CN115066636A - 基于固体晶体形成的高折射率光学器件及其制造方法 - Google Patents

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S·雷基
T·饶
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Abstract

提供了一种光学元件。所述光学元件包含固体晶体，所述固体晶体包含以至少部分由配向结构限定的预定配向图案配向的晶体分子。

Description

基于固体晶体形成的高折射率光学器件及其制造方法
技术领域
本公开总体上涉及光学器件，并且更具体地涉及一种基于固体晶体形成的高折射率光学器件及其制造方法。
背景技术
具有视觉吸引力、重量轻、紧凑且节能的消费电子设备的需求量很大。因此，期望设计在这些设备中使用的光学元件或器件，使得这些设备可以是自适应的、光学高效的、重量轻的、紧凑的和宽带的。制造具有增强的光学性能和物理性质的光学器件的技术已成为研究和开发的一个有吸引力的课题。液晶(“LC”)已被用于制造偏振选择光学元件。偏振选择光学元件的光学特性可取决于LC的折射率和/或双折射。例如，偏振选择光栅的角带宽和衍射带宽可随着LC的双折射增加而增加。目前可用的LC可被配制为实现约1.97的大折射率和约0.3的大双折射。基于具有较高折射率和较大双折射的材料的光学元件对于减小尺寸和重量以及增强光学特性是高度期望的。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种光学元件。所述光学元件包括固体晶体。所述固体晶体包含以至少部分由配向(alignment)结构限定的预定配向图案配向的晶体分子。
在一些实施方案中，固体晶体呈连续层的形式。
在一些实施方案中，固体晶体包括以堆叠配置设置的多个固体晶体，并且光学元件还包括设置在固体晶体之间的多个配向结构。
在一些实施方案中，固体晶体是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性，主折射率为平行于固体晶体的轴的方向上的折射率，固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
在一些实施方案中，配向结构配置为至少部分地限定均匀的平面内取向、在固体晶体的轴的线性方向、径向方向或周向方向上的周期性或非周期性平面内取向，固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
在一些实施方案中，其中固体晶体的轴的取向在固体晶体内是空间上恒定的或空间上变化的，固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
光学元件可优选配置为用作Panchratnam Berry相位(Panchratnam BerryPhase)光学元件。
在一些实施方案中，配向结构包括以下中的至少之一：光配向材料层；机械摩擦配向层；具有各向异性纳米压印的配向层；直接形成在基底上的各向异性浮雕；沉积在基底上的铁电或铁磁材料；薄的结晶层或结晶基底；或在磁场或电场的存在下通过结晶形成的配向层。
在一些实施方案中，晶体分子包括与配向结构接触设置的第一多个晶体分子和设置在第一多个晶体分子上方的第二多个晶体分子，第一多个晶体分子的轴的取向由配向结构限定，而第二多个晶体分子的轴的取向以螺旋方式扭曲。
固体晶体可优选包含手性有机晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的有机晶体分子。
固体晶体可优选包括多个具有晶界的晶粒，并且至少一个晶粒经其上设置固体晶体的配向结构至少部分地配向。
在一些实施方案中，固体晶体可通过基于热的切换、基于偏振的切换或基于光敏的切换中的至少之一在无定形状态和配向的晶体状态之间切换。
固体晶体可优选为单轴或双轴各向异性的。
在一些实施方案中，固体晶体包含以下中的至少之一：饱和或不饱和多环烃，包括蒽、并四苯、并五苯、蒽的衍生物、并四苯的衍生物或并五苯的衍生物中的至少之一；氮、硫和氧杂环；喹啉、苯并噻吩或苯并吡喃；弯曲和不对称并苯，包括菲、菲咯啉、芘、荧蒽、菲的衍生物、菲咯啉的衍生物、芘的衍生物或荧蒽的衍生物中的至少之一；2,6-萘二甲酸、羧酸2,6-二甲酯(2,6dimethyl carboxylic ester)晶体分子、2,6-萘二甲酸的衍生物或羧酸2,6-二甲酯晶体分子的衍生物；或联苯、三联苯、四联苯或苯乙炔，或联苯、三联苯、四联苯或苯乙炔的衍生物，包括具有烷基基团、氰基基团、异硫氰酸酯基团、氟、氯或氟化醚的取代物。根据本公开的第二个方面，提供了一种固体晶体。所述固体晶体包括晶体层，其晶体取向沿至少一个平面内方向变化，折射率在1.6-2.6的范围内，并且光学各向异性大于或等于0.1。
晶体层可优选为单晶层或多晶层。
晶体层可优选为包含至少一种多环芳族烃或多环芳族烃衍生物的有机固体晶体层。
在一些实施方案中，晶体层为包含含有环结构体系和两个末端基团体系的分子的有机晶体层。
在一些实施方案中，晶体层为包含结晶聚合物的有机晶体层，所述结晶聚合物具有包括芳族烃、杂芳烃(heteroarene)基团或其衍生物的前体。
在一些实施方案中，晶体层为包含粘结剂的有机晶体层，所述粘结剂由具有脂族基团、杂脂族基团、芳族烃基团或杂芳烃基团的无定形聚合物中的至少之一形成。
本领域技术人员可根据本公开的描述、权利要求和附图来理解本公开的其他方面。
附图说明
以下附图根据各种公开的实施方案出于示意的目的提供而不旨在限制本公开的范围。在附图中：
图1A和1B示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的横截面图；
图2A-2D示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的横截面图；
图3A和3B示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的顶视图；
图4A-4C示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的横截面图；
图5A和5B示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的具有输入耦合元件和输出耦合元件的光波导的横截面图；
图6A-6C示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的固体晶体膜中晶体分子的轴的空间上变化的取向的三维(“3D”)图；
图7A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的透射型Pancharatnam BerryPhase(“PBP”)光学器件的图。
图7B示意性地示意了根据本公开的一个实施方案当图7A中示出的PBP光学器件用作PBP光栅时该PBP光学器件的晶体分子的轴的取向的横截面图；
图7C和7D分别示意性地示意了根据本公开的实施方案图7B中示出的PBP光栅的正状态和负状态的图；
图8A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案当图7A中示出的PBP光学器件用作PBP透镜时晶体分子的轴的取向的横截面图；
图8B示意了根据本公开的一个实施方案在图8A中示出的PBP透镜中沿x-轴截取的晶体分子的取向的一部分的截面图；
图8C和8D分别示意性地示意了根据本公开的实施方案图8A中示出的PBP透镜的聚焦状态和散焦状态的图；
图9A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的反射型PBP光学器件的图。
图9B示意性地示意了根据本公开的一个实施方案当图9A中示出的PBP光学器件用作反射偏振体全息(“PVH”)光栅时晶体分子的轴的空间上变化的取向的3D图；
图9C示意性地示意了根据本公开的一个实施方案当图9A中示出的PBP光学器件用作反射PVH光栅时晶体分子的轴的取向的横截面图；
图10A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的近眼显示器(“NED”)的图；
图10B示意性地示意了根据本公开的一个实施方案图10A中示出的NED的一部分的顶视横截面图；
图11A-11E为示意根据本公开的各种实施方案的制造光学器件的方法的流程图；
图12A-12C示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的制造包括固体晶体的光学器件的方法；
图13A-13D示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的制造包括固体晶体的光学器件的方法；
图14示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的制造包括固体晶体的光学器件的系统；
图15A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案基于物理气相传输(“PVT”)在具有配向结构的基底上图案化有机固体晶体的方法；
图15B示意性地示意了根据本公开的另一个实施方案基于PVT在具有配向结构的基底上图案化有机固体晶体的方法；
图15C示意性地示意了根据本公开的另一个实施方案基于PVT在具有配向结构的基底上图案化有机固体晶体的方法；
图16示意性地示意了根据本公开的一个实施方案形成图案化的固体晶体(固体晶体层)的方法；
图17示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的配向结构；
图18A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的设置在基底上的微结构的顶视图；
图18B示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的设置在微结构处以及微结构与固体晶体层之间的表面改性层；
图19A-19J示意了根据本公开的各种实施方案的可包含在固体晶体材料中的各种分子的示例化学结构；和
图20-28为示意根据本公开的各种实施方案的制造具有预定配向图案的固体晶体层的方法(或图案化固体晶体层的方法)的流程图。
具体实施方式
将参考附图描述与本公开一致的实施方案，这些实施方案仅为出于示意的目的的实例而不意图限制本公开的范围。在可能的情况下，在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同的或相似的部分，并且可能省略其详细描述。
此外，在本公开中，所公开的实施方案和所公开的实施方案的特征可被组合。所描述的实施方案是本公开的一些实施方案，而不是所有实施方案。基于所公开的实施方案，本领域普通技术人员可得出与本公开一致的其他实施方案。例如，可基于所公开的实施方案进行修改、改编、替换、添加或其他变化。所公开的实施方案的这样的变化仍然在本公开的范围内。因此，本公开不限于所公开的实施方案。相反，本公开的范围由所附权利要求限定。
如本文所用，术语“耦合(couple、coupled、coupling等)”可涵盖光耦合、机械耦合、电耦合、电磁耦合或其组合。两个光学器件之间的“光耦合”是指其中两个光学器件以光学串联布置并且来自一个光学器件的光输出可被另一个光学器件直接或间接接收的配置。光学串联是指多个光学器件在光路中的光学定位，使得来自一个光学器件的光输出可被一个或多个其他光学器件透射、反射、衍射、转换、修改或以其他方式加工或操纵。在一些实施方案中，布置多个光学器件的顺序可以影响或可以不影响多个光学器件的总输出。耦合可以是直接耦合或间接耦合(例如，通过中间元件耦合)。
表述“A或B中的至少之一”可涵盖A和B的所有组合，如仅A、仅B、或A和B。同样地，表述“A、B或C中的至少之一”可涵盖A、B和C的所有组合，如仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、或A和B和C。表述“A和/或B”具有与表述“A或B中的至少之一”的含义相似的含义。例如，表述“A和/或B”可涵盖A和B的所有组合，如仅A、仅B、或A和B。同样地，表述“A、B和/或C”具有与表述“A、B或C中的至少之一”的含义相似的含义。例如，表述“A、B和/或C”可涵盖A、B和C的所有组合，如仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、或A和B和C。
当第一元件被描述为“附接”、“提供”、“形成”、“附连”、“安装”、“固定”、“连接”、“结合”、“刻制(recorded)”或“设置”到第二元件、在第二元件上、在第二元件处或至少部分地在第二元件中时，第一元件可使用任何合适的机械或非机械方式“附接”、“提供”、“形成”、“附连”、“安装”、“固定”、“连接”、“结合”、“刻制”或“设置”到第二元件、在第二元件上、在第二元件处或至少部分地在第二元件中，所述机械或非机械方式有如沉积、涂布、蚀刻、结合、胶合、螺纹连接、压入配合、卡扣配合、夹紧等。另外，第一元件可与第二元件直接接触，或者在第一元件和第二元件之间可存在中间元件。第一元件可设置在第二元件的任何合适的侧面处，如左侧、右侧、前侧、后侧、顶侧或底侧。
当第一元件被示出或描述为设置或布置“在”第二元件“上”时，术语“在……上”仅用于指示第一元件与第二元件之间的示例相对取向。该描述可基于图中示出的参考坐标系，或者可基于图中示出的当前视图或示例配置。例如，在描述图中示出的视图时，第一元件可被描述为设置“在”第二元件“上”。应理解，术语“在……上”不一定意味着第一元件以垂直的重力方向在第二元件上方。例如，当第一元件和第二元件的组件转动180度时，第一元件可“在”第二元件“下面”(或者第二元件可“在”第一元件“上”)。因此，应理解，当附图示出第一元件“在”第二元件“上”时，该配置仅为示意性实例。第一元件可相对于第二元件以任何合适的取向设置或布置(例如，在第二元件上方或上面、在第二元件下方或下面、在第二元件左面、在第二元件右面、在第二元件后面、在第二元件前面等)。
当第一元件被描述为设置“在”第二元件“上”时，第一元件可直接或间接设置在第二元件上。第一元件直接设置在第二元件上指示在第一元件与第二元件之间没有设置另外的元件。第一元件间接设置在第二元件上指示在第一元件与第二元件之间设置了一个或多个另外的元件。
本公开中提到的波长范围、光谱或波段是出于示意的目的。所公开的光学器件、系统、元件、组件和方法可应用于可见波长范围以及其他波长范围，如紫外(“UV”)波长范围、红外(“IR”)波长范围或其组合。
术语“膜”和“层”可包括刚性或柔性、自支撑或独立膜、涂层或层，其可设置在支撑基底上或基底之间。表述“平面内方向”、“平面内取向”、“平面内旋转”、“平面内配向图案”和“平面内间距”分别是指膜或层的平面(例如，膜或层的表面平面，或平行于膜或层的表面平面的平面)中的方向、取向、旋转、配向图案及间距。术语“平面外方向”指示不平行于膜或层的平面的方向(例如，垂直于膜或层的表面平面，例如，垂直于平行于表面平面的平面)。例如，当“平面内”方向是指表面平面内的方向时，“平面外”方向可指垂直于表面平面的厚度方向，或不平行于表面平面的方向。
光学器件，如透镜、波片、光栅、波导等，已被广泛用于光学系统中。例如，这样的光学器件已在用于增强现实(“AR”)、虚拟现实(“VR”)和/或混合现实(“MR”)应用的近眼显示器(“NED”)中实施。例如，光波导已在NED中用于覆盖虚拟世界和现实世界。当波导用作覆盖虚拟世界图像和现实世界图像的合路器时，例如，对于AR应用，波导也可被称为波导合路器。波导显示系统可包括配置为发射图像光的光源组件，和配置为将图像光引导至用户的眼睛的波导。来自光源组件(例如，虚拟图像投影仪)的图像光可被耦合到波导中，并经由波导内的全内反射(“TIR”)被中继到眼睛。从光源组件发射的图像光可包括多种不同的颜色(例如，红色、绿色和蓝色)。在一些实施方案中，可使用共享光谱带的多个波导来有效地将不同颜色的图像光传递到眼睛，这可能增加光学元件的数量和重量(并因此增加波导显示系统的尺寸和重量)。此外，虚拟世界的视场(“FOV”)可能取决于波导的材料的折射率。由波导提供的FOV可能随着波导的材料的折射率增加而增加。
另外，偏振选择光学器件已在NED中用作波导合路器的输入耦合元件(例如，光栅)、变焦和/或多焦点块中的调节元件、和/或眼睛跟踪系统中的眼睛跟踪部件等。液晶(“LC”)已被用于制造偏振选择光学器件。偏振选择光学器件的光学特性可能取决于LC的折射率和/或双折射。例如，偏振选择LC光栅的角带宽和衍射带宽可能随着LC的双折射增加而增加。目前可用的LC可被配制为实现高达约1.97的折射率和高达约0.3的双折射。基于具有较高折射率和较大双折射的材料的光波导和偏振选择光学器件对于减小NED的尺寸和重量、增强光学特性以及实现未来的智能NED是高度期望的。
本公开提供了一种光学器件，该光学器件包括呈固体晶体膜或层的形式的固体晶体(或固体晶体材料)。固体晶体可为单晶体或多晶体。固体晶体材料可包括有机材料、无机材料或其组合。例如，固体晶体可包括有机和结晶材料、有机和非结晶材料、有机和无定形材料、有机和半结晶和半无定形材料、无机和结晶材料、无机和非结晶材料、无机和无定形材料、无机和半结晶和半无定形材料、有机和半结晶和半非结晶材料、无机和半结晶和半非结晶材料或它们的组合。出于讨论的目的，固体有机晶体材料可用作固体晶体材料的实例。为了便于讨论，包含在固体晶体材料中的固体晶体分子可被称为有机分子或晶体分子。应理解，本文公开的技术方案不限于有机晶体材料。
如本文所使用，晶体(或固体晶体)的“轴”可指固体晶体沿着其具有最高或最大的折射率的固体晶体的轴。包含在固体晶体中的晶体分子的“轴”可指晶体分子沿着其可具有最高或最大的折射率的晶体分子的轴。晶体的轴可以是包含在晶体中的晶体分子的轴的聚集效应。包含在固体晶体中的晶体分子的轴的局部取向(和因此固体晶体的轴的取向)可被配置，使得固体晶体可为包括固体晶体的光学器件提供至少一种预定的光学功能。固体晶体的轴的取向可以是固体晶体中晶体分子的轴的取向的聚集效应。固体晶体的轴和晶体分子的轴的以上定义是为了便于讨论。固体晶体的轴的取向也可称为固体晶体的晶体取向。与固体晶体和晶体分子相关的取向不限于由折射率沿着其最高的轴限定。其他合适的轴(例如，折射率沿着其最小的轴，或垂直于折射率沿着其最高的轴的轴)可用作用于讨论固体晶体的取向和晶体分子的取向的可配置对象，或者用于讨论与固体晶体或晶体分子相关的配向图案的可配置对象。
在一些实施方案中，固体晶体的轴的取向可通过以预定配向图案配向晶体分子(例如，配向晶体分子的轴的取向)来配置。在一些实施方案中，预定配向图案可指固体晶体中晶体分子的非天然配向图案。例如，预定配向图案可被至少部分地配置在其上设置晶体分子的基底处，或者可通过特殊机制(例如，蚀刻)被配置在固体晶体内，或者可被配置在设置在基底上的单独的材料中。为了实现光学元件的至少一种预定的光学功能，可专门设计、配置或引入晶体分子的预定配向图案。预定配向图案可为一维图案(例如，晶体分子可在相同的单一方向上配向)、二维图案(例如，晶体分子可在二维平面中在预定的方向上配向)或三维图案(例如，晶体分子可在三维方向上配向)。
在一些实施方案中，固体晶体的晶体分子的预定配向图案可至少部分地由配向结构配置、设置或限定。在一些实施方案中，配向结构可为在基底的表面处形成、蚀刻、设置或以其他方式提供的配向膜或层，固体晶体的晶体分子被设置在基底的表面上。在一些实施方案中，配向结构可以单独的材料形成并被设置在基底的表面上。在一些实施方案中，配向结构可直接形成(例如，直接蚀刻)在基底的表面处(例如，在基底的表面上或至少部分地在基底的表面中)。在一些实施方案中，配向结构可通过特殊机制直接形成在固体晶体(例如，固体晶体层)内。配向结构可以是固体晶体内部的结构性质。例如，配向图案可在磁场或电场的存在下发生的固体晶体的结晶过程期间形成，所述磁场或电场可被配置为影响生长的固体晶体的配向。在一些实施方案中，配向结构可在结晶过程期间在固体晶体的表面处一体地形成。
在一些实施方案中，光学器件可包括配向结构，该配向结构配置为使晶体分子以预定配向图案至少部分地配向。配向结构可包括配向结构图案或限定配向结构图案。在一些实施方案中，配向结构图案可与晶体分子的预定配向图案基本上相同。例如，包含在固体晶体中的不同晶体分子层可被设置在配向结构上方。与配向结构接触的第一多个晶体分子可由配向结构以配向结构图案配向。在一些实施方案中，在固体晶体中的第一多个晶体分子上方堆叠的第二多个晶体分子可以与相应的第一多个晶体分子相同的图案配向。在这样的配置中，固体晶体中的晶体分子可基本上以配向结构图案配向，并且配向结构图案可与晶体分子的预定配向图案基本上相同。
在一些实施方案中，与配向结构接触的第一多个晶体分子可由配向结构以配向结构图案配向。设置在(例如，堆叠在)第一多个晶体分子上方的第二多个晶体分子可不以与对应的第一多个晶体分子相同的图案配向(例如，第二多个晶体分子可以不同于配向结构图案的图案配向)。相反，第二多个晶体分子可基于配向结构图案相对于对应的第一多个晶体分子旋转一个或多个预定的旋转角度(例如，第二多个晶体分子可包括通过添加到固体晶体的手性掺杂剂引入的扭曲)。一个或多个预定的旋转角度可以是平面内旋转角度或平面外旋转角度中的至少之一。晶体分子的预定配向图案可以是配向第一多个晶体分子的配向结构图案和与堆叠在第一多个晶体分子上方的第二多个晶体分子相关的扭曲(或旋转)配向图案的组合的结果。在这样的配置中，配向结构的配向结构图案可不同于晶体分子的预定配向图案。配向结构可以预定配向图案至少部分地配向晶体分子。
例如，配向结构可以配向在配向结构图案中与配向结构接触的晶体分子(例如，第一多个分子)。包含在固体晶体中的设置在(例如，堆叠在)第一多个晶体分子上方的剩余的(例如，第二多个)晶体分子可相对于已由配向结构配向的对应的相邻第一多个晶体分子被配向。在一些实施方案中，剩余的晶体分子可遵循第一多个晶体分子的相同配向。例如，剩余的晶体分子的轴的取向可遵循对应的第一多个晶体分子的轴的取向。在一些实施方案中，剩余的晶体分子的至少一部分可具有相对于对应的第一多个晶体分子的轴的取向旋转一个或多个预定的旋转角度的轴的取向。
在一些实施方案中，配向结构可指被配置为限定或设定晶体分子的轴的取向(例如，在配向结构上生长的固体晶体材料的生长方向)的结构(如层、膜或物理特征)。在一些实施方案中，配向结构可以是薄的，如几个分子厚。配向结构的层、膜或物理特征可经由机械、偶极-偶极、磁机制、或任何其他合适的机制与待生长的固体晶体材料的分子(例如，固体晶体分子)相互作用。例如，配向结构可类似于已在LC器件(例如，LC显示器)中用于配向向列LC分子的取向的那些结构。
在一些实施方案中，晶体分子可在配向结构上方基本上均匀地配向。也就是说，晶体分子的轴的取向可基本上均匀地配向，导致固体晶体的轴的空间上非变化(例如，恒定)的取向。在一些实施方案中，晶体分子可在配向结构上方不均匀地配向。例如，晶体分子的轴的取向可在固体晶体内在空间上变化，导致固体晶体的轴的空间上变化的取向。在可由晶体分子的不同预定配向图案配置的固体晶体的轴的不同取向情况下，光学器件可表现出不同的光学功能。例如，光学器件可用作波导、光栅、棱镜、透镜、轴棱锥、光学旋转器、波片或相位延迟器、透镜阵列、棱镜阵列等，这取决于晶体分子的预定配向图案。
固体晶体可呈层、膜、板、或者层、膜或板的堆叠的形式。固体晶体可具有高折射率。结果，固体晶体可被制造得薄且重量轻。例如，固体晶体可具有约500纳米(“nm”)至约5微米(“μm”)的厚度。因此，包括固体晶体的光学器件可被制造得薄、重量轻且紧凑。固体晶体材料已被用于制造具有有限小尺寸的半导体元件或器件。例如，使用固体原始晶体材料制造的常规半导体元件或器件可具有约10毫米(“mm”)乘10mm或更小的尺寸。本公开中公开的技术方案使得能够制造具有大尺寸的固体晶体。例如，通过使用配向结构形成(例如，生长)固体晶体，固体晶体可被制造为具有约30-100mm或更大的一个或多个横向尺寸。具有大尺寸的固体晶体可拓宽光学器件在各种各样的技术领域中的应用。
图1A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的光学元件或器件100的x-z截面图。如图1A中所示，光学器件100可包括呈膜(层或板)的形式的固体晶体115。尽管出于示意的目的，固体晶体115的主体被示出为平坦的，但固体晶体115的主体可具有弯曲的形状。在本公开中，出于讨论的目的，固体晶体还可被称为固体晶体膜(或固体晶体层)。固体晶体115可包括具有多个晶体分子的固体晶体材料。
在一些实施方案中，光学器件100还可包括配向结构110，该配向结构110配置为至少部分地限定或设定固体晶体115的轴的取向或用于配向包含在固体晶体115中的晶体分子的预定配向图案。出于讨论的目的，固体晶体115的轴可指固体晶体115沿着其可具有最高或最大折射率的轴。固体晶体115中晶体分子的轴可指晶体分子沿着其可具有最高或最大折射率的轴。固体晶体115的轴的取向可以是包含在固体晶体115中的晶体分子的轴的取向的聚集效应。固体晶体115可被设置在配向结构110上。在一些实施方案中，固体晶体115可在配向结构110上生长。在一些实施方案中，可省略配向结构110。例如，在铁电材料或铁磁材料和铁电场或铁磁场的存在下，预定配向图案可通过结晶被引入到固体晶体115内。
在一些实施方案中，光学器件100还可包括基底105，该基底105配置为向设置在基底105处(例如，设置在基底105上)的各种层、膜和/或结构提供支撑和/或保护。配向结构110可被设置在基底处。在一些实施方案中，配向结构110可以是基底105的一体化部分。例如，配向结构110可被蚀刻在基底105的表面上或至少部分地被蚀刻在基底105的表面中。在一些实施方案中，配向结构110可一体地形成在基底105内。在一些实施方案中，配向结构110可被单独形成(例如，沉积)到基底105的表面上。
在一些实施方案中，基底105可与包含在固体晶体115中的晶体分子相容(例如，晶格常数匹配)。在一些实施方案中，基底105至少在可见光谱(例如，波长在约380nm至约700nm的范围内)中可以是光学透明的(例如，具有至少约60％的透光率)。在一些实施方案中，基底105还可在红外(“IR”)光谱的至少一部分(例如，波长约700nm至约1mm的范围内)中是透明的。基底105可包括对上文列出的波长范围的光基本上透明的合适的材料，如玻璃、塑料、蓝宝石、聚合物、半导体或其组合等。基底105可以是刚性的、半刚性的、柔性的或半柔性的。在一些实施方案中，基底105可具有一个或多个呈平坦、凸起、凹形、非球面或自由形状的表面。
在一些实施方案中，基底105可以是另一光学元件或器件的一部分，或者是另一光电元件或器件的一部分。例如，基底105可以是固体光学透镜或固体光学透镜的一部分。在一些实施方案中，基底105可以是功能器件如显示屏的一部分。在一些实施方案中，基底105可用于制造、存储或运输光学器件100。在一些实施方案中，在光学器件100的其余部分被制造或运输到另一个地方或器件之后，基底105可从光学器件100的其余部分拆卸或移除。也就是说，基底105可用于制造、运输和/或存储，以支撑提供在基底105上的固体晶体115，并且当光学器件100的制造完成时，或者当光学器件100将在另一光学器件中或在光学系统中实施时，基底105可从光学器件100的固体晶体115分离或移除。
在一些实施方案中，固体晶体115可基于一种或多种固体晶体材料制造，所述材料例如蒽、并四苯、并五苯或任何其他饱和或不饱和的多环烃及其衍生物；氮、硫和氧杂环；喹啉、苯并噻吩和苯并吡喃；弯曲和不对称并苯如菲、菲咯啉、芘和荧蒽及其衍生物；2,6-萘二甲酸、羧酸2,6-二甲酯分子及其衍生物；联苯、三联苯、四联苯或苯乙炔或其衍生物，包括具有烷基基团、氰基基团、异硫氰酸酯基团、氟、氯或氟化醚的取代物；多环芳族烃，如萘、蒽、并四苯、并五苯、芘、聚并苯、荧蒽、二苯甲酮、苯并色烯、苯偶酰、苯并咪唑、苯、六氯苯、硝基吡啶-N-氧化物、苯-1,4-二甲酸、二苯乙炔、N-(4-硝基苯基)-(s)-脯氨醛、4,5-二氰基咪唑、苯并二噻吩、氰基吡啶、噻吩并噻吩、芪、偶氮苯或其衍生物。在一些实施方案中，固体晶体115可包括手性晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的晶体分子，并且固体晶体115可表现出手性，即旋向性(handedness)。
在一些实施方案中，固体晶体材料可包括以下分子中的至少之一，其每一种可包含环结构(或环结构体系)和两个末端基团(或末端基团体系)。在一些实施方案中，环结构可包括一个或多个饱和的环状基团，如环己烷、环戊烷、四氢吡喃、哌啶、四氢呋喃、吡咯烷、四氢噻吩及其衍生物。在一些实施方案中，环结构可包括一个或多个不饱和的芳族基团，如苯、萘、蒽、噻吩、联苯、二苯乙炔(tolane)、苯并咪唑、二苯乙炔(diphenylacetylene)、氰基吡啶、噻吩并噻吩、二苯并噻吩、咔唑、硅芴及其衍生物。末端基团可包括一个或多个C1-C10烷基、烷氧基、烯基基团、-CN、-NCS、-SCN、-SF5、-Br、-Cl、-F、-OCF3、-CF3、单氟化的或多氟化的C1-C10烷基或烷氧基基团。
在一些实施方案中，固体晶体材料可包括结晶聚合物。结晶聚合物的前体可包括芳族烃或杂芳烃基团及其衍生物。结晶聚合物的实例可包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(乙烯基苯硫醚)、聚(α-甲基苯乙烯)、聚噻吩并噻吩、聚噻吩、聚(n-乙烯基邻苯二甲酰亚胺)、聚对二甲苯、多硫化物、聚砜、聚(溴苯基)、聚(乙烯基萘)、或具备带有官能团的前体的液晶聚合物。在一些实施方案中，液晶聚合物的前体可包括脂族、杂脂族、芳族烃或杂芳烃基团。
在一些实施方案中，固体晶体材料可包括具有脂族、杂脂族、芳族烃或杂芳烃基团的无定形聚合物(例如，聚苯乙烯)作为粘结剂。在一些实施方案中，固体晶体材料还可包括添加剂，如脂肪酸、脂质、增塑剂或表面活性剂(例如，具有单氟化的或多氟化的烷基或烷氧基基团的分子)。
图19A示意了可包含在固体晶体材料中的各种分子的示例化学结构。在这些化学结构中，R为官能团，其可为CH3、H、OH、OMe、OEt、OiPr、F、Cl、Br、I、Ph、NO2、SO3、SO2Me、iPr、Pr、t-Bu、仲-Bu、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、腈、酯、SO2NH3、NH2、NMe2、NMeH或C2H2中的任何一种或任何组合。例如，当化学式包括两个或更多个R时，所有R可不同，所有R可相同，至少两个R可不同，或者至少两个R可相同。图19B示意了包括上面列出和图19A中示出的官能团R中的一种或组合的分子的示例化学结构。
在一些实施方案中，固体晶体材料可包括氨基酸。图19C示意了可包含在固体晶体材料中的各种氨基酸的化学结构。官能团R可为CH3、H、OH、OMe、OEt、OiPr、F、Cl、Br、I、Ph、NO2、SO3、SO2Me、iPr、Pr、t-Bu、仲-Bu、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、腈、酯、SO2NH3、NH2、NMe2、NMeH或C2H2中的任何一种。另外，在一些实施方案中，图19C中示出的分子可包括所列官能团R中的任何一种或任何组合。
图19D示意了可包含在固体晶体材料中的分子的示例化学结构。在一些实施方案中，分子可包括上述官能团R中的一种或组合，即CH3、H、OH、OMe、OEt、OiPr、F、Cl、Br、I、Ph、NO2、SO3、SO2Me、iPr、Pr、t-Bu、仲-Bu、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、腈、酯、SO2NH3、NH2、NMe2、NMeH或C2H2中的任何一种或任何组合。
在一些实施方案中，可包含在固体晶体材料中的分子可具有供体-桥-受体分子基序、供体-桥-供体分子基序或受体-桥-受体分子基序。图19E示意了可包含在分子中的示例桥官能团。图19F示意了可包含在分子中的示例吸电子基团(受体基团)。图19G示意了可包含在分子中的示例给电子基团(给体基团)。在一些实施方案中，分子可包括上述官能团R中的一种或组合，例如，CH3、H、OH、OMe、OEt、OiPr、F、Cl、Br、I、Ph、NO2、SO3、SO2Me、iPr、Pr、t-Bu、仲-Bu、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、腈、酯、SO2NH3、NH2、NMe2、NMeH或C2H2中的任何一种或任何组合。
在一些实施方案中，固体晶体材料可包括有机-盐(organo-salt)，其为阴离子和阳离子分子与至少一种有机基组分的混合物。图19H示意了可包含在固体晶体材料中的阴离子分子的示例化学结构。图19I示意了阳离子分子的示例化学结构。官能团R可为CH3、H、OH、OMe、OEt、OiPr、F、Cl、Br、I、Ph、NO2、SO3、SO2Me、iPr、Pr、t-Bu、仲-Bu、Et、乙酰基、SH、SMe、羧基、醛、酰胺、腈、酯、SO2NH3、NH2、NMe2、NMeH或C2H2中的任何一种或任何组合。在一些实施方案中，官能团R还可包括图19F和图19G中示出的给电子和吸电子官能的混合物。图19J示意了具有固体晶体相和/或液晶相的材料的分子的示例化学结构。具有固体晶体相和/或液晶相的材料的分子的化学结构可具有A-B-C-D-E的结构式。图19J中示出了“A”、“B”、“C”、“D”和“E”要素的实例。
固体晶体115可以是连续的固体晶体膜，其中相邻的晶格可跨整个光学器件100连续地彼此连接。在一些实施方案中，固体晶体115可以是光学各向异性的，例如单轴光学各向异性的或双轴光学各向异性的。在一些实施方案中，固体晶体115可配置为在连续的固体晶体115内具有空间上变化的或空间上均匀的光学各向异性，其可至少部分地由配向结构110限定、配置或设定。在一些实施方案中，可基于包含在固体晶体115中的分子的轴的空间上变化的或空间上均匀的取向来产生空间上变化的或空间上均匀的光学各向异性。
在一些实施方案中，固体晶体115可沿着第一方向具有第一主折射率，并沿着垂直于第一方向的平面内方向具有第二主折射率。在一些实施方案中，第一方向可平行于固体晶体115的轴，固体晶体115沿着该轴可具有最高或最大的折射率。在一些实施方案中，固体晶体115的第一主折射率可为至少约1.5、至少约1.6、至少约1.7、至少约1.8、至少约1.9、至少约2.0、至少约2.1或至少约2.2。在一些实施方案中，固体晶体115的第一主折射率可在1.6至2.6的范围内。在一些实施方案中，固体晶体115的光学各向异性(例如，平面内双折射)可为至少约0.1、至少约0.2、至少约0.3、至少约0.35或至少约0.4。
固体晶体115可在结构上配置或制造为实现光学器件100的至少一种预定的光学功能。在一些实施方案中，固体晶体115可在结构上配置或制造为具有固体晶体115的轴的基本上空间上非变化(例如，恒定)的取向。在一些实施方案中，固体晶体115可在结构上配置或制造为具有固体晶体115的轴的空间上变化的取向。在一些实施方案中，配置固体晶体115的轴的空间上恒定的或空间上变化的取向可通过以预定配向图案例如空间上均匀的配向图案或空间上变化的配向图案配向包含在固体晶体115中的晶体分子来实现。也就是说，固体晶体115可在结构上配置或制造为使晶体分子以预定配向图案配向，从而提供至少一种预定的光学功能。
在一些实施方案中，配向结构110可配置为使晶体分子以预定配向图案至少部分地配向。在一些实施方案中，与配向结构110接触的晶体分子的轴的取向可由(或用)配向结构110配向，而剩余的晶体分子的轴的取向可根据已由配向结构110配向和/或配置的相邻晶体分子来配向。在一些实施方案中，晶体分子的预定配向图案可导致固体晶体115内晶体分子的轴的空间上均匀(或恒定)的取向和/或空间上变化的取向。在一些实施方案中，固体晶体115内晶体分子的轴的取向可在线性方向上、在径向方向上、在周向(例如，方位角)方向上、或其组合周期性或非周期性地变化。因此，固体晶体115的轴可配置为在固体晶体115内具有恒定的取向、在线性方向上周期性或非周期性地变化的取向、在径向方向上周期性或非周期性地变化的取向、在周向(例如，方位角)方向上周期性或非周期性地变化的取向，或其组合。
取决于固体晶体115的轴的不同取向，光学器件100可提供不同的光学功能。例如，取决于固体晶体115的轴的不同取向，光学器件100可用作光波导、光栅、棱镜、透镜、轴棱锥、光学旋转器、波片或相位延迟器、透镜阵列、棱镜阵列或其组合。光学器件100可用作透射型光学器件、反射型光学器件或透射反射型光学器件。在一些实施方案中，当光学器件100用作透射型光学器件时，固体晶体115可至少在可见光谱(例如，约380nm至约700nm)中是光学透明的(例如，具有至少约60％的透光率)。在一些实施方案中，固体晶体115还可在IR光谱的至少一部分中是光学透明的，例如在近IR光谱中具有至少约60％的透光率。
在一些实施方案中，由于光学各向异性，故处于配向的晶体状态的固体晶体115可以是偏振相关的。例如，固体晶体115可对具有不同偏振的入射光表现出不同的光学功能。在一些实施方案中，固体晶体115可通过各种方法在无定形状态与配向的晶体状态之间切换，例如，通过基于偏振的切换、基于热的切换或基于外部场的切换等。在无定形状态中，固体晶体115可保持为固态，并且晶体分子可不处于预定配向图案中。结果，处于无定形状态的固体晶体115可不表现出由固体晶体115中晶体分子的预定配向图案所决定的预定的光学功能。在一些实施方案中，通过切换入射到固体晶体115上的光的偏振，固体晶体115可在无定形状态与配向的晶体状态之间切换。在一些实施方案中，固体晶体115可在升高的温度下切换到无定形状态。
在一些实施方案中，通过向固体晶体115中的晶体分子施加外部场(例如，外部光场)，固体晶体115可在无定形状态与配向的晶体状态之间切换，其中外部场可改变固体晶体115中晶体分子的取向和/或配向。在移除外部场之后，晶体分子可返回到初始的取向和/或配向。例如，晶体分子可根据干涉图案(例如，由具有不同偏振状态的两个光束形成)配向。干涉图案可产生相长干涉或相消干涉的区域，其中晶体分子可被选择性地配向。例如，晶体分子可在相长干涉或相消干涉的区域中不同地配向。通过创建全息图案或晶体分子经历的主动暴露并通过配置时间尺度和长度尺度，可动态地控制晶体分子的取向和/或配向。也就是说，可实现晶体分子的主动取向和/或配向。
在一些实施方案中，固体晶体115的轴的取向的空间变化(或固体晶体115的轴的空间上变化的取向)可在整个固体晶体115中基本上平滑。在一些实施方案中，固体晶体115可包括具有至少一个晶界的多个晶粒(或部分)，其中每个晶粒或多个晶粒可由配向结构110至少部分地配向。为了实现相邻晶粒和晶体分子之间的平滑过渡，在一些实施方案中，一个或多个另外的官能团可被并入到晶体分子中。在一些实施方案中，可向固体晶体115添加配置为释放局部结晶应变的一种或多种添加剂或一种或多种增塑剂。在一些实施方案中，增塑剂可包括具有烷基链和/或烷氧基链的分子(例如，液晶分子)，其可表现出对结晶度的弱亲和力，从而使得晶相更软并且对变形和结构变化更具延展性。
在一些实施方案中，配向结构110可包括配向层，该配向层可以是形成在基底105上或结合至基底105的单独的膜。配向层可设置在基底105与固体晶体115之间，并且可与固体晶体115接触。在一些实施方案中，配向层可为光配向材料(“PAM”)层，其可包括一种或多种光配向材料。在一些实施方案中，光配向材料可包括光敏分子，所述光敏分子在经受偏振光照射时可经历取向排序。在一些实施方案中，光敏分子可包括长形的各向异性光敏单元(例如，小分子或聚合物分子的片段)，该长形的各向异性光敏单元在经受偏振光照射时可以以配向结构图案进行配向。
在一些实施方案中，光敏单元可以是偏振敏感的。例如，光敏单元可被具有预定偏振的光配向，并且可不被具有不同偏振的光配向。在一些实施方案中，配向层可以是机械摩擦层(例如，机械摩擦的聚合物层)。在一些实施方案中，配向层可以是具有各向异性纳米压印的聚合物层，例如，包括使用例如光刻或纳米压印技术制造的各向异性纳米结构的图案的聚合物层。在一些实施方案中，配向层可包括铁电材料或铁磁材料，其配置为在磁场或电场的存在下至少部分地配向固体晶体115中的晶体分子。在一些实施方案中，配向层可以是基本上薄的结晶膜(或层)或结晶基底，其配置为至少部分地配向固体晶体115中的晶体分子。结晶膜或结晶基底可包括已经以配向结构图案配向的固体晶体分子。当形成固体晶体115的晶体分子通过晶格常数匹配而在结晶膜或结晶基底上生长时，形成固体晶体115的晶体分子的生长可通过由结晶膜或结晶基底的分子限定的配向结构图案来配置、影响或决定。
薄的结晶膜或结晶基底的配向结构图案可使用本文公开的任何合适的方法形成。在制造固体晶体115的工艺中，固体晶体115的晶体分子可被沉积在(例如，生长在)薄的结晶膜或基底上。与薄的结晶膜或基底接触的固体晶体115的晶体分子可与包含在薄的结晶膜或基底中的晶体分子配向。可使用多个薄的结晶膜或基底来在具有不同配向图案的固体晶体115中形成晶体分子层的堆叠。在一些实施方案中，配向层可配置为基于在磁场或电场的存在下发生的结晶至少部分地配向固体晶体115中的晶体分子。在一些实施方案中，配向层可包括六方氮化硼(h-BN)层或石墨烯层。
在一些实施方案中，配向结构110可包括在基底105上或至少部分地在基底105中直接形成、或者在固体晶体115上或至少部分地在固体晶体115中形成的特征。在一些实施方案中，基于在磁场或电场的存在下发生的结晶，可在固体晶体115中产生配向结构110。在一些实施方案中，基于外部光场，可在固体晶体115中产生配向结构110，其可将固体晶体115中的晶体分子以预定的配向结构至少部分地配向。例如，包含在固体晶体115中的晶体分子可根据干涉图案(例如，由具有不同偏振状态的两个光束形成)配向。干涉图案可产生相长干涉或相消干涉的区域，其中晶体分子可被选择性地配向。例如，晶体分子可在相长干涉或相消干涉的区域中不同地配向。
在一些实施方案中，基底105可被纳米制造为具有配向结构110，用于使固体晶体115中的晶体分子至少部分地配向。例如，基底105可由有机材料如无定形或液晶聚合物、可交联单体制造，包括那些具有液晶性质的可交联单体。在一些实施方案中，基底105可由无机材料如用于制造超构表面的金属或氧化物制造。基底105的一种或多种材料可以是各向同性的或各向异性的。在一些实施方案中，基底105可由抗蚀剂材料进行纳米制造，该抗蚀剂材料对于一定范围的电磁频率如可见波长光谱是透明的或几乎透明的。抗蚀剂材料可呈热塑性塑料、聚合物、光学透明的光致抗蚀剂等形式。在被凝固或固化之后，抗蚀剂材料可向包含在固体晶体115中的晶体分子提供配向。也就是说，在一些实施方案中，基底105还可用作配向层，用于使包含在固体晶体115中的晶体分子至少部分地配向。
可使用基底105的纳米制造技术来实现各种配向图案和特征，这允许创建配向结构110，以使包含在固体晶体115中的晶体分子以高的可定制性至少部分地配向。在一些实施方案中，配向结构110可包括各向异性浮雕，其可通过直接在基底105的表面(例如，图1A中的上表面)上或者在固体晶体115的表面(例如，图1A中的下表面)上湿法蚀刻或干法蚀刻各向异性浮雕来形成。在一些实施方案中，基底105可以是基本上薄的结晶基底，其配置为使包含在固体晶体115中的晶体分子至少部分地配向，并且基底105可用作配向结构110。
在一些实施方案中，如图1B中所示，光学器件150可包括夹着固体晶体115的两个配向结构110a和110b。固体晶体115可与配向结构110a和110b两者接触。配向结构110a和110b可配置为使包含在固体晶体115中的晶体分子以预定配向图案至少部分地配向。在一些实施方案中，与配向结构110a和110b接触的晶体分子的轴的取向可分别由配向结构110a和110b决定。包含在固体晶体115中的其他晶体分子的轴的取向可根据与配向结构110a和/或配向结构110b接触并且已被配向结构110a和/或配向结构110b配向的相邻晶体分子来配向。两个配向结构110a和110b可各自限定配向结构图案或者具有配向结构图案。两个配向结构110a和110b的配向结构图案可以相同，或者可以不同。
返回到图1A，在一些实施方案中，光学器件100可包括其他元件。例如，基底105可具有第一表面(例如，在图1A中示出的视图中所示的上表面)和相对的第二表面(图1A中示出的视图中的下表面)。固体晶体115可设置在基底105的第一表面处。在一些实施方案中，光学器件100还可包括设置在基底105的第二表面处的反射涂层。固体晶体115可具有第一表面(例如，图1A中示出的视图中的上表面)和相对的第二表面(例如，图1A中示出的视图中的下表面)。在一些实施方案中，光学器件100可包括设置在固体晶体115的第一表面或第二表面中的至少一个处的抗反射涂层。在一些实施方案中，光学器件100可包括彼此相对设置的两个基底。例如，第二基底可设置在配向结构115上。
同样，图1B中示出的光学器件150可包括其他元件。例如，可在基底105的下表面(与设置配向结构110a的表面相对的表面)处设置反射涂层。可在固体晶体115的上表面或下表面中的至少一个处设置抗反射涂层。在一些实施方案中，光学器件150可包括设置在配向结构115b上的第二基底。
出于示意的目的，图1A和图1B示出了一个固体晶体115。光学器件100或150中包括的固体晶体(例如，固体晶体膜、层或板)的数量可以是任何合适的数量，如两个、三个、四个、五个、六个等。在一些实施方案中，光学器件100或150中包括的配向结构(例如，配向层)的数量可不限于一个或两个，而是可多于两个，如三个、四个、五个、六个等。可包括在光学器件100或150中的固体晶体(例如，固体晶体膜、层或板)和配向结构的数量可基于特定的应用决定。例如，光学器件100或150可包括交替布置的多个连续固体晶体(例如，固体晶体膜、层或板)和多个配向结构(例如，配向层)的堆叠。
固体晶体中包含的晶体分子可由其上设置晶体分子的相应配向结构至少部分地配向。例如，固体晶体膜中的晶体分子可由其上设置固体晶体膜的配向结构至少部分地配向。在一些实施方案中，多个配向结构可以是相同的。例如，多个配向结构可配置为使包含在相应的固体晶体膜中的晶体分子以基本上相同的预定配向图案至少部分地配向。在一些实施方案中，多个配向结构中的至少两个可彼此不同。例如，多个配向结构中的至少两个可配置为使包含在对应的至少两个相应的固体晶体膜中的晶体分子以至少两种不同的预定配向图案至少部分地配向。在一些实施方案中，当堆叠的厚度大于或等于预定的厚度时，多个配向结构可提供重置或重新配向相应的固体晶体膜中的晶体分子的取向的优点。
在一些实施方案中，多个固体晶体膜可包括相同的固体晶体。在一些实施方案中，多个固体晶体膜中的至少两个可包括不同的固体晶体。例如，固体晶体可具有不同的光学色散(例如，不同的双折射色散)。例如，分别包括正双折射色散和负双折射色散的固体晶体的两个固体晶体膜可相互补偿，导致在预定的波长范围(例如，可见波长范围)内基本上消色的光学器件。在一些实施方案中，单个固体晶体膜可包括具有正双折射色散的第一固体晶体材料和具有负双折射色散的第二固体晶体材料的组合，导致在预定的波长范围内基本上消色的光学器件。
图2A-2D示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的x-z截面图。在图2A-2D中示出的实施方案中，相应的固体晶体膜中的晶体分子可以预定配向图案(例如，预定的方向)基本上均匀地配向。图2A-2D中示出的光学器件可包括与图1A中示出的光学器件100或图1B中示出的光学器件150中包括的那些相同或相似的结构或元件。在图2A-2D中示出的实施方案中包括的相同或相似的结构或元件的描述可参考以上描述，包括结合图1A和图1B中示出的实施方案呈现的描述。
如图2A中所示，光学器件200可包括基底201、设置在基底201处(例如，在其上或至少部分地在其中)的配向结构202、以及设置在配向结构202处(例如，在其上)的固体晶体膜203。固体晶体膜203可呈膜、层或板的形式。为了便于讨论，固体晶体203也可被称为固体晶体膜203或固体晶体层203。出于示意的目的，基底201、配向结构202和固体晶体203被示出为具有平坦形状。在一些实施方案中，基底201、配向结构202或固体晶体203中的至少之一可具有弯曲形状。固体晶体膜203可与配向结构202接触，并且包含在固体晶体膜203中的晶体分子204可由配向结构202至少部分地配向。在一些实施方案中，包含在固体晶体膜203中的晶体分子204的每一层可在x-y平面中平坦地位于配向结构202上，并且可遵循垂直于固体晶体膜203的厚度方向206(例如，z轴方向)的x-y平面内的取向或配向方向205(由如图2A中示出的箭头表示)。例如，晶体分子204可沿着x轴方向在空间上均匀地配向，如图2A中所示。
可沿着z轴方向设置(例如，生长)多层晶体分子204以形成固体晶体膜203。出于讨论的目的，每个分子204被描绘为具有纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)，并且分子204的轴被假定为在分子204的纵向方向上，沿着分子204的最高折射率的假定轴。如图2A中所示，分子204的轴的取向由配向结构202在配向方向205上均匀地配向。也就是说，分子204的不同层可基本上在相同的配向方向205上配向。包括分子204的纵向方向和横向方向的平面平行于基底201的表面或x-y平面(即，分子204平坦地位于x-y平面中)。出于示意的目的，固体晶体膜203或固体晶体层203中的晶体分子204被绘制为具有相同的形状。在一些实施方案中，固体晶体层中的晶体分子204可以是相同的(例如，相同晶体材料的分子)。在一些实施方案中，一个固体晶体层中的晶体分子204可包括两种或更多种不同的分子(例如，两种或更多种不同晶体材料的分子)。
如图2B中所示，光学器件220可包括固体晶体膜223。包含在固体晶体膜223中的晶体分子224可由配向结构222至少部分地配向。在图2A中示出的实施方案中，晶体分子204平坦地位于x-y平面中(例如，包括晶体分子204的纵向方向和横向方向的平面平行于基底201的表面或x-y平面)。在图2B中示出的实施方案中，晶体分子224可不平坦地位于x-y平面中，但可平坦地位于x-z平面中。也就是说，包括晶体分子204的纵向方向和横向方向的平面可垂直于基底221的表面或x-y平面。晶体分子224的每一层可遵循垂直于固体晶体膜223的厚度方向226(例如，z轴方向)的x-y平面内的取向或配向方向225(由如图2B中示出的箭头表示)。例如，晶体分子224可沿着x轴方向在空间上均匀地配向，如图2B中所示。换句话说，分子224的轴的取向可由配向结构222均匀地配向。也就是说，分子224的不同层可在相同的配向方向225上均匀地配向。
如图2C中所示，光学器件240可包括固体晶体膜243。包含在固体晶体膜243中的晶体分子244可由配向结构242至少部分地配向。x-z平面中的每个晶体分子244的纵向方向(例如，轴的取向)可相对于基底241的表面(或配向结构242的表面)形成角度。例如，晶体分子244可遵循x-z平面内的取向或配向方向245(由如图2C中示出的箭头表示)。也就是说，分子244的轴的取向可在x-z平面中在配向方向245上均匀地配向，相对于基底241的表面(或配向结构242的表面)形成合适的角度。晶体分子244(例如，分子244的轴的取向)相对于基底241的表面的角度可以是任何合适的角度，如30°、45°等。在一些实施方案中，包含在固体晶体膜243中的晶体分子244可在适当的晶体生长条件下具有其他合适的取向或配向方向。例如，晶体分子244可遵循固体晶体膜243的厚度方向(例如，z轴方向)上的取向或配向方向。
如图2D中所示，光学器件260可包括交替布置的多个连续的固体晶体膜和多个配向结构(例如，配向层)的堆叠。出于示意的目的，两个固体晶体膜263a和263b以及两个配向结构262a和262b被示出为包括在光学器件260中。包含在固体晶体膜263a中的晶体分子264a可由配向结构262a至少部分地配向，而包含在固体晶体膜263b中的晶体分子264b可由配向结构262b至少部分地配向。多个配向结构可限定相同或不同的预定配向图案，用于对设置在其上的晶体分子配向。在图2D中示出的实施方案中，两个配向结构可为包含在相应的固体晶体膜中的晶体分子提供基本上相同的配向图案。例如，晶体分子264a和264b可在x轴方向265a和265b上配向，如图2D中所示。尽管每个固体晶体膜263a和263b被示出为类似于图2B中示出的固体晶体膜223，但在一些实施方案中，每个固体晶体膜263a和263b可类似于图2A中示出的固体晶体膜203或图2C中示出的固体晶体膜243。
图3A和3B示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的顶视图(例如，x-y截面图)。在图3A和3B中示出的实施方案中，相应的固体晶体膜中的晶体分子可以预定的图案(例如，以预定的方向)基本上均匀地配向。图3A和3B中示出的光学器件可包括与图1A-2D中示出的光学器件(例如，图1A中示出的光学器件100)中包括的那些相同或相似的结构或元件。在图3A和3B中示出的实施方案中包括的相同或相似的结构或元件的描述可参考以上描述(包括例如结合图1A中示出的实施方案呈现的描述)。图3A和图3B的顶视图中分子的特定配向是出于示意的目的。
如图3A中所示，光学器件300可包括基底301、设置在基底301处(例如，设置在基底301上)的配向结构302、以及设置在配向结构302处(例如，设置在配向结构302上)的固体晶体膜303。固体晶体膜303可与配向结构302接触。包含在固体晶体膜303中的晶体分子304可由配向结构302至少部分地配向。包含在固体晶体膜303中的晶体分子304可平坦地位于配向结构302上，并可遵循垂直于固体晶体膜303的厚度方向(例如，z轴)的平面(例如，x-y平面)内的取向或配向图案(例如，方向305)(由如图3A中示出的箭头表示)。例如，晶体分子304可沿着图3A中的x轴方向配向。换句话说，分子的轴的取向可在配向方向305上配向。在一些实施方案中，晶体分子304可沿着y轴方向配向。在一些实施方案中，晶体分子304可在x-y平面内在合适的方向上配向。在一些实施方案中，具有图3A中示出的顶视图的光学器件300可具有图2A中示出的对应横截面图。
如图3B中所示，光学器件320可包括基底321、设置在基底321处(例如，在其上)的配向结构322、以及设置在配向结构322处(例如，在其上)的固体晶体膜323。包含在固体晶体膜323中的晶体分子324可平坦地位于配向结构322上，并可遵循垂直于固体晶体膜323的厚度方向(例如，z轴)的平面(例如，x-y平面)内的取向或配向图案(例如，方向325)(由如图3B中示出的箭头表示)。换句话说，分子的轴的取向可在配向方向325上配向。配向方向325可相对于x轴或y轴形成角度。可配置任何合适的角度。例如，在一些实施方案中，晶体分子324可在相对于x轴方向具有约45°的角度的方向上配向。
图4A-4C示意性地示意了根据本公开的各种实施方案的光学器件的x-z截面图。图4A-4C中示出的光学器件可包括弯曲的基底和弯曲的固体晶体膜，并可用作弯曲的光波导。图4A-4C中示出的光学器件可包括与图1A-3B中示出的光学器件(例如，图1A中示出的光学器件100)中包括的那些相同或相似的结构或元件。在图4A-4C中示出的实施方案中包括的相同或相似的结构或元件的描述可参考以上描述(包括例如结合图1A中示出的实施方案呈现的描述)。
如图4A中所示，光学器件400可包括基底401、设置在基底401处(例如，在其上)的配向结构402、以及设置在配向结构402处(例如，在其上)的固体晶体膜403。固体晶体膜403可与配向结构402接触。包含在固体晶体膜403中的晶体分子404可由配向结构402至少部分地配向。包含在固体晶体膜403中的晶体分子404可在固体晶体膜403中具有基本上均匀的取向或配向。基底401可包括一个或多个弯曲的表面。例如，基底401的上表面和下表面中的一个或两个可具有弯曲的形状。在一些实施方案中，设置在基底401处的配向结构402可包括一个或多个弯曲的表面。例如，配向结构402的面向基底401的上表面的至少下表面可具有弯曲的形状。配向结构402的弯曲形状可与基底401的上表面的弯曲形状相匹配。在一些实施方案中，如图4A中所示，基底401和配向结构402两者均可具有凸起形状。在一些实施方案中，配向结构402可被直接形成(例如，蚀刻)在基底401的弯曲表面上。
固体晶体膜403可具有第一表面和相对的第二表面。固体晶体膜403的第一表面和第二表面中的一个或两个可以是非直线的。在一些实施方案中，固体晶体膜403的第一表面和第二表面两者均可以是非直线的。例如，固体晶体膜403的第一表面(例如，上表面)和第二表面(例如，下表面)两者均可具有与配向结构402的弯曲形状相匹配的弯曲形状。例如，如图4A中所示，固体晶体膜403可具有可与基底402的凸起形状相匹配的凸起形状。固体晶体膜403可经由TIR引导电磁辐射(例如，光)以在固体晶体膜403内内部传播。在一些实施方案中，固体晶体膜403可在基底401的顶表面上生长。生长过程可包括首先将配向结构402设置在基底401的顶表面上，并然后在配向结构402上外延沉积(例如，生长)晶体分子404。在一些实施方案中，固体晶体膜403的前表面(或顶表面)和相对的后表面(或底表面)可以不彼此平行。
如图4B中所示，光学器件420可包括具有凹形形状的基底421、具有凹形形状的配向结构422和具有凹形形状的固体晶体膜423。尽管在图4B中示出的实施方案中，配向结构422被示出为设置在基底421上的单独的元件，但在一些实施方案中，配向结构422可被直接形成(例如，蚀刻)在基底421的弯曲表面上。配向结构422可配置为使固体晶体分子423以预定配向图案至少部分地配向。
如图4C中所示，光学器件440可包括弯曲的(例如，凹形)固体晶体膜443。在一些实施方案中，弯曲的固体晶体膜443可通过在晶体生长过程期间成形弯月面来获得。晶体分子444可在生长过程期间基于弯月面的形状配向。在这样的一个实施方案中，在固体晶体膜443的制造过程期间，可省略配向结构和基底。
图5A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的具有输入耦合元件和输出耦合元件的光波导500的x-z截面图。图5A中示出的光波导500可包括与图1A-4C中示出的光学器件中包括的那些相同或相似的结构或元件。在图5A中示出的实施方案中包括的相同或相似的结构或元件的描述可参考以上描述(包括例如结合图1A中示出的实施方案呈现的描述)。
如图5A中所示，光波导500可以是弯曲的光波导。光波导500可包括基底501、设置在基底501处(例如，在其上)的配向结构502、以及设置在配向结构502处(例如，在其上)的固体晶体膜(或固体晶体)503。固体晶体膜503可与配向结构502接触。固体晶体膜503中的晶体分子504可由配向结构502至少部分地配向。例如，包含在固体晶体膜503中的晶体分子504可在固体晶体膜503内基本上均匀地配向。换句话说，配向结构502可包括配向结构图案或限定配向结构图案，用于使设置在配向结构502上的晶体分子504的至少一部分配向。在一些实施方案中，晶体分子504可以均匀的预定配向图案配向，如图5A中所示。在一些实施方案中，光波导500的厚度可为约300μm至约1mm，并且光波导500的至少一个横向尺寸可为约30mm至约100mm。
光波导500可配置为在设置于光波导500的侧面(例如，上侧)的一个或多个输入耦合元件505处接收输入光507。输入光507的波长可在可见光谱或近IR光谱中。一个或多个输入耦合元件505可配置为将输入光507耦合到光波导500中作为输入耦合光508。光波导500可经由全内反射(“TIR”)将输入耦合光508引导至设置在光波导500处的一个或多个输出耦合元件506。输入耦合光508也可称为全内反射光508。一个或多个输出耦合元件506可设置在远离一个或多个输入耦合元件505的侧面(例如，上侧)。一个或多个输出耦合元件506可配置为将输入耦合光508耦合出光波导500作为输出光509，该输出光509可被传送到用户的眼睛或其他光学元件。在图5A中示出的实施方案中，一个或多个输入耦合元件505和一个或多个输出耦合元件506被设置在光波导500的相同侧面或表面。在一些实施方案中，一个或多个输入耦合元件505和一个或多个输出耦合元件506可被设置在光波导500的不同侧面或表面。
光波导500可包括第一表面(或侧面)500-1和相对的第二表面(或侧面)500-2。固体晶体膜503可包括第一表面(或侧面)503-1和相对的第二表面(或侧面)503-2。基底501可包括第一表面(或侧面)501-1和相对的第二表面(或侧面)501-2。在一些实施方案中，光波导500的第一表面(或侧面)500-1也可以是固体晶体膜503的第一表面(或侧面)503-1，而光波导500的第二表面(或侧面)500-2也可以是基底501的第二表面(或侧面)501-2。
在一些实施方案中，输入耦合元件505可被设置在光波导500的第一表面500-1或第二表面500-2处。例如，在一些实施方案中，输入耦合元件505可以是第一表面500-1或第二表面500-2的一体化部分。在一些实施方案中，输入耦合元件505可以是被附接到、结合到、附连到或以其他方式耦合到第一表面500-1或第二表面500-2的单独的元件。
在一些实施方案中，输出耦合元件506可被设置在光波导500的第一表面500-1或第二表面500-2处。例如，在一些实施方案中，输出耦合元件506可以是第一表面500-1或第二表面500-2的一体化部分。在一些实施方案中，输出耦合元件506可以是被附接到、结合到、附连到或以其他方式耦合到第一表面500-1或第二表面500-2的单独的元件。在一些实施方案中，输入耦合元件505和输出耦合元件506可被设置在光波导500的相同表面或不同表面处。在一些实施方案中，尽管未在图5A中示出，但输入耦合元件505或输出耦合元件506中的至少一个可被设置在光波导500的第二表面500-2处。
在一些实施方案中，输入耦合元件505和输出耦合元件506可被设置在固体晶体膜503的相同表面或不同表面处。例如，尽管图5A示出了输入耦合元件505和输出耦合元件506被设置在固体晶体膜503的第一表面503-1上，但输入耦合元件505和输出耦合元件506中的至少一个可被设置在固体晶体膜503的第二表面503-2处。在一些实施方案中，输入耦合元件505和输出耦合元件506可被设置在基底501的相同表面或不同表面处。例如，输入耦合元件505或输出耦合元件506中的至少一个可被设置在基底501的第一表面501-1或基底501的第二表面501-2处。在一些实施方案中，当输入耦合元件505或输出耦合元件506中的一个被设置在基底501的第二表面(侧面)501-2处时，输入耦合元件505或输出耦合元件506中的另一个可被设置在固体晶体膜503的第一表面(侧面)503-1处。输入耦合元件505和输出耦合元件506可被设置在多个位置的组合处，包括固体晶体膜503的第一表面503-1、固体晶体膜503的第二表面503-2、配向结构502的面向固体晶体膜503的第一表面、配向结构502的面向基底501的第二表面、基底的第一表面501-1或基底501的第二表面501-2。
在一些实施方案中，输入耦合元件505可包括一维(“1D”)衍射光栅或二维(“2D”)衍射光栅，其可被称为输入耦合衍射光栅。1D衍射光栅可沿着一个轴衍射光束，而2D衍射光栅可沿着两个轴衍射光束。在一些实施方案中，可通过使两个1D光栅结构正交地重叠来产生2D衍射光栅。可配置输入耦合衍射光栅的周期，使得输入耦合衍射光栅可被配置为经由衍射以合适的角度将输入光507耦合到光波导500中，并且输入耦合光508可经由TIR在光波导500内传播。在一些实施方案中，输出耦合元件506可包括1D或2D衍射光栅，其可被称为输出耦合衍射光栅。可配置输出耦合衍射光栅的周期，使得输出耦合衍射光栅可将通过TIR在光波导500内部传播的光508经由衍射耦合出光波导500。在一些实施方案中，输入耦合衍射光栅或输出耦合衍射光栅中的至少一个可以是偏振相关的。例如，输入耦合衍射光栅或输出耦合衍射光栅中的至少一个可选择性地衍射具有第一偏振的光，并且在可忽略不计的衍射或没有衍射的情况下透射具有不同偏振的光。
在一些实施方案中，输入耦合衍射光栅或输出耦合衍射光栅中的至少一个可包括配置(例如，蚀刻)在基底501或固体晶体膜503中的1D或2D周期性结构(例如，脊)。在一些实施方案中，1D或2D周期性脊可被配置(例如，蚀刻)在图5A中示出的基底501的上部部分中。在一些实施方案中，1D或2D周期性脊可被配置(例如，蚀刻)在图5A中示出的固体晶体膜503的上部部分和/或下部部分中。在一些实施方案中，输入耦合衍射光栅或输出耦合衍射光栅中的至少一个可包括在设置于光波导500处的单独的聚合物或玻璃中配置(例如，蚀刻)的1D或2D周期性脊。在一些实施方案中，输入耦合衍射光栅或输出耦合衍射光栅中的至少一个可由以光敏材料记录的体全息图形成。
图5B示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的具有输入耦合元件和输出耦合元件的光波导520的x-z截面图。图5B中示出的光波导520可包括与图1A-4C中示出的光学器件(例如，图2D中示出的光学器件260)中包括的那些相同或相似的结构或元件。光波导520可包括与图5A中示出的光波导500中包括的结构或元件相同或相似的结构或元件。在图5B中示出的实施方案中包括的相同或相似的结构或元件的描述可参考以上描述。
如图5B中所示，光波导520可以是平坦的光波导。光学器件520可包括交替布置的多个连续的固体晶体膜和多个配向结构的堆叠。包含在固体晶体膜中的晶体分子可通过其上设置固体晶体膜的配向结构至少部分地配向。出于示意的目的，图5B中示出的光学器件520可包括基底521、第一固体晶体膜523a和第二固体晶体膜523b、以及第一配向结构522a和第二配向结构522b。第一配向结构522a可被设置在基底521的表面(例如，顶表面)处(例如，在其上)。第一固体晶体膜523a可被设置在第一配向结构522a的表面(例如，顶表面)处(例如，在其上)。第二配向结构522b可被设置在第一固体晶体膜523a的表面(例如，顶表面)处(例如，在其上)。第二固体晶体膜523b可被设置在第二配向结构522b的表面(例如，顶表面)处(例如，在其上)。
第一配向结构522a可包括第一配向结构图案或限定第一配向结构图案，用于使包含在第一固体晶体膜523a中的晶体分子524a的至少一部分至少部分地配向。晶体分子524a可以第一预定配向图案配向，该第一预定配向图案可与第一配向结构图案相同或者可与第一配向结构图案不相同。第二配向结构522b可包括第二配向结构图案或限定第二配向结构图案，用于使包含在第二固体晶体膜523b中的晶体分子524b的至少一部分至少部分地配向。晶体分子524b可以第二预定配向图案配向，该第二预定配向图案可与第二配向结构图案相同或者可与第二配向结构图案不相同。第一配向结构图案可与第二配向结构图案相同或者可与第二配向结构图案不相同。换句话说，第一配向结构可与第二配向结构相同或者可与第二配向结构不相同。
包含在第一固体晶体膜523a中的晶体分子524a可具有或可不具有与包含在第二固体晶体膜523b中的晶体分子524b相同的性质。在一些实施方案中，晶体分子524a可以是与晶体分子524b相同类型的晶体分子。在一些实施方案中，晶体分子524a可以第一预定配向图案配向，而晶体分子524b可以第二预定配向图案配向。第一预定配向图案可与第二预定配向图案相同或者可与第二预定配向图案不相同。在图5B中示出的实施方案中，包含在第一固体晶体膜523a中的晶体分子524a和包含在第二固体晶体膜523b中的晶体分子524b以相同的预定配向图案(例如，相同的预定方向，如图5B中示出的x轴方向)在空间上均匀地配向。
光波导520可包括一个或多个输入耦合元件525，其配置为将输入光527耦合到光波导520中。输入耦合光527可经由TIR作为光528在光波导520内传播。光波导520可包括一个或多个输出耦合元件526，其配置为将光528耦合出光波导520作为输出光529。输入耦合元件525和输出耦合元件526可被设置在光波导520中的各种位置组合处。例如，如图5B中所示，输入耦合元件525和输出耦合元件526可分别设置在第二固体晶体膜523b的第一侧面(表面)523b-1和第一固体晶体膜523a的第二侧面(表面)523a-2处。在一些实施方案中，输入耦合元件525和输出耦合元件526可各自包括一个或多个1D或2D衍射光栅。
在一些实施方案中，光波导520还可包括引导元件530，该引导元件530配置为将经由TIR在光波导520内部传播的光528重定向到输出耦合元件526。引导元件530可被设置在光波导520的合适的位置(或部分)处。例如，引导元件530可被设置在第二固体晶体膜523b的第一侧面(表面)523b-1处，并可面向设置在第一固体晶体膜523a的第二侧面(表面)523a-2处的输出耦合元件526。在一些实施方案中，引导元件530和输出耦合元件526可具有类似的结构。引导元件530可包括例如1D或2D衍射光栅。可配置衍射光栅的周期，使得引导元件530可以预定的入射角将经由TIR在光波导520内部传播的光528朝向输出耦合元件526引导。在一些实施方案中，引导元件530可被称为折叠光栅。在一些实施方案中，多个功能——例如重定向、折叠和/或扩展光波导520的光瞳——可被组合在单个衍射光栅中，例如被组合在输出耦合衍射光栅中。在一些实施方案中，上述光栅可被分成多个区段(或子光栅)以提供其他功能，如用于平铺视场(“FOV”)、传送不同颜色的单色图像等。
在一些实施方案中，具有固体晶体膜中晶体分子的轴的空间均匀取向的所公开光学器件——如图2A-4C中示出的光学器件——可用作相位延迟器。参考图2B作为实例，为了有效地改变透射光的相位，入射到光学器件220上的线偏振光可基本上沿着晶体分子224的配向方向225(例如，x轴方向)配向其偏振轴。用作相位延迟器的光学器件220可以可选择地或另外地被有效地配置为用作光学器件或光学系统中的偏振管理部件。例如，当相位延迟器220被配置为对预定波长光谱(例如，可见光谱)中的光提供半波双折射时，具有第一偏振方向的线偏振输入光可被转换成具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的线偏振输出光，或者圆偏振输入光可被转换成具有相反旋向性的圆偏振输出光。当相位延迟器220被配置为对预定波长光谱(例如，可见光谱)中的光提供四分之一波双折射时，线偏振输入光可被转换成圆偏振输出光，反之亦然。
图6A-6C示意了根据本公开的各种实施方案的在相应的固体晶体膜中晶体分子的轴的空间上变化的取向的3D示意图。当晶体分子的轴的取向在空间上变化时，固体晶体的轴的取向也可在固体晶体膜内在空间上变化。图6A-6C中示出的固体晶体膜和配向结构可具有可与上文描述的结构或部件(例如，上文结合图1A中示出的光学器件100描述的那些)相同或相似的结构或部件。在图6A-6C中示出的实施方案中包括的固体晶体膜和配向结构的描述可参考以上描述(包括例如结合图1A中示出的实施方案呈现的描述)。
如图6A中所示，光学器件600可包括固体晶体601(其可呈层、膜或板的形式)。出于讨论的目的，固体晶体601可被称为固体晶体膜601。固体晶体膜601可被设置在配向结构610上。在一些实施方案中，固体晶体膜601可通过合适的晶体生长过程在配向结构610上形成。出于示意的目的，配向结构610被示出为薄层。配向结构610可限定配向结构图案或包括配向结构图案，用于使固体晶体膜601的晶体分子至少部分地配向。
固体晶体膜601可包括多个晶体分子。晶体分子以层设置在配向结构610上。例如，图6A中示出的实施方案示出了6层晶体分子。出于示意的目的，仅标记了第一层晶体分子603a-603d(也被称为第一多个晶体分子603)、第二层晶体分子604a-604d(也被称为第二多个晶体分子604)和第三层晶体分子605a-605d(也被称为第三多个晶体分子605)。
第一多个晶体分子603可与配向结构610接触。第二多个晶体分子604和第三多个晶体分子605可被设置在或被堆叠在第一多个晶体分子603上方或第一多个晶体分子603上，并且可以不与配向结构610接触。配向结构610可使包含在固体晶体膜601中的晶体分子至少部分地配向。例如，与配向结构610接触的第一多个晶体分子603可以由配向结构610提供的配向结构图案配向。
如图6A中所示，第一多个晶体分子603a-603d可不在相同的方向或取向上配向。换句话说，晶体分子的轴的取向在空间上变化。附图标记602a-602d指示晶体分子的轴(沿着该轴，折射率可最大)。如图6A中所示，第一多个晶体分子603a-603d的轴602a-602d可不在相同的方向或取向上配向。z轴方向上的每一层中的晶体分子(例如，第一多个晶体分子603)可在平行于配向结构604的表面(例如，顶表面)的平面(例如，x-y平面)中具有空间上变化的取向和/或配向。该图案可至少部分地由配向结构610的配向结构图案限定。结果，固体晶体的轴的取向也可在固体晶体601内在空间上变化。
在x-y平面中的每一层晶体分子中，晶体分子的轴的取向可相对于相邻晶体分子的轴的取向旋转预定的旋转角度。例如，第一多个晶体分子603a-603d中的每一个可使其对应的轴相对于同一层中(即，在同一x-y平面中)的相邻晶体分子旋转预定的旋转角度。例如，晶体分子603b的轴602b的取向可相对于晶体分子603a的轴602a的取向旋转第一预定的旋转角度。晶体分子603c的轴602c的取向可相对于晶体分子603b的轴602b的取向旋转第二预定的旋转角度。晶体分子603d的轴602d的取向可相对于晶体分子603c的轴602c的取向旋转第三预定的旋转角度。第一预定的旋转角度、第二预定的旋转角度和第三预定的旋转角度可以相同或可以不相同。在一些实施方案中，第一预定的旋转角度、第二预定的旋转角度和第三预定的旋转角度可以相同。在一些实施方案中，第一预定的旋转角度、第二预定的旋转角度和第三预定的旋转角度中的至少两个可以不同。
与配向结构610接触的第一多个晶体分子603可以配向结构610的配向结构图案配向。第二多个晶体分子604和第三多个晶体分子605(以及其他层中的其他晶体分子)可以遵循与第一多个晶体分子603相同的配向图案或者可以不遵循与第一多个晶体分子603相同的配向图案。在图6A中示出的实施方案中，第二多个晶体分子604和第三多个晶体分子605(以及其他层中的其他晶体分子)遵循与第一多个晶体分子603相同的配向图案。也就是说，设置或堆叠在第一多个晶体分子603上方的晶体分子的轴的取向遵循第一多个晶体分子603的轴的相同取向。换句话说，在被设置在第一多个晶体分子603上方的晶体分子的每一层中，每个晶体分子的轴的取向与位于下层的对应的晶体分子的轴的取向相同。例如，晶体分子604b的轴的取向与晶体分子603b的轴的取向相同，并且晶体分子605b的轴的取向与晶体分子604b的轴的取向相同，等等。如图6A中所示，第三层中晶体分子605a的轴607a的取向与第一层中晶体分子603a的轴602a的取向相同。晶体分子603a和晶体分子605a在z轴方向上处于同一列。
如图6B中所示，光学器件620可包括固体晶体膜621和配向结构624。固体晶体膜621可被设置在配向结构624上。在一些实施方案中，固体晶体膜621可以是胆甾相晶体膜。在一些实施方案中，固体晶体膜621可包括手性晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的晶体分子，并且光学器件620可表现出手性，即旋向性。
固体晶体膜621可包括第一多个晶体分子623和堆叠或设置在第一多个晶体分子623上方的第二多个(即，剩余的)晶体分子625。第一多个晶体分子623可与配向结构624接触，而剩余的(即，第二多个)晶体分子625可不与配向结构624接触。与配向结构624接触的晶体分子623可在配向结构624的表面(例如，x-y平面内的顶表面)内在空间上均匀地配向。第二多个晶体分子625可在垂直于配向结构624的表面的方向(例如，z轴方向)上以扭曲的螺旋结构堆叠。
在图6B中，附图标记622a-622h指示每一层中晶体分子的轴的取向。在图6B中示出的实施方案中，在每一层中，晶体分子的轴的取向是相同的(例如，在层中是空间上均匀的)。如图6B中所示，与配向结构624接触的晶体分子623的轴622a的取向可以是空间上均匀的。也就是说，第一多个晶体分子623的轴622a在相同的方向或取向上配向。设置在第一多个晶体分子623上方的第二多个晶体分子625的轴的取向可在垂直于配向结构624的表面的方向(例如，z轴方向)上具有螺旋扭曲。如图6B中所示，每个轴622b-622h的取向可相对于下层中的轴的取向旋转预定的旋转角度。在z轴方向上的两个相邻层之间的预定的旋转角度可以相同或可以不同(或者至少两个旋转角度可以不同)。在一些实施方案中，扭曲的螺旋结构或螺旋扭曲的旋向性(例如，晶体分子的轴的旋转方向)可由手性晶体分子或手性掺杂剂的类型决定。扭曲的螺旋结构或螺旋扭曲的间距可由手性晶体分子的螺旋扭曲力或手性掺杂剂的螺旋扭曲力和浓度决定。
出于示意的目的，图6B示出了一个胆甾相晶体膜621。在一些实施方案中，多个胆甾相晶体膜可一个在另一个之上或者并排堆叠，其中相邻的胆甾相晶体膜可由设置在两个相邻的胆甾相晶体膜之间的配向结构彼此隔开。相应的胆甾相晶体膜中的晶体分子的轴的取向可在垂直于配向结构的表面的方向(例如，z轴方向)上具有螺旋扭曲，一部分晶体分子沿着该配向结构配向。在一些实施方案中，相邻胆甾相晶体膜中的螺旋扭曲可具有相反的旋向性。在一些实施方案中，相邻胆甾相晶体膜中的螺旋扭曲可具有相同的旋向性。
图6C示意了光学器件640的3D示意图，该光学器件640包括由相应的配向结构644a-644h隔开的多个固体晶体膜641a-641h的堆叠。如图6C中所示，固体晶体膜641a-641h中的晶体分子的轴的取向可沿着垂直于配向结构的表面(或可设置堆叠640的基底的表面)的方向(例如，z轴方向)从一个固体晶体膜旋转(例如，逐渐旋转)到另一个固体晶体膜。在一些实施方案中，光学器件640可用作光学旋转器。
在第一固体晶体膜641a中，与第一配向结构644a接触的晶体分子643a的轴642a可基本上在x-y平面内在第一方向或取向645a上取向，并且设置在第一固体晶体膜641a中的晶体分子643a上方的其他晶体分子的轴可基本上遵循第一取向645a。也就是说，第一固体晶体膜641a中的晶体分子的轴的取向可以是空间上均匀的。结果，固体晶体641a的轴的取向可以在空间上是不变的(例如，恒定的)。在第二固体晶体膜641b中，与第二配向结构644b接触的晶体分子643b的轴642b可基本上在x-y平面内在第二方向或取向645b上取向，并且设置在第二固体晶体膜641b内的晶体分子643b上方的其他晶体分子的轴可基本上遵循相同的第二取向645b。第二方向或取向645b可与第一方向或取向645a相同或不同。例如，在一些实施方案中，第二方向或取向645b可相对于第一方向或取向645a旋转约15°的角度。剩余的固体晶体膜641c-641h中晶体分子的轴的取向可分别由配向结构644a-644h决定。剩余的固体晶体膜641c-641h中的晶体分子的轴的取向可沿着垂直于第一配向结构644a的表面(或可设置堆叠的基底的表面)的方向(例如，z轴方向)从一个固体晶体膜旋转(例如，逐渐旋转)到另一个固体晶体膜。堆叠中的配向结构644a-644h中的每一个可使相应的固体晶体膜641a-641h中设置在其上的晶体分子的取向重置或重新配向，这可有效地沿着z轴方向旋转固体晶体膜641a-641h的轴。
PBP光学元件可在垂直于光束传播的方向的平面中具有空间上变化的光轴。这样的平面还可被称为横向平面或面内平面。LC已被用于通过横向平面中空间上变化的LC指向矢(director)来制造PBP光学元件。基于LC的PBP光学元件的光学特性可取决于LC的折射率和/或双折射。例如，偏振选择光栅的角带宽和衍射带宽可能随着LC的双折射增加而增加。目前可用的LC可具有高达约1.97的折射率和高达约0.3的双折射。基于具有较高折射率和较大双折射的材料的PBP光学元件对于减小尺寸和重量以及增强光学特性是高度期望的。本公开提供了基于所公开的固体晶体的PBP光学元件，该固体晶体在横向平面中具有轴的空间上变化的取向。也就是说，固体晶体的轴的取向可配置为在横向平面中在空间上变化，从而形成基于固体晶体的PBP光学元件。在一些实施方案中，基于固体晶体制造的PBP光学元件可具有约500nm至约5μm的厚度。
在横向平面中固体晶体的轴的取向可被称为固体晶体的轴的平面内取向。在一些实施方案中，固体晶体的轴的空间上变化的平面内取向可通过配置包含在固体晶体中的晶体分子的轴的空间上变化的平面内取向来实现。在一些实施方案中，包含在固体晶体中的晶体分子的轴的平面内取向可通过以预定的平面内配向图案配向晶体分子来配置。在一些实施方案中，晶体分子的预定的平面内配向图案可由其上配置(例如，生长)固体晶体的配向结构来提供，如上文所描述。
图7A示意了根据本公开的一个实施方案的透射型PBP光学元件或器件700的图，其可包括所公开的固体晶体或固体晶体膜701。固体晶体(或固体晶体膜)701可以是上文和本文描述的任何固体晶体的实施方案。在一些实施方案中，PBP光学器件700还可包括一个或多个配向结构，其在图7A中未示出。在一些实施方案中，PBP光学器件700可包括一个或多个基底，其在图7A中未示出。根据固体晶体膜701中晶体分子的平面内配向图案(或晶体分子的轴的平面内取向)，PBP光学器件700可作为透射型PBP光学器件来操作，以提供一种或多种光学功能，如作为棱镜、透镜、光束折射器、透镜阵列、棱镜阵列或其组合。
图7B示意性地示意了根据本公开的一个实施方案，当图7A中的PBP光学器件700用作PBP光栅700时晶体分子703的取向720的一部分的x-y截面图。如图7A和7B中所示，PBP光栅700可包括配向结构704，其配置为使固体晶体膜701中的晶体分子703至少部分地配向。例如，与配向结构704接触的晶体分子703可由配向结构704配向，而固体晶体膜701中的剩余的晶体分子703可遵循已被配向的相邻晶体分子703的配向。固体晶体膜701中的晶体分子703可沿着一个或两个平面内方向被周期性地和线性地配向，使得固体晶体膜701中的晶体分子703的轴的取向可沿着一个或两个平面内方向周期性地和线性地变化。
出于示意的目的，图7B示出，晶体分子703的轴的取向可沿着一个平面内方向(例如，图7B中的x轴方向)周期性地和线性地变化。晶体分子703的轴的平面内取向可以线性重复模式沿着x轴方向以均匀的间距Λ变化。PBP光栅700的间距Λ可以是图案的重复部分之间沿着x轴的距离的一半。间距Λ可部分地决定PBP光栅700的光学性质。例如，沿着PBP光栅700的光轴(例如，z轴)入射的圆偏振光可具有光栅输出，该光栅输出包括分别对应于衍射级m＝+1、–1和0的初级光、共轭光和泄漏光。间距Λ可决定不同衍射级的衍射光的衍射角。在一些实施方案中，给定波长的光的衍射角可随着间距Λ的减小而增加。
在一些实施方案中，PBP光栅700可以是无源PBP光栅，其具有两个光学状态——正状态和负状态(或者可在两个光学状态——正状态和负状态下操作)。PBP光栅700的光学状态可取决于圆偏振输入光的旋向性和PBP光栅700中晶体分子的旋转的旋向性。图7C和图7D分别示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的PBP光栅700的正状态和负状态的图。在一些实施方案中，如图7C中所示，PBP光栅700可响应于右旋圆偏振(“RHCP”)输入光705在正状态下操作，并且可将特定波长的RHCP输入光705衍射到正角度(例如，+θ)。
如图7D中所示，PBP光栅700可响应于左旋圆偏振(“LHCP”)光输入707在负状态下操作，并且可将特定波长的LHCP输入光707衍射到负角度(例如，-θ)。另外，除了衍射光之外，PBP光栅700还可反转透射穿过PBP光栅700的圆偏振光的旋向性。例如，在图7C中示出的配置中，RHCP输入光705可在穿过PBP光栅700之后被转换为LHCP输出光706。在图7D中示出的配置中，LHCP输入光707可在穿过PBP光栅700之后被转换为RHCP输出光708。在一些实施方案中，PBP光栅700可响应于LHCP输入光在正状态下操作，并且可响应于RHCP输入光在负状态下操作。对于特定波长的非偏振输入光，PBP光栅700可分别将非偏振输入光的RHCP分量和LHCP分量衍射正角度(例如，+θ)和负角度(例如，-θ)。因此，PBP光栅700可用作圆偏振分束器。
在一些实施方案中，当圆偏振输入光的旋向性被另一光学器件切换时，PBP光栅700可在正状态与负状态之间切换。例如，可将有源偏振开关耦合到PBP光栅700。PBP光栅700可接收来自有源偏振开关的光输出。有源偏振开关可控制(例如，切换)入射到PBP光栅700上的圆偏振光的旋向性，从而控制PBP光栅700的光学状态。根据有源偏振开关的操作状态(例如，非切换状态或切换状态)，有源偏振开关可保持圆偏振光的旋向性或反转圆偏振光的旋向性。有源偏振开关的切换速度可决定PBP光栅700的切换速度。在一些实施方案中，有源偏振开关可包括可切换的半波片(“SHWP”)。
在一些实施方案中，当PBP光栅700中的固体晶体(或固体晶体膜)701配置为处于无定形状态时，PBP光栅700可在中性状态下操作。在中性状态下，PBP光栅700可不衍射输入光，并且可影响或可不影响透射穿过PBP光栅700的光的偏振。在一些实施方案中，通过在配向的晶体状态与无定形状态之间切换固体晶体701，PBP光栅700可在正状态或负状态与中性状态之间切换。在一些实施方案中，固体晶体701可通过各种方法在配向的晶体状态与无定形状态之间切换，例如，通过基于偏振的切换、基于热的切换或基于外部场的切换等。在一些实施方案中，PBP光栅700可用作可在正状态或负状态与中性状态之间切换的有源PBP光栅。
图8A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案，当图7A中示出的PBP光学器件700用作PBP透镜700时晶体分子803的取向820的一部分的x-y截面图。图8B示意了根据本公开的一个实施方案，在图8A中示出的PBP透镜700中沿x轴截取的晶体分子803的取向820的一部分的截面。为了简化示意，包含在固体晶体膜701中的每个晶体分子803由图8A中的小棒表示，其中每个棒被描绘为具有纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)。也就是说，每个分子803被描绘为具有纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)，并且分子803的轴被假定为在分子803的纵向方向上，沿着分子803的最高折射率的假定轴。小棒的纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)可分别对应于分子803的纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)。
如图7A和图8A中所示，PBP透镜700可包括配向结构804，该配向结构804配置为使包含在固体晶体膜701中的晶体分子803至少部分地配向。例如，与配向结构804接触的晶体分子803可由配向结构804配向，而包含在固体晶体膜701中的剩余的晶体分子803(例如，设置在与配向结构804接触的晶体分子上方的那些)可遵循已被配向的相邻晶体分子803的配向。包含在固体晶体膜701中的晶体分子803的轴的取向可沿着平面内径向方向(例如，半径方向)周期性地变化。
PBP透镜700可基于晶体分子803的轴的平面内取向产生透镜轮廓，其中相位差可为T＝2θ，其中θ为晶体分子803的轴的取向与x轴方向之间的角度。参考图8A和图8B，晶体分子803的轴的取向可从PBP透镜700的中心(O)805到边缘806连续地变化，具有可变的间距Λ。间距定义为晶体分子803之间的距离，其中晶体分子803的轴的取向从初始状态被改变(经由旋转)约180°。在中心805处的间距(Λ0)最大，而在边缘806处的间距(Λr)最小，即Λ0>Λ1>...>Λr。在x-y平面中，对于具有透镜半径(r)和透镜焦距(+/-f)的PBP透镜700，θ可满足
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其中λ为入射光的波长。晶体分子803的轴的连续平面内旋转可通过从PBP透镜700的中心(O)805朝向边缘806移动而加速，使得所获得的周期性结构(例如，间距)的周期可减小。
PBP透镜700可以是具有两种光学状态——聚焦状态和散焦状态——的无源PBP透镜700。PBP透镜700的光学状态可取决于入射到无源PBP透镜700上的圆偏振光的旋向性和PBP透镜700中晶体分子的旋转的旋向性。图8C和图8D分别示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的PBP透镜700的聚焦状态和散焦状态的图。为了简化示意，包含在固体晶体膜701中的晶体分子803在图8C和图8D中由小棒表示。在一些实施方案中，如图8C中所示，PBP透镜700可响应于RHCP输入光809在聚焦状态操作，并且可具有正焦距“f”。如图8D中所示，PBP透镜700可响应于LHCP输入光807在散焦状态下操作，并且可具有负焦距“-f”。另外，除了使光聚焦/散焦之外，PBP透镜700还可反转透射穿过PBP透镜700的圆偏振光的旋向性。例如，在图8C中示出的配置中，RHCP输入光809可在穿过PBP透镜700之后被转换为LHCP输出光810。在图8D中示出的配置中，LHCP输入光807可在穿过PBP透镜700之后被转换为RHCP输出光808。在一些实施方案中，PBP透镜700可响应于LHCP输入光在散焦状态下操作，并且可响应于RHCP输出光在聚焦状态下操作。
类似于无源PBP光栅，当圆偏振入射光的旋向性被另一光学器件切换时，PBP透镜700可在聚焦状态与散焦状态之间切换。例如，可将有源偏振开关耦合到PBP透镜700。PBP透镜700可接收来自有源偏振开关的光输出。有源偏振开关可控制(例如，切换)入射到PBP透镜700上的圆偏振光的旋向性，从而控制PBP透镜700的光学状态。根据有源偏振开关的操作状态(例如，非切换状态或切换状态)，有源偏振开关可保持圆偏振光的旋向性或在圆偏振光透射穿过有源偏振开关之后反转圆偏振光的旋向性。有源偏振开关的切换速度可决定PBP透镜700的切换速度。在一些实施方案中，有源偏振开关可包括SHWP。
在一些实施方案中，当PBP透镜700中的固体晶体(或固体晶体膜)701配置为处于无定形状态时，PBP透镜700可在中性状态下操作。在中性状态，PBP透镜700可不对输入光聚焦/散焦，并且可影响或可不影响透射穿过PBP透镜700的光的偏振。在一些实施方案中，通过在配向的晶体状态与无定形状态之间切换固体晶体701，PBP透镜700可在聚焦或散焦状态与中性状态之间切换。在一些实施方案中，固体晶体701可通过各种方法在配向的晶体状态与无定形状态之间切换，例如，通过基于偏振的切换、基于热的切换或基于外部场的切换等。在一些实施方案中，PBP透镜700可用作可在聚焦或散焦状态与中性状态之间切换的有源PBP透镜。
除了图7A-7D和图8A-8D中示出的透射型PBP光学元件或器件之外，反射型PBP光学元件或器件也可基于所公开的固体晶体来实现。图9A示意了反射型PBP光学元件或器件900的图，该反射型PBP光学元件或器件900可包括固体晶体或固体晶体膜901。固体晶体膜901可以是上文和本文描述的任何固体晶体或固体晶体膜的实施方案。在一些实施方案中，PBP光学器件900还可包括一个或多个配向结构，其在图9A中未示出。在一些实施方案中，PBP光学器件900还可包括一个或多个基底，其未在图9A中示出。根据固体晶体膜901中晶体分子的平面内配向图案(或晶体分子的轴的平面内取向)，PBP光学器件900可作为具有一种或多种光学功能的反射型PBP光学器件来操作。
图9B示意性地示意了包含在光学器件920的固体晶体膜901中的晶体分子903(由903a、903b表示)的轴的取向的一部分的3D图，而图9C示意性地示意了当图9A中的PBP光学器件用作反射PBP光栅时晶体分子903的轴的取向940的x-z截面图。出于讨论的目的，图9B中的每个分子903被描绘为具有纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)，并且分子903的轴被假定为在分子903的纵向方向上，沿着分子903的最高折射率的假定轴。为了简化跨整个固体晶体膜901的晶体分子903的轴的取向的示意，包含在固体晶体膜901中的每个晶体分子903由图9C中的小棒表示，其中每个棒被描绘为具有纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)。小棒的纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)可分别对应于分子903的纵向方向(或长度方向)和横向方向(或宽度方向)。
反射PBP光栅由于其物理性质也可被称为反射偏振体光栅(“PVG”)。如图9B和9C中所示，在一些实施方案中，固体晶体膜901可以是胆甾相晶体膜901。在一些实施方案中，固体晶体膜901可包括手性晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的晶体分子，并且固体晶体可表现出手性，即旋向性。与配向结构904接触的晶体分子903a的轴906可沿着平面内方向之一(例如，图9B中的x轴)周期性地和线性地变化。堆叠在与配向结构904接触的晶体分子903a上面的晶体分子903b的轴907可沿着垂直于固体晶体膜901的表面的方向(例如，图9B中的z轴方向)——例如固体晶体膜901的厚度方向——以螺旋方式扭曲。晶体分子903的轴的由配向结构904产生的这样的取向可在固体晶体膜901内产生恒定折射率的周期性的和倾斜的平面905。换句话说，来自具有相同的轴取向的不同晶体分子层的晶体分子903可在固体晶体膜901内形成恒定折射率的倾斜的周期平面905。
与经由调制输入光的相位来衍射输入光的透射PBP光栅不同，反射PVG 900可通过布拉格反射(或倾斜的多层反射)来衍射输入光。反射PVG 900可主要衍射具有与反射PVG900的螺旋结构的旋向性相同的旋向性的圆偏振光，并且主要透射具有其他偏振的光，而不改变透射光的偏振。例如，当圆偏振输入光具有与反射PVG 900的螺旋结构的旋向性相反的旋向性时，输入光可被主要透射到0级，并且透射光的偏振可基本上保持(例如，不受影响)。反射PVG 900的衍射效率可以是固体晶体膜901的厚度的函数。例如，反射PVG 900的衍射效率可随着厚度单调地增加，并然后逐渐饱和(例如，保持基本上恒定)。
根据本公开的实施方案的光学元件或器件可在多个领域中实施。这样的实施在本公开的范围内。在一些实施方案中，所公开的光学元件或器件可实施为用于增强现实(“AR”)、虚拟现实(“VR”)和/或混合现实(“MR”)的近眼显示器(“NED”)中的多功能光学部件。例如，所公开的光学元件或器件可实施为基于波导的合路器、眼睛跟踪部件、用于实现多焦点或可变焦点的调节部件、显示分辨率增强部件、光瞳转向元件和偏振控制部件(例如，四分之一波片或半波片)等，它们可显著地减小重量和尺寸，并增强NED的光学性能。
图10A示意了根据本公开的一个实施方案的NED 1000的图。图10B示意了根据本公开的一个实施方案图10A中示出的NED 1000的一半的横截面顶视图。NED 1000可包括一个或多个所公开的光学元件或器件，如波导、PBP透镜、PBP光栅或反射PVH光栅。如图10A中所示，NED 1000可包括配置为由用户佩戴的框架1005。NED 1000可包括被安装到框架1005的左眼显示系统1010L和右眼显示系统1010R。左眼显示系统1010L和右眼显示系统1010R中的每一个可包括一个或多个图像显示部件，所述图像显示部件配置为将计算机生成的虚拟图像投影到用户的FOV中的左显示窗口1015L和右显示窗口1015R上。左眼显示系统1010L和右眼显示系统1010R的实例可包括波导显示系统。出于示意的目的，图10A示出，显示系统可包括被耦合到(例如，被安装在)框架1005上的光源组件1035。NED 1000可用作VR器件、AR器件、MR器件或其组合。在一些实施方案中，当NED 1000用作AR器件和/或MR器件时，从用户的角度来看，右显示窗口1015R和左显示窗口1015L可以是完全透明的或至少部分透明的，从而使得用户能够查看周围的现实世界环境。在一些实施方案中，当NED 1000用作VR器件时，右显示窗口1015R和左显示窗口1015L可以是不透明的，使得用户可沉浸在由NED 1000提供的VR图像中。
图10B为根据本公开的一个实施方案图10A中示出的NED 1000的横截面顶视图。如图10B中所示，显示系统1010(其可表示右眼显示系统1010R或左眼显示系统1010L)可以是波导显示系统，其可包括用于用户的一只或多只眼睛1020的波导显示器或堆叠式波导显示器。例如，堆叠式波导显示器可以是包括波导显示器的堆叠的多色显示器(例如，红-绿-蓝(“RGB”)显示器)，其相应的单色光源可配置为发射不同颜色的光。在一些实施方案中，波导显示系统可包括配置为生成图像光的光源组件1035，以及配置为向用户的眼睛1020输出扩展的图像光的输出波导1015。在一些实施方案中，输出波导1015可用作NED 1000中的基于波导的合路器以叠加虚拟世界图像和现实世界图像。基于波导的合路器可用作显示窗口(例如，左显示窗口1015L或右显示窗口1015R)。输出波导1015可包括一个或多个输入耦合元件，所述输入耦合元件配置为将来自光源组件的光耦合到输出波导中。在一些实施方案中，输出波导1015可包括一个或多个输出耦合(或去耦合)元件，所述输出耦合(或去耦合)元件配置为将光耦合出输出波导朝向用户的眼睛1020。在一些实施方案中，输出波导1015可包括一个或多个引导元件，所述引导元件配置为将由一个或多个耦合元件输出的光引导至一个或多个去耦合元件。
在一些实施方案中，NED 1000可包括变焦点或多焦点块1040。显示系统1010和变焦点或多焦点块1040一起可向出射光瞳1025提供图像光。出射光瞳1025可以是用户的眼睛1020被定位的位置。出于示意的目的，图10B示出了与单只眼睛1020相关联的横截面图。与显示系统1010分离的类似显示系统和与变焦点或多焦点块1040分离的类似变焦点或多焦点块可被包括在NED 1000的另一半(未示出)中，以将图像光引导至用户的另一只眼睛。
在一些实施方案中，NED 1000可包括眼睛跟踪系统(未示出)。眼睛跟踪系统可包括例如配置为照射用户的一只或两只眼睛的一个或多个光源，以及一个或多个照相机，所述一个或多个照相机配置为基于由光源发射并由一只或两只眼睛反射的光捕获用户的一只或两只眼睛的图像。在一些实施方案中，NED 1000可包括自适应调光元件1045，其可动态地调节通过NED 1000观察的现实世界对象的透射率，从而在VR器件与AR器件之间或在VR器件与MR器件之间切换NED 1000。在一些实施方案中，连同在AR和/或MR器件与VR器件之间切换，自适应调光元件1045可在AR和/或MR器件中用于减少现实对象与虚拟对象之间的亮度差异。
在一些实施方案中，基于波导的合路器1015可通过所公开的基于固体晶体膜的光学器件如图5A中的波导500或图5B中的波导520来实现，该固体晶体膜具有固体晶体膜内的晶体分子的轴的空间上均匀的取向。在一些实施方案中，设置在基于波导的合路器1015处的输入耦合元件、引导元件和/或输出耦合(或去耦合)元件可通过所公开的基于固体晶体膜的光学器件来实现，该固体晶体膜在固体晶体膜的平面方向上具有晶体分子的轴的周期性和线性取向，所述光学器件有如图7A-7D中示出的PBP光栅700或图9A-9C中示出的反射PVG光栅900。与在常规的NED中使用的各种光栅如表面浮雕光栅(“SRG”)和全息光栅(“HG”)相比，所公开的用作PBP光栅的光学器件在大视场和宽波长光谱(例如，可见波长带)上可具有高效率，并可为用于VR、AR和/或MR应用的波导耦合NED提供优势。此外，图9A-9C中示出的反射PVG光栅900可配置为使具有特定旋向性的圆偏振光偏转，并且透射具有正交旋向性的圆偏振光。当反射PVG光栅900被用作在用于AR和/或MR应用的NED1000中组合所显示的图像和现实世界光的合路器时，现实世界光的总透射率可被增加。基于高折射率固体晶体的波导合路器可配置为增加基于波导的NED的FOV并通过将合路器板的数量减少到一个(从多个)来减小显示光学器件的重量，以用于有效的RGB输入和输出耦合。基于高折射率固体晶体的输入耦合元件、引导元件和/或输出耦合(或去耦合)元件(例如，光栅)可配置为与用于NED的高折射率和高FOV波导兼容。
此外，图10B中示出的变焦点或多焦点块1040可配置为调节从波导显示系统发射的光的距离，使得光出现在距用户的眼睛1020的预定焦距处。变焦点或多焦点块1040可包括一个或多个以光学串联布置的变焦点或多焦点结构。变焦点或多焦点结构可被称为光学器件，该光学器件配置为根据来自控制器的指令动态地调节其焦点。变焦点或多焦点结构可包括一个或多个具有固定的光焦度的单焦点透镜和/或一个或多个具有可调(或可变)光焦度的变焦点或多焦点透镜。一个或多个多焦点透镜可通过所公开的基于固体晶体膜的光学器件如图8A-8D中示出的PBP透镜700来实现，该固体晶体膜在固体晶体膜的平面内径向方向上具有晶体分子的轴的非周期性取向。
所公开的光学器件在NED中的上文提到的应用仅是出于示意的目的。另外，所公开的基于固体晶体的光学器件也可用于实现眼睛跟踪部件、显示分辨率增强部件和光瞳转向元件等，这不受本公开的限制。所公开的基于固体晶体的光学器件可以是重量轻的、薄的、紧凑的和定制的。因此，通过使用所公开的光学器件作为NED中的多功能光学部件，NED的重量和尺寸可被显著减小，同时光学性能和外观可被增强，因此为未来的智能眼镜开辟了可能性。
另外，所公开的在一个或多个配向结构上形成的固体晶体可在电子器件中实施以改进其电子性能。在柔性电子器件领域中，常规的固体晶体如多环烃已被用作各种有机电子器件如场效应晶体管(“FET”)、薄膜晶体管(“TFT”)、光伏器件等中的有机半导体。已经证明，改变常规的固体晶体的晶格常数(例如，压缩常规的固体晶体)可增强电荷载流子迁移率并因此增强有机电子器件的电子传输性质。所公开的在一个或多个配向结构上形成(例如，生长)的固体晶体可配置为通过调节配向结构而具有可控量的应变，使得对于晶体可获得一定的期望晶格。在一些实施方案中，应变可跨固体晶体变化，例如，应变可在基于所公开的固体晶体的同一器件中变化。在一些实施方案中，应变可跨设置在同一基底处(例如，在其上)的多个固体晶体变化，例如，应变可跨包括相应的固体晶体的多个器件变化。在一些实施方案中，应变可以特定的空间模式(如PBP型模式)变化，这可有助于新的电子传输性质。
本公开还提供了制造所公开的基于固体晶体形成的光学元件或器件的各种方法。这样的光学元件或器件可包括本文公开的和上文描述的PBP光学元件或光波导。例如，图11A为示意制造光学器件的方法400的流程图。所述光学元件可包括固体晶体。方法1100可包括提供配向结构(步骤1105)。可使用各种方法来提供配向结构。例如，可在基底上提供配向结构。在一些实施方案中，配向结构可作为单独的元件在基底的表面上形成(例如，沉积、涂布)。在一些实施方案中，配向结构可通过合适的工艺(例如，蚀刻)在基底的表面上或至少部分地在基底的表面中一体地形成。在一些实施方案中，可在不使用基底的情况下提供配向结构。例如，配向结构可以是预制结构。配向结构可包括配向结构图案或限定配向结构图案。
在一些实施方案中，提供配向结构可包括以下中的至少之一：通过用光加工光敏材料在基底的表面上形成光配向层；在基底的表面上形成机械摩擦的配向层；在基底的表面上形成具有各向异性纳米压印的配向层；通过对基底的表面的湿法蚀刻或干法蚀刻直接在基底的表面上形成各向异性浮雕；基于沉积在基底的表面上的铁电材料或铁磁材料在基底的表面上形成配向结构；提供限定配向图案作为配向结构的结晶层或结晶基底；或在磁场或电场的存在下通过结晶在基底的表面上形成配向结构。
方法1100还可包括在配向结构上形成固体晶体，该固体晶体包含以至少部分地由配向结构限定的预定配向图案配向的晶体分子(步骤1110)。可使用各种方法来在配向结构上形成固体晶体(或固体晶体膜、层或板)。例如，在一些实施方案中，固体晶体可基于熔融的固体晶体材料在配向结构上生长。因此，在配向结构上形成固体晶体可包括在配向结构上生长固体晶体。在一些实施方案中，使用以下工艺中的至少之一来执行在配向结构上形成固体晶体：包括有机晶体分子束外延或有机晶体分子的热壁外延中的至少之一的气相沉积；经由热配向、模具配向或表面配向的溶剂辅助沉积；聚合物辅助的连续铸造；温度辅助的区域退火；物理气相传输(也可称为物理气相沉积)；旋涂；或基于熔融晶体材料的晶体生长工艺。
方法1100可包括图11A中未示出的其他过程。例如，在一些实施方案中，可提供多个配向结构，并可形成多个固体晶体(或固体晶体层)。配向结构可以是第一配向结构，预定配向图案可以是第一预定配向图案，固体晶体可以是第一固体晶体，并且晶体分子可以是第一晶体分子。方法1100还可包括在第一固体晶体上提供第二配向结构；和在第二配向结构上形成第二固体晶体。第二固体晶体可包括以第二预定配向图案配向的第二晶体分子，该第二预定配向图案至少部分地由第二配向结构限定。
在一些实施方案中，通过方法1100形成的固体晶体可以是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性(例如，双折射)。固体晶体的主折射率可为在平行于固体晶体的轴的方向上的折射率。固体晶体的轴可为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
图11B为示意制造光学器件的方法1130的流程图，所述光学器件可包括固体晶体。方法1130可包括提供与配向结构接触的熔融晶体材料(步骤1135)。可使用各种方法来提供彼此接触的熔融晶体材料和配向结构。在一些实施方案中，可将熔融晶体材料涂布到配向结构上。在一些实施方案中，可将熔融晶体材料沉积到配向结构上。在一些实施方案中，可将熔融晶体材料引入到容器中，并且配向结构可提供在容器的至少一个壁(例如，底壁、侧壁)上。在一些实施方案中，可将配向结构浸入或插入到熔融晶体材料中。
方法1130还可包括基于熔融晶体材料产生固体晶体，该固体晶体包含以至少部分地由配向结构限定的预定配向图案配向的晶体分子(步骤1140)。可使用本文公开的各种方法来基于熔融晶体材料产生固体晶体。
方法1130可包括图11B中未示出的其他过程。例如，在一些实施方案中，产生固体晶体可包括冷却熔融晶体材料。在一些实施方案中，产生固体晶体可包括通过将晶种移离(例如，拉离)管芯(die)来基于熔融晶体材料生长固体晶体。管芯可包括至少一个毛细管，该毛细管至少部分地配置为允许熔融晶体材料在固体晶体的生长期间从中流过。管芯还可包括具有预定形状并具有配向结构的表面。根据配向结构，固体晶体可沿着管芯的表面生长。
图11C为示意制造光学器件的方法1150的流程图，所述光学器件可包括固体晶体。方法1150可包括在两个基底之间的空间中移动熔融晶体材料，同时保持熔融晶体材料与两个基底的两个表面之间的接触，其中两个表面中的每一个包括与熔融晶体材料接触设置的配向结构(步骤1155)。移动熔融晶体材料可使用各种传输机构或移动机构来实现。例如，在一些实施方案中，可使用机械机构如传送带或机械臂来沿着两个基底移动熔融晶体材料，同时保持熔融晶体材料与两个基底的彼此面对的两个表面的接触。对于熔融晶体材料，可通过合适的温度控制装置(例如，加热装置和/或控制器)来保持热梯度。方法1150还可包括使用晶种从熔融晶体材料生长固体晶体，该固体晶体包含以至少部分由配向结构限定的预定配向图案配向的晶体分子(步骤1160)。方法1150还可包括其他另外的步骤或可选择的步骤，如加工(例如，通过加热)固体晶体材料以产生熔融晶体材料。在一些实施方案中，固体晶体的生长可通过其他合适的方法实现。例如，固体晶体的生长可通过从有机材料蒸气生长来实现，使得在配向结构上存在蒸气的外延生长。此方法也可适用于胆甾相(或扭曲的)生长。
图11D为示意制造光学器件的方法1170的流程图，所述光学器件可包括固体晶体。方法1170可包括在坩埚中加工固体晶体材料以产生熔融晶体材料(步骤1175)。可使用各种合适的方法来产生熔融晶体材料。例如，可由加热装置加热固体晶体材料以产生熔融晶体材料。在一些实施方案中，可使固体晶体材料经受微波或高压以产生熔融晶体材料。方法1170还可包括通过管芯的一个或多个毛细管引导熔融晶体材料流到包括至少一个配向结构的表面上(步骤1180)。方法1170还可包括使用晶种从熔融晶体材料生长固体晶体，该固体晶体包含以至少部分由至少一个配向结构限定的预定配向图案配向的晶体分子(步骤1185)。
在一些实施方案中，管芯的表面可具有预定的弯曲形状，并且生长的固体晶体可具有与管芯的表面基本上相同的弯曲形状。换句话说，可制造弯曲的固体晶体和/或弯曲的光学器件。
在一些实施方案中，生长固体晶体可包括将设置在管芯的顶部部分的晶种移离管芯，以允许固体晶体沿着管芯的表面在弯月面-晶体界面处生长。所公开的方法还可包括从坩埚中取出生长的固体晶体。所公开的方法还可包括冷却从坩埚中取出的固体晶体。
图11E为示意制造包括固体晶体的光学器件的方法1190的流程图。方法1190可包括提供至少部分地限定预定配向图案的配向结构(步骤1191)。方法1190还可包括在配向结构上形成固体晶体，该固体晶体的晶体分子以预定配向图案配向(步骤1192)。
图12A-12C示意了根据本公开的一个实施方案的制造包括固体晶体的光学器件的过程。如图12A中所示，可提供基底1201。如图12B中所示，配向结构1202可设置在基底1201的表面处(例如，在其上)。在一些实施方案中，配向结构1202可作为基底1201上的单独的元件形成。在一些实施方案中，配向结构1202可作为基底1201的一体化部分形成。例如，配向结构1202可被蚀刻在基底1201的表面上或至少部分地被蚀刻在基底1201的表面中。在一些实施方案中，可省略图12A中示出的过程，并可在没有基底的情况下直接提供预制的配向结构1202。
如图12C中所示，固体(或熔融)晶体分子1203可设置(例如，沉积、涂布、形成、生长等)在配向结构1202上。在一些实施方案中，固体晶体分子1203可基于熔融晶体材料在配向结构1202上生长。在一些实施方案中，图12C中示出的过程可在包含熔融晶体材料的坩埚中进行。在一些实施方案中，配向结构可在管芯处提供。配向结构1202可包括配向结构图案或限定配向结构图案。配向结构1202可以预定配向图案至少部分地配向晶体分子1203。配向结构图案可与预定配向图案相同或者可与预定配向图案不相同。在一些实施方案中，与配向结构1202接触的第一多个晶体分子可以配向结构图案配向。设置(例如，涂布、生长等)在第一多个晶体分子上方的其他晶体分子可遵循第一多个晶体分子的配向和/或取向。在一些实施方案中，设置在第一多个晶体分子上方的其他晶体分子可相对于对应的第一多个晶体分子被扭曲或旋转。在一些实施方案中，晶体分子1203可被均匀地配向。在一些实施方案中，晶体分子1203可被不均匀地配向。例如，晶体分子1203的轴的取向可不在相同的取向或方向上配向。相反，晶体分子1203的轴的取向可在空间上变化。
图13A-13D示意了根据本公开的一个实施方案的制造包括固体晶体(或固体晶体层)的光学器件的过程。如图13A中所示，可提供基底1301。如图13B中所示，可提供配向结构1302。配向结构1302可配置为提供平面内配向结构图案，该平面内配向结构图案可具有沿着配向结构1302的表面在空间上均匀的取向图案或者沿着配向结构1302的表面在至少一个方向上取向变化的空间上变化(或不均匀)的取向图案。在一些实施方案中，空间上变化的取向图案可包括线性方向上的周期性或非周期性取向变化、径向方向上的周期性或非周期性取向变化、周向(例如，方位角)方向上的周期性或非周期性取向变化或其组合。出于示意的目的，图13B示出了具有由箭头1303指示的线性周期性取向的平面内配向结构图案的一部分。尽管未示出，但配向结构1302也可配置为提供其他平面内配向结构图案或限定其他平面内配向结构图案。
如图13C中所示，晶体分子可设置(例如，形成、沉积、生长、涂布等)到配向结构1302上。第一多个(或第一层)晶体分子1304可设置在配向结构1302上。第一多个晶体分子1304可由配向结构1302以配向结构图案配向。第二多个(或第二层)晶体分子1306可设置在第一多个晶体分子1304上方。第二多个晶体分子1306可遵循或可不遵循与第一多个晶体分子1304相同的配向图案。在一些实施方案中，第二多个晶体分子1306可遵循与第一多个晶体分子1304相同的配向图案，如图13C中所示。在一些实施方案中，第二多个晶体分子1306可相对于对应的第一多个晶体分子1304具有扭曲(或旋转)。如图13D中所示，第三多个晶体分子1308可设置在第二多个晶体分子1304上方。第三多个晶体分子1308可遵循或可不遵循与第二多个晶体分子1306相同的配向图案。可在第三多个晶体分子1308上方形成晶体分子的另外的层。在一些实施方案中，可在晶体分子的不同层之间设置一个或多个另外的配向结构。
在一些实施方案中，可使用气相沉积方法来制造固体晶体。例如，有机晶体分子的气相沉积可包括有机分子束外延和热壁外延中的一种或多种。基底的表面可被修改以控制分子取向，因此控制晶体取向。例如，配向结构可在基底的表面上形成，以提供用于配向晶体分子的配向结构图案。六方氮化硼可用化学气相沉积(“CVD”)来涂布以产生范德华表面，从而允许有机固体晶体的独立薄膜。有机分子束外延可使用超高真空条件。热壁外延可使用高真空条件，如约10-6毫巴。
在一些实施方案中，可使用溶剂辅助沉积方法来制造固体晶体。对于有机结晶，此方法可与热配向、模具配向和/或表面配向相结合以获得具有高纯度的大尺寸晶体。例如，固体晶体可基于温度和/或溶剂辅助单晶形成过程形成。在这样的过程中，有机分子可被溶解在溶剂中。基底可被放置在具有均匀受控的温度的溶液中。可在局部冷却的基底上进行重结晶。可使用氧化的硅、热电偶来控制温度。在一些实施方案中，固体晶体可基于模具和/或温度辅助结晶过程形成。在此过程中，有机分子可在高温下在干燥过程期间在受限空间中自组装。此过程可使用氧化硅表面与三氯(十八烷基)硅烷聚氨酯丙烯酸酯模具。在一些实施方案中，固体晶体可基于聚合物辅助的连续铸造用刮片过程形成。聚合物可用于增加有机分子溶液的粘度，以避免膜的滑动。可使用带有速度受控刮片的移动台。在一些实施方案中，固体晶体可基于表面配向和/或溶剂辅助图案化过程形成。基底的表面可被图案化以诱导分子配向。可使用蒸气溶剂来将分子朝向具有较低能量状态的构型转移。可进行溶剂的受控交换和/或移除以使分子固化。
在一些实施方案中，固体晶体可基于区域退火方法形成。例如，可使用温度辅助的结晶过程。利用高于熔化温度的高温可产生急剧的温度梯度。结晶的方向和/或纯度可经由有机薄膜(其可涂布在基底上)跨热梯度的移动速度来控制。在此过程中可使用具有急剧热梯度的移动台。
图15A示意性地示意了使用物理气相传输(“PVT”)在基底上形成或制造固体晶体(或固体晶体层)的方法。如图15A中所示，在PVT过程中，可在PVT室1505中提供源材料(也可称为靶材料)1512和提供有配向结构1520的基底1510。配向结构1520可设置在基底1510的表面处，并可配置为至少部分地限定固体晶体层的预定配向图案。例如，配向结构1520可具有配向结构图案，该配向结构图案可至少配向固体晶体层的与配向结构1520接触的晶体分子。源材料1512可包括有机固体晶体。源材料1512可在热和/或真空下升华以生成有机固体晶体蒸气1514(也称为蒸气晶体分子1514)。例如，源材料1512可被加热到预定的温度或可经受预定的真空以生成有机固体晶体蒸气1514。有机固体晶体蒸气1514可在PVT室1505内并沿着PVT室1505传输，并可被沉积在设置于基底1510处的配向结构1520的表面上。沉积在配向结构1520上的有机固体晶体蒸气1514的分子可至少部分由配向结构1520以预定配向图案取向(或配向)。有机固体晶体蒸气1514可被固化和结晶以形成固体晶体层，其中固体晶体分子以预定配向图案配向。
图15B示意性地示意了根据本公开的另一个实施方案基于PVT在基底上形成或制造固体晶体(固体晶体层)的方法。图15B中示出的过程可与图15A中示出的那些相似，不同在于可在形成固体晶体层的PVT过程期间向PVT室1505中供给非溶剂蒸气(例如，惰性气体)或在PVT室1505中生成非溶剂蒸气(例如，惰性气体)。例如，非溶剂蒸气(例如，惰性气体)1536可通过入口(未示出)供给到PVT室1505中。供给到PVT室1505中或在PVT室1505中生成的非溶剂蒸气1536的量可例如通过流量控制装置(未示出，其可由控制器控制，控制器也未示出)来控制，以控制PVT室1505中有机固体晶体蒸气1514的浓度、固体晶体蒸气1515的传输速度以及从源材料1512生成的固体晶体蒸气1514的固化动力学，从而控制在配向结构1520处形成固体晶体层的固体晶体分子的成核和晶体生长速率。
图15C示意性地示意了根据本公开的另一个实施方案基于PVT在基底上形成或制造固体晶体(固体晶体层)的方法。在图15C中示出的实施方案中，放置在PVT室1505中的源材料1512在热和/或真空下升华而生成固体晶体蒸气(例如，图15A中示出的固体晶体蒸气1514，为了示意的简单起见，其未单独标记)，固体晶体蒸气可在PVT室1505内并沿着PVT室1505传输，并可沉积到基底1510处提供的配向结构1520上以在基底1510上形成固体晶体1560(或固体晶体层1560)。在PVT过程期间，可向PVT室1505中供给溶剂蒸气1556或可在PVT室1505中生成溶剂蒸气1556。溶剂蒸气1556可配置为选择性地移除基底1510上形成的固体晶体层1560中的缺陷，如无定形域或多晶域之间的边界。在一些实施方案中，供给到PVT室1505中的溶剂蒸气1556的量可由流量控制装置(未示出)来控制。在一些实施方案中，图15A、图15B和/或图15C中示出的过程可交替地和/或重复地进行以达到在基底1510处形成的固体晶体层的预定结晶度和/或厚度。
图16示意性地示意了根据本公开的一个实施方案形成固体晶体(或固体晶体层)的方法。如图16中所示，可使用溶剂辅助涂布方法(例如，旋涂、刮涂、喷墨印刷涂布)、然后是连续结晶过程来在提供有配向结构的基底上形成固体晶体层。例如，可将固体晶体材料(例如，有机固体晶体材料)溶解在溶剂中以形成固体晶体材料的溶液(也称为固体晶体溶液)。可通过合适的方法，例如旋涂、刮涂、喷墨印刷涂布等，将固体晶体溶液分配在提供有配向结构(图16中未示出)的基底1605上。例如，如图16中所示，可经由喷嘴1610(例如，喷墨印刷机的喷嘴)将固体晶体溶液分配在基底1605上。分配在基底1605上的固体晶体溶液可经由刮刀1615作为固体晶体溶液层涂布在基底1605上。在一些实施方案中，在涂布过程期间，喷嘴1610和/或刮刀1615可以是固定不动的，而基底1605可相对于刮刀1615在一个或多个方向(如图16中示出的方向)上移动，使得刮刀1615可跨基底1605的表面移动而将由喷嘴1610分配的固体晶体溶液重新成形为固体晶体溶液的均匀层。
可使用任何合适的方法来处理固体晶体溶液的层(或固体晶体溶液层)以蒸发溶剂。当涂布的固体晶体溶液层中的溶剂被蒸发时，可让固体晶体溶液层中的晶体分子由配向结构根据至少部分由配向结构限定的预定配向图案以预定的取向(例如，平面内取向)至少部分地配向。当溶剂蒸发时，形成在配向结构上的固体晶体溶液中的晶体分子可能由于固态密堆积而固化。晶体分子可结晶形成具有期望的分子取向的固体晶体层(例如，通过连续结晶过程)，即，晶体分子以至少部分由配向结构限定的预定配向图案布置。在一些实施方案中，固体晶体层可以是有机固体晶体层。在一些实施方案中，为了使固体晶体溶液与溶剂涂布过程相容并更好地控制涂布性能，可向固体晶体材料或固体晶体溶液添加聚合物以调节固体晶体溶液的粘度。聚合物的实例可包括结晶聚合物、无定形聚合物、杂化聚合物(嵌段共聚物)或液晶聚合物等。在一些实施方案中，还可向固体晶体溶液中添加表面活性剂(例如，脂质、脂肪酸)以改善涂层性能。
在一些实施方案中，固体晶体层可基于聚合物介晶制造。聚合物介晶可用作有机固体晶体材料以形成具有预定配向图案的固体晶体层。聚合物介晶可包括由介晶制成的骨架或侧基，当加热到预定的升高的温度时或当溶解在预定的溶剂中时，所述介晶转变为向列相或扭曲向列相。可使用任何合适的方法，如溶剂辅助涂布法等，将聚合物介晶分配在基底处提供的配向结构上。可将聚合物介晶加热到预定的升高的温度或溶解在预定的溶剂中(以形成聚合物介晶溶液)以转变为向列相或扭曲向列相，在此状态下聚合物介晶可以至少部分地由配向结构限定的预定配向图案至少部分地配向。在聚合物介晶由配向结构配向之后，可将聚合物介晶冷却(例如，可将聚合物介晶的温度降低到预定的低温)或者可处理聚合物介晶溶液以蒸发溶剂。当溶剂蒸发或温度降低时，聚合物介晶可能由于固态密堆积而固化。在固化过程期间，聚合物介晶的取向(或聚合物介晶的预定配向图案)可由于聚合物骨架构象而保持。聚合物介晶可结晶(例如，通过连续结晶过程)形成具有预定的分子取向(或预定的配向图案)的固体晶体层。
在一些实施方案中，聚合物介晶可用作本体配向结构以在基底上形成固体晶体层时为固体晶体层的分子提供预定的配向图案。因此，可省略在基底处提供的配向结构。在一些实施方案中，聚合物介晶可与固体晶体材料混合以在基底上形成混合物。固体晶体材料和聚合物介晶可具有相似的化学性质。例如，固体晶体材料和聚合物介晶可在加热到预定的升高的温度或溶解在预定的溶剂中时转变为向列相或扭曲向列相。在一些实施方案中，可将分配在基底上的聚合物介晶和固体晶体材料的混合物加热到预定的升高的温度或溶解在预定的溶剂中以转变为向列相或扭曲向列相。在一些实施方案中，混合物可经受光照射以在聚合物介晶中诱导预定配向图案。以预定配向图案布置的聚合物介晶可配向混合物中固体晶体材料的固体晶体分子。在固体晶体材料的固体晶体分子被配向后，可将混合物冷却(即，可将混合物的温度降低到预定的低温)或可蒸发溶剂以使聚合物介晶由于固态密堆积而固化。在固化过程期间，可保持固体晶体材料的固体晶体分子的取向(即，晶体分子的预定配向图案)。固体晶体材料可与混合在其中的聚合物介晶一起结晶以形成具有以预定配向图案配向的晶体分子的固体晶体层。
在一些实施方案中，固体晶体层可基于在加热到预定的升高的温度或溶解在预定的溶剂中时将转变为向列相或扭曲向列相的反应性介晶(例如，具有丙烯酸酯或环氧基团的非聚合物基介晶)来制造。可将反应性介晶分配在配置为提供预定配向图案的配向结构上。配向结构可提供在基底处。当反应性介晶被加热到预定的升高的温度或溶解在溶剂中以转变为向列相或扭曲向列相时，反应性介晶可由配向结构至少部分地配向。配向的反应性介晶可进一步聚合(例如，光聚合或热聚合)以形成具有至少部分稳定的分子取向的聚合物介晶。可将聚合物介晶冷却(例如，冷却到预定的低温)或者可处理包含聚合物介晶和溶剂的溶液以蒸发溶剂。当溶剂蒸发或聚合物介晶的温度降低时，聚合物介晶可能由于固态密堆积而固化。在固化过程期间，分子取向可由于聚合物骨架构象而保持。聚合物介晶可以期望的预定取向(例如，预定配向图案)结晶。
在一些实施方案中，可将反应性介晶与液晶材料(或液晶)混合。液晶在约室温下可为向列相或扭曲向列相。可将反应性介晶与液晶的混合物分配在配向结构上。液晶可由配向结构至少部分地配向。反应性介晶可由配向的液晶和配向结构配向。也就是说，反应性介晶的配向(或取向)可通过液晶来加强。配向的反应性介晶可进一步聚合(例如，光聚合或热聚合)以形成聚合物介晶来部分地稳定聚合物介晶的取向。在反应性介晶聚合之后，可用溶剂移除(例如，洗掉)液晶或通过加热到预定的升高的温度使液晶升华来移除液晶(例如，以蒸发液晶)。在一些实施方案中，固体晶体层可基于聚合物介晶形成。例如，固体晶体层可使用聚合物介晶作为模板(例如，作为用于图案化固体晶体分子的配向结构)通过各种工艺如气相沉积、刮涂、喷墨印刷和本文公开的其他工艺从固体晶体材料生长。在聚合物介晶上生长的固体晶体层可具有由聚合物介晶提供的预定配向图案。
在一些实施方案中，可将液晶材料(或化合物)与固体晶体材料混合以形成混合物。该混合物可被加热到预定的升高的温度或可被溶解在预定的溶剂中以制备均匀混合物。可将该均匀混合物分配在配向结构上。可将混合物冷却至预定的低温或可处理混合物以蒸发溶剂。当温度降低或溶剂蒸发时，液晶材料和固体晶体材料可至少部分地相分离。液晶材料可处于向列相或扭曲向列相，并可由配向结构至少部分地配向。可使用合适的工艺使固体晶体材料固化和结晶以形成固体晶体层。在结晶过程中，固体晶体分子可通过已由配向结构配向的液晶材料(或化合物)的配向调节力至少部分地配向。在结晶过程中，液晶材料可能填充强应变区域。
图17示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的配向结构。图17基于的是图13B-13D中示出的实施方案。如上文结合图13B-13D所描述的，配向结构1302可通过物理气相沉积或离子气相沉积形成。如图17中所示，可在配向结构1302处(例如，在其上)设置缓冲结晶层1705。缓冲结晶层1705可具有与配向结构1302接触的第一表面和与在随后的过程中形成于其上的固体晶体层接触的第二表面。缓冲结晶层1705可配置为减小固体晶体层与配向结构1302之间的应变，同时保持固体晶体层中的分子取向和晶体取向。在一些实施方案中，缓冲结晶层1705可包括以下中的至少之一：液晶、液晶聚合物、在升高的温度下具有向列相或扭曲向列相的固体晶体、多环芳族烃(例如，聚邻苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneaphathalate))、结晶含氟聚合物(例如，四氟乙烯等)或聚烯烃(例如，聚乙烯)。
图18A示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的设置在基底上的配向结构的顶视图。该配向结构可包括具有任何合适的尺寸的多个微结构，如微米级和/或纳米级结构。如图18A中所示，提供在基底1804上的配向结构1801可包括多个微结构1802。在一些实施方案中，配向结构1801可一体化地形成在基底1804内。在一些实施方案中，配向结构1801可被单独形成到基底1804的表面上。在一些实施方案中，如图18A中所示，多个微结构1802可限定、形成或包括布置成阵列的多个凹槽。出于示意和讨论的目的，在图18A中，凹槽和微结构均由黑色矩形表示。因此，附图标记1802可指微结构和凹槽两者。
凹槽1802的纵向(或长度方向)的取向可被称为凹槽1802的取向。在一些实施方案中，阵列中凹槽1802的取向可沿着阵列的表面(或沿着基底1804的表面)在空间上均匀。也就是说，配向结构1801可配置为提供均匀的配向结构图案。在一些实施方案中，阵列中凹槽1802的取向可能不是空间上均匀的，而是可能是在空间上变化的。凹槽1802的取向的空间变化可具有在至少一个平面内方向上具有间距(间距可为凹槽的取向改变180°的距离)的图案。在一些实施方案中，间距可沿着阵列的表面在至少一个平面内方向上是均匀的(或相同的)。在一些实施方案中，间距可沿着阵列的表面在至少一个平面内方向上是变化的间距(或不均匀间距)。也就是说，配向结构1801可配置为提供空间上变化(或不均匀)的配向结构图案。例如，阵列中的凹槽1802可具有均匀(或恒定)的取向、周期性地变化的取向、非周期性地变化的取向或其组合。凹槽182的取向可在线性方向上、在径向方向上、在周向(例如，方位角)方向上周期性或非周期性地变化或其组合。
出于示意的目的，图18A示出了在x轴方向上以均匀的间距周期性地变化的阵列中的凹槽1802的取向。后续过程中将在凹槽1802的阵列上形成的固体晶体层的尺寸可由凹槽1802的阵列的边界限定。凹槽1802可配置为以空间上均匀或空间上变化的配向结构图案至少部分地配向固体晶体层的晶体分子。也就是说，有机固体晶体层的轴的取向可至少部分地由阵列中凹槽1802的取向决定。取决于阵列中凹槽1802的取向(或凹槽1802提供的配向图案)，形成在凹槽1802上的固体晶体层的轴可配置为在有机固体晶体层内具有恒定的取向、周期性地变化的取向、非周期性地变化的取向或其组合。周期性或非周期性地变化的取向可在线性方向、径向方向、周向(例如，方位角)方向上或其组合。固体晶体层可通过合适的工艺如物理气相沉积、溶剂涂布(例如，旋涂、刮涂、喷墨印刷)形成在配向结构1801上，然后热退火以减少缺陷。在一些实施方案中，配向结构1801的微结构1802可使用电子束或光刻并蚀刻有机材料或有机-无机杂化材料来制造。在一些实施方案中，配向结构1801的微结构1802可使用有机材料或有机-无机杂化材料的纳米压印光刻来制造。配向结构1801在微结构1802之外的区域可被称为未图案化区域1803。
图18B示意性地示意了设置在微结构1802处(例如，在其上)及微结构1802与在后续过程中形成的固体晶体层之间的表面改性层1805。在一些实施方案中，表面改性层1805可包括各向异性层(例如，光配向材料层、液晶层、结晶的含氟聚合物或半结晶聚烯烃层等)。在一些实施方案中，各向异性层的分子可具有与微结构1802(例如，凹槽)的均匀取向相同的均匀取向。在一些实施方案中，各向异性层的分子的取向可以与微结构1802(例如，凹槽)的取向相同的方式在空间上变化。在一些实施方案中，表面改性层1805可包括各向同性层，例如，包含SiO2、MgF2、有机硅、硅氧烷、具有氟化基团的硅烷、氟化聚合物(“PFPE”)的无定形层，或包含聚烯烃、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯、具有结晶烷基基团的硅烷的结晶缓冲层。在一些实施方案中，表面改性层1805可包括各向异性层和各向同性层。在一些实施方案中，表面改性层1805可包括一个或多个各向异性层和/或一个或多个各向同性层。在一些实施方案中，微结构1802(例如，凹槽)的深度可充分地小，并且表面改性层1805可设置在微结构1802(例如，凹槽)上，而可不设置在未图案化区域1803上。
在一些实施方案中，可用纳米压印光刻基于固体晶体材料(例如，有机固体晶体材料)来制造具有期望的平面内取向的固体晶体层。在一些实施方案中，可将固体晶体材料加热到高于固体晶体材料的预定熔化温度的温度。固体晶体材料可熔化而变为熔融晶体材料。熔融晶体材料可用纳米压印模具或模板层压。纳米压印模具可包括多个纳米结构。在一些实施方案中，可在纳米压印模具或模板上形成熔融晶体材料的层。在一些实施方案中，熔融晶体材料可至少部分地对在纳米压印模具中形成的纳米结构进行填充。纳米压印模具可具有配置为提供预定配向图案的预定义拓扑图案(例如，纳米结构)。纳米压印模具可以均匀的取向、周期性或非周期性地变化的取向或其组合至少部分地配向熔融晶体材料的晶体分子，例如，至少与纳米压印模具接触的晶体分子。周期性或非周期性地变化的取向可在线性方向、径向方向、周向(例如，方位角)方向上或其组合。
用纳米压印模具层压的熔融晶体材料可被冷却以固化和结晶而形成具有以预定的平面内取向配向的分子的固体晶体层。在冷却和结晶之后，可从纳米压印模具取出(例如，层离出)固体晶体层。在一些实施方案中，固体晶体材料可为具有降低的熔化温度的共晶组合物。在一些实施方案中，可将固体晶体材料与溶剂混合以形成混合物。该混合物可用配置为允许溶剂蒸发通过的软纳米压印模具(例如，有机硅)层压。溶剂可蒸发掉。固体晶体材料可结晶形成固体晶体层，其中晶体分子以由软纳米压印模具提供的预定的平面内取向配向。可从软纳米压印模具取出(例如，层离出)固体晶体层。在一些实施方案中，可通过用电子束或光刻对材料进行图案化来制造母纳米压印模具，并然后蚀刻以形成用于提供配向结构图案的微结构。母纳米压印模具的材料可包括例如有机硅、二氧化硅、石英或熔融二氧化硅。在一些实施方案中，可通过使用纳米压印光刻复制母纳米压印模具来获得子纳米压印模具。子纳米压印模具可用作制造固体晶体层的模具。子纳米压印模具的材料可包括聚合物，如有机硅、硅氧烷、PFPE或聚烯烃。在一些实施方案中，可通过使用电子束或光刻对完整的固体晶体片进行图案化并蚀刻有机固体晶体的图案化的完整片来制造固体晶体层。完整的固体晶体片可通过任何合适的方法制造，如物理气相沉积、溶剂涂布和热退火、凝胶纺丝、熔体纺丝或电沉积。
图20为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化的固体晶体层)的方法2000的流程图。方法2000可包括基于源材料在室中生成固体晶体蒸气(步骤2005)。在一些实施方案中，该过程可以是物理气相传输过程，所述室可以是物理气相传输室。在一些实施方案中，源材料可以是有机固体晶体材料，固体晶体蒸气可以是有机固体晶体蒸气。示例物理气相传输过程的描述可参考上文结合图15A给出的描述。方法2000还可包括沿室输送固体晶体蒸气以沉积到配向结构上而形成固体晶体材料层(步骤2010)。配向结构可配置为至少部分地限定用于将在其上形成的固体晶体层的预定配向图案。示例过程的描述可参考上文结合图15A给出的描述。方法2000还可包括使固体晶体材料层结晶以形成固体晶体层(步骤2015)。固体晶体层可包括预定配向图案。
在一些实施方案中，方法2000可包括控制室(例如，物理气相传输室)中非溶剂蒸气或溶剂蒸气中的至少之一的量。例如，在将固体晶体蒸气传输到配向结构的表面的过程期间，可动态或静态调节(或控制)引入到物理气相传输室中或在物理气相传输室中生成的非溶剂蒸气的量以控制物理气相传输室中固体晶体蒸气的浓度、固体晶体蒸气的传输速度和固化动力学，从而控制固体晶体层的成核和晶体生长速率。在一些实施方案中，可向物理气相传输室中引入溶剂蒸气或可在物理气相传输室中生成溶剂蒸气以选择性地移除缺陷如无定形域或多晶域之间的边界。在一些实施方案中，方法2000可包括在结晶过程之前、之后或期间从固体晶体材料层去除溶剂蒸气或非溶剂蒸气中的至少之一以形成固体晶体或固体晶体层。在一些实施方案中，方法2000可包括重复地或交替地进行上述过程中的一个或多个以达到在配向结构上形成的固体晶体材料层的预定结晶度和厚度。
图21为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2100的流程图。方法2100可包括将固体晶体材料溶解在溶剂中以形成溶液(步骤2105)。在一些实施方案中，固体晶体材料可以是有机固体晶体材料。方法2100还可包括将溶液分配在配向结构上以形成溶液层(步骤2110)。分配溶液可包括在配向结构上涂布(例如，旋涂、刮涂或喷墨印刷涂布)溶液。配向结构可至少部分限定预定配向图案。方法2100还可包括从溶液层蒸发溶剂以让固体晶体材料的晶体分子由配向结构配向(步骤2115)。方法2100还可包括使晶体分子结晶以形成固体晶体层(步骤2120)。例如，当溶剂蒸发时，晶体分子可能固化。在一些实施方案中，晶体分子可通过连续结晶过程结晶。在一些实施方案中，固体晶体层可以是有机固体晶体层。在一些实施方案中，方法2100可包括其他步骤。例如，方法2100可包括向固体晶体材料或溶液添加聚合物以调节溶液的粘度。在一些实施方案中，方法2100还可包括向溶液添加表面活性剂以改善涂层性能。
图22为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2200的流程图。方法2200可包括在配向结构上分配聚合物介晶(步骤2205)。配向结构可至少部分地限定预定配向图案。聚合物介晶可用作有机固体晶体材料以形成有机固体晶体层。例如，可将聚合物介晶涂布到配向结构上。方法2200还可包括将聚合物介晶转变为向列相或扭曲向列相以让聚合物介晶由配向结构配向(步骤2210)。例如，可将聚合物介晶加热到预定的升高的温度或可将聚合物介晶溶解在预定的溶液中以转变为向列相或扭曲向列相，在此状态下聚合物介晶可以至少部分由配向结构限定的预定配向图案至少部分地配向。方法2200还可包括使聚合物介晶结晶以形成固体晶体层(步骤2215)。在一些实施方案中，方法2200可包括冷却聚合物介晶(例如，将温度降低到预定的低温)或蒸发其中溶解聚合物介晶的溶剂。当溶剂蒸发或当温度降低时，聚合物介晶可固化。在固化过程期间可保持聚合物介晶的取向。在一些实施方案中，聚合物介晶可通过连续结晶过程结晶以形成具有预定配向图案的固体晶体层。
图23为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2300的流程图。方法2300可包括在配向结构上分配反应性介晶(步骤2305)。配向结构可至少部分地限定预定配向图案。方法2300还可包括将反应性介晶转变为向列相或扭曲向列相以让反应性介晶由配向结构配向(步骤2310)。例如，可将反应性介晶加热到预定的升高的温度或可将反应性介晶溶解在预定的溶液中以转变为向列相或扭曲向列相。方法2300还可包括使反应性介晶聚合以形成聚合物介晶(步骤2315)。方法2300还可包括使聚合物介晶结晶以形成固体晶体层(步骤2320)。聚合物介晶可用作有机固体晶体材料以形成固体晶体层，该固体晶体层可为有机固体晶体层。固体晶体层可具有预定配向图案。在一些实施方案中，可将聚合物介晶冷却(例如，可将聚合物介晶的温度降低到预定的低温)或者可处理包含聚合物介晶的溶液以蒸发溶剂。当溶剂蒸发或聚合物介晶的温度降低时，聚合物介晶可固化。在固化过程期间，分子取向可由于聚合物骨架构象而保持。
图24为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2400的流程图。方法2400可包括将聚合物介晶与固体晶体材料混合(步骤2405)。在一些实施方案中，固体晶体材料可以是有机固体晶体材料。聚合物介晶可用作本体配向结构以在基底上形成固体晶体层时为固体晶体层的分子提供预定配向图案。固体晶体材料和聚合物介晶可具有相似的化学性质。例如，固体晶体材料和聚合物介晶均可在加热到预定的升高的温度时或在溶解在预定的溶剂中时转变为向列相或扭曲向列相。方法2400可包括使聚合物介晶和固体晶体材料转变为向列相或扭曲向列相(步骤2410)。例如，可将聚合物介晶与固体晶体材料的混合物加热到预定的升高的温度或溶解在预定的溶液中以转变为向列相或扭曲向列相。方法2400可包括使聚合物介晶经受光照射以在固体晶体材料的晶体分子中诱导预定配向图案(步骤2415)。在经受光照射时，聚合物介晶可诱导固体晶体材料的晶体分子中的本体配向。方法2400还可包括使固体晶体材料结晶以形成固体晶体层(步骤2420)。在一些实施方案中，在固体晶体材料的晶体分子被配向后，可将混合物冷却(即，可将混合物的温度降低到预定的低温)或可处理混合物以蒸发溶剂。结果，聚合物介晶可固化。在固化过程期间，可保持固体晶体材料的固体晶体分子的取向(即，晶体分子的预定配向图案)。固体晶体材料可与混合在其中的聚合物介晶一起结晶以形成具有以预定配向图案配向的晶体分子的固体晶体层。
图25为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2500的流程图。方法2500可包括在配向结构上分配反应性介晶与液晶的混合物(步骤2505)。液晶在约室温下可处于向列相或扭曲向列相。方法2500还可包括在室温下将反应性介晶与液晶混合。将混合物被分配在配向结构上时，液晶可由配向结构配向，而反应性介晶可由配向的液晶和配向结构配向。也就是说，反应性介晶的配向(或取向)可通过液晶来加强。方法2500还可包括使反应性介晶聚合以形成聚合物介晶(步骤2510)。例如，配向的反应性介晶可进一步聚合(例如，光聚合或热聚合)以形成聚合物介晶来部分地稳定聚合物介晶的取向。方法2500还可包括从混合物去除液晶(步骤2515)。例如，可使用溶剂洗掉液晶，或者可通过将聚合物介晶与液晶的混合物加热到预定的温度(例如，以蒸发液晶)来去除液晶。方法2500还可包括形成具有至少部分地由聚合物介晶提供的预定配向图案的固体晶体(步骤2520)。例如，固体晶体层可使用聚合物介晶作为模板(例如，作为用于图案化固体晶体分子的配向结构)从固体晶体材料生长。在聚合物介晶上生长的固体晶体层可具有由聚合物介晶提供的预定配向图案。在一些实施方案中，固体晶体材料可以是有机固体晶体材料。
图26为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2600的流程图。方法2600可包括在配向结构上分配液晶材料与固体晶体材料的混合物(步骤2605)。该混合物可被加热到预定的升高的温度或溶解在预定的溶剂中以制备均匀混合物。配向结构可至少部分限定预定配向图案。液晶材料可由配向结构以预定配向图案至少部分地配向。方法2600还可包括至少部分地使液晶材料与固体晶体材料相分离(步骤2610)。例如，可将混合物冷却至预定的低温或可处理混合物以蒸发溶剂。结果，液晶材料和固体晶体材料可至少部分地相分离。方法2600还可包括使固体晶体材料结晶以形成具有由液晶材料至少部分地配向的晶体分子的固体晶体层(步骤2615)。在一些实施方案中，固体晶体材料可以是有机固体晶体材料，固体晶体层可以是有机固体晶体层。
图27为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2700的流程图。方法2700可包括用模具层压熔融晶体材料(步骤2705)。在一些实施方案中，模具可以是纳米压印模具，配置为向熔融晶体材料的分子提供预定配向图案。在一些实施方案中，纳米压印模具可包括限定多个凹槽的多个微结构。可将熔融晶体材料作为层涂布到模具上，该层可填充凹槽。方法2700还可包括使用模具层压的熔融晶体材料冷却以结晶形成固体晶体层(步骤2710)。方法2700还可包括将固体晶体材料加热到预定的熔化温度以生成熔融晶体材料。在一些实施方案中，固体晶体材料可以是有机固体晶体材料。方法2700还可包括在冷却和结晶之后从模具取出固体晶体层。
图28为示意制造具有预定配向图案的固体晶体层(或图案化固体晶体层)如有机固体晶体层的方法2800的流程图。方法2800可包括将固体晶体材料与溶剂混合以形成混合物(步骤2805)。在一些实施方案中，固体晶体材料可以是有机固体晶体材料。方法2800还可包括用至少部分地限定预定配向图案的模具层压混合物(步骤2810)。方法2800还可包括蒸发溶剂(步骤2815)。方法2800还可包括使固体晶体材料结晶以形成具有预定配向图案的固体晶体层(步骤2820)。方法2800还可包括使用纳米压印模具层压的熔融晶体材料冷却以固化。方法2800还可包括从纳米压印模具取出固体晶体层。
图14示意性地示意了根据本公开的一个实施方案的用于制造光学器件的系统1400，该光学器件可包括固体晶体。系统1400可配置为基于熔融晶体材料生长固体晶体。系统1400可包括坩埚1405。固体晶体材料可被放置在坩埚1405中并可被加工(例如，被加热)以产生熔融晶体材料1410。在图14中未示出用于提高固体晶体材料或坩埚1405的温度的装置(例如，加热元件)和用于控制加热元件的控制器。管芯1415可被设置在坩埚1405中。管芯1415可包括多个毛细管，用于引导熔融晶体材料1410的流动。例如，管芯1415可包括中心毛细管1431和环形毛细管1432。管芯1415可包括表面1432。表面1432可包括沉积或形成在表面1432上或至少部分地沉积或形成在表面1432中的配向结构(未标记)。配向结构可限定配向结构图案或包括配向结构图案。配向结构可配置为使在配向结构上生长的晶体分子以预定配向图案至少部分地配向。可在管芯1415上方设置晶种1435。晶种1435可从管芯1415拉离或移离，从而允许熔融晶体材料1410遵循晶种1435的移动。在熔融晶体材料1410与晶种1435之间的界面处，可形成弯月面。在弯月面-晶体界面处，固体晶体1440可生长。通过中心毛细管1431和环形毛细管1432，熔融晶体材料1410可流到管芯1415的表面1432。固体晶体可在表面1432上生长，并可由在表面1432处提供的配向结构以预定配向图案至少部分地配向。固体晶体1440可以是任何合适的形状，这取决于管芯1415的表面1432的形状。例如，表面1432可以是平坦表面，而固体晶体1440可包括平坦形状。
另外，根据所公开的技术方案，在一个或多个配向结构上形成(例如，生长)固体晶体也可改进包括所形成的固体晶体的电子器件的电子性能。在一个或多个配向结构上形成(例如，生长)固体晶体可通过调节配向结构来提供可控量的应变，使得对于固体晶体可获得一定的期望晶格。在一些实施方案中，应变可跨固体晶体变化，例如，应变可在基于所公开的固体晶体的同一器件中变化。在一些实施方案中，应变可跨设置在同一基底处(例如，在其上)的多个固体晶体变化，例如，应变可跨包括相应的固体晶体的多个器件变化。在一些实施方案中，应变可以特定的空间模式(如PBP型模式)变化，这可有助于新的电子传输性质。
在一些实施方案中，光学元件包括固体晶体，所述固体晶体包含以预定配向图案配向的晶体分子，其中所述预定配向图案由配向结构至少部分地限定以实现光学元件的预定光学功能。在一些实施方案中，固体晶体呈连续层的形式。在一些实施方案中，光学元件还包括基底，其中配向结构设置在基底上，固体晶体设置在配向结构上，并且包含在固体晶体中的晶体分子由配向结构至少部分地配向。在一些实施方案中，光学元件包括基底，其中配向结构为基底的一体化部分。在一些实施方案中，固体晶体包括以堆叠配置设置的多个固体晶体，并且光学元件还可包括设置在固体晶体之间的多个配向结构。
在一些实施方案中，多个固体晶体中的至少一个设置在多个配向结构中的每一个上，并且多个固体晶体中的至少一个包含以相应的预定配向图案配向的晶体分子，所述预定配向图案至少部分由相应的配向结构限定。在一些实施方案中，固体晶体是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性，固体晶体的主折射率为平行于固体晶体的轴的方向上的折射率，固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
在一些实施方案中，固体晶体配置为引导光通过全内反射(“TIR”)在固体晶体内内部传播，并且其中光的波长在可见波长光谱或近红外波长光谱中。在一些实施方案中，光学元件配置为用作光波导，并且固体晶体是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性，固体晶体的主折射率为平行于固体晶体的轴的方向上的折射率，并且固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。在一些实施方案中，固体晶体具有第一表面和相对的第二表面，并且第一表面或第二表面中的至少一个是非直线的。
在一些实施方案中，光学元件包括第一衍射光栅和第二衍射光栅，第一衍射光栅配置为经由衍射将输入光耦合到固体晶体中，其中输入耦合衍射光栅的间距配置为使得固体晶体引导输入耦合光通过TIR在固体晶体内内部传播；第二衍射光栅配置为经由衍射将输入耦合光从固体晶体去耦合。在一些实施方案中，第一衍射光栅或第二衍射光栅中的至少一个配置为选择性地衍射具有预定偏振的光。在一些实施方案中，第一衍射光栅或第二衍射光栅中的至少一个可包括形成在其上设置有固体晶体的基底处的一维周期性结构或二维周期性结构中的至少一个。
在一些实施方案中，第一衍射光栅或第二衍射光栅中的至少一个可包括形成在固体晶体处的一维周期性结构或二维周期性结构中的至少一个。在一些实施方案中，第一衍射光栅或第二衍射光栅中的至少一个可包括作为单独的元件形成的一维周期性结构或二维周期性结构中的至少一个，并且其中所述单独的元件设置在固体晶体的表面处。在一些实施方案中，第一衍射光栅或第二衍射光栅中的至少一个可包括体全息光栅。在一些实施方案中，固体晶体的厚度在约300um至约1mm之间，并且固体晶体的至少一个横向尺寸在约30mm至约100mm之间。在一些实施方案中，固体晶体的轴的取向在固体晶体内是空间上变化的，固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
在一些实施方案中，固体晶体是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性，固体晶体的主折射率为平行于固体晶体的轴的方向上的折射率。在一些实施方案中，固体晶体配置为在固体晶体内具有空间上变化的固体晶体的轴的平面内取向。在一些实施方案中，晶体分子经配向结构至少部分地配向而具有晶体分子的轴的空间上变化的平面内取向，从而提供固体晶体的轴的空间上变化的平面内取向，晶体分子的轴为晶体分子沿着其具有最高折射率的轴。
在一些实施方案中，光学元件配置成作为对可见波长光谱或近红外波长光谱中的光可操作的Panchratnam Berry相位光学元件。在一些实施方案中，晶体分子包括与配向结构接触的第一多个晶体分子和设置在第一多个晶体分子上方的第二多个晶体分子，第一多个晶体分子的轴的取向由配向结构限定，而第二多个晶体分子的轴的取向相对于第一多个晶体分子配向。在一些实施方案中，第一多个晶体分子的轴的取向沿着径向平面内方向周期性地变化。
在一些实施方案中，第一多个晶体分子的轴的取向沿着一个或两个平面内方向周期性和线性地变化。在一些实施方案中，固体晶体是胆甾相的，并包含手性有机晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的有机晶体分子。在一些实施方案中，晶体分子包括与配向结构接触的第一多个晶体分子和设置在第一多个晶体分子上方的第二多个晶体分子，第一多个晶体分子的轴的取向由配向结构限定，而第二多个晶体分子的轴的取向沿着垂直于光学元件的第一表面的方向以螺旋方式扭曲。
在一些实施方案中，第一多个晶体分子的轴的取向沿着平面内方向中之一周期性和线性地变化，并且具有相同的轴取向的来自第一多个晶体分子和第二多个晶体分子的晶体分子在固体晶体内形成具有恒定折射率的倾斜周期性平面。在一些实施方案中，所述固体晶体为第一固体晶体，所述固体晶体中的晶体分子为第一晶体分子，所述预定配向图案为第一预定配向图案，所述配向结构为第一配向结构，并且所述光学元件还包括第二固体晶体，该第二固体晶体包含以第二预定配向图案配向的第二晶体分子，第二预定配向图案至少部分地由第二配向结构限定，其中第一固体晶体和第二固体晶体由第二配向结构彼此隔开。在一些实施方案中，第一固体晶体和第二固体晶体具有不同的光学色散。
在一些实施方案中，第一固体晶体和第二固体晶体是胆甾相的，并包含手性有机晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的有机晶体分子，并且第一固体晶体和第二固体晶体表现出相反的旋向性。在一些实施方案中，第一固体晶体的轴的取向至少部分地由第一配向结构限定，并且在第一固体晶体内是空间上恒定的，第二固体晶体的轴的取向至少部分地由第二配向结构限定，并且在第二固体晶体内是空间上恒定的，并且第二固体晶体的轴的取向相对于第一固体晶体的轴的取向沿着垂直于光学元件的第一表面的方向旋转一个角度。在一些实施方案中，光学元件具有约500mm至约5um之间的厚度。在一些实施方案中，固体晶体的轴的取向在固体晶体内在空间上平滑地变化。
在一些实施方案中，固体晶体包括多个具有晶界的晶粒，并且至少一个晶粒经其上设置固体晶体的配向结构至少部分地配向。在一些实施方案中，固体晶体中的一个或多个晶体分子包含官能团以促进相邻晶粒与固体晶体的晶体分子之间的平滑过渡。在一些实施方案中，固体晶体包含添加剂或增塑剂，所述添加剂或增塑剂配置为释放局部结晶应变以促进相邻晶粒与固体晶体中的晶体分子之间的平滑过渡。在一些实施方案中，配向结构配置为至少部分地限定固体晶体内晶体分子的轴的均匀取向、在线性方向上的周期性取向、在径向方向上的周期性取向或在周向(或方位角)方向上的周期性取向，晶体分子的轴为分子沿着其具有最高折射率的轴。
在一些实施方案中，固体晶体可包含以下中的至少之一：饱和或不饱和多环烃，包括蒽、并四苯、并五苯、蒽的衍生物、并四苯的衍生物或并五苯的衍生物中的至少之一；氮、硫和氧杂环；喹啉、苯并噻吩或苯并吡喃；弯曲和不对称并苯，包括菲、菲咯啉、芘、荧蒽或其衍生物中的至少之一；2,6-萘二甲酸、羧酸2,6-二甲酯晶体分子或其衍生物；或联苯、三联苯、四联苯或苯乙炔或其衍生物，包括具有烷基基团、氰基基团、异硫氰酸酯基团、氟、氯或氟化醚的取代物。在一些实施方案中，固体晶体在可见波长光谱中具有大于或等于60％的透光率。
在一些实施方案中，光学元件包括基底，其上提供配向结构，其中所述基底在可见波长光谱中具有大于或等于60％的透光率。在一些实施方案中，基底包括玻璃、聚合物或半导体材料中的至少一种。在一些实施方案中，基底的至少一个表面具有弯曲形状，其中弯曲形状为凸起形状、凹形形状、非球面形状、圆柱形形状或自由形状中的一种。在一些实施方案中，固体晶体设置在基底的第一表面处，并且光学元件还包括设置在基底的第二表面处的反射涂层。在一些实施方案中，光学元件包括设置在固体晶体的表面处的抗反射涂层。在一些实施方案中，固体晶体可通过基于热的切换、基于偏振的切换或基于光敏的切换中的至少之一在无定形状态和配向的晶体状态之间切换。
在一些实施方案中，所述配向结构为第一配向结构，所述光学元件还可包括第二配向结构，该第二配向结构配置为至少部分地配向固体晶体中的晶体分子，其中所述固体晶体与第一配向结构和第二配向结构均接触。在一些实施方案中，所述固体晶体为第一固体晶体，所述固体晶体中的晶体分子为第一晶体分子，所述预定配向图案为第一预定配向图案，所述配向结构为第一配向结构，并且所述光学元件还包括：第二固体晶体，该第二固体晶体包含以第二预定配向图案配向的第二晶体分子，第二预定配向图案至少部分地由第二配向结构限定，其中第一固体晶体和第二固体晶体由第二配向结构彼此隔开。
在一些实施方案中，第一固体晶体和第二固体晶体包括相同或不同的光学色散。在一些实施方案中，第一预定配向图案可与第二预定配向图案相同或不同。在一些实施方案中，配向结构包括以下中的至少之一：光配向材料层；机械摩擦配向层；具有各向异性纳米压印的配向层；直接形成在基底上的各向异性浮雕；沉积在基底上的铁电或铁磁材料；薄的结晶层或结晶基底；或在磁场或电场的存在下通过结晶形成的配向层。在一些实施方案中，配向结构包括六方氮化硼或石墨烯层。在一些实施方案中，固体晶体是单轴或双轴各向异性的。
在一些实施方案中，制造光学元件的方法包括提供配向结构；和在配向结构上形成固体晶体，其中所述固体晶体包含以预定配向图案配向的晶体分子，所述预定配向图案至少部分由配向结构限定。在一些实施方案中，在配向结构上形成固体晶体可包括在配向结构上生长固体晶体。在一些实施方案中，使用以下工艺中的至少之一来执行在配向结构上形成固体晶体：包括有机晶体分子束外延或有机晶体分子的热壁外延中的至少之一的气相沉积；经由热配向、模具配向或表面配向的溶剂辅助沉积；聚合物辅助的连续铸造；温度辅助的区域退火；物理气相传输；旋涂；或基于熔融晶体材料的晶体生长工艺。
在一些实施方案中，提供配向结构可包括在基底的表面上沉积配向结构。在一些实施方案中，提供配向结构可包括以下中的至少之一：通过用光加工光敏材料在基底的表面上形成光配向层；在基底的表面上形成机械摩擦的配向层；在基底的表面上形成具有各向异性纳米压印的配向层；通过对基底的表面的湿法蚀刻或干法蚀刻直接在基底的表面上形成各向异性浮雕；基于沉积在基底的表面上的铁电材料或铁磁材料在基底的表面上形成配向结构；提供限定配向图案作为配向结构的结晶层或结晶基底；或在磁场或电场的存在下通过结晶在基底的表面上形成配向结构。
在一些实施方案中，所述配向结构为第一配向结构，所述预定配向图案为第一预定配向图案，所述固体晶体为第一固体晶体，所述晶体分子为第一晶体分子，并且所述方法还包括：在第一固体晶体上提供第二配向结构；和在第二配向结构上形成第二固体晶体，其中所述第二固体晶体包含以第二预定配向图案配向的第二晶体分子，所述第二预定配向图案至少部分由第二配向结构限定。在一些实施方案中，光学元件用作Panchratnam Berry相位光学元件或光波导。在一些实施方案中，固体晶体是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性，固体晶体的主折射率为平行于固体晶体的轴的方向上的折射率，并且固体晶体的轴为固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。在一些实施方案中，制造固体晶体的方法包括提供彼此接触的熔融晶体材料和配向结构；以及基于熔融晶体材料产生固体晶体，其中所述固体晶体包含以预定配向图案配向的晶体分子，所述预定配向图案至少部分由配向结构限定。在一些实施方案中，产生固体晶体包括冷却熔融晶体材料。
在一些实施方案中，产生固体晶体包括：通过将晶种移离管芯而基于熔融晶体材料生长固体晶体，其中管芯包括至少一个毛细管，该毛细管至少部分地配置为允许熔融晶体材料在固体晶体的生长期间从中流过，其中管芯包括具有预定形状并具有配向结构的表面，并且其中固体晶体根据配向结构沿着管芯的表面生长。
在一些实施方案中，制造固体晶体的方法包括：在两个基底之间的空间中移动熔融晶体材料，同时保持熔融晶体材料与两个基底的两个相对表面之间的接触，其中两个相对表面中的每一个包括与熔融晶体材料接触的配向结构；和使用晶种从熔融晶体材料生长固体晶体，所述固体晶体包含以预定配向图案配向的晶体分子，所述预定配向图案至少部分由配向结构限定。
在一些实施方案中，制造固体晶体的方法包括：在坩埚中处理固体晶体材料以产生熔融晶体材料；引导熔融晶体材料通过管芯的一个或多个毛细管以流到包括至少一个配向结构的表面上；和使用晶种从熔融晶体材料生长固体晶体，所述固体晶体包含以预定配向图案配向的晶体分子，所述预定配向图案至少部分由至少一个配向结构限定。在一些实施方案中，管芯的表面具有预定的弯曲形状，并且其中生长的固体晶体具有与管芯的表面基本上相同的弯曲形状。在一些实施方案中，生长固体晶体包括：将设置在管芯的顶部部分的晶种移离管芯以允许固体晶体沿着管芯的表面在弯月面-晶体界面处生长，并且方法还包括从坩埚中取出生长的固体晶体。在一些实施方案中，方法还包括冷却从坩埚中取出的固体晶体。
在一些实施方案中，本公开提供了一种有机固体晶体，其包括有机单晶或多晶的层，所述层具有沿至少一个平面内方向周期性地变化的至少一个晶体取向。有机固体晶体沿着至少一个晶体取向的第一折射率可在1.6-2.6的范围内。固体晶体的光学各向异性可不小于0.1。
在一些实施方案中，可在具有预定配向图案的配向层或配向结构的表面处制造有机固体晶体。可将有机固体晶体材料分配到配向层的表面。有机固体晶体材料的分子可根据配向层提供的预定配向图案配向。在一些实施方案中，分子的取向可根据预定配向图案配向以沿着至少一个平面内方向连续地变化。有机固体晶体的取向可由分子的取向来设定。有机固体晶体的连续层的分子沿着平面外方向(例如，厚度方向)的取向可遵循与配向层接触的分子的取向。
本文描述的任何步骤、操作或过程可用单独的或与其他装置组合的一个或多个硬件模块和/或软件模块来执行或实施。在一个实施方案中，软件模块用计算机程序产品来实施，该计算机程序产品包括含有计算机程序代码的计算机可读介质，该计算机程序代码可由计算机处理器执行以执行所描述的任何或所有步骤、操作或过程。在一些实施方案中，硬件模块可包括硬件部件如设备、系统、光学元件、控制器、电路、逻辑门等。
本公开的实施方案还可涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可出于特定的目的而专门构造，和/或其可包括由存储在计算机中的计算机程序来选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这样的计算机程序可存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质或任何类型的适合于存储电子指令的介质中，其可被耦合到计算机系统总线。非暂时性计算机可读存储介质可以是任何可存储程序代码的介质，例如磁盘、光盘、只读存储器(“ROM”)或随机存取存储器(“RAM”)、电可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦可编程只读存储器(“EEPROM”)、寄存器、硬盘、固态磁盘驱动器、智能媒体卡(“SMC”)、安全数字卡(“SD”)、闪存卡等。此外，本说明书中描述的任何计算系统可包括单个处理器或可以是采用多个处理器以增加计算能力的架构。处理器可以是中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)或配置为处理数据和/或基于数据执行计算的任何处理设备。处理器可包括软件和硬件部件。例如，处理器可包括硬件部件，如专用集成电路(“ASIC”)、可编程逻辑器件(“PLD”)或其组合。PLD可为复杂可编程逻辑器件(“CPLD”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等。
此外，当附图中示意的实施方案示出单个元件时，应理解该实施方案可包括多个这样的元件。同样，当附图中示意的实施方案示出多个这样的元件时，应理解该实施方案可仅包括一个这样的元件。附图中示意的元件的数量仅出于示意的目的，而不应解释为限制实施方案的范围。此外，除非另有说明，否则附图中示出的实施方案并不相互排斥，而是可以任何合适的方式组合它们。例如，在一个实施方案中示出但未在另一个实施方案中示出的元件仍然可包括在另一个实施方案中。
已描述了各种实施方案来示意示例性实施方式。基于所公开的实施方案，本领域普通技术人员可在不偏离本公开的范围的情况下作各种其他改变、修改、重排和置换。因此，虽然已参考上述实施方案详细描述了本公开，但本公开不限于上述实施方案。在不偏离本公开的范围的情况下，本公开可以其他等效形式体现。本公开的范围在所附权利要求书中限定。

Claims (15)

1.一种光学元件，所述光学元件包含：
固体晶体，所述固体晶体包含以至少部分由配向结构限定的预定配向图案配向的晶体分子。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述固体晶体呈连续层的形式。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学元件，其中
所述固体晶体包含以堆叠配置设置的多个固体晶体，并且
所述光学元件还包含设置在所述固体晶体之间的多个配向结构。
4.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述固体晶体是光学各向异性的，具有至少约1.5的主折射率和至少约0.1的光学各向异性，所述主折射率是平行于所述固体晶体的轴的方向上的折射率，并且所述固体晶体的轴是所述固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
5.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述配向结构配置为至少部分地限定均匀的平面内取向、在所述固体晶体的轴的线性方向、径向方向或周向方向上的周期性或非周期性平面内取向，所述固体晶体的轴是所述固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
6.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述固体晶体的轴的取向在所述固体晶体内是空间上恒定的或空间上变化的，所述固体晶体的轴是所述固体晶体沿着其具有最高折射率的轴。
7.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述光学元件配置为用作Panchratnam Berry相位光学元件。
8.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述配向结构包含以下中的至少之一：
光配向材料层；
机械摩擦配向层；
具有各向异性纳米压印的配向层；
直接形成在基底上的各向异性浮雕；
沉积在所述基底上的铁电或铁磁材料；
薄的结晶层或结晶基底；或
在磁场或电场的存在下通过结晶形成的配向层。
9.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中
所述晶体分子包含与所述配向结构接触设置的第一多个晶体分子和设置在所述第一多个晶体分子上方的第二多个晶体分子，
所述第一多个晶体分子的轴的取向由所述配向结构限定，和
所述第二多个晶体分子的轴的取向以螺旋方式扭曲。
10.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中
所述固体晶体包含手性有机晶体分子或掺杂有手性掺杂剂的有机晶体分子。
11.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述固体晶体包含多个具有晶界的晶粒，并且至少一个晶粒经其上设置所述固体晶体的所述配向结构至少部分地配向。
12.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述固体晶体通过基于热的切换、基于偏振的切换或基于光敏的切换中的至少之一在无定形状态和配向的晶体状态之间是可切换的；和/或优选地其中所述固体晶体是单轴或双轴各向异性的。
13.根据任何前述权利要求所述的光学元件，其中所述固体晶体包含以下中的至少之一：
饱和或不饱和多环烃，包括蒽、并四苯、并五苯、蒽的衍生物、并四苯的衍生物或并五苯的衍生物中的至少之一；
氮、硫和氧杂环；
喹啉、苯并噻吩或苯并吡喃；
弯曲和不对称并苯，包括菲、菲咯啉、芘、荧蒽、菲的衍生物、菲咯啉的衍生物、芘的衍生物或荧蒽的衍生物中的至少之一；
2,6-萘二甲酸、羧酸2,6-二甲酯晶体分子、2,6-萘二甲酸的衍生物或羧酸2,6-二甲酯晶体分子的衍生物；或
联苯、三联苯、四联苯或苯乙炔，或联苯、三联苯、四联苯或苯乙炔的衍生物，包括具有烷基基团、氰基基团、异硫氰酸酯基团、氟、氯或氟化醚的取代物。
14.一种固体晶体，所述固体晶体包含：
晶体层，所述晶体层的晶体取向沿至少一个平面内方向变化，折射率在1.6-2.6的范围内，并且光学各向异性大于或等于0.1。
15.根据权利要求14所述的固体晶体，其中所述晶体层是单晶层或多晶层；和/或优选地其中所述晶体层是包含至少一种多环芳族烃或多环芳族烃衍生物的有机固体晶体层；和/或优选地其中所述晶体层是包含含有环结构体系和两个末端基团体系的分子的有机晶体层；和/或优选地其中所述晶体层是包含结晶聚合物的有机晶体层，所述结晶聚合物具有包括芳族烃、杂芳烃基团或其衍生物的前体；和/或优选地其中所述晶体层是包含粘结剂的有机晶体层，所述粘结剂由具有脂族基团、杂脂族基团、芳族烃基团或杂芳烃基团的无定形聚合物中的至少之一形成。
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