CN116381833A - 具有区折叠超表面的光学设备 - Google Patents
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Abstract
具有区折叠超表面的光学设备。本发明公开了一种光学组合器，该光学组合器包括第一层，该第一层具有结构的周期性二维布置，该结构被布置成对于目标波长的输入信号支持共振，其中该结构具有第一折射率。第二层在该第一层上覆盖该结构，其中该第二层包括具有第二折射率的第二材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该第一层上的该输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
Description
背景技术
汽车平视显示器(HUD)以方便且安全的方式向驾驶员提供实时信息。参考图1中的示意图，车辆的HUD系统10包括介于外部挡风玻璃玻璃层14和内部挡风玻璃玻璃层16之间的光学组合器12。包括光源(诸如激光器或LED)的投影仪18发射以选定倾斜入射仰角θ入射在光学组合器12的第一表面13上的偏振窄带红光20、绿光22和蓝光24。光学组合器12的第一表面13以镜面反射方式将红色/绿色/蓝色(RGB)光朝向观察者(车辆驾驶员)的眼睛26反射以创建期望虚拟图像。虽然对于处于仰角θ的窄带偏振RGB光20、22、24为高度反射的，但组合器12也应当对于入射在其第二表面15上的非偏振宽带环境光28为高度透射的以提供对于由观察者26通过挡风玻璃观察的外部视图的高透明度。
组合器12应当对于通过挡风玻璃到来的光为高度透射的，除了处于由投影仪发射的红色、绿色和蓝色波长附近的三个选择性波长的在小但有限的角度内的光之外。需要用于HUD显示器组合器的低成本且可大量生产的材料，该材料可提供针对处于倾斜入射仰角的偏振输入信号的窄带反射和非偏振环境光的高度透射。
发明内容
传统衍射光栅是角度依赖性的，这意味着随着输入信号的入射角改变，输出信号的共振波长也改变。为了减小来自衍射光栅的反射共振的角变化，可控制共振的光谱线宽度，从而产生具有较宽峰值的较宽波长带。在一些示例中，这种差的角容差可降低衍射光栅的宽带透射并且改变输出信号的色调。
在一个方面，本公开涉及一种光学设备，该光学设备使用周期性结构的扰动的布置以使共振效应的角响应平坦化，同时提供窄波长反射共振。在一些示例中，与常规衍射光栅相比，扰动的结构可通过较窄反射带在期望入射角下产生带输出信号。
在一些示例中，光学设备包括光学组合器，该光学组合器包含具有第一折射率的材料的第一结构化层。第一结构化层包括具有结构的周期性二维布置(诸如凹陷阵列)的结构化表面。具有第二折射率的材料的第二层覆盖结构化表面并且占据结构中的每一者的体积的至少大部分。在587.5nm下测量的第一折射率与第二折射率之间的差值小于约1.5。对于以大于约20°(±1°)的倾斜仰角入射在结构化表面上的偏振或非偏振光，光学组合器可提供具有一个或多个不同窄带反射峰值(其各自具有大于约50％的平均反射)的输出信号，并且输出信号中的平均反射峰值可在仰角的±10°或±5°或±3°的范围内提供。
本公开的光学组合器利用廉价和广泛可用的材料，并且可使用例如辊对辊制造过程以相对较低成本较大规模地制造。
在一个方面，本公开涉及一种光学组合器，该光学组合器包括第一层，该第一层具有的结构的周期性二维布置，该结构被布置成对于目标波长的输入信号支持共振，其中该结构具有第一折射率。第二层在该第一层上覆盖该结构，其中该第二层包括具有第二折射率的第二材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该第一层上的该输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
在另一个方面，本公开涉及一种用于车辆的挡风玻璃，该挡风玻璃包括外部玻璃层、内部玻璃层，以及该外部玻璃层与该内部玻璃层之间的光学组合器膜。该光学组合器膜包括第一层，该第一层具有结构的周期性二维布置，该结构被布置成对于目标波长的输入信号支持共振，其中该结构具有第一折射率；和第二层，该第二层在该第一层上覆盖该结构，其中该第二层包括具有第二折射率的第二材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该第一层上的该输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
在另一个方面，本公开涉及一种平视显示器(HUD)系统，该HUD系统包括具有处理器的计算机，该处理器生成包括HUD显示数据的输出；和投影仪单元，该投影仪单元与该计算机介接，其中该投影仪单元包括激光器，该激光器将窄带红色/绿色/蓝色(RGB)输入信号发射到挡风玻璃上以用于由观察者显示。该挡风玻璃包括外部玻璃层、内部玻璃层，以及该外部玻璃层与该内部玻璃层之间的光学组合器膜。该光学组合器膜包括第一层，该第一层具有结构的周期性二维布置，该结构被布置成对于目标波长的输入信号支持共振，其中该结构具有第一折射率；和第二层，该第二层在该第一层上覆盖该结构，其中该第二层包括具有第二折射率的第二材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该结构的周期性布置被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该第一层上的该RGB输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
在另一个方面，本公开涉及一种光学组合器膜，其包括由覆盖层覆盖的结构化层。该结构化层包括规则重复凹陷的周期性晶格，其中该凹陷的晶格具有扰动的六边形单元格，并且其中在587.5nm下测量的该结构的折射率与该覆盖层的折射率之间的差值小于约1.5。该周期性晶格被配置为使得该光学组合器膜对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该结构化层上的输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
在另一个方面，本公开涉及一种用于制造光学组合器膜的方法。该方法包括在聚合物支撑膜上形成第一层，其中该第一层包括凹陷的周期性布置，并且具有扰动的六边形单元格布置，并且其中该第一层包括具有第一折射率的材料；以及在该第一层上施加覆盖层，其中该覆盖层包括具有第二折射率的材料，并且其中在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率之间的差值小于约1.5。该第一层中的该结构被配置为使得该光学组合器膜对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该第一层上的输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
在另一个方面，本公开涉及一种光学组合器，包括：具有第一折射率的第一材料的第一结构化层，其中该第一结构化层包括结构的第一周期性二维布置，该结构被布置成对于第一目标波长和第二目标波长的输入信号支持共振；和具有第二折射率的第二材料的第二结构化层，其中该第二结构化层包括结构的第二周期性二维布置，该结构被布置成对于不同于该第一目标波长和该第二目标波长的第三目标波长的输入信号支持共振，其中该第一结构化层和该第二结构化层堆叠在彼此上，使得入射在该第一结构化层上的光通过该第一结构化层和该第二结构化层连续衍射。该第一结构化层和该第二结构化层封装在具有第三折射率的第三材料中，使得在587.5nm下测量的该第一折射率和该第二折射率中的每一者与该第三折射率之间的折射率差值小于约1.5。该第一结构化层和该第二结构化层中的该结构被配置为使得该光学组合器对于从空气以大于约20°的倾斜仰角入射在该结构的第一周期性布置上的输入信号产生具有三个反射峰值的输出信号，其中该三个反射峰值具有在该仰角的±5°范围内大于约50％的平均反射。
本发明的一个或多个实施方案的细节在以下附图和说明书中示出。从说明书和附图以及从权利要求中本发明的其他特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
图1是用于在车辆中使用的平视显示器(HUD)的示意性横截面图。
图2是示出加宽反射峰值以使得衍射光栅能够在较宽角范围内起作用的常规方法的一系列曲线图。
图3是示出用于通过提供处于选定倾斜角的平坦反射带来改进周期性结构的角容差的本公开的方法的一系列曲线图。
图4A至图4B包括示出了适用于在诸如HUD和AR的设备中使用的理想化光学组合器的示意图和反射率曲线图。这些设备的光谱要求是宽带透射和急剧共振反射。
图4C至图4D包括示出了在HUD和AR应用中，光学组合器的角响应应为足够宽容的以使得共振分散小于视场(FoV)内的线宽Δθ的示意图和反射率曲线图。
图5示出了对于对称性保护动量的区折叠平坦的连续体中的准约束状态(QBIC)带。图5A示出了目标结构的实际空间几何形状，该目标结构由被蚀刻并填充有具有较低折射率nL的材料的具有折射率nH的平板构成。晶格在扰动采取值δ＝0时具有六边形对称性(针对选择
)并且否则具有矩形对称性。
图5B是图5A中的设备的倒易晶格，描绘了未扰动FBZ的不同区域在扰动时如何折叠到FBZ中。未装填点是指未扰动晶格中的高对称性点，而装填点是指扰动的晶格中的点。
图5C是示出针对有限厚度的平板的TE模式(其特征在于Hz)的示例性带图，示出了在K个点折叠在Γ和Mx′个点之间的情况下定位的平坦带。红色虚线示出了以θop入射的光的光线。浅阴影区域对应于约束模式(在光线下)，而白色区域和暗阴影区域对应于其中分别支持一个和多于一个衍射模式的辐射连续体。
图5D示出了对于K点模式折叠通过改变比率ay/ax而变得可能的情况的控制。图5C至图5D使用2D平面波展开方法来计算，其中平面外尺寸的影响通过使用n＝2.2的有效折射率来近似。
图6A是实施例1的光学组合器的超表面和激发几何形状的示意图，其中TiO2层的厚度＝120nm。
图6B示出了实施例1的光学组合器的设计，其中ax＝231nm，ay＝386nm，D＝143nm，并且δ＝66nm。
图6C是图6B的已制造超表面的顶部透视图的SEM照片，其中没有封盖聚合物层(图6A中的120)。比例尺为300nm。
图6D至图6E是光栅的模拟颜色编码透射光谱相对于p偏振和s偏振的入射偏振的仰角θ和波长的曲线图，并且图6F至图6G是图6D至图6E的实验测量版本。
图6H是在三个选定角下的实施例1的超表面的实验测量的p偏振透射光谱的曲线图。
图6I是通过面板6D-E中的标测图的光谱平均值获得的实验测量的非偏振平均透射相对于仰角θ的曲线图。
图6J是在仰角θ＝58°下的实施例1的超表面的实验测量反射和透射光谱相对于波长的曲线图。
图7A是实施例2的光学组合器的实际空间晶格的图，其具有以角α1,α1+90°,α2,α2+90°旋转的具有尺寸45×110nm的四个矩形孔口。平板具有高度H＝180nm并且晶格常数是ax＝240nm和ay＝277nm。
图7B是实施例2的设备的对于非正常准动量kc的区折叠的倒易晶格视图。
图7C至图7D分别是针对具有α1＝45°和α2＝0°的设备的右圆形偏振(RCP)光和左圆形偏振(LCP)光的蓝色区域中的反射率的计算曲线图。
图8A是包括级联结构化表面的本公开的光学组合器的实施方案的示意图，每个结构化表面包括凹陷的扰动的二维布置。
图8B是图8A的处于级联配置的结构化表面中的一者的倾斜入射角下的0阶反射率的曲线图，其中凹陷的布置被配置为提供具有两个共振峰值的输出信号。
图8C是图8A的处于级联布置的结构化表面中的一者的倾斜入射角下的0阶反射率的曲线图，其中凹陷的布置被配置为提供具有单个共振峰值的输出信号。
图8D是以倾斜入射角入射在图8A的光学组合器的组合级联结构上的TM偏振光的0阶反射率的曲线图。
图8E是图8A的光学组合器的0阶反射率的曲线图。
图8F是图8A的光学组合器的0阶透射率的曲线图。
图9A是用于制造本公开的超表面的过程的实施方案的示意图，该超表面包括凹陷的扰动的周期性布置。
图9B是用于制造本公开的超表面的过程的实施方案的示意图，该超表面包括凹陷的扰动的周期性布置。
图10是光学组合器膜的示意性横截面图，该光学组合器膜可层压在玻璃片之间以形成用于车辆或飞行器的挡风玻璃构造。
图11A至图11B是用于测量透射(图11A)和反射(图11B)的实施例1中使用的实验设置的示意图。在图11A至图11B中，F1、F2是具有焦距f＝10cm的透镜，LP表示线性偏振器，BS1、BS2是分束器，并且CCD是相机。
在这些附图中，类似的符号表示类似的元件。
具体实施方式
再次参考图1，如果入射在光学组合器12上的输入信号包括窄频率通道(例如，具有窄线宽Δλ＜＜λ的三个波长λ红色±Δλ、λ绿色±Δλ和λ蓝色±Δλ)的离散集合，分束器的响应可被改造为光谱选择性的以使得ηart(λ红色，绿色，蓝色)≈1，但在所有其他波长下为0。以此方式，外部信息的总体效率也可大约为一，
例如，引导模式共振(GMR)滤波器可被配置为经由波纹深度在共振的带宽Δλ内产生稳健命令(较深波纹增加Δλ)。然而，在常规GMR滤波器中，除了光谱选择性之外，引导模式的分散ωres(k)还赋予强角选择性，使得针对特定频率ω，反射率仅在满足ω＝ωres(k)的单个波矢量k下满足R(ω,k)≈1。
参考图2，对于非正常入射角，常规衍射光栅的分散具有近似形式ωres(k)＝ω0+vgk，其中ω0是正常入射下的共振频率并且vg≈c/neff是引导模式的组速度(c是真空中的光速并且neff是引导模式的有效指数，具有阶一)。因此，对于共振线宽度Δω＝ω0/Q(其中Q是表征光谱选择性的Q因子)，GMR的角容差(本文定义为其中反射是最大反射的至少50％的角范围的宽度)为Δθ≈neff/Q。
在诸如GMR滤波器的常规衍射光栅结构中，需要宽光谱带宽以具有大视场(FoV)，这与高ηext所期望的窄带宽直接冲突。另选地，FoV可通过非周期性图案化以使得共振频率在空间上偏移以抵消角依赖性来扩展。然而，对于制造可行性和安装公差两者，周期性结构是高度优选的以用于与可扩展方法(诸如辊对辊制造和纳米压印光刻等)兼容。
现在参考图3，本公开的光学组合器利用第一结构化层，该第一结构化层具有结构的周期性二维布置，该结构被布置成对于目标波长的输入信号支持共振。第一结构化层被第二层覆盖，并且第一层和第二层的折射率之间的差值小于约1.5，如在587.5nm下测量的。结构的周期性布置被配置为使得光学组合器对于从空气以大于约20°的倾斜角入射在第一层上的输入信号产生具有反射峰值的输出信号，其中该反射峰值具有在目标波长的±10°范围内大于约50％的平均反射。在本申请中，平均反射测量不包括来自邻接表面或层(诸如玻璃层)的菲涅耳反射。
在一些示例中，第一层中的结构是连续体中的准约束状态(QBIC)结构，其产生可通过对称性降低扰动而不是GMR设备中利用的波纹深度来精确地控制的共振。除了对称性控制的Q因子之外(针对扰动δ的量值遵循Q∝1/δ2)，QBIC具有能够反映任何期望偏振的对称性控制的偏振依赖性，并且平坦光学滤波器的偏振控制甚至扩展到圆形偏振状态的操纵。在一些示例中，QBIC也与高指数对比度系统兼容，在这种情况下，大型平面内布拉格散射可产生具有增加的角容差(减小的角选择性)的平坦带结构。
具体地，QBIC通常通过具有抛物线带结构而被良好近似，遵循二阶Taylor展开ωres(k)≈ω0+b(k-kc)2/2，其中kc是一阶导数消失的动量并且b是具有单位m2/s的Taylor展开系数。在这种情况下，当在θop＝sin-1(kcc/ω0)附近操作时，共振反射率的角容差具有形式
因此，不仅角容差通过Q因子(Q-1/2而不是Q-1)更加有利地缩放，参数b还提供管理角选择性和光谱选择性之间的折衷的独立自由度，并且可在若干数量级内变化(与neff相比)。
不幸的是，通过对称性，一阶导数消失的动量kc(通常对应于带边缘模式)在常规上限于正常入射kc＝0，或在第一Brillouin区(FBZ)的边缘处kc＝±π/a(其中a是晶格常数)。前者将需要在正常入射下操作，这对于光学组合器是禁止的，并且后者在光线下(在这种情况下，模式被约束并且无法共振反射光)或衍射线上方(在这种情况下，寄生衍射级将加大地减小ηart并且潜在地引入使外部信息失真的不需要的衍射彩虹效果)存在。两个不相关q-BIC之间的“意外”模式混合可在任意kc下打开带隙，但(i)所得带不依赖于布拉格散射而是依赖于模式耦接的强度，并且因此b可能不是任意小的，(ii)现象依赖于两种模式之间的“意外”对准，从而减小从设计和实际(制造)视点来看的稳健性，(iii)它固有地需要附加共振的存在，从而减小
并且(iv)它增加对QBIC的线宽和偏振特性的控制的复杂性。相反，直接根据对称性考虑控制kc的解决方案将会解决这些限制，同时引起光谱分离QBIC在使用寿命和偏振控制方面的优势。
本公开的光学组合器利用基于晶格扰动的区折叠方法，其提供了对带边缘模式的Q因子、偏振态和操作角的稳健控制。在本公开的结构化层中的结构的布置中，非矩形晶格被转变成矩形晶格，并且FBZ的边缘处的布拉格局部模式被折叠到FBZ内的非零动量，其值由晶格的离散平移对称性固定。通过在与入射平面正交的方向上拉伸或压缩晶格，可调谐动量并且因此调谐该频带边缘模式的入射角。
由于与正常入射激发相比，入射角破坏系统的倒置对称性，因此带边缘QBIC与外在手性兼容并且从而提供将为任何椭圆偏振(包括全圆形二色性)的共振偏振态的选择性。由于区折叠QBIC是周期性的、在尺寸上为亚波长的，并且具有宽带透射行为，因此这些结构为投影光学组合器和其他AR显示器提供可扩展平台，其具有关于外部信息的保真度以及输入信号的效率和FoV的最小损害。
如图4A的示意图所示，当在光学设备诸如平视显示器(HUD)系统的光学组合器部件中使用时，本公开的结构化表面或级联超表面集合以镜面反射方式发射多达三个选定波长(例如，红色、绿色和蓝色)。在一些示例中，在HUD中，结构化表面拒绝仅在这些带中的外部信息(由宽带光表示)，同时覆盖由HUD中的投影仪投影的信息(其汇合到达用户)。图4B示出了针对选定波长的操作角θop下的特征反射光谱。
图4C示意性地描绘了在示例性系统中的利用本公开的结构化表面的光学组合器的角响应，其中信息通过HUD由用户以仰角θop为中心进行查看但具有由角Δθ对向的极值。在图4D中对应地描绘了针对HUD图像的全FoV利用本公开的结构的光学组合器的性能，其中共振峰值的光谱偏移小于其线宽，从而在所有操作角上维持增强反射率。在图4D中未描绘在正交方向上的相同要求。
在一些示例中，为了避免来自从空气-玻璃界面的直接反射的双图像，HUD系统的外部界面应当具有抗反射涂层。在一些示例中，操作仰角θop应当处于或接近布鲁斯特角(大约58°)，从而要求p偏振光由HUD发送并且由超表面共振地反射。
图5A示出了施加到六边形光子晶体的扰动如何可产生矩形晶格的示例。图5A中的虚线六边形表示未扰动晶格的单元格，而实线矩形表示扰动的结构的单元格。图5A所示的示例性扰动(其不旨在是限制性的)使晶格的每隔一行竖直偏移距离δ，并且布置在这种类型的阵列中的扰动的结构可用于通过TM(横向磁)(p偏振)光激发结构的目标TE(横向电)或s偏振晶格。在本申请中，TE偏振光的特征在于其电场垂直于入射平面。对于TE偏振光，磁场(始终垂直于各向同性材料中的电场)因此处于入射平面中。
在图5B中描绘了倒易空间中的扰动的结果，其中通过平移扰动的结构的倒易晶格矢量将未扰动FBZ(虚线六边形)的区折叠到扰动的FBZ(实线矩形)中。在图5B中，在未扰动FBZ中的K个点处的模式(其中布拉格散射在六边形晶格中最大)已折叠到远离Γ点的点kc和远离扰动的FBZ的边缘的kf。在本申请中，k点是指材料的FBZ中的采样点，即最接近原点(0,0,0)(Γ点)的倒易空间的特定区域。
因此，如此类扰动的设备的图5C的示例性带图所示，平坦带以kc居中远离Γ点。在这种情况下，操作角使得入射光的光线(被示为图5C中的以ω0居中的虚线)，
其中k0＝2π/λ，处于ω0(共振频率处于kc)时与平坦带相交。对于给定晶格，此操作角显然由共振频率固定。然而，在y方向ay上的晶格常数与在x方向ax上的晶格常数的比率f＝ay/ax可用作用于调谐kf的单独自由度。我们注意到六边形情况对应于
具体地，我们发现了在该更一般的情况下，距离kf满足
图5D示出了针对f的各种选择的沿Γ-Mx′方向的带结构，从而示出kf以及因此kc的宽可调谐性。由于kf随着f生长而变得更小，因此kc＝π/ax-kf＝π/ax生长。换句话说，通过使晶格在y方向上拉伸距离δ，其中δ大于0且小于ay/2(增加实际空间中的尺寸)，平坦带模式的角增长(增加倒易空间中的尺寸)。
如图6A所示，本公开的光学组合器100的实施方案包括具有第一折射率的材料的第一结构化层102。结构化层102包括具有大体柱形凹陷106的周期性布置105的表面103。具有第二折射率的材料的第二层120覆盖表面103并且至少基本上占据凹陷106中的每一者的体积。在587.5nm下测量的第一折射率与第二折射率之间的差值小于约1.5。
入射在结构106上的光可以是偏振的或非偏振的。例如，入射在结构106上的输入信号115可以是横向磁(TM)偏振(p偏振)光或横向电(TE)偏振(s偏振)光。输入信号115以大于约20°(±1°)、大于约30°、大于约40°或大于约50°的倾斜仰角θ入射在第一结构化层102的结构106上。在一些示例中，倾斜入射仰角θ为约40°至约80°、约50°至约70°、约50°至约60°、约55°至约60°或约58°。
在一些示例中，输入信号115可以是偏振窄带信号，诸如具有红色、绿色和蓝色(RGB)可见波长的信号。在一些示例中，偏振RGB输入信号包括波长为约620nm至约720nm的红色带、波长为约500nm至约570nm的绿色带，以及波长为约460nm至约500nm的蓝色带。
在一些示例中，图6A的光学组合器100的输出信号的不同窄带反射峰值可被配置为提供大于约50％、或大于约70％、或大于约80％、或大于约90％的平均反射。光学组合器100在选定仰角信号θ的±10°、或±5°、或±3°的范围内提供输出信号中的平均反射峰值。在一些示例中，光学组合器100可在约400nm至约700nm、或约700nm至约2微米(μm)的波长范围内产生反射峰值。
在一些示例中，光学组合器100可在约-5°至约5°、或约-3°至约3°的方位角
(图6A)的范围内提供输出信号中的反射峰值。
为了在诸如HUD的应用中提供良好光学性能，合适光学组合器100应当在仰角θ和方位角
两者的期望范围内提供期望输出信号反射峰值。然而，由于方位角/>
以0°为中心，因此在一些示例中，仰角θ可对角偏移更敏感，并且因此对本公开的讨论聚焦于仰角θ。在本公开中，除非对角的引用具体地指出角是方位角或角/>
否则所指的角为仰角θ。
在一些示例中，针对以任何角度的入射角入射在结构化表面上的约400nm至约700nm的波长范围内的非偏振光的波长范围内的透射光，光学组合器100具有小于约1％的雾度。
在另一个示例中，针对以任何入射角入射在结构化表面上的约400nm至约700nm的波长范围内的非偏振光，光学组合器100具有小于约10％的反射。
在一些示例中，第一结构化层102是折射率小于约3的材料。在一个示例中，第一结构化层102包括但不限于诸如二氧化钛(TiO2)的材料，其具有折射率n＝2.4。用于第一结构化层102的其他合适材料包括氧化锆或二氧化钛填充的丙烯酸酯树脂，其例如可经由涂覆来沉积；以及金属氧化物、氮化物和氮氧化物，包括Si、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta或Ce的氧化物、氮化物和氮氧化物，其可为蒸气沉积的。由于硅是类金属，因此氧化硅、氮化硅和氮氧化硅分别被认为是金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物。在一些情况下，二氧化钛(TiO2)对于涉及可见光的光学应用可以是优选的。
在一些示例中，第一结构化层102的厚度小于约500nm、或小于约200nm、或小于约180nm、或小于约120nm。
在一些示例中，第二层120可以是具有被选择以提供小于约1.5的折射率差值的折射率的聚合物材料。在一些示例中，第二层120可以是具有被选择以提供小于约1.5的折射率差值的折射率的聚合物材料。合适的示例包括但不限于聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚酯、聚酰亚胺以及它们的混合物和组合。
在一些示例中，覆盖在第一结构化层102上的结构106的第二层120可以是折射率小于3的材料，例如，TiO2或上文列出的任何其他材料，并且第一结构化层102可以是具有被选择以提供小于约1.5的折射率差值的折射率的聚合物材料。
在一些实施方案中，第一结构化层102、第二层120或两者可驻留在一个或多个任选支撑层104上或其间。在不旨在是限制性的一些示例中，任选支撑层104可由任何合适光学材料制成，包括玻璃、聚合物材料诸如丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COP)、聚碳酸酯(PC)以及多层聚合物光学膜。支撑层104可包括相同或不同材料的单个或多个层。
第一结构化层102中的结构105的周期性布置可取决于光学组合器的预期应用而广泛变化，并且结构106可具有能够将输入光115分离成选定分量波长的任何形状、大小和间距。在图6A的示例中，第一结构化层102中的周期性布置包括规则重复的柱形凹陷106的晶格105。
如图6B至图6C中详细示出的，凹陷106的晶格105包括被扰动以形成矩形单元格的六边形单元格布置。表面103中的扰动的凹陷晶格所具有的在未扰动凹陷晶格的平面中在第二(y)方向上的晶格常数ay与在未扰动凹陷晶格的平面中在第一(x)方向上的晶格常数ax的比率为r(3)1/2，其中尺寸因子r为约0.8至约1.2。在一些示例中，ax和ay小于约500nm，或ax小于约300nm并且ay小于约400nm。扰动的晶格105包括在表面103的平面中沿第一(x)方向布置成行的柱形凹陷106，并且其中柱形凹陷的每隔一行在表面103的平面中在第二(y)方向上横向偏移约1nm至约100nm、或约50nm至约75nm的距离δ。
在一些示例性实施方案中，横向距离δ为约1nm至约100nm，并且ax和ay小于约500nm，或δ为约50nm至约75nm，其中ax小于约300nm，并且其中ay小于约400nm。
在各种示例性实施方案中，柱形凹陷106的直径D小于约200nm或小于150nm。
在图7A至图7B所示的另一个实施方案中，图6A的第一结构化层102的区折叠超表面103中的周期性布置包括规则重复的矩形凹陷126的晶格125。凹陷126的晶格125包括被扰动以形成矩形单元格的六边形单元格布置，并且表面103中的矩形凹陷的扰动的晶格具有在未扰动凹陷晶格的平面中在第二(y)方向上的晶格常数ay和在未扰动凹陷晶格的平面中在第一(x)方向上的晶格常数ax。在一些示例中，ay和ax各自小于约300nm，或ay＝277nm并且ax＝240nm。
在一些示例中，矩形凹陷126具有约100nm至500nm的长度和约20nm至50nm的宽度，或约100nm至200nm的长度和约30nm至约50nm的宽度。
如图7A所示，在晶格125中，每隔一行偏移距离δ＝L-W，其中L＝矩形凹陷的长度，并且W＝矩形凹陷的宽度，其中δ为约1nm至约100nm或约50nm至约75nm。与图6中的设备相比，晶格125现在沿x方向加倍，并且现在结合矩形凹陷126的两个集合。在一行中，矩形凹陷126以角α1和α1+90°进行取向，使每隔一个凹陷交替。在相邻行中，凹陷126狭缝以角α2和α2+90°进行取向，其中α1≠α2。在一些示例中，α1＝45°并且α2＝0°。
在图7B中示出了对应区折叠，再次示出了状态远离Γ点从未扰动FBZ的边缘折叠到非零准动量kc。
在另一个示例中，结构化层包括级联布置，其中多个周期性结构堆叠在彼此上，使得入射光连续地与周期性结构相互作用。例如，堆叠中的第一周期性结构可被配置为支持双共振，并且堆叠中的第二周期性结构可被配置为支持单共振。例如，包括被配置为支持双共振的第一凹陷布置的第一结构化表面可堆叠在被配置为支持单共振的第二凹陷布置上方的预定距离处。
如图8A中示意性地示出，光学组合器150包括具有第一表面153的第一结构化层152，该第一表面包括被配置为支持双共振诸如绿色蓝色(GB)的周期性结构155的布置。第二结构化层162包括具有周期性结构165的第二布置的第二表面163，该第二布置被配置为支持单共振诸如红色(R)。
第一结构化层152和第二结构化层162中的结构是柱形凹陷156、166的规则重复晶格，类似于图6B至图6C所示的那些。晶格155、165包括被扰动以形成矩形单元格的六边形单元格布置。表面153、163中的扰动的凹陷晶格所具有的在未扰动凹陷晶格的平面中在第二(y)方向上的晶格常数ay与在未扰动凹陷晶格的平面中在第一(x)方向上的晶格常数ax的比率为r(3)1/2，其中r为约0.8至约1.2。在一些示例中，ax和ay小于约500nm，或ax小于约300nm并且ay小于约400nm。
扰动的晶格155、165包括在表面153、163的平面中沿第一(x)方向布置成行的柱形凹陷106，其中柱形凹陷的每隔一行在表面103的平面中在第二(y)方向上横向偏移约1nm至约100nm、或约50nm至约75nm的距离δ。
在一些示例性实施方案中，横向距离δ为约1nm至约100nm，并且ax和ay小于约500nm，或δ为约50nm至约75nm，其中ax小于约300nm，并且其中ay小于约400nm。
在各种示例性实施方案中，柱形凹陷106的直径D小于约200nm或小于150nm。
在不旨在是限制性的一个示例中，为了形成双共振BG滤波器，第一结构化层152包括布置成行的柱形凹陷156，使得ax＝187.5nm，ay＝315nm，Dx＝125nm，Dy＝155nm，δ＝25nm，并且层厚度为208nm。为了形成单个共振R滤波器，第二结构化层162还包括布置成行的柱形凹陷166，使得ax＝250nm，ay＝420nm，Dx＝Dy＝180nm，δ＝60nm，并且层厚度为100nm。层152、162在封装层(图8A中未示出)中定位成以500nm的距离ds分开，使得封装材料基本上占据柱形凹陷156、166的体积。第一结构化层152和第二结构化层162及封装层的折射率具有小于约1.5的折射率差值。
如上文相对于图6A至图6C的实施方案所讨论的，层152、162可由折射率小于约3的材料(诸如TiO2)制成。封装层可以是折射率被选择以提供相对于层152、162的折射率的小于约1.5的折射率差值的聚合物材料。在一些示例中，封装层350可以是介电材料诸如TiO2，并且层152、162可由聚合物材料制成，该聚合物材料的折射率被选择以提供介电材料与聚合物材料之间的小于约1.5的折射率差值。
现在参考图8B的曲线图，在倾斜入射仰角θ＝55°-61°的范围内的0阶反射光谱针对图8A的第一结构化层152进行绘制，并且示出了在457nm和530nm处的不同峰值。图8C示出了针对图8A的第二结构化层162绘制的在倾斜入射仰角θ＝55°-61°的范围内的0阶反射光谱，并且示出了在630nm处的峰值。
如图8D中的倾斜入射下的TM偏振光的反射率的曲线图所示，图8A的光学组合器150包括结构化层152、162两者，其提供具有三个共振峰值的输出信号。在图8E和图8F中分别示出了光学组合器150的0阶反射和透射光谱。
通过改变形成超表面的结构的基本参数(诸如高度和占空比)，可调谐反射输出信号的共振频率。通过改变对称性降低扰动δ的量值，所得共振状态的线宽遵循Q∝1/δ2。例如，在图5至图6的设备中，δ被实现为圆孔的横向偏移，而在图7中的设备中，其是δ＝L-W。设备的操作角然后由未干扰晶格尺寸的比率f＝ay/ax所控制的折叠准动量kc设置。通过添加附加自由度，偏振态可任意改变，包括表现出全圆形二色性。
利用带边缘模式的零一阶分散尤其适用于在大入射角范围内需要窄带反射特征的应用。因为带边缘模式由于设备的周期性(断开连续平移对称性)而源于模式混合(开放带隙)，所以其具有由周期性设备的对称性(离散平移对称性)确定的明确定义的动量特性。扰动高对称性晶格可用于选择耦接到此模式的自由空间的动量。虽然带边缘模式可通过改造若干模式的模式混合以常规方法中的任意角存在，但在本公开的设备中，这种功能以对称性保护方式实现。也就是说，对于宽参数范围，在期望操作角附近将存在平坦带模式，而不需要若干不相关模式的任何精确对准。可在给定折射率对比度系统的任何操作角下访问最大布拉格局部模式(例如，六边形晶格的K个点)。
本公开中采用的基于对称性的扰动方法也可相对于宽带特征有用：仅窄带特征存在于可见光谱区域中，从而使对大部分可见光的响应透明且不失真。在一些示例中，除了HUD之外，本公开的光学组合器还可用于诸如AR显示器的应用，其中需要外部信息的高清晰度和可见性。本公开的超表面提供在大角范围内产生增强反射的窄光谱特征，其对于在投影AR显示器中叠加人工信息可能是期望的。虽然在大多数情况下，横向磁(TM或p偏振)光是特别感兴趣的(使得布鲁斯特角可用于消除源于从空气-玻璃界面的反射的双图像)，但本公开的非局部超表面可控制这些区折叠QBIC结构的偏振态，从而提供光学设计的附加灵活性。
这些长期状态的增强光-物质相互作用使本公开的光学组合器可用于各种各样的应用。例如，使用带边缘QBIC(在正常入射下存在)的热发射改造可用于产生紧凑光源，并且本发明方法可通过使得能够取决于光方向进行具有不同偏振态的非正常带边缘模式的直接改造来增强这些概念。由q-BIC提供的增强光-物质相互作用也可用于产生由电光或热方法调谐的有源设备，其中带边缘模式的定位可使更紧凑设备成为可能。类似地，诸如生物感测和非线性光学器件的应用受益于长期状态和定位。本公开的光学组合器可扩展到选择的任何线宽、非正常操作角和偏振。
本公开的区折叠超表面具有对称性控制的标量和矢量性质。用于形成超表面的扰动方法引入了具有按需对称性控制的线宽、操作角和共振偏振态的窄带特征。在一些示例中，所得设备提供超越常规设计的具有增加角容差的窄带信息的增强反射，同时使宽带响应的大部分未失真且高度透射。周期性结构中的特征的这种组合独特地适合作为AR应用的可扩展解决方案(与辊对辊制造兼容)。
现在参考未按比例绘制的图9A的示意图，在另一个方面，本公开涉及用于制造以上所示的光学组合器的方法200。在方法200中，在步骤202中，通过电子束蒸发，在其上施加有TiO2层206的玻璃层204上施加金属(诸如铬)层208。将电子束抗蚀剂层210旋涂在Cr层208上。
在步骤212中，将电子束抗蚀剂层210在选定区域中暴露于电子束以形成适于产生区折叠超表面的图案214。在步骤216中，在开发之后，经由干式蚀刻过程将图案214转移到Cr层208。在步骤216中，经由干式蚀刻将图案214转移到TiO2层206以形成凹陷224，并且经由湿式蚀刻过程移除Cr层208的残留部分。
如步骤220所示，然后将聚合物层230旋涂到TiO2层206上，并且该聚合物层填充其中的凹陷224。
在图9B所示的另一个实施方案中，用于制造光学组合器的方法250包括提供结构化聚合物膜254的步骤252，该结构化聚合物膜包括适合于产生区折叠超表面的凹陷258的图案256。聚合物膜254可通过用于形成凹陷258的各种各样的技术(包括蚀刻、激光钻孔、通过金属工具的微复制和它们的组合)来结构化。
如步骤260所示，可将结构化聚合物膜254涂覆有介电材料(诸如TiO2)的封装层270，使得介电材料占据凹陷258。
可在介电层270上或聚合物膜254上添加一个或多个任选支撑层(图9B中未示出)。
如图10所示，在另一个方面，本公开涉及光学组合器膜300，该光学组合器膜包括一个或多个任选支撑层304、具有凹陷312的图案310的结构化层302，以及覆盖件或封装层320。在一些示例中，组合器膜300可使用辊对辊过程以相对较低的成本制造，并且可容易地制造或切割成用于在光学显示器、车辆挡风玻璃等中使用的大格式。
再次参考图10，在一些示例中，光学组合器膜300可层压在玻璃层350A、350B之间以形成用于在车辆、飞行器等中使用的挡风玻璃构造360。在一些示例中，光学组合器膜300可层压到玻璃层350A、350B中的任一者，或者甚至可层压到挡风玻璃的靠近车辆或飞行器操作者的内表面。
如图1中示意性地示出的，挡风玻璃构造360可合并到用于在车辆、飞行器等中使用的平视显示器(HUD)系统中，或者可用作AR设备中的光学系统的部件。
现在将在以下的非限制性实施例中进一步描述本公开的设备。
实施例
实施例1
通过图9A中示意性地示出的标准自上向下光刻过程来制造光栅。
TiO2层沉积在1mm厚的石英衬底上并且向下蚀刻到期望厚度。经由电子束蒸发来沉积70nm厚的铬层，并且将300nm厚的电子束抗蚀剂层(ZEP 520-A，可购自日本丸之内的瑞翁株式会社(Zeon Corp.,Marunouchi,JP))旋涂在样本的顶部上。通过电子束工具(Elionix 100keV，可购自日本东京的Elionix公司(Elionix,Inc.,Tokyo,JP))写入光子晶体图案。在开发后，经由在ICP机器(Oxford PlasmaPro System100Cobra，可购自英国布里斯托尔的牛津仪器公司(Oxford Instruments,Bristol,UK))中执行的Cl2-O2干式蚀刻过程将图案转移到铬层。在移除ZEP掩膜后，通过在相同ICP机器中执行的CF4-Ar-O2干式蚀刻过程将图案进一步转移到二氧化钛层。然后经由湿式蚀刻来移除残留铬掩模。为了将二氧化钛超表面嵌入到玻璃状(n＝1.5)介电环境中，将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)11(麻萨诸塞州牛顿市的MicroChem)的薄层旋涂在样本的顶部上。然后将更密集版本的相同聚合物(PMMAA11，MiCroChem)滴铸在样本的顶部上并且将其用作粘合层以胶粘1mm厚的显微镜盖玻片。所制造的超表面的平面内尺寸为约700微米至约1000微米。
通过将样本放置在如图11A至图11B所示的马达控制旋转级上来获取角依赖性透射和反射光谱，这允许角θ的准确控制。对于透射测量(图11A)，使宽带白光线性偏振并且弱聚焦在样本上(焦距f＝10cm)以获得直径为约300μm的激发斑点。这种激发配置被选择为折衷以确保即使对于大角θ，束斑点小于光栅横截面，同时最小化激发角展度。
通过相同透镜从样本的另一侧收集束并且将其引导到CCD相机(用于对准目的)或光纤耦接光谱仪。对于每个角，获取通过光栅Sgrat(λ,θ)透射的灯光谱，并且通过裸玻璃状衬底S0(λ,θ)，并且计算透射光谱
此规程适当地考虑了由厚度玻璃衬底以大角引入的横向束偏移，其可改变收集效率。归因于所使用的归一化，T(λ,θ)不包括空气/玻璃界面和玻璃/空气界面的效果。为了校正这一点，通过厚玻璃平板T玻璃(λ,θ)计算角依赖性非相干透射光谱，其用于计算样本的绝对透射Tabs(λ,θ)≡T(λ,θ)×T玻璃(λ,θ)。
对于反射测量(图11B)，使用线性偏振的可调谐激光器(SuperK Fianium，可购自马萨诸塞州波士顿的NKT Photonics(NKT Photonics,Boston,MA))作为源。在聚焦在样本上之前，通过分束器提取激光的一部分并且将其引导到功率计(P1)以用于功率校正。由光栅反射的束通过透镜来准直并且由第二功率计(P2)测量。将收集透镜和功率计P2都放置在第二旋转级上，其角被设置为180°-2θ以测量镜面反射。然后通过扫描激发波长并记录由P1和P2测量的功率来获得绝对反射光谱。
以上图6A至图6C的设备(其包括ax＝231nm，ay＝386nm，D＝143nm，并且δ＝66nm)，p偏振透射光谱(针对模拟响应的图6D和针对测量响应的图6F)示出了预期特征：上带(即，最长波长模式)在约58°的入射角θ下被平坦化，这是由于所避免的此带和下带之间的交叉(也参见图6D的右插图以用于放大)。因此，与此带相关联的透射下降(在约627nm的λ下)在感兴趣的角范围(θ＝58°±3°)内几乎无分散，如图6H所示。
s偏振透射光谱(针对模拟响应的图6E和针对测量响应的图6G)示出了类似特征，具有不同带(通常比p偏振情况更窄)和避免交叉的存在，尽管在不同角下。虽然不希望被任何理论约束，但模拟与测量之间的透射(尤其是对于大角下的s偏振(图6E、图6G)可见)的绝对值的差值可能是由于在模拟中忽略两个空气/玻璃界面的存在的事实。如所预期的，对于s偏振激发，由于两个玻璃/空气界面处的大反射，所测量的透射在大角下减少。对于p偏振激发，这种效应不太重要，因为在布鲁斯特角(θ＝约58°)下，空气/玻璃界面处的反射为零。
如上所述，用于确保这些设备可用于增强现实(AR)应用的重要品质因数是，除了操作波长之外，它们主要针对可见范围内的非偏振宽带信号是透射的。为了对此进行量化，计算图6F至图6G中的两个数据集(用于模拟非偏振束)之间的平均值，并且跨可见范围内的波长对其进行进一步平均。所获得的曲线(图6I，曲线B)示出了平均非偏振透射在正常入射下为几乎80％，而其在操作仰角θ＝58°时下降到约60％。平均透射随着θ增加的缓慢减少主要是由于TE分量的减小透射。为了比较，图6I中的曲线R示出了厚玻璃平板的平均非偏振透射。
为了确认透射下降是由于大反射并且为了对损失进行量化，使用上文在图11A至图11B的讨论中描述的技术以选定角测量反射光谱。在图6J中，将θ＝58°(线B)下的反射光谱与相同角下的透射光谱(线R)进行比较。在500nm至700nm范围内的三个透射下降伴随对应反射峰值，具有几乎相等的量值。同样，虽然不希望被任何理论约束，但据信透射下降和透射峰值的中心波长之间的小差异是由于用于反射和透射测量的不同工具之间的小光谱去谐。对于感兴趣峰值(λ＝约627nm)，6％的透射下降伴随83％的反射峰值，从而指示共振的约11％损失的存在。在一些示例中，这种损失可归因于制造缺陷(即粗糙度)以及用于制造的金属掩模的残余物。
实施例2
在另一个实施例中，制备了图7A至图7B的设备，其中尺寸45×110nm的四个矩形孔口以角α1,α1+90°,α2,α2+90°旋转。平板的高度H＝180nm并且晶格常数是ax＝240nm和ay＝277nm。
预期本征偏振如下：
其中c1,c2取决于矩形的尺寸W×L如何不同于正方形(即c1∝L1-W1和c2∝L2-W2)。因子i＝(-1)1/2来自两行在x方向上的四分之一周期偏移，并且kx为平面内动量并且因此当光通过指向+x方向的横向动量入射时为正，并且当光通过指向-x方向的横向动量入射时为-。当α1＝α2时预期线性本征偏振φeig≈α1，类似于图2至图3中的设备的响应。然而，在这种情况下，当α1≠α2时可观察到椭圆形二色性。
图7C至图7D分别示出了具有α1＝45°和α2＝0°的设备的RCP和LCP光的蓝色区域中的反射率。
Claims (19)
1.一种光学组合器，所述光学组合器包括：
第一层，所述第一层包括结构的周期性二维布置，所述结构被布置成对于目标波长的输入信号支持共振，其中所述结构具有第一折射率；
第二层，所述第二层在所述第一层上覆盖所述结构，其中所述第二层包括具有第二折射率的第二材料，并且其中在587.5nm下测量的所述第一折射率和所述第二折射率之间的差值小于1.5；并且
其中所述结构的周期性布置被配置为使得所述光学组合器对于从空气以大于20°的倾斜仰角入射在所述第一层上的输入信号产生包括反射峰值的输出信号，其中所述反射峰值具有在所述仰角的±5°范围内大于50％的平均反射。
2.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述仰角为大于20°至70°。
3.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述输入信号为TM偏振(p偏振)的。
4.根据权利要求3所述的光学组合器，其中所述输入信号包括可见光的红色、蓝色和绿色(RGB)波长。
5.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述输出信号在400nm至2微米(μm)的波长范围内包括所述反射峰值。
6.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述光学组合器在与所述输入信号的入射平面垂直的平面中在-5°至5°的方位角范围内产生所述输出信号。
7.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述结构的布置是扰动的。
8.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述结构包括QBIC结构。
9.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述结构包括规则重复凹陷的晶格，其中所述凹陷的晶格具有扰动的六边形单元格，并且其中所述第二材料占据每个凹陷的体积的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的光学组合器，其中扰动的凹陷晶格具有矩形单元格。
11.根据权利要求10所述的光学组合器，其中所述扰动的凹陷晶格包括在所述第一层的平面中沿第一方向布置成行的柱形凹陷，并且其中所述柱形凹陷的每隔一行在所述第一层的所述平面中并且垂直于所述第一方向在第二方向上横向偏移距离δ。
12.根据权利要求10所述的光学组合器，其中所述扰动的凹陷晶格所具有的在未扰动凹陷晶格的平面中在第二方向上的晶格常数ay与在所述未扰动凹陷晶格的平面中在第一方向上的晶格常数ax的比率为r(3)1/2，并且其中r为0.8至1.2。
13.根据权利要求10所述的光学组合器，其中所述扰动的凹陷晶格包括矩形凹陷，所述矩形凹陷延伸到所述第一层的平面中，并且在所述第一层的所述平面中沿第一方向布置成行对，并且其中每隔一行偏移距离δ＝L-W，其中L＝所述矩形凹陷的长度，并且W＝所述矩形凹陷的宽度。
14.根据权利要求13所述的光学组合器，并且其中所述行对的第一行中的交替矩形凹陷以角α1和α1+90°进行取向，并且所述行对的邻近所述第一行的第二行中的交替矩形凹陷以角α2和α2+90°进行取向，其中α1≠α2。
15.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述第一层包括折射率为1.2至1.55的聚合物材料，并且所述第二层包括TiO2。
16.一种光学组合器膜，所述膜包括：
结构化层，所述结构化层由覆盖层覆盖，其中所述结构化层包括规则重复凹陷的周期性晶格，其中所述凹陷的晶格具有扰动的六边形单元格，并且其中在587.5nm下测量的所述结构的折射率与所述覆盖层的折射率之间的差值小于1.5；
其中所述周期性晶格被配置为使得所述光学组合器膜对于从空气以大于20°的倾斜仰角入射在所述结构化层上的输入信号产生包括反射峰值的输出信号，其中所述反射峰值具有在所述仰角的±5°范围内大于50％的平均反射。
17.根据权利要求16所述的光学组合器膜，其中所述结构化层包括折射率为1.2至1.55的聚合物材料，并且所述覆盖层包括TiO2。
18.一种用于制造光学组合器膜的方法，所述方法包括：
在聚合物支撑膜上形成第一层，其中所述第一层包括凹陷的周期性布置，并且具有扰动的六边形单元格布置，并且其中所述第一层包括具有第一折射率的材料；
在所述第一层上施加覆盖层，其中所述覆盖层包括具有第二折射率的材料，并且其中在587.5nm下测量的所述第一折射率和所述第二折射率之间的差值小于1.5；
其中所述第一层中的结构被配置为使得所述光学组合器膜对于从空气以大于20°的倾斜仰角入射在所述第一层上的输入信号产生包括反射峰值的输出信号，其中所述反射峰值具有在所述仰角的±5°范围内大于50％的平均反射。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括将所述光学组合器膜附接到玻璃片，以形成挡风玻璃层压板。
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