反射层，其中所述第一表面包括形成光栅的凸起。所述反射层可被设置在所述第一表面上，由此制造反射光学元件。所述方法可包括将所述反射光学元件设置在显示装置中。在一些实施例中，反射墨的反射层被非共形地设置在所述第一表面上，以及其中所述反射层和第一表面之间的界面基本上没有间隙。在一些实施例中，所述反射层和凸起形成衍射光学元件。

一些方面包括一种光波导结构。所述光波导结构包括包括第一表面第一波导和设置在所述第一表面上的反射墨的反射层。所述反射层包括粘合剂。所述反射层被配置为将在界面处入射的电磁辐射反射到所述第一波导中。在一些实施例中，所述反射层基本上没有分散的含金属颗粒。在一些实施例中，所述反射层包括表面聚积物。在一些实施例中，所述第一表面包括与所述反射层一起作为反射衍射光栅的部分的凸起。在一些实施例中，所述反射层以至少60％的反射率反射所述入射电磁辐射。在一些实施例中，所述反射层和凸起形成耦入光学元件，所述耦入光学元件被配置为以一角度重定向入射光以便所述光传播通过所述第一波导。在一些实施例中，所述光波导结构还包括第二波导和第三波导，其中所述第二波导被配置为输出与第三波导不同的波长范围。所述第一波导可与所述第二和第三波导中的至少一个光通信。所述第一、第二和第三波导中的每一个可包括设置在包括凸起的表面上的反射墨的反射层，由此形成反射衍射光栅，其中每个波导的所述反射衍射光栅被配置为重定向不同波长范围的光。在一些实施例中，所述第一表面包括限定所述反射层的边界的壁，其中所述壁包括机械隔离物，所述机械隔离物被配置为保持所述第一波导和其它波导之间的空间。

一些方面包括一种显示装置，其包括本文(例如，在前段中)所述的光波导结构。在一些实施例中，该装置包括空间光调制器，其被配置为将图像信息注入到所述第一波导中。

一些方面包括一种制造显示装置的方法。该方法可包括制造包括例如在前述段落中描述的反射光学元件的光波导或光波导的叠层。所述方法可包括在所述显示装置中设置所述光波导或光波导的叠层。

一些方面包括一种包括波导的显示装置。四平市波导包括反射衍射光学元件。所述衍射光学元件包括在所述波导的表面上的多个凸起；以及在所述凸起的表面上的反射层，其中所述反射层由反射可流动材料形成。所述反射可流动材料的示例包括反射墨和液体金属。

一些方面包括制造光学装置的方法。所述方法包括提供包括多个表面凸起的波导；以及通过在所述表面凸起上沉积反射可流动材料，在所述表面凸起上形成反射层。所述表面凸起和所述反射层形成反射衍射光学元件。

下面提供了附加的示例实施例。

1.一种制造光波导结构的方法，所述方法包括：

形成用于波导的反射光学元件，其中形成所述反射光学元件包括：

在所述波导的第一表面上提供凸起的图案；以及

在所述凸起的表面上沉积反射墨。

2.实施例1的方法，其中所述反射墨被选择性地沉积在所述波导的所述第一表面的预定区域上。

3.实施例2的方法，其中所述沉积包括通过喷墨、微分配器或施加器杆施加所述反射墨。

4.实施例1-3中任一项的方法，其中所述反射墨包括无颗粒墨。

5.实施例1-4中任一实施例的方法，其中所述反射墨包括铝、银或其组合。

6.实施例1-5中任一项的方法，其中所述反射墨还包含粘合剂，以及其中所述粘合剂存在于所述反射光学元件中。

7.实施例1-6中任一项的方法，其中所述反射光学元件还包括表面聚积物。

8.实施例1-7中任一项的方法，其中所述第一表面的所述凸起包括光致抗蚀剂。

9.实施例2-8中任一实施例的方法，其中所述第一表面包括壁，所述壁限定了其上选择性地沉积有所述反射墨的所述预定区域的至少一部分。

10.实施例9的方法，其中所述壁包括机械隔离物，所述机械隔离物被配置为保持所述波导和附加波导之间的空间。

11.实施例1-10中任一实施例的方法，其中所述第一表面的所述凸起是光栅的部分，以及其中所述反射墨的至少一部分被非共形地设置在所述光栅上，以及其中所述反射墨与所述第一表面之间的界面基本上没有间隙。

12.实施例1-11中任一项的方法，其中所述反射光学元件是衍射光学元件，其被配置为以一角度重定向入射光以便所述光通过全内反射传播通过所述波导。

13.实施例1-12中任一项的方法，其中所述反射光学元件被配置为以至少60％的反射率反射入射电磁辐射。

14.实施例1-13中任一项的方法，其中所述反射光学元件是被配置为将电磁辐射反射到所述第一波导中的耦入光学元件或光分布元件的一部分。

15.实施例1-14中任一项实施例的方法，进一步包括：

通过将所述反射墨沉积在附加光波导的表面上的凸起的图案上，在所述附加波导上形成附加反射光学元件，其中所述附加反射光学元件被配置为反射入射电磁辐射；以及

至少将所述附加波导附着到波导的表面，从而产生波导的叠层。

16.一种制造显示装置的方法，该方法包括：

在光波导的第一表面上形成反射墨的反射层，其中所述第一表面包括形成光栅的凸起，以及其中所述反射层被设置在所述第一表面上，由此制造反射光学元件；以及

将所述反射光学元件设置在显示装置中。

17.实施例16的方法，其中所述反射墨的反射层被非共形地设置在所述第一表面上，以及其中所述反射层与所述第一表面之间的界面基本上没有间隙。

18.实施例16或实施例17的方法，其中所述反射层和凸起形成衍射光学元件。

19.一种光波导结构，包括；

第一波导，包括第一表面；以及

设置在第一表面上的反射墨的反射层，

其中所述反射层包含粘合剂，以及

其中所述反射层被配置为将界面处的入射电磁辐射反射到所述第一波导中。

20.实施例19的光波导结构，其中所述反射层基本上没有分散的含金属颗粒。

21.实施例19-20中任一项的光波导结构，其中所述反射层包括表面聚积物。

22.实施例19-21中任一实施例的光波导结构，其中所述第一表面包括凸起，所述凸起与所述反射层一起是反射衍射光栅的部分。

23.实施例19-22中任一实施例的光波导结构，其中所述反射层以至少60％的反射率反射所述入射电磁辐射。

24.实施例22-23中任一项实施例的光波导结构，其中所述反射层和凸起形成耦入光学元件，所述耦入光学元件被配置为以一角度重定向入射光以便所述光传播通过所述第一波导。

25.实施例19-24中任一实施例的光波导结构，其中所述光波导结构还包括第二波导和第三波导，其中所述第二波导被配置为输出与所述第三波导不同的波长范围，以及其中所述第一波导与所述第二和第三波导中的至少一个光通信，

其中所述第一、第二和第三波导中的每一个包括设置在包括凸起的表面上的反射墨的反射层，由此形成反射衍射光栅，其中每个波导的阿姨啊反射衍射光栅被配置为重定向不同波长范围的光。

26.实施例19-25中任一实施例的光波导结构，其中所述第一表面包含限定所述反射层的边界的壁，其中所述壁包括被配置为维持所述第一波导与其它波导之间的空间的机械间隔物。

27.一种显示装置，其包括实施例19-26中任一项的光波导结构。

28.实施例27的显示装置，其中所述装置包括空间光调制器，其被配置为将图像信息注入到所述第一波导中。

29.一种制造显示装置的方法，所述方法包括：

制造包括根据实施例1-13中任一项的反射光学元件的光波导或光波导的叠层；以及

将所述光波导或所述光波导的叠层设置在显示装置中。

30.一种显示装置，包括；

包括反射衍射光学元件的波导，其中所述衍射光学元件包括：

在所述波导的表面上的多个凸起；

在所述凸起的表面上的反射层，其中所述反射层由可流动材料形成。

31.权利要求30的显示装置，其中所述反射衍射光学元件形成耦入光栅，其被配置为将入射光耦入到所述波导中。

32.权利要求31的显示装置，其中所述波导是波导的叠层中的一个，所述波导的叠层中的每一个包括耦入光栅，

其中，在自顶向下视图中，不同波导的耦入光栅彼此横向偏移。

33.权利要求30的显示装置，其中所述可流动材料包括反射墨。

34.权利要求30所述的显示装置，其中所述可流动材料包括液体金属。

35.权利要求30的显示装置，其中所述液体金属选自：镓；铟；汞；镓铟共晶体；镓铟合金；镓铟锡合金；Ga、In、Sn和Zn合金；Ga、In和Sn合金；钠钾合金；镓、铟和锡；镓-铟-锌-铜金属；以及银铟镓。

36.权利要求32的显示装置，其中所述反射层包含所述液体金属的成分的氧化物。

37.一种制造光学装置的方法，所述方法包括：

提供包括多个表面凸起的波导；以及

通过在所述表面凸起上沉积反射可流动材料，在所述表面凸起上形成反射层，

其中所述表面凸起和所述反射层形成反射衍射光学元件。

38.权利要求37的方法，进一步包括提供空间光调制器，其中所述空间光调制器被设置为将光输出到所述反射衍射光学元件上。

39.权利要求37的方法，其中所述可流动材料包括反射墨。

40.权利要求37的方法，其中所述可流动材料包括液体金属。

附图说明

图1示出了通过AR装置的用户的增强现实(AR)的视图。

图2示出了可穿戴显示系统的示例。

图3示出了用于模拟用户的三维图像的常规显示系统。

图4示出了使用多个深度平面来模拟三维图像的方法的各方面。

图5A-5C示出了曲率半径和聚焦半径之间的关系。

图6示出了用于向用户输出图像信息的波导叠层的示例。

图7示出了由波导输出的出射光束的示例。

图8示出了层叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多个不同分量颜色形成的图像。

图9A示出了层叠波导组的示例的截面侧视图，每个层叠波导包括耦入光学元件。

图9B示出了图9A的多个层叠波导的示例的透视图。

图9C示出了图9A和9B的多个层叠波导的示例的自顶向下的平面视图。

图10A示出了根据一些实施例的沉积在凸起的图案上的反射层的示意性截面侧视图。

图10B示出了根据一些其它实施例的沉积在凸起的图案上的反射层的示意性截面侧视图。

图10C示出了根据又一实施例的沉积在凸起的图案上的反射层的示意性截面侧视图。

图11A示出了根据一些实施例的用于在凸起的图案上由反射可流动材料形成反射层的限制区域的示意性透视图。

图11B示出了根据一些实施例的用于在凸起的图案上由反射可流动材料形成反射层的图11A的限制区域的示意性横截面侧视图。

提供附图以说明示例实施例，而不旨在限制本公开的范围。

具体实施方式

波导可使用光学元件来使外部光耦入和/或以希望的方向重定向在波导内传播的光。例如，光学元件可采用衍射光栅和/或刻面(faceted)特征的形式。一些光学元件可操作在反射模式，其中从一个或多个角度入射在光学元件上的光被反射和重定向，以便其以不同的希望的角度传播离开光学元件。如本文所公开的，这样的波导可形成显示系统的部分。例如，波导可被配置为耦入包含图像信息的光，并分布以及耦出该光到用户。

反射光学元件可利用反射层来实现希望的光反射。反射层通常使用包括金属层的气相沉积的金属化方法来沉积。这些常规的金属化方法可能是费时的，并且可能包括大量的步骤。例如，为了将金属化导引到波导上的希望位置，可能需要利用掩模对准并覆盖波导，以便保护波导的不希望金属化的区域。然而，掩模可能被金属化污染，并且可能需要频繁的清洁。另外，气相沉积本身可能需要真空，这将进一步使金属化方法复杂化，并且由于需要沉积室被抽吸以进行沉积，然后返回大气压力以进行卸载，从而增加了其持续时间。

在一些实施例中，使用反射可流动材料，例如，反射墨和/或液体金属，在基板表面上形成反射层。可流动材料可通过从分配器流出到基板表面上而被沉积。优选地，可流动材料在标准条件下(例如，在大气压力和室温下)是可流动的。在一些实施例中，反射可流动材料在沉积条件下(例如，在标准条件下)处于液相。在一些实施例中，可流动材料可被加热以使其可流动。例如，可流动材料可在分配器中被加热以将其保持在可流动状态(例如，液体状态)。

可流动材料沉积于其上的表面可包括图案，例如包括多个凸起和居间凹陷的图案，其可形成光栅结构(例如衍射光栅)，并且反射层可涂覆(例如，共形涂覆或非共形涂覆)图案的表面。应该理解，在一些实施例中，凸起和凹陷可是相同结构的部分。例如，相邻的凸起可在它们之间限定凹陷，并且反射层可覆盖凸起和凹陷。结果，该结构可被描述为具有由凹陷限定的图案和/或由凸起限定的图案。在一些实施例中，反射可流动材料可使用基板表面上的垂直延伸的隔离物而定位在基板表面的分离的区域中。在一些实施例中，反射可流动材料可使用分配器(例如，喷墨或微分配器)施加，该分配器在基板表面上的分离位置处输出可流动材料。其上沉积有反射可流动材料的基板可是由光学透射材料形成的波导，并且被配置为通过全内反射在其中传播光。

衍射光栅的这种金属化可通过增加耦合到波导/基板的光的量来增加光栅的效率。例如，衍射光栅可被设计成在给定的角度范围内将光耦入到波导中，但是不是光的每个角度都将以相等的效率耦入，这可能导致在所有角度上光的均匀性或其它异常。光栅结构上的反射涂层可提高入射到光栅上的一个或多个角度的光的耦入效率。

有利的是，反射可流动材料可直接沉积在基板表面上，且相对于涉及气相沉积的常规方法，该沉积可提供更大的速度和生产量。优选地，沉积在不需要真空的情况下例如在大气压下进行。应理解，常规金属化方法可能花费数分钟来沉积反射层，例如，约5-30分钟。制造包括如本文所述的反射层的光波导的方法可更快地进行。例如，可流动材料可在数秒内被沉积在表面(例如波导的表面)上，例如，约60秒或更少，例如少于约60秒、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、9、8、7、5、6、5、4、3、2、1、0.5或0.1秒，包括在所列出的值中的任意两个之间的范围。此外，由反射可流动材料形成的反射层可产生与由气相沉积形成的反射材料相似或更优的性能特性。例如，已经发现，根据一些实施例的液体金属或包括电子墨的反射墨产生与在平面玻璃和平面抗蚀剂上的参考气相沉积铝相似或优于该参考气相沉积铝的反射率(参见，例如下面的实施例2)。在一些实施例中，反射层是用于显示装置中的波导的光学元件的一部分。在一些实施例中，反射可流动材料的沉积可在室温下或其它相对低的温度下进行。这可防止对基板上的表面特征的损坏，其中这些表面特征由对热敏感的材料(例如，抗蚀剂)形成。此外，根据本文的一些实施例沉积反射可流动材料可更有效地使用材料，导致更少的浪费并减少制造成本。例如，对于传统的基于蒸发的方法，诸如Ag的材料将被沉积在整个表面之上。另一方面，反射可流动材料(例如，反射墨或液体金属)可容易地仅选择性地被沉积在希望区域上。

反射墨、液体金属和反射层

如本文所用，“反射墨”是指在施加后可流动且随后在凝固(例如，在“固化”或“干燥”后)后形成固体反射层的一类墨。反射墨可包括至少一种成分材料，例如金属，例如铝、银、金、铂、铬或铑，其在凝固后保持存在，以至少赋予反射层的一些反射性。反射墨还可包含其它物质，例如粘合剂。不受理论限制，可构思例如铝和银的金属在可见光谱中高度反射，使得它们非常适合于根据一些实施例的反射墨。在一些实施例中，反射墨包括宽带反射器材料，例如铬、铂或铑。

根据一些实施例的反射墨可被配制为可流动材料，例如液体或凝胶，并且在凝固后可变得欠可流动，例如半固体或固体，以便形成稳定的反射层。在一些实施例中，可适宜地选择反射墨的粘度(例如，可在相对稀的液体和相对粘的液体之间变化)，以获得希望的干燥时间、希望的施加均匀性、希望的反射材料浓度和/或对反射层取向的希望的控制。在一些实施例中，反射墨被配制为凝胶，其在凝固后变为更粘稠或变为固体反射层。

应当认识到，不同粘度水平可提供不同的优点。例如，相对粘的可流动材料(例如，反射墨)可适于形成希望的三维特征，例如壁(其可用于例如限制可流动的随后沉积的可流动材料的位置)，并且可适于通过空气干燥来凝固，以便避免对炉烘烤的需要，从而减少热预算。另一方面，相对稀的墨为可修改的以形成相对薄且均匀的反射层，并且可更容易地在紧密间隔的特征之间流动，但是凝固可涉及更长的干燥时间或炉烘烤。在一些实施例中，一旦沉积的可流动材料已经凝固以形成反射层，则施加并凝固可流动材料的一个或多个附加层，以便形成如本文所述的希望厚度的反射层。

在一些实施例中，反射墨包括粘合剂，例如有机或无机粘合剂。粘合剂可促进反射墨的粘度的修改、反射墨的凝固(例如，降低用于反射墨凝固的温度和/或时间)，和/或可促进由反射墨形成的反射层粘附到表明，诸如波导的表面。在一些实施例中，与不包含粘合剂的相类材料的反射层相比，包含粘合剂的反射层对下伏表面表现出优异的粘附性(例如，由反射墨形成的包含粘合剂层可与通过气相沉积而沉积的不包含粘合剂层相比)。

在一些实施例中，反射墨包括银。在一些实施例中，反射墨是含银墨，其化学式为|Ag(NH₃)₂|⁺|C₂H₃O₂|^-。这样的墨可配制成无颗粒或基本上无颗粒的配方，并且在施加和干燥后，已经示出可生产具有相对高的银含量的材料(见Walker等，“Reactive Silver Inksfor Patterning High-Conductivity Features at Mild Temperatures”，J.Am.Chem.Society 134:1419-1421,，其全部通过引用并入到本文中，关于反射墨)。在不受理论限制的情况下，设想增加反射墨的金属含量(例如银含量)对应于增加反射层的反射率。

在一些实施例中，反射墨包括含银颗粒，例如含银胶体或含银纳米颗粒。在一些实施例中，反射墨包括含银纳米晶体。这样的含纳米晶体反射墨可通过各种方法形成。例如，银纳米晶体可使用“自底向上”方法形成，其中银原子与核例如银盐(例如硝酸银，AgNO₃)缔合。例如，银纳米晶体可使用表面活性剂辅助的合成方法形成，其中银晶体从晶种生长，并且添加表面活性剂以调整沿一个或多个晶面的生长速率，从而控制含银晶体的形状。作为另一个实例，含银颗粒和/或胶体可在紫外线照射的辅助下形成，以便控制含银颗粒(例如纳米颗粒和/或胶体)的形状和尺寸。Rajan等人的“Silver nanoparticle inktechnology:state of the art”Nanotechnol Sci.Appl.2016；9:1–13(在此通过引用将其全部内容并入)中描述了用于合成和使用包括银颗粒的墨的多种方法。

在一些实施例中，凝固可流动材料包括干燥和退火。例如，含颗粒的反射墨可在沉积之后通过干燥和退火来凝固。一些含颗粒的反射墨可在远低于反射墨中的金属的熔点的温度下退火，这可有助于节约热预算，以及还最小化加热和冷却时间。例如，银的熔点为960℃。在一些实施例中，包含含金属颗粒(例如，含银颗粒)的反射墨被凝固，并且该凝固包括在低于960℃的温度下退火，例如该温度为至少约150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃或650℃，包括在所列值的任何两个之间的范围，例如约150℃-650℃、150℃-500℃、150℃-400℃、150℃-300℃、150℃-250℃、150℃-200℃、200℃-650℃、200℃-500℃、200℃-400℃、200℃-300℃、200℃-250℃、250℃-650℃、250℃-500℃、250℃-400℃、250℃-300℃、300℃-650℃、300℃-500℃、或300℃-400℃。在一些实施例中，包括含金属颗粒的反射墨在没有退火的情况下凝固。

根据本文一些实施例的反射层反射入射电磁辐射的至少一个可见波长(例如，可见光谱中的光)。反射层可由可流动材料形成，例如通过干燥和/或退火而凝固的可流动材料。反射层优选反射入射电磁辐射的至少一个可见波长的至少约30％，例如入射电磁辐射的至少约30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％或99.9％，包括所列值中的任何两个之间的范围，例如入射电磁辐射的约30％-99％、30％-95％、30％-90％、30％-80％、30％-70％、50％-99％、50％-95％、50％-90％、50％-80％、50％-70％、70％-99％、70％-95％、70％-90％或70％-80％。在一些实施例中，入射电磁辐射包括可见光谱的光。应当理解，可流动材料本身在凝固之前不必具有指出的反射特性，但是在凝固后，由可流动材料形成的反射层将具有指出的反射特性。

在一些实施例中，由本文所述的反射墨形成的反射层具有本文所述的反射率、粘附性和/或图案，同时在结构上与常规反射材料不同。在一些实施例中，反射层包括诸如粘合剂和/或如本文所述的墨材料的不规则聚积物的结构，并且具有适于形成如本文所述的波导和/或显示装置的光学元件的诸如反射率、图案保真度和粘附性的性能特性。因此，在一些实施例中，由本文所述的反射墨形成的反射层提供优于常规沉积方法(例如气相沉积(具有或不具有掩模))的图案化方法优点，例如图案化的速度、生产量和效率。在一些实施例中，反射层在包括可形成如本文所述的光栅的一个或多个表面凸起的波导上。此外，该层可具有用于波导(例如本文所述的显示装置中的那些)的适于重定向光的反射率。

应理解，反射层可在结构上不同于通过例如气相沉积等其它方式形成的反射层。例如，在一些实施例中，反射层包括金属或金属的组合(例如，铝、银、或铝和银)、至少一种粘合剂(例如，有机或无机粘合剂)，以及反射层具有的反射率为相应的纯金属或金属的组合的反射率的至少约30％，例如，至少约30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97％或99％，包括在所列值的任何两个之间的范围，例如，约30％-99％、30％-95％、30％-90％、30％-80％、40％-99％、40％-95％、40％-90％、40％-80％、50％-99％、50％-95％、50％-90％、50％-80％、60％-99％、60％-95％、60％-90％、60％-80％、70％-99％、70％-95％、70％-90％或70％-80％。在一些实施例中，反射层设置在波导上，并且被配置为例如作为光分布元件的一部分重定向传播通过波导的光。在一些实施例中，反射层可通过本文描述的沉积方法被设置在波导上。在一些实施例中，反射层被设置在波导上，并且被配置为将光引导到波导中，例如作为耦入光学元件的一部分。在一些实施例中，波导是显示装置的一部分。

如本文所用，“表面聚积物”是指由反射墨形成的材料的不规则聚积物(例如，线、“意大利面状”股(strand)、或墨材料的岛)，归因于反射墨的可流动和粘性性质，该不规则聚积物从本文所述的反射层的表面延伸作为为反射层中的制品(artifact)(例如，参见图10A中的1015)。仅为了简化概念，表面聚积物可被认为相似于当油漆被厚地施加到墙壁或帆布上时可能存在的干燥油漆的滴。在一些实施例中，该聚积物可具有纳米级的高度、长度和直径。该聚积物通常位于反射层的这样的表面上，该表面不在与波导表面或反射层沉积于其上的其它表面的界面处。因此，在一些实施例中，由本文所述的反射墨形成的反射层可包括表面聚积物，但可保持高的反射率水平。

如本文所用，“凸起”、“表面凸起”和这些根项的变体是指在基板上或基板中(例如在从波导表面延伸的光栅中)向上延伸的材料的团块。在一些实施例中，可通过蚀刻基板来形成凸起，该基板可包括沉积材料(例如，沉积在波导上的光致抗蚀剂)或者可是基本上均质的结构(例如，波导)。在一些实施例中，包括表面聚积物1015的反射层1010被设置在光栅1020之上(见图10A)。图案化的抗蚀剂或光栅1020可包括聚积物1015。在一些实施例中，反射层1010被设置在具有闪耀(blazed)配置的光栅1020上(见图10B)。在一些实施例中，反射层1010被设置在具有多级配置的光栅1020上(见图10C)。在一些实施例中，光栅包括光致抗蚀剂。

应当理解，反射层优选地被用于提供反回到波导中和/或通过波导的光的反射。因此，可流动材料优选地涂覆凸起的所有表面。在一些实施例中，反射层被共形地设置在光栅上。注意，当材料被“共形地”设置时，它将基本上遵从(conform)下伏表面。

在一些实施例中，由于反射墨的液体或半液体特性，反射层在凝固期间在更靠近波导凸起的顶部的部分中可稍微更薄，并且在凝固期间在更靠近底部的部分中可特征性地稍微更厚。注意，这些微小的差异不会对反射层的性能产生负面影响。在一些实施例中，反射层被共形地沉积，以及表面之上的反射层的厚度(例如，跨层的从表面延伸的直线厚度)变化不超过约±20％，使得跨整个反射层，厚度在平均值的±20％内，例如在平均值的±20％、±15％、±10％、±5％或±1％内。优选地，共形反射层被设置为在反射层和基板表面之间没有或基本上没有间隙。还构思，在一些实施例中，非共形反射层可在相关界面处提供合适的反射率(例如，不受理论限制，只要在与波导的界面处的反射层的表面是充分反射的且提供充分覆盖，则不面向波导的相对表面可不需要遵从波导)。因此，在一些实施例中，反射层被非共形地设置在基板上。优选地，非共形层被设置为在反射层和基板表面之间没有或基本上没有间隙。通过在反射层和基板之间“基本上没有”间隙，可理解，尽管可存在一些间隙，但是与没有间隙的反射层相比，它们不会明显地减小由反射层和基板形成的反射光学元件的反射率。在一些实施例中，墨被沉积到足够的厚度以完全或基本上完全填充波导凸起之间的开放体积或间隙。

在一些实施例中，反射墨包含粘合剂，例如有机或无机粘合剂，其可提供以下一种或多种：允许反射墨具有足够的粘度以形成高保真度的图案、允许反射层迅速凝固、促进沉积层到表面(例如，波导)的粘附、以及允许反射层保持稳定地设置在表面上并粘附到该表面。因此，在一些实施例中，包含本文所述的反射墨或由本文所述的反射墨构成的反射层包括粘合剂(其在凝固后可接合到反射层中的物质和/或其中设置有反射层的表面)。相对粘合力可例如使用划痕测试来测量，其中沉积层被以诸如交叉散列(cross-hash)图案的图案裂开或切割，与例如胶带的粘合基板接触，然后移除粘合基板，并确定反射层的通过粘合基板移除的单元的分数(例如，移除的反射层的单元越少，粘合力越强)。在2009年6月出版的ATSM标准D3359-09“Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test”(其通过引用整体结合于此)描述了示例性划痕测试。

在一些实施例中，反射墨包含颗粒，例如含金属的纳米颗粒或微米颗粒。不受理论限制，可构思，金属颗粒可部分地散射光，且由此含颗粒的反射层的反射率可低于无颗粒层的反射率。然而，还可构思，一些包括颗粒的反射墨可为本文所述的波导和/或显示装置提供合适的反射率。因此，在一些实施例中，反射层包括颗粒，例如含金属的纳米颗粒和/或含金属的微颗粒。

如上所述，在不受理论限制的情况下，存在于反射墨和反射层中的颗粒可不希望地漫反射光。因此，在一些实施例中，反射墨是无颗粒的，或基本上是无颗粒的。这样，在一些实施例中，反射层不包括如本文所述的颗粒(例如，反射层既不包含含金属的微颗粒，也不包含含金属的纳米颗粒)。在一些实施例中，反射墨是无颗粒的或基本上无颗粒的并包括非金属，以及就此而言，由反射墨形成的反射层是无颗粒的或基本上无颗粒的并且包括非金属。在一些实施例中，无颗粒墨包括金属和配置为与金属接合的配体，以在凝固时形成反射层，例如，进一步包含氨基甲酸脂(carbamate)配体的含银墨。在一些实施例中，无颗粒墨的化学式为|Ag(NH₃)₂|⁺|C₂H₃O₂|^-。在一些实施例中，反射层无颗粒或基本上无颗粒，并且还包括如本文所述的表面堆积。

在一些实施例中，形成具有希望的厚度的反射层。这样，在一些实施例中，反射层具有至少约10nm的厚度，例如至少约10nm、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000nm、包括在所列值的任意两个之间的厚度范围，例如约10nm至900nm、10nm至500nm、10nm至410nm、10nm至400nm、10nm至350nm、10nm至300nm、10nm至250nm、10nm至200nm、10nm至150nm、10nm至100nm、10nm至50nm、30nm至900nm、30nm至500nm、30nm至450nm、30nm至400nm、30nm至350nm、30nm至300nm、30nm至250nm、30nm至200nm、30nm至150nm、30nm至100nm、30nm至50nm、50nm至900nm、50nm至500nm、50nm至450nm、50nm至400nm、50nm至350nm、50nm至300nm、50nm至250nm、50nm至200nm、50nm至150nm、50nm至100nm、80nm至900nm、80nm至500nm、80nm至450nm、80nm至400nm、80nm至350nm、80nm至300nm、80nm至250nm、80nm至200nm、80nm至150nm、80nm至100nm、100nm至900nm、100nm至500nm、100nm至450nm、100nm至400nm、100nm至350nm、100nm至300nm、100nm至250nm、100nm至200nm或100nm至150nm。在一些实施例中，以适当的厚度和粘度沉积可流动材料的单层，以便在凝固时形成希望厚度的反射层。在一些实施例中，可流动材料层被施加、至少部分地凝固，并且至少一个后续可流动材料层被施加在凝固或部分凝固的层的顶部上。可重复施加可流动材料的循环，直到获得希望厚度的反射层。例如，可执行可流动材料施加的至少两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个、十五个、十六个、十七个、十八个、十九个或二十个循环(包括在两个列出的值中的任何值之间的范围)，以便形成希望厚度的反射层。

在一些实施例中，作为反射墨的替代或补充，可使用液体金属来形成反射层。在一些实施例中，液体金属可包括：镓；铟；汞；镓铟共晶体；镓铟合金；镓铟锡合金；Ga、In、Sn和Zn合金；Ga、In和Sn合金；

可从德国Geratherm Medical AG ofGeschwenda获得；钠钾合金(NaK)；镓、铟和锡；镓-铟-锌-铜金属；以及银铟镓。优选地，沉积足够量的液体金属以涂覆下伏凸起的暴露表面。例如，液体金属可被分配在凸起上，流入并填充凸起之间的空间。在一些实施例中，液体金属可沉积到凸起上方的高度。

应当理解，下伏凸起可形成衍射光学元件(例如衍射光栅)，其可用作耦入光学元件。如本文所讨论的，这些凸起可通过PVD被金属化以形成反射衍射光学元件。在一些实施例中，可在凸起上沉积液体金属来代替PVD金属化。例如，可沉积液体金属以直接接触并涂覆凸起的表面，从而形成反射层。有利地，已经发现用液体金属反射层代替PVD金属化提供了相似水平的光学性能。例如，已经发现，使用液体金属反射层形成的反射衍射光学元件提供与使用PVD金属化形成的其它相似衍射光学元件相似的衍射效率。在一些实施例中，对于以正交于(垂直于)衍射光学元件的角度入射在这些衍射光学元件上的光，基于液体金属的衍射光学元件具有2-4％或2-3％的衍射效率。在一些环境中，基于液体金属的衍射光学元件被配置为重定向入射光，使得其通过全内反射传播通过基板(例如，波导)。

在一些实施例中，提供一种光波导叠层。该光波导叠层包括包括第一表面的第一波导和共形地设置在第一表面的突出部上且附着到第一表面的反射层，如本文所述。反射层可包括与第一表面的界面，该界面被配置为将在界面处入射的电磁辐射(例如，可见光谱的光)反射到第一波导中，如本文所述。光波导叠层可包括至少一个其它光波导，如本文所述的。在一些实施例中，反射层设置在其上的第一波导的表面的凸起形成光栅，例如二元光栅、闪耀光栅、多级光栅、底切光栅、或超材料或超表面光栅，如本文所述。在一些实施例中，光栅包括图案化的光致抗蚀剂。

在一些实施例中，反射层可使用一个或多个壁而局部化在波导的表面的特定区域中。该一个或多个壁可垂直地延伸到基板上的表面凸起上方的高度。从另一方式看，该一个或多个壁可从凹陷的底部垂直地延伸到表面或上方。在一些实施例中，反射层可部分地或完全地填充由壁包围的体积。有利的是，这些壁和反射层用作间隔物，以在波导叠层的波导之间提供间隙。在一些实施例中，间隙是空气间隙，其通过提供与波导的低折射率界面而促进波导内的全内反射。

在一些实施例中，设置在第一光波导上的凸起和反射层是耦入光学元件或光分布元件的一部分，所述耦入光学元件或光分布元件分别被配置为将电磁辐射(例如，可见光谱的光)反射到第一波导中或重定向在波导内传播的光，如本文所述。通过重定向入射环境光以便入射环境光以适合于全内反射的角度传播通过波导，耦入光学元件可促进电磁辐射(例如，可见光谱的光)通过全内反射在波导内的传播。在一些实施例中，反射层包括在第一光波导上的耦入光学元件。第一光波导可是进一步包括第二光波导的光波导叠层的一部分。第二光波导可被配置为允许电磁辐射(例如，可见光谱的光)通过它而到达第一光波导的耦入光学元件。第一光波导的耦入光学元件然后将电磁辐射重定向到第一光波导中。

在一些实施例中，光波导叠层包含至少一个附加波导，例如，至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个附加波导，包含所列值中的任何两者之间的范围。在一些实施例中，光波导叠层还包括第三波导。第三波导可包括耦出光学元件，其被配置为输出与第一和/或第二光波导不同的波长范围。在一些实施例中，第一波导与第二和第三光波导中的至少一个光通信。

在一些实施例中，如本文所述的显示装置包括光波导叠层。在一些实施例中，空间光调制器可被光学地耦合到该波导叠层并被配置为将光注射到波导叠层中。光可用图像信息编码，并且可被引导通过波导叠层以输出到用户的眼睛，如本文所述。

应当理解，由可流动材料形成的反射层可能非故意地将光反射出波导。如本文所讨论的，沉积在凸起图案的表面上的反射层可在波导上形成反射衍射光栅。衍射光栅可以一定角度重定向入射光以便其通过全内反射传播通过波导。在一个示例中，入射到衍射光栅上的光将被耦入到波导，以便其以适合于波导内的TIR的角度离开衍射光栅传播。应当理解，被耦入的光可通过TIR传播通过波导，以相似于耦入的角度反射离开波导的表面。依赖于衍射光栅的几何形状或光的光束直径，在TIR路径的早期反射期间，该光中的一些会入射到衍射光栅上，并且将不希望地被重定向到波导外。例如，衍射光栅可在波导的一个表面上，并且入射光可被重定向以便它被耦入并且反射离开波导的相对表面。然后，反射光可入射到衍射光栅上，这使得光被重定向到波导之外。在一些实施例中，为了防止不希望的光重定向到波导之外，可确定其上沉积有反射层的衍射光栅的尺寸和形状，或者可调整光束直径，以便反射离开波导的相对表面的耦入的光不会入射衍射光栅。

包括反射层的装置

在一些实施例中，如本文所述的反射层被设置在显示装置中。在一些实施例中，反射层被设置在波导上。反射层可是例如本文所述的“耦入光学元件”和/或本文所述的“光分布元件”的一部分，“耦入光学元件”和“光分布元件”中的每一个都是一种“反射光学元件”(例如，图9A的光分布元件1214、1224、1234)，并且可设置在波导上。在一些实施例中，第一反射层是“耦入光学元件”的一部分，第二反射层包括“光分布元件”，并且第一和第二反射层例如以相似的垂直高度设置在相同的波导上。在一些实施例中，反射层的第一部分是“耦入光学元件”的一部分，并且同一反射层的第二部分是“光分布元件”的一部分，并且反射层的第一和第二部分被设置在同一波导上。波导可是诸如这里描述的可穿戴显示系统的显示装置的一部分。在一些实施例中，反射层可设置在波导上，以便例如作为光分配元件重定向光在波导中的内部传播。在一些实施例中，反射层是作为“光瞳扩展器”的光分布元件的一部分，其可在将光引导到可穿戴显示系统的佩戴者的视网膜之前增加光的相对焦点的尺寸。

在一些实施例中，反射层共形地设置在下附表面例如波导上。如本文所讨论的，该表面可包括凸起，例如，诸如光栅(例如，二元光栅、闪耀光栅、超材料光栅或超表面光栅、底切光栅和/或多级光栅)的特征，其可由诸如图案化抗蚀剂的图案化材料形成。这样，在一些实施例中，反射层1010共形地沉积在诸如光栅1020的非平面特征上，该非平面特征例如可包括二元(见图10A)闪耀(见图10B)或多级(见图10C)配置。特征1020可设置在基板1030上。表面上的这些特征可是纳米或微米尺度的。例如，纳米尺度特征可具有在纳米尺度范围内的高度、深度和/或直径，例如在几十或几百纳米范围内的高度、深度和/或直径，例如约20nm至约500nm。在一些实施例中，反射层1005包括表面聚积物1015。

在一些实施例中，反射层被粘附到下伏基板表面，例如波导。在一些实施例中，反射层包括粘合剂，并且粘合剂与下伏表面相互作用，以有助于反射层附着到下表面。

现在将参考附图，其中相同的附图标记始终表示相同的特征。

图2示出了可穿戴的显示系统80的一个示例。显示系统80包括显示器62以及支持该显示器62的功能的各种机械和电子模块和系统。显示器62可耦合到框架64，该框架64可由显示系统用户或观察者60佩戴，并且被配置为将显示器62定位在用户60的眼睛的前面。在一些实施例中，显示器62可被认为是眼镜。在一些实施例中，扬声器66被耦合到框架64并且被定位在用户60的耳道附近(另一个扬声器，未示出，可可选地被定位在用户的另一个耳道附近以提供立体声/可塑形(shapeable)声音控制)。显示系统还可包括一个或多个麦克风67或其它装置以检测声音。在一些实施例中，麦克风被配置为允许用户向系统80提供输入或命令(例如，选择语音菜单命令、自然语言问题等)和/或可允许与其它人的音频通信(例如，与相似显示系统的其它用户)。

继续参考图2，显示器62通过通信链路68(例如通过有线或无线连接)可操作地耦合到本地数据处理模块70，本地数据处理模块70可以各种配置安装，例如固定地附接到框架64、固定地附接到用户佩戴的头盔或帽子、嵌入在耳机中、或者以其它方式可移除地附接到用户60(例如以背包式配置、以带耦合式配置)。本地处理和数据模块70可包括硬件处理器以及数字存储器，例如非易失性存储器(例如闪存或硬盘驱动器)，这两者都可用于辅助数据的处理、高速缓存和存储。数据包括从诸如图像捕获装置(诸如相机)、麦克风、惯性测量单元、加速计、罗盘、GPS单元、无线电装置、陀螺仪和/或这里公开的其它传感器的传感器(其可例如被可操作地耦合到框架64或以其它方式附接到用户60)捕获的数据a)；和/或使用远程处理模块72和/或远程数据存储库74获取和/或处理的数据b)(包括与虚拟内容有关的数据)，该数据b)可能用于在这样的处理或检索之后传递到显示器62。本地处理和数据模块70可通过通信链路76、78(例如，经由有线或无线通信链路)可操作地耦合到远程处理模块72和远程数据存储库74，以便这些远程模块72、74可操作地彼此耦合，并且可作为资源对于本地处理和数据模块70可用。在一些实施例中，本地处理和数据模块70可包括图像捕获装置、麦克风、惯性测量单元、加速计、罗盘、GPS单元、无线电装置和/或陀螺仪中的一种或多种。在一些其它实施例中，这些传感器中的一个或多个可附接到框架64，或者可是通过有线或无线通信路径与本地处理和数据模块70通信的独立结构。

继续参考图2，在一些实施例中，远程处理模块72可包括一个或多个处理器，其被配置为分析和处理数据和/或图像信息。在一些实施例中，远程数据存储库74可包括数字数据存储设施，其可通过因特网或“云”资源配置中的其它网络配置而可用。在一些实施例中，远程数据存储库74可包括一个或多个远程服务器，其向本地处理和数据模块70和/或远程处理模块72提供信息，例如用于生成增强现实内容的信息。在一些实施例中，所有数据被存储，并且所有计算在本地处理和数据模块中执行，从而允许从远程模块的完全自主的使用。

现在参考图3，通过向观察者的每只眼睛提供稍微不同的图像呈现，可实现图像被感知为“三维”或“3-D”。图3示出了用于为用户模拟三维图像的常规显示系统。向用户输出两个不同的图像5、7，每个眼睛4、6一个。图像5、7沿着平行于观察者视线的光或z轴与眼睛4、6隔开距离10。图像5、7是平面的，并且眼睛4、6可通过呈现单一适应状态而聚焦在图像上。这种系统依赖于人类视觉系统来组合图像5、7，以便为组合图像提供深度和/或尺度的感知。

然而，可理解，人类视觉系统更复杂，并且提供真实的深度感知更具挑战性。例如，传统“3-D”显示系统的许多观察者发现这种系统不舒适或者根本感觉不到深度感。不受理论限制，相信对象的观察者可由于聚散和调节的组合而将该对象感知为"三维的"。两只眼睛相对于彼此的聚散运动(即，眼睛的旋转，使得瞳孔彼此相向或远离地移动，以会聚眼睛的视线，从而注视对象)与眼睛的晶状体和瞳孔的聚焦(或"调节")紧密相关。在正常情况下，在被称为“调节-聚散反射”以及瞳孔扩大或收缩的关系下，改变眼睛的晶状体的焦距或调节眼睛以改变从一个对象到不同距离处的另一个对象的聚焦，将自动地导致到相同的距离的聚散的匹配改变。同样，在正常条件下，聚散的变化将触发晶状体形状和瞳孔尺寸的调节匹配变化。如本文所述，许多立体或“3-D”显示系统使用稍微不同的呈现(以及因此稍微不同的图像)向每只眼睛显示场景，以便人类视觉系统感知三维透视。然而，这种系统对于许多观察者来说是不舒服的，因为除了其他方向之外它们尤为简单地提供场景的不同呈现，但是眼睛在单一调节状态下观看所有图像信息，并且违反“调节-聚散反射”。提供调节和聚散之间的更好匹配的显示系统可形成三维图像的更真实和舒适的模拟。

图4示出了使用多个深度平面来模拟三维图像的方法的各方面。参照图4，在z轴上的离眼睛4、6不同距离处的对象由眼睛4、6调节，使得那些对象处于焦点。眼睛(4和6)呈现特定的适应状态，以便聚焦沿着z轴在不同距离处的对象。因此，特定的适应状态可与深度平面14中的特定一个相关联，具有相关联的焦距，以便当眼睛处于用于该深度平面的调节状态时，特定深度平面中的对象或对象的部分处于焦点。在一些实施例中，可通过为眼睛4、6中的每一个提供图像的不同呈现，并且还通过提供与深度平面中的每一个相对应的图像的不同呈现来模拟三维影像。虽然为了清楚说明而示出为分离的，但是应当理解，眼睛4、6的视场可例如随着沿z轴的距离增加而重叠。除外，尽管为了便于说明而示出为平坦的，但是应当理解，深度平面的轮廓可在物理空间中是弯曲的，以便深度平面中的所有特征在眼睛处于特定调节状态时出于焦点。

对象与眼睛4或6之间的距离也可改变眼睛所看到的来自该对象的光的发散量。图5A-5C示出了距离和光线发散之间的关系。对象和眼睛4之间的距离以距离减小的顺序由R1、R2和R3表示。如图5A-5C所示，光线随着到对象的距离减小而变得更加发散。随着距离增加，光线变得更加准直。换言之，可能是由点(对象或对象的一部分)产生的光场具有球面波前曲率，其为该点离用户眼睛多远的函数。曲率随着对象和眼睛4之间的距离的减小而增大。因此，在不同深度平面处，光线的发散程度同样是不同的，其中发散程度随着深度平面与观察者的眼睛4之间的距离减小而增加。虽然为了清楚地说明，在图5A-5C和这里的其它附图中仅示出了单个眼睛4，但是应当理解，关于眼睛4的讨论可应用于观察者的双眼4和6。

不受理论限制，相信人眼通常可解释有限数量的深度平面以提供深度感知。因此，通过向眼睛提供与这些有限数量的深度平面中的每一个相对应的图像的不同呈现，可实现感知深度的高度可信的模拟。不同的呈现可由观察者的眼睛分别聚焦，从而基于使位于不同深度平面上的场景的不同图像特征聚焦所需的眼睛调节和/或基于观察位于焦点外的不同深度平面上的不同图像特征，帮助向用户提供深度提示。

图6示出了用于向用户输出图像信息的波导叠层的示例。显示系统1000包括波导的叠层或层叠波导组件178，其可被用于使用多个波导182、184、186、188、190向眼睛/大脑提供三维感知。在一些实施例中，显示系统1000是图2的系统80，图6更详细地示意性示出了该系统80的一些部分。例如，波导组件178可是图2的显示器62的一部分。应当理解，在一些实施例中，显示系统1000可被认为是光场显示器。

继续参照图6，波导组件178还可包括波导之间的多个特征198、196、194、192。在一些实施例中，特征198、196、194、192可是一个或多个透镜。波导182、184、186、188、190和/或多个透镜198、196、194、192可被配置为以各种水平的波前曲率或光线发散向眼睛发送图像信息。每个波导级可与特定深度平面相关联，并且可被配置为输出与该深度平面相对应的图像信息。图像注入装置200、202、204、206、208可用作波导的光源，并且可用于将图像信息注入到波导182、184、186、188、190中，每个波导可如本文所述被配置为将入射光跨每个各自的波导分布，用于向眼睛4输出。光从图像注入装置200、202、204、206、208的输出表面300、302、304、306、308出射，并且被注入波导182、184、186、188、190的相应输入表面382、384、386、388、390中。在一些实施例中，输入表面382、384、386、388、390中的每一个可是对应波导的边缘，或者可是对应波导的主表面(即，波导表面中直接面向世界144或观察者的眼睛4的一个或两个)的一部分。在一些实施例中，可将单各光束(例如准直光束)注入到每个波导中，以输出克隆准直光束的整个场，该克隆准直光束以对应于与特定波导相关联的深度平面的特定角度(和发散量)被引导向眼睛4。在一些实施例中，图像注入装置200、202、204、206、208中的单个可与多个(例如，三个)波导182、184、186、188、190相关联，并且将光注入到该多个波导中。

在一些实施例中，图像注入装置200、202、204、206、208是分立的显示器，每个分立的显示器分别产生用于注入到相应的波导182、184、186、188、190中的图像信息。在一些其它实施例中，图像注入装置200、202、204、206、208是单个多路复用显示器的输出端，该多路复用显示器可例如经由一个或多个光导管(诸如，光纤缆)将图像信息传送到图像注入装置200、202、204、206、208中的每一个。应当理解，由图像注射装置200、202、204、206、208提供的图像信息可包括不同波长或颜色(例如，如本文所述的不同分量颜色)的光。

在一些实施例中，注入波导182、184、186、188、190的光由光投射器系统2000提供，光投射器系统2000包括包括光发射器(例如，发光二极管(LED))的光模块2040。来自光模块2040的光可经由分束器2050被导向光调制器2030(例如，空间光调制器)并被其修改。光调制器2030可被配置为改变注入波导182、184、186、188、190的光的感知强度。空间光调制器的示例包括液晶显示器(LCD)，其包括硅上液晶(LCOS)显示器。

在一些实施例中，显示系统1000可是包括一个或多个扫描光纤的扫描光纤显示器，该扫描光纤被配置为将光以各种模式(例如，格栅扫描、螺旋扫描、李萨如图案等)投射到一个或多个波导182、184、186、188、190中，并最终进入到观察者的眼睛4。在一些实施例中，所示的图像注入装置200、202、204、206、208可示意性地表示被配置为将光注入到一个或多个波导182、184、186、188、190中的单个扫描光纤或扫描光纤束。在一些其它实施例中，示例的图像注入装置200、202、204、206、208可示意性地表示多个扫描光纤或多个扫描光纤束，每个扫描光纤被配置为将光注入到波导182、184、186、188、190中的相关联的一个中。将理解，该一个或多个光纤可被配置为将来自光模块2040的光传输到该一个或多个波导182、184、186、188、190。应当理解，可在扫描光纤(一个或多个)与一个或多个波导182、184、186、188、190之间提供一个或多个中间光学结构，以例如将离开扫描光纤的光重定向到一个或多个波导182、184、186、188、190中。

控制器210控制层叠波导组件178中的一个或多个的操作，包括图像注入装置200、202、204、206、208、光源2040和光调制器2030的操作。在一些实施例中，控制器210是本地数据处理模块70的一部分。控制器210包括程序(例如，非暂时性介质中的指令)，该程序根据例如本文公开的各种方案中的任何方案调节到波导182、184、186、188、190的图像信息的定时和提供。在一些实施例中，控制器可是单个集成装置，或者是通过有线或无线通信信道连接的分布系统。在一些实施例中，控制器210可是处理模块70或72(图1)的一部分。

继续参考图6，波导182、184、186、188、190可被配置为通过全内反射(TIR)在每个相应波导内传播光。波导182、184、186、188、190可各自是平面的或具有另一形状(例如，弯曲的)，具有主顶和底表面在这些主顶和底表面之间延伸的边缘。在示例的配置中，波导182、184、186、188、190每个可包括耦出光学元件282、284、286、288、290，其被配置为通过重定向在每个相应波导内传播的光到波导之外而从波导提取出光，以将图像信息输出到眼睛4。提取的光也可称为耦出光，并且耦出光学元件也可称为光提取光学元件。提取的光束在波导中传播的光入射光提取光学元件的位置处由波导输出。耦出光学元件282、284、286、288、290可例如是光栅，包括衍射光学特征，如这里进一步讨论的。虽然为了便于描述和附图清楚起见，示出为设置在波导182、184、186、188、190的底部主表面处，但是在一些实施例中，耦出光学元件282、284、286、288、290可设置在顶部和/或底部主表面处，和/或可直接设置在波导182、184、186、188、190的体积中，如本文进一步讨论的。在一些实施例中，耦出光学元件282、284、286、288、290可形成在附着到透明基板的材料层中，以形成波导182、184、186、188、190。在一些其它实施例中，波导182、184、186、188、190可是单片材料，并且耦出光学元件282、284、286、288、290可形成在该片材料的表面上和/或内部中。

继续参考图6，如这里所讨论的，每个波导182、184、186、188、190被配置为输出光以形成对应于特定深度平面的图像。例如，最靠近眼睛的波导182可被配置为将注入到该波导182中的准直光传递到眼睛4。准直光可表示光学无穷远焦平面。下一个上波导184可被配置为发出准直光，该准直光在到达眼睛4之前穿过第一透镜192(例如负透镜)；这种第一透镜192可被配置为产生轻微的凸波阵面曲率，以便眼睛/大脑将来自下一个波导向上184的光解释为来自从光学无穷远更向内朝向眼睛4的第一焦平面。相似地，第三上波导186在到达眼睛4之前使其输出光穿过第一透镜192和第二透镜194；第一透镜192和第二透镜194的组合光焦度可被配置为产生波前曲率的另一增量，使得眼睛/大脑将来自第三波导管186的光解释为来自第二焦平面，该第二焦平面比来自下一波导向上184的光从光学无穷远更向内朝向人。

其它波导层188、190和透镜196、198被相似地配置，其中叠层中的最高波导190通过其与眼睛之间的所有透镜发送其输出，用于与人最近的焦平面的总光焦度。为了在观察/解释来自层叠波导组件178的另一侧的世界144的光时补偿透镜198、196、194、192的叠层，补偿透镜层180可被设置在叠层的顶部以补偿下面的透镜叠层198、196、194、192的总光焦度。这样的配置提供了与可得的波导/透镜对一样多的感知焦平面。波导的耦出光学元件和透镜的聚焦方面二者可是静态的(即，不是动态的或电激活的)。在一些替代实施例中，使用电有源特征，其中之一或两者可是动态的。

在一些实施例中，波导182、184、186、188、190中的两个或更多个可具有相同的相关联的深度平面。例如，多个波导182、184、186、188、190可被配置为输出图像组到相同深度平面，或者波导182、184、186、188、190的多个子集可被配置为输出图像组到相同的多个深度平面的图像，其中每个深度平面一组。这可提供形成铺接(tiled)图像的优点，以在那些深度平面处提供扩展的视场。

继续参考图6，耦出光学元件282、284、286、288、290可被配置为将光从其各自的波导中重定向出来，并且以对于与波导相关联的特定深度平面的适当的发散量或准直量来输出该光。结果，具有不同的相关联的深度平面的波导可具有不同配置的耦出光学元件282、284、286、288、290，其依赖相关联的深度平面以不同的发散量输出光。在一些实施例中，光提取光学元件282、284、286、288、290可是体积特征或表面特征，其可被配置为以特定角度输出光。例如，光提取光学元件282、284、286、288、290可是体全息图、表面全息图和/或衍射光栅。在一些实施例中，特征198、196、194、192可不是透镜；确切地，它们可简单地是间隔物(例如，用于形成空气间隙的覆层和/或结构)。

在一些实施例中，耦出光学元件282、284、286、288、290是形成衍射图案的衍射特征，或“衍射光学元件”(在此也称为“DOE”)。优选地，使得仅光束的一部分光在与DOE的每个交叉点处向眼睛4偏转出，而其余的光通过全内反射继续移动通过波导。因此，携带图像信息的光被分成多个相关的出射光束，其在多个位置处离开波导，并且结果是对于这种在波导内反射的这种特定准直光束的相当均匀的朝向眼睛4的出射发射模式。

在一些实施例中，一个或多个DOE可在它们主动衍射的“开”状态和它们不明显衍射的“关”状态之间切换。例如，可切换的DOE可包括聚合物分散液晶层，其中微滴包含主介质中的衍射图案，微滴的折射率可被切换以与主体材料的折射率基本上匹配的(在这种情况下，图案没有明显的衍射入射光)，或者微滴可被切换到与主体介质的折射率不匹配的折射率(在这种情况下，图案主动衍射入射光)。

在一些实施例中，可提供相机组件500(例如，数字相机，包括可见光和红外光相机)来捕获眼睛4和/或眼睛4周围的组织的图像，以例如检测用户输入。如本文所使用，相机可为任何图像俘获装置。在一些实施例中，相机组件500可包括图像捕获装置和光源，以将光(例如，红外光)投射到眼睛，然后，该光可被眼睛反射并且被图像捕获装置检测。在一些实施例中，相机组件500可附接到框架64(图2)并且可与处理模块70和/或72电通信，处理模块70和/或72可处理来自相机组件500的图像信息。在一些实施例中，可为每只眼睛使用一个相机组件500，以单独地监视每只眼睛。

现在参考图7，示出了由波导输出的出射光束的示例。示出了一个波导，但是应当理解，波导组件178(图6)中的其它波导可相似地运作，其中波导组件178包括多个波导。光400在波导182的输入表面382处注入波导182，并通过TIR在波导182内传播。在光400入射DOE 282的点处，一部分光作为出射光束402离开波导。出射光束402被示为基本上平行，但是如这里所讨论的，它们也可被重定向依赖于与波导182相关联的深度平面以一角度传播到眼睛4(例如，形成发散出射光束)。应当理解，基本上平行的出射光束可表示具有耦出光学元件的波导，该耦出光学元件将光耦合出以形成看起来被设置在离眼睛4大的距离(例如，光学无穷远)处的深度平面上的图像。其它波导或其它组的耦出光学元件可输出更加发散的出射光束图案，这将需要眼睛4调节到更近的距离以使其聚焦在视网膜上，并且将被大脑解释为来自比光学无穷远更靠近眼睛4的距离处的光。

在一些实施例中，可通过覆盖分量颜色(例如，三种或更多种分量颜色)中的每一个的图像来在每个深度平面处形成全色图像。图8示出了层叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多个不同分量颜色形成的图像。所示例的实施例示出了深度平面14a-14f，虽然也可考虑更多或更少的深度。每个深度平面可具有与其相关联的三个分量颜色图像：第一颜色的第一图像，G；第二颜色的第二图像，R；以及第三颜色的第三图像，B。在图中不同深度平面由在字母G、R和B后的屈光度的不同数字(dpt)表示。仅作为示例，这些字母中的每一个之后的数字指示屈光度(1/m)或深度平面与观察者的距离的倒数，并且图中的每个框表示单独的分量颜色图像。在一些实施例中，考虑到眼睛对不同波长的光的聚焦的差异，不同分量颜色的深度平面的精确设置可变化。例如，对于给定深度平面的不同分量颜色图像可被设置在对应于距用户的不同距离的深度平面上。这种设置可增加视觉敏锐度和用户舒适度。

在一些实施例中，每个分量颜色的光可由单个专用波导输出，并且因此，每个深度平面可具有与其相关联的多个波导。在这样的实施例中，包括字母G、R或B的附图中的每个框可被理解为表示单独的波导，并且可为每个深度平面提供三个波导，其中为每个深度平面提供三个分量颜色图像。虽然为了易于描述在该图中示出与每个深度平面相关联的波导彼此相邻，但是将理解，在物理装置中，波导可全部以叠层设置，在每级一个波导。在一些其它实施例中，多个分量颜色可由相同的波导输出，使得例如每个深度平面可仅提供单个波导。

继续参考图8，在一些实施例中，G是绿色，R是红色，B是蓝色。在一些其它实施例中，除了红色、绿色或蓝色中的一种或多种之外，替者代红色、绿色或蓝色中的一种或多种，可使用与其它波长的光相关联的其它颜色，包括品红色和青色。

将理解，在本公开中，对给定颜色的光的参考将理解为涵盖观察者感知为具有该给定颜色的光的波长范围内的一个或多个波长的光。例如，红光可包括在约620-780nm范围内的一个或多个波长的光，绿光可包括在约492-577nm范围内的一个或多个波长的光，蓝光可包括在约435-493nm范围内的一个或多个波长的光。

现在参考图9A，在一些实施例中，入射在波导上的光可能需要被重定向以将该光耦入到波导中。可使用耦入光学元件将光重定向并耦入到其相应的波导中。在一些实施例中，耦入元件包括如本文所述的反射层。图9A示出了多个或一组1200层叠的波导的示例的截面侧视图，每个层叠波导包括耦入光学元件。波导每个可被配置为输出一个或多个不同波长的光，或者一个或多个不同波长范围的光。应当理解，除了来自一个或多个图像注入装置200、202、204、206、208的光从需要光被重定向以用于耦入的位置被注入波导中之外，叠层1200可对应于叠层178(图6)，并且叠层1200的示例波导可对应于多个波导182、184、186、188、190的一部分。

示例的层叠波导的组1200包括波导1210、1220和1230。每个波导包括相关联的耦入光学元件(其也可称为波导上的光输入区域)，例如设置在波导1210的主表面(例如，上主表面)上的耦入光学元件1212，设置在波导1220的主表面(例如，上主表面)上的耦入光学元件1224，设置在波导1230的主表面(例如，上主表面)上的耦入光学元件1232。在一些实施例中，耦入光学元件1212、1222、1232中的一个或多个可设置在各自波导1210、1220、1230的底主表面上(特别地，在一个或多个耦入光学元件是反射、偏转光学元件的情况下)。作为示例，耦入光学元件1212、1222、1232可设置在它们各自的波导1210、1220、1230的上主表面上(或下一个下波导的顶部)，特别是在耦入光学元件是透射、偏转光学元件的情况下。在一些实施例中，耦入光学元件1212、1222、1232可设置在相应波导1210、1220、1230的体中。在一些实施例中，如本文所讨论的，耦入光学元件1212、1222、1232是波长选择性的，使得它们选择性地重定向一个或多个波长的光，同时传输其它波长的光。虽然示出在它们各自的波导1210、1220、1230的一侧或拐角上，但是应当理解，在一些实施例中，耦入光学元件1212、1222、1232可设置在它们各自的波导1210、1220、1230的其它区域中。

如所示例的，耦入光学元件1212、1222、1232可彼此横向偏移。在一些实施例中，每个耦入光学元件可偏移，以便其接收光而该光不穿过另一耦入光学元件。例如，每个耦入光学元件1212、1222、1232可被配置为从不同的图像注入装置1213、1223、1233接收光，并且可与其它耦入光学元件1212、1222、1232分离(例如，横向地间隔开)，以便其基本上不从耦入光学元件1212、1222、1232的其他耦入光学元件接收光。这样，反射层可包括横向偏移的部分，和/或波导可包括两个或更多个横向偏移的反射层。

每个波导还包括相关联的光分布元件，例如设置在波导1210的主表面(例如顶主表面)上的光分布元件1214，设置在波导1220的主表面(例如顶主表面)上的光分布元件1224，以及设置在波导1230的主表面(例如顶部主表面)上的光分布元件1234。在一些实施例中，光分布元件包括如本文所述的反射层。在一些其它实施例中，光分布元件1214、1224、1234可分别设置在相关联的波导1210、1220、1230的底主表面上。在一些其它实施例中，光分布元件1214、1224、1234可分别设置在相关联的波导1210、1220、1230的顶主表面和底主表面二者上；或者光分布元件1214、1224、1234可分别设置在不同相关的波导1210、1220、1230中的顶主表面和底主表面中的不同的一个上。

波导1210、1220、1230可被间隔开并且由例如气体、液体和/或固体材料层分开。例如，如所示例的，层1218a可分离波导1210和1220；而层1218b可分离波导1220和1230。在一些实施例中，层1218a和1218b由低折射率材料(即，具有比形成波导1210、1220、1230中的紧邻的一个的材料低的折射率的材料)形成。优选地，形成层1218a、1218b的材料的折射率比形成波导1210、1220、1230的材料的折射率小0.05或小更多，或者小0.10或小更多。有利地，较低折射率层1218a、1218b可用作促进光通过波导1210、1220、1230的全内反射(TIR)(例如，每个波导的顶和底主表面之间的TIR)的包层。在一些实施例中，层1218a、1218b由空气形成。虽然未示出，但是将理解，示例的波导组1200的顶部和底部可包括紧邻的包层。

优选地，为了便于制造和其它考虑，形成波导1210、1220、1230的材料是相似或相同的，并且形成层1218a、1218b的材料是相似或相同的。在一些实施例中，形成波导1210、1220、1230的材料在一个或多个波导之间可是不同的，和/或形成层1218a、1218b的材料可是不同的，而仍然保持上述的各种折射率关系。

继续参考图9A，光线1240、1242、1244入射在波导组1200上。应当理解，光线1240、1242、1244可通过一个或多个图像注入装置200、202、204、206、208(图6)注入到波导1210、1220、1230中。

在一些实施例中，光线1240、1242、1244具有不同的特性，例如，不同的波长或不同的波长范围，其可对应于不同的颜色。耦入光学元件1212、1222、1232每个偏转入射光，以便光通过TIR传播通过波导1210、1220、1230中的相应一个。在一些实施例中，耦入光学元件1212、122、1232每个选择性地偏转一个或多个特定波长的光，而将其它波长传输到下伏波导和相关的耦入光学元件。在一些实施例中，耦入光学元件1212、1222、1232每个包括如本文所述的反射层。该反射层可被配置为通过TIR使光线传播通过相应的波导1210、1220、1230。这样，在一些实施例中，耦入光学元件1212、1222、1232包括具有在与相应波导的界面处的反射表面的反射层，以便通过TIR在波导中传播光。

例如，耦入光学元件1212可被配置为偏转具有第一波长或波长范围的光线1240，而透射分别具有不同的第二和第三波长或波长范围的光线1242和1244。然后，透射光线1242入射耦入光学元件1222并被其偏转，该耦入光学元件1222被配置为选择性地偏转第二波长或波长范围的光。光线1244由耦入光学元件1222透射，并且继续入射在耦入光学元件1232上并被其偏转，耦入光学元件1232被配置为选择性地偏转第三波长或波长范围的光。

继续参照图9A，偏转的光线1240、1242、1244被偏转，以便它们传播通过相应的波导1210、1220、1230；也就是，每个波导的耦入光学元件1212、1222、1232将光偏转到该对应波导1210、1220、1230中，以将光耦合到该对应波导中。光线1240、1242、1244以一角度偏转，该角度使得光通过TIR传播通过相应的波导1210、1220、1230。光线1240、1242、1244通过TIR传播通过相应的波导1210、1220、1230，直到入射在波导的相应光分布元件1214、1224、1234上。在一些实施例中，光分布元件1214、1224、1234每个包括如本文所述的反射层。反射层可被配置为通过TIR使光线传播通过相应的波导1210、1220、1230。这样，在一些实施例中，光分布元件1214、1224、1234包括反射层，该反射层在与相应波导的界面处具有反射表面，以便重定向通过TIR传播的光通过波导。在一些实施例中，用于给定波导1210、1220、1230的耦入光学元件1212、1222、1232包括反射层，并且同一反射层的不同部分包括用于波导1210、1220、1230的光分布元件1214、1224、1234。在一些实施例中，用于给定波导1210、1220、1230的耦入光学元件1212、1222、1232包括第一反射层，以及用于波导1210、1220、1230的光分布元件1214、1224、1234包括不同于第一反射层的第二反射层。

现在参考图9B，示出了图9A的多个层叠波导的示例的透视图。如上所述，耦入的光线1240、1242、1244分别被耦入光学元件1212、1222、1232偏转，然后分别在波导1210、1220、1230内通过TIR传播。然后，光线1240、1242、1244分别入射在光分布元件1214、1224、1234上。光分布元件1214、1224、1234偏转光线1240、1242、1244，以便它们分别朝向耦出光学元件1250、1252、1254传播。在一些实施例中，耦入光学元件1212、1222、1232包括如本文所述的反射层。在一些实施例中，光分布元件1214、1224、1234包括如本文所述的反射层。在一些实施例中，用于给定波导1210、1220、1230的耦入光学元件1212、1222、1232和用于同一波导的光分布元件1214、1224、1234包括相同反射层的不同部分。在一些实施例中，用于给定波导1210、1220、1230的耦入光学元件1212、1222、1232包括第一反射层，并且相同波导的光分布元件1214、1224、1234包括不同于第一反射层的第二反射层。

在一些实施例中，光分布元件1214、1224、1234是正交光瞳扩展器(OPE)。这样，在一些实施例中，反射层是OPE的一部分。在一些实施例中，OPE偏转或分布光到耦出光学元件1250、1252、1254，并且还在光传播到耦出光学元件时增大该光的光束或光斑尺寸。在一些实施例中，例如，在光束尺寸已经具有希望尺寸的情况下，可略去光分布元件1214、1224、1234，并且耦入光学元件1212、1222、1232可被配置为将光直接偏转到耦出光学元件1250、1252、1254。例如，参考图9A，光分布元件1214、1224、1234可分别被耦出光学元件1250、1252、1254代替。在一些实施例中，耦出光学元件1250、1252、1254是将光引导到观察者眼睛4中的出瞳(EP)或出瞳扩展器(EPE)(图7)。

因此，参考图9A和9B，在一些实施例中，波导组1200包括波导1210、1220、1230；耦入光学元件1212、1222、1232；光分布元件(例如，OPE)1214、1224、1234；以及用于每个分量颜色的耦出光学元件(例如，EP)1250、1252、1254。波导1210、1220、1230可被层叠，其中在每个波导之间具有空气间隙/包层。耦入光学元件1212、1222、1232将入射光(其中不同耦入光学元件接收不同波长光)重定向或偏转到其波导中。然后，光以将导致在相应波导1210、1220、1230内的TIR的角度传播。在所示的示例中，光线1240(例如，蓝光)被第一耦入光学元件1212偏转，然后继续沿波导反射，以先前描述的方式与光分布元件(例如OPE)1214然后和出耦合光学元件(例如EP)1250相互作用。光线1242和1244(例如，分别为绿光和红光)将通过波导1210，光线1242入射在耦入光学元件1222上并被其偏转。然后，光线1242经由TIR沿波导1220反射，继续前进到其光分布元件(例如OPE)1224，然后前进到耦出光学元件(例如EP)1252。最后，光线1244(例如，红光)通过波导1220以入射在波导1230的光耦入光学元件1232上。光耦入光学元件1232偏转光线1244，以便光线通过TIR传播到光分布元件(例如，OPE)1234，然后通过TIR传播到耦合输出的光学元件(例如，EP)1254。然后，耦出光学元件1254最终将光线1244耦出到观察者，观察者还从其它波导1210、1220接收耦出光。

图9C示出了图9A和9B的多个层叠波导的示例的自顶向下的平面图。如所示例，波导1210、1220、1230连同每个波导的相关联的光分布元件1214、1224、1234以及相关联的耦出光学元件1250、1252、1254可垂直对准。然而，如这里所讨论的，耦入光学元件1212、1222、1232不是垂直对准的；相反，耦入光学元件优选地是非重叠的(例如，横向间隔开，如在自顶向下视图中所见)。如本文进一步讨论的，这种不重叠的空间设置便于将光从不同的源一对一地注入到不同的波导中，从而允许特定光源唯一地耦合到特定波导。在一些实施例中，包括非交叠空间分离的耦入光学元件的设置可被称为移位光瞳系统，并且这些设置内的耦入光学元件可对应于子光瞳。

光波导及其制造方法

在一些实施例中，描述了制造光波导的方法。该方法可包括将如本文所述的反射可流动材料直接施加到基板(例如衬底，例如波导)上。反射可流动材料可在基板的预定区域中施加。反射可流动材料(例如，反射墨)可凝固，形成反射层。在一些实施例中，当反射可流动材料的反射层被形成在基板的预定区域上时，其形成希望的图案。在一些实施例中，反射可流动材料的反射层覆盖基板的全部或基本上全部表面。在一些实施例中，该方法进一步包括将该基板和反射层模切(die cut)或切割成许多不同的片，以便形成多个反射光学元件。在一些实施例中，包括反射层的光波导是光波导叠层的一部分，并且该方法还包括将一个或多个其它光波导附着到光波导以形成叠层。在一些实施例中，包括反射层的光波导是显示装置的一部分，并且如此，该方法还包括将包括反射层的波导(或包括这种波导的叠层)设置在显示装置中。在一些实施例中，叠层的一个或多个光波导的表面包括壁，该壁限定反射可流动材料的反射层沉积于其上的区域。壁可具有分级的高度，使得限定用于沉积反射可流动材料的区域的内壁低于围绕内壁的外壁。不受理论限制，可构思，当通过一致地限制沉积的反射可流动材料的位置而填充由内壁限定的区域时，壁高度的渐进可有助于防止缺陷。这样，在一些实施例中，壁用作坝或模具，以便在基板的预定区域中包含反射可流动材料。在一些实施例中，壁可进一步用作间隔物以将叠层的波导彼此分离。在一些实施例中，壁包括抗蚀剂。根据一些实施例，可构思，抗蚀剂壁可被沉积为跨基板延伸、然后被图案化以限定壁的层。

在一些实施例中，制造光波导的方法包括使第一波导的第一表面与如本文所述的反射可流动材料接触。该方法还可包括允许反射可流动材料(例如，反射墨)凝固，以便在第一波导的第一表面上形成反射层。反射层可被配置为反射入射电磁辐射，例如，可见光谱中的光。例如，电磁辐射可以依赖于反射层之下的凸起的图案和尺寸的角度被反射到第一波导中。由此，可形成设置在波导上的反射层，并且该形成可是制造显示装置的一部分。

多种适宜的反射可流动材料可用于形成包括本文所述的反射墨和液体金属及其组合的反射层。在一些实施例中，反射墨包括银、铝、或银和铝的组合，以及可选的粘合剂，如本文所公开的。在一些环境中，可流动材料是液体金属，其示例如上所述。

存在多种用于在基板表面上沉积反射可流动材料的合适方法的非限制性实例。在一些实施例中，使用喷墨打印机施加反射可流动材料。许多商业上可获得的喷墨打印机是适宜的，例如NSCRYPT MICRODISPENSER喷墨打印机。在一些实施例中，喷墨打印机包括可移动头，其可用于反射可流动材料(例如，反射墨)的自动分配，或者基板可相对于不可移动的头移动。反射可流动材料可在环境压力和温度下施加。在一些实施例中，反射可流动材料在约1atm的压力和约15-27℃或约18-24℃的温度(包括21℃)下施加。在一些实施例中，喷墨打印机将反射可流动材料沉积在基板表面的预定部分上。在一些实施例中，喷墨打印机将反射可流动材料沉积在基板的整个表面上。

在一些实施例中，使用微分配器来沉积反射可流动材料。在一些实施例中，微分配器包括微滴技术(参见，在万维网上的www.microdrop.com/microdrop.html处访问的“Microdrop–Materials by Inkjet Technology”)。在微滴技术中，分配头可包括被压电致动器环绕的玻璃毛细管，并且在一端处包括开口。压电致动器可被配置为收缩，将压力波传播到玻璃毛细管，并且使得液滴断开并且形成滴，该滴穿过空气而滴落。以该方式，可精确地控制小滴的尺寸和形成速率，例如，皮升尺度的滴。滴的尺寸可依赖于玻璃毛细管的端部上的开口的尺寸。例如，开口可具有微米尺度直径，例如约30至100微米，这可产生25至500皮升的滴体积，对应于35至100微米的滴直径。反射可流动材料可在环境压力和温度下施加。在一些实施例中，反射可流动材料在约1atm的压力和约15-27℃或约18-24℃的温度(包括21℃)下施加。在一些实施例中，微分散器将反射可流动材料沉积在基板表面的预定部分上。在一些实施例中，微分散器将反射可流动材料沉积在基板的整个表面上。

在一些实施例中，使用施加器杆(rod)来施加反射可流动材料。反射可流动材料可在环境压力和温度(例如，一个半球(hemisphere)和室温)下施加。在一些实施例中，反射可流动材料在约1atm的压力和约15-27℃或约18-24℃的温度(包括21℃)下施加。在一些实施例中，施加器杆用于将反射可流动材料沉积在基板表面的预定部分上。在一些实施例中，施加器杆用于将反射可流动材料沉积在基板的整个表面上。

优选地，如本文所述，可流动材料在标准条件下是可流动的。在一些实施例中，可流动材料可被加热以将材料变成可流动或更加可流动的状态。例如，本文公开的各种分配器和施加器可包括加热元件，该加热元件被配置为加热材料，以便材料变成可流动或更加可流动的反射墨和/或液体金属。例如，加热可将材料从固态和/或高粘度状态变为液体和/或低粘度状态。

在一些实施例中，反射可流动材料被施加到至少约10nm的厚度，例如至少约10nm、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、或约1000nm，包括在所列值的任意两个之间的厚度范围，例如约10nm至900nm、10nm至500nm、10nm至410nm、10nm至400nm、10nm至350nm、10nm至300nm、10nm至250nm、10nm至200nm、10nm至150nm、10nm至100nm、10nm至50nm、30nm至900nm、30nm至500nm、30nm至450nm、30nm至400nm、30nm至350nm、30nm至300nm、30nm至250nm、30nm至200nm、30nm至150nm、30nm至100nm、30nm至50nm、50nm至900nm、50nm至500nm、50nm至450nm、50nm至400nm、50nm至350nm、50nm至300nm、50nm至250nm、50nm至200nm、50nm至150nm、50nm至100nm、80nm至900nm、80nm至500nm、80nm至450nm、80nm至400nm、80nm至350nm、80nm至300nm、80nm至250nm、80nm至200nm、80nm至150nm、80nm至100nm、100nm至900nm、100nm至500nm、100nm至450nm、100nm至400nm、100nm至350nm、100nm至300nm、100nm至250nm、100nm至200nm或约100nm至150nm。

在一些实施例中，由可流动材料形成的反射层的厚度可变化。例如，反射层的厚度在该层的不同部分之间可变化25％或更多、50％或更多、或100％或更多(例如，该层可具有10nm厚度的一个部分和20nm厚的另一部分)。该可变厚度可通过例如为反射层的不同部分沉积不同量的材料来实现。例如，可流动材料可均匀地沉积在一区域上，该材料可通过本文所公开的各种方法(干燥、退火等)来稳定化，附加的材料可被沉积在该区域的选定部分上以增大那些区域的厚度，并且该附加的材料然后也可被稳定化。优选地，至少用于增强材料的可流动材料具有足够的粘度和/或足够低的润湿性，从而通过保持在适当位置，例如通过限制跨较早沉积的可流动材料的区域的横向扩散，来保持希望的厚度差异。在一些实施例中，不同的可流动材料可用于将反射层的希望的部分积累到希望的厚度。

在一些实施例中，可流动材料可仅覆盖下伏衍射光栅的一部分。例如，可流动材料可仅沉积在衍射光栅的一部分上，并可具有足够的粘度和/或足够低的润湿性以防止流动到衍射光栅的其它部分，如本文所讨论的。作为另一个例子，如本文所讨论的，基板的表面可包括限制可流动材料的扩展的壁或阻挡部。在一些实施例中，壁或阻挡部可划定仅覆盖衍射光栅的一部分的区域，以便沉积的可流动材料仅在由壁或阻挡部围绕的衍射光栅的部分上延伸。

在一些实施例中，壁是阻挡部，可是最终波导结构的永久部分。在一些实施例中，壁或阻挡部可是可移除的掩模结构，其可在可流动材料凝固或稳定化(例如，通过暴露于大气气体、通过干燥和/或通过退火)之后移除。例如，可在基板上和衍射光栅上沉积光致抗蚀剂层。然后，可对光致抗蚀剂层进行构图(例如，通过暴露于传播通过掩模的光)，留下其中需要可流动材料形成的反射层的开口。然后设置反射层，并去除光致抗蚀剂掩模(例如，使用相对于可流动材料和暴露的基板特征对光致抗蚀剂掩模具有选择性的蚀刻)。

有利地，在衍射光栅上选择性地提供反射层和/或为该反射层提供不同的厚度可允许调整用反射层形成的反射衍射光栅的衍射效率。例如，衍射光栅的具有反射层的部分可具有与不具有这种反射层的部分不同的有效衍射效率。相似地，反射层的较厚部分可具有比衍射光栅的具有反射层的较薄部分的部分更大的反射率且可提供不同的衍射效率。

允许可流动材料凝固的适宜条件可基于所用可流动材料的特性、特定应用、所制造的装置的类型(包括热预算考虑)以及该层的厚度而容易地确定。例如，可通过对环境条件的反应简单地随时间凝固可流动材料。在一些实施例中，可允许液体金属简单地与环境气氛中的氧反应以固化(例如，通过形成氧化物，使得凝固的液体金属包括液体金属的成分的氧化物，其可是表面氧化物)。在一些实施例中，凝固的液体金属可在其外表面上包含氧化物层。

在一些实施例中，例如对于没有或基本上没有含金属颗粒的反射墨，可简单地允许反射墨被干燥(例如，以去除溶剂)，并且不需要退火。例如，可流动材料可被允许凝固至少约0.5分钟，例如，至少约0.5分钟、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、150或约180分钟，包括在任何所列值之间的范围。在一些实施例中，该凝固处于环境温度，并且允许反射墨在没有退火的情况下凝固。

在一些实施例中，可流动材料可被退火。例如，对于包括含金属颗粒的反射墨，可允许反射墨干燥，然后退火。退火温度可依赖于可流动材料的特性，并且可是在至少约150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃或约650℃的温度，包括在所列出的值的任何两个之间的范围，例如约150℃-650℃、150℃-500℃、150℃-400℃、150℃-300℃、150℃-250℃、150℃-200℃、200℃-650℃、200℃-500℃、200℃-400℃、200℃-300℃、200℃-250℃、250℃-650℃、250℃-500℃、250℃-400℃、250℃-300℃、300℃-650℃、300℃-500℃、或约300℃-400℃。

在一些实施例中，该方法包括在第一波导的第一表面上的限定区域内施加反射可流动材料，以便局部化反射层。例如，第一波导的第一表面可包括壁(其可限定坝或模)，该壁可填充反射可流动材料，以便在第一波导的第一表面的预定部分上获得反射层。在一些实施例中，壁包括在形成反射层之后被去除的虚设或牺牲材料。不受任何理论的限制，可构思，尤其对于相对大和/或较的反射层，限制反射可流动材料可允许精确控制反射层的尺寸和形状，并使溢出最小化。在一些实施例中，对于具有至少150nm厚度的反射层，如本文所述的限制可用于控制反射层的形状。因此，在一些实施例中，如果反射层具有至少150nm的厚度，例如，至少150nm、180、200、220、250、270、300、320、350、370、400、420、450、470、500、520、550、570或600nm，包括所列值中的任一值之间的范围，则反射可流动材料被施加到如本文所述的由壁(例如，坝、模具等)限定的受限区域。在一些实施例中，限制区域(例如，坝、模等)由具有至少为反射层的希望高度的壁限定，例如，高度为至少约200nm的壁，例如，200nm、220、250、270、300、320、350、370、400、420、450、470、500、520、550、570、600、620、650、670、700、720、750或800nm。图11A-B示出了根据一些实施例的示例性限制。如图11A和11B所示，可提供用于限制反射可流动材料的填充区域100。填充区域可设置在诸如波导的基板105上。波导可包括凸起106。凸起106可形成光栅。填充区域可包括一个或多个壁110、111、112，这些壁可具有相同的高度或不同的高度。壁110、111、112可高于希望的反射层120的高度。在一些实施例中，壁110、111、112具有分级的高度，其中提供比反射层高且界定比反射层大的区域的至少一个壁110、111、112。例如，如果反射层120具有约150nm的高度，则壁110、111、112可具有300nm-700nm的高度。例如，如果反射层120具有约200nm的直径，则壁110、111、112可限定约300-500nm的直径。在一些实施例中，壁的高度使得它们包括机械间隔物，其保持叠层中的光波导之间的机械分离。如图11B所示，这样的壁可围绕反射层的希望填充区域限定过渡限制区。过渡限制区可在由反射可流动材料制造反射层期间促进填充。在一些实施例中，壁110、111和/或112还充当基板105和其它基板(例如叠层中的附加波导)之间的间隔物。例如，附加波导可位于壁110、111和/或112上，以便将附加波导与基板105隔开。

在一些实施例中，反射可流动材料沉积在第一表面上，例如具有多个凸起的波导上的表面。在一些实施例中，反射可流动材料共形地沉积在凸起上。在一些实施例中，第一表面包括非平面配置。在一些实施例中，第一表面包括光栅(例如，衍射光栅)或刻面特征。光栅可为各种配置，例如二元、闪耀、多层、底切、或超材料或超表面。在一些实施例中，反射层共形地沉积，且该表面上方的反射层的厚度变化不超过约±20％，以便在跨反射层，厚度在平均值的约±20％内，例如在平均值的约±20％、±15％、±10％、±5％或±1％内。

在一些实施例中，反射层被配置为反射入射电磁辐射(例如，可见光谱中的光)。在一些实施例中，界面被配置为以参考的至少约40％的反射率将在界面处的入射电磁辐射(例如，可见光谱中的光)反射到第一波导中，例如参考的至少约40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％，包括在所列值中的任何两个之间的范围，例如约30％-99％、30％-95％、30％-90％、30％-80％、40％-99％、40％-95％、40％-90％、40％-80％、50％-99％、50％-95％、50％-90％、50％-80％、60％-99％、60％-95％、60％-90％、60％-80％、70％-99％、70％-95％、70％-90％或70％-80％。在一些实施例中，入射电磁辐射(例如，可见光谱的光)的百分比反射可参考反射层的仅包含一种或多种金属的材料。在一些实施例中，用于反射率的参考可是铝。

在一些实施例中，反射层形成在作为本文所述的光波导叠层的一部分的光波导上。在一些实施例中，反射层形成在第一光波导上，以及然后至少一个光波导附接到第一光波导和/或彼此附接，以便形成光波导的叠层。例如，形成叠层可包括沉积附加的光波导。例如，形成叠层可包括使光波导彼此接触。在一些实施例中，叠层的光波导可如本文所述彼此光通信。

此外，上述常规方法可涉及针对待施加的反射层的每一特定图案制造特定硬掩模的附加步骤。与这种常规方法相比，本文所述的方法不需要制造硬掩模，因此，不同的图案可容易地施加到不同的表面。此外，制造包括如本文所述的反射层的光波导的方法可在其中制造波导的沉积室中进行，从而消除将波导移入和/或移出沉积室的需要，由此提高方法流程的效率。

可构思，为了获得希望的厚度的反射层，在一些实施例中，方法可包含重复沉积施加反射可流动材料的循环一次货多次，例如约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40或50次，包括所列值中的任何两个之间的范围。

制造显示装置的方法

在一些实施例中，提供了一种制造显示装置的方法。该方法可包括制造包括如本文所述的反射光学元件的光波导或光波导结构(例如，包括光波导叠层的光波导结构)。该方法可包括在如本文所述的显示装置中设置光波导或光波导叠层。在一些实施例中，该方法包括将包含第一波导的光波导或光波导叠层设置在显示装置中，该第一波导包含如本文所述的反射光学元件。在一些实施例中，显示装置包括正交光瞳扩展器或出瞳扩展器，其包括包含反射光学元件的第一光波导，或者包括波导叠层，该波导叠层包括包含反射光学元件的第一光波导。

在一些实施例中，该方法包括根据本文所述的方法制造包括反射光学元件的波导，以及将该波导设置在显示装置中。在一些实施例中，根据本文所述的方法，该方法包括制造包含第一波导的光波导叠层，该第一波导包含反射光学元件，以及将该光波导叠层设置在所述显示装置中示例1：从反射墨制造反射层

使用施加器杆在基材上图案化包含铝的反射墨，并使其凝固，从而在基材上形成反射层。比较反射墨与纯铝反射层(通过蒸发形成)的反射率，总结于下表1中：

表1

如表1所示，许多墨达实现了蒸发铝的反射率的至少30％，并且实现的数值基本上大于30％。例如，NG23墨实现了超过70％的蒸发Al的反射率。不受理论限制，构思对墨选择、凝固或固化条件以及洁净室制造的进一步改进可实现比以下所示的甚至更高的反射率。在一些实施例中，包含银的反射墨具有匹配或超过真空沉积的Al的反射率(参见，例如，下面的示例2)。

示例2：电子墨的反射率

一种类型的反射墨，具有化学式Ag(NH3)2|+|C|2H3O2|的包含化学种(species)形式的银的电子墨，沉积在平坦的表面上。Walker等人描述了这种墨，“Reactive SilverInks for Patterning High-Conductivity Features at Mild Temperatures”，J.Am.Chem.Society 134：1419-1421，其公开内容通过引用并入本文。为了进行比较，在抗蚀剂和平面玻璃(“不在抗试剂上”)上测量了两种不同的蒸发铝样品(E1和E2)。测量了反射率。在四个随机点上测量了电子墨的反射率，并与在(E2)或不在(E1)抗蚀剂上的蒸发的铝进行了比较。结果如表2所示。

表2

如上表2所示，反射墨(“EI样品2”)一致地产生80-90％的反射率，其相似于或高于蒸发的铝参考(E1和E2)。因此，数据显示根据本文的一些实施例的反射墨的反射率可与蒸发的铝相比或优于蒸发的铝。

在前述说明书中，描述了各种具体实施例。然而，显然，在不背离本发明的较宽精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和改变。说明书和附图应相应地被认为是说明性的而不是限制性的。

实际上，将理解，本公开的系统和方法每个具有若干创新方面，其单个方面均不是对于本文所公开的希望属性的唯一负有责任或必需的。上述各种特征和方法可彼此独立地使用，或者可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合都将落入本公开的范围内。

在本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的特定特征也可在单个实施例中组合地实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地在多个实施例中被实现或者在任何适当的子组合中被实现。此外，尽管特征可在上面被描述为以特定组合中起作用，并且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可从该组合中去除，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变型。对于每个实施例来说，单个特征或特征组不是必需的或必不可少的。

将理解，本文中使用的条件语言，例如，除其他外，“能够”、“能”、“可”、“可以”、“例如”等，除非特别地另有说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，通常意在传达某些实施例包括，而其他实施例不包括，某些特征、要素和/或步骤。因此，这样的条件语言一般不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个实施例必然包括用于在有或无作者输入或提示的情况下决定是否这些特征、要素和/或步骤在任何特定实施例中被包括或执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放的方式被包括地使用，并且不排除额外的要素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”在其包容性意义上(而不是在其排他性意义上)被使用，因此当用于例如连接要素列表时，术语“或”意味着列表中的一个、一些或所有元素。此外，除非另有规定，否则本申请和所附权利要求中使用的条款“一”、“一个”和“该”应解释为“一个或多个”或“至少一个”。相似地，虽然操作可在附图中以特定顺序描述，但是应当认识到，这样的操作不需要以所示的特定次序或以顺序的次序执行，或者所有示出的操作都被执行，以实现希望的结果。此外，附图可以流程图的形式示意性地描述一个或多个示例过程。然而，未示出的其它操作可被并入在示意性示出的示例方法和过程中。例如，一个或多个附加操作可在任何所示例操作之前、之后、同时或之间执行。另外，在其它实施例中，可重新排列或重新排序操作。在特定情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，不应将上述实施例中的各种系统组件的分离理解为在所有实施例中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件产品中或封装为多个软件产品。另外，其他实施例也在下列权利要求的范围内。在特定情况下，可以按照不同的次序执行权利要求中描述的动作，并仍然能够获得希望的结果。

因此，权利要求书并不旨在受限于本文所示的实施例，而是应被赋予与本公开、本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (61)

1.一种制造光波导结构的方法，所述方法包括：

形成用于波导的反射光学元件，其中形成所述反射光学元件包括：

在所述波导的第一表面上提供凸起的图案；以及

在所述凸起的表面上沉积反射墨以形成反射墨层，所述反射墨层具有跨所述凸起的图案占据的区域变化的厚度，以及

其中所述反射光学元件的反射率随着所述反射墨层的所述厚度跨所述凸起的图案占据的所述区域变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射墨被选择性地沉积在所述波导的所述第一表面的预定区域上。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一表面包括垂直延伸的壁，所述壁限定了其上选择性地沉积有所述反射墨的所述预定区域的至少一部分，其中所述壁限制所述反射墨的横向移动。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述沉积包括通过喷墨、微分配器或施加杆施加所述反射墨。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过将所述反射墨沉积在附加波导表面上的凸起的图案上，在所述附加波导上形成附加反射光学元件，其中所述附加反射光学元件被配置为反射入射电磁辐射；以及

至少将所述附加波导附着到所述波导的表面，从而产生波导的叠层。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射墨包括无颗粒墨。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射墨包括铝、银或其组合。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射墨还包含粘合剂，以及其中所述粘合剂存在于所述反射光学元件中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射光学元件还包括表面聚积物。

10.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一表面的所述凸起包括光致抗蚀剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述壁包括机械间隔物，所述机械间隔物被配置为保持所述波导与下伏附加波导之间的空间。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表面的所述凸起是光栅的一部分，以及其中所述反射墨的至少一部分被非共形地设置在所述光栅上，并且其中所述反射墨与所述第一表面之间的界面基本上没有间隙。

13.根据权利要求1的所述方法，其中所述反射光学元件是衍射光学元件，其被配置为以一角度重定向入射光以便所述入射光通过全内反射传播通过所述波导。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射光学元件被配置为以至少60%的反射率反射入射电磁辐射。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射光学元件是被配置为将电磁辐射反射到所述波导中的光耦入光学元件或光分配元件的一部分。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射墨层的所述厚度跨所述凸起的图案占据的所述区域变化25%或更多。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射墨层仅覆盖所述凸起的图案占据的所述区域的一部分。

18.一种制造显示装置的方法，该方法包括：

在光波导的第一表面上形成反射墨的反射层，其中所述第一表面包括形成光栅的凸起，

其中所述反射层的厚度跨所述凸起占据的区域变化，

其中所述反射层被设置在所述第一表面上，从而制造反射光学元件，以及

其中所述反射光学元件的反射率随着所述反射层的所述厚度跨所述凸起占据的所述区域变化；以及

将所述反射光学元件设置在显示装置中。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述反射墨的反射层被非共形地设置在所述第一表面上，以及其中所述反射层与第一表面之间的界面基本上没有间隙。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述反射层和凸起形成衍射光学元件。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述反射层的所述厚度跨所述凸起占据的所述区域变化25%或更多。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述反射层仅覆盖所述凸起占据的所述区域的一部分。

23.一种光学装置，包括；

光波导结构，包括：

耦入光学元件，配置为以一角度重定向入射光以便所述入射光通过全内反射传播通过所述光波导结构，其中所述耦入光学元件包括：

衍射光栅结构，包括：

多个凸起；以及

在所述凸起上的反射层，以及

其中所述反射层的厚度跨所述多个凸起占据的区域变化，以及其中所述衍射光栅结构的反射率随着所述反射层的所述厚度跨所述多个凸起占据的所述区域变化。

24.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述反射层基本上没有分散的含金属颗粒。

25.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述反射层包括表面聚积物。

26.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述反射层的所述厚度跨所述多个凸起占据的所述区域变化25%或更多。

27.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述反射层以至少60%的反射率反射入射电磁辐射。

28.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述反射层仅覆盖所述多个凸起占据的所述区域的一部分。

29.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述多个凸起占据的所述区域由所述光波导结构的表面上的壁或阻挡部划定，以及其中所述壁或阻挡部被配置作为间隔物以在所述光波导结构中的波导叠层的波导之间提供间隙。

30.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述光学装置是包括空间光调制器的显示系统，其中所述空间光调制器被配置为将包含图像信息的光输出到所述光波导结构中。

31.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述反射层包括金属。

32.根据权利要求31所述的光学装置，其中所述金属为液体金属。

33.根据权利要求32所述的光学装置，其中所述液体金属选自：镓；铟；汞；镓铟共晶体；镓铟合金；镓铟锡合金；Ga、In、Sn和Zn合金；Ga、In和Sn合金；钠钾合金；镓、铟和锡；镓-铟-锌-铜金属；以及银铟镓。

34.根据权利要求31所述的光学装置，其中所述金属形成反射墨。

35.根据权利要求34所述的光学装置，其中所述金属为铝、银或其组合。

36.根据权利要求34所述的光学装置，其中所述反射墨为无颗粒墨。

37.根据权利要求23所述的光学装置，其中所述光波导结构包括第一波导结构，其被配置为通过全内反射在其中传播光。

38.根据权利要求37所述的光学装置，其中所述光波导结构包括至少一个附加波导，其中所述第一波导和所述至少一个附加波导形成波导叠层。

39.根据权利要求38所述的光学装置，其中所述衍射光栅结构被配置为将所述入射光耦入到所述第一波导中，以及其中所述至少一个附加波导具有相关联的附加耦入光学元件。

40.根据权利要求39所述的光学装置，其中所述耦入光学元件和所述附加耦入光学元件被配置为耦入不同波长范围的光。

41.根据权利要求38所述的光学装置，其中所述波导叠层被光耦合到空间光调制器，其中所述空间光调制器被配置为将光注入到所述波导叠层。

42.根据权利要求38所述的光学装置，其中所述第一波导和所述至少一个附加波导每个包括相关联的耦出光学元件，其中各自相关联的耦出光学元件被配置成以不同的波前发散量重定向光离开所述第一波导和所述至少一个附加波导。

43.根据权利要求38所述的光学装置，其中所述耦入光学元件和附加耦入光学元件在自顶向下视图中彼此横向偏移。

44.根据权利要求38所述的光学装置，其中所述光学装置是增强现实显示器，其中所述第一波导和所述至少一个附加波导被配置为透射来自环境的光。

45.根据权利要求23所述的光学装置，还包括图像注入装置，所述图像注入装置被配置为将具有图像信息的光导引至所述耦入光学元件。

46.一种显示装置，包括；

包括反射衍射光学元件的波导，其中所述衍射光学元件包括：

在所述波导的表面上的多个凸起；以及

在所述凸起的表面上的反射层，其中所述反射层由反射可流动材料形成，以及所述反射层具有跨所述多个凸起占据的区域变化的厚度。

47.根据权利要求46所述的显示装置，其中所述反射衍射光学元件形成耦入光栅，其被配置为将入射光耦入到所述波导中。

48.根据权利要求47所述的显示装置，其中所述波导是波导叠层中的一个，所述波导叠层中的每一个包括耦入光栅，

其中，在自顶向下视图中，耦入光栅彼此横向偏移。

49.根据权利要求46所述的显示装置，其中所述可流动材料包括反射墨。

50.根据权利要求46所述的显示装置，其中所述可流动材料包括液体金属。

51.根据权利要求50所述的显示装置，其中所述液体金属选自：镓；铟；汞；镓铟共晶体；镓铟合金；镓铟锡合金；Ga、In、Sn和Zn合金；Ga、In和Sn合金；钠钾合金；镓、铟和锡；镓-铟-锌-铜金属；以及银铟镓。

52.根据权利要求50所述的显示装置，其中所述反射层包含所述液体金属的成分的氧化物。

53.根据权利要求46所述的显示装置，其中所述反射层基本上没有分散的含金属颗粒。

54.根据权利要求46所述的显示装置，其中所述反射层包括表面聚积物。

55.根据权利要求49所述的显示装置，其中所述反射层为无颗粒墨。

56.一种制造光学装置的方法，所述方法包括：

提供包括多个表面凸起的波导；以及

在所述多个表面凸起上形成反射层，所述反射层具有跨所述多个表面凸起占据的区域变化的厚度，其中所述反射层通过在所述多个表面凸起上沉积反射可流动材料而形成，

其中所述反射层的反射率随着所述反射层的所述厚度跨所述多个表面凸起占据的所述区域变化，以及

其中所述多个表面凸起和所述反射层形成反射衍射光学元件。

57.根据权利要求56所述的方法，进一步包括提供空间光调制器，其中所述空间光调制器被设置为将光输出到所述反射衍射光学元件上。

58.根据权利要求56所述的方法，其中所述可流动材料包括反射墨。

59.根据权利要求56所述的方法，其中所述可流动材料包括液体金属。

60.根据权利要求56所述的方法，其中所述反射层的所述厚度跨所述多个表面凸起占据的所述区域变化25%或更多。

61.根据权利要求56所述的方法，其中所述反射层仅覆盖所述多个表面凸起占据的所述区域的一部分。

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