JP2022535460A - 透過格子および反射格子を組み込んだ導波路、ならびに関連する製造方法 - Google Patents

Abstract

多重化された反射および透過格子、ならびにそれらの製造方法が提供され、これらは、レーザー光の均一性を改善し、すなわち、導波路で発生する帯域固定および他の照射アーチファクトを低減する。このための機構は、導波路内のビーム伝播プロセスとして照射平均化を促進する、導波路反射表面と反射ホログラムとの間の複数の反射であり得る。いくつかの格子では、多重化格子と重なっているビームスプリッタ層が、レーザー照射された導波路における帯域固定を低減する目的のために提供され得る。ビームスプリッタは、１つ以上の誘電体層によって提供され得る。ビームスプリッタは、１つの偏光に対する感度を有することができる。ビームスプリッタは、Ｓ偏光を感知することができる。ビームスプリッタは、ガラスまたはプラスチックに浸漬されたときに高ＴＩＲ角度で反射する直角入射に最適化された反射防止コーティングであり得る。【選択図】図１

Description

本開示は、導波路デバイスに関し、より具体的には、ホログラフィック導波路ディスプレイに関する。

導波路は、波を閉じ込め、誘導する（すなわち、波が伝播することができる空間領域を制限する）能力を伴う構造と称することができる。１つのサブクラスは、電磁波、典型的には、可視スペクトルでのそれらを誘導することができる構造である、光導波路を含む。導波路構造は、多数の異なる機構を使用して、波の伝播経路を制御するように設計することができる。例えば、平面導波路は、回折格子を利用し、入射光を回折して導波路構造内に結合するように設計することができ、その結果、内部結合された光は、全内部反射（ＴＩＲ）を介して平面構造内で進み続けることができる。

導波路の製作は、導波路内のホログラフィック光学素子の記録を可能にする材料システムの使用を含むことができる。そのような材料の１つのクラスは、光重合性モノマーおよび液晶を含有している混合物である、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）混合物を含む。そのような混合物のさらなるサブクラスは、ホログラフィックポリマー分散型液晶（ＨＰＤＬＣ）混合物を含む。体積位相格子などのホログラフィック光学素子は、２つの相互にコヒーレントなレーザービームを材料に照射することによって、そのような液体混合物中に記録することができる。記録プロセスの間、モノマーは、重合し、混合物は、光重合誘発相分離を受け、クリアなポリマーの領域に点在する、液晶微小液滴が密集した領域を作成する。交互する液晶豊富な領域と液晶枯渇の領域は、格子の縞面を形成する。一般的にスイッチ可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）と称される、結果として生じる格子は、通常、体積またはブラッグ格子に関連付けられるすべての特性を有するが、回折効率の連続範囲（所望の方向に回折される入射光の割合）にわたって格子を電気的に調整する能力と組み合わせると、はるかに高い屈折率変調範囲を有する。後者は、非回折（クリア）から１００％に近い効率の回折に及ぶことができる。

上で記載されたものなどの導波路光学系は、様々なディスプレイおよびセンサー用途に考慮することができる。多くの用途では、複数の光学機能をエンコードする１つ以上の格子層を含有する導波路は、様々な導波路アーキテクチャおよび材料システムを使用して実現することができ、拡張現実（ＡＲ）および仮想現実（ＶＲ）のための接眼ディスプレイ、道路輸送、航空、および軍事用途のためのコンパクトヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）およびヘルメットマウントディスプレイまたはヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ならびに生体認証およびレーザーレーダー（ＬＩＤＡＲ）用途のためのセンサーでの新たな革新を可能にする。

本発明の様々な実施形態による、透過格子および反射格子を組み込んだホログラフィック導波路ディスプレイを実装するためのシステムおよび方法が示される。一実施形態は、導波路ディスプレイであって、画像データで変調された光の源と、導波路であって、少なくとも１つの透過格子、少なくとも１つの反射格子であって、少なくとも１つの反射および少なくとも１つの透過格子が少なくとも部分的に重なっている、少なくとも１つの反射格子、および光の源からの光を導波路におけるＴＩＲ経路内に結合するための少なくとも１つの入力カプラ、を含む、導波路と、を含む、導波路ディスプレイを含む。

別の実施形態では、少なくとも１つの反射格子および少なくとも１つの透過格子は、単一の格子層において多重化されている。

さらなる実施形態では、少なくとも１つの入力カプラは、格子である。

さらに別の実施形態では、少なくとも１つの入力カプラは、入力透過格子を含み、少なくとも１つの透過格子は、折り曲げ透過格子と、出力透過格子と、を含み、入力透過格子、折り曲げ透過格子、および出力透過格子のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの反射格子と多重化されている。

さらに別の実施形態では、少なくとも１つの入力カプラは、入力透過格子を含み、少なくとも１つの透過格子は、第１の折り曲げ透過格子と、第２の折り曲げ透過格子と、を含み、少なくとも１つの反射格子は、入力透過格子ならびに第１および第２の折り曲げ透過格子のうちの少なくとも１つと重なり、第１および第２の折り曲げ透過格子は、互いに重なり、第１および第２の折り曲げ透過格子は、交差Ｋベクトルを有し、折り曲げ透過格子の各々は、入力格子からの光をビーム拡張し、それを他方の折り曲げ透過格子に向かって結合し、次いで、他方の折り曲げ透過格子は、光をビーム拡張し、視聴者に向かって抽出するように構成されている。

さらに別の実施形態では、格子の各々は、組み合わせて実質的にゼロの大きさを有する合成ベクトルを提供する格子ベクトルを有する。

なおさらなる実施形態では、光は、格子のうちの少なくとも１つ内で二重相互作用を受ける。

別の追加の実施形態では、導波路ディスプレイは、少なくとも１つの反射格子に重なるビームスプリッタ層をさらに含む。

さらなる追加の実施形態では、導波路ディスプレイは、少なくとも１つの反射格子に重なるアライメント層をさらに含む。

再び別の実施形態では、データ変調された光の源は、レーザー走査プロジェクタ、マイクロディスプレイパネル、および／または発光型ディスプレイのうちの１つである。

再びさらなる実施形態では、光の源は、少なくとも２つの異なる波長を提供する。

さらに別の実施形態では、格子のうちの少なくとも１つは、屈折率変調、Ｋベクトル、格子ベクトル、格子ピッチ、および／また複屈折のうちの１つである特性の空間的変化を特徴とする。

なおさらなる実施形態では、格子は、波長帯域、角度帯域幅、および／または偏光状態のうちの１つである特性のために別個の光路を提供するように構成されている。

さらに別の追加の実施形態では、導波路は、湾曲している。

さらに追加の実施形態では、導波路は、ＧＲＩＮ構造を組み込んでいる。

再びさらに別の実施形態では、導波路は、プラスチックである

再びさらなる実施形態では、格子のうちの少なくとも１つは、ホログラフィックフォトポリマーに記録されたスイッチ可能ブラッグ格子ＨＰＤＬＣ材料、均一変調ホログラフィック液晶ポリマー材料に記録されたスイッチ可能ブラッグ格子、フォトポリマー材料に記録されたブラッグ格子、および／または表面レリーフ格子のうちの１つである構造を含む。

さらに別の追加の実施形態は、ホログラフィック導波路を製作する方法であって、少なくとも１つの光源、ホログラフィック記録材料の層、および少なくとも部分的に反射性の表面を提供することと、少なくとも１つの光源を使用して第１および第２の記録ビームを形成することと、第１および第２の記録ビームをホログラフィック記録材料の層内に透過させることと、第１の記録ビームの一部分をホログラフィック記録材料の層を通して少なくとも部分的に反射性の表面に向かって透過させることと、第１のビームの透過された一部分を、少なくとも部分的に反射性の表面からホログラフィック記録材料の層内に反射させることと、第１および第２の記録ビームを使用してホログラフィック記録材料の層に透過格子を形成することと、第１の記録ビームおよび第２の記録ビームの反射された部分を使用してホログラフィック記録材料の層に反射格子を形成することと、を含む、方法を含む。

さらに追加の実施形態では、本方法は、反射格子を支持するための液晶およびポリマーアンカー構造を形成すること、をさらに含む。

再びさらに別の実施形態は、ホログラフィック導波路を製作する方法であって、マスター格子、記録材料の層を支持する基板、光の源、および記録材料層に関してマスター格子と反対側に配置された少なくとも部分的に反射性の表面を提供することと、回折ビームおよびゼロ次ビームを形成するために、光の源からの光をマスター格子に照射することと、少なくとも部分的に反射性の表面から回折ビームを反射させることと、ゼロ次ビームおよび回折ビームから透過格子を形成することと、ゼロ次ビームおよび反射された回折ビームから反射格子を形成することと、を含む、方法を含む。

追加の実施形態および特徴は、以下の記載に部分的に記載されており、部分的に、本明細書の考察によって当業者に明らかとなるであろう、または本発明の実施により学習され得る。本発明の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および本開示の一部を形成する図面を参照することによって実現され得る。

記載は、本発明の例示的実施形態として提示され、本発明の範囲の完全な列挙として解釈されるべきではない、以下の図およびデータグラフを参照して、より完全に理解されるであろう。

本発明の実施形態による、透過および反射格子を実装する導波路ディスプレイを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、多重化された透過および反射格子を有する導波路ディスプレイを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、多重化された透過および反射格子を概念的に図示する。 本発明の実施形態による、多重化透過反射格子を記録するためのシステムを概念的に図示する。 本発明の様々な実施形態による、多重化された透過および反射格子の形成を概念的に図示する。 本発明の様々な実施形態による、多重化された透過および反射格子の形成を概念的に図示する。 本発明の様々な実施形態による、透過および反射格子を形成する異なる方法を概念的に図示するフロー図を示す。 本発明の様々な実施形態による、透過および反射格子を形成する異なる方法を概念的に図示するフロー図を示す。 本発明の様々な実施形態による、透過および反射格子を形成する異なる方法を概念的に図示するフロー図を示す。 本発明の実施形態による、多重化された透過および反射折り曲げ格子を実装する導波路ディスプレイアーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、多重化された透過および反射出力格子を実装する導波路アーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、多重化された透過および反射入力格子を実装する導波路アーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、２つの別個の入力格子を実装する導波路アーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、交差折り曲げ格子を実装する導波路アーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、入力カプラが透過および反射格子を多重化する、交差折り曲げ格子を実装する導波路アーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、２つの別個の入力格子が提供される、交差折り曲げ格子を実装する導波路アーキテクチャを概念的に図示する。 本発明の実施形態による、重なっている透過および反射格子が提供される、導波路アーキテクチャのプロファイル図を概念的に図示する。 本発明の実施形態による、反射格子の回折効率対入射角および透過格子の回折効率角度帯域幅を図示するチャートを示す。 本発明の実施形態による、透過格子および４つの反射格子が提供される、導波路アーキテクチャのプロファイル図を概念的に図示する。 本発明の実施形態による、反射格子の回折効率対入射角、２つの反射格子から結果として生じる有効角度帯域幅、および透過格子の回折効率角度帯域幅を図示するチャートを示す。

実施形態を説明する目的のために、光学設計および視覚ディスプレイの当業者に既知の光学技術のいくつかの周知の特徴は、本発明の基本原理を曖昧にしないために、省略されるか、または簡略化される。特に明記しない限り、光線またはビーム方向に関連する用語「軸上」は、本発明に関連して記載される光学コンポーネントの表面に対して直角の軸に平行な伝播を指す。以下の説明では、光、光線、ビーム、および方向という用語は、直線軌道に沿った電磁放射の伝播の方向を示すために、互換的に、および互いに関連して使用され得る。光および照射という用語は、電磁スペクトルの可視および赤外線帯域に関連して使用され得る。以下の記載の一部は、光学設計の当業者によって一般的に採用される専門用語を使用して提示される。本明細書で使用される場合、格子という用語は、いくつかの実施形態では、格子のセットを有する格子を包含し得る。例示的目的のために、図面は、特に明記しない限り、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。

導波路技術は、多くの異なる用途について、低コスト、効率的、および汎用的な回折光学ソリューションを可能にすることができる。多数の実施形態では、少なくとも１つの透過格子および少なくとも１つの反射格子を支持する導波路ディスプレイが、実装される。透過および反射格子は、異なる格子層にわたって、または単一の格子層内に実装することができる。いくつかの実施形態では、透過および反射格子は、多重化されている。多重化された透過および反射格子は、典型的なブラッグ格子では支持され得なかった角度で透過格子を支持する具体的な目的のために構成することができる。いくつかの実施形態では、そのような構造は、導波路での使用のための高効率反射入力格子を作製するために使用することができる。

多数の実施形態では、多重化された反射および透過格子は、レーザー光の均一性を改善することができ、すなわち、導波路で発生する帯域固定および他の照射アーチファクトを低減する。このための機構が、導波路内のビーム伝播プロセスとして照射平均化を促進する、導波路反射表面と反射ホログラムとの間の複数の反射であり得る。いくつかの実施形態では、多重化格子に重なっているビームスプリッタ層は、レーザー照射された導波路における帯域固定を低減する目的のために提供され得る。ビームスプリッタは、１つ以上の誘電体層によって提供され得る。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタは、１つの偏光に対する感度を有することができる。さらなる実施形態では、ビームスプリッタは、Ｓ偏光を感知することができる。多くの実施形態では、ビームスプリッタは、ガラスまたはプラスチックに浸漬されたときに高ＴＩＲ角度で反射する直角入射に最適化された反射防止コーティングであり得る。

様々なシステムおよび方法は、透過および反射格子を組み込んだ導波路を製作するために実装することができる。多数の実施形態では、そのような格子を製作するためのシステムは、少なくとも１つの光の源、ゼロ次ビームおよび光からの少なくとも１つの回折次ビームを提供するマスター格子、マスターに重なっているホログラフィック記録材料の層（ＨＰＤＬＣ材料などであるが、これらに限定されない）を支持する基板、ならびにホログラフィック記録材料層に重なっている少なくとも部分的に反射性の表面を含むことができる。記録動作中、回折ビームは、少なくとも部分的に反射性の表面によって反射され得る。ゼロ次ビーム、回折ビーム、および反射ビームからの干渉の組み合わせを通じて、透過および反射格子の両方は、記録され得る。多数の実施形態では、透過および反射格子は、多重化されている。いくつかの実施形態では、システムは、望まない反射（したがって、偽格子）を生成することなく、反射および透過格子の効率的な多重化を可能にする弱誘電体材料を含むＨＰＤＬＣ混合物を含む。いくつかの実施形態では、オーバーレイされたアライメント層は、ＨＰＤＬＣ多重化された反射および透過格子形成を微調整するために使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ＨＰＤＬＣ格子の選択的アライメントは、屈折率変調および／または多重化された透過および反射格子の偏光応答のバランスを取るために使用することができる。多くの実施形態では、アライメント層は、反射格子内のＳ偏光感度を促進するために使用され得る。典型的な導波路実装では、（典型的なＨＰＤＬＣ格子では、ブラッグ縞面に直交するであろう）ＬＣ豊富な縞の平均異常軸は、導波路反射表面に対して直角である。この配向は、典型的な導波路の全内部反射角で折り曲げ格子を通って伝播する光との強い相互作用を提供するために有利であり得る。

透過および反射格子を実装する導波路実施形態は、様々な用途に利用され、構成することができる。例えば、いくつかの用途では、導波路は、フルカラーも提供しながら、十分なアイボックスを備えたコンパクトかつ広角であることが望ましい。カラー画像化に対する従前のソリューションは、２つ以上のモノクロ導波路を積層することを含み、各導波路は、単一の色で動作するように構成された格子で格子層を支持する。多くの場合、各導波路は、画像変調光を入力し、２次元で光を拡張し、それを導波路からアイボックスに向かって抽出するようにさらに構成されている。しかしながら、そのような多導波路積層ソリューションは、導波路積層内で重なっている格子を整列させるのに要求される厳しい公差に苦しみ、低製造歩留まりが結果として生じるおそれがある。一方の層が赤色光を伝播し、第２の層が緑色－青色帯域で光を伝播する２層ソリューションが試みられているが、依然として製造において整列の問題が存在する。したがって、本発明の多くの実施形態は、広角単一格子層色導波路ディスプレイを実装するための方法およびアーキテクチャを対象とする。導波路および格子アーキテクチャ、ホログラフィック記録材料、ならびに透過および反射格子を組み込んだ導波路の実施形態は、以下のセクションでさらに詳細に議論される。

光導波路および格子構造
導波路に記録される光学構造は、回折格子などの多くの異なるタイプの光学素子を含むことができるが、これに限定されない。格子は、光を結合することと、光を導くことと、光の透過を防止することとを含むが、これに限定されない、様々な光学機能を実行するために実装され得る。多数の実施形態では、格子は、導波路の外面に存在する表面レリーフ格子である。他の実施形態では、実装される格子は、周期的屈折率変調を有する構造であるブラッグ格子（体積格子とも称される）である。ブラッグ格子は、様々な異なる方法を使用して製作することができる。１つのプロセスは、周期的構造を形成するためのホログラフィックフォトポリマー材料の干渉露光を含む。ブラッグ格子は、光が高次に回折されることがほとんどなく、高効率を有することができる。回折されたおよびゼロ次の光の相対量は、格子の屈折率変調を制御することによって変化させることができ、この特性は、大きな瞳孔にわたって光を抽出するための不可逆導波路格子を作製するために使用することができる。格子は、導波路の平面内の格子縞の配向を画定する格子ベクトルによって特徴づけることができる。格子はまた、３Ｄ空間でのＫベクトルによって特徴づけることができ、これは、ブラッグ格子の場合では、ブラッグ縞に直角なベクトルとして定義されている。Ｋベクトルのベクトルは、所与の範囲の入力および回折角度のための光学効率を決定することができる。

ホログラフィック導波路デバイスで使用されるブラッグ格子のクラスの１つは、スイッチ可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）である。ＳＢＧは、まず、基板間に光重合性モノマーと液晶材料との混合物の薄フィルムを配置することによって製作することができる。基板は、ガラスおよびプラスチックなどの様々なタイプの材料で作製することができる。多くの場合、基板は、並列構成である。他の実施形態では、基板は、くさび形状を形成する。１つまたは両方の基板は、フィルム全体に電界を印加するための電極、典型的には透明な酸化スズフィルムを支持することができる。ＳＢＧでの格子構造は、空間的に周期的強度変調を伴う干渉露光を使用して、光重合誘発相分離を通じて液体材料（しばしばシロップと称される）に記録され得る。照射強度、混合物中の材料の成分体積分画、および露光温度の制御などであるが、これらに限定されない、要因が、結果として生じる格子形態および性能を決定することができる。容易に理解できるように、多種多様な材料および混合物は、所与の用途の具体的な要件に応じて使用できる。多数の実施形態では、ＨＰＤＬＣ材料が、使用される。記録プロセスの間、モノマーは、重合し、混合物は、相分離を受ける。ＬＣ分子は、光学波長のスケールでポリマーネットワーク内に周期的に分布される離散的または合体された液滴を形成するために凝集する。交互する液晶豊富な領域と液晶枯渇の領域は、格子の縞面を形成し、これは、液滴中のＬＣ分子の配向順序から結果として生じる強い光学偏光を伴ってブラッグ回折を生成することができる。

結果として生じる体積位相格子は、非常に高い回折効率を示すことができ、これは、フィルム全体に印加される電界の大きさによって制御することができる。透明電極を介して格子に電界が印加されるときに、ＬＣ液滴の固有の配向は、変化し得、縞の屈折率変調を低下させ、ホログラム回折効率を非常に低レベルに低下させる。典型的には、電極は、印加された電界が基板に垂直になるように構成されている。多くの実施形態では、電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）から製作される。電界が印加されていないオフ状態では、液晶の異常軸は、概して縞に対して直角に整列する。したがって、格子は、Ｐ偏光について高屈折率変調および高回折効率を示す。電界がＨＰＤＬＣに印加されるときに、格子は、液晶分子の異常軸が印加された電界に平行に、したがって基板に垂直に整列するオン状態に切り替わる。オン状態では、格子は、Ｓ偏光およびＰ偏光の両方について、より低屈折率変調およびより低回折効率を示す。したがって、格子領域は、もはや光を回折しない。各格子領域は、ＨＰＤＬＣデバイスの機能に従って、例えばピクセルマトリックスなどの複数の格子要素に分割することができる。典型的には、１つの基板表面上の電極は、均一で連続的である一方、対向する基板表面上の電極は、選択的にスイッチ可能な格子要素の多重性に従ってパターン化される。

典型的には、ＳＢＧ要素は、オンに切り替えるために、より長い緩和時間で３０μｓでクリアに切り替えられる。デバイスの回折効率は、印加された電圧によって、連続した範囲にわたって調整することができる。多くの場合、デバイスは、電圧が印加されていない場合でほぼ１００％の効率を示し、十分に高電圧が印加されている場合で実質的にゼロの効率を示す。特定のタイプのＨＰＤＬＣデバイスでは、磁場は、ＬＣ配向を制御するために使用することができる。いくつかのＨＰＤＬＣ用途では、ポリマーからのＬＣ材料の相分離は、識別可能な液滴構造が結果として生じない程度に達成することができる。ＳＢＧは、受動格子としても使用することができる。このモードでは、その主な利点は、ユニークな高屈折率変調である。ＳＢＧは、自由空間用途に透過または反射格子を提供するために使用することができる。ＳＢＧは、ＨＰＤＬＣが導波路コアまたは導波路に近接してエバネッセント（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔｌｙ）結合層のいずれかを形成する導波路デバイスとして実装することができる。ＨＰＤＬＣ細胞を形成するために使用される基板は、全内部反射（ＴＩＲ）光誘導構造を提供する。スイッチ可能格子がＴＩＲ条件を超える角度で光を回折するときに、光は、ＳＢＧから出て結合され得る。

いくつかの実施形態では、ＬＣは、排出ブラッグ格子（ＥＢＧ）を提供するために、ＳＢＧから抽出または排出することができる。ＥＢＧは、表面レリーフ格子（ＳＲＧ）構造の深さ（表面エッチングおよびＳＲＧを製作するために一般的に使用される他の従来のプロセスを使用して実用的に達成可能なものよりもはるかに大きい）により、ブラッグ格子と非常に類似した特性を有するＳＲＧとして特徴付けることができる。ＬＣは、イソプロピルアルコールおよび溶媒でのフラッシングを含むが、これに限定されない様々な異なる方法を使用して抽出することができる。多数の実施形態では、ＳＢＧの透明基板のうちの１つは、除去され、ＬＣは、抽出される。さらなる実施形態では、除去された基板は、交換される。ＳＲＧは、より高いまたはより低い屈折率の材料で少なくとも部分的に埋め戻することができる。そのような格子は、様々な導波管用途に適合させるために、効率、角度／スペクトル応答、偏光、および他の特性を調整するための範囲を提供する。

本発明の様々な実施形態による導波路は、具体的な目的および機能のために設計された様々な格子構成を含むことができる。多数の実施形態では、導波路は、コリメーティング光学系の出口瞳孔を効果的に拡張することによって、レンズサイズを小さくしながらアイボックスサイズを保持することが可能な格子構成を実装するように設計される。出口瞳孔は、仮想開口部として定義することができ、この仮想開口部を通過する光線のみがユーザの目に入ることができる。いくつかの実施形態では、導波路は、光源に光学的に結合された入力格子と、第１の方向のビーム拡張を提供するための折り曲げ格子と、典型的には第１の方向に直交し、アイボックスに向かってビームを抽出する、第２の方向にビーム拡張を提供するための出力格子と、を含む。容易に理解できるように、格子構成実装導波路アーキテクチャは、所与の用途の具体的な要件に依存することができる。多数の実施形態では、実施形態のいずれかで使用される格子は、実質的にゼロの大きさで合成ベクトルを提供するようにマッチングされた格子ベクトルを有することができる。いくつかの実施形態では、格子構成は、複数の折り曲げ格子を含む。いくつかの実施形態では、格子構成は、入力格子と、ビーム拡張およびビーム抽出を同時に実行するための第２の格子とを含む。第２の格子は、視野の異なる部分を伝播するために、別個の重なっている格子層に配列されるか、または単一の格子層に多重化される、異なる処方の格子を含むことができる。多くの実施形態では、２つの格子層は、単一の基板層の両側に配置される。さらに、様々なタイプの格子および導波路アーキテクチャも、利用することができる。

いくつかの実施形態では、各層内の格子は、異なるスペクトルおよび／または角度応答を有するように設計されている。例えば、多数の実施形態では、異なる格子層にわたる異なる格子は、スペクトル帯域幅での増加を提供するために重ねられ、または多重化されている。いくつかの実施形態では、フルカラー導波路は、各々が異なるスペクトル帯域（赤色、緑色、および青色）で動作するように設計された３つの格子層を使用して実装されている。他の実施形態では、フルカラー導波路は、２つの格子層、赤色－緑色格子層および緑色－青色格子層を使用して実装されている。容易に理解できるように、そのような技術は、導波路の角度帯域幅動作を増加させるために同様に実装することができる。異なる格子層にわたる格子の多重化に加えて、複数の格子は、単一の格子層内で多重化することができ、すなわち、複数の格子は、同じ体積内に重ね合わせることができる。いくつかの実施形態では、導波路は、同じ体積で多重化された２つ以上の格子処方を有する少なくとも１つの格子層を含む。さらなる実施形態では、導波路は、２つの格子層を含み、各層は、同じ体積で多重化された２つの格子処方を有している。同じ体積内で２つ以上の格子処方を多重化することは、様々な製作技術を使用して達成することができる。多くの実施形態では、多重化マスター格子は、多重化格子を形成するために露光構成とともに利用される。多数の実施形態では、多重化格子は、２つ以上の露光の構成を有する光学記録材料層を順次露光することによって製作され、各構成は、格子処方を形成するように設計されている。いくつかの実施形態では、多重化格子は、２つ以上の露光の構成の間でまたはその中で交互に光学記録材料層を露光することによって製作され、各構成は、格子処方を形成するように設計されている。容易に理解され得るように、当技術分野で周知のものを含む様々な技術は、多重化格子を製作するために必要に応じて使用することができる。

いくつかの実施形態では、本発明の実施形態による導波路内で伝播している光は、少なくとも１つの格子内で二重相互作用を受けることができる（すなわち、格子は、２つの異なる入射角について、高回折効率、または回折効率ピークを有するように設計されている）。多数の実施形態では、導波路は、角度多重化格子、色多重化格子、折り曲げ格子、二重相互作用格子、ロール軸回転Ｋベクトル格子、交差折り曲げ格子、モザイク格子、チャープ格子、空間的に変化する屈折率変調を備えた格子、空間的に変化する格子厚さを有する格子、空間的に変化する平均屈折率を有する格子、空間的に変化する屈折率変調テンソルを備えた格子、空間的に変化する平均屈折率テンソルを有する格子、および空間的に変化する複屈折特性を有する格子、のうちの少なくとも１つを組み込むことができる。いくつかの実施形態では、導波路は、半波長板、４分の１波長板、反射防止コーティング、ビーム分割層、アライメント層、グレア低減のためのフォトクロミックバック層、およびグレア低減のためのルーバーフィルム、のうちの少なくとも１つを組み込むことができる。いくつかの実施形態では、導波路は、異なる偏光のために別個の光路を提供する格子を支持することができる。様々な実施形態では、導波路は、異なるスペクトルおよび／または角度帯域幅のために別個の光路を提供する格子を支持することができる。多くの実施形態では、格子は、ＨＰＤＬＣ格子、ＨＰＤＬＣに記録されたスイッチング格子（そのようなスイッチ可能ブラッグ格子）、ホログラフィックフォトポリマーに記録されたブラッグ格子、または表面リリーフ格子であり得る。多数の実施形態では、導波路は、モノクロ帯域で動作する。いくつかの実施形態では、導波路は、緑色帯域で動作する。いくつかの実施形態では、赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）などの異なるスペクトル帯域で動作する導波路層は、３層導波路構造を提供するために積層することができる。さらなる実施形態では、層は、導波路層間の空隙で積層される。様々な実施形態では、導波路層は、２つの導波路層ソリューションを提供するために、青色－緑色および緑色－赤色などのより広い帯域で動作する。他の実施形態では、格子は、格子層の数を減らすために色多重化される。様々なタイプの格子を、実装することができる。いくつかの実施形態では、各層の少なくとも１つの格子は、スイッチ可能格子である。多数の実施形態では、導波路は、湾曲することができる。いくつかの実施形態では、導波路は、屈折率勾配（ＧＲＩＮ）構造を組み込むことができる。多くの実施形態では、導波路は、プラスチック基板を使用して製作することができる。

上で議論されたような光学構造を組み込んだ導波路は、導波路ディスプレイを含むが、これに限定されない様々な異なる用途で実装することができる。様々な実施形態では、導波路ディスプレイは、２５ｍｍより大きいアイレリーフを伴う１０ｍｍより大きいアイボックスで実装される。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイは、２．０～５．０ｍｍの厚さを有する導波路を含む。多数の実施形態では、導波路ディスプレイは、少なくとも５０°の対角線の画像視野を提供することができる。さらなる実施形態では、導波路ディスプレイは、少なくとも７０°の対角線の画像視野を提供することができる。導波路ディスプレイは、多くの異なるタイプの画面（ｐｉｃｔｕｒｅ）生成ユニット（ＰＧＵ）を採用することができる。いくつかの実施形態では、ＰＧＵは、シリコン基板上液晶（ＬＣｏＳ）パネルまたは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）パネルなどの反射性または透過性空間光変調器であり得る。多くの実施形態では、ＰＧＵは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）パネルなどの発光型デバイスであり得る。いくつかの実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイは、４０００ニットより大きい輝度および４ｋｘ４ｋ画素の解像度を有することができる。いくつかの実施形態では、導波路は、輝度４０００ニットのＯＬＥＤディスプレイを使用して、４００ニットより大きい画像輝度を提供できるように、１０％より大きい光学効率を有することができる。Ｐ回折格子（すなわち、Ｐ偏光について高効率を有する格子）を実装する導波路は、典型的には、５％～６．２％の導波路効率を有する。Ｐ回折またはＳ回折格子は、ＯＬＥＤパネルなどの非偏源からの光の半分を浪費するおそれがあるため、多くの実施形態は、導波路の効率を最大２倍まで増加させることを可能にするために、Ｓ回折およびＰ回折格子の両方を提供することを可能にする導波路を対象とする。いくつかの実施形態では、Ｓ回折およびＰ回折格子は、別個の重なっている格子層で実装される。代替的に、単一の格子は、特定の条件下で、ｐ偏光およびｓ偏光の両方について高効率を提供することができる。いくつかの実施形態では、導波路は、格子厚さの適切に選択された値（典型的には、２～５μｍの範囲）について、特定の波長および角度範囲にわたって高ＳおよびＰ回折効率を可能にするために、上で記載されたようなＨＰＤＬＣ格子からＬＣを抽出することによって生成されたブラッグ様格子を含む。

光学記録材料システム
ＨＰＤＬＣ混合物は、概して、ＬＣ、モノマー、光開始剤染料、および共開始剤を含む。混合物（しばしばシロップと称される）はまた、頻繁に界面活性剤を含む。本発明を説明する目的のために、界面活性剤は、液体混合物全体の表面張力を低下させる任意の化学薬品として定義されている。ＰＤＬＣ混合物中での界面活性剤の使用は、公知であり、ＰＤＬＣの最も初期の調査に遡る。例えば、参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｒ．Ｌ Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ ｅｔ ａｌ．による、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２６８９，１５８－１６９，１９９６の論文は、界面活性剤を添加することができる、モノマーと、光開始剤と、共開始剤と、連鎖延長剤と、ＬＣと、を含むＰＤＬＣ混合物を記載している。界面活性剤はまた、参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｎａｔａｒａｊａｎ ｅｔ ａｌ．による、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．５ Ｎｏ．１ ８９－９８，１９９６の論文に言及されている。さらに、Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ ｅｔ ａｌ．による米国特許第７，０１８，５６３号は、少なくとも１つのアクリル酸モノマーと、少なくとも１つのタイプの液晶材料と、光開始剤染料と、共開始剤と、界面活性剤とを有する、ポリマー分散液晶光学素子を形成するためのポリマー分散液晶材料を議論する。米国特許第７，０１８，５６３号の開示は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。

特許および科学文献は、高回折効率、迅速な応答時間、低駆動電圧などを達成するためにそのような材料システムを配合することへの調査を含む、ＳＢＧを製作するために使用することができる材料システムおよびプロセスの多くの実施例を含有する。Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄによる米国特許第５，９４２，１５７号およびＴａｎａｋａ ｅｔ ａｌ．による米国特許第５，７５１，４５２号の両方は、ＳＢＧデバイスを製作するために好適なモノマーおよび液晶材料の組み合わせを記載する。レシピの実施例はまた、１９９０年代初頭に遡る論文に見出すことができる。これらの材料の多くは、以下を含むアクリレートモノマーを使用する。
・参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｒ．Ｌ．Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．５，１５３３（１９９３）は、アクリレートポリマーおよび界面活性剤の使用を記載する。具体的には、レシピは、架橋多官能性アクリレートモノマー、連鎖延長剤Ｎ－ビニルピロリジノン、ＬＣ Ｅ７、光開始剤ローズベンガル、および共開始剤Ｎ－フェニルグリシンを含む。界面活性剤オクタン酸は、特定の変異体に添加された。
・参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｆｏｎｔｅｃｃｈｉｏ ｅｔ ａｌ．，ＳＩＤ ００ Ｄｉｇｅｓｔ ７７４－７７６，２０００は、多官能性アクリレートモノマー、ＬＣ、光開始剤、共開始剤、および連鎖停止剤を含む、反射型ディスプレイ用途のためのＵＶ硬化性ＨＰＤＬＣを記載する。
・参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｙ．Ｈ．Ｃｈｏ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，４８，１０８５－１０９０，１９９９は、アクリレートを含むＨＰＤＬＣレシピを開示する。
・参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｋａｒａｓａｗａ ｅｔ ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３６，６３８８－６３９２，１９９７は、様々な官能状態のアクリレートを記載する。
・参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｔ．Ｊ．Ｂｕｎｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ：Ｐａｒｔ Ｂ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３５，２８２５－２８３３，１９９７はまた、多官能性アクリレートモノマーを記載する。
・参照によってその開示が本明細書に組み込まれる、Ｇ．Ｓ．Ｉａｎｎａｃｃｈｉｏｎｅ ｅｔ ａｌ．，Ｅｕｒｏｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３６（６）．４２５－４３０，１９９６は、ペンタアクリレートモノマーと、ＬＣと、連鎖延長剤と、共開始剤と、光開始剤とを含む、ＰＤＬＣ混合物を記載する。

アクリレートは、迅速な動態、他の材料との良好な混合、およびフィルム形成プロセスとの適合性の利益を提供する。アクリレートは、架橋されるため、それらは、機械的に堅牢であり、可撓性である傾向がある。例えば、官能性２（ジ）および３（トリ）のウレタンアクリレートは、ＨＰＤＬＣ技術に広範に使用されている。ペンタおよびヘキサ官能性ステムなどのより高い官能性の材料もまた、使用されている。

反射および透過格子を組み込んだ導波路
概して、本発明の様々な実施形態による、単一の格子層においてフルカラーを実装するディスプレイまたはセンサーに関する図面、システム、および方法への言及が、示される。多数の実施形態では、本発明の原理に従った導波路ディスプレイは、少なくとも１つの導波路基板、画像データで変調された光の源、導波路内のＴＩＲ内に光を結合するための少なくとも１つの入力カプラ、少なくとも１つの透過格子、および少なくとも１つの反射格子を含み、反射および透過格子は、少なくとも部分的に重なる。図１は、本発明の実施形態による、透過および反射格子を実装する導波路ディスプレイを概念的に図示する。示されるように、ディスプレイ１００は、入力カプラの機能を提供する入力格子１０２と、透過格子１０３と、反射格子１０４と、を支持する導波路１０１を含む。例示的な実施形態では、透過格子１０３および反射格子１０４は、少なくとも部分的に重なる。いくつかの実施形態では、反射格子および透過格子は、単一の格子層において多重化することができる。図２は、そのような導波路を概念的に図示する。図２では、示されるディスプレイ２００は、入力格子２０２と、多重化された透過格子２０３および反射格子２０４と、を支持する導波路２０１を含む。図１および図２は、具体的な導波路構造を示すが、様々な構成および修正を、本発明の様々な実施形態に従って実装することができる。例えば、いくつかの実施形態では、プリズムは、入力カプラとして格子の代わりに利用される。上で議論されたように、そのような導波路ディスプレイは、少なくとも１つの光源を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源は、画像変調光を提供する。多くの実施形態では、データ変調された光の源は、レーザー走査プロジェクタ、マイクロディスプレイパネル、および／または発光型ディスプレイのうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施形態では、データ変調された光の源は、少なくとも２つの異なる波長の光を提供することができる。

図３は、本発明の実施形態による、多重化された透過および反射格子を概念的に図示する。示されるように、多重化格子３００は、低屈折率縞３０２および高屈折率縞３０３によって特徴付けられた反射格子を含有している領域によって分離された縞３０１を有する透過格子を含む。多数の実施形態では、透過格子の縞３０１は、反射格子の平均屈折率よりも大きい屈折率を有することができる。他の実施形態では、透過格子の縞３０１は、反射格子の平均屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。いくつかの実施形態では、屈折率値は、透過格子縞と反射格子縞の間で様々な屈折率コントラストを生成するために選択される。図３に図示される実施形態では、反射縞および透過縞は、透過格子Ｋベクトル３０４（記号Ｋ_Ｔによって符号付けされた）および反射格子Ｋベクトル３０５（記号Ｋ_Ｒによって符号付けされた）が互いに直交して配置されていて、傾斜していない。容易に理解できるように、他の実施形態は、透過および反射格子の一方または両方が傾斜した縞を有するアーキテクチャを含むことができる。

上で記載されたような、および本開示全体を通しての格子は、体積格子および表面レリーフ格子を含むがこれらに限定されない、様々な格子構造を含むことができる。多数の実施形態では、少なくとも１つの格子は、ホログラフィックフォトポリマー、ＨＰＤＬＣ材料、または均一変調ホログラフィック液晶ポリマー材料に記録されている。ＨＰＤＬＣ材料に記録された反射格子は、結果として生じるブラッグ縞が非常に長くなりがちであり、表面アンカーが不良であるという問題に悩まされるおそれがある。場合によっては、これは、格子構造の層間剥離につながるおそれがある。ＨＰＤＬＣ（図４のものなど）を使用する実施形態では、反射格子が透過の縞によって支持されることを可能にする液晶およびポリマーアンカー構造（３０６、３０７）が、提供され得る。多数の実施形態では、アンカー強度は、ＬＣおよびモノマーのタイプを選択することによって、ならびに、ＬＣとポリマーとの間の堅牢な局所アンカーを促進する濃度でＬＣとモノマーとを混合することによって制御することができる。いくつかの実施形態では、強力なアンカーは、添加剤によって達成することができる。「足場」という用語は、一方の格子を使用して、他方の形成を支持することを説明するために使用することができる。効率的なアンカーを促進するための化学およびプロセス上の関連データおよび教示は、ＨＰＤＬＣ材料システムの文献に見出すことができる。

図２に示すような多重化格子は、多くの異なる方法で製作することができる。容易に理解できるように、形成される具体的タイプの多重化格子は、利用される方法を規定することができる。図４は、本発明の実施形態による、多重化透過－反射格子を記録するためのシステムを概念的に図示する。示されるように、記録装置４００は、マスター格子基板４０１と、マスター格子４０２と、マスターカバーガラス４０３と、格子底部基板４０４と、ホログラフィック記録材料の格子層４０５と、格子上部基板４０６と、基板４０８の下面に形成された部分的反射層４０７と、フィルタガラス基板４０９とを含む。容易に理解できるように、各層は、様々な厚さを有する様々なタイプの材料で実装することができる。例えば、マスター格子４０２は、振幅格子または体積格子とすることができる。マスターカバーガラス４０３は、厚さが約１．１ｍｍの光学ガラスで実装することができる。他の実施形態では、異なるガラス厚さおよび材料を、使用することができる。格子基板層４０４、４０６は、典型的には厚さが約０．２ｍｍ～約１．８ｍｍの範囲のＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｒｉｓ（商標）ガラスとすることができる。多数の実施形態では、格子層４０５は、厚さが約１μｍ～約５μｍの範囲であり得る、マイクロメートルの単位である。しかしながら、他の格子層厚さを、用途に応じて、必要に応じて使用することができる。いくつかの実施形態では、格子層４０５は、具体的な格子角度帯域幅および効率を達成するために具体的な厚さで構成されている。格子層４０５の記録材料は、傾斜および非傾斜格子を含む任意のタイプの格子を記録するために使用することができる。そのような格子はまた、光を導波路内に結合することと、ビーム拡張を提供することと、導波路から光を抽出することと、を含むがこれらに限定されない、様々な光学機能を提供するように構成することができる。多くの実施形態では、部分的反射コーティング４０７は、ガラスに浸漬されたときに高入射角でかなりの反射を提供する反射防止コーティングであり得る。いくつかの実施形態では、部分的反射コーティング４０７は、１つ以上の誘電体層によって、または誘電体／金属層を含む積層によって提供することができる。部分的反射コーティングガラス基板４０８は、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）スリムガラスとすることができ、フィルタガラス基板４０９は、Ｓｃｈｏｔｔ Ｒ６０ ブロッカガラスとすることができる。

記録プロセスの間、マスター格子４０２は、ゼロ次および回折光を形成するために照射され得る。ゼロ次光の少なくとも一部分および回折光の少なくとも一部分は、透過格子を形成するために、ホログラフィック記録材料層４０５内で一緒に干渉パターンを形成することができる。ゼロ次光の少なくとも一部分は、部分的反射コーティング４０７から反射され得、反射格子を形成するためにホログラフィック記録材料４０５内の回折光の少なくとも一部分と干渉する。反射および透過格子は、単一の多重化層において形成することができる。容易に理解できるように、いくつかの実施形態では、複数の格子層は、重なっている透過および反射格子を形成するために利用される。

図５は、本発明の実施形態による、多重化された透過および反射格子の形成を概念的に図示する。記録システム５００は、図４のシステムと同様である。図４と同様に、記録システム５００はまた、フィルタガラス基板を含むことができる。示されるように、マスター格子５０１は、光線５０２～５０４によって表される入射コリメート光によって照射される。マスター格子５０１は、ゼロ次光線５０５～５０７および回折光線５０８を生成する。ゼロ次光線５０５～５０７は、格子層５０９を通過する。回折光５０８の一部分は、上部基板５１１の上面から反射され（５１０）、格子層５０９と再相互作用する。例示的な実施形態では、システム５００は、部分的反射層５１２を含む。他の実施形態では、この層は、除外される。図５に戻って参照すると、部分的反射層５１２からの反射は、上部基板５１１の上面からの反射よりも実質的に弱い。格子の形成に関して、照射および光の経路のこの構成および配列は、透過格子を形成するためにゼロ次光および回折光が干渉することを可能にする。例えば、ゼロ次光線５０６は、格子層の一部分５１３に透過格子を形成するために、回折光線５０８と干渉することができる。同時に、反射回折光線５１０は、格子層の別の部分５１４に反射格子を形成するために、ゼロ次光線５０７と干渉することができる。容易に理解できるように、図５に示される概略図は、システム内のすべての単一光線および干渉相互作用を図示すものではない。図５に図示されている光線経路の考慮から、透過および反射格子は、格子層を横切る各点で多重化され得ることが明らかなはずである。いくつかの実施形態では、マスター格子５０１は、多重反射および透過格子の複数セットの記録を可能にするために、２つ以上の入射コリメートビームによって（順次または同時に）照射され得る。いくつかの実施形態では、マスター５０１は、マスターの開口部上の異なる点で異なる入射角度を有するビームで照射され得る。多くの実施形態では、マスター５０１は、走査コリメートビームによって照射され得る。いくつかの実施形態では、マスター５０１は、マスターの開口部にわたって段階的にマスターに方向付けられたコリメートビームによって照射され得る。

図６は、本発明の実施形態による、多重化透過－反射格子を形成するための別の構成を概念的に図示する。再び、記録システム６００は、図４に示されるシステムと同様である。図４と同様に、記録システム６００はまた、フィルタガラス基板を含むことができる。図５の実施形態とは対照的に、この場合の回折光６０１は、部分的反射層６０２での反射を受け、上部基板６０３の上面での反射が実質的に少なくなる。示されるように、マスター格子６０４は、光線６０５～６０７によって表される入射コリメート光によって照射される。マスター格子６０４は、格子層６１１を通過するゼロ次光６０８～６１０、および回折光６０１を生成する。回折光６０１の一部分は、部分的反射層６０２から反射され６１２、格子層６１１と再相互作用する。ゼロ次光および回折光は、透過格子および／または反射格子を形成するために干渉することができる。例えば、ゼロ次光線６０９は、格子層のある一部分６１３に透過格子を形成するために回折光線６０１と干渉する一方、反射回折光線６１２は、ゼロ次光線６１０と干渉して、格子層６１１の別の部分６１４に反射格子を形成する。

図５および図６は、透過および反射格子を記録するための具体的な方法および構成を図示するが、様々な他のプロセスは、所与の用途の具体的な要件に応じて、必要に応じて実装することができる。多数の実施形態では、複数の格子層が利用され、透過および反射格子は、多重化されていない。複数の格子層は、隣接することができる。いくつかの実施形態では、２つの格子層は、単一の基板層のいずれかの側に配置される。異なる記録および露光設定に加えて、様々な異なるプロセスはまた、実装することができる。

図７は、本発明の実施形態による、透過および反射格子を製作する方法を概念的に図示する流れ図を示す。示されるように、方法７００は、少なくとも１つの光源、ホログラフィック記録材料の層、および少なくとも部分的に反射性の表面を提供すること（７０１）を含む。容易に理解できるように、ＨＰＤＬＣ材料および様々なフォトポリマーを含むが、これらに限定されない様々なホログラフィック記録材料のいずれかは、必要に応じて利用することができる。多くの実施形態では、反射表面は、完全反射表面である。第１および第２の記録ビームは、少なくとも１つの光源を使用して形成することができる（７０２）。多数の実施形態では、単一光源は、第１および第２の記録ビームを形成するために利用される。例えば、２つのビームは、光源から回折格子に向かって単一ビームを方向付けることによって形成することができる。他の実施形態では、２つの光源は、それぞれ、第１の記録ビームおよび第２の記録ビームを形成するために利用される。第１および第２の記録ビームは、ホログラフィック記録材の層内に送信され得る（７０３）。第１の記録ビームの一部分は、ホログラフィック記録材料の層を通して少なくとも部分的に反射性の表面に向かって送信され得る（７０４）。送信された第１の記録ビームの一部分は、少なくとも部分的に反射性の表面からホログラフィック記録材料の層内に戻るように反射され得る（７０５）。透過格子は、第１および第２の記録ビームを使用して、ホログラフィック記録材料の層に形成され得る（７０６）。反射格子は、反射された第１の記録ビームおよび第２の記録ビームを使用して、ホログラフィック記録材料の層に形成され得る（７０７）。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に反射性の表面は、完成した導波路構成要素の一部を形成することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に反射性の表面（およびその支持基板）は、露光中のみ存在する。

図８は、本発明の実施形態による、透過および反射格子を製作する第２の方法を概念的に図示する流れ図を示す。示されるように、方法８００は、少なくとも１つの光源、モノマーおよび液晶を含むホログラフィック記録材料の層、ならびに少なくとも部分的に反射性の表面を提供すること（８０１）を含む。第１および第２の記録ビームは、少なくとも１つの光源を使用して形成され得る（８０２）。第１および第２の記録ビームは、ホログラフィック記録材の層内に送信され得る（８０３）。第１の記録ビームの一部分は、ホログラフィック記録材料の層を通して反射表面に向かって送信され得る（８０４）。送信された第１の記録ビームの一部分は、反射表面からホログラフィック記録材料の層内に戻るように反射され得る（８０５）。透過格子は、第１および第２のビームを使用して、ホログラフィック記録材料の層に形成され得る（８０６）。ポリマーアンカー構造への液晶は、反射格子を支持するための透過格子に形成され得る（８０７）。反射格子は、反射された第１のビームおよび第２のビームを使用して、ホログラフィック記録材料の層に形成され得る（８０８）。

図９は、本発明の実施形態による、透過および反射格子を製作する第３の方法を概念的に図示する流れ図を示す。示されるように、方法９００は、マスター格子、記録材料の層を支持する基板、光の源、および記録材料の層（すなわち、少なくとも部分的に反射性の表面とマスター格子との間にある記録材料の層）に関してマスター格子と反対側に配置された少なくとも部分的に反射性の表面を提供すること（９０１）を含む。マスター格子は、光の源からの光で照射され得る（９０２）。回折ビームおよびゼロ次ビームは、マスター格子の照射から形成され得る（９０３）。回折ビームの少なくとも一部分は、少なくとも部分的に反射性の表面から反射され得る（９０４）。ゼロ次および回折ビームは、記録材料の層に透過格子を形成するために干渉され得る（９０５）。ゼロ次および反射ビームは、記録材料の層に反射格子を形成するために干渉され得る（９０６）。容易に理解できるように、図８および図９に記載されるプロセスを実装するシステムおよび構成要素は、図７に記載されるものと同様に実装され得る。例えば、ホログラフィック記録材料は、プロセスの間で同様に置換することができる。

図７～図９は、導波路ディスプレイに格子を形成するための具体的方法を図示するが、多くの異なるプロセスを、所与の用途の具体的要件に応じて、必要に応じてそのような格子を形成するために実装することができる。さらに、様々な修正を、図７～図９に示される方法に対して行うことができる。例えば、透過および反射格子は、多重化格子として形成することができる。いくつかの実施形態では、多重化された透過および反射格子は、ゼロ次および回折光に干渉することによって、ならびに部分的に反射性の表面からの回折光の反射をゼロ次光で干渉することによって形成することができる。他の実施形態では、ゼロ次光および回折光の反射は、格子を形成するために干渉される。透過および反射格子はまた、異なる格子層にわたって形成することができる。

本発明の様々な実施形態による、透過および反射格子を実装する導波路は、様々な格子構成で実装することができる。多数の実施形態では、導波路は、少なくとも１つの入力透過格子、少なくとも１つの折り曲げ透過格子、および少なくとも１つの出力透過格子を支持する。入力、折り曲げ、および出力透過格子のうちの少なくとも１つは、反射格子で多重化することができる。他の実施形態では、反射格子は、入力および折り曲げ格子のうちの少なくとも１つと重なる。いくつかの実施形態では、導波路は、第１および第２の折り曲げ透過格子を支持する。第１および第２の折り曲げ透過格子は、互いに、および少なくとも１つの反射格子と重なることができる。多くの実施形態では、第１および第２の折り曲げ透過格子は、交差Ｋベクトルを有する。折り曲げ透過格子の各々は、入力格子からの光を第１の方向にビーム拡張し、それを他方の折り曲げ透過格子に向かって結合するように構成することができ、次いで、光を異なる方向にビーム拡張し、それを視聴者に向かって抽出ことができる。

図１０は、本発明の実施形態による、多重化された透過および反射折り曲げ格子を実装する導波路ディスプレイアーキテクチャを概念的に図示する。例示的な実施形態では、導波路ディスプレイ１０００は、入力格子１００２、多重化された透過格子１００３および反射格子１００４、ならびに出力格子１００５を支持する導波路１００１を含む。入力光１００６、導波路光１００７、第１の方向のビーム拡張光１００８、および第２の方向のビーム拡張出力光１００９の光路が、図示されている。いくつかの実施形態では、格子構造は、同じ側で光を入力および出力するように構成されている。容易に理解できるように、本発明の追加の実施形態は、様々な格子構成を含むことができる。例えば、図１１は、出力格子が、多重化された透過格子１１０１および反射格子１１０２を含む、導波路アーキテクチャ１１００を概念的に図示する一方、図１２は、入力格子が、多重化された透過格子１２０１および反射格子１２０２を含む、導波路アーキテクチャ１２００を概念的に図示する。図１３は、本発明の実施形態による、２つの別個の入力格子１３０１、１３０２が提供される、導波路アーキテクチャ１３００を概念的に図示する。

入力、折り曲げ、および出力格子に基づく従来の導波路アーキテクチャのいくつかの重要な問題は、折り曲げおよび出力格子の機能を組み合わせることによって対処することができる。多数の実施形態では、ディスプレイは、入力格子を支持する導波路と、拡張および抽出の二重機能を実行する２つの重なっている格子とを含み、重ねられた格子の各々は、導波路を通して伝播される一部分の野に従って垂直拡張または水平拡張のいずれかを実行している。入力および重ねられた格子の格子ベクトルは、実質的にゼロ合成ベクトルを提供するために等角または対称構成のいずれかで配列することができる。図１４は、本発明の実施形態による、入力格子１４０２を支持する導波路１４０１と、重なっている多重化透過格子１４０３、１４０４および反射格子１４０５、１４０６を含む格子構造とを含む導波路アーキテクチャ１４００を概念的に図示する。多数の実施形態では、多重化格子の各セットは、異なる格子層に配置されている。いくつかの実施形態では、２つのセットは、互いにさらに多重化され、４つの多重化格子を形成する。図１４の実施形態では、格子の２つは、導波路の平面でのガイドビームの方向を変更することによってビーム拡張を提供するために、交差折り曲げ格子（すなわち、異なる方向にＫベクトルを有する折り曲げ格子）として構成することができる。より一般的な意味では、交差折り曲げ格子は、導波路からの光の２次元ビーム拡張および抽出を実行することができる。いくつかの実施形態では、透過格子は、交差折り曲げ格子として構成されている。多くの実施形態では、２つのセットの交差折り曲げ格子が、実装されている。透過格子は、反射格子が第２のセットを形成する間、１つのセットを形成することができる。他の実施形態では、透過格子および反射格子の各々のうちの１つは、交差折り曲げ格子のセットを形成する。導波路内に結合された視野は、第１および第２の部分を含むことができる。多数の実施形態では、第１および第２の視野部分は、垂直または水平に正および負の角度に対応する。いくつかの実施形態では、第１および第２の部分は、角度空間で重なり得る。いくつかの実施形態では、視野の第１の部分は、第１の折り曲げによって垂直に拡張され、並列動作では、水平に拡張され、第２の折り曲げによって抽出される。

図１４は、交差折り曲げ格子を実装する具体的な格子構成を示すが、様々な他のアーキテクチャを、所与の用途の要求に応じて、必要に応じて、利用することができる。例えば、様々な異なる入力格子構成を、利用することができる。いくつかの実施形態では、プリズムが、入力格子の代わりに利用される。他の入力構成が、図１５および図１６に示されている。図１５は、本発明の実施形態による、入力カプラが透過格子１５０１および反射格子１５０２を多重化する、交差折り曲げ格子を使用する導波路アーキテクチャ１５００を概念的に図示する。図１６は、本発明の実施形態による、２つの別個の入力結合格子１６０１、１６０２が提供される、交差折り曲げ格子を使用する導波路アーキテクチャ１６００を概念的に図示する。容易に理解できるように、多重化された透過および反射格子の多くの他の組み合わせが、２次元ビーム拡張を提供する導波路ディスプレイにおいて使用できることは明らかなはずである。いくつかの実施形態では、反射格子の１つは、交差格子構造で使用される多重化格子のセットから省略することができる。

多数の実施形態では、装置は、入力光が２つの波長帯域に分割され、それぞれが専用の折り曲げ格子を有する分岐経路に従う導波路を含む。光は、１つの格子が各波長帯域に割り当てられている、一対の重なっている出力格子を使用して抽出することができる。出力格子は、互いに９０度の格子ベクトルを有することができる。格子は、表面レリーフまたはホログラフィックタイプを使用することができる。多数の実施形態では、装置は、水平拡張および抽出を実行するために、格子ベクトルが同じ方向に整列された状態で、重なっている回折素子を支持する導波路を含む。格子は、透明状態と回折状態との間の切り替えを可能にする電気活性材料を挟むことができる。交差格子導波路アーキテクチャに関して、本開示は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ Ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｌｏｒ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｉｓｐｌａｙ」と題する米国特許出願第１６／７０９，５１７号および「Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」と題する米国特許出願第１４／６２０，９６９号に開示される実施形態および教示を組み込むことができ、それらの開示は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

処方および材料特性は、アイボックスから画像ソースへのリバース光線トレースによって決定することができる。格子層は、透明基板によって支持され得る。基板は、高屈折率材料、光学ガラスまたはプラスチックであり得る。いくつかの実施形態では、基板は、湾曲している。格子は、第２の基板によって覆われ得、第１および第２の基板は、光誘導構造を形成している。格子は、各々が異なる材料および格子特性を有する別個の格子要素に分割することができる。格子要素のうちの少なくともいくつかは、電気的にスイッチ可能であり得る。格子は、ホログラフィックフォトポリマー、ＨＰＤＬＣ材料システム、均一変調ＨＰＤＬＣ材料システム、または少なくとも１つのＬＣおよび１つのポリマー成分を含む任意の他の材料システムに形成することができる。材料または格子特性は、ステップ変化において変化することができ、または連続的に変化し得る。多重化された透過および反射格子は、異なる波長帯域の画像光、異なる角度帯域幅の光、および異なる偏光の光を伝播する目的で最適化された処方を有することができる。格子は、インクジェット堆積プロセスを使用して形成することができる。

図１７は、本発明の実施形態による、重なっている透過格子１７０１および反射格子１７０２、１７０３が提供される、導波路アーキテクチャ１７００のプロファイル図を概念的に図示する。例示的な実施形態では、アーキテクチャ１７００は、基板１７０４、１７０５によって挟まれた透過格子１７０１を含み、各基板は、反射格子１７０２、１７０３のうちの１つと接触する外面を有している。各反射格子の外面は、基板１７０６、１７０７と接触している。示されるように、透過格子１７０１および反射格子１７０２、１７０３は、別々の層に配置される。容易に理解できるように、格子のすべてまたは任意の組み合わせは、多重化することができる。上のセクションで記載されたように、格子は、入力結合、ビーム拡張、および／またはビーム抽出を提供するために使用することができる。導波路での光伝播は、光線１７０８によって概略的に表されている。透過格子Ｋベクトル（記号Ｋおよび数字１７０９Ａで符号付けされた）は、傾斜している。反射格子ブラッグ縞は、記号ＫＲおよび数字１７０９Ｂによって符号付けされたＫベクトルで実質的に傾斜していない。導波路からの光抽出は、光線１７１０により表されている。

反射ホログラムは、本質的に層形成された屈折率システムと見なすことができる。多数の実施形態では、反射格子の外層は、主に光が導波路の外面に当たる前に全内部反射が発生するように、ガイドビームを減衰させることによって環境分離を提供することができる。いくつかの実施形態では、収差は、透過格子および反射格子処方内に補償機能を構築することによって補正することができる。反射ホログラフィック光学素子（Ｒ－ＨＯＥ）はまた、湾曲した導波路を可能にし得る。図１８は、本発明の実施形態による、反射格子１８０１の回折効率対入射角および透過格子１８０２の回折効率角度帯域幅を図示するチャート１８００を示す。典型的には、反射格子は、約５～６°の回折効率の角度帯域幅を有する。多数の実施形態では、ＨＰＤＬＣに記録された反射格子は、偏光選択的であるように構成され得る。いくつかの実施形態では、上部および下部反射格子は、対称的処方を有することができる。

いくつかの実施形態では、導波路角度帯域幅は、透過格子の上および下に配置された２つの反射格子を使用することによって拡張することができる。図１９は、本発明の実施形態による、重なっている透過格子１９０１ならびに反射格子１９０２Ａ、１９０２Ｂ、１９０３Ａ、および１９０３Ｂが提供される、導波路アーキテクチャ１９００のプロファイル図を概念的に図示する。再び、図面は、別々の層に配置された反射および透過格子を図示するが、格子のすべてまたは任意の組み合わせは、多重化することができる。例示的な実施形態では、アーキテクチャ１９００は、基板１９０４、１９０５によって挟まれた透過格子１９０１を含み、各基板は、反射格子１９０２Ａ、１９０３Ａのうちの１つと接触する外面を有している。上側および下側対の各々の外側反射格子１９０２Ｂ、１９０３Ｂの外面は、基板１９０６、１９０７と接触している。導波路での光伝播は、光線１９０８によって概略的に表され、抽出された光は、光線１９０９によって概略的に表される。透過格子Ｋベクトル（記号Ｋおよび数字１９１０Ａによって符号付けされた）は、傾斜し、反射格子Ｋベクトル（記号Ｋ_Ｒ１および数字１９１０Ｂならびに記号Ｋ_Ｒ２および数字１９１０Ｃによって符号付けされた）は、実質的に傾斜していない。図２０は、反射格子２００１の回折効率対入射角、２つの反射格子２００２から結果として生じる有効角度帯域幅、および透過格子２００３の回折効率角度帯域幅を図示するチャート２０００である。

いくつかの実施形態では、装置は、空間的に変化するピッチを有する少なくとも１つの格子を含む。いくつかの実施形態では、各格子は、固定Ｋベクトルを有する。多数の実施形態では、格子のうちの少なくとも１つは、引用文献に開示された実施形態および教示に従ったロール軸回転ｋベクトル格子である。Ｋベクトルを回転させることは、導波路厚さを増大させる必要がなく、格子の角度帯域幅を拡張させることを可能にする。いくつかの実施形態では、ロール軸回転Ｋベクトル格子は、異なって整列されたＫベクトルを有する離散格子要素を含有している導波路部分を含む。いくつかの実施形態では、ロール軸回転Ｋベクトル格子は、Ｋベクトルが方向における滑らかな単調変化を受ける単一の格子要素を含有している導波路部分を含む。いくつかの実施形態では、記載されたロール軸回転Ｋベクトル格子は、導波路内に光を入力するために使用される。

非偏光光源を使用するディスプレイを対象とするいくつかの実施形態では、本発明で使用される入力格子は、各格子が入射した非偏光光の特定の偏光を導波路経路内に回折するように配向された格子を組み合わせる。そのような実施形態は、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／００００４０「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｅｖｉｃｅ」に開示された実施形態および教示のいくつかを組み込み得、その開示は、あらゆる目的のために、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。出力格子は、導波路経路からの光が、非偏光光として組み合わされ、導波路から出て結合されるように、同様の方法で構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、入力格子および出力格子は各々、直交偏光状態についてのピーク回折効率を備える交差格子を組み合わせる。いくつかの実施形態では、偏光状態は、Ｓ偏光およびＰ偏光である。いくつかの実施形態では、偏光状態は、円偏光の反対の意味である。この点に関して、ＳＢＧなどの液晶ポリマーシステムに記録された格子の利点は、それらの固有の複屈折のために、それらが強力な偏光選択性を示すことである。しかしながら、固有の偏光状態を提供するように構成することができる、他の格子技術を、使用してもよい。

液晶ポリマー材料システムに記録された格子を使用するいくつかの実施形態では、折り曲げ格子、入力格子、または出力格子のうちの少なくとも１つと重なっている少なくとも１つの偏光制御層は、任意の格子、特に偏光回転を結果としてもたらし得ると本発明者らが見出した、折り曲げ格子での偏光回転を補償する目的で提供され得る。いくつかの実施形態では、すべての格子は、偏光制御層によってオーバーレイされる。いくつかの実施形態では、偏光制御層は、折り曲げ格子のみに、または格子の任意の他のサブセットに適用される。偏光制御層は、光学リターダ（ｒｅｔａｒｄｅｒ）フィルムを含み得る。ＨＰＤＬＣ材料に基づくいくつかの実施形態では、格子の複屈折は、導波路デバイスの偏光特性を制御するために使用され得る。設計変数としてのＨＰＤＬＣ格子、Ｋベクトル、および格子フットプリントの複屈折テンソルの使用は、導波路デバイスの角度能力および光学効率を最適化するための設計空間を開放する。いくつかの実施形態では、導波路のガラス－空気インターフェース上に配置された４分の１波長板は、格子との効率的な結合を維持するために光線の偏光を回転させる。例えば、一実施形態では、４分の１波長板は、基板導波路に適用されるコーティングである。いくつかの導波路ディスプレイの実施形態では、導波路の基板に４分の１波長コーティングを適用することは、導波路のズレ波を補償することによって、光線が意図された視軸との整列を維持するのに役立ち得る。いくつかの実施形態では、４分の１波長板は、多層コーティングとして提供され得る。

様々な例示的な実施形態に示されるようなシステムおよび方法の構成ならびに配列は、例示的なものに過ぎない。本開示では、わずかな実施形態しか詳細に記載されていないが、多くの修正が可能である（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状、および割合の変化、パラメータの値、取り付け配列、材料の使用、色、配向など）。例えば、要素の位置は、逆にされまたは他の方法で変更され得、別個の要素の性質もしくは数または位置は、改変されまたは変更され得る。したがって、すべてのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。任意のプロセスまたは方法ステップの順序もしくは配列は、代替の実施形態に従って変更されまたは再配列され得る。他の置換、修正、変更、および省略は、本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件、および配列において行われ得る。

等価物の理論
上の記載は、本発明の多くの具体的実施形態を含有するが、これらは、本発明の範囲の限定として解釈されるべきではなく、むしろ、その一実施形態の実施例として解釈されるべきである。したがって、本発明が、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、具体的に記載された方法以外の方法で実施され得ることを理解されたい。このように、本発明の実施形態は、あらゆる点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。したがって、本発明の範囲は、図示された実施形態によってではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって決定されるべきである。

Claims (20)

1. 導波路ディスプレイであって、
   画像データで変調された光の源と、
   導波路であって、
   少なくとも１つの透過格子と、
   少なくとも１つの反射格子であって、少なくとも１つの反射グラタンおよび前記少なくとも１つの透過格子が少なくとも部分的に重なっている、少なくとも１つの反射格子と、
   光の前記源からの光を前記導波路における全内部反射（ＴＩＲ）経路内に結合するための少なくとも１つの入力カプラと、を備える、導波路と、を備える、導波路ディスプレイ。
2. 前記少なくとも１つの反射格子および前記少なくとも１つの透過格子が、単一の格子層において多重化されている、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
3. 前記少なくとも１つの入力カプラが、格子である、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
4. 前記少なくとも１つの入力カプラが、入力透過格子を含み、
   前記少なくとも１つの透過格子が、折り曲げ透過格子と、出力透過格子と、を含み、
   前記入力透過格子、前記折り曲げ透過格子、および前記出力透過格子のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つの反射格子と多重化されている、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
5. 前記少なくとも１つの入力カプラが、入力透過格子を含み、
   前記少なくとも１つの透過格子が、少なくとも、第１の折り曲げ透過格子と、第２の折り曲げ透過格子と、を含み、
   前記少なくとも１つの反射格子が、前記入力透過格子ならびに前記第１および第２の折り曲げ透過格子のうちの少なくとも１つと重なり、
   前記第１および第２の折り曲げ透過格子が、互いに重なり、
   前記第１および第２の折り曲げ透過格子が、交差Ｋベクトルを有し、
   前記折り曲げ透過格子の各々が、前記入力格子からの光をビーム拡張し、それを他方の折り曲げ透過格子に向かって結合し、次いで、前記他方の折り曲げ透過格子が、光をビーム拡張し、視聴者に向かって抽出するように構成されている、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
6. 前記格子の各々が、組み合わせて実質的にゼロの大きさを有する合成ベクトルを提供する格子ベクトルを有する、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
7. 前記光が、前記格子のうちの少なくとも１つ内で二重相互作用を受ける、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
8. 前記少なくとも１つの反射格子に重なるビームスプリッタ層をさらに備える、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
9. 前記少なくとも１つの反射格子に重なるアライメント層をさらに備える、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
10. データ変調された光の前記源が、レーザー走査プロジェクタ、マイクロディスプレイパネル、および発光型ディスプレイからなる群から選択されるものである、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
11. 光の前記源が、少なくとも２つの異なる波長を提供する、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
12. 前記格子のうちの少なくとも１つが、屈折率変調、Ｋベクトル、格子ベクトル、格子ピッチ、および複屈折からなる群から選択される特性の空間的変化を特徴とする、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
13. 前記格子が、波長帯域、角度帯域幅、および偏光状態からなる群から選択される特性のために複数の別個の光路を提供するように構成されている、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
14. 前記導波路が、湾曲している、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
15. 前記導波路が、ＧＲＩＮ構造を組み込んでいる、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
16. 前記導波路が、プラスチックである、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
17. 前記格子のうちの少なくとも１つが、ホログラフィックフォトポリマーに記録されたスイッチ可能ブラッグ格子ＨＰＤＬＣ材料、均一変調ホログラフィック液晶ポリマー材料に記録されたスイッチ可能ブラッグ格子、フォトポリマー材料に記録されたブラッグ格子、および表面レリーフ格子からなる群から選択される構造を含む、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
18. ホログラフィック導波路を製作する方法であって、
    少なくとも１つの光源、ホログラフィック記録材料の層、および少なくとも部分的に反射性の表面を提供することと、
    前記少なくとも１つの光源を使用して第１および第２の記録ビームを形成することと、
    前記第１および第２の記録ビームを前記ホログラフィック記録材料の層内に送信することと、
    前記第１の記録ビームの一部分を前記ホログラフィック記録材料の層を通して前記少なくとも部分的に反射性の表面に向かって送信することと、
    前記第１の記録ビームの前記送信された一部分を、前記少なくとも部分的に反射性の表面から前記ホログラフィック記録材料の層内に反射させることと、
    前記第１および第２の記録ビームを使用して前記ホログラフィック記録材料の層に透過格子を形成することと、
    前記第１の記録ビームおよび前記第２の記録ビームの前記反射された部分を使用して前記ホログラフィック記録材料の層に反射格子を形成することと、を含む、方法。
19. 反射格子を支持するための液晶およびポリマーアンカー構造を形成すること、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. ホログラフィック導波路を製作する方法であって、
    マスター格子、記録材料の層を支持する基板、光の源、および前記記録材料層に関して前記マスター格子と反対側に配置された少なくとも部分的に反射性の表面を提供することと、
    回折ビームおよびゼロ次ビームを形成するために、光の前記源からの光を前記マスター格子に照射することと、
    前記少なくとも部分的に反射性の表面から前記回折ビームを反射させることと、
    前記ゼロ次ビームおよび前記回折ビームから透過格子を形成することと、
    前記ゼロ次ビームおよび前記反射された回折ビームから反射格子を形成することと、を含む、方法。

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