JP2024508926A - 真空周期的構造体および製造の方法 - Google Patents

Abstract

導波路での使用のための格子、および、それら格子を製作する方法への改善がここでは記載されている。深い表面レリーフ格子（ＳＲＧ）は、従来のＳＲＧに対して多くの利点を提供することができ、重要な利点は、より高いＳ回析効率である。一実施形態において、深いＳＲＧはポリマー表面レリーフ格子または真空周期的構造体（ＥＰＳ）として実装され得る。ＥＰＳは、ホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）周期的構造体を最初に記録することで形成できる。液晶を硬化した周期的構造体から除去することで、ポリマー表面レリーフ格子を提供する。ポリマー表面レリーフ格子は、導波路に基づくディスプレイにおける使用を含む多くの用途を有する。

Description

相互参照された出願
本出願は、２０２１年３月５日に出願された米国仮特許出願第６３／１５７４６７号、２０２１年４月１３日に出願された米国仮特許出願第６３／１７４４０１号、および２０２１年７月１９日に出願された米国仮特許出願第６３／２２３３１１号の優先権を主張し、それら特許出願の開示は、それらの全体が参照により組み込まれている。

本発明は、概して、導波路、および導波路を作製するための方法に関し、より詳細には、１つの材料成分が除去される多成分混合物に形成される格子を含む導波路ディスプレイと、前記格子を作製するための方法とに関する。

導波路は、波を閉じ込めて案内する（つまり、波が伝搬することができる空間領域を規制する）能力を伴う構造として言及することができる。１つのサブクラスは、電磁波であって、典型的には可視スペクトルにおける電磁波を案内することができる構造である光学導波路を含む。導波路構造は、いくつかの異なる機構を使用して波の伝搬経路を制御するように設計され得る。例えば、平面状の導波路は、入光した光が全内部反射（ＴＩＲ： Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を介して平面状構造の中で伝わるように進むことができるように、導波路構造への入射光を回析および結合するために回析格子を利用するように設計され得る。

導波路の作製は、導波路の内部または表面におけるホログラフィック光学要素の記録を可能にする材料系の使用を含み得る。このような材料のある部類は、光重合可能単量体および液晶を含む混合物であるポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）混合物を含む。こ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要素が、材料を２つの相互に可干渉性のレーザビームで材料を照らすことで、このような液体混合物に記録することができる。記録する過程の間、単量体は重合し、混合物は、光重合で誘導された相分離を受け、液晶（ＬＣ）微小液滴によって密集させられ、透明なポリマーの領域が散在させられる領域を作り出す。交互する液晶が豊富な領域と液晶が空乏した領域とは、格子の縞模様の平面を形成する。

上述されているものなどの導波路光学系は、ディスプレイ用途およびセンサ用途の範囲について検討され得る。多くの用途において、複数の光学機能を符号化する１つまたは複数の格子層を含む導波路は、様々な導波路のアーキテクチャおよび材料系を使用して実現でき、拡張現実（ＡＲ）および仮想現実（ＶＲ）のためのニアアイディスプレイ、航空および道路輸送のためのコンパクトなヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ならびに、バイオメトリックス用途およびレーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）用途のためのセンサにおいて、新たな革新を可能にする。これらの用途の多くは消費者製品に向けられており、ホログラフィック導波路を大量に製造するための効率的で低コストの手段に向けての高まる要求がある。

国際公開第２０２２／０１５８７８号 国際公開第２０２１／２４２８９８号 米国特許第９６３２２２６号明細書 米国特許第４１３３１５２号明細書

Pekka Ayras, Pasi Saarikko, Tapani Levola, "Exit pupil expander with a large field of view based on diffractive optics", Journal of the SID 17/8, (2009), pp 659-664 Kiyoshi Yokomori, "Dielectric surface-relief gratings with high diffraction efficiency", Applied Optics; Vol. 23; Issue 14; (1984); pp. 2303-2310 M.A. Golub, A.A. Friesem, L. Eisen, "Bragg properties of efficient surface relief gratings in the resonance domain", Optics Communications; 235; (2004); pp261-267 Gerritsen HJ, Thornton DK, Bolton SR; "Application of Kogelnik's two-wave theory to deep, slanted, highly efficient, relief transmission gratings", Applied Optics; Vol. 30; Issue 7; (1991); pp 807-814 O. Sakhno, L.M. Goldenberg, M. Wegener, J. Stumpe, "Deep surface relief grating in azobenzene-containing materials using a low intensity 532 nm laser", Optical Materials: X, 1, (2019), 100006, pp 3-7 Moharam M. G. et al., "Diffraction characteristics of photoresist surface -relief gratings", Applied Optics, Vol. 23, page 3214, Sep 15, 1984 Fries F. et al, "Real-time beam shaping without additional optical elements", Light Science & Applications, 7(1), 18, (2018)

多くの実施形態が、ポリマー格子構造体、その設計、製造の方法、および材料に向けられている。

様々な実施形態が、周期的構造体を作製するための方法であって、ホログラフィック混合物をベース基板に提供するステップと、ホログラフィック混合物をベース基板とカバー基板との間に挟むステップであって、ホログラフィック混合物はホログラフィック混合物層をベース基板上に形成する、ステップと、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームをホログラフィック混合物層に適用するステップと、カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去するステップであって、カバー基板は、露光の後、形成されたホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去させることができる一方で、露光されていないホログラフィック混合物層に付着することができるように、ベース基板と異なる性質を有する、ステップとを含む方法に向けられている。

さらに、様々な実施形態が、周期的構造体を作製するための方法であって、第１のホログラフィック混合物を第１のベース基板に提供するステップと、第１のホログラフィック混合物を第１のベース基板とカバー基板との間に挟むステップであって、第１のホログラフィック混合物は第１のホログラフィック混合物層を第１のベース基板上に形成する、ステップと、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備える第１のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームを第１のホログラフィック混合物層に適用するステップと、カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去するステップと、第２のホログラフィック混合物を第２のベース基板に提供するステップと、第２のホログラフィック混合物を第２のベース基板とカバー基板との間に挟むステップであって、第２のホログラフィック混合物は第２のホログラフィック混合物層を第２のベース基板上に形成する、ステップと、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備える第２のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームを第２のホログラフィック混合物層に適用するステップとを含む方法に向けられている。

さらに、様々な実施形態が、深い表面レリーフ格子（ＳＲＧ）を作製するためのデバイスであって、ベース基板とカバー基板との間に挟まれるホログラフィック混合物を備え、ホログラフィック混合物は、ホログラフィック記録ビームに露光されるとき、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散液晶格子を形成するように構成され、ベース基板とカバー基板とは、カバー基板が、露光の後、形成されたホログラフィックポリマー分散液晶格子から除去させることができる一方で、露光されていないホログラフィック混合物層に付着することができるように、異なる性質を有する、デバイスに向けられている。

さらに、様々な実施形態が、それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、ポリマー格子構造体は、ポリマー領域と、ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と、ポリマー領域の上部および導波路の上部に配置される被覆とを備える、導波路デバイスに向けられている。

さらに、様々な実施形態が、それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、ポリマー格子構造体は、ポリマー領域と、ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と、ポリマー領域と導波路との間に配置される光学層と、ポリマー領域の上部および光学層の上部に配置される被覆とを備える、導波路デバイスに向けられている。

さらに、様々な実施形態が、それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、ポリマー格子構造体は、ポリマー領域と、ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と、ポリマー領域と導波路との間に配置される光学層とを備える、導波路デバイスに向けられている。

さらに、様々な実施形態が、それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、ポリマー格子構造体は、ポリマー領域と、ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙とを備え、ポリマー領域と空隙とは導波路に直接的に接触する、導波路デバイスに向けられている。

さらに、様々な実施形態が、格子を作製するための方法であって、単量体と非反応性材料との混合物を提供するステップと、混合物の層を基板の表面に被覆するステップと、ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散格子を形成するために、ホログラフィック記録ビームを層に適用するステップと、ポリマー領域と空気領域とを交互に含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために、非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップと、被覆を、ポリマー領域の上面と空気領域における基板の上面とに適用するステップとを含む方法に向けられている。

さらに、様々な実施形態が、格子を作製するための方法であって、単量体と非反応性材料との混合物を提供するステップと、混合物の層を基板の表面に被覆するステップと、ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散格子を形成するために、ホログラフィック記録ビームを層に適用するステップと、ポリマー領域と空気領域とを交互に含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために、非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップであって、光学層はポリマー領域と基板との間に配置される、ステップと、被覆を、ポリマー領域の上面と空気領域における光学層の上面とに適用するステップとを含む方法に向けられている。

さらに、様々な実施形態が、格子を作製するための方法であって、単量体と非反応性材料との混合物を提供するステップと、混合物の層を基板の表面に被覆するステップと、ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散格子を形成するために、ホログラフィック記録ビームを層に適用するステップと、ポリマー領域と空気領域とを交互に含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために、非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップと、ポリマーの少なくとも一部分をポリマー領域から除去するためにプラズマアッシング過程を実施するステップとを含む方法に向けられている。

この記載は、本発明の例示の実施形態として提示されている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ことになり、本発明の範囲の完全な記述として解釈されるべきではない。

図１Ａは、本発明の実施形態による、透明な基板に堆積させられた単量体と液晶との混合物がホログラフィック露光ビームに露光される、表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図１Ｂは、本発明の実施形態による、透明な基板に形成されたＨＰＤＬＣ格子から表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図１Ｃは、本発明の実施形態による、ポリマー表面レリーフ格子を形成するために液晶がＨＰＤＬＣ格子から除去される表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図１Ｄは、本発明の実施形態による、表面レリーフ格子を保護層で覆うための方法のステップを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、透明な基板に形成されたＨＰＤＬＣ格子からポリマー表面レリーフ格子を作製するための方法を概念的に示す流れ図である。 ポリマー表面レリーフ格子または真空周期的構造体の例示の実装の図である。 本発明の実施形態によるポリマー空気の周期的構造体３０００ａの断面概略図である。 入射角に対する回析効率における光学層厚さの効果を示すグラフである。 図４Ａは、本発明の実施形態による、透明な基板に堆積させられた単量体と液晶との混合物がホログラフィック露光ビームに露光される、表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図４Ｂは、本発明の実施形態による、透明な基板に形成されたＨＰＤＬＣ周期的構造体から表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図４Ｃは、本発明の実施形態による、ポリマー表面レリーフ格子を形成するために液晶がＨＰＤＬＣ周期的構造体から除去される表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図４Ｄは、本発明の実施形態による、ハイブリッド表面レリーフ周期的構造体を形成するために表面レリーフ格子が液晶で部分的に再充填される表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。図４Ｅは、本発明の実施形態による、ハイブリッド表面レリーフ周期的構造体が保護層で覆われる表面レリーフ格子を作製するための方法のステップを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、ハイブリッド表面レリーフ周期的構造体を作製するための方法を概念的に示す流れ図である。 本発明の実施形態による、１マイクロメートルの厚さの深さの表面レリーフ格子についての、入射角に対する計算されたＰ偏光およびＳ偏光の回析効率を示すグラフである。 本発明の実施形態による、２マイクロメートルの厚さの深さの表面レリーフ格子についての、入射角に対する計算されたＰ偏光およびＳ偏光の回析効率を示すグラフである。 本発明の実施形態による、３マイクロメートルの厚さの深さの表面レリーフ格子についての、入射角に対する計算されたＰ偏光およびＳ偏光の回析効率を示すグラフである。 図９Ａと図９Ｂは、異なるチオール濃度を含む複数の実施形態の走査型電子顕微鏡画像である。 図１０Ａと図１０Ｂは、ＨＰＤＬＣ周期的構造体とポリマー表面レリーフ格子または真空周期的構造体とを比較する画像である。 図１１Ａと図１１Ｂは、ＨＰＤＬＣ周期的構造体とポリマー表面レリーフ格子または真空周期的構造体とを比較するプロットである。 図１２Ａと図１２Ｂは、異なる深さを伴う２つの例のポリマー表面レリーフ格子のＳ回析効率およびＰ回析効率の２つのプロットである。 図１３Ａと図１３Ｂは、図異なる初期液晶濃度で製作された様々な例のポリマー表面レリーフ格子のＳ回析効率およびＰ回析効率の２つの異なるプロットである。 図１４Ａと図１４Ｂは、異なる初期液晶濃度で製作された様々な例のポリマー表面レリーフ格子のＳ回析効率およびＰ回析効率の２つの異なるプロットである。 格子層厚さへのエバネッセント結合の依存を示す、格子層厚さに対する回析効率のグラフである。 図１６Ａは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。図１６Ｂは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。図１６Ｃは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。図１６Ｄは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。図１６Ｅは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。図１６Ｆは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。図１６Ｇは、本発明の実施形態による、カバー基板を実装する表面レリーフ格子の製造の様々な段階の図である。 本発明の実施形態による、ホログラフィック混合物層を形成する例の反応を示す図である。 本発明の実施形態による、試薬とベース基板との間の反応を示す図である。 本発明の実施形態による、解放材料とカバー基板との間の反応を示す図である。 本発明の実施形態による様々な格子の図である。 本発明の実施形態による様々な格子の図である。 本発明の実施形態による格子の図である。 格子へのエバネッセント結合が起こり得る導波路の実施形態を概念的に示す図である。 格子へのエバネッセント結合が起こり得る導波路の実施形態を概念的に示す図である。 格子へのエバネッセント結合が起こり得る導波路の実施形態を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、逆格子を製造する様々な段階の図である。 本発明の実施形態による、逆格子を製造する様々な段階の図である。 本発明の実施形態による、逆格子を製造する様々な段階の図である。 本発明の実施形態による、逆格子を製造する様々な段階の図である。 本発明の実施形態による格子の概略図である。 本発明の実施形態による格子の概略図である。 本発明の実施形態による格子の概略図である。 本発明の実施形態による、ＳＲＧを作製するための例の過程の流れを示す図である。 導波路における実装のための二重相互作用格子の原理の図である。 導波路における実装のための二重相互作用格子の原理の図である。 本発明の実施形態による格子の断面を概念的に示す図である。 図２６の格子でのビーム伝搬の概念図である。 本発明の実施形態による、部分的に埋め戻された格子の例の図である。 ＴＩＲ表面格子の光線－格子の相互作用形状を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による導波路ディスプレイを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、空気で離間された２つの導波路層を有する導波路ディスプレイを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による導波路ディスプレイについての典型的な光線経路を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、導波路が湾曲した光学表面を支持する導波路ディスプレイを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、導波路が上方および下方の湾曲した光学表面を支持する導波路ディスプレイを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、導波路が湾曲した光学表面を支持し、入力像が、湾曲した光学表面によって誘導される収差を相殺するためにあらかじめ歪曲されている画素配列を使用して提供される導波路ディスプレイを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、導波路が湾曲した光学表面を支持し、入力像が、湾曲した光学表面によって誘導される収差を相殺するために、湾曲した基板によって支持され、あらかじめ歪曲されている画素配列を使用して提供される導波路ディスプレイを概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、Ｓ回析格子およびＰ回析格子を含む導波路を使用して、視認のための画像光を投影するための方法を概念的に示す流れ図である。 本発明の実施形態による、光学的処方表面を支持し、Ｓ回析格子およびＰ回析格子を含む導波路を使用して、視認のための画像光を投影するための方法を概念的に示す流れ図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、異なる大きさおよび縦横比の長方形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、ペンローズタイルを有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、六角形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、正方形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、ダイヤモンド形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、二等辺三角形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、水平方向に偏った縦横比を伴う六角形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、水平方向に偏った縦横比を伴う長方形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、水平方向に偏った縦横比を伴うダイヤモンド形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、水平方向に偏った縦横比を伴う三角形を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。 本発明の実施形態による、異なる画素が異なる放射特性を有し得るダイヤモンド形要素を有する画素パターンの一部分を概念的に示す図である。

様々な機能を提供するために、導波路における様々な周期的構造体（例えば、格子）の使用への関心が高まっている。これらの周期的構造体には、角度が多重化された格子、色が多重化された格子、折り畳み格子、二重相互作用格子、巻かれたＫベクトル格子、交差折り畳み格子、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伴う格子、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伴う格子、および、空間的に変化する平均屈折率テンソルを有する格子があり得る。特定の例において、光の様々な偏光（例えば、Ｓ偏光およびＰ偏光）の回析のための格子が有益であり得る。Ｓ偏光またはＰ偏光のいずれかを回析する格子を有することは、特に有利である。この技術のための特定の用途には、拡張現実ディスプレイおよび仮想現実ディスプレイなどの導波路に基づくディスプレイがある。１つの例は、Ｓ偏光またはＰ偏光の一方または両方を導波路へと入力するために使用され得る入力格子である。しかしながら、多くの場合において、Ｓ偏光またはＰ偏光のいずれかを回析する格子を有することは、有利である。例えば、ＯＬＥＤ光源などの非偏光の光源を使用する導波路ディスプレイは、Ｓ偏光とＰ偏光との両方を生成し、したがって、Ｓ偏光とＰ偏光との両方を回析することができる格子を有することは有利である。

ある特定の部類の格子は、Ｐ偏光またはＳ偏光のいずれかを回析するために使用され得る表面レリーフ格子（ＳＲＧ）を含む。他の部類の格子は、通常はＰ偏光で選択的である表面レリーフ格子（ＳＲＧ）であり、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）および発光ダイオード（ＬＥＤ）などの非偏光の光源で５０％の効率損失をもたらす。Ｓ偏光回析格子とＰ偏光回析格子との混合を組み合わせることは、Ｐ回析格子だけを使用する導波路に対して理論的には２倍の向上を提供することができる。したがって、高効率なＳ偏光回析格子を有することは有利である。多くの実施形態において、Ｓ偏光回析格子は、ホログラフィック感光性樹脂に形成される周期的構造体によって提供され得る。１つの周期的構造体は、ブラッグ格子などの格子を含む。ある実施形態では、Ｓ偏光回析格子は、配向層、または液晶（ＬＣ）ダイレクタを再配向するための他の過程を使用して変えられる複屈折を伴うホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）に形成される周期的構造体によって提供され得る。いくつかの実施形態では、Ｓ偏光回析周期的構造体は、液晶と、単量体と、相分離の下でＳ回析周期的構造体へと自然に体系化する他の添加物とを使用して形成され得る。ある実施形態では、これらのＨＰＤＬＣ周期的構造体は、優れたＳ偏光回析効率を有する深いＳＲＧを形成し得る。

ある部類の深いＳＲＧは、高いＳ回析効率（最大９９％）および低いＰ回析効率を呈することができ、導波路のための入力格子として実装され得るポリマー空気ＳＲＧまたは真空周期的構造体（ＥＰＳ： Ｅｖａｃｕａｔｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。ＥＰＳは真空ブラッグ格子（ＥＢＧ）であり得る。このような周期的構造体は、液晶と単量体との混合物のホログラフィック相分離から形成されるＨＰＤＬＣ周期的構造体から液晶を除去することで形成できる。このような過程によって形成された深いＳＲＧは、典型的には、０．３５～０．８０マイクロメートルの縞模様間隔を伴う１～３マイクロメートルの範囲での厚さを有する。ある実施形態では、縞模様間隔に対する格子深さの比は１：１から５：１までであり得る。容易に理解できるように、このような格子は、所与の用途の特定の要件に依存して、異なる寸法で形成され得る。ＳＲＧの厚さが異なる結果の回析効率をどのように生み出し得るかの例が、図６～図８との関連で記載されている。

多くの実施形態において、深いＳＲＧのための条件は、縞模様間隔に対する格子深さの高い比によって特徴付けられる。ある実施形態では、深いＳＲＧの形成のための条件は、格子深さが格子周期のおおよそ２倍である。Ｋｏｇｅｌｎｉｋ理論を使用してこのような深いＳＲＧをモデル化することは、回析効率の合理的に正確な推定を与え、マクスウェル方程式の数値解法を典型的には必要とするより高度なモデル化の必要性を回避することができる。ＨＰＤＬＣ周期的構造体からの液晶の除去を使用して達成され得る格子深さは、深いＳＲＧのための条件を達成することができない従来のナノインプリントリソグラフィ方法を使用して可能な格子深さ（典型的には、格子周期３５０～４６０ｎｍについて２５０～３００ｎｍの深さしか提供しない）を大幅に上回る。（非特許文献１）。ここで、Ｓ偏光回析深さＳＲＧが本出願の中で強調されているが、深いＳＲＧは、後で検討されているように、格子処方の厚さに依存して、具体的には、格子深さに依存して、ある範囲の偏光応答特性を提供することができることは、強調されるべきである。それによって、深いＳＲＧは様々な異なる用途で実装させることができる。

文献は、深いＳＲＧと周期的構造体との等価性を支持している。ある参考文献（非特許文献２）は、マクスウェル方程式を数値的に解くことによる誘電体表面レリーフ格子の回析性質の研究を開示している。格子周期の約２倍の深さの溝を伴う格子の回析効率は、体積位相格子の効率に匹敵することが見出されている。Ｙｏｋｏｍｏｒｉによるモデル化は、フォトレジストに干渉で記録された誘電体表面レリーフ格子が最大で９４％の高い回析効率（スループット効率８５％）を有することができることを予測している。深いＳＲＧと周期的構造体との等価性は、Ｇｏｌｕｂによる他の記事でも検討されている（非特許文献３）。Ｇｅｒｒｉｔｓｅｎによるさらなる記事は、フォトレジストにおけるブラッグのようなＳＲＧの形成を検討している（非特許文献４）。

本開示の多くの実施形態は、特には傾斜した格子について、ナノインプリントリソグラフィ過程に対して相当の利点を提供することができる深いＳＲＧなどのＳＲＧを作る方法を提供する。任意の複雑性の周期的構造体が、干渉またはマスタと、密着プリント複製とを使用して作ることができる。ある実施形態では、ＬＣを除去した後、ＳＲＧは、ＬＣと異なる性質を伴う材料で埋め戻され得る。これは、格子形成のために必要とされる格子化学によって限定されない変調の性質を伴う周期的構造体を可能にする。

ある実施形態では、埋め戻し材料はＬＣ材料ではない可能性がある。ある実施形態では、埋め戻し材料は、導波路の角度帯域幅を増加させることができる、空気より大きい屈折率を有し得る。いくつかの実施形態において、深いＳＲＧは、ハイブリッドＳＲＧ／周期的構造体を提供するために、ＬＣで部分的に埋め戻すことができる。代替で、ある実施形態では、再充填のステップは、ハイブリッドＳＲＧ／周期的構造体を提供するために、ＨＰＤＬＣのＬＣが豊富な領域からＬＣの一部分だけを除去することで、回避され得る。再充填の手法は、異なるＬＣがハイブリッド周期的構造体を形成するために使用できるという利点を有する。材料は、インクジェット堆積過程を使用して堆積させることができる。

ある実施形態では、本明細書に記載されている方法は、フォトニック結晶を作り出すために使用され得る。フォトニック結晶は、ブラッグ格子などの周期的構造体を含む幅広い様々な回析構造を作り出すために実装され得る。周期的構造体は、限定されることはないが、入力格子、出力格子、ビーム拡大格子、２つ以上の原色の回析を含め、機能性を提供するために回析格子として使用され得る。フォトニック結晶は、基本的な周期的構造体で達成可能ではない回析能力を有し得る三次元格子構造体であり得る。フォトニック結晶は、二次元および三次元のブラベ格子を含む多くの構造を含み得る。このような構造の記録は、３つ以上の記録ビームから利益を得ることができる。

ある実施形態では、フォトニック結晶を組み込む導波路が、導波路の積み重ねに配置することができ、特有のスペクトル帯域幅を回析するための格子処方を各々が有する。多くの実施形態において、液晶抽出によって形成されるフォトニック結晶が深いＳＲＧを提供する。多くの実施形態において、液晶抽出過程を使用して形成された深いＳＲＧは、典型的には、０．３５マイクロメートルから０．８０マイクロメートルまでの縞模様間隔を伴う１～３マイクロメートルの範囲での厚さを典型的には有し得る。縞模様間隔はブラッグ縞模様間隔であり得る。多くの実施形態において、深いＳＲＧのための条件は、縞模様間隔に対する格子深さの高い比によって特徴付けられる。ある実施形態では、深いＳＲＧの形成のための条件は、格子深さが格子周期のおおよそ２倍であり得ることである。ここで、Ｓ偏光回析深さＳＲＧが本出願において記載されているが、深いＳＲＧは、後で検討されているように、格子処方の厚さに依存して、具体的には、格子深さに依存して、ある範囲の偏光応答特性を提供することができることは、強調されるべきである。深いＳＲＧは、導波路ディスプレイの色、均一性、および他の性質を高めるために、従来のブラッグ格子と併せて使用することもできる。

深いＳＲＧは、レーザホログラフ露光を使用して、ガラス状単量体アゾベンゼン材料において作製された（非特許文献５）。非特許文献５は、ＳＲＧが２つの直線的に直交して偏光されたレーザビームを使用してホログラフィック感光性樹脂にどのように記録できるかも開示している。

本開示は、特には傾斜した格子について、ナノインプリントリソグラフィ過程に対して相当の利点を提供することができる表面レリーフ格子を作るための方法を提供する。任意の複雑性の周期的構造体が、干渉またはマスタと、密着プリント複製とを使用して作ることができる。ある実施形態では、ＬＣを除去した後、ＳＲＧは、ＬＣと異なる性質を伴う材料で埋め戻され得る。これは、格子形成のために必要とされる格子化学によって限定されない変調の性質を伴う周期的構造体を可能にする。ある実施形態において、ＳＲＧは、ハイブリッドＳＲＧ／周期的構造体を提供するために、ＬＣで部分的に埋め戻すことができる。代替で、ある実施形態では、再充填のステップは、ハイブリッドＳＲＧ／周期的構造体を提供するために、ＨＰＤＬＣのＬＣが豊富な領域からＬＣの一部分だけを除去することで、回避され得る。再充填の手法は、異なるＬＣがハイブリッド格子を形成するために使用できるという利点を有する。材料は、インクジェット過程を使用して堆積させることができる。ある実施形態では、再充填材料は、周期的構造体の回析効率を増加させることができる、空気より大きい屈折率を有し得る。

本開示は、深いＳＲＧを作製する状況において行われているが、多くの他の格子構造体が、本明細書に記載されている技術を使用して製作できることは、理解される。例えば、格子深さが格子周波数より小さいＳＲＧを含む任意の種類のＳＲＧ（例えば、ラマン・ナス格子）が、同じく作製され得る。

図１Ａ～図１Ｄは、実施形態による、深いＳＲＧまたはＥＰＳを作製するための方法で使用できる処理装置を示している。図１Ａは、本発明の実施形態による、透明な基板１９２に堆積させられた単量体と液晶との混合物１９１がホログラフィック露光ビーム１９３、１９４に露光される、表面レリーフ格子を作製するための方法のステップで使用され得る装置１９０Ａを概念的に示している。ホログラフィック露光ビーム１９３、１９４は紫外線ビームであり得る。ある例では、混合物１９１は、光開始剤、共開始剤、多官能チオール、付着促進剤、界面活性剤、および／または追加の添加物のうちの少なくとも１つも含み得る。

混合物１９１はナノ粒子を含み得る。混合物１９１は光酸を含み得る。混合物１９１は、非反応性ポリマーで薄められた単量体であり得る。混合物１９１は２つ以上の単量体を含み得る。ある実施形態において、単量体は、イソシアンアクリレートに基づき得る、または、チオレンに基づき得る。ある実施形態において、液晶は、完全な液晶混合物または液晶シングルであり得る。液晶シングルは、完全な液晶混合物の一部分だけを含み得る。様々な例の液晶シングルは、シアノビフェニル、アルキル、アルコキシ、シアノビフェニル、および／またはテルフェニル誘導体のうちの１つまたは全部を含み得る。液晶混合物はコレステリック液晶であり得る。液晶混合物は、格子周期を制御することができるキラルドーパントを含み得る。液晶混合物は、光応答性および／またはハロゲン結合の液晶を含み得る。ある実施形態において、液晶は、ポリマーが豊富な領域および物質が豊富な領域を作り出すために、露光の間に相が単量体と分離する他の物質と置き換えられてもよい。有利には、物質および液晶シングルは、後で記載されているように、後のステップで除去される完全な液晶混合物のコスト効果のある代用品であり得る。

ある実施形態では、混合物１９１における液晶は、異常な屈折率と０．０１未満の通常の屈折率との間に違いを有する。ある実施形態では、混合物１９１における液晶は、異常な屈折率と０．０２５未満の通常の屈折率との間に違いを有する。ある実施形態では、混合物１９１における液晶は、異常な屈折率と０．０５未満の通常の屈折率との間に違いを有する。

図１Ｂは、本発明の実施形態による、ホログラフィック露光ビームを使用して透明な基板に形成されるＨＰＤＬＣブラッグ格子１９５から表面レリーフ格子を作製するための方法のステップで使用され得る装置１９０Ｂを概念的に示している。ホログラフィック露光ビームは、単量体を同じ領域におけるポリマーへと変換することができる。ホログラフィック露光ビームは、交差記録ビームを含むことができ、交互する明るい照射領域と暗い照射領域とを含み得る。重合で駆動される拡散過程は、単量体およびＬＣの反対方向への拡散を引き起こすことができ、単量体はゲル化して（明るい領域において）ポリマーが豊富な領域を形成し、液晶はポリマーマトリックスに捕らえられることになり、（暗い領域において）液晶が豊富な領域を形成する。

図１Ｃは、本発明の実施形態による、ポリマー表面レリーフ格子を形成するために液晶が図１ＢのＨＰＤＬＣ周期的構造体から除去される深いポリマー表面レリーフ格子１９６またはＥＰＳを作製するための方法のステップにおいて使用され得る装置１９０Ｃを概念的に示している。有利には、ポリマー表面レリーフ格子１９６が、深いＳＲＧを形成するために、比較的小さい格子周期を伴う大きい深さを含み得る。液晶は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの溶剤で洗浄することで除去され得る。溶剤は、液晶を洗い落とすのに十分な強さであり得るが、ポリマーを維持するのに十分な弱さであり得る。ある実施形態では、溶剤は、格子を洗浄する前に室温未満で冷却され得る。図１Ｄは、本発明の実施形態による、ポリマー表面レリーフ格子が保護層１９７で覆われるポリマー表面レリーフ格子を作製するための方法のステップで使用され得る装置１９０Ｄを概念的に示している。

図２は、本発明の実施形態による、透明な基板に形成されたＨＰＤＬＣ周期的構造体から深いＳＲＧを形成するための方法を概念的に示している。図示されているように、深いＳＲＧまたはＥＰＳを形成する方法２００が提供されている。流れ図を参照すると、方法２００は、少なくとも１つの単量体と少なくとも１つの液晶との混合物を提供すること（２０１）を含む。少なくとも１つの単量体は、イソシアンアクリレート単量体またはチオレンを含み得る。例えば、混合物は、液晶と、チオレンに基づく感光性樹脂とを含み得る。ある実施形態では、混合物は、液晶と、アクリレートに基づく感光性樹脂とを含み得る。ある実施形態では、少なくとも１つの液晶は、完全な液晶混合物であり得る、または、液晶混合物の単一の成分など、液晶混合物の一部分だけを含み得る液晶シングルであり得る。ある実施形態では、少なくとも１つの液晶が、露光の間に相が単量体と分離する溶液の代用とされ得る。このような溶液についての基準には、露光の間の単量体と層分離する能力、効果の後および洗浄の間の除去の容易性、および、取り扱いの容易性があり得る。例の代用の溶液には、溶剤、非反応性単量体、無機物、およびナノ粒子がある。

単量体と液晶との混合物を提供することは、以下のもの、つまり、光開始剤もしくは共開始剤などの開始剤、多官能チオール、染料、付着促進剤、界面活性剤、および／または、他の架橋剤などの追加の添加物のうちの１つまたは複数を、少なくとも１つの単量体および液晶と混合することも含み得る。この混合物は、共開始剤に、単量体とチオールとの間の反応に触媒作用を及ばせるために、静止するようにさせられ得る。静止期間は、暗い空間、または、赤色光（例えば、赤外光）を伴う空間において、低い温度（例えば、２０℃）で、おおよそ８時間の期間にわたって行われ得る。静止の後、追加の単量体が単量体に混合されてもよい。次に、この混合物は、小さい孔の大きさ（例えば、０．４５μｍの孔の大きさ）を伴うフィルタを通じて濾され得る、または濾過され得る。濾した後、この混合物は、被覆の前に、暗い空間、または、赤色光を伴う空間において、室温で保管され得る。

次に、透明な基板が提供され得る（２０２）。特定の実施形態において、透明な基板はガラス基板またはプラスチック基板であり得る。ある実施形態において、透明な基板は、ロールｔｏロールの過程を容易にするために、柔軟な基板であり得る。ある実施形態において、ＥＰＳは、ロールｔｏロールの過程を通じて柔軟な基板において製造され得、次に、剥がされて剛体の基板に付着させられ得る。ある実施形態において、ＥＰＳは、柔軟な基板において製造され得、第２の柔軟な解放層が剥がされて破棄され得、これによってＥＰＳを柔軟な層に残すことになる。次に、柔軟な層は他の剛性の基板に接合され得る。

混合物の層が基板の表面に堆積または被覆され得る（２０３）。混合物の層はインクジェット印刷を用いて堆積させられ得る。ある実施形態では、混合物は、内部寸法を維持するためにガラススペーサを使用して透明な基板と他の基板との間に挟まれる。混合物が挟まれる前に、付着防止被覆が他の基板に適用されてもよい。付着防止被覆は、ＯＰＴＯＯＬ ＵＤ５０９ （Ｄａｉｋｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造されている）、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ２６３４、Ｆｌｕｏｒｏｐｅｌ（Ｃｙｔｏｎｉｘによって製造されている）、およびＥＣ２００（ＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃによって製造されている）などのフルオロポリマーを含み得る。ホログラフィック記録ビームが混合物層に適用でき（２０４）、ホログラフィック記録ビームは、ＬＣとポリマーとの相分離を引き起こし得る２つのビームの干渉縞であり得る。ホログラフィック記録ビームに応答して、液体単量体は固体ポリマーに変化し、中性の非反応性物質（例えば、ＬＣ）は、重合によって駆動される化学ポテンシャルにおける変化に応答して、ホログラフィック露光の間に拡散する。ＬＣは中性の非反応性物質の１つの実装であり得るが、他の物質が使用されてもよい。物質および単量体は、ホログラフィック露光の前に混和性の混合物を形成でき、ホログラフィック露光において不混和になり得る。

ホログラフィック記録ビームを適用した後、混合物が硬化され得る。硬化過程は、混合物が完全に硬化するまで、ある時間の期間にわたって、混合物を低強度白色光の下に留めることを含み得る。低強度白色光は光漂白染料過程を行わせてもよい。したがって、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に有するＨＰＤＬＣ周期的構造体が形成され得る（２０５）。ある実施形態では、硬化過程は２時間以下で行うことができる。硬化の後、基板のうちの１つが除去されてＨＰＤＬＣ周期的構造体を露光させることができる。有利には、付着防止被覆は、ＨＰＤＬＣ周期的構造体が残っている間に他の基板を除去させることができる。

ＨＰＤＬＣ周期的構造体は、液晶が豊富な領域の区域とポリマー領域の区域とを交互に含み得る。液晶が豊富な領域における液晶は、深いＳＲＧとして使用できるポリマー表面レリーフ格子またはＥＰＳを形成するために除去することができる（２０６）。液晶は、格子をＩＰＡなどの溶剤へと優しく浸漬することで除去することができる。ＩＰＡは、冷却され得、格子がＩＰＡに浸漬される間に室温より低い温度で維持され得る。次に、周期的構造体は溶剤から除去されて乾燥させられ得る。ある実施形態では、周期的構造体は、圧縮空気などの大流量空気供給源を使用して乾燥させられる。ＬＣが周期的構造体から除去された後、ポリマー空気表面レリーフ格子が形成される。

図１Ａ～図１Ｄに示されているように、形成された表面レリーフ格子は保護層でさらに覆われてもよい。ある例では、保護層は、傷防止能力を伴う水分および酸素へのバリアであり得る。ある例では、保護層は、除去されたＬＣがかつて存在していた空隙領域を満たさない被覆であり得る。被覆は、低温過程を使用して堆積させることができる。ある実装において、保護層は反射防止（ＡＲ）性を有し得る。被覆はケイ酸塩または窒化ケイ素であり得る。被覆過程は、ナノコーティング過程など、プラズマで支援された化学蒸着（ＣＶＤ）過程によって実施され得る。被覆はパリレン被覆であり得る。保護層はガラス層であり得る。真空または不活性ガスが、保護層が適用される前に、除去されたＬＣがかつて存在した隙間を満たすことができる。ある実施形態において、被覆過程はＬＣ除去過程と統合され得る（２０６）。例えば、被覆材料が、ＬＣを周期的構造体から洗浄するために使用される溶剤と混合されてもよい。

図３Ａは、導波路３００２において実装されたポリマー空気の周期的構造体３０００の例示の実施形態の断面概略図を示している。ポリマー空気の表面レリーフ格子３０００は周期的ポリマー区域３００４ａを含む。隣接するポリマー区域３００４ａ同士は空気区域３００４ｂを挟む。空気区域３００４ｂはポリマー区域３００４ａによって挟まれる。空気区域３００４ｂとポリマー区域３００４ａとは異なる屈折率を有する。有利には、ポリマー空気の表面レリーフブラッグ格子３０００は、深いＳＲＧを作り出すことができるブラッグ縞模様間隔３００６ｂに対する格子深さ３００６ａの高い比で形成され得る。図示されているように、ポリマー区域３００４ａと空気区域３００４ｂとは、導波路３００２に直接的に接触するために、導波路３００２へとずっと延びている。図示されているように、ポリマー区域３００４ａおよび空気区域３００４ｂと導波路３００２との間にバイアス層がなくてもよい。先に検討されているように、深いＳＲＧは、典型的なＳＲＧには存在しない可能性のある高いＳ回析効率など、多くの有益な品質を呈することができる。

一例において、ポリマー空気の表面レリーフブラッグ格子３０００は、０．３５μｍから０．８μｍまでのブラッグ縞模様間隔３００６ｂと、１μｍから３μｍまでの格子深さとを有することができる。ある実施形態では、１μｍから３μｍまでの格子深さは、漏れ構造が必要とされる導波路用途に向けての折り畳み格子および出力格子のためのほとんどのＥＰＳ（アッシングおよびＡＬＤを伴う）について、厚過ぎる可能性がある。０．１μｍから０．５μｍまでの範囲での値は、特に変調がアッシングおよびＡＬＤで増加させられるとき、漏れ構造にはより適切であり得る。例えば、入力構造は、０．４μｍから最大１μｍまでの範囲での深さを含み得る。１μｍから３μｍまでの深さを伴う構造はディスプレイの場合には有利であり得、さらにより高い構造は、ディスプレイではない用途に有利であり得る。７：１またはさらには８：１の高さに対する半期（例えば、限界寸法）の比を伴う構造は、有利な効果を伴って実証されている。

ある実施形態では、ポリマー区域３００４ａは、図２との関連で記載されているステップ２０６の間に液晶が完全に除去されないとき、少なくともいくらかの残留する液晶を含む可能性がある。ある実施形態では、ポリマーが豊富な領域内の残留するＬＣの存在は、最終的なポリマーＳＲＧの屈折率変調を増加させることができる。ある実施形態では、空気区域３００４ｂは、これらの空気区域３００４ｂからステップ２０６の間に液晶が完全に除去されない場合、いくらかの残留する液晶を含む可能性がある。ある実施形態では、空気区域３００４ｂの中にいくらかの残留する液晶を残すことで、図４～図５との関連で記載されているようなハイブリッド格子が作られ得る。

ある実施形態において、光学層３００８が、ポリマー区域３００４ａおよび空気区域３００４ｂと導波路３００２との間に存在してもよい。光学層３００８は、ポリマー区域３００４ａおよび空気区域３００４ｂと導波路３００２との間のバイアス層であり得る。図３Ｂは、本発明の実施形態によるポリマー空気の周期的構造体３０００ａの断面概略図を示している。ポリマー空気の周期的構造体３０００ａは、図３Ａのポリマー空気の周期的構造体３０００と多くの同一の符号が付けられた構成要素を含む。これらの構成要素の記載は、図３Ｂとの関連で記載されているポリマー空気の周期的構造体３０００ａで適用可能であり、この記載は詳細には繰り返されない。図示されているように、光学層３００８が、ポリマー区域３００４ａおよび空気区域３００４ｂと導波路３００２との間に位置決めされている。導波路は、基板３００２と、基板３００２とポリマー格子構造体とによって挟まれる光学層３００８（例えば、バイアス層）とを含むことができ、ポリマー周期的構造体は、光学層と直接的に接触するために光学層までずっと延びている。ポリマー周期的構造体はポリマー区域３００４ａと空気区域３００４ｂとを含む。

ある例では、格子がナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）を使用して形成されるとき、光学層３００８が形成され得る。格子パターンは、数マイクロメートルの厚さである周期的構造体の下に薄い層を残す樹脂に刻印され得る。厚さが数マイクロメートルであり得るこの光学層３００８は、導波路（例えば、ガラス）基板と周期格子層との間に存在でき、ＮＩＬ格子構造体を損傷させずに除去することはできない可能性がある。バイアス屈折率が導波路基板のバイアス屈折率より小さいとき、バイアス層は、（導波路においてＴＩＲから最も遠くの）いくらかの画角についての光を、光学ファイバコアにおけるクラッディングと類似し得る高い屈折率の基板に制限することができる。これは、導波路において支持される領域をクリップ留めさせ、それによって導波路によって支持させないことができる。バイアス層の排除は、大きい屈折率の基板から、基板より小さい屈折率の格子構造体との格子結合を提供することができ、これは、バイアス層が存在する場合には可能ではあり得ない。

ＥＰＳの形成において、格子形成をもたらす相分離過程がホログラフィック記録材料層全体を通じて行うことができるため、格子は、セルギャップの体積を通じて形成でき、結果的に光学層３００８を無くすことになる。光学層３００８の排除は、大きい屈折率の導波路基板を使用するとき、より広い視野を実現させることができる。広い視野角の内容は、より小さい屈折率の格子構造体で伝搬させられ得る。ＥＰＳは、より小さいピーク屈折率にも拘らず、同様の光学性能特性を、ナノインプリントされたＳＲＧへと送達することができる。これは、高効率の導波路のための回析構造の低コストの作製の可能性を広げることができる。

導波路格子デバイスからの光学層３００８の排除は、先に検討されているような視野の利益を提供することができるが、ある実施形態では、光学層３００８がＥＰＳに存在してもよい。本開示は、光学層３００８の有無にかかわらず、導波路格子デバイスを許容する。

ある実施形態では、光学層３００８を有することは、導波路と格子との間のエバネッセント結合が格子構造体（例えば、格子深さ、構造を作る面の角度、および格子深さ）、導波路コア、および光学層３００８（存在する場合）の屈折率の関数であるため、有利であり得る。ある実施形態では、光学層３００８は、全体の導波路設計を、より良好な効率および帯域幅に向けて最適化するための同調パラメータとして使用され得る。ナノ格子のＳＲＧと異なり、ＥＰＳと共に使用されるバイアス層は、格子構造体と同じ屈折率のものではない可能性がある。

図３Ｃは、入射角に対する回析効率における光学層３００８の厚さの効果を示すグラフである。点線３０５２は＋６度の入射角を表している。エバネッセント結合がおおよそ＋６度の角度で（負の角度に向けて）開始し得る。様々なプロットは光学層３００８の異なる厚さを表している。プロットは、光学層３００８の厚さが、＋６度から＋１６度までのおおよその角度範囲にわたって、回析結合（例えば、３００ｎｍの光学層厚さについて）を増加させるために使用できることを示している。０度から＋６度までのおおよその角度範囲にわたって、より小さい結合があり得る。Ｓ字形の特徴が、図３Ｃに示されているように、３００ｎｍの光学層をより厚いかまたはより薄いバイアス層で置き換えることで変えられ得る。ある実施形態では、光学層の厚さは、２μｍから３μｍまで、１μｍから２μｍまで、または０．５μｍから１μｍまでであり得る。

ある実施形態では、ＥＰＳは、積み重ねられた格子構造体の一部として作製され得る。積み重ねられた格子構造体の例は、２０２１年７月１４日に出願された「Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ－ｂａｓｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という名称の特許文献１において検討されており、この文献は、本明細書により、すべての目的のためにその全体が参照により組み込まれている。ある実施形態において、ＥＰＳは、解放層を含む多層構造を含み得る。解放層は、ガラス層の数を少なくし得る格子積み重ね過程で使用され得る。解放層は、記録材料の新たな層の堆積を許容するために、各々の露光ステップで適用され得る。同様の過程は、複数の格子を異なる傾斜角で積み重ねることで、角度帯域幅を増加させることもできる。

先に検討されているように、多くの実施形態において、本発明は、ハイブリッド表面レリーフ／周期的構造体を作製するための方法も提供する。図４Ａは、本発明の実施形態による、透明な基板２１２に堆積させられた単量体と液晶との混合物２１１がホログラフィック露光ビーム２１３、２１４に露光される、ハイブリッド表面レリーフ格子（ハイブリッドＳＲＧ）を作製するための方法のステップで使用され得る装置２１０Ａを概念的に示している。図４Ｂは、本発明の実施形態による、ホログラフィック露光ビームを使用して透明な基板に形成されるＨＰＤＬＣ周期的構造体２１５からハイブリッドＳＲＧを作製するための方法のステップで使用され得る装置２１０Ｂを概念的に示している。図４Ｃは、本発明の実施形態による、ポリマー空気ＳＲＧ２１６を形成するために液晶がＨＰＤＬＣ周期的構造体２１５から除去される表面レリーフ格子を作製するための方法のステップにおいて使用され得る装置２１０Ｃを概念的に示している。これらのポリマー空気ＳＲＧ２１６またはＥＰＳは深いＳＲＧであり得る。図４Ａ～図４Ｃとの関連で図示および記載されているステップは、ポリマー空気ＳＲＧを作り出すための過程において、図２Ａ～図２Ｃとの関連で図示および記載されているステップに大まかに対応しており、したがって、先の記載は図４Ａ～図４Ｃに適用可能となる。

また、図４Ｄは、ハイブリッド格子を作り出すために実施され得る追加のステップを概念的に示している。装置２１０Ｄは、本発明の実施形態による、ハイブリッドＳＲＧ２１７を形成するために表面レリーフ格子が液晶で少なくとも部分的に再充填される表面レリーフ格子を作製するための方法のステップで使用され得る。再充填された液晶は、図４Ｃにおいて以前に除去されている先に除去された液晶と異なる一貫性のものであり得る。さらに、図３Ｃにおいて除去された液晶が、ハイブリッドＳＲＧ２１７を形成することへの代替の方法では、部分的に除去されるだけであり得ることは、理解される。また、図４Ｅは、本発明の実施形態による、図４Ｄで示されたステップで形成されたハイブリッドＳＲＧ２１７が保護層２１８で覆われる表面レリーフ格子を作製するための方法のステップで使用され得る装置２１０Ｅを概念的に示している。ハイブリッドＥＰＳでは、図３Ａおよび図３Ｂの空気区域３００４ｂは、先に検討されているように、埋め戻し材料で置き換えられ得る。

図５は、本発明の実施形態による、透明な基板に形成されたＨＰＤＬＣ周期的構造体からハイブリッド表面レリーフ周期的構造体を形成するための例示の方法を示す流れ図である。図示されているように、ハイブリッド表面レリーフ周期的構造体を形成する方法２２０が提供されている。流れ図を参照すると、方法２２０は、少なくとも１つの単量体と少なくとも１つの液晶との混合物を提供すること（２２１）を含む。少なくとも１つの単量体は、イソシアンアクリレート単量体を含み得る。単量体と液晶との混合物を提供することは、以下のもの、つまり、光開始剤、共開始剤、多官能チオール、および／または追加の添加物のうちの１つまたは複数を、少なくとも１つの単量体および液晶と混合することも含み得る。この混合物は、共開始剤に、単量体とチオールとの間の反応に触媒作用を及ばせるために、静止するようにさせられ得る。静止期間は、暗い空間、または、赤色光（例えば、赤外光）を伴う空間において、低い温度（例えば、２０℃）で、おおよそ８時間の期間にわたって行われ得る。静止の後、追加の単量体が単量体に混合されてもよい。次に、この混合物は、小さい孔の大きさ（例えば、０．４５μｍの孔の大きさ）を伴うフィルタを通じて濾され得る、または濾過され得る。濾した後、この混合物は、被覆の前に、暗い空間、または、赤色光を伴う空間において、室温で保管され得る。

次に、透明な基板が提供され得る（２２２）。特定の実施形態において、透明な基板はガラス基板またはプラスチック基板であり得る。混合物が基板において被覆される前に、付着防止被覆が透明な基板に適用されてもよい。付着防止被覆は、透明な基板を、露光された周期的構造体から容易に解放させる解放層であり得る。解放層の様々な例が以下で検討されている。混合物の層が基板の表面に堆積され得る（２２３）。ある実施形態では、混合物は、内部寸法を維持するためにガラススペーサを使用して透明な基板と他の基板との間に挟まれる。ホログラフィック記録ビームが混合物層に適用され得る（２２４）。ホログラフィック記録ビームは、ＬＣとポリマーとの相分離を引き起こし得る２つのビームの干渉縞であり得る。ホログラフィック記録ビームを適用した後、混合物が硬化され得る。硬化過程は、混合物が完全に硬化するまで、ある時間の期間にわたって、混合物を低強度白色光の下に留めることを含み得る。低強度白色光は光漂白染料過程を行わせてもよい。したがって、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に有するＨＰＤＬＣ周期的構造体が形成され得る（２２５）。ある実施形態では、硬化過程は２時間以下で行うことができる。硬化の後、基板のうちの１つが除去されてＨＰＤＬＣ周期的構造体を露光させることができる。解放層は、基板のうちの１つを、露光された周期的構造体に付着させないことを支援することができる。

ＨＰＤＬＣ格子は、液晶が豊富な領域の区域とポリマー領域の区域とを交互に含み得る。液晶が豊富な領域における液晶は、深いＳＲＧの形態であるポリマー表面レリーフ格子またはＥＰＳを形成するために除去することができる（２２６）。液晶は、露光された周期的構造体をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの溶剤へと優しく浸漬することで除去することができる。ＩＰＡは、周期的構造体がＩＰＡに浸漬される間により低い温度で維持されてもよい。次に、周期的構造体は溶剤から除去されて乾燥させられる。ある実施形態では、周期的構造体は、圧縮空気などの大流量空気供給源を使用して乾燥させられる。ＬＣが格子から除去された後、ポリマー空気表面レリーフ周期的構造体が形成される。結果的に生じた周期的構造体は、図３Ａおよび図３Ｂとの関連で記載されている周期的構造体であり得る。図３Ａまたは図３Ｂに示されているようなバイアス層は存在してもしなくてもよい。図５のステップ２２１～２２６は、ポリマー空気ＳＲＧを作り出すときに図２との関連で記載されているステップに大まかに対応し、したがってこれらの記載は図５に適用可能である。

さらに、方法２２０は、ハイブリッドＳＲＧを形成するために、消えてなくなった液晶が豊富な領域を液晶で少なくとも部分的に再充填すること（２２７）を含む。再充填された液晶は、ステップ２２６において以前に除去されている先に除去された液晶と異なる一貫性のものであり得る。さらに、ステップ２２６において除去された液晶が、ハイブリッドＳＲＧを形成することへの代替の方法では、部分的に除去されるだけであり得ることは、理解される。有利には、ハイブリッドＳＲＧは、ＳＲＧの特定の有益な特性を調整するための能力を提供することができる。少なくともいくらかの液晶をＳＲＧ内に含むことによって向上され得る１つの具体的な特性は、ヘイズ性における低下である。ある実施形態では、消えてなくなった液晶が豊富な領域は、液晶と異なる屈折性材料で埋め戻され得る。埋め戻し材料は、残っているポリマーが豊富な領域と異なる屈折率を有してもよい。

図４Ｅに示されているように、形成された表面レリーフ格子は保護層でさらに覆われてもよい。ある例では、保護層は、傷防止能力を伴う水分および酸素へのバリアであり得る。ある例では、保護層は、除去されたＬＣがかつて存在していた空隙領域を満たさない被覆であり得る。被覆は、低温過程を使用して堆積させることができる。ある実装において、保護層は反射防止（ＡＲ）性を有し得る。被覆はケイ酸塩または窒化ケイ素であり得る。被覆過程は、プラズマ処理ナノコーティング過程など、プラズマで支援された化学蒸着（ＣＶＤ）過程によって実施され得る。被覆はパリレン被覆であり得る。保護層はガラス層であり得る。真空または不活性ガスが、保護層が実装される前に、除去されたＬＣがかつて存在した隙間を満たすことができる。ある実施形態において、被覆過程はＬＣ除去過程と統合され得る（２２６）。例えば、被覆材料が、ＬＣを格子から洗浄するために使用される溶剤と混合されてもよい。ある実装では、被覆材料は、ポリマーより小さいかまたは大きい屈折率を伴う材料であり得、隣接したポリマー部分の間の空間を満たし得る。ポリマーと被覆材料との間の屈折率の差は、ポリマーＳＲＧを回析し続けさせることができる。

図１～図５は、深いＳＲＧおよびハイブリッド表面レリーフ／ブラッグ格子を形成するための特定の方法および装置を示しているが、異なるステップまたはこのようなステップの変更を実装する様々な製造方法が利用できる。容易に理解できるように、利用された特定の過程は、所与の用途の特定の要件に依存し得る。例えば、多くの実施形態は他の周期的構造体を保護層として利用する。

浅いＳＲＧ構造を伴うハイブリッドＳＲＧ／周期的構造体は、低いＳＲＧ回析効率をもたらす可能性がある。本開示で開示されている方法は、ＳＲＧが格子ピッチに対する深さの高い比を有する一方で、周期的構造体を効率的な回析のために十分に厚くさせるように、液晶が豊富な領域における液晶の深さを最適化することで、より効果的なＳＲＧ構造を形成することができる。多くの実施形態において、ハイブリッド格子の周期的構造体の構成要素は、１～３マイクロメートルの範囲での厚さを有し得る。ある実施形態では、ハイブリッド格子のＳＲＧ構成要素は、０．２５～３マイクロメートルの範囲での厚さを有し得る。初期のＨＰＤＬＣ周期的構造体は、最終的なＳＲＧおよび周期的構造体の構成要素の合計に等しい厚さを有する。容易に理解され得るように、２つの周期的構造体の構成要素の厚さの比は導波路の用途に依存し得る。ある実施形態では、ＳＲＧの周期的構造体との組み合わせは、周期的構造体の角度帯域幅を微調整するために使用され得る。ある場合には、ＳＲＧは周期的構造体の角度帯域幅を増加させることができる。

多くの実施形態において、図４Ａ～図４Ｅに示されているハイブリッドＳＲＧにおいて、周期的構造体の液晶領域の再充填深さは、空間的に変化する相対的なＳＲＧ／周期的構造体の強度を提供するために、周期的構造体にわたって変化させられ得る。ある実施形態では、ステップ２０６、２２６、および２２７に定められているような液晶の除去および再充填の間、液晶が豊富な格子領域における液晶は完全または部分的に除去され得る。いくつかの実施形態において、液晶が消えてなくなった領域を再充填するかまたは部分的に再充填するために使用される液晶は、初期のＨＰＤＬＣ周期的構造体を形成するために使用された液晶と異なる化学的組成を有し得る。様々な実施形態において、単量体と適合する相分離性質を伴う第１の液晶が、ＨＰＤＬＣ格子に最適な変調および格子定義を提供するために指定され得る一方で、第２の再充填液晶が、最終的なハイブリッド格子に所望の屈折率変調性質を提供するために指定され得る。いくつかの実施形態では、ハイブリッド格子のポリマー部分は、基板の表面およびカバー層に適用される電極で切り替え可能であり得る。多くの実施形態において、再充填液晶は、限定されることはないが、切り替え電圧、切り替え時間、偏光、透明性、および他のパラメータを向上させる特徴を含み得る添加物を含み得る。再充填過程を使用して形成されたハイブリッド格子は、ＬＣが（ＬＣ液滴の集合ではなく）連続体を形成することでヘイズを低減するというさらなる利点を有する。ある実施形態では、埋め戻し材料は、ポリマー領域と異なる屈折率を伴う材料であり得る。埋め戻し材料は液晶材料でなくてもよい。

深いＳＲＧ、ＥＰＳ、および／またはハイブリッドＳＲＧがＳ回析格子およびＰ回析格子の状況で記載され得るが、これらの周期的構造体は、多くの他の周期的構造体の種類において適用可能性を有する。これらの周期的構造体には、限定されることはないが、角度が多重化された格子、色が多重化された化格子、折り畳み格子、二重相互作用格子、巻かれたＫベクトル格子、交差折り畳み格子、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伴う格子、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伴う格子、および、空間的に変化する平均屈折率テンソルを有する格子があり得る。さらに、深いＳＲＧ、ＥＰＳ、および／またはハイブリッドＳＲＧは、それらの特定の実装に依存して、切り替え可能または切り替え不可能な周期的構造体であり得る。深いＳＲＧ、ＥＰＳ、および／またはハイブリッドＳＲＧは、プラスチック基板またはガラス基板に作製され得る。これらの周期的構造体は、ある基板において作製され、他の基板に移されてもよい。

ある実施形態では、ＥＰＳは、傾斜されないかされるかのいずれかであり得る、または、空間的に変化して傾斜される構造（例えば、典型的には２から１２の範囲での、周期に対する高さの非常に大きい縦横比を伴う巻かれたＫベクトル式）であり得る。傾斜したＥＰＳは、様々な例において以下に示される。ＥＰＳは、０．４００μｍの周期を伴って、２．０μｍの高さを含み得る（例えば、縦横比＝５）。制御された繰り返し可能の傾斜角と高い縦横比との組み合わせは、高い効率の導波路設計を可能にするＥＰＳ構造ブラッグ性を提供することができる。さらに、ＥＰＳは、バイアス層と共に、またはバイアス層なしで、作製され得る。ＥＰＳは、インクジェット印刷過程を使用して実装することができる相分離過程であって、いくつかのＳＲＧディスプレイ導波路を生産するために使用される複雑なウェーハエッチングおよびナノインプリントリソグラフィに対して、大量生産において相当の経済的な利点を提供する相分離過程を使用して行うことができる。

ある実施形態では、ＥＰＳは、多重化された格子、傾斜した格子、フォトニック結晶、混合された変調格子、ハイブリッドポリマー格子構造体、正弦波格子（例えば、等方性感光性樹脂格子のプラズマアッシングによって形成される）、メタサーフェス、または、表面レリーフ格子によって重ねられる傾斜した体積格子を組み合わせる格子構造体のうちの少なくとも１つとして構成され得る。表面レリーフ格子によって重ねられる傾斜した体積格子は、実質的に、高い屈折率領域より若干小さい格子厚さを有する低い屈折率の領域の格子厚さを伴う体積格子である格子構造体を含み得る。格子厚さの変化は数十ナノメートルであり、一方、平均体積格子厚さは、用途に依存して、１～１０マイクロメートルであり得る。構成は、体積格子層の上部に位置するＳＲＧ層と等価である。ある実施形態では、ＳＲＧおよび体積格子は、ＳＲＧのより広い角度帯域幅の利益と、体積格子のより高い効率とを組み合わせることができる。これは、体積格子がより薄い場合により起こりやすい。表面レリーフ構造が、格子の先端での拡散過程における非線形性の結果として、自然に生じることができる。効果は、格子に適用されて処理されるプラズマアッシングまたは何らかの他の種類のエッチングを使用して制御され得る。組み合わされたＳＲＧおよび体積格子は、ＥＰＳを作製し、次にＥＰＳを他の材料で部分的に埋め戻すことで形成されてもよい。このような構成は、本開示を通じて、ハイブリッド格子として検討されている。

ある実施形態では、ＥＰＳは、少なくとも２つの異なる方向に異なる拡散定数を有する異なる拡散体制を使用して形成される。フォトニック結晶などの複雑な格子構造体では、回析結節点の間隔は、完成した格子の変調において不均一性をもたらすことができる。異なる拡散時間定数を伴う材料成分は、異なる方向に沿って、より効率的な格子形成を可能にすることができる。ある実施形態では、ＥＰＳは、傾斜した格子構造体と、回析結節点を含む傾斜した格子構造体およびフォトニック結晶構造を組み込むフォトニック構造を提供するために形成される。格子構成は、格子が傾斜した（または傾斜していない）平面状の縞模様を含む領域と、回析結節点を備える回析構造が、傾斜させられ得る円筒などの細長い要素を含み得るフォトニック結晶領域とを含む。フォトニック結晶領域は三次元回析結節点構造を含み得る。ある実施形態では、プラズマアッシングが主結晶方向と平行な進路に沿って適用される多重化された格子によってフォトニック結晶の原理結節点が形成される傾斜した回析の特徴を含むフォトニック結晶を提供するために、ＥＰＳが形成される。フォトニック結晶は、明るい縞模様の交差領域が変調ピークを形成するように、２つ以上の格子を多重化することで形成され得る。これらのピークの周りの領域は、原理結晶方向と平行である低変調進路に沿って適用されるプラズマアッシングを使用して損なわれてもよい。結節点の断面形状は、格子の数およびそれらの相対的な配向に依存し得る。例えば、２つの格子を９０度で交差させることは、正方形の断面結節点をもたらすことができる。傾斜したフォトニック結晶結節点は、傾斜した格子を使用して形成され得る。この原理は、三次元のフォトニック結晶へと拡張され得る。

ある実施形態では、ポリマー格子構造体は、３つのビームで記録されたブラベ格子および他の構造によって形成されるフォトニック結晶を提供するために形成でき、この過程はプラズマアッシングを含む。すべての５つの二次元のブラベ格子（例えば、正方形、三角形、菱形）が、３つのビームの露光システムを使用して記録され得る。二次元のフォトニック結晶を作製するための技術は、三次元ブラベ格子および他の構造を含め、より複雑な三次元構造に適用されてもよい。すべてで１４個のブラベ格子が、３つのビームを使用して、またはさらには、より多重化した露光技術を使用する２つのビームを使用して、記録され得る。２つのビームでの多重化露光スキームは、各々の露光の間に単一の軸回転を受ける記録媒体で使用できる。

深いＳＲＧまたはＥＰＳの様々な実装の検討
多くの実施形態において、深いＳＲＧは、導波路における偏光を制御するための手段を提供することができる。ＳＢＧは、通常はＰ偏光選択的であり、ＯＬＥＤおよびＬＥＤなどの非偏光の光源で５０％の効率損失をもたらす。したがって、Ｓ偏光回析周期的構造体とＰ偏光回析周期的構造体とを組み合わせることは、Ｐ回析周期的構造体だけを使用する導波路に対して理論的には２倍の向上を提供することができる。ある実施形態では、Ｓ偏光回析周期的構造体は、従来のホログラフィック感光性樹脂に形成される周期的構造体によって提供され得る。ある実施形態では、Ｓ偏光回析周期的構造体は、配向層、または液晶ダイレクタを再配向するための他の過程を使用して変えられる複屈折を伴うＨＰＤＬＣに形成される周期的構造体によって提供され得る。ある実施形態では、Ｓ偏光回析周期的構造体は、液晶と、単量体と、相分離の下でＳ回析周期的構造体へと自然に体系化する他の添加物とを使用して形成され得る。多くの実施形態において、Ｓ偏光回析周期的構造体がＳＲＧによって提供され得る。先に記載されている過程を使用することで、高いＳ回析効率（最大９９％）および低いＰ回析効率を呈する深いＳＲＧが、液晶および単量体の混合物のホログラフィック相分離から形成されるＳＢＧから液晶を除去することで形成できる。

深いＳＲＧは他の偏光応答特性を提供することもできる。非特許文献６など、いくつかの先行技術の理論的研究は、Ｓが支配的である状態でＳおよびＰの両方の感度を有する深い表面レリーフ格子を提示している。ある実施形態では、深いＳＲＧは、Ｓ偏光応答を提供する能力を実証している。しかしながら、深いＳＲＧは他の偏光応答特性を提供してもよい。多くの実施形態において、Ｓが支配的である状態でＳおよびＰの両方の感度を有する深い表面レリーフ格子が実装されている。ある実施形態において、ＳＲＧの厚さは、様々なＳおよびＰの回析特性を提供するために調整することができる。いくつかの実施形態において、回析効率は、スペクトル帯域幅および角度帯域幅にわたって、Ｐについて高く、同じスペクトル帯域幅および角度帯域幅にわたって、Ｓについて低くなり得る。いくつかの実施形態において、回析効率は、スペクトル帯域幅および角度帯域幅にわたって、Ｓについて高く、同じスペクトル帯域幅および角度帯域幅にわたって、Ｐについて低くなり得る。ある実施形態では、ＳとＰとの両方の偏光について高い効率が提供され得る。０．５３２マイクロメートルの波長について０度の入射角および４５度の回析角で、周期０．４８マイクロメートルの空気（したがって、１．３の平均格子屈折率を提供する）に浸けられた屈折率１．６のＳＲＧの理論的分析が、図６～図８に示されている。図６は、１マイクロメートルの厚さの深さの表面レリーフ格子についての、入射角に対する計算されたＰ偏光およびＳ偏光の回析効率を示すグラフであり、この場合、高いＳおよびＰの応答が達成できることを実証している。図７は、２マイクロメートルの厚さの深さの表面レリーフ格子についての、入射角に対する計算されたＰ偏光およびＳ偏光の回析効率を示すグラフであり、この場合、Ｓ偏光応答が格子の角度範囲のほとんどにわたって支配的であることを実証している。図８は、３マイクロメートルの厚さについての、入射角に対する計算されたＰ偏光およびＳ偏光の回析効率を示すグラフであり、この場合、Ｐ偏光応答が格子の角度範囲の実質的な部分にわたって支配的であることを実証している。

多くの実施形態において、フォトニック結晶が、ＬＣ抽出過程によって形成される反射周期的構造体または深いＳＲＧであり得る。ＬＣ取り去りが後に続く相分離を使用して作られる反射性の深いＳＲＧは、広い角度および空間の帯域幅を可能にすることができる。多くの実施形態において、現在の入力ＳＢＧを反射性フォトニック結晶で置き換えることが、像発生ユニット（ＰＧＵ： Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）から導波路への光路を小さくするために使用され得る。ある実施形態では、ＰＧＵの瞳孔と導波路とは接触し得る。多くの実施形態において、反射性の深いＳＲＧは厚さがおおよそ３マイクロメートルであり得る。ＬＣが抽出された周期的構造体の回析の性質は、ポリマーと空気との間の屈折率隔たりから主に生じる（典型的なＳＲＧの場合におけるような周期的構造体の深さからではない）。

初期の混合物の中のチオール添加物の検討
図９Ａおよび図９Ｂは、ポリマー空気ＳＲＧを作製するために使用された例の混合物の比較の散乱電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。先に検討されているように、初期の混合物の中の単量体はアクリレートまたはチオレンに基づく。アクリレートに基づく単量体など、ある単量体の場合、ホログラフィック露光の後の洗浄の間、溶剤は液晶材料を除去するだけでなく、ポリマーも洗浄してしまい、これは理想的ではないことが発見された。多官能チオール添加物が、ポリマーを強化することで、ポリマーを溶剤洗浄に耐えるだけの強さとさせることによって、この問題を解決することができることが発見された。何らかの具体的な理論への限定なしで、チオール添加物は、低下した架橋結合のため、機械的に弱いポリマーを形成しようとする低い官能性のアクリレート単量体から成る配合処方の機械的強度を向上させることができる。アクリレート単量体配合処方は、より少ないヘイズで高い回析効率を呈することができるため、有利であり得る。したがって、チオールを追加することは、アクリレート単量体の形成をポリマーＳＲＧの作製において視認可能な選択肢とさせることができる。

異なる配合処方の間には、相分離と、周期的構造体形成と、機械的強度との間でのトレードオフがあり得る。周期的構造体の形成は、ホログラフィック露光の間、より遅く反応し、より少ない架橋を形成し、非反応性成分（例えば、ＬＣ）のより大きな拡散を可能とする低い官能性の単量体を含む混合物から利益を得ることができる。反対に、高い官能性の単量体から成る混合物は、より大きな架橋のため、より良好な相分離とポリマーの機械的強度とを呈することができるが、非反応性成分が拡散するのに十分な時間を有しておらず、したがって、結果としてより小さい回析効率を呈する可能性がある。

何らかの具体的な理論への限定なしで、チオール添加物は、ホログラフィック露光の前に固くない足場を形成するためにアクリレートまたはイソシアンアクリレートと反応することで、これらの限定を回避することができる。この足場は、硬化されたポリマーの機械的強度および均一性を向上させることができる。したがって、機械的強度は、単量体混合物の平均官能性を相当に上昇させることなく、および、格子の形成を邪魔することなく、チオールの官能性および濃度の若干の調節を通じて調整できる。

図９Ａは初期の混合物を示しており、図９Ｂは、１．５ｗｔ％のチオールを含む比較の混合物を示している。しかしながら、他の重量パーセントのチオール添加物が検討されている。例えば、チオール添加物の重量パーセントは、１％から４％まで、または１．５％から３％までであり得る。ある実施形態では、多官能チオールはトリメチロールプロパントリス（３－メルカプトプロピオネート）であり得る。図９Ａと図９Ｂとの両方が、ポリマー高密度領域９０２ａ／９０２ｂと空気領域９０４ａ／９０４ｂとを含む。図示されているように、追加されたチオールは、図９Ａのポリマー高密度領域９０２ａより図９Ｂのポリマー高密度領域９０２ｂの中により高い密度のポリマーを生成でき、これは格子の性能を高めることができる。チオール添加物の重量パーセントが、溶剤の洗浄に耐えるが、液晶が溶剤の洗浄の間に解放されないようにするために、ポリマー構造の中に安定性を提供するように平衡にさせられるべきであることが、見出されている。

ＨＰＤＬＣ周期的構造体の性能とポリマー空気ＳＲＧの性能との間の比較
図１０Ａおよび図１０Ｂは、ＨＰＤＬＣ格子およびポリマーＳＲＧまたはＥＰＳの比較例の像を示している。図１０Ａは、液晶が除去されていない例のＨＰＤＬＣ周期的構造体についての性能を示している。図１０Ａの周期的構造体は、２０～３０％のＰ回析効率を含む一方で、公称またはほとんど０％のＳ回析効率を呈する。図１０Ｂは、ＬＣが除去されている例のポリマー空気ＳＲＧの性能を示している。図１０Ｂの周期的構造体は、１８～２８％のＰ回析効率を含む一方で、５１～７７％のＳ回析効率を呈する。したがって、ＬＣが除去されているポリマー空気ＳＲＧは、比較的高いＳ回析効率を実証している一方で、同等のＰ回析効率を維持している。さらに、図１０Ｂの格子は、０．１１～０．１５％のＰ回析ヘイズと、０．１２～０．１６％のＳ回析ヘイズとを含む。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、液晶が除去されているＨＰＤＬＣ周期的構造体と、液晶が除去されているポリマーＳＲＧまたはＥＰＳとの比較例のプロットを示している。図１１Ａは、液晶が残っているＨＰＤＬＣ周期的構造体についてのＰ回析効率およびＳ回析効率を示している。第１の線１１０２ａはＰ回析効率に対応しており、第２の線１１０４ａはＳ回析効率に対応している。図１１Ｂは、液晶が除去されているポリマーＳＲＧまたはＥＰＳについてのＰ回析効率およびＳ回析効率を示している。第１の線１１０２ｂはＰ回析効率に対応しており、第２の線１１０４ｂはＳ回析効率に対応している。図示されているように、Ｓ回析効率は、液晶が除去された後に劇的に増加しており、Ｐ回析効率は比較的同様に留まっている。ある実施形態では、Ｐ回析効率に対するＳ回析効率の比が、異なる格子周期、格子傾斜角、および格子厚さを使用することで調整され得る。

様々な例の深いＳＲＧの深さ
図１２Ａおよび図１２Ｂは、様々な深さの深いＳＲＧを伴うＰ回析効率およびＳ回析効率の様々な比較例を示している。これらのプロットの各々は、角度に対する回析効率を示している。図１２Ａにおいて、深いＳＲＧはおおよそ１．１μｍの深さを有する。第１の線１１０２ａはＳ回析効率を表しており、第２の線１１０４ａはＰ回析効率を表している。図示されているように、ピークでのＳ回析効率はおおよそ５８％であり、ピークでのＰ回析効率は２３％である。この例について、Ｓ回析についてのヘイズは０．１２％であり、Ｐ回析についてのヘイズは０．１１％であることは、留意されている。低いヘイズを伴うこのような高い回析効率は、おおよそ１．１μｍの深さを伴う深いＳＲＧを、多重化された格子にとって特に適切とさせることができる。

図１２Ｂにおいて、深いＳＲＧはおおよそ１．８μｍの深さを有する。第１の線１１０２ｂはＳ回析効率を表しており、第２の線１１０４ｂはＰ回析効率を表している。図示されているように、ピークでのＳ回析効率はおおよそ９２％であり、ピークでのＰ回析効率は６３％である。この例について、Ｓ回析についてのヘイズは０．３４％であり、Ｐ回析についてのヘイズは０．４０％であることは、留意されている。したがって、Ｓ回析効率とＰ回析効率との両方が、格子深さの増加と共に劇的に増加する。ヘイズが格子深さの増加と共に増加するように見えることは、留意されるものである。

ある実施形態では、ＥＰＳは、単一のＥＰＳ格子について空間的に可変の深さであり得る。ある実施形態では、同じ基板における異なるＥＰＳが互いと異なる深さを有してもよく、単一の基板における多様なＥＰＳ格子のうちの１つまたは複数において、前述した変調変化を行わせない。ある実施形態では、１つまたは複数のＥＰＳが、同じ基板の各々の側に位置決めされ得る。ある実施形態体では、平面状の多重化されたＥＰＳの混合物が同じ導波路に位置決めされ得る。

ある実施形態では、複数のＥＰＳが、空間的に変化したデューティサイクル、格子の形、傾斜、および／またはＡＬＤ被覆の性質を含む基板に位置決めされ得る。異なるＡＬＤ被覆の性質が変調に空間的に影響を与え得る。

混合物における様々な例の初期のＬＣ濃度
図１３Ａおよび図１３Ｂは、初期の混合物における様々な初期のＬＣ濃度を伴う様々なＥＰＳの比較研究の結果を示している。図１３Ａは、角度に対するＳ回析効率を示している。図１３Ｂは、角度に対するＰ回析効率を示している。図１３Ａでは、第１の線１２０２ａは２０％の初期ＬＣ含有量に対応し、第２の線１２０４ａは３０％の初期ＬＣ含有量に対応し、第３の線１２０６ａは４０％の初期ＬＣ含有量に対応する。図１３Ｂでは、第１の線１２０２ｂは２０％の初期ＬＣ含有量に対応し、第２の線１２０４ｂは３０％の初期ＬＣ含有量に対応し、第３の線１２０６ｂは４０％の初期ＬＣ含有量に対応する。表１は、比較研究の様々な結果のまとめを示している。

図１３Ａおよび図１３Ｂに示されており、表１に記されているように、最大Ｓ回析と最大Ｐ回析とは、両方とも初期ＬＣ含有量が高くなるにつれて増加し、Ｓ回析ヘイズおよびＰ回析ヘイズはおおよそ一定に留まる。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、様々な初期ＬＣ濃度についての追加の例のＳ回析およびＰ回析を示している。図１４Ａは、様々な初期ＬＣ含有量を含む様々な例のＥＰＳについてのＳ回析効率を示している。図１４Ｂは、様々なＬＣ含有量を含む様々な例のＥＰＳについてのＰ回析効率を示している。図１４Ａおよび図１４Ｂの両方について、上から下へと連続的に、線は、３２％のＬＣ含有量、３０％のＬＣ含有量、２８％のＬＣ含有量、２６％のＬＣ含有量、２４％のＬＣ含有量、２２％のＬＣ含有量、および２０％のＬＣ含有量を表している。図示されているように、Ｓ回析効率およびＰ回析効率は、ＬＣ含有量の大きさに直接的に関連させられる（例えば、ＬＣ含有量が高くなるにつれて、より高いＳ回析効率およびＰ回析効率を生み出す）。

任意の具体的な理論に限定されることなく、初期ＬＣ含有量は、ホログラフィック露光過程および重合過程の間に起こるＬＣと単量体との間の相分離の量に関連する。したがって、より高いＬＣ含有量は、洗浄の後により多くの空気領域を作るために除去されるＬＣが豊富な領域の大きさを増加させることになる。増加した空気領域は、空気領域（以前には液晶が豊富な領域）と、Ｓ回析効率およびＰ回析効率の両方を増加させるポリマーが豊富な領域との間の屈折率の差（Δｎ）を大きくする。ある実施形態では、ポリマーＳＲＧの平均屈折率は、初期の中性物質（例えば、ＬＣ）含有量を調整することで調整することができ、それによって、中性物質の除去の後のポリマーの体積を増加または低下のいずれかとさせる。さらに、初期の中性物質の含有量を増加させることは、機械的な強度に影響を与える可能性がある。したがって、チオール添加物などの機械的強化剤における増加または減少が、機械的強度における増加または低減を相殺するために使用されてもよい。

様々な例の格子厚さ
図１５は、格子層厚さへのエバネッセント結合の依存を示す、格子層厚さに対する回析効率のグラフである。デューティサイクルは、隣接するポリマーの縞模様の間の空隙の幅に対するポリマーの縞模様の幅の比を参照する。別の言い方をすれば、９０％のデューティサイクルは、格子の９０％がポリマーであり、１０％が空気であることを意味する。

増加した格子の厚さは、縞模様の屈折率と基板の屈折率とが合致させられるとき、増加した結合をもたらすことができることは留意されたい。基板への不十分な屈折率の合致について（例えば、１．８の屈折率の基板への１．６の屈折率の縞模様）、１つだけのエバネッセント結合があり得、そのため、増加した縞模様深さが結合に相当に影響しない可能性がある。図１５におけるプロットは、９０％のデューティサイクルを伴う屈折率１．６の格子構造体が１．５４の平均屈折率を提供することを示している。同じデューティサイクルにおいて格子の屈折率を１．６５へと増加させることは、１．５９の平均屈折率をもたらす。回析効率はいずれの場合にも存在しない。格子の屈折率を増加させることは、回析効率をもたらすことができる。例えば、１．６３および１．７２の平均屈折率を結果的にそれぞれ伴う９０％のデューティサイクルでの屈折率１．７および１．８の格子構造体について、両方とも回析効率を提供する。ある実施形態では、入力光が格子の法線に対して０度で入射する状態で、１．８の屈折率の基板への格子構造体があり得る。

様々な基板構成を使用して製造される実施形態
様々な実施形態において、基板の対が、露光されていないホログラフィック混合物を挟むことができる。基板の対はベース基板とカバー基板とを含むことができる。有利には、カバー基板が、露光の後、形成されたホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去させることができる一方で、露光されていないホログラフィック混合物層に付着することを許容するために、カバー基板はベース基板と異なる性質を有してもよい。形成されたホログラフィックポリマー分散液晶格子は、カバー基板が除去された後、ベース基板に残ってもよい。

図１６Ａ～図１６Ｇは、本発明の実施形態による、深いＳＲＧを作製するための例の過程の流れを示している。この過程の流れは、図１Ａ～図１Ｄおよび図４Ａ～図４Ｅとの関連で記載されている過程の流れと同様であり、記載が図１６Ａ～図１６Ｇの記載に適用可能である同じ符号の多くを含む。さらに、図１６Ａ～図１６Ｇはカバー基板１５０２も含み、カバー基板１５０２の機能は後で詳細に説明される。

図１６Ａにおいて、基板２１２、１５０２の対が、露光されていないホログラフィック混合物層２１１を挟んでいる。基板２１２、１５０２の対はベース基板２１２とカバー基板１５０２とを含み得る。カバー基板が、露光の後、形成されたホログラフィックポリマー分散液晶格子から除去させることができる一方で、露光されていないホログラフィック混合物層２１１に付着することを許容するために、カバー基板１５０２はベース基板２１２と異なる性質を有してもよい。

図１６Ｂでは、ホログラフィック混合物層２１１は、ホログラフィック記録ビーム２１３、２１４の対によって露光される。図１６Ｃに示されているように、ホログラフィック記録ビーム２１３、２１４は、ホログラフィックポリマー分散液晶格子２１５を形成するために、ホログラフィック混合物層２１１を露光する。ホログラフィックポリマー分散液晶格子２１５は、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に含み得る。図１６Ｄにおいて、カバー基板１５０２が除去され、ホログラフィックポリマー分散液晶格子２１５を露光させ得る。

有利には、カバー基板１５０２は、異なる材料または異なる表面の性質など、ベース基板２１２とは異なる性質を有し得る。例えば、ベース基板２１２はプラスチックから作ることができ、カバー基板１５０２はガラスから作ることができる。カバー基板１５０２は除去され、除去の間にホログラフィックポリマー分散液晶格子２１５を損傷させることなくホログラフィックポリマー分散液晶格子２１５をベース基板に残すことができる。

ある実施形態では、ベース基板２１２は、ホログラフィック混合物層２１１を試薬などの付着促進層と接触させる表面において処理され得る。

図１６Ｅに示されているように、液晶は、ポリマーが豊富な領域同士の間の液晶が豊富な領域から除去または真空され、空気領域を残し得る。ポリマーが豊富な領域と空気領域とはポリマー空気ＳＲＧ２１６を形成する。図１６Ｆにおいて、ポリマーが豊富な領域と異なる屈折率の材料が、ハイブリッドＳＲＧ２１７を形成するために空気領域へと再充填され得る。ある実施形態では、材料は液晶材料である可能性がある。液晶材料は、液晶が豊富な領域から除去または真空された液晶材料と異なってもよい。ある実施形態では、液晶が豊富な領域における液晶の一部分がハイブリッドＳＲＧ２１７を形成するために、ポリマーが豊富な領域同士の間に残されてもよい。

図１６Ｇにおいて、保護基板２１８が、ベース基板２１２との間にハイブリッドＳＲＧ２１７が存在するように位置決めされ得る。保護基板２１８はハイブリッドＳＲＧ２１７を保護するために使用され得る。保護基板２１８はある例では省略されてもよい。保護基板２１８およびカバー基板１５０２は、格子が使用可能なデバイスへと実装されるときに保護基板２１８がカバー基板１５０２より大きな保護を加えることができる異なる性質を有し得る。

ある実施形態では、ポリマー空気ＳＲＧ２１６は、図１Ａ～図１Ｄとの関連で記載されているように製造され得る。これらの実施形態では、保護基板２１８はポリマー空気ＳＲＧ２１６を保護するために使用され得る。

ある実施形態では、ベース基板２１２は、ガラス表面を含むガラス、石英またはシリカの基板であり得る。ある実施形態では、ベース基板２１２は、プラスチック基板とでき、ガラス表面と同様に作用し得る酸化ケイ素被覆（例えば、ＳｉＯ_２）で被覆され得る。酸化ケイ素被覆またはガラス表面は、上面に水酸基を含み得る。付着促進材料が酸化ケイ素被覆の上に被覆され得る。水酸基は、付着促進材料をベース基板２１２に付着させるときに有益であり得る。

ある実施形態において、ベース基板２１２は、水酸基を含むガラス表面を含むことができ、試薬が水酸基と反応するように試薬と反応させられ得る。図１７は、ベース基板２１２が本発明の実施形態により試薬１６０４に露出される例の反応を示している。ベース基板２１２は、表面に水酸基１６０８を含み得る。ベース基板２１２は、試薬１６０４と、ポリマーを含むホログラフィック混合物材料１６０２とに露出される。試薬１６０４はシランカップリング剤であり得る。ある例では、試薬１６０４は（Ｒ’Ｏ）_３－Ｓｉ－Ｒを含み、ここで、Ｒ’Ｏ－はアルコキシ基であり、－Ｒは有機官能基である。アルコキシ基は、表面において利用可能な水酸基１６０８で凝縮することができ、有機官能－Ｒ基で飾られた表面をもたらし、これは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子２１５の中のポリマー網目とのカップリング剤の共有結合を促進することができる。試薬１６０４は、試薬１６０４なしでのホログラフィック混合物材料１６０２の付着と比較されるとき、水酸基１６０８とホログラフィック混合物材料１６０２とに付着し、向上した付着を作り出すことができる。ホログラフィック混合物材料１６０２は、ベース基板２１２の表面にホログラフィック混合物層１６１０を形成することができる。

図１８は、試薬１７０４がベース基板２１２に露出される例の反応を示している。試薬１７０４は、図示されているようなシランカップリング剤を含むことができ、ベース基板２１２のガラス表面の表面における水酸基に結合することができる。

ある実施形態では、カバー基板１５０２は、ガラス表面を含むガラス、石英またはシリカの基板であり得る。ある実施形態では、カバー基板１５０２は、プラスチック基板とでき、ガラス表面と同様に作用し得る酸化ケイ素被覆（例えば、ＳｉＯ_２）で被覆され得る。解放層がガラス表面の上に被覆され得る。ある実施形態において、先に検討されているベース基板２１２と同様に、カバー基板１５０２は、水酸基を含むガラス表面を含むことができ、反応物質が解放層を形成するために水酸基と接着するように反応物質と反応させられ得る。

図１９は、解放層を形成するための例の過程を示している。カバー基板１５０２は解放材料１８０４に露出され得る。解放材料１８０４は、シランに基づくフルオロポリマー、または、図示されているようなフルオロモノマ反応物を含み得る。解放材料１８０４は、ＯＰＴＯＯＬ ＵＤ５０９ （Ｄａｉｋｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造されている）、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ２６３４、Ｆｌｕｏｒｏｐｅｌ（Ｃｙｔｏｎｉｘによって製造されている）、およびＥＣ２００（ＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃによって製造されている）などのフルオロポリマー、またはフルオロモノマを含み得る。ある実施形態では、解放材料１８０４はポリシロキサン被覆を含み得る。ポリシロキサン被覆は、水酸基を表面に有しないプラスチックなどの材料により良好に付着することができる。ポリシロキサン被覆は、より堅牢とでき、処理に適することができ、フルオロポリマーより製作するのに環境に優しくできる。解放材料１８０４は、蒸着、回転塗布、または噴霧を通じて適用できる。ある実施形態では、カバー基板１５０２は再使用可能とでき、したがって、ホログラフィック露光の後の除去の後、カバー基板１５０２は、ホログラフィックビームで露光され得る他のホログラフィック混合物層に配置されてもよい。

ある実施形態では、カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２は、先に検討されているようにＳｉＯ_２を含まない基板であり得る。これらの例では、ＳｉＯ_２の非常に薄い層が、適用された試薬の接着／付着を容易にするために、表面に適用されてもよい。カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２がＳｉＯ_２を含まない基板であるとき、接着に続く表面変更が付着を提供することができる。表面変更は、限定されることはないが水酸基を含む反応性官能基を導入するために、試薬で処理することを含み得る。ある実施形態では、カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２は、ガラス基板ではない可能性があるが、表面に水酸基をなおも含み得る。例えば、カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２は、表面に水酸基を含み得るサファイアまたはケイ酸塩であり得る。この例では、水酸基は試薬の付着を容易にするのを助けることができ、したがって、ＳｉＯ_２の薄い層が存在することになる。ケイ酸塩基板の例は、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ． ｏｆ Ｃｏｒｎｉｎｇ、ＮＹと、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ ｏｆ Ｍａｉｎｚ、Ｇｅｒｍａｎｙと、神奈川県相模原市中央区の株式会社オハラと、ＨＯＹＡ株式会社と、東京都千代田区丸の内のＡＧＣ株式会社と、ＣＤＧＭ Ｇｌａｓｓ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｓｌｉｐ、ＮＹとによって製造される。

ある実施形態において、カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２は、化学蒸着（ＣＶＤ）硫化亜鉛の形態であるクリアトランを含み得る。ＳｉＯ_２の薄い層が、適用された試薬の接着／付着を容易にするために、クリアトラン基板に適用されてもよい。ある実施形態では、カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２は、アルミニウム酸窒化物またはアルミン酸マグネシウムなどの透明なセラミックであり得る。ＳｉＯ_２の薄い層が、適用された試薬の接着／付着を容易にするために、透明なセラミック基板に適用されてもよい。ある実施形態では、カバー基板１５０２および／またはベース基板２１２は、ＰＭＭＡ、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリエステルなどのプラスチックを含み得る。ＳｉＯ_２の薄い層が、適用された試薬の接着／付着を容易にするために、プラスチック基板に適用されてもよい。

ＥＰＳ作製におけるアッシングおよび／または原子層堆積の適用
ある実施形態において、ＥＰＳのさらなる後処理が、弱いポリマー網目領域のうちのより多くを除去するために使用されてもよい。後処理は、この痕跡のポリマー網目を低減または排除するために、プラズマアッシングを使用することを含み得る。プラズマアッシングは、エッチングされたウェーハからフォトレジストを除去するための半導体製造におけるプラズマアッシングと同様であり得る。例の機器および過程は、米国カリフォルニア州において法人化されているＰｌａｓｍａ Ｅｔｃｈ， Ｉｎｃ．によって供給される。プラズマアッシングにおいて、反応種として知られている単原子（１つだけの原子）物質が、プラズマ発生源から発生させられ得、除去される材料を酸化またはプラズマアッシュするために使用される真空室へと導入され得る。反応種は、プラズマアッシングの間に酸素またはフッ素を含み得る。有利には、傾斜した格子を処理するために、プラズマビームは方向性であり得る。ある実施形態において、プラズマアッシングは、反応種およびイオンを形成することで、アッシング過程への化学的寄与および物理的寄与の独立した制御を許可する過程である誘導結合されたプラズマアッシングであり得る。基板電極におけるＲＦバイアスが、異なる表面構造の要件に合致するために、イオンの加速を制御するために使用され得る。プラズマにおける電子およびイオンは、直流（ＤＣ）バイアスをもたらす異なる移動度を有する。小さい質量を伴う電子は、ＲＦ場に素早く応答することができ、表面への素早い電品枯れをもたらし、これはさらに、プラズマと接触する（ウェーハ）表面に正味の負の直流バイアスをさらに付与する。プラズマとウェーハ表面との間の電圧差は正のイオンを表面へと加速させる。負のＤＣバイアスは、アッシングレート、異方性、角度／空間の選択性、および他のものなど、アッシング過程の多くの特徴を細かく調整するために使用され得る。ある実施形態では、化学添加物の表面処理がプラズマアッシングの前にＥＰＳに適用されてもよく、これはＤＣバイアス適用を高めることができる。ある実施形態では、ＥＰＳは、プラズマアッシングの間に希ガスなどのガスの存在に配置され得る。希ガスはアルゴンであり得る。ある実施形態では、プラズマアッシングは、ポリマー格子構造体の縞模様の形および空間の変化の少なくとも一方を調整するために使用されてもよい。ある実施形態では、プラズマアッシングビーム強度が、空間的に変化する変調深さを提供するために、変化可能であり得る。プラズマアッシングビームの強度の角度変化が縞模様成形のために使用されてもよい。ある実施形態では、プラズマアッシングは、フォトニック結晶を形成するために、２つ以上の交差する方向に沿って適用され得る。ある実施形態において、回析の特徴の縁の周りの高い機能性のアクリレートが、プラズマアッシングレートがＥＰＳ空間周波数に匹敵する空間解像度で制御されている状態で、ＥＰＳの回析の特徴の密度を変更することができる。ＥＰＳの形態は、格子の性能を向上させ、アッシングなどの過程の効率を増加させるために、格子定義を向上させるために、表面構造を変更して、プラズマアッシング過程の間に存在するガスとの化学的親和性を増加させるためのヘイズ追加材料を低減するために、および／または、格子の効果的な屈折率を変更するために、変更され得る。ある実施形態では、ＥＰＳの変調深さは、プラズマアッシングが大きくなるにつれてより多くの材料が除去されるため、プラズマアッシング時間によって決定され得る。

ある実施形態では、酸素および／またはフッ素が、プラズマアッシング過程における反応種として使用され得る。ある実施形態では、水素プラズマがプラズマ洗浄過程において使用され得る。ある実施形態では、酸素プラズマにおけるアッシングレートが、窒素などのＨＰＤＬＣ混合物における添加物によって制御され得る。ある実施形態では、有機材料をアッシングするためのプラズマアッシング過程が、酸素およびＮＨ_３の気体混合物を使用することができる。酸素に基づく過程は基板表面酸化を受けることができる。ある実施形態では、プラズマアッシング過程は、表面酸化を克服するために、窒素と水素との混合物を含み得る酸素なしでのプラズマを含み得る。このようなプラズマ混合物はフッ素をさらに含み得る。

ある実施形態において、高屈折率の材料の非常に薄い原子層でＥＰＳを後被覆することは、格子の回析性質（例えば、屈折率変調）を高めることができる。被覆は金属層または誘電体層であり得る。１つのこのような過程である原子層堆積（ＡＬＤ）は、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、または同様のもので格子を被覆することを伴う。被覆は、温度変化および様々な他の環境条件に対してより堅牢である格子構造体を提供することができる。ＡＬＤ過程は、格子構造体がより小さい屈折率の材料から作られるときであっても、大きい効果的な屈折率を提供するができる。この技術は、数ナノメートルの厚さのＡＬＤが、ＳＲＧが打ち抜かれる樹脂を保護することができ、効果的な屈折率変調を向上させることもできるナノインプリントされたＳＲＧの作製に、同様に適用することができる。ＥＰＳの上への原子層堆積（ＡＬＤ）の使用は、さらなる性能向上を生み出すことができる。多くの実施形態において、ＥＰＳのデューティサイクルは弱いポリマー網目にとって最適ではない可能性がある。ある実施形態では、ＥＰＳのデューティサイクルは３０％のポリマーであり得る。

様々なＥＰＳ製造過程が図１Ａ～図１Ｄにおいて先に記載されている。図３Ａおよび図３Ｂは、製造の後の様々なＥＰＳを示している。図２０Ａおよび図２０Ｂは、本発明の実施形態による様々な格子を示している。格子は、図３Ａおよび図３Ｂのものと同一の符号とされた多くの要素を含む。図３Ａおよび図３Ｂのこれらの要素の記載は、図１９Ａおよび図１９Ｂの格子に適用可能であり、詳細には繰り返さない。格子は、図１Ａ～図１Ｄおよび図２との関連で記載されている過程を使用して製造されるＥＰＳであり得る。格子は、図４Ａ～図４Ｅおよび図５との関連で記載されている過程を使用して製造されるハイブリッド格子であってもよい。図１９Ａおよび図１９Ｂに示されているように、格子は被覆１９０２を含み得る。被覆１９０２は、ポリマー領域３００４ａおよび基板３００２の上など、水平表面に存在し得る。図示されているように、図１９Ｂは、光学層３００８がポリマー領域３００４ａと基板３００２との間に位置決めされるように、基板３００２と直接接触している光学層３００８を含む。被覆１９０２は光学層３００８に位置決めされ得る。被覆１９０２は、ＡＬＤなどの過程を使用して堆積させられ得る。被覆１９０２は、ステップカバレッジを有していなくてもよく、したがって、ポリマー領域３００４ａおよび基板３００２または光学層３００８の上など、水平表面に堆積させられるだけであり得る。ある実施形態では、被覆１９０２は、被覆１９０２がポリマー領域３００４ａの側壁に存在するように、ステップカバレッジを含む過程を使用して堆積させられてもよい。ある実施形態では、被覆１９０２はＴｉＯ_２またはＺｎＯ_２であり得る。被覆１９０２は、複数の異なる層状材料を含むように多層化されてもよい。ある実施懈怠では、追加の不動態被覆が、被覆１９０２にわたってポリマー格子構造体の表面に適用されてもよい。追加の不動態被覆は、環境からの保護（例えば、水分および／または汚染からの保護）を提供することができる。

ある実施形態では、被覆１９０２は、基板３００２または光学層３００８に存在し、ポリマー領域３００４ａの上には存在しなくてもよい。図２０Ｃは、本発明の実施形態による格子を示している。格子は、図３Ａおよび図３Ｂのものと同一の符号とされた多くの要素を含む。図３Ａおよび図３Ｂのこれらの要素の記載は、図２０Ｃの格子に適用可能であり、詳細には繰り返さない。図示されているように、図２０Ｃの格子は、図２０Ａおよび図２０Ｂと同様の被覆１９０２を含む。しかしながら、被覆１９０２は、基板３００２に存在するだけであり、図２０Ａおよび図２０Ｂにおける場合のようにポリマー領域３００４ａの上に存在してはいない。光学層３００８を伴う実施形態では、被覆１９０２は、光学層３００８に存在するだけであり得、ポリマー領域３００４ａの上には存在しなくてもよい。ある実施形態では、被覆１９０２はポリマー領域３００４ａの上から除去されてもよい、または、被覆１９０２は基板３００２に選択的に堆積されてもよい。被覆１９０２は、光学層３００８と同様のバイアス層として機能することができる。

傾斜したＥＰＳを含む実施形態
ある実施形態では、格子は、傾斜した格子を作る傾斜したＥＰＳを含む。傾斜した格子は、バイナリ格子、ブレーズド格子、および／または多階層格子、ならびに他の構造として構成され得る。傾斜した格子は、高い回析効率で単色性角度光を導波路へと結合することができる。傾斜した格子は、光が導波路の内部に入ると、角度の内容を、より大きな効率で維持させることもできる。階段状または連続的に、空間的に変化するＫベクトルで構成されるとき、導波路へと結合され得る角度帯域幅が増加させられ得る。

アイグロー抑制を含む実施形態
導波路に基づくディスプレイにおいて、光は、使用者に向けて回析され、使用者から離れるようにも回析される。アイグローは、ディスプレイ導波路の前面（例えば、目から最も遠くの導波路面）から現れ、目の反射面、導波路反射面、および格子の表面に由来する望ましくない光（漏れ、迷光の回析、散乱、および他の効果のため）を含み得る。離れるように回析される光は、一般的に「アイグロー」と呼ばれ、安全性、プライバシ、および社会的受容性についての責任を提起する。「アイグロー」は、使用者の目が、ディスプレイからの光の漏れによって引き起こされるアイディスプレイを通じて輝くかまたは光るように現れ、これは、一部の人々を不安にさせ得る審美性を作り出す。ファッションセンスにおける社会的受容性に関する懸念に加えて、アイグローは異なる問題を提示することができ、アイグローへの十分な明確性があるとき、使用者を見る人は、使用者だけのために意図されている投影された画像を見ることができる可能性がある。それによって、アイグローは多くの使用者に深刻な安全性の懸念をもたらす可能性がある。様々なアイグロー抑制システムの検討が、２０２１年５月２６日に出願された「Ｅｙｅ Ｇｌｏｗ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｂａｓｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」という名称の特許文献２において詳細に検討されており、この文献は、本明細書により、すべての目的のためにその全体が参照により組み込まれている。

図２１Ａ～図２１Ｃは、格子へのエバネッセント結合が起こり得る導波路の３つの実施形態を概念的に示している。これらの実施形態において、格子層２００４が基板２００２に位置決めされている。図２１Ａでは、２つの同一の基板２００２、２００６が格子層２００４を挟んでいる。図２１Ｂでは、薄い基板２００６ａと厚い基板２００６とが格子層２００４を挟んでいる。図２１Ｃでは、厚い基板２００２が、上基板の存在なしで格子層２００４を支持している。上の基板２００６、２００６ａはカバー基板または被覆であり得る。他の実施形態では、薄い保護被覆が格子層２００４に適用され得る。各々の導波路実施形態の上面は使用者の目を向く。格子層２００４は、導波路から使用者の目の方へ光２０１０を放つことができる。望ましくないアイグロー光２００８が、図２１Ａおよび図２１Ｂの場合に示されているように、環境に向けて放たれてもよい。

アイグローおよび／または光の漏れは、図２１Ｃに示されているように上基板を排除することで、反対の外側面から低減され得る。上方の基板の排除は、他の２つの実施形態より少ないアイグロー／光の漏れをもたらすことができる。図示されている各々の実施形態において、ＴＩＲを受けて示されているすべての光線は、格子層２００４にエバネッセント結合され得るＴＩＲ角度にある。ゼロ次光線が破線によって指示されている。ある実施形態では、エバネッセント格子結合は、図示されているように、導波路に対して実質的に垂直な目の側の出力光をもたらすことができる。

格子の平均屈折率が基板より小さい場合、エバネッセント結合だけが起こり得る大きい角度について（ＴＩＲから程遠い）、ゼロ次ＴＩＲ光は、両方の空気境界面を離れて、格子層２００４を通じてＴＩＲへと通ることができない。そのため、ＴＩＲにおける光の伝搬は、格子の一方の側または他方の側において捕らえられることになり得る。導波路の厚さにおける格子深さは、所望の目の側と、光がアイグロー／光の漏れとして失われる望ましくない目でない側とに結合される光の量に影響を与え得る。ある実施形態では、エバネッセント結合は、結合された光が、格子および目の側の導波路基板２００６、２００６ａの少なくとも１つの中で、案内されたモードに変換されるという結果になり得る。エバネッセント結合の挙動は、ＴＩＲ角度、格子厚さ、変調、平均屈折率、ならびに、目の側の基板２００６、２００６ａの屈折率および厚さの関数であり得る。

ある実施形態において、傾斜したＥＰＳはアイグロー抑制を提供することもできる。アイグロー抑制、および、きらめき抑制などの他の迷光制御用途の状況におけるＥＰＳの使用に対する１つの利点は、導波路の様々な領域に存在する迷光に対処するための異なる種類のビーム角度選択性を提供するために、様々な格子の種類が導波路基板に実装できることである。広い角度の能力が望まれる導波路のいくつかの領域では、ＥＰＳが、ポリマー格子構造体の少なくとも一部分にわたって格子ピッチより小さい変調深さを有し得るラマン・ナス格子として構成され得る。特定のビーム角度についての高い回析効率が必要とされる他の領域では、ＥＰＳがブラッグ体制で動作することができる。

逆格子を含む実施形態
ある実施形態では、図２０Ａおよび図２０Ｂとの関連で開示されている格子は、逆格子を作り出すために使用され得る。これらの逆格子は薄膜格子であり得る。図２２Ａ～図２２Ｄは、本発明の実施形態による、逆格子を製造する様々な段階を示している。製造の様々な段階は、図３Ａ、図３Ｂ、図２０Ａ、および図２０Ｂのものと同一の符号とされた多くの要素を含む。図３Ａ、図３Ｂ、図２０Ａ、および図２０Ｂのこれらの要素の記載は、図２０Ｃの格子に適用可能であり、詳細には繰り返さない。図２２Ａは、相分離された材料２１０２によって分離されたポリマー領域３００４ａを含む、図１Ｂに作り出された構造に対応する。相分離格子は、単量体と、先に記載されている記録過程を使用して基板３００２に堆積させられた第２の成分との混合物から形成され得る。第２の成分は、液晶、またはナノ粒子の懸濁を含み得る。相分離が可能な他の材料が使用され得る。露光の後、ポリマーが豊富な縞模様と第２の成分が豊富な縞模様とを交互に含む格子が作り出され得る。

図２２Ｂにおいて、相分離された材料２１０２は、空隙領域３００４ｂを作り出してＥＰＳを作り出すために除去される。図２２Ｂで作り出されたＥＰＳ構造は、図３ＡにおけるＥＰＳ構造に対応する。このステップにおいて、第２の成分は、空気の空間によって分離されたポリマー領域を含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために除去され得る。

図２２Ｃにおいて、被覆１９０２が、基板３００２の表面と、ポリマー領域３００４ａの上部とに適用される。ある実施形態では、被覆１９０２はＡＬＤ過程を通じて適用され得る。図２２Ｃで作り出された構造は、図１９Ａにおける構造に対応する。ある実施形態において、空気領域３００４ｂは、ポリマー領域３００４ａの屈折率と異なる屈折率の材料で少なくとも部分的に埋め戻され得る。埋め戻しは、先に記載されているものと同様のＡＬＤ被覆を適用することで実施され得る。ある実施形態において、ＡＬＤ被覆は、図２０Ａ～図２０Ｃとの関連で記載されている薄い被覆より大きい厚さであり得る。格子を埋め戻す他の方法が、埋め戻し層の材料の種類および厚さに依存して使用されてもよい。埋め戻し材料は、意図されている格子用途に応じて、ポリマー領域３００４ａの屈折率より高いかまたは低い屈折率を有し得る。このステップの終わりにおいて、ポリマー表面レリーフ格子は、図２２Ｃに示されているように、埋め戻し材料で部分的に満たされ得る。図示されているように、埋め戻し材料の一部がポリマー領域３００４ａの上面に付着することができる。埋め戻し材料の一部はポリマー領域３００４ａの上方部分にも付着することができる。

図２２Ｄでは、ポリマー領域３００４ａは除去されている。ポリマー領域３００４ａの上における被覆１９０２も除去されている。基板３００２に配置された残りの被覆１９０２は逆格子として使用され得る。残りの被覆１９０２は空気領域２１０４と交互になっている。このステップにおいて、ポリマー領域３００４ａと、望ましくない被覆１９０２とは、基板３００２によって支持される被覆１９０２から成る傾斜したブラッグ表面レリーフ格子を露わにするために、プラズマアッシング過程などのエッチング過程を使用して除去され得る。いくつかの実施形態において、ポリマー領域３００４ａはプラズマアッシング技術を通じて除去され得る。逆格子は薄膜ブラッグ表面レリーフ格子であり得る。

表面レリーフ格子を向上した格子定義で作製するための実施形態
ヘイズを低減するための１つの戦略は、ＳＲＧの表面粗さを低減することである。多くの実施形態において、低い表面粗さなどの向上した表面定義を伴う複合格子である。図２３Ａは、本発明の実施形態による格子の概略図を示している。第１のステップにおいて、格子が、先に検討されている手順を用いて、材料Ａおよび材料Ｂを含む原料混合物の相分離を使用して形成され得る。材料Ａはポリマーであり得る。格子の硬化の後、成分Ｂが、ポリマー２３０２に埋め込まれた空所２３０１を含む高屈折率領域と、弱いポリマー構造を含む低屈折率領域と、不完全な相分離から生じる他の残留物とを含む格子を残すために、抽出され得る。ポリマー構造および他の残留物は、空気領域２３０３を残すために、プラズマアッシングなどの過程を使用してさらに除去され得る。

図２３Ｂは、本発明の実施形態による格子の概略図を示している。格子は、図２３Ａの関連で記載されている過程で始まる過程で製造され得る。次のステップにおいて、格子は、空所２３０４および空気領域２３０５を満たす材料Ｃに浸漬される。材料Ｃは、ＵＶ露光などの過程を使用して硬化させられ得る。

図２３Ｃは、本発明の実施形態による格子の概略図を示している。格子は、図２３Ｂの関連で記載されている過程で始まる過程で製造され得る。次のステップにおいて、材料Ｃは、空隙２３０７によって分離されたポリマーおよび材料Ｃの複合領域２３０６を残すために、プラズマアッシングなどの過程によって隙間領域から除去され得る。プラズマアッシングステップは、図３０Ａとの関連で記載されているプラズマアッシングステップと別であり得る。プラズマアッシングの後、複合材料は、図２３Ａとの関連で記載されているポリマー２３０２をより滑らかな表面とすることができる。材料Ａおよび材料Ｃは、散乱を最小限にするのに十分な低さである屈折率のコントラストを提供することができる一方で、所望の屈折率変調を提供する。

多くの実施形態において、バルク散乱は高い屈折率の領域の中の屈折率のコントラストによって強く影響され得るが、表面散乱は表面テクスチャに依存し得る。多くの実施形態において、アッシングとの組み合わせにおいて図２３Ａ～図２３Ｃで検討されている過程におけるように表面空所を満たすことで、より滑らかな表面構造をもたらすことができる。多くの実施形態において、上記の過程は、ポリマー領域の中の空所２３０４から生じ得るバルク散乱寄与を排除するために使用され得る。

図２４は、本発明の実施形態による、ＳＲＧを作製するための例の過程の流れを示している。第１のステップにおいて、格子構造体が、材料Ａと材料Ｂとを含む原料混合物を利用する相分離過程を使用して形成され得る（２４１０）。相分離の後、材料Ａが豊富な領域と材料Ｂが豊富な領域とがあり得る。第１のアッシングステップを含む第２のステップにおいて、材料Ｂは、ポリマーに埋め込まれた空所を含む高屈折率領域と、残留するポリマーマトリックスを含む屈折率領域とを含む格子構造体を残すために抽出され得る（２４１１）。材料Ｂが豊富な領域は、第１のアッシングステップの後に空気領域になることができる。第３のステップにおいて、格子構造体は、ポリマーが豊富な領域および空気領域における空所を満たすために材料Ｃに浸漬され得る（２４１２）。第４のステップにおいて、空隙によって分離された複合ポリマーおよび材料Ｃの領域を残すように材料Ｃを先の空気領域から除去するために、材料Ｃは第２のアッシングステップを使用して抽出され得る（２４１３）。先に記載されているように、これは、作製されたＳＲＧにより小さい表面粗さをもたらすことができる。ある実施形態では、ＳＲＧは、先に検討されているような深いＳＲＧであり得る。

二重相互作用格子として構成された表面レリーフ格子
従来のブラッグ格子では、二重相互作用が、折り畳み格子との上向きおよび下向きのＴＩＲ光線の相互作用を考慮することで、基本的な光線光学を用いて理解することができる。上向きおよび下向きの光線は、案内された光が下方および上方の導波路ＴＩＲ表面において反射されるときに起こる。２つの光線経路は、角度特性に対する２つのずれた回析効率を生じさせ、これらは角度帯域幅を延ばすために組み合わさる。光学導波路の例は、少なくとも２つのＴＩＲ表面を含み、第１の伝搬方向に沿って第１の角度範囲を伴う入力ＴＩＲ光が格子の中で少なくとも２つの回析を受け、前記第１の伝搬方向から第２の伝搬方向へと伝搬方向における変化を受けるように構成される第１の処方の格子を含み、前記第１の角度範囲からの各々の光線と、その対応する回析した光線とは、前記格子の回析円錐に位置し、各々の回析は、前記第２の伝搬方向に沿って特有のＴＩＲ角度範囲を提供し、これは、２０１５年２月１２日に出願された「Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の特許文献３において開示されており、この特許は、本明細書により、すべての目的のためにその全体が参照により組み込まれている。

図２５Ａおよび図２５Ｂは、導波路における実装のための二重相互作用格子の原理を示している。導波路３０は、導波路ＴＩＲ面に対して傾斜させられ、導波路平面内においてクロッキング角度に並べられた格子縞模様３１を含む。多くの実施形態において、クロッキング角度は、９０度のビーム偏向を提供するために、４５度であり得る。図２５Ａにおいて、第１のＴＩＲ路は入力伝搬平面２０２０に位置し、回析の後、出力伝搬平面２０２１に位置する。格子は、記号ｋによって符号が付けられてもいるｋベクトル２０２２を有する。導波路表面法線２０２４に対する格子縞模様の傾斜角度２０２３も指示されている。導波路平面法線２０２７に対してＴＩＲ角度２０２６を有する伝搬平面２００１におけるＴＩＲ光２０２５は、伝搬平面２０２１の内部に位置するＴＩＲ方向２０２９へと回析させられる上向きに進む光線２０２８として格子縞模様に当たる。図２５Ｂでは、符号２０３０によって指示されている入力伝搬平面２００１における第２のＴＩＲ路が、導波路平面法線２０２７に対してＴＩＲ角度２０３１を有し、出力伝搬平面２０２１の内部に位置するＴＩＲ方向２０３４へと回析させられる下向きに進む光線２０３３として格子縞模様に当たる。上向きに進むＴＩＲ光線と下向きに進むＴＩＲ光線とはこの場合には非対称であるため、角度特性に対する出力回析効率において２つのピークがあり得る。

図２６は、本発明の実施形態による格子の断面を概念的に示している。格子は、空気体積２１０３によって分離される傾斜した縞模様２１０１を含むＳＲＧ２１００であり得る。多くの実施形態において、格子は、導波路平面の中でクロックまたは傾斜させられ得る。図２７は、図２６の格子でのビーム伝搬の概念図である。格子は、概念的な目的のために、高屈折率縞模様２１１３と低屈折率縞模様２１１４とを交互に含む深い格子部分２１１１へと分割させることができ、高屈折率領域２１１５と、ラマン・ナス体制において動作する低屈折率領域２１１６とを交互に含む薄い格子部分２１１２によって重ねられるブラッグ体制において動作する構成２１１０として表されている。多くの実施形態において、高屈折率領域２１１５はポリマーであり、低屈折率領域２１１６は空気である。格子構成２１１０は、符号２１１７などの光線経路を含むＴＩＲビーム伝搬を支持する。実施形態の説明を単純化するために、案内された光線反射は、光線２１１８、２１１９によって表されているような案内された光線反射が、体積格子部分２１１１と薄い格子部分２１１２との境界面において起こるとして表されている。薄い格子部分２１１２におけるＴＩＲの合理的な近似が、体積格子部分２１１１を通じての結合した波伝搬から分離されると見なすことができる。

ある実施形態では、薄い格子部分２１１２は、薄い格子部分２１１２と厚い格子部分２１１１との境界面のレベルまで、異なる屈折率材料で部分的に埋め戻されてもよい。図２８は、本発明の実施形態による、部分的に埋め戻された格子２１２１の例の図である。この部分的に埋め戻された格子２１２１は、ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子と見なすことができる。埋め戻された格子２１２１は、異なる屈折率の材料で埋め戻された、図２７との関連で記載されている格子である。埋め戻された格子２１２１は体積格子と見なすことができる。多くの実施形態では、空気領域の部分的な埋め戻しの後に残る埋め戻されていない領域は、ポリマー領域と埋め戻された材料の領域とを交互に備えるブラッグ格子２８０４に重なるポリマー領域および空気領域を交互に含むポリマーのラマン・ナス表面レリーフ格子２８０２を提供することができる。導波路の実装において、上向きおよび下向きのＴＩＲ伝搬方向が、空気境界面への導波路におけるＴＩＲによって生成され得る。

図２５Ａ～図２５Ｂに示されている二重相互作用は、上向きおよび下向きに伝搬するＴＩＲ光線を含み得る。ＳＲＧにおいて、ＴＩＲ伝搬方向のうちの１つは、ＴＩＲ角度に等しい角度で起こるＳＲＧにおける反射回析から生じる。ＳＲＧは、回析ＴＩＲを、入射角度の範囲、Ｋベクトル方向、格子クロック角度、格子周期、および／または格子厚さにいくらかの制約を受ける高い効率で行わせることができる。ある実施形態では、ＳＲＧは折り畳み格子であり得る。したがって、表面格子によって生成される第１のＴＩＲ伝搬方向２１１９と、格子基板の反対の面からの反射によって生成される反対のＴＩＲ伝搬方向２１２０とは、図２８に示されている体積格子部分の中で相互作用することができる。多くの実施形態において、この光線－格子は、特許文献３の実施形態および教示による二重相互作用をもたらすことができ、この特許は、本明細書により、すべての目的のためにその全体が参照により組み込まれている。格子の回析効率は、案内ビーム角度帯域幅、格子ベクトル、格子厚さ、および／または格子縞模様間隔の少なくとも１つに依存してもよい。ある実施形態では、厚い格子部分２１１１は、透明な基板によって支持される薄い基板レリーフ格子部分２１１２だけを提供するために排除され得る。

ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、多くの実施形態において、角度帯域幅を妥協することなくＤＥを向上させるためにより厚い格子を使用させることができるより広い累積角度応答を含め、いくつかの利点を提供することができる。効果的な屈折率を増加させるためにハイブリッド格子をＡＬＤ被覆で被覆することは、角度帯域幅をさらに高めることができる。多くの実施形態において、ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、Ｐ偏光のために回析効率を向上させることができる。ある実施形態において、無機成分と単量体との混合物を分離する位相によって形成されたハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、硬化した格子からの最終的なポリマー成分の完全な除去の後に完全な無機のＳＲＧを含むことができる。多くの実施形態において、無機成分はナノ粒子であり得る。多くの実施形態において、ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、ヘイズを低減するために、および、折り畳み格子における結合損失を低減するために、折り畳み格子および／または出力格子の少なくとも１つにおいて使用され得る。ヘイズを低減することでコントラストを増加させることができる。折り畳み格子における結合損失を低減することは、折り畳み格子における回析効率を増加させることに等しい可能性がある。多くの実施形態において、ポリマー／空気ＳＲＧが、高い回析効率を伴う入力格子として使用できる。

先に図示されているように、ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、重なった表面レリーフ格子を伴う体積ブラッグ格子を備える構造を形成するために、格子構造体の部分的な埋め戻しによって形成され得る。ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、追加のプラズマアッシングまたは反応イオンエッチングの後の向上した角度応答を示すことができる。

多くの実施形態において、ハイブリッド表面レリーフ格子／体積ブラッグ格子構造体は、ホログラフィック相分離および硬化の間に形成され得る。多くの実施形態において、格子は、格子材料がベース基板と解放層とによって挟まれるセルで形成され得る。表面構造は、解放層が除去されるときに露わにされ得る。何らかの具体的な理論への限定なしで、表面格子は、質量移動および相分離の間に重合で誘導された収縮のため、形成され得る。高屈折率領域および低屈折率領域の相対深さは、追加のプラズマアッシングステップを利用することで調整できる。ＡＬＤが堆積させられた層が、効果的な屈折率を増加させるために格子表面に追加され得る。多くの実施形態において、格子厚さは、３７５ｎｍの格子周期および２２度の傾斜角（セル光学表面法線に対して）を伴って、１．１マイクロメートルであり得る。完成した格子は、初期の混合物におけるシステム成分に依存して等方性または異方性であり得る。

図２９は、ＴＩＲ表面格子の光線－格子の相互作用形状２１３０を概略的に示している。このような構成は一般的に円錐回析構成と称される。関係ｎ_Ｓ＞ｎ_０を満たす任意の媒体であり得る屈折率ｎ_０の低屈折率媒体（多くの実施形態において、空気となる）に浸漬される屈折率ｎ_Ｓの透明基板に記録されるＴＩＲ格子について、唯一の反射回析次数が、関係ｎ_Ｓ／ｎ_０≦｜ｓｉｎ（ｕ_ｉｎｃ）｜≦１を満たす光線について存在する。図２８におけるｘｙｚ直交参照フレームを参照すると、格子ベクトルに対する入射および回析の光線角度に関する式が、次のように、つまり、
ｘ方向： －ｋｎ_Ｓｓｉｎ（ｕ_ｉｎｃ）＋Ｋ_Ｓｃｏｓ（φ_ｓ）＝－ｋｎ_Ｓｓｉｎ（ｕ_ｄｉｆｆ）ｃｏｓ（φ_ｄｉｆｆ）、
ｙ方向： Ｋ_Ｓｓｉｎ（φ_ｓ）＝ｋｎ_Ｓｓｉｎ（ｕ_ｄｉｆｆ）ｓｉｎ（φ_ｄｉｆｆ）、および、
ｚ方向： ｋｎ_Ｓｃｏｓ（ｕ_ｉｎｃ）＝ｋｎ_Ｓｃｏｓ（ｕ_ｄｉｆｆ）＋Ｋ_Ｓ／ｔａｎ（φ_ｓ）
のように表現され得る。
ここで、ｕ_ｉｎｃは入射光線ベクトルｒ_ｉｎｃの極角であり、φ_ｓは入射光線の方位角であり、ｕ_ｄｉｆｆは回析した光線のベクトルｒ_ｄｉｆｆの極角であり、φ_ｓは格子ベクトルの方位角であり、ｕ_Ｓは格子ベクトルＫの極角である。

入射光の波数ｋはｋ＝２π／λによって提供でき、ここで、λは案内された光の波長である。格子ベクトルの表面成分の係数はＫ_Ｓ＝ｋ＝２π／Λ_Ｓによって与えられ、ここで、Λ_Ｓは表面格子ピッチである。上記の数式への解は、回析角に等しい入射角を設定することで得ることができる。

多くの実施形態において、二重相互作用格子は、ポリマーが豊富な領域と空気領域とを交互に備えるポリマー格子構造体において実装される。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体の格子深さはブラッグ縞模様間隔より小さい。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体の格子深さはブラッグ縞模様間隔より大きい。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体からの全内部反射は、ポリマー格子構造体からの一次回析が導波路のＴＩＲ角度に等しい回析角度を有するときに起こる。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体は伝達回析次数を提供しない。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体はフォトニック結晶である。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体は、ラマン・ナス格子の最小がブラッグ格子の最小に重なる状態で、第１の格子周期を有するラマン・ナス格子が同じ格子周期を有するブラッグ格子と重なるとして構成されている。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体は傾斜した格子である。多くの実施形態において、ポリマー格子構造体の空気領域は、ポリマーが豊富な領域の屈折率と異なる屈折率を有する材料で少なくとも部分的に埋め戻され得る。

ＯＬＥＤ配列を画像生成装置として含む実施形態
導波路ディスプレイにおける画像生成装置としての有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）配列の使用への関心が高まっている。ＯＬＥＤは、導波路ディスプレイ用途において多くの利点を有している。放射性技術として、ＯＬＥＤは光源を必要としない。ＯＬＥＤは大きな面積にわたってコスト効果のある印刷とできる。矩形ではない画素配列パターンが湾曲または柔軟な基板に印刷できる。後で検討されているように、画素配列をあらかじめ変形し、湾曲した焦点面を作り出す能力が、湾曲した導波路によって引き起こされる案内されたビームの波面の歪みについての補償と、導波路によって支持される処方レンズとを可能にすることができる新たな設計寸法を加える。４Ｋ×４Ｋ画素の解像度を伴う解像度が、短期でのより高い解像度の優れた見込みで現在利用可能であり、シリコンにおける液晶（ＬＣｏＳ）などの技術、およびデジタル光処理（ＤＬＰ）デバイスなどの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスによって提供され得るより、高い解像度、広いＦＯＶ ＡＲディスプレイへのより素早い道筋を提供する。ＬＣｏＳに対する他の相当の利点は、（ＬＣデバイスについてのミリ秒と比較して）マイクロ秒において切り替わることができる。

ＯＬＥＤは特定の利点を有する。それらの基本的な形態において、ＯＬＥＤはランバートエミッタであり、これは、効率的な光収集を、ＬＣｏＳおよびＤＬＰマイクロディスプレイの場合よりはるかに困難にさせる。ＯＬＥＤの赤色、緑色、および青色のスペクトル帯域幅は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のスペクトル帯域幅より幅広であり、ホログラフィック導波路においてさらなる光管理の問題を提起する。ＯＬＥＤの最も重要な欠点は、Ｐ偏光を選択しやすい切り替え可能な周期的構造体など、ＨＰＤＬＣ周期的構造体を使用する導波路において、ＯＬＥＤからの利用可能な光の半分が無駄にされることである。そのため、本発明の多くの実施形態は、非偏光に高い光効率を提供することができる放射型非偏光画像発生源のための導波路ディスプレイに、および、このような導波路ディスプレイを製造する関連する方法に向けられている。

実施形態を記載する目的のために、光学設計および視覚表示の当業者にはよく知られている光学技術のいくつかのよく知られている特徴は、本発明の基本的な原理を不明瞭にしないために、省略または単純化されている。他に述べられていない場合、光線またはビーム方向に関する「軸上」という用語は、本発明に関して記載されている光学構成要素の表面に対して垂直な軸と平行な伝搬に言及している。以下の記載において、光、光線、ビーム、および方向という用語は、直線的な軌道に沿っての電磁放射の伝搬の方向を指示するために、置き換え可能に、互いと関連して使用され得る。光および照明という用語は、電磁スペクトルの可視域および赤外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用いられている用語を使用して提起されている。本明細書で使用されているように、格子の用語は、ある実施形態では格子のセットから成る格子を網羅し得る。図示の目的のために、他に述べられていない場合、図面が一定の縮尺ではないことは理解されるものである。

ここで図面を見ると、本発明の様々な実施形態による、放射型入力画像パネルを使用して導波路ディスプレイを提供するための方法および装置が図示されている。図３０は、本発明の実施形態による導波路ディスプレイを概念的に示している。図示されているように、装置１００は、第１の波長域におけるＰ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子１０２および出力格子１０３と、第１の波長域におけるＳ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子１０４および出力格子１０５とを支持する導波路１０１を備える。

装置１００は、第１の波長域を含む放射スペクトル帯域幅を伴う非偏光を放射するＯＬＥＤマイクロディスプレイ１０６と、ＯＬＥＤマイクロディスプレイ１０６から視野へと光を投影するためのコリメーションレンズ１０７とをさらに備える。図示されている実施形態において、Ｓ回析格子およびＰ回析格子１０２～１０５は、空隙が必要とされることなく層にされ得る。他の実施形態では、格子は空隙または透明な層によって分離され得る。Ｓ回析格子およびＰ回析格子１０２～１０５は、先に記載されている深いＳＲＧまたはＥＰＳであり得る。

図３１は、本発明の実施形態による導波路ディスプレイを概念的に示しており、Ｐ回析格子およびＳ回析格子が別々の空気で離間された導波路層に配置されている。図示されているように、装置１１０は、空隙１１３によって分離された上方導波路層１１１および下方導波路層１１２（それぞれ格子１０２、１０３および１０４、１０５を支持している）を備える。格子１０２、１０３および１０４、１０５は、先に記載されている深いＳＲＧまたはＥＰＳであり得る。

図３２は、本発明の実施形態による導波路ディスプレイにおける典型的な光線経路を概念的に示している。図３２に示されている実施形態１２０では、マイクロディスプレイ１０６が、第１の波長域において非偏光１２１を放射するように構成され、非偏光１２１は、コリメータレンズ１０７によって平行にされて視野へと投影される。マイクロディスプレイ１０６からのＳ偏光放射は、Ｓ回析入力格子１０４によって、導波路１０１における全内部反射路へと結合することができ、Ｓ回析出力格子１０５によって導波路１０１から抽出することができる。マイクロディスプレイ１０６からのＰ偏光は、Ｐ回析入力格子１０２およびＰ回析出力格子１０３を使用して同様の様態で入光および抽出され得る。入力および出力の格子の空間周波数が合致させられるという条件で、分散がＳ光とＰ光との両方について補正され得る。入力格子および出力格子１０２、１０３は、先に記載されている深いＳＲＧまたはＥＰＳであり得る。

図２３～図２５は特定の導波路ディスプレイ構成を示しているが、図示されている構成への変更を含む様々な構成が実装でき、その特定の実装は、所与の用途の特定の要件に依存し得る。さらに、このような表示は、いくつかの異なる方法を使用して製造できる。例えば、多くの実施形態において、２つの格子層はインクジェット印刷過程を使用して形成される。

多くの実施形態において、導波路は単色域で動作する。多くの実施形態において、導波路は緑色域で動作する。いくつかの実施形態において、赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）などの異なるスペクトル域において動作する導波路層は、三層導波構造を提供するために積み重ねられ得る。さらなる実施形態において、層が導波路層同士の間の空隙を伴って積み重ねられる。様々な実施形態において、導波路層は、２つの導波路層の解決策を提供するために、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多重化された色である。様々な種類の格子が実装され得る。ある実施形態では、各々の層における少なくとも１つの格子が切り替え可能な周期的構造体である。

本発明は、文献において開示されているものを含め、様々な導波路アーキテクチャを使用して適用できる。多くの実施形態において、導波路は、角度が多重化された格子、色が多重化された格子、折り畳み格子、二重相互作用格子、巻かれたＫベクトル格子、交差折り畳み格子、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伴う格子、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伴う格子、および、空間的に変化する平均屈折率テンソル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。ある実施形態では、導波路は、１／２波長板、１／４波長板、反射防止被覆、ビーム分割層、配向層、グレア低減用フォトクロミック裏層、グレア低減用ルーバ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において、導波路は、異なる偏光のために別々の光路を提供する格子を支持することができる。様々な実施形態において、導波路は、異なるスペクトル帯域幅のために別々の光路を提供する格子を支持することができる。いくつかの実施形態において、本発明における使用のための格子は、ＨＰＤＬＣ格子、ＨＰＤＬＣ（このような切り替え可能なブラッグ格子）に記録された切り替え格子、ホログラフィック感光性樹脂に記録されたブラッグ格子、または表面レリーフ格子であり得る。

ある実施形態において、ＥＰＳは、ディスプレイ導波路における使用のための二重軸拡張格子であり得る。ブラッグ格子では、二重相互作用が、折り畳み格子との上向きおよび下向きのＴＩＲ光線の相互作用を考慮することで、基本的な光線光学を用いて理解でき、上向きおよび下向きの光線は、案内された光が下方および上方の導波路ＴＩＲ表面において反射されるときに起こる。ＥＰＳでは、ＴＩＲ境界面のうちの１つが格子によって置き換えられる。回析格子理論を使用するとき、ＴＩＲが入射角の範囲、Ｋベクトル方向、格子クロック角、格子深さ、および格子周期へのいくらかの制約を受けて起こり得るように、ＳＲＧ（および、具体的にはＳＲＧ折り畳み）が回析角を入射角に等しい一次へとさせることができることが示され得る。したがって、格子を通じた上向きおよび下向きのＴＩＲ路がＳＲＧのために存在する。ブラッグ領域へのＳＲＧ厚さを増加させることで、二重相互作用が、体積ブラッグ格子のときと同じ方法でＥＰＳにおいて起こることができる。したがって、本発明の様々な実施形態は二重相互作用ＥＰＳに関連する。

多くの実施形態において、導波路ディスプレイは、少なくとも５０°の対角線の像視野を提供することができる。さらなる実施形態において、導波路ディスプレイは、少なくとも７０°の対角線の像視野を提供することができる。ある実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイは、４０００ｎｉｔより大きい輝度と、４ｋ×４ｋの画素の解像度とを有し得る。いくつかの実施形態において、導波路は、４００ｎｉｔより大きい画像輝度が４０００ｎｉｔのＯＬＥＤディスプレイを使用して提供され得るように、１０％より大きい光学効率を有し得る。Ｐ回析格子を実装する導波路ディスプレイは、典型的には５％～６．２％の導波路効率を有する。先に検討されているようなＳ回析格子を提供することは、導波路の効率を２の倍数で増加させることができる。様々な実施形態において、２５ｍｍより大きい瞳距離を伴う１０ｍｍより大きいアイボックスが提供され得る。多くの実施形態において、導波路の厚さは２．０～５．０ｍｍの間であり得る。

図３３は、導波路光学面のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分が湾曲させられている、本発明の実施形態による導波路ディスプレイと、案内されたビーム波面における湾曲した表面部分の効果とを概念的に示している。図示されているように、装置１３０は、湾曲した表面部分１３２を支持する導波路１３１を含む。図示の実施形態では、導波路１３１は、第１の波長域におけるＰ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子１０２および出力格子１０３と、第１の波長域におけるＳ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子１０４および出力格子１０５とを支持する。画素１３３の矩形の配列を表示するマイクロディスプレイ１０６は、第１の波長域において非偏光１３４を放射し、非偏光１３４は、コリメータレンズ１０７によって平行にされて視野へと投影される。マイクロディスプレイ１０６からのＰ偏光放射は、Ｐ回析入力格子１０２によって、導波路への全内部反射路へと結合することができ、Ｐ回析出力格子１０３によって導波路から抽出することができる。導波路における任意の非平面状表面の存在は、アイボックスから見られるときの出力光が、焦点ぼけ、形状の歪み、および他の収差を呈するように、案内された光の波面を歪める可能性がある。例えば、図３３において、単一の画素からコリメータレンズ１０７により投射される光は平面状の波面１３５を有し、波面１３５は、ＴＩＲ路１３６に沿って導波路１３１を通じて伝搬した後、湾曲した出力波面１３９Ａに対して垂直である非平行な出力光線１３７～１３９を形成する。他方で、完全な平面状の導波路が、平行なビーム拡大された光を代わりに提供することになる。図３４は、導波路基板１４１が重なる２つの上方湾曲面１４２および下方湾曲面１４３を支持する導波路の形態１４０を概念的に示している。

図３５は、本発明の実施形態による導波路ディスプレイを概念的に示しており、ここでは、湾曲した表面部分によって導入された収差が、ＯＬＥＤマイクロディスプレイの画素パターンをあらかじめ歪めることで補正され得る。図示の実施形態において、導波路装置１５０は、図２５に示されたものと同様である。図示されているように、装置１５０は、あらかじめ歪められた画素パターン１５２を支持するマイクロディスプレイ１５１を含む。マイクロディスプレイによって放射される非偏光の第１の波長光１５３は、レンズ１０７によって焦点が合わせられ、レンズ１０７は、導波路に入るビームを実質的に平行にする一方で、少しだけあらかじめ歪められた波面１５４を形成する。入光、および導波路１３１を通じた伝搬１５５の後、あらかじめ歪められた波面は、平面状の出力波面１５９に対して垂直である平行な出力光線１５６～１５８を形成するために、湾曲表面１３２によって焦点が合わせられる。

図３６は、本発明の実施形態による導波路ディスプレイを概念的に示しており、ここでは、湾曲した表面部分によって導入された収差が、湾曲した基板に形成されたＯＬＥＤマイクロディスプレイの画素パターンをあらかじめ歪めることで補正され得る。湾曲したマイクロディスプレイ基板は、歪められた画素パターンとの関連で、焦点誤差、フィールド湾曲、歪み、および他の収差を補正するのを助けることができる。図示の実施形態において、導波路装置１６０は、図３２に示されたものと同様である。図示されているように、湾曲した基板マイクロディスプレイ１６１は、あらかじめ歪められた画素パターン１６４を支持する。マイクロディスプレイから放射される非偏光の第１の波長光１６３が、若干あらかじめ歪められた画素パターン１６４で、実質的に平行にされて案内されたビームを形成するために、レンズ１０７によって焦点が合わせられ、ビームは、入光、および導波路１３１を通じた伝搬１６５の後、平面状の出力波面１６９に対して垂直である平行な出力光線１６６～１６８を形成する。

図３２～図３６は、湾曲面を有する導波路の特定の構成を示しているが、多くの他の異なる構成および変更が実装され得る。例えば、このような実施形態で示されている技術および根柢の理論は、目の処方光学面を支持する導波路に適用されてもよい。多くの実施形態において、処方導波路基板が、標準的な基本の処方が個々の使用者の要件に細かく調整されている状態で、目の処方眼鏡の製造で使用されるものと同様の過程を用いて特別に製造することができる。ある実施形態では、導波路格子は、標準的な基本の処方でインクジェット印刷され得る。いくつかの実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイが、あらかじめ歪められた画素パターンが形成された状態で特別に印刷されてもよい。様々な実施形態において、ＯＬＥＤディスプレイは湾曲したバックプレーン基板に印刷され得る。いくつかの実施形態において、追加の屈折または回析の事前補正要素が、導波路によって支持され得る。多くの実施形態において、追加の補正機能が、入力格子および出力格子の少なくとも一方で符号化され得る。入力格子および出力格子は、深いＳＲＧ、ＥＰＳ、または先に記載されているハイブリッド格子であり得、図１～図５との関連で記載されている方法で製造され得る。入力格子および出力格子は、図６～図８との関連で記載されている厚さも有し得る。

図３７は、本発明の実施形態による、Ｓ回析格子およびＰ回析格子を含む導波路を使用して、視認のための画像光を投影するための方法を概念的に示す流れ図である。図示されているように、像を形成する方法１７０が提供されている。流れ図を参照すると、方法１７０は、第１の波長範囲で光を放射するＯＬＥＤ配列と、コリメーションレンズと、第１の波長域におけるＳ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子および出力格子、ならびに、第１の波長域におけるＰ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子および出力格子を支持する導波路とを提供することを含む（１７１）。ある実施形態では、入力格子および出力格子は、深いＳＲＧ、ＥＰＳ、または先に検討されているハイブリッド格子であり得る。ＯＬＥＤ配列によって放射された画像光は、コリメーションレンズを用いて平行にされ得る（１７２）。Ｓ偏光が、Ｓ回析入力格子を用いて、導波路における全内部反射路へと結合され得る（１７３）。Ｐ偏光が、Ｐ回析入力格子を用いて、導波路における全内部反射路へと結合され得る（１７４）。Ｓ偏光は、ビーム拡大され得、見るために導波路から抽出され得る（１７５）。Ｐ偏光は、ビーム拡大され得、見るために導波路から抽出され得る（１７６）。

図３８は、本発明の実施形態による、光学的処方表面を支持し、Ｓ回析格子およびＰ回析格子を含む導波路を使用して、視認のための画像光を投影するための方法を概念的に示す流れ図である。図示されているように、像を形成する方法１８０が提供されている。流れ図を参照すると、方法１８０は、第１の波長範囲で光を放射するあらかじめ歪められた画素パターンを伴うＯＬＥＤ配列と、コリメーションレンズと、第１の波長域へのＳ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子および出力格子、ならびに、第１の波長域におけるＰ偏光のための高い回析効率を伴う入力格子および出力格子とを支持する導波路とを提供することを含み（１８１）、さらに、導波路によって支持された処方光学面を提供することを含む（１８２）。ある実施形態では、入力格子および出力格子は、深いＳＲＧ、ＥＰＳ、または先に検討されているハイブリッド格子であり得る。ＯＬＥＤ配列によって放射された画像光は、コリメーションレンズを用いて平行にされ得る（１８３）。Ｓ偏光が、Ｓ回析入力格子を用いて、導波路における全内部反射路へと結合され得る（１８４）。Ｐ偏光が、Ｐ回析入力格子を用いて、導波路における全内部反射路へと結合され得る（１８５）。あらかじめ歪められた波面は処方面において反射され得る（１８６）。平面状の波面が、処方面の光強度を使用して、あらかじめ歪められた波面から形成され得る（１８７）。Ｓ偏光は、ビーム拡大され得、見るために導波路から抽出され得る（１８８）。Ｐ偏光は、ビーム拡大され得、見るために導波路から抽出され得る（１８９）。

多様な画素形状を含む実施形態の検討
本開示で検討されている様々な装置は、配列を実装するときの形状の制約および実用性の問題だけによって限定される多くの異なる形状の入力画素配列を伴う放射型ディスプレイを使用して適用され得る。多くの実施形態において、画素配列は非周期的である（繰り返しでない）画素を含み得る。このような実施形態では、画素の形状および分配における非対称が、導波路からの出力照明における非均一性を生成するために使用され得る。最適な画素の大きさおよび形状が、画素配列への出力格子および入力格子（および、使用される場合には折り畳み格子）から画素配列への逆ベクトルレイトレーシングを使用して決定され得る。様々な非対称画素パターンが本発明で使用され得る。例えば、図３９Ａは、本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、異なる大きさおよび縦横比の長方形要素２３０Ａ～２３０Ｆを備える画素パターンの一部分２３０を概念的に示している。ある実施形態では、画素配列は、多角形の基礎要素の有限のセットに基づく繰り返し出ないパターンに基づき得る。例えば、図３９Ｂは、本発明の実施形態による、放射型ディスプレイパネルにおける使用のための、ペンローズタイル２４０Ａ～２４０Ｊを有する画素パターンの一部分２４０を概念的に示している。タイルは、Ｐｅｎｒｏｓｅによる「Ｓｅｔ ｏｆ ｔｉｌｅｓ ｆｏｒ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ａ ｓｕｒｆａｃｅ」という名称の特許文献４において開示されている原理に基づくことができ、この特許は、その全体が本明細書によって参照により組み込まれている。ハチの巣状が良く知られている例である自然において現れるパターンが、多くの実施形態でも使用され得る。

多くの実施形態において、画素は同一の規則的な多角形の配列を含み得る。例えば、図３９Ｃは、本発明の実施形態による、六角形要素を有する画素パターンの一部分２５０を概念的に示している。図３９Ｄは、本発明の実施形態による、正方形要素２６０Ａ～２６０Ｄを有する画素パターンの一部分２６０を概念的に示す図である。図３９Ｅは、本発明の実施形態による、ダイヤモンド形要素２７０Ａ～２７０Ｄを有する画素パターンの一部分２７０を概念的に示している。図３９Ｆは、本発明の実施形態による、二等辺三角形要素２８０Ａ～２８０Ｈを有する画素パターンの一部分２８０を概念的に示している。

多くの実施形態において、画素は、鉛直または水平に偏った縦横比を有する。図３９Ｇは、水平方向に偏った縦横比の六角形要素２９０Ａ～２９０Ｃを有する画素パターンの一部分２９０を概念的に示している。図３９Ｈは、本発明の実施形態による、水平方向に偏った縦横比の長方形要素３００Ａ～３００Ｄを有する画素パターンの一部分３００を概念的に示している。図３９Ｉは、本発明の実施形態による、水平方向に偏った縦横比のダイヤモンド形要素３１０Ａ～３１０Ｄを有する画素パターンの一部分３１０を概念的に示している。図３９Ｊは、本発明の実施形態による、水平方向に偏った縦横比の三角形要素３２０Ａ～３２０Ｈを有する画素パターンの一部分３２０を概念的に示している。

多くの実施形態において、ＯＬＥＤは、ＯＬＥＤのスペクトル放射特性を成形するための空洞の形および多層構造で作製できる。ある実施形態では、細いスペクトル帯域幅を提供するように最適化された微小空洞ＯＬＥＤが使用され得る。ある実施形態では、スペクトル帯域幅は４０ｎｍ未満であり得る。ある実施形態では、２０ｎｍ以下のスペクトル帯域幅が提供され得る。ある実施形態では、ＯＬＥＤは、３つの原色のうちの１つに対応する比較的細い帯域の近選択スペクトル領域でエレクトロルミネセント放射を提供する材料から作ることができる。図４０は、異なる画素が異なる放射特性を有し得る画素パターンを概念的に示している。ある実施形態では、画素は、画素配列におけるそれらの位置に応じて、異なるスペクトル放射特性を有し得る。ある実施形態では、画素は、画素配列におけるそれらの位置に応じて、異なる角度放射特性を有し得る。ある実施形態では、画素は、画素配列にわたって空間的に変化するスペクトル放射特性および角度放射特性の両方を有し得る。画素パターンは、図３９Ａ～図３９Ｊに示されているパターンのいずれかに基づき得る。多くの実施形態において、異なる大きさおよび形状の画素が、最終的な像において均一性を制御するための空間的放射変化を提供するために配置され得る。

多くの実施形態において、ＯＬＥＤは、所与の光分配を特別な形態へと変形するために設計された空洞構造を有し得る。これは、ウェアラブルディスプレイ用途には嵩張り得る二次的な光学要素によって典型的には達成できる。このような設計は、最終的な光源を単一の永久的な動作モードに限定するという問題にも悩まされ、これは、機械的に調整可能な光学要素を用いることだけによって克服することができる。ある実施形態では、ＯＬＥＤは、二次的な光学要素に依拠することなく、および、機械的な調整を用いることなく、ビームの形のリアルタイムでの規制を可能にすることができる。ある実施形態では、ＯＬＥＤは、非特許文献７で開示されているように、任意の設定において高い量子効率を維持する一方で、前方軸主放射方向と軸ずれ主放射方向との間で連続的に調整され得る。

重要なＯＬＥＤ開発である「微小空洞ＯＬＥＤ」は、ある実施形態において、より制御されたスペクトル帯域幅および放射角度に向けての潜在能力を提供することができる。しかしながら、微小空洞ＯＬＥＤは、まだ商業的な利用の準備ができていない。一実施形態（０．１の屈折率変調、１．６５の平均屈折率、および４５度の導波路における入射角を伴う２マイクロメートルの格子に対応する）において、ＳＢＧの回析効率は、ＯＬＥＤ放射スペクトルに対して７５％より大きい（ピーク点の２５％との間）。より深い空洞構造を使用するより細い帯域幅のＯＬＥＤは、帯域幅を４０ｎｍ以下へと小さくする。

有利には、本発明は、４６０ｎｍでの青色における使用のために最適化されたＯＬＥＤを使用することができ、このＯＬＥＤは、より一般的に使用されている４４０ｎｍのＯＬＥＤに対して、昼光でのＡＲディスプレイ用途においてより良好な青色コントラストを提供するだけでなく、より良好な信頼性および耐用期間を提供する。

ある実施形態では、放射型ディスプレイは、Ｋｏｐｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ （Ｗｅｓｔｂｏｒｏｕｇｈ、ＭＡ）によって開発されたものと同様のＯＬＥＤフルカラーシリコンバックプレーンマイクロディスプレイであり得る。Ｋｏｐｉｎのマイクロディスプレイは、０．９９インチの画像対角線と、１インチあたり２４９０個の画素の画素密度とを提供する。マイクロディスプレイは、コンパクトな形態因子を可能にするために、Ｋｏｐｉｎの特許を受けたＰａｎｔｉｌｅ（商標）拡大レンズを使用する。

本発明は、入力画像発生源としてＯＬＥＤマイクロディスプレイを使用する実施形態の観点で検討されてきたが、多くの他の実施形態において、本発明は、任意の他の種類の放射マイクロディスプレイテクノロジーで適用できる。ある実施形態では、放射マイクロディスプレイはマイクロＬＥＤであり得る。マイクロＬＥＤは、低減した電力消費から恩恵を受け、ＯＬＥＤディスプレイの輝度より高い輝度で効率的に動作することができる。しかしながら、マイクロＬＥＤは本質的に単色である。ＬＥＤにおいて色を変換するために典型的には使用される蛍光体は、小さい大きさにうまく合うことができず、マイクロディスプレイ用途へと縮小するのが困難であるより複雑なデバイスアーキテクチャをもたらす。

ポリマー周期的構造体が、導波路ディスプレイに基づくＯＬＥＤ配列内での使用の観点で検討されてきたが、ポリマー周期的構造体は、他の部類のディスプレイとの有利な相乗的用途を有する。これらのディスプレイの例は、ＬＣｏＳおよびＭＥＭＳに基づくディスプレイなど、非放射型ディスプレイ技術を使用する画像生成装置を含む。ＬＣｏＳに基づくディスプレイが、ポリマー格子構造体の利点に基づく偏光をより適用可能とさせにくくし得る偏光を典型的には放射する一方で、ポリマー格子構造体は、従来の刻印された格子に対して有利な効率および製造コスト節約を提供することができる。さらに、ポリマー格子構造体は、導波路センサおよび／または導波路照明デバイスなど、様々な他の非ディスプレイの導波路に基づく実装に適用可能であり得る。

例の実施形態
本発明の多くの実施形態が詳細に記載されてきたが、本発明は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、多くの他の形態で実装させることができることは、理解されるべきである。例えば、以下に列挙されているものなどの実施形態が検討されている。

項１： 周期的構造体を作製するための方法であって、
ホログラフィック混合物をベース基板に提供するステップと、
ホログラフィック混合物をベース基板とカバー基板との間に挟むステップであって、ホログラフィック混合物はホログラフィック混合物層をベース基板上に形成する、ステップと、
ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームをホログラフィック混合物層に適用するステップと、
カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去するステップであって、カバー基板は、露光の後、形成されたホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去させることができる一方で、露光されていないホログラフィック混合物層に付着することができるように、ベース基板と異なる性質を有する、ステップと
を含む方法。

項２： ポリマー周期的構造体を形成するために、液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を除去するステップをさらに含む、項１の方法。

項３： 液晶が豊富な領域を埋め戻し材料で再充填するステップをさらに含む、項２の方法。

項４： 埋め戻し材料は、残っているポリマーが豊富な領域の屈折率と異なる屈折率を有する、項３の方法。

項５： 埋め戻し材料は液晶材料を含む、項３の方法。

項６： 液晶材料は、液晶が豊富な領域から除去される液晶と異なる、項５の方法。

項７： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の実質的にすべてを除去することを含む、項２の方法。

項８： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を残すことをさらに含む、項２の方法。

項９： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤で洗浄することを含む、項２の方法。

項１０： ベース基板はプラスチックを含む、項１から９のいずれか１つの方法。

項１１： 酸化ケイ素層がベース基板に堆積させられる、項１に記載の方法。

項１２： ベース基板はガラス、石英、またはシリカを含む、項１から６のいずれか１つの方法。

項１３： カバー基板はプラスチックを含む、項１から６のいずれか１つの方法。

項１４： 酸化ケイ素層がカバー基板に堆積させられる、項１０の方法。

項１５： カバー基板はガラス、石英、またはシリカを含む、項１から６のいずれか１つの方法。

項１６： ベース基板とホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体との間の付着を促進する付着促進層が、ベース基板の上部に被覆される、項１から１５のいずれか１つの方法。

項１７： ベース基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、シランに基づく試薬が水酸基および付着促進層と接着する、項１６の方法。

項１８： カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から容易に解放させる解放層が、カバー基板の上部に被覆される、項１から１７のいずれか１つの方法。

項１９： カバー基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、解放層は、水酸基と接着するシランに基づくフルオロ反応物である、項１８の方法。

項２０： 保護基板をホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体に適用するステップであって、ホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体は保護基板とベース基板との間に位置決めされる、ステップをさらに含む、項１から１９のいずれか１つの方法。

項２１： 周期的構造体を作製するための方法であって、
第１のホログラフィック混合物を第１のベース基板に提供するステップと、
第１のホログラフィック混合物を第１のベース基板とカバー基板との間に挟むステップであって、第１のホログラフィック混合物は第１のホログラフィック混合物層を第１のベース基板上に形成する、ステップと、
交ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備える第１のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームを第１のホログラフィック混合物層に適用するステップと、
カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去するステップと、
第２のホログラフィック混合物を第２のベース基板に提供するステップと、
第２のホログラフィック混合物を第２のベース基板とカバー基板との間に挟むステップであって、第２のホログラフィック混合物は第２のホログラフィック混合物層を第２のベース基板上に形成する、ステップと、
ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備える第２のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームを第２のホログラフィック混合物層に適用するステップと
を含む方法。

項２２： カバー基板は、露光の後、形成された第１および第２のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去させることができる一方で、露光されていない第１および第２のホログラフィック混合物層に付着することができるように、第１のベース基板および第２のベース基板と異なる性質を有する、項２１の方法。

項２３： 前記カバー基板を第２のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体から除去するステップをさらに含む、項２１または２２のいずれか１つの方法。

項２４： ポリマー表面レリーフ格子を形成するために、第１または第２のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体の液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を除去するステップをさらに含む、項２１から２３のいずれか１つの方法。

項２５： 第１または第２のホログラフィックポリマー分散液晶周期的構造体の液晶が豊富な領域を埋め戻し材料で再充填するステップをさらに含む、項２４の方法。

項２６： 埋め戻し材料は、残っているポリマーが豊富な領域の屈折率と異なる屈折率を有する、項２５の方法。

項２７： 埋め戻し材料は液晶材料を含む、項２５の方法。

項２８： 液晶材料は、液晶が豊富な領域から除去される液晶と異なる、項２７の方法。

項２９： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の実質的にすべてを除去することを含む、項２４の方法。

項３０： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を残すことをさらに含む、項２４の方法。

項３１： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤で洗浄することを含む、項２４の方法。

項３２： 第１のベース基板および／または第２のベース基板はプラスチックを含む、項２１から３１のいずれか１つの方法。

項３３： 酸化ケイ素層が第１のベース基板および／または第２のベース基板に堆積させられる、項２１から３２のいずれか１つの方法。

項３４： 第１のベース基板および／または第２のベース基板はガラス、石英、またはシリカを含む、項２１から３１のいずれか１つの方法。

項３５： カバー基板はプラスチックを含む、項２１から３１のいずれか１つの方法。

項３６： 酸化ケイ素層がカバー基板に堆積させられる、項３５の方法。

項３７： カバー基板はガラス、石英、またはシリカを含む、項２１から３１のいずれか１つの方法。

項３８： 第１のベース基板と第１のホログラフィックポリマー分散液晶格子との間の付着を促進する付着促進層が、第１のベース基板の上部に被覆される、項２１から３１のいずれか１つの方法。

項３９： 第１のベース基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、シランに基づく試薬が水酸基および付着促進層と接着する、項３８の方法。

項４０： カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶格子から容易に解放させる解放層が、カバー基板の上部に被覆される、項２１から３９のいずれか１つの方法。

項４１： カバー基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、解放層は、水酸基と接着するシランに基づくフルオロ反応物である、項４０の方法。

項４２： 深い表面レリーフ格子（ＳＲＧ）を作製するためのデバイスであって、
ベース基板とカバー基板との間に挟まれるホログラフィック混合物を備え、
ホログラフィック混合物は、ホログラフィック記録ビームに露光されるとき、ポリマーが豊富な領域と液晶が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散液晶格子を形成するように構成され、
ベース基板とカバー基板とは、カバー基板が、露光の後、形成されたホログラフィックポリマー分散液晶格子から除去させることができる一方で、露光されていないホログラフィック混合物層に付着することができるように、異なる性質を有する、デバイス。

項４３： ベース基板はプラスチックを含む、項４２のデバイス。

項４４： 酸化ケイ素層がベース基板に配置される、項４３のデバイス。

項４５： ベース基板はガラス、石英、またはシリカを含む、項４２のデバイス。

項４６： カバー基板はプラスチックを含む、項４５のデバイス。

項４７： 酸化ケイ素層がカバー基板に配置される、項４６のデバイス。

項４８： カバー基板はガラス、石英、またはシリカを含む、項４２のデバイス。

項４９： 第１のベース基板と第１のホログラフィックポリマー分散液晶格子との間の付着を促進する付着促進層が、第１のベース基板の上部に被覆される、項４２から４８のいずれか１つのデバイス。

項５０： 第１のベース基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、シランに基づく試薬が水酸基および付着促進層と接着する、項４９のデバイス。

項５１： カバー基板をホログラフィックポリマー分散液晶格子から容易に解放させる解放層が、カバー基板の上部に被覆される、項４２から５０のいずれか１つのデバイス。

項５２： カバー基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、解放層は、水酸基と接着するシランに基づくフルオロ反応物である、項５１のデバイス。

項５３： それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、
ポリマー格子構造体は、
ポリマー領域と、
ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と、
ポリマー領域の上部および導波路の上部に配置される被覆と
を備える、導波路デバイス。

項５４： 被覆は、導波路とポリマー格子構造体との間のエバネッセント結合を高めるために、原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項５３の導波路デバイス。

項５５： 被覆は、ポリマー格子構造体の効果的な屈折率を高めるために、原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項５３の導波路デバイス。

項５６： 被覆は、付着を高めるために、および／または、バイアス層として実施するために、原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項５３の導波路デバイス。

項５７： 被覆は、ポリマー領域の全体および導波路の上部にわたって配置される原子層堆積（ＡＬＤ）により共形で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項５３の導波路デバイス。

項５８ 被覆は、ポリマー領域の上方面、下方面、または側壁面のうちの１つまたは複数を含むポリマー領域の１つまたは複数の面にわたって配置される原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項５３の導波路デバイス。

項５９： 不動態被覆が、ポリマー格子構造体および／または被覆の表面に適用される、項５３の導波路デバイス。

項６０： ポリマー領域は導波路に対する傾斜角を含む、項５３の導波路デバイス。

項６１： ポリマー格子構造体は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間に等方性物質をさらに備え、等方性物質は、ポリマー網目の屈折率より高いかまたは低い屈折率を有する、項５３の導波路デバイス。

項６２： 等方性物質は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間の空間の底部分においてその空間を占め、空気が等方性物質の上面の上方から変調深さまでの空間を占める、項６１の導波路デバイス。

項６３： 等方性物質は複屈折結晶材料を含む、項６１の導波路デバイス。

項６４： 複屈折結晶材料は液晶材料を含む、項６３の導波路デバイス。

項６５： ポリマー格子構造体は可視光の波長より大きい変調深さを有する、項５３の導波路デバイス。

項６６： ポリマー格子構造体は変調深さと格子ピッチとを備え、変調深さは格子ピッチより大きい、項５３の導波路デバイス。

項６７： 導波路は２つの基板を備え、ポリマー格子構造体は、２つの基板の間に挟まれるか、または、いずれかの基板の外面に位置決めされるかのいずれかである、項５３の導波路デバイス。

項６８： ポリマー網目のブラッグ縞模様間隔は０．３５μｍから０．８μｍまでであり、ポリマー網目の格子深さは１μｍから３μｍまでである、項５３の導波路デバイス。

項６９： ブラッグ縞模様間隔に対するポリマー網目の格子深さの比は１：１から５：１までである、項５３の導波路デバイス。

項７０： 像発生ユニットをさらに備え、ポリマー格子構造体は導波路回析格子を備える、項５３の導波路デバイス。

項７１： 導波路回析格子は多重化格子として構成される、項７０の導波路デバイス。

項７２： 導波路回析格子は、複数の像を含む像発生ユニットから光を受け入れるように構成される、項７１の導波路デバイス。

項７３： 導波路回析格子は光を導波路から取り出すように構成される、項７０の導波路デバイス。

項７４： 導波路回析格子はビーム拡大器として構成される、項７０の導波路デバイス。

項７５： 導波路回析格子は、像発生ユニットから発生させられる像データを含む光を取り入れるように構成される、項７０の導波路デバイス。

項７６： 導波路回析格子は、Ｓ偏光を高い度合いの効率で取り入れるようにさらに構成される、項７５の導波路デバイス。

項７７： 回析格子は、Ｓ偏光をブラッグ角において７０％から９５％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項７６の導波路デバイス。

項７８： 回析格子は、Ｐ偏光をブラッグ角において２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項７６の導波路デバイス。

項７９： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項５３の導波路デバイス。

項８０： ポリマー網目と複屈折結晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項６３の導波路デバイス。

項８１： ポリマー格子構造体は二次元格子構造体または三次元格子構造体を備える、項５３の導波路デバイス。

項８２： 他の格子構造体をさらに備える、項５３の導波路デバイス。

項８３： ポリマー格子構造体は取り入れ格子を備え、他の格子構造体はビーム拡大器または取り出し格子を備える、項８２の導波路デバイス。

項８４： それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、
ポリマー格子構造体は、
ポリマー領域と、
ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と、
ポリマー領域と導波路との間に配置される光学層と、
ポリマー領域の上部および光学層の上部に配置される被覆と
を備える、導波路デバイス。

項８５： 被覆は、導波路とポリマー格子構造体との間のエバネッセント結合を高めるために、原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項８４の導波路デバイス。

項８６： 被覆は、ポリマー格子構造体の効果的な屈折率を高めるために、原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項８４の導波路デバイス。

項８７： 被覆は、付着を高めるために、および／または、バイアス層として実施するために、原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項８４の導波路デバイス。

項８８： 被覆は、ポリマー領域の全体および光学層の露光させられた上部にわたって配置される原子層堆積（ＡＬＤ）により共形で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項８４の導波路デバイス。

項８９： 被覆は、ポリマー領域の上方面、下方面、または側壁面のうちの１つまたは複数を含むポリマー領域の１つまたは複数の面にわたって配置される原子層堆積（ＡＬＤ）で堆積させられた金属層または誘電体層を備える、項８４の導波路デバイス。

項９０： 不動態被覆がポリマー格子構造体の表面に適用される、項８４の導波路デバイス。

項９１： ポリマー領域は導波路に対する傾斜角を含む、項８４の導波路デバイス。

項９２： 光学層の厚さが、所定の角度範囲内で、角度特性に対する回析効率を選択的に変更するように設計される、項８４の導波路デバイス。

項９３： ポリマー格子構造体は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間に等方性物質をさらに備え、等方性物質は、ポリマー網目の屈折率より高いかまたは低い屈折率を有する、項８４の導波路デバイス。

項９４： 等方性物質は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間の空間の底部分においてその空間を占め、空気が等方性物質の上面の上方から変調深さまでの空間を占める、項９３の導波路デバイス。

項９５： 等方性物質は複屈折結晶材料を含む、項９３の導波路デバイス。

項９６： 複屈折結晶材料は液晶材料を含む、項９５の導波路デバイス。

項９７： ポリマー格子構造体は可視光の波長より大きい変調深さを有する、項８４の導波路デバイス。

項９８： ポリマー格子構造体は変調深さと格子ピッチとを備え、変調深さは格子ピッチより大きい、項８４の導波路デバイス。

項９９： 導波路は２つの基板を備え、ポリマー格子構造体は、２つの基板の間に挟まれるか、または、いずれかの基板の外面に位置決めされるかのいずれかである、項８４の導波路デバイス。

項１００： ポリマー網目のブラッグ縞模様間隔は０．３５μｍから０．８μｍまでであり、ポリマー網目の格子深さは１μｍから３μｍまでである、項８４の導波路デバイス。

項１０１： ブラッグ縞模様間隔に対するポリマー網目の格子深さの比は１：１から５：１までである、項８４の導波路デバイス。

項１０２： 像発生ユニットをさらに備え、ポリマー格子構造体は導波路回析格子を備える、項８４の導波路デバイス。

項１０３： 導波路回析格子は多重化格子として構成される、項１０２の導波路デバイス。

項１０４： 導波路回析格子は、複数の像を含む像発生ユニットから光を受け入れるように構成される、項１０３の導波路デバイス。

項１０５： 導波路回析格子は光を導波路から取り出すように構成される、項１０４の導波路デバイス。

項１０６： 導波路回析格子はビーム拡大器として構成される、項１０２の導波路デバイス。

項１０７： 導波路回析格子は、像発生ユニットから発生させられる像データを含む光を取り入れるように構成される、項１０２の導波路デバイス。

項１０８： 導波路回析格子は、Ｓ偏光を高い度合いの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１０７の導波路デバイス。

項１０９： 回析格子は、Ｓ偏光をブラッグ角において７０％から９５％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１０８の導波路デバイス。

項１１０： 回析格子は、Ｐ偏光をブラッグ角において２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１０８の導波路デバイス。

項１１１： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項８４の導波路デバイス。

項１１２： ポリマー網目と複屈折結晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項９５の導波路デバイス。

項１１３： ポリマー格子構造体は二次元格子構造体または三次元格子構造体を備える、項８４の導波路デバイス。

項１１４： 他の格子構造体をさらに備える、項８４の導波路デバイス。

項１１５： ポリマー格子構造体は取り入れ格子を備え、他の格子構造体はビーム拡大器または取り出し格子を備える、項１１４の導波路デバイス。

項１１６： それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、
ポリマー格子構造体は、
ポリマー領域と、
ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と、
ポリマー領域と導波路との間に配置される光学層と
を備える、導波路デバイス。

項１１７： 光学層の厚さが、所定の角度範囲内で、角度特性に対する回析効率を選択的に変更するように設計される、項１１６の導波路デバイス。

項１１８： ポリマー格子構造体は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間に等方性物質をさらに備え、等方性物質は、ポリマー網目の屈折率より高いかまたは低い屈折率を有する、項１１６の導波路デバイス。

項１１９： 等方性物質は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間の空間の底部分においてその空間を占め、空気が等方性物質の上面の上方から変調深さまでの空間を占める、項１１８の導波路デバイス。

項１２０： 等方性物質は複屈折結晶材料を含む、項１１８の導波路デバイス。

項１２１： 複屈折結晶材料は液晶材料を含む、項１２０の導波路デバイス。

項１２２： ポリマー格子構造体は可視光の波長より大きい変調深さを有する、項１１８の導波路デバイス。

項１２３： ポリマー格子構造体は変調深さと格子ピッチとを備え、変調深さは格子ピッチより大きい、項１１８の導波路デバイス。

項１２４： 導波路は２つの基板を備え、ポリマー格子構造体は、２つの基板の間に挟まれるか、または、いずれかの基板の外面に位置決めされるかのいずれかである、項１１８の導波路デバイス。

項１２５ ポリマー網目のブラッグ縞模様間隔は０．３５μｍから０．８μｍまでであり、ポリマー網目の格子深さは１μｍから３μｍまでである、項１１８の導波路デバイス。

項１２６： ブラッグ縞模様間隔に対するポリマー網目の格子深さの比は１：１から５：１までである、項１１８の導波路デバイス。

項１２７： 像発生ユニットをさらに備え、ポリマー格子構造体は導波路回析格子を備える、項１１８の導波路デバイス。

項１２８： 導波路回析格子は多重化格子として構成される、項１２７の導波路デバイス。

項１２９： 導波路回析格子は、複数の像を含む像発生ユニットから光を受け入れるように構成される、項１２８の導波路デバイス。

項１３０： 導波路回析格子は光を導波路から取り出すように構成される、項１２７の導波路デバイス。

項１３１： 導波路回析格子はビーム拡大器として構成される、項１３０の導波路デバイス。

項１３２： 導波路回析格子は、像発生ユニットから発生させられる像データを含む光を取り入れるように構成される、項１２７の導波路デバイス。

項１３３： 導波路回析格子は、Ｓ偏光を高い度合いの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１３２の導波路デバイス。

項１３４： 回析格子は、Ｓ偏光をブラッグ角において７０％から９５％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１３３の導波路デバイス。

項１３５： 回析格子は、Ｐ偏光をブラッグ角において２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１３３の導波路デバイス。

項１３６： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項１１６の導波路デバイス。

項１３７： ポリマー網目と複屈折結晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項１２０の導波路デバイス。

項１３８： ポリマー格子構造体は二次元格子構造体または三次元格子構造体を備える、項１１６の導波路デバイス。

項１３９： 他の格子構造体をさらに備える、項１１６の導波路デバイス。

項１４０： ポリマー格子構造体は取り入れ格子を備え、他の格子構造体はビーム拡大器または取り出し格子を備える、項１３９の導波路デバイス。

項１４１： 光学層は導波路とポリマー格子構造体とによって挟まれ、ポリマー格子構造体は、光学層と直接的に接触するために光学層までずっと延びる、項１１６の導波路デバイス。

項１４２： それ自体において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する導波路を備え、
ポリマー格子構造体は、
ポリマー領域と、
ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙と
を備え、
ポリマー領域と空隙とは導波路に直接的に接触する、導波路デバイス。

項１４３： 光学層の厚さが、所定の角度範囲内で、角度特性に対する回析効率を選択的に変更するように設計される、項１４２の導波路デバイス。

項１４４： ポリマー表面レリーフ格子が導波路と直接的に接触するためにずっと延びる、項１４２の導波路デバイス。

項１４５： ポリマー表面レリーフ格子と基板との間にバイアス層がない、項１４２の導波路デバイス。

項１４６： ポリマー格子構造体は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間に等方性物質をさらに備え、等方性物質は、ポリマー網目の屈折率より高いかまたは低い屈折率を有する、項１４２の導波路デバイス。

項１４７： 等方性物質は、ポリマー網目の隣接した部分同士の間の空間の底部分においてその空間を占め、空気が等方性物質の上面の上方から変調深さまでの空間を占める、項１４６の導波路デバイス。

項１４８： 等方性物質は複屈折結晶材料を含む、項１４６の導波路デバイス。

項１４９： 複屈折結晶材料は液晶材料を含む、項１４８の導波路デバイス。

項１５０： ポリマー格子構造体は可視光の波長より大きい変調深さを有する、項１４２の導波路デバイス。

項１５１： ポリマー格子構造体は変調深さと格子ピッチとを備え、変調深さは格子ピッチより大きい、項１４２の導波路デバイス。

項１５２： 導波路は２つの基板を備え、ポリマー格子構造体は、２つの基板の間に挟まれるか、または、いずれかの基板の外面に位置決めされるかのいずれかである、項１４２の導波路デバイス。

項１５３ ポリマー網目のブラッグ縞模様間隔は０．３５μｍから０．８μｍまでであり、ポリマー網目の格子深さは１μｍから３μｍまでである、項１４２の導波路デバイス。

項１５４： ブラッグ縞模様間隔に対するポリマー網目の格子深さの比は１：１から５：１までである、項１４２の導波路デバイス。

項１５５： 像発生ユニットをさらに備え、ポリマー格子構造体は導波路回析格子を備える、項１４２の導波路デバイス。

項１５６： 導波路回析格子は多重化格子として構成される、項１５５の導波路デバイス。

項１５７： 導波路回析格子は、複数の像を含む像発生ユニットから光を受け入れるように構成される、項１５６の導波路デバイス。

項１５８： 導波路回析格子は光を導波路から取り出すように構成される、項１５５の導波路デバイス。

項１５９： 導波路回析格子はビーム拡大器として構成される、項１５５の導波路デバイス。

項１６０： 導波路回析格子は、像発生ユニットから発生させられる像データを含む光を取り入れるように構成される、項１５５の導波路デバイス。

項１６１： 導波路回析格子は、Ｓ偏光を高い度合いの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１６０の導波路デバイス。

項１６２： 導波路回析格子は、Ｓ偏光をブラッグ角において７０％から９５％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１６０の導波路デバイス。

項１６３： 回析格子は、Ｐ偏光をブラッグ角において２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項１６０の導波路デバイス。

項１６４： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項１４２の導波路デバイス。

項１６５： ポリマー網目と複屈折結晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項１６４の導波路デバイス。

項１６６： ポリマー格子構造体は二次元格子構造体または三次元格子構造体を備える、項１４２の導波路デバイス。

項１６７： 他の格子構造体をさらに備える、項１４２の導波路デバイス。

項１６８： ポリマー格子構造体は取り入れ格子を備え、他の格子構造体はビーム拡大器または取り出し格子を備える、項１６７の導波路デバイス。

項１６９： 格子を作製するための方法であって、
単量体と非反応性材料との混合物を提供するステップと、
基板を提供するステップと、
混合物の層を基板の表面に被覆するステップと、
ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散格子を形成するために、ホログラフィック記録ビームを層に適用するステップと、
ポリマー領域と空気領域とを交互に含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために、非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップと、
被覆を、ポリマー領域の上面と空気領域における基板の上面とに適用するステップと
を含む方法。

項１７０： 被覆を適用するステップは原子層堆積（ＡＬＤ）過程を含む、項１６９の方法。

項１７１： 被覆はＴｉＯ_２またはＺｎＯ_２を含む、項１６９の方法。

項１７２： 単量体は、アクリレート、メタクリレート、ビニル、イソシアネート、チオール、イソシアンアクリレート、および／またはチオレンを含む、項１６９の方法。

項１７３： 混合物は、光開始剤、共開始剤、または追加の添加物のうちの少なくとも１つをさらに含む、項１７２の方法。

項１７４： チオールはチオールビニルアクリレートを含む、項１７２の方法。

項１７５： 光開始剤は感光性成分を含む、項１７３の方法。

項１７６： 感光性成分は染料および／またはラジカル発生器を含む、項１７５の方法。

項１７７： 単量体と液晶との混合物を提供するステップは、
単量体と、液晶と、光開始剤、共開始剤、多官能チオール、または追加の添加物のうちの少なくとも１つとを混合することと、
混合物を、２２℃以下の温度における光のない場所で保管することと、
追加の単量体を追加することと、
０．６μｍ以下のフィルタを通じて混合物を濾過することと、
濾過された混合物を光のない場所で保管することと
を含む、項１６９の方法。

項１７８： 基板はガラス基板またはプラスチック基板を備える、項１６９の方法。

項１７９： 基板は透明な基板を備える、項１６９の方法。

項１８０： 内部寸法を維持するための１つまたは複数のスペーサで、混合物を基板と他の基板との間に挟むステップをさらに含む、項１６９の方法。

項１８１： 付着防止解放層を他の基板の１つの表面に適用するステップをさらに含む、項１８０の方法。

項１８２： 付着防止解放層はフルオロポリマーを含む、項１８１の方法。

項１８３： 液晶が豊富な領域を液晶材料で再充填するステップをさらに含む、項１６９の方法。

項１８４： 液晶材料は、先に除去された液晶と異なる分子構造を有する、項１８３の方法。

項１８５： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の実質的にすべてを除去することを含む、項１６９の方法。

項１８６： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ポリマーが豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を残すことをさらに含む、項１６９の方法。

項１８７： 深いＳＲＧにわたって保護層を適用するステップをさらに含む、項１６９の方法。

項１８８： 保護層は反射防止層を備える、項１８７の方法。

項１８９： 保護層はケイ酸塩または窒化ケイ素を含む、項１８７の方法。

項１９０： 保護層を適用するステップは、保護層を深いＳＲＧに堆積させることを含む、項１８７の方法。

項１９１： 保護層を堆積させることは化学蒸着を含む、項１９０の方法。

項１９２： 化学蒸着はナノコーティング過程である、項１９１の方法。

項１９３： 保護層はパリレン被覆を含む、項１９０の方法。

項１９４： 液晶が豊富な領域は、液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を除去した後に空隙を備える、項１６９の方法。

項１９５： 空隙に真空を作り出すステップ、または、空隙を不活性ガスで満たすステップをさらに含む、項１９４の方法。

項１９６： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤で洗浄することを含む、項１６９の方法。

項１９７： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を洗浄することは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤に浸漬することを含む、項１９６の方法。

項１９８： 溶剤はイソプロピルアルコールを含む、項１９６の方法。

項１９９： 溶剤は、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を洗浄している間、室温より低い温度で維持される、項１９６の方法。

項２００： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を大流量空気供給源で乾燥させることをさらに含む、項１９６の方法。

項２０１： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を硬化するステップをさらに含む、項１６９の方法。

項２０２： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を硬化するステップは、約１時間の期間にわたってホログラフィックポリマー分散液晶格子を低強度白色光に露光することを含む、項２０１の方法。

項２０３： ポリマー表面レリーフ格子は、Ｓ偏光を７０％から９５％までの効率で取り入れるように構成される、項１６９の方法。

項２０４： ポリマー表面レリーフ格子は、Ｐ偏光を２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項２０３の方法。

項２０５： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項１６９の方法。

項２０６： ポリマー網目と液晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項１８３の方法。

項２０７： ポリマー表面レリーフ格子は、０．３５μｍから０．８μｍまでのブラッグ縞模様間隔と、１μｍから３μｍまでの格子深さとを備える、項１６９の方法。

項２０８： ポリマー表面レリーフ格子は、１：１から５：１までの格子深さに対するブラッグ縞模様間隔の比を備える、項１６９の方法。

項２０９： 単量体と液晶との混合物における液晶含有量はおおよそ２０％から５０％までである、項１６９の方法。

項２１０： 単量体と液晶との混合物における液晶は液晶シングルを含む、項１６９の方法。

項２１１： 液晶シングルはシアノビフェニルおよび／またはペンチルシアノビフェニルを含む、項２１０の方法。

項２１２： 格子を作製するための方法であって、
単量体と非反応性材料との混合物を提供するステップと、
基板を提供するステップと、
混合物の層を基板の表面に被覆するステップと、
ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散格子を形成するために、ホログラフィック記録ビームを層に適用するステップと、
ポリマー領域と空気領域とを交互に含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために、非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップであって、光学層はポリマー領域と基板との間に配置される、ステップと、
被覆を、ポリマー領域の上面と空気領域における光学層の上面とに適用するステップと
を含む方法。

項２１３： 被覆を適用するステップは原子層堆積（ＡＬＤ）過程を含む、項２１２の方法。

項２１４： 被覆はＴｉＯ_２またはＺｎＯ_２を含む、項２１２の方法。

項２１５： 単量体は、アクリレート、メタクリレート、ビニル、イソシアネート、チオール、イソシアンアクリレート、および／またはチオレンを含む、項２１２の方法。

項２１６： 混合物は、光開始剤、共開始剤、または追加の添加物のうちの少なくとも１つをさらに含む、項２１５の方法。

項２１７： チオールはチオールビニルアクリレートを含む、項２１５の方法。

項２１８： 光開始剤は感光性成分を含む、項２１６の方法。

項２１９： 感光性成分は染料および／またはラジカル発生器を含む、項２１８の方法。

項２２０： 単量体と液晶との混合物を提供するステップは、
単量体と、液晶と、光開始剤、共開始剤、多官能チオール、または追加の添加物のうちの少なくとも１つとを混合することと、
混合物を、２２℃以下の温度における光のない場所で保管することと、
追加の単量体を追加することと、
０．６μｍ以下のフィルタを通じて混合物を濾過することと、
濾過された混合物を光のない場所で保管することと
を含む、項２１２の方法。

項２２１： 基板はガラス基板またはプラスチック基板を備える、項２１２の方法。

項２２２： 基板は透明な基板を備える、項２１２の方法。

項２２３： 内部寸法を維持するための１つまたは複数のスペーサで、混合物を基板と他の基板との間に挟むステップをさらに含む、項２１２の方法。

項２２４： 付着防止解放層を他の基板の１つの表面に適用するステップをさらに含む、項２２３の方法。

項２２５： 付着防止解放層はフルオロポリマーを含む、項２２４の方法。

項２２６： 液晶が豊富な領域を液晶材料で再充填するステップをさらに含む、項２１２の方法。

項２２７： 液晶材料は、先に除去された液晶と異なる分子構造を有する、項２２６の方法。

項２２８： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の実質的にすべてを除去することを含む、項２１２の方法。

項２２９： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ポリマーが豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を残すことをさらに含む、項２１２の方法。

項２３０： 深いＳＲＧにわたって保護層を適用するステップをさらに含む、項２１２の方法。

項２３１： 保護層は反射防止層を備える、項２３０の方法。

項２３２： 保護層はケイ酸塩または窒化ケイ素を含む、項２３０の方法。

項２３３： 保護層を適用するステップは、保護層を深いＳＲＧに堆積させることを含む、項２３０の方法。

項２３４： 保護層を堆積させることは化学蒸着を含む、項２３３の方法。

項２３５： 化学蒸着はナノコーティング過程である、項２３４の方法。

項２３６： 保護層はパリレン被覆を含む、項２３０の方法。

項２３７： 液晶が豊富な領域は、液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を除去した後に空隙を備える、項２１２の方法。

項２３８： 空隙に真空を作り出すステップ、または、空隙を不活性ガスで満たすステップをさらに含む、項２３７の方法。

項２３９： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤で洗浄することを含む、項２１２の方法。

項２４０： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を洗浄することは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤に浸漬することを含む、項２３９の方法。

項２４１： 溶剤はイソプロピルアルコールを含む、項２３９の方法。

項２４２： 溶剤は、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を洗浄している間、室温より低い温度で維持される、項２３９の方法。

項２４３： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を大流量空気供給源で乾燥させることをさらに含む、項２３９の方法。

項２４４： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を硬化するステップをさらに含む、項２１２の方法。

項２４５： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を硬化するステップは、約１時間の期間にわたってホログラフィックポリマー分散液晶格子を低強度白色光に露光することを含む、項２４４の方法。

項２４６： ポリマー表面レリーフ格子は、Ｓ偏光を７０％から９５％までの効率で取り入れるように構成される、項２１２の方法。

項２４７： ポリマー表面レリーフ格子は、Ｐ偏光を２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項２４６の方法。

項２４８： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項２１２の方法。

項２４９： ポリマー網目と液晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項２２６の方法。

項２５０： ポリマー表面レリーフ格子は、０．３５μｍから０．８μｍまでのブラッグ縞模様間隔と、１μｍから３μｍまでの格子深さとを備える、項２１２の方法。

項２５１： ポリマー表面レリーフ格子は、１：１から５：１までの格子深さに対するブラッグ縞模様間隔の比を備える、項２１２の方法。

項２５２： 単量体と液晶との混合物における液晶含有量はおおよそ２０％から５０％までである、項２１２の方法。

項２５３： 単量体と液晶との混合物における液晶は液晶シングルを含む、項２１２の方法。

項２５４： 液晶シングルはシアノビフェニルおよび／またはペンチルシアノビフェニルを含む、項２５３の方法。

項２５５： 格子を作製するための方法であって、
単量体と非反応性材料との混合物を提供するステップと、
基板を提供するステップと、
混合物の層を基板の表面に被覆するステップと、
ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散格子を形成するために、ホログラフィック記録ビームを層に適用するステップと、
ポリマー領域と空気領域とを交互に含むポリマー表面レリーフ格子を形成するために、非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップと、
ポリマーの少なくとも一部分をポリマー領域から除去するためにプラズマアッシング過程を実施するステップと
を含む方法。

項２５６： 混合物は、プラズマアッシング過程の効果を高めるための化学的添加物を含む、項２５５の方法。

項２５７： プラズマアッシング過程は、酸素を含む反応種を含み、混合物は、プラズマアッシングレートを制御するために窒素を含む、項２５６の方法。

項２５８： プラズマアッシング過程は、酸素、フッ素、および／または水素を含む反応種を含む、項２５６の方法。

項２５９： プラズマアッシング過程は、窒素と水素とのプラズマ混合物を含む、項２５８の方法。

項２６０： プラズマ混合物はフッ素をさらに含む、項２５９の方法。

項２６１： 単量体は、アクリレート、メタクリレート、ビニル、イソシアネート、チオール、イソシアンアクリレート、および／またはチオレンを含む、項２５５の方法。

項２６２： 混合物は、光開始剤、共開始剤、または追加の添加物のうちの少なくとも１つをさらに含む、項２６１の方法。

項２６３： チオールはチオールビニルアクリレートを含む、項２６１の方法。

項２６４： 光開始剤は感光性成分を含む、項２６２の方法。

項２６５： 感光性成分は染料および／またはラジカル発生器を含む、項２６４の方法。

項２６６： 単量体と液晶との混合物を提供するステップは、
単量体と、液晶と、光開始剤、共開始剤、多官能チオール、または追加の添加物のうちの少なくとも１つとを混合することと、
混合物を、２２℃以下の温度における光のない場所で保管することと、
追加の単量体を追加することと、
０．６μｍ以下のフィルタを通じて混合物を濾過することと、
濾過された混合物を光のない場所で保管することと
を含む、項２５５の方法。

項２６７： 基板はガラス基板またはプラスチック基板を備える、項２５５の方法。

項２６８： 基板は透明な基板を備える、項２５５の方法。

項２６９： 内部寸法を維持するための１つまたは複数のスペーサで、混合物を基板と他の基板との間に挟むステップをさらに含む、項２５５の方法。

項２７０： 付着防止解放層を他の基板の１つの表面に適用するステップをさらに含む、項２６５の方法。

項２７１： 付着防止解放層はフルオロポリマーを含む、項２７０の方法。

項２７２： 液晶が豊富な領域を液晶材料で再充填するステップをさらに含む、項２５５の方法。

項２７３： 液晶材料は、先に除去された液晶と異なる分子構造を有する、項２７２の方法。

項２７４： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、液晶が豊富な領域における液晶の実質的にすべてを除去することを含む、項２５５の方法。

項２７５： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ポリマーが豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を残すことをさらに含む、項２５５の方法。

項２７６： 深いＳＲＧにわたって保護層を適用するステップをさらに含む、項２５５の方法。

項２７７： 保護層は反射防止層を備える、項２７６の方法。

項２７８： 保護層はケイ酸塩または窒化ケイ素を含む、項２７６の方法。

項２７９： 保護層を適用するステップは、保護層を深いＳＲＧに堆積させることを含む、項２７６の方法。

項２８０： 保護層を堆積させることは化学蒸着を含む、項２７９の方法。

項２８１： 化学蒸着はナノコーティング過程である、項２８０の方法。

項２８２： 保護層はパリレン被覆を含む、項２７６の方法。

項２８３： 液晶が豊富な領域は、液晶が豊富な領域における液晶の少なくとも一部分を除去した後に空隙を備える、項２５５の方法。

項２８４： 空隙に真空を作り出すステップ、または、空隙を不活性ガスで満たすステップをさらに含む、項２８３の方法。

項２８５： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤で洗浄することを含む、項２５４の方法。

項２８６： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を洗浄することは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を溶剤に浸漬することを含む、項２８５の方法。

項２８７： 溶剤はイソプロピルアルコールを含む、項２８５の方法。

項２８８： 溶剤は、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を洗浄している間、室温より低い温度で維持される、項２８５の方法。

項２８９： 液晶の少なくとも一部分を除去するステップは、ホログラフィックポリマー分散液晶格子を大流量空気供給源で乾燥させることをさらに含む、項２８５の方法。

項２９０： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を硬化するステップをさらに含む、項２５５の方法。

項２９１： ホログラフィックポリマー分散液晶格子を硬化するステップは、約１時間の期間にわたってホログラフィックポリマー分散液晶格子を低強度白色光に露光することを含む、項２９０の方法。

項２９２： ポリマー表面レリーフ格子は、Ｓ偏光を７０％から９５％までの効率で取り入れるように構成される、項２５５の方法。

項２９３： ポリマー表面レリーフ格子は、Ｐ偏光を２５％から５０％までの効率で取り入れるようにさらに構成される、項２９２の方法。

項２９４： ポリマー網目と空隙との間の屈折率の差は０．２５から０．４までである、項２５５の方法。

項２９５： ポリマー網目と液晶材料との間の屈折率の差は０．０５から０．２までである、項２７２の方法。

項２９６： ポリマー表面レリーフ格子は、０．３５μｍから０．８μｍまでのブラッグ縞模様間隔と、１μｍから３μｍまでの格子深さとを備える、項２５５の方法。

項２９７： ポリマー表面レリーフ格子は、１：１から５：１までの格子深さに対するブラッグ縞模様間隔の比を備える、項２５５の方法。

項２９８： 単量体と液晶との混合物における液晶含有量はおおよそ２０％から５０％までである、項２５５の方法。

項２９９： 単量体と液晶との混合物における液晶は液晶シングルを含む、項２５５の方法。

項３００： 液晶シングルはシアノビフェニルおよび／またはペンチルシアノビフェニルを含む、項２９９の方法。

項３０１： 空気領域と、非反応性材料の除去によって形成されるポリマーが豊富な領域における空所とを満たしてポリマー領域と屈折性材料領域を交互に形成するために、格子を屈折性材料に浸漬するステップと、
交互の複合ポリマーおよび第２の非反応性材料の領域と空気領域とを残すために、屈折性材料領域における屈折性材料を除去するステップと
をさらに含む、格子を作製するための項２５５の方法。

項３０２： 屈折性材料領域における屈折性材料を除去するステップはプラズマアッシング過程を用いて実施される、項３０１の方法。

項３０３： 導波路であって、
前記導波路において全内部反射で伝搬する光を回析するためのポリマー格子構造体を支持する光学基板を備え、
ポリマー格子構造体は、
ポリマー領域と、
ポリマー領域の隣接した部分同士の間の空隙であって、空隙と同じ高さにおけるポリマー領域の一部分が、空隙と共に、表面レリーフ格子を形成する、空隙と、
空隙の下の埋め戻し材料領域であって、埋め戻し材料領域と同じ高さにおけるポリマー領域の一部分が、埋め戻し材料領域と共に、体積格子を形成する、埋め戻し材料領域と
を備え、
ポリマー格子構造体は、ポリマー格子構造体によって形成される表面レリーフ格子からの全内部反射光が、角度特性に対する第１の回析効率を提供するために、ポリマー格子構造体によって形成される体積格子と相互作用し、光学基板の反対の面からの全内部反射光が、角度特性に対する第２の回析効率を提供するために、ポリマー格子構造体によって形成される体積格子と相互作用する二重相互作用格子を備える、導波路。

項３０４： ポリマー格子構造体は折り畳み格子である、項３０３の導波路。

項３０５： ポリマー格子構造体の格子深さはポリマー格子構造体の縞模様間隔より小さい、項３０３の導波路。

項３０６： ポリマー格子構造体の格子深さはポリマー格子構造体の縞模様間隔より大きい、項３０３の導波路。

項３０７： ポリマー格子構造体によって形成される表面レリーフ格子からの全内部反射は、ポリマー格子構造体によって形成される表面レリーフ格子からの反射した一次回析が導波路のＴＩＲ角度と等しい回析角度を有するときに起こる、項３０３の導波路。

項３０８： ポリマー格子構造体は伝達回折次数を提供しない、項３０３の導波路。

項３０９： ポリマー格子構造体はフォトニック結晶である、項３０３の導波路。

項３１０： ポリマー格子構造体は、ブラッグ格子に重なるラマン・ナス格子を備え、ラマン・ナス格子はブラッグ格子と同じ格子周期を有し、ラマン・ナス格子の最小はブラッグ格子の最小と重なる、項３０３の導波路。

項３１１： ポリマー格子構造体は傾斜した格子である、項３０３の導波路。

項３１２： ポリマー格子構造体は傾斜していない格子である、項３０３の導波路。

項３１３： 埋め戻し材料領域は、ポリマーが豊富な領域の屈折率と異なる屈折率を有する、項３０３の導波路。

項３１４： 空気領域と、空気領域の同じ高さにおけるポリマーが豊富な領域とは、ラマン・ナス格子を備える、項３１３の導波路。

項３１５： 埋め戻された材料の領域と、埋め戻された材料の領域の同じ高さにおけるポリマーが豊富な領域とは、体積ブラッグ格子を備える、項３１４の導波路。

均等論
上記の記載は本発明の多くの特定の実施形態を含むが、これらは、本発明の範囲における限定として解釈されるべきではなく、むしろ、本発明の一実施形態の例として解釈されるべきである。そのため、本発明が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、明確に記載されている以外の方法で実施され得ることは、理解されるものである。したがって、本発明の実施形態は、すべての点において、例示として考慮されるべきであり、制限として考慮されるべきではない。したがって、本発明の範囲は、例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均等によって決定されるべきである。

３１ 格子縞模様
１００ 装置
１０１ 導波路
１０２ Ｐ回析入力格子
１０３ Ｐ回析出力格子
１０４ Ｓ回析入力格子
１０５ Ｓ回析出力格子
１０６ ＯＬＥＤマイクロディスプレイ
１０７ コリメーションレンズ
１１０ 装置
１１１ 上方導波路層
１１２ 下方導波路層
１１３ 空隙
１２０ 実施形態
１２１ 非偏光
１３０ 装置
１３１ 導波路
１３２ 湾曲した表面部分
１３４ 非偏光
１３５ 平面状の波面
１３６ ＴＩＲ路
１３７、１３８、１３９ 出力光線
１３９Ａ 湾曲した出力波面
１４１ 導波路基板
１４２ 上方湾曲面
１４３ 下方湾曲面
１４０ 導波路
１５０ 導波路装置
１５１ マイクロディスプレイ
１５２ 画素パターン
１５３ 非偏光の第１の波長光
１５４ あらかじめ歪められた波面
１５５ 伝搬
１５６、１５７、１５８ 出力光線
１５９ 平面状の出力波面
１６０ 導波路装置
１６１ 湾曲した基板マイクロディスプレイ
１６４ あらかじめ歪められた画素パターン
１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃ、１９０Ｄ、１９０ 装置
１９１ 混合物
１９２ 透明な基板
１９３、１９４ ホログラフィック露光ビーム
１９５ ＨＰＤＬＣブラッグ格子
１９６ 深いポリマー表面レリーフ格子
１９７ 保護層
２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、２１０Ｄ、２１０Ｅ 装置
２１１ 混合物、ホログラフィック混合物層
２１２ 透明な基板
２１３、２１４ ホログラフィック露光ビーム
２１５ ＨＰＤＬＣ周期的構造体、ホログラフィックポリマー分散液晶格子
２１６ ポリマー空気ＳＲＧ
２１７ ハイブリッドＳＲＧ
２１８ 保護層、保護基板
２３０ 画素パターンの一部分
２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ、２３０Ｄ、２３０Ｅ、２３０Ｆ 長方形要素
２４０ 画素パターンの一部分
２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ、２４０Ｄ、２４０Ｅ、２４０Ｆ、２４０Ｇ、２４０Ｈ、２４０Ｉ、２４０Ｊ ペンローズタイル
２５０ 画素パターンの一部分
２６０ 画素パターンの一部分
２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃ、２６０Ｄ 正方形要素
２７０ 画素パターンの一部分
２７０Ａ、２７０Ｂ、２７０Ｃ、２７０Ｄ ダイヤモンド形要素
２８０ 画素パターンの一部分
２８０Ａ、２８０Ｂ、２８０Ｃ、２８０Ｄ、２８０Ｅ、２８０Ｆ、２８０Ｇ、２８０Ｈ 二等辺三角形要素
２９０ 画素パターンの一部分
２９０Ａ、２９０Ｂ、２９０Ｃ 六角形要素
３００ 画素パターンの一部分
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ 長方形要素
３１０ 画素パターンの一部分
３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ ダイヤモンド形要素
３２０ 画素パターンの一部分
３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、３２０Ｅ、３２０Ｆ、３２０Ｇ、３２０Ｈ 三角形要素
９０２ａ、９０２ｂ ポリマー高密度領域
９０４ａ、９０４ｂ 空気領域
１５０２ カバー基板
１６０２ ホログラフィック混合物材料
１６０４ 試薬
１６０８ 水酸基
１６１０ ホログラフィック混合物層
１７０４ 試薬
１９０２ 被覆
２００１ 伝搬平面
２００２、２００６、２００６ａ 基板
２００４ 格子層
２００８ アイグロー光
２０１０ 光
２０２０ 入力伝搬平面
２０２１ 出力伝搬平面
２０２２ ｋベクトル
２０２３ 格子縞模様の傾斜角度
２０２４ 導波路表面法線
２０２５ ＴＩＲ光
２０２６ ＴＩＲ角度
２０２７ 導波路平面法線
２０２８ 光線
２０２９ ＴＩＲ方向
２０３０ 第２のＴＩＲ路
２０３１ ＴＩＲ角度
２０３３ 光線
２０３４ ＴＩＲ方向
２１０２ 相分離された材料
２１０４ 空気領域
２１１１ 体積格子部分、厚い格子部分
２１１２ 薄い格子部分、薄い基板レリーフ格子部分
２１１５ 高屈折率領域
２１１６ 低屈折率領域
２１１７ 光線経路
２１１９ 第１のＴＩＲ伝搬方区
２１２０ 反対のＴＩＲ伝搬方向
２１２１ 埋め戻された格子
２１３０ 光線－格子の相互作用形状
２３０１ 空所
２３０２ ポリマー
２３０３ 空気領域
２３０４ 空所
２３０５ 空気領域
２３０６ ポリマーおよび材料Ｃの複合領域
２３０７ 空隙
２８０２ ラマン・ナス表面レリーフ格子
２８０４ ブラッグ格子
３０００ ポリマー空気の周期的構造体、ポリマー空気の表面レリーフ格子、ポリマー空気の表面レリーフブラッグ格子
３００２ 導波路、基板
３００４ａ 周期的ポリマー区域、ポリマー領域
３００４ｂ 空隙領域
３００６ａ 格子深さ
３００６ｂ ブラッグ縞模様間隔
３００８ 光学層

Claims (21)

1. 周期的構造体を作製するための方法であって、
   ホログラフィック混合物をベース基板に提供するステップと、
   前記ホログラフィック混合物を前記ベース基板とカバー基板との間に挟み、前記ホログラフィック混合物がホログラフィック混合物層を前記ベース基板上に形成する、ステップと、
   ポリマーが豊富な領域と非反応性材料が豊富な領域とを交互に備えるホログラフィックポリマー分散周期的構造体を形成するために、ホログラフィック記録ビームを前記ホログラフィック混合物層に適用するステップと、
   前記カバー基板を前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体から除去するステップであって、前記カバー基板は、露光の後、形成された前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体から除去され、露光されていない前記ホログラフィック混合物層に付着するように、前記ベース基板と異なる性質を有する、ステップと、を含む方法。
2. 前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体を形成するために、前記非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記非反応性材料が豊富な領域を埋め戻し材料で再充填するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
4. 前記埋め戻し材料は、残っている前記ポリマーが豊富な領域の屈折率と異なる屈折率を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記埋め戻し材料は液晶材料を含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記液晶材料は、前記非反応性材料が豊富な領域から除去される非反応性材料と異なる、請求項５に記載の方法。
7. 前記非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップは、前記非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の実質的にすべてを除去することを含む、請求項２に記載の方法。
8. 前記非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップは、前記非反応性材料が豊富な領域における非反応性材料の少なくとも一部分を残すことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
9. 前記非反応性材料の少なくとも一部分を除去するステップは、前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体を溶剤で洗浄することを含む、請求項２に記載の方法。
10. 前記ベース基板はプラスチックを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 酸化ケイ素層が前記ベース基板に堆積される、請求項１に記載の方法。
12. 前記ベース基板は、ガラス、石英、またはシリカを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記カバー基板はプラスチックを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
14. 酸化ケイ素層が前記カバー基板に堆積される、請求項１０に記載の方法。
15. 前記カバー基板は、ガラス、石英、またはシリカを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記ベース基板と前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体との間の付着を促進する付着促進層が、前記ベース基板の上部に被覆される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記ベース基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、シランに基づく試薬が前記水酸基および前記付着促進層と接着する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記カバー基板を前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体から容易に解放させる解放層が、前記カバー基板の上部に被覆される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記カバー基板は、水酸基を含むガラス表面を備え、前記解放層は、前記水酸基と接着するシランに基づくフルオロ反応物である、請求項１８に記載の方法。
20. 保護基板を前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体に適用して、前記ホログラフィックポリマー分散周期的構造体を前記保護基板と前記ベース基板との間に位置決めするステップをさらに含む請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記非反応性材料は液晶材料を含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。

Images