TW202232206A - 具有遮蔽的電極邊界的梯度指數液晶裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種包括具有梯度折射指數分佈之液晶（「LC」）層的裝置。該裝置亦包括耦接至該LC層之電極層。該電極層包括由藉由遮光材料遮蔽之一或多個間隙分隔開之複數個電極。

Description

具有遮蔽的電極邊界的梯度指數液晶裝置

本揭示大體上係關於光學裝置，且更特定言之，係關於具有遮蔽的電極邊界的梯度指數液晶裝置。

液晶（「Liquid crystal；LC」）作為熟知功能材料已由於其低成本、低功率消耗及製備簡單之優點而在資訊處理之應用中變得愈來愈受歡迎。梯度指數（「Gradient-index；GRIN」）液晶（「LC」）裝置基於LC之折射指數之梯度分佈提供光學效應。GRIN LC裝置之特徵為具有平坦表面、輕重量、低功率消耗、可切換光學效應等，且在多種領域中具有廣泛應用。舉例而言，GRIN LC裝置可充當用於目標（或物件）追蹤（例如，眼睛追蹤）、三維（「three-dimensional；3D」）成像及感測、自由空間光通信對抗、定向能量系統、光纖切換裝置、微影、3D列印等之成像裝置（例如，透鏡）或光束轉向裝置。充當成像裝置（例如，透鏡）之GRIN LC裝置可經組態有非球面透鏡輪廓，這些非球面透鏡輪廓對於像差校正及眼科應用而言係有吸引力的。

本揭示之一個態樣提供一種裝置。裝置包括具有梯度折射指數分佈之液晶（「LC」）層。裝置亦包括耦接至LC層之電極層。電極層包括由藉由遮光材料遮蔽之一或多個間隙分隔開之複數個電極。

本揭示之其他態樣可由所屬技術領域中具有通常知識者鑒於本揭示之描述、申請專利範圍及圖式而理解。

將參考隨附圖式描述與本揭示一致的具體實例，這些隨附圖式僅為用於說明性目的之實例且並不意欲限制本揭示之範圍。在任何可能之處，在整個圖式中使用相同參考編號來指代相同或類似部分，且可省略其詳細描述。

另外，在本揭示中，可組合所揭示具體實例與所揭示具體實例之特徵。所描述具體實例為本揭示之一些但並非全部具體實例。基於所揭示具體實例，所屬技術領域中具有通常知識者可導出與本揭示一致的其他具體實例。舉例而言，可基於所揭示具體實例進行修改、調適、替代、添加或其他變化。所揭示具體實例之此類變化仍在本揭示之範圍內。因此，本揭示不限於所揭示具體實例。實情為，本揭示之範圍由隨附申請專利範圍界定。

如本文中所使用，術語「耦接（couple/coupled/coupling）」或其類似者可涵蓋光學耦接、機械耦接、電氣耦接、電磁耦接，或其任何組合。兩個光學元件之間的「光學耦接」係指兩個光學元件以光學系列方式配置，且自一個光學元件輸出之光可由另一光學元件直接地或間接地接收之組態。光學系列係指複數個光學元件在光路徑中之光學定位，使得自一個光學元件輸出之光可由其他光學元件中之一或多者透射、反射、繞射、轉換、修改或以其他方式處理或操控。在一些具體實例中，配置有複數個光學元件之序列可能會或可能不會影響複數個光學元件之總體輸出。耦接可為直接耦接或間接耦接（例如，經由中間元件進行耦接）。

片語「A或B中之至少一者」可涵蓋A及B之所有組合，諸如僅A、僅B或A及B。同樣，片語「A、B或C中之至少一者」可涵蓋A、B及C之所有組合，諸如僅A、僅B、僅C、A及B、A及C、B及C或A及B及C。片語「A及/或B」可以與片語「A或B中之至少一者」類似之方式進行解譯。舉例而言，片語「A及/或B」可涵蓋A及B之所有組合，諸如僅A、僅B或A及B。同樣，片語「A、B及/或C」具有與片語「A、B或C中之至少一者」之意義類似的意義。舉例而言，片語「A、B及/或C」可涵蓋A、B及C之所有組合，諸如僅A、僅B、僅C、A及B、A及C、B及C或A及B及C。

當將第一元件描述為「附接」、「設置」、「形成」、「固接」、「安裝」、「固定」、「連接」、「接合」、「記錄」或「安置」至第二元件、在第二元件上、在第二元件處或至少部分地在第二元件中，可使用諸如沈積、塗佈、蝕刻、接合、膠合、旋擰、壓入配合、搭扣配合、夾持等任何合適之機械或非機械方式將第一元件「附接」、「設置」、「形成」、「固接」、「安裝」、「固定」、「連接」、「接合」、「記錄」或「安置」至第二元件、在第二元件上、在第二元件處或至少部分地在第二元件中。另外，第一元件可與第二元件直接接觸，或第一元件與第二元件之間可存在中間元件。第一元件可安置在第二元件之任何合適之側處，諸如左、右、前、後、頂部或底部。

當第一元件展示或描述為安置或配置在第二元件「上」時，術語「在…上」僅用於指示第一元件與第二元件之間的實例相對定向。描述可基於圖中所展示之參考座標系統，或可基於圖中所展示之當前視圖或例示性組態。舉例而言，當描述圖中所展示之視圖時，第一元件可描述為安置在第二元件「上」。應理解，術語「在…上」可能未必意味著第一元件在垂直重力方向上位於第二元件之上。舉例而言，當將第一元件及第二元件之總成轉動180度時，第一元件可位於第二元件「之下」（或第二元件可位於第一元件「上」）。因此，應理解，當圖展示第一元件位於第二元件「上」時，組態僅為說明性實例。第一元件可相對於第二元件以任何合適之定向安置或配置（例如，在第二元件之上或上方、在第二元件下方或之下、在第二元件左側、在第二元件右側、在第二元件後方、在第二元件前方等）。

當第一元件描述為安置在第二元件「上」時，第一元件可直接地或間接地安置在第二元件上。第一元件直接安置在第二元件上指示無額外元件安置在第一元件與第二元件之間。第一元件間接地安置在第二元件上指示一或多個額外元件安置在第一元件與第二元件之間。

本文中所使用之術語「處理器」可涵蓋任何合適之處理器，諸如中央處理單元（「central processing unit；CPU」）、圖形處理單元（「graphics processing unit；GPU」）、特定應用積體電路（「application-specific integrated circuit；ASIC」）、可程式化邏輯裝置（「programmable logic device；PLD」）或其任何組合。亦可使用上文未列出之其他處理器。處理器可實施為軟體、硬體、韌體或其任何組合。

術語「控制器」可涵蓋經組態以產生用於控制裝置、電路、光學元件等之控制信號之任何合適的電路、軟體或處理器。「控制器」可實施為軟體、硬體、韌體或其任何組合。舉例而言，控制器可包括處理器，或可包括為處理器之一部分。

術語「非暫時性電腦可讀媒體」可涵蓋用於儲存、傳送、傳達、廣播或傳輸資料、信號或資訊之任何合適之媒體。舉例而言，非暫時性電腦可讀媒體可包括記憶體、硬碟、磁碟、光碟、磁帶等。記憶體可包括唯讀記憶體（「read-only memory；ROM」）、隨機存取記憶體（「random-access memory；RAM」）、快閃記憶體等。

術語「膜」、「層」、「塗層」或「板」可包括可安置在支撐基板上或基板之間的剛性或可撓性、自撐式或自立式膜、層、塗層或板。術語「膜」、「層」、「塗層」及「板」可為可互換的。在本揭示中，取決於光束之傳播方向與表面之法線之間的位置關係，光束相對於表面之法線之角（例如，繞射光束之繞射角、入射光束之入射角或入射光束之轉向角）可定義為正角或負角。舉例而言，當光束之傳播方向為自法線之順時針方向時，傳播方向的角可定義為正角，且當光束之傳播方向為自法線之逆時針方向時，傳播方向的角可定義為負角。

本揭示中所提及之波長範圍、光譜或帶係出於說明性目的。所揭示光學裝置、系統、元件、總成及方法可應用於可見波長範圍，以及其他波長範圍，諸如紫外（「ultraviolet；UV」）波長範圍、紅外（「infrared；IR」）波長範圍或其組合。

圖1A示意性地說明習知梯度指數（「GRIN」）液晶（「LC」）裝置100之y-z橫截面視圖。GRIN LC裝置100可為LC相位光柵100，例如，二進位LC相位光柵。LC相位光柵100說明為用於解釋GRIN LC裝置中之邊緣場效應的例示性GRIN LC裝置。LC相位光柵100可包括第一基板115、與第一基板115相對地安置之第二基板120。包括LC分子125之LC層105可安置在第一基板115與第二基板120之間以形成LC單元。LC相位光柵100可包括安置在第一基板115處之第一電極層141及安置在第二基板120處之第二電極層142。LC相位光柵100亦可包括安置在LC層105之上表面及下表面中之一者或兩者處的一或多個對準層（圖中未示），且可與LC分子125接觸。每一對準層可安置在電極層141或142與LC層105之間。舉例而言，兩個對準層可向LC分子125提供初始均勻對準（在y軸方向上）。

第一電極層141可為包括複數個電極152（亦稱為經圖案化電極152）之經圖案化電極層。第二電極層142可為平面電極層。複數個經圖案化電極152可由間隙156分隔開。當將電壓供應至第一電極層141及/或第二電極層142（例如，第二電極層142可接地）時，可在LC層105中之第一電極層141與第二電極層142之間產生垂直電場。垂直電場可在面對電極（例如，經圖案化電極152及第二電極層142的面對經圖案化電極152之對應部分）之間的中心區131中相對較強。中心區131內之LC分子125可傾向於定向為沿著垂直電場之方向對準。在相鄰經圖案化電極152之間的LC層105之橫向區132中，垂直電場可相對較弱，且橫向區132內之LC分子125可傾向於沿著由對準層界定之初始均勻（或水平）對準方向定向。來自經圖案化電極152之邊界（或邊緣）之邊緣場可延伸至橫向區132中以影響橫向區132內的LC分子125之定向，諸如位於靠近經圖案化電極152之邊界的彼等定向。因此，橫向區132內之LC分子125之定向可能受影響或畸變，此可導致對準畸變。透射穿過橫向區132之光可展現光畸變。光畸變可影響LC相位光柵100之總體光學效能。應注意，儘管使用LC相位光柵作為實例來解釋引起GRIN LC裝置中之光學假影的邊緣場效應，但引起光學假影之邊緣場效應可能發生在使用經圖案化電極（或像素化電極）之其他類型的光學裝置（例如，其他GRIN LC裝置）中。

圖1B說明由圖1A中所展示之LC相位光柵100提供的相位剖面150，其中例如當邊緣場實質上較弱且可忽略時，或當邊緣場效應理論上不存在時，不考慮邊緣場效應。水平軸及垂直軸分別表示橫向位置及相位延遲。如圖1B中所展示，相位剖面150為在相位轉變區（稱為返馳區）中具有急劇不連續性的週期性方形波形，其中相位在無窮小距離內在最小值與最大值之間變化。

圖1C說明由圖1A中所展示之LC相位光柵100提供的另一相位剖面170，其中邊緣場效應較強。亦即，邊緣場效應不可忽略且引起光學假影，此可為許多實際應用中之狀況。如圖1C中所展示，相位剖面170展現相位轉變區中相位剖面的加寬，使得相位不再突然轉變。邊緣場效應可變得更顯著，此係因為光柵週期減小。邊緣效應引起光學假影、減小可達到繞射效率及最大偏轉角，藉此降低LC相位光柵100之光學效能。

菲涅耳LC透鏡係可經組態以用於光學成像應用之另一類型的GRIN LC裝置。菲涅耳LC透鏡可包括複數個菲涅耳區（或區段，重設）。菲涅耳LC透鏡可包括兩個基板，安置在兩個基板之間的LC層，及安置在一個或兩個基板上之複數個經圖案化電極。複數個電極可與菲涅耳LC透鏡之其他組件一起形成複數個菲涅耳區。透鏡相位剖面可在合適之驅動電壓施加至電極時形成在LC層中。類似地，歸因於經圖案化電極之邊界處之邊緣場效應，LC層之相位轉變區（或返馳區）中的相位剖面可受與如圖1C中所展示之LC相位光柵100中之相位加寬類似之加寬的影響。邊緣場效應可導致菲涅耳邊界假影（例如，光散射），其可降低由菲涅耳LC透鏡提供之影像品質。

本揭示提供一種具有遮蔽之電極邊界（例如，相鄰經圖案化電極之間的間隙）之GRIN LC裝置，經由該GRIN LC裝置，可減少或抑制由經圖案化電極之邊緣或邊界處之邊緣場效應引起的光學假影，且可增強GRIN LC裝置之光學效能。本揭示亦提供一種用於藉由遮蔽經圖案化電極之邊界來減少或抑制經圖案化電極之邊界處的光學假影的方法。

如上文所論述，在習知GRIN LC裝置中，經圖案化電極層中之相鄰經圖案化電極之間的間隙可為未遮蔽的。舉例而言，間隙可用空氣填充，且可對輸入光實質上透明。歸因於邊緣場效應，由習知GRIN LC裝置提供之相位剖面可在相位轉變區中（例如，在橫向區內）加寬，且在對應於間隙之位置處傳播穿過LC層之橫向區的輸入光可經歷畸變（例如，散射）。此可導致在畸變光自GRIN LC裝置輸出至例如人眼時，GRIN LC裝置之光學效能降級。

在本揭示中，本發明人已發現，藉由使用遮光材料遮蔽相鄰經圖案化電極之間的間隙，此顯著地減少LC層之橫向區處的GRIN LC裝置在對應於間隙之位置處的透光率，即使所揭示GRIN LC裝置之總體透光率可稍微減少，但在所揭示GRIN LC裝置之輸出光中，由邊緣場效應引起之光學假影（例如，光散射）可顯著地減少或抑制。在一些具體實例中，遮光材料可安置在GRIN LC裝置之光輸入側處且經組態以經由例如吸收及/或反射等顯著阻擋輸入光在對應於間隙之位置處透射穿過LC層之橫向區。因此，較少輸入光可透射穿過LC層之橫向區，且在GRIN LC裝置之輸出光中，由邊緣場效應引起之光畸變（例如，散射）可顯著減少。

在一些具體實例中，遮光材料可安置在GRIN LC裝置之光輸出側處。在對應於間隙之位置處透射穿過LC層之橫向區的輸入光可經歷由邊緣場效應引起的畸變。遮光材料可經組態以經由例如吸收及/或反射等在對應於間隙之位置處顯著地減弱或阻擋自LC層之橫向區輸出之畸變光（例如，散射光）。因此，在GRIN LC裝置之輸出光中，由邊緣場效應引起之光畸變（例如，散射）可顯著減少。在一些具體實例中，遮光材料可安置在GRIN LC裝置之光輸入側及光輸出側兩者處，且經組態以顯著地阻擋輸入光透射穿過LC層之橫向區且顯著地減弱或阻斷自LC層之橫向區輸出的畸變光（例如，散射光）。因此，在GRIN LC裝置之輸出光中，由邊緣場效應引起之光畸變（例如，散射）可顯著減少。在所揭示具體實例中，遮光材料可經組態以顯著地減少自GRIN LC裝置輸出之畸變光之量（例如，能量）。換言之，遮光材料可經組態以顯著地減少GRIN LC裝置之輸出光中由邊緣場效應引起的光畸變（例如，散射）。相較於習知GRIN LC裝置，所揭示GRIN LC裝置中由邊緣場效應導致之光畸變可減少至少20%。舉例而言，當光學感測器（例如，光電偵測器）用於偵測由邊緣場效應引起之畸變光（例如，散射光）時，所揭示GRIN LC裝置之畸變光（例如，散射光）之偵測到的光強度可相較於習知GRIN LC裝置之光強度減少至少20%。因此，可顯著地增強所揭示GRIN LC裝置之總體光學效能。應注意，遮蔽經圖案化電極之間的間隙亦可稱為遮蔽電極之間的電極邊界（或邊緣）。

此處，遮蔽電極邊界或遮蔽經圖案化電極之間的間隙係指以下中之至少一者：用遮光材料填充間隙，或用遮光材料覆蓋間隙。遮蔽間隙亦可經由任何其他合適之方式達成以至少部分地阻擋入射至間隙上之光透射穿過間隙，藉此減少GRIN LC裝置之輸出光中的光畸變。用於遮蔽間隙之各種方法及結構說明於圖1D至1H中。在圖1D至1H中，電極層140可包括複數個離散經圖案化電極。電極層140可稱為經圖案化電極層。出於說明性目的展示兩個經圖案化電極191、192。在一些具體實例中，經圖案化電極191及192可包括條形電極、鋸齒形電極、指叉電極或環狀（環形）電極（其可包括位於中心之圓形電極）等。出於論述目的，第一電極191可具有圓形形狀，且可位於電極層140之中心處。第一電極191亦可稱為中心電極191。第二電極192可包圍第一電極191，且可具有環狀（或環）形狀。亦即，第二電極192可為環形條帶，且可與第一電極191同心。間隙156可將兩個電極191及192分隔開。當更多環狀電極與第一電極191及第二電極192同心安置時，相鄰電極之間存在更多間隙156。為了減少或抑制由經圖案化電極之邊緣處之邊緣場效應引起的光學假影（例如，光散射），可使用遮光材料158遮蔽間隙156（或可遮蔽電極之間的邊界），使得自GRIN LC裝置輸出之畸變光（例如，散射光）可經由任何合適之機制（例如，吸收、反射等）而顯著減少。在一些具體實例中，如圖1D中所展示，間隙156可由遮光材料158填充。

在一些具體實例中，如圖1E中所展示，間隙156可由遮光材料158覆蓋。圖1E展示間隙156之兩側（例如，上部側及下部側）可由遮光材料158覆蓋。舉例而言，遮光材料158可為施加至電極之上部表面及下部表面兩者以覆蓋間隙156之環。遮光材料條帶可具有大於間隙156之寬度的寬度，且可覆蓋間隙156及鄰近間隙156之相鄰電極之兩側（上部及下部）上的表面區域之較小部分。如圖1E中所展示，間隙156可不填充有遮光材料158。

在一些具體實例中，間隙156可填充有遮光材料158，且在間隙156之兩側（例如，上部側及下部側）上由遮光材料158覆蓋，如圖1F中所展示。圖1F中所展示之具體實例為圖1D及圖1E中所展示之具體實例的組合。

在一些具體實例中，遮光材料158可置放在基板之表面處，如圖中1G及圖1H中所展示。如圖1G中所展示，GRIN LC裝置可包括基板198。具有與間隙156分隔開之複數個經圖案化電極191、192的電極層140可安置在基板198處。在圖1G中所展示之具體實例中，遮光材料158可安置在基板198之與安置有電極層140之基板198之另一表面相對的表面上。遮光材料158可安置在對應於間隙156之位置處。遮光材料158之寬度可等於或大於間隙156之寬度。

在圖1H中所展示之具體實例中，遮光材料158可安置在基板之安置有電極層140之相同表面上。遮光材料158可在對應於間隙156之位置處安置在基板198之表面與電極層140之間。遮光材料158之寬度可大於間隙156之寬度。在一些具體實例中，遮光材料158可嵌入或附接至基板198之表面。在此類具體實例中，遮光材料158可具有等於間隙156之寬度或大於間隙156之寬度的寬度。

出於說明性目的，在後續諸圖中所展示之具體實例中，間隙展示為由遮光材料158填充。遮蔽相鄰經圖案化電極之間的間隙之此方式僅出於說明性目的。遮光材料158可基於任何合適之機制（諸如吸收、反射等）阻擋輸入光透射穿過間隙156。任何合適之材料均可用作遮光材料158。舉例而言，遮光材料158可包括具有著色劑之感光性丙烯酸類樹脂。在一些具體實例中，遮光材料158可包括或稱為黑矩陣。術語「黑矩陣」僅為指代用以經由合適之機制（諸如吸收、反射等）阻擋光透射之材料的技術術語。材料無需一定為黑色，且材料無需一定呈基質形式。在一些具體實例中，遮光材料158可為電非絕緣或電絕緣的。

圖2A示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置200的y-z截面視圖。LC裝置200可為梯度指數（「GRIN」）液晶（「LC」）裝置。如圖2A中所展示，LC裝置200可包括兩個基板，例如第一基板215及第二基板220。LC裝置200可包括安置在基板215與220之間的LC層205。LC層205可包括LC分子225。在一些具體實例中，兩個電極層可安置在基板215及220之相對內表面處。兩個電極層可安置在LC層205外部之兩個相對側處。兩個電極層包括第一電極層241及第二電極層242，如圖2A中所展示。

在一些具體實例中，基板215及220在一或多個預定光譜（或波長帶）中可為透明的及/或反射性的。在一些具體實例中，基板215及220在可見光譜之至少一部分（例如，約380 nm至約700 nm）中可為透明的及/或反射性的。在一些具體實例中，基板215及220在紅外（「IR」）光譜之至少一部分（例如，約700 nm至約2 mm）中可為透明的及/或反射性的。在一些具體實例中，基板215及220在可見光譜之至少一部分及IR光譜之至少一部分中可為透明的及/或反射性的。在一些具體實例中，基板215及220可基於實質上對以上列出之光譜之光透明的有機材料及/或無機材料（例如玻璃、聚碳酸酯（「PC」）、聚甲基丙烯酸甲酯（「PMMA」）或其組合）來製造。基板215及220可為剛性或可撓性的。基板215及220可具有平坦表面或至少一個彎曲表面。安置在基板215及220之彎曲表面處（例如，形成在其處、附接至其、沈積於其處、接合至其等）之LC層205亦可具有彎曲形狀。在一些具體實例中，基板215及220中之至少一者可為另一裝置、另一光學裝置或另一光電裝置之一部分。舉例而言，基板215或220可為習知透鏡，例如，玻璃透鏡。在一些具體實例中，基板215或220可為諸如顯示螢幕之功能裝置之一部分。在一些具體實例中，基板215或220可為基於合適之材料而製造之光波導之一部分，該合適之材料諸如玻璃、塑膠、藍寶石或其組合。

在一些具體實例中，可在基板215及220中之每一者處提供對準層（圖2A中未展示）。在一些具體實例中，可在基板215及220中之一者處提供單個對準層。對準層可經組態以向包括在LC層205中之LC分子225提供對準。對準層可安置在基板215或220之相對內表面處。對準層可為任何合適之對準層，諸如光對準材料層、機械摩擦對準層或具有各向異性奈米壓印之對準層等。

在一些具體實例中，每一基板215或220可與電極層一起安置。電極層可安置在基板215（或220）與對應對準層之間。舉例而言，如圖2A中所展示，第一電極層241可安置在第一基板215處，且第二電極層242可安置在第二基板220處。在一些具體實例中，電極層241或242可在與基板215或220相同的光譜中實質上為透射的。舉例而言，電極層241或242可為氧化銦錫（「ITO」）電極層。在一些具體實例中，電極層241或242可在與基板215相同的光譜中實質上為反射的。舉例而言，電極層241或242可為鋁電極層。在一些具體實例中，可將電壓施加至第一電極層241及/或第二電極層242以在LC層205中產生電場。電場可再定向LC分子225，藉此組態及/或切換由LC裝置200提供之光學功能。

電極層241或電極層242中之至少一者可為經圖案化電極層。在一些具體實例中，第一電極層241及第二電極層242兩者可為經圖案化電極層。在一些具體實例中，第一電極層241及第二電極層242中之一者可為經圖案化電極層，且另一者可為連續平面電極層。

出於說明性目的，圖2A展示作為經圖案化電極層之第一電極層241，及作為連續平面電極層之第二電極層242。第一電極層241可包括藉由間隙256彼此間隔開之複數個電極252。在一些具體實例中，包括在經圖案化電極層241中之電極252可包括條形電極、鋸齒形電極、指叉電極、環狀（環形）電極（其可包括位於中心之圓形電極）及/或像素化電極等。相較於LC層205之厚度，間隙256之寬度可實質上較小。在一些具體實例中，經圖案化電極252可實質上對入射至第一電極層241上之光進行透射。

在一些具體實例中，電極252之表面區域（例如，頂部表面區域）可實質上相同。在一些具體實例中，電極252中之至少兩者之表面區域（例如，頂部表面區域）可不同。在一些具體實例中，兩個相鄰電極252之間的每一間隙256可藉由遮光材料258遮蔽（例如，由遮光材料258覆蓋及/或填充有遮光材料258）以形成對應於間隙256之暗區。暗區係指阻擋光透射穿過其之區。因此，來自基板215側或來自LC層205側之光可不透射穿過間隙256。在圖2A中所展示之具體實例中，對應於間隙256之暗區填充有遮光材料258。當經由圖1E至1H中所展示之組態提供遮蔽時，暗區對應於由遮光材料158覆蓋及/或填充之區（包括間隙）。

遮光材料258可與遮光材料158類似。舉例而言，遮光材料258可經由合適之機制（例如，吸收、反射等）顯著地減弱或阻擋輸入光（例如入射至遮光材料258上之光）透射穿過。在一些具體實例中，遮光材料258可包括或稱為黑矩陣。在一些具體實例中，遮光材料258可經組態以顯著吸收入射至遮光材料258上之光，使得實質上阻擋光透射穿過遮光材料258。在一些具體實例中，遮光材料258可經組態以顯著地反射入射至遮光材料258上之光，使得實質上阻擋光透射穿過遮光材料258。對於在預定波長範圍（例如，可見光）內之入射光，遮光材料258之透光率可小於或等於預定值（例如，10%、5%、1%、0.5%、0.01%等）。遮光材料258可包括可在預定波長範圍內減弱或阻擋入射光及/或具有預定偏振之任何合適之材料。在一些具體實例中，遮光材料258可由有機材料及/或無機材料製成，諸如樹脂、金屬及/或經由列印、沈積或光微影等摻雜有染料（例如，黑色染料）之聚合物。

LC裝置200可為GRIN LC裝置，其可基於包括在LC層205中之LC之折射指數的梯度分佈提供光學效應。在一些具體實例中，包括在LC層205中之LC之折射指數的梯度分佈可基於經由電極層、LC之多個對準區及/或聚合物-網路LC複合物中之全像記錄等施加至LC之空間非均一電場來產生。

在一些具體實例中，經由第一電極層241及第二電極層242施加至LC之空間非均一電場可再定向LC層205中之LC分子225。舉例而言，垂直電場可經由第一電極層241及第二電極層242施加至LC層205。再定向LC分子225可展現預定相位剖面，使得GRIN LC裝置200可提供預定光學效應。舉例而言，如圖2A中所展示，GRIN LC裝置200可為基於LC之光學相位陣列（「optical phased array；OPA」）。基於LC之OPA可經組態以用於各種應用，諸如光束轉向應用。舉例而言，包括在LC層205中之LC可具有正介電各向異性，且可藉由一或多個對準層在電壓斷開狀態下在y軸方向上均勻對準。當經由第一電極層241及第二電極層242在LC層205上施加適合之驅動電壓時，可形成LC層205中之繞射相位剖面。舉例而言，第二電極層242可施加有均一驅動電壓，或第二電極層242可接地。在一些具體實例中，供應至第一電極層241中之電極252之電壓可不同。

GRIN LC裝置200可包括複數個2π相位重設。出於說明性目的，圖2A中展示兩個2π相位重設，亦即，第一2π相位重設260-1及第二2π相位重設260-2。在對應於每一2π相位重設260-1或260-2之橫向範圍內，施加至第一電極層241之電極252的驅動電壓之振幅可自最左邊子電極（例如，2π相位重設260-1中之252a或2π相位重設260-2中之252c）逐漸改變（例如，減小）為最右邊子電極（例如，2π相位重設260-1中之252b或2π相位重設260-2中之252d）。因此，自2π相位重設260-1或260-2之最左邊邊緣至最右邊邊緣，在2π相位重設260-1或260-2中產生之電場之量值可逐漸改變（例如，減小）。因此，自2π相位重設260-1或260-2之最左邊邊緣至最右邊邊緣，LC分子225之指向矢之定向可自實質上垂直於第一基板215（或第二基板220）之表面改變為實質上平行於第一基板215（或第二基板220）之表面。因此，GRIN LC裝置200可在繞射狀態下操作以將在對準方向（例如，y軸方向）上偏振的線性偏振輸入光束230繞射為光束236。

儘管未展示，但在一些具體實例中，當施加至第一電極層241之電極252的驅動電壓之振幅自2π相位重設260-1或260-2之最左邊電極252a（或252c）至最右邊電極252b（或252d）實質上均一時，LC分子225之指向矢之定向可實質上相同。亦即，LC分子225之方向之定向可為均一的。因此，LC層205可貫穿LC層205具有實質上均一的折射指數分佈，且LC裝置200可充當用於輸入光束230之實質上光學均一的板。亦即，LC裝置200可針對在對準方向（例如，y軸方向）上偏振之光束230在非繞射狀態下操作，且可以實質上為零或可忽略的繞射穿過其透射光束230。

圖2B示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置250。LC裝置250可包括與包括在圖2A中之彼等元件、結構及功能類似或相同的元件、結構及功能。與圖2A中所展示之LC裝置200不同，圖2B中所展示之LC裝置250包括兩個經圖案化電極層：第一經圖案化電極層271及第二經圖案化電極層272。經圖案化電極層271及272中之每一者可與圖2A中所展示之經圖案化電極層241類似或相同。舉例而言，經圖案化電極層271及272中之每一者可包括由間隙256分隔開之複數個電極252，這些間隙256可藉由遮光材料258遮蔽。在一些具體實例中，第一電極層271之電極252可與第二電極層272之電極252實質上對準。

圖2C示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置280。如圖2C中所展示，LC裝置280可包括與包括在LC裝置200或250中之彼等元件、結構及功能類似或相同的元件、結構及功能。與LC裝置250類似，LC裝置280包括兩個經圖案化電極層：第一經圖案化電極層281及第二經圖案化電極層282。經圖案化電極層281及282中之每一者包括由藉由遮光材料258遮蔽之間隙256分隔開之複數個電極252。與兩個層中之電極彼此對準的經圖案化電極層271及272不同，第一電極層281之電極252可自第二電極層282之電極252部分偏移。

參考圖2A至2C，LC層205可包括任何合適之LC材料，諸如向列型LC。LC層205可經組態在垂直於LC層205之厚度方向（例如，z軸方向）之預定方向（例如，y軸方向）上具有空間非均一折射指數（例如，梯度折射指數）分佈。舉例而言，LC分子255之指向矢可經組態在預定方向上具有空間非均一定向。因此，LC層205可在預定方向上展現空間非均一折射指數分佈。在一些具體實例中，LC分子255之指向矢之空間非均一定向可由經由本文中所揭示之電極層在LC層205中產生之電場引起，及/或可由與LC層205耦接之一個或兩個對準層提供之對準引起。

圖2D示意性地說明根據本揭示之一具體實例之經圖案化電極層290的xy截面視圖，該經圖案化電極層290可為包括在LC裝置200、250或280中之經圖案化電極層241、271、272、281或282之具體實例。如圖2D中所展示，經圖案化電極層290可包括平行配置之複數個電極252。出於說明性目的，電極252之形狀展示為條帶形狀，但可使用其他合適之形狀。條形電極252可在x軸方向上延伸且可沿著y軸方向平行配置。條形電極252可藉由間隙256彼此間隔開，這些間隙256藉由遮光材料258遮蔽。

每一間隙256可具有寬度 wg。間隙256之寬度 wg可實質上較小，使得間隙256及遮光材料258可實質上為人眼不可感知的。在一些具體實例中，寬度 wg可在約300奈米（「nm」）至約3微米（「μm」）之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約400 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約500 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約800 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約1 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約1.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約2 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約2.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約300 nm至約6 μm之範圍內。

在圖2D中所展示之經圖案化電極層290中，藉由遮光材料258遮蔽之間隙256可經由例如吸收、反射等形成用以阻擋輸入光透射穿過其之暗區。在一些具體實例中，對於在預定波長範圍（例如，可見光）內及/或具有預定偏振之輸入光，暗區之透光率可小於或等於預定值。在一些具體實例中，預定值可為20%、15%、10%、5%、2%、0.5%、0.1%或0.05%。

在一些具體實例中，遮光材料258可包括覆蓋及/或填充相鄰電極252之間的間隙256之複數個遮光條帶（其亦可稱為黑矩陣條帶）。遮光材料258亦可稱為黑矩陣。在一些具體實例中，遮光條帶可具有寬度 wb。在一些具體實例中，遮光條帶之寬度 wb可與間隙256之寬度 wg實質上相同。遮光條帶之寬度 wb亦可稱為遮光材料（或黑矩陣）258之線寬。舉例而言，線寬 wb可在約300 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約400 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約500 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約800 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約1 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約1.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約2 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約2.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約300 nm至約6 μm之範圍內。在一些具體實例中，遮光材料258之寬度 wb可略微小於間隙之寬度 wg。

藉由經由遮光材料258遮蔽間隙256，可實質上阻擋輸入光透射穿過間隙256。因此，可在GRIN LC裝置200（或250、280）之輸出側處顯著地減少由經圖案化電極252之邊緣處之邊緣場效應引起的畸變光。因此，相較於未遮蔽間隙之習知GRIN LC裝置，可顯著地減少由邊緣場效應引起之光學假影（例如，光散射）。因此，可改良所揭示GRIN LC裝置200（或250、280）之光學效能。

在一些具體實例中，本文中所揭示之LC裝置可為菲涅耳LC透鏡，諸如折射菲涅耳透鏡、繞射菲涅耳透鏡或折射繞射型菲涅耳透鏡等。菲涅耳LC透鏡可提供較大孔徑大小而不損害回應時間。菲涅耳LC透鏡可包括任何合適類型之菲涅耳結構，諸如菲涅耳區板透鏡，其包括與鄰近區域具有半波之相位差的區域；繞射菲涅耳透鏡，其具有分段式拋物線相位剖面，其中這些區段較小且引起顯著繞射；或折射菲涅耳透鏡，其具有分段式拋物線剖面，其中這些區段足夠大以使得繞射效應最小化。其他結構亦可用於菲涅耳LC透鏡。

圖3A示意性地說明根據本揭示之另一具體實例之LC裝置300的y-z截面視圖。LC裝置300可為折射菲涅耳LC透鏡。在一些具體實例中，折射菲涅耳透鏡可為分段式相位剖面（「segmented phase profile；SPP」）LC透鏡。出於論述目的，LC裝置300亦稱為SPP LC透鏡300。在一些具體實例中，SPP LC透鏡300可經組態為具有分段式拋物線相位剖面或拋物線相位剖面中之複數個相位區段（或重設）。相位區段（或重設）之大小可足夠大以使得繞射角小於人眼之角解析度。因此，人眼可能不可觀測到繞射效應。

如圖3A中所展示，SPP LC透鏡300可包括安置在兩個基板（第一基板315及第二基板320）之間的LC層305。基板315或320可與圖2A至2C中所展示之基板215或220類似或相同。SPP LC透鏡300之菲涅耳結構由複數個半徑逐漸增大之同心區302表示，這些同心區稱為菲涅耳區段或菲涅耳重設。出於論述目的，圖3A展示同心區302可包括中心圓柱形區302a及包圍中心區302a之環狀圓柱形（環形）區302b。儘管圖3A中未展示，但額外環狀圓柱形區可包括在區302b外。在圖3A中所展示之組態中，SPP LC透鏡300可包括兩個菲涅耳區段或菲涅耳重設，例如，由中心區302a表示之第一菲涅耳重設及由區302b表示之第二菲涅耳重設。額外菲涅耳區段或菲涅耳重設可包括在SPP LC透鏡300中。

在一些具體實例中，每一基板315或320可設置有導電電極層，例如，第一電極層341或第二電極層342。在一些具體實例中，第一電極層341及第二電極層342中之每一者可為ITO電極層。對準層（圖中未示）可安置在電極層341及342中之至少一者（例如，每一者）之內表面（面對LC層305之表面）處。在一些具體實例中，對準層可經組態具有均勻反向平行對準，例如，一個對準層提供在+y軸方向上之對準且另一對準層提供在‒y軸方向上之對準。對準層可在電壓斷開狀態（例如，V=0，圖3A中未展示）下均勻地對準LC分子325。在一些具體實例中，電極層341及342中之一者可為連續平面電極層，且電極層341及342中之另一者可為經圖案化電極層。出於論述目的，圖3A展示第一電極層341可為連續平面電極層，且第二電極層342可為經圖案化電極層。

第二電極層342可包括分別對應於複數個菲涅耳重設302之複數個電極391及392。電極391可為中心電極，且可具有圓形形狀。電極391之直徑（或寬度）可為w1。電極392可為與中心電極391同心之環狀（或環形）電極。具有圓形形狀之中心電極391可被視為內徑為零之環狀電極的特殊情況。儘管展示一個環狀電極392（應注意，截面視圖中之兩個片392屬於同一環狀電極392），但經圖案化電極層342可包括與中心電極391及環狀電極392同心之兩個或更多個額外環狀電極，如下文所描述之圖3C中所展示。額外環狀電極可具有寬度w3、w4、w5等。電極391及392可由間隙356分隔開。當包括額外環狀電極時，額外間隙356可將額外環狀電極分隔開。間隙356可藉由遮光材料358遮蔽，該遮光材料358可與遮光材料158或258類似或相同。歸因於電極391之圓形形狀及電極392之環形狀，間隙356亦可具有環形狀。亦即，間隙356為環狀間隙。

電源（圖3A中未展示）可將合適之電壓供應至電極層341及342以在LC層305中產生垂直電場以再定向LC分子325，藉此形成具有預定相位剖面之透鏡。舉例而言，平面第一電極層341可供應有均一電壓（例如，連接至接地），且包括在第二電極層342中之經圖案化電極可供應有不同電壓。SPP LC透鏡300可為偏振敏感的（或選擇性的）。舉例而言，SPP LC透鏡300可選擇性地聚焦或散焦具有預定偏振之光，且可不聚焦或散焦具有其他偏振之光。在一些具體實例中，SPP LC透鏡300可將可調整光功率提供至在y軸方向上偏振之線性偏振輸入光束（例如，經p偏振之輸入光束），且可充當在x軸方向上偏振之線性偏振輸入光束（例如，經s偏振之輸入光束）之實質上光學均一的板。

圖3B為根據本揭示之一具體實例之LC裝置330的示意性y-z截面視圖。LC裝置330可包括與LC裝置300類似或相同之元件、結構及功能。舉例而言，LC裝置330可為折射菲涅耳LC透鏡，諸如分段式相位剖面（「SPP」）LC透鏡。LC裝置330與LC裝置300不同，其不同之處在於第一電極層344（亦即，圖3B中之上部電極層）亦為經圖案化電極層。第一電極層344可與第二電極層342類似或相同。舉例而言，在一些具體實例中，第一電極層344可具有與第二電極層342相同之結構及功能。施加至第一電極層344及第二電極層342之電壓可不同以在LC層305中產生電場。出於說明及論述方便起見，包括在第一電極層344中之電極、間隙及遮光材料以與包括在第二電極層342中之彼等相同的參考編號標記。應理解，使用相同參考編號僅出於方便起見，且未必指示對應元件相同。對應元件可具有或可不具有相同結構、相同功能及/或相同性質。

在一些具體實例中，包括在第一電極層344及第二電極層342中之電極391、392、間隙356及遮光材料358可彼此對準。在一些具體實例中，包括在第一電極層344及第二電極層342中之電極391、392、間隙356及遮光材料358可在兩個電極層344及342之間略微偏移。在電極層344及342中之每一者中，電極391及392之表面區域（例如，頂部表面）可實質上相同。隨著半徑（自中心電極391之中心量測）增大，電極391及392之寬度w1及w2可自中心電極391逐漸減小至最外部環狀電極。舉例而言，當存在四個同心地包圍中心電極391之環狀電極時，電極之寬度可自中心電極391逐漸減小至最外部（例如，第四）環狀電極，使得電極之表面區域實質上相同。在一些具體實例中，使用具有相等表面區域之同心環電極，可達成可相對精確地調諧之LC透鏡之階梯式相位剖面。在一些具體實例中，每個波之更多階梯數目（例如，電極數目）可提供更高繞射效率。

儘管圖3A及圖3B中未展示，但在一些具體實例中，電極391及392之表面區域可不同。舉例而言，當存在三個或更多個電極（例如，中心電極391加兩個或更多個環狀電極）時，電極中之至少兩者之表面區域可不同。在一些具體實例中，對於第一電極層344及第二電極層342中之每一者，電極391及392之表面區域可自中心電極391逐漸減小至最外部電極（例如，在圖3B中所展示之實例中為392，或在存在超過一個環狀電極之情況下為任何其他環狀電極）。在一些具體實例中，電極之寬度可相同。隨著電極之半徑自中心電極增加至最外部環狀電極，電極之表面區域亦可增加。

圖3C示意性地說明根據本揭示之一具體實例之經圖案化電極層390的x-y截面視圖。經圖案化電極層390可為圖3A及圖3B中所展示之經圖案化電極層342及344之具體實例。如圖3C中所展示，經圖案化電極層390可包括複數個同心電極。複數個同心電極可包括中心電極391及以同心形式安置在中心電極391周圍之複數個環狀（或環形）電極392至395。如圖3C中所展示，中心電極391可具有圓形形狀（或圓盤形狀）。在一些具體實例中，中心電極391可具有任何其他合適之形狀。電極391至395可為具有實質上相同之平面表面區域（亦即，環形條帶之頂部平面表面區域可相同）的離散及同心環形條帶。舉例而言，隨著自中心電極391之中心量測之電極391至395之半徑逐漸增大，電極391至395之寬度（例如，w1、w2、w3、w4、w5）（例如，電極之頂部表面之寬度）可逐漸減小。藉由經合適組態之不同寬度，電極391至395可具有相同的平面表面區域。出於論述目的，電極391至395可分別對應於SPP LC透鏡300或330中之五個菲涅耳重設（但並非所有五個重設均展示於圖3A或3B中）。舉例而言，參考圖3A及3B，圖3C中所展示之電極391至395可對應於未展示於圖3A或圖3B中之由圓柱形區302a表示之第一菲涅耳重設、由環狀區302b表示之第二菲涅耳重設、第三菲涅耳重設、第四菲涅耳重設及第五菲涅耳重設。藉由所揭示之電極組態，當相鄰電極之間的相位差相同時，可獲得拋物線相位剖面。若相位與所施加電壓成比例，則電極兩端之電壓之線性變換（任何兩個電極之間的電壓差相同）可產生所要拋物線相位剖面。

亦如圖3C中所展示，電極391至395可藉由間隙356彼此間隔開。歸因於電極391至395之圓形及環狀形狀，間隙356可具有環狀形狀且可與電極同心。間隙356之寬度 wg可實質上較小，使得間隙356可實質上為人眼不可感知的。換言之，由間隙356界定之總面積可實質上為人眼不可感知的。在一些具體實例中，寬度 wg可在約300 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約400 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約500 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約800 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約1 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約1.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約2 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約2.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，寬度 wg可在約300 nm至約6 μm之範圍內。

在一些具體實例中，間隙356可藉由遮光材料358遮蔽（例如，由遮光材料358覆蓋及/或填充有遮光材料358）。遮光材料358可與遮光材料158或258類似或相同。藉由遮光材料358遮蔽之間隙356可經由合適之機制（例如吸收、反射等）形成阻擋輸入光透射穿過其之暗區。舉例而言，對於入射至經圖案化電極層390上之光（例如，可見光），電極391至395可經組態以實質上透射入射光，且電極之間的暗區可經組態以經由任何合適之機制（例如，吸收、反射等）實質上阻擋輸入光透射穿過。在一些具體實例中，對於具有預定波長範圍內之波長及/或預定偏振之輸入光，暗區之透光率可經組態以小於或等於預定值。在一些具體實例中，預定值可為20%、15%、10%、5%、2%、1%、0.5%、0.1%或0.05%。歸因於間隙356之較小寬度，暗區可能為人眼無法感知的。

在一些具體實例中，遮光材料358可包括或稱為黑矩陣。在一些具體實例中，遮光材料358可經組態以顯著地吸收入射光。遮光材料358之透光率可小於或等於預定值。遮光材料358可包括可減弱或阻擋具有預定波長及/或預定偏振之入射光的任何合適之材料。舉例而言，遮光材料358可由有機材料及/或無機材料製成，諸如樹脂、金屬及/或經由列印、沈積或光微影等摻雜有染料之聚合物。本揭示中未指定之其他額外材料可與遮光材料（158、258或358）組合使用以用於接合、絕緣等。

在一些具體實例中，遮光材料358可為實質上電絕緣的。在一些具體實例中，遮光材料358可包括覆蓋及/或填充相鄰電極391至395之間的間隙356之複數個環形遮光條帶（例如，黑矩陣條帶）。遮光材料358亦可稱為黑矩陣。環形黑矩陣條帶可彼此同心，且可具有自中心電極391至最外部電極395之增加的半徑。在一些具體實例中，環形黑矩陣條帶之寬度 wb可與間隙356之寬度 wg實質上相同。在一些具體實例中，環形黑矩陣條帶之寬度 wb可略微小於間隙356之寬度 wg。環形黑矩陣條帶之寬度 wb亦可稱為遮光材料358之線寬。舉例而言，遮光材料358之線寬 wb可在約300 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約400 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約500 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約800 nm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約1 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約1.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約2 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約2.5 μm至約3 μm之範圍內。在一些具體實例中，線寬 wb可在約300 nm至約6 μm之範圍內。

圖3D說明不包括任何相位重設之±0.375屈光度LC透鏡之相位剖面，其中光徑差（「optical path difference；OPD」）等於35 λ。對於雙折射率Δn為0.27之LC材料，LC透鏡之孔徑為20 mm，且LC透鏡之厚度為約70 μm。為了減小LC透鏡之有效厚度，可將相位重設或區段引入至透鏡相位剖面中。圖3E說明當SPP LC透鏡300或330包括5個相位重設時，圖3A中所展示之SPP LC透鏡300或圖3B中所展示之SPP LC透鏡330之2D相位剖面。對於設計波長，相位區邊界處之相位跳躍或不連續性為約2π。SPP LC透鏡300或330之厚度減少了約5倍，且相應地，回應時間提高25倍。亦即，經由在拋物線相位剖面中引入相位重設，可足夠快速地調整SPP LC透鏡300或330之光功率。SPP LC透鏡300或330可提供較大孔徑大小而不損害回應時間。

參考圖3C及圖3E，可基於菲涅耳結構之特定組態及待達成之SPP LC透鏡300或330之屬性（諸如，LC透鏡之預定光功率、預定透鏡孔徑、預定切換時間及/或預定影像品質）來判定拋物線相位剖面中之相位重設之數目。在OPD之一個波長（亦即，每個波長）內之大量相位階躍對於相位剖面之準確表示可為合乎需要的。同時，為了針對近眼應用組態具有可忽略繞射之SPP LC透鏡300或330，對於波長為543.5 nm之綠光，SPP LC透鏡300或330之菲涅耳區段的最小寬度（亦即，最小菲涅耳區段寬度）可大於約1 mm。

參考圖3A至3C及3E，經由使用遮光材料358遮蔽相鄰離散電極391至395之間的間隙356，可顯著地減少由邊緣場效應引起之菲涅耳邊界假影（例如，光散射）。舉例而言，在菲涅耳重設之邊界處發生之高角度散射可由遮光材料358顯著減少（例如，吸收）。因此，可顯著改良SPP LC透鏡300或330之影像效能。

圖3F示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置350的y-z截面視圖。LC裝置350可為SPP LC透鏡。因此，出於論述目的，LC裝置350可稱為SPP透鏡350。SPP透鏡350可包括與包括在SPP LC透鏡300或330中之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件之描述可參考結合圖3A至3C及圖3E呈現之以上描述。在圖3F中所展示之具體實例中，除第一電極層341及第二電極層342以外，SPP LC透鏡350亦可包括浮動電極層343，該浮動電極層343經組態以進一步減少由邊緣場效應引起之菲涅耳邊界假影。浮動電極層343可安置在經圖案化電極層342與LC層305之間的第二基板320處。舉例而言，浮動電極層343可安置在LC層305與經圖案化電極層342之間。絕緣層345可安置在浮動電極層343與經圖案化電極層342之間。絕緣層345可經組態以在浮動電極層343與經圖案化電極層342之間提供電絕緣。浮動電極層343可包括一或多個浮動電極，其可為離散及同心環狀（或環形）電極。圖3F出於說明性目的展示一個環形電極348（在橫截面視圖中展示為兩個片）。與環形電極348同心之額外環形電極可包括在SPP LC裝置350中。浮動電極可不藉由歐姆連接驅動，但可電容耦接至經圖案化電極層342。在一些具體實例中，浮動電極可安置在對應於間隙356之位置處以覆蓋間隙356。每一浮動電極可具有較小重疊區域，其中兩個相鄰電極（例如，391及392）中之每一者包括在經圖案化電極層342中。應注意，圖3C中所展示之經圖案化電極層390亦可實施於圖3F中所展示之經圖案化電極層342中。

在一些具體實例中，每一菲涅耳區中之連續相位剖面可進一步劃分或分段成具有一系列離散相位位準之多個子區。舉例而言，每一菲涅耳區中之子區之數目可為 L。子區可實質上較小，且可引起顯著繞射。此菲涅耳LC透鏡可稱為繞射菲涅耳LC透鏡。繞射菲涅耳透鏡之繞射效率可隨著每一菲涅耳區中之子區的數目 L增加而增加。對應菲涅耳區之電極可進一步劃分成複數個相位位準子電極，例如， L個子電極藉由間隙彼此分隔開。子電極之間的間隙可藉由遮光材料遮蔽（例如，由遮光材料覆蓋及/或填充有遮光材料），該遮光材料可與遮光材料158、258或358類似或相同。藉由使用遮光材料（例如，黑矩陣）遮蔽相鄰離散子電極之間的間隙，可顯著地減少由邊緣場效應引起之菲涅耳邊界假影（例如，光散射）。因此，可顯著改良繞射菲涅耳LC透鏡之影像效能。

圖4A示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置400的y-z截面視圖。LC裝置400可為菲涅耳區板透鏡。因此，出於論述目的，LC裝置400亦可稱為菲涅耳區板透鏡400。菲涅耳區板透鏡400可包括與包括在SPP LC透鏡300、330或350中之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件之描述可參考結合圖3A至3C、3E及3F呈現之以上描述。

如圖4A中所展示，菲涅耳區板透鏡400可包括自菲涅耳區板透鏡400之中心逐漸增加之半徑的複數個菲涅耳區。出於論述目的，圖4A展示四個菲涅耳區：第一菲涅耳區431、第二菲涅耳區432、第三菲涅耳區433及第四菲涅耳區434。第一菲涅耳區431可為圓形區。第二至第四菲涅耳區432至434可為與圓形區431同心之環狀（例如，環形）區。對於每一環狀菲涅耳區，第m（m＞1）菲涅耳區之外半徑可表達為

，且第m菲涅耳區之內半徑可表達為

，其中λ為設計波長， f為菲涅耳區板透鏡400之焦距，且 m為大於1之整數。中心菲涅耳區431可被視為以上數學等式之特殊情況，其中m = 1，亦即，中心菲涅耳區431具有零內半徑。菲涅耳區可提供形成透鏡狀波前之相位調變。在一些具體實例中，兩個相鄰菲涅耳區可經組態以針對設計波長λ具有半波（或π）之相位差。舉例而言，對於具有設計波長λ且在y軸方向上偏振之線性偏振輸入光束（例如，經p偏振之輸入光束），奇數編號之菲涅耳區431及433可經組態以提供零相位（延遲），且偶數編號之菲涅耳區432及434可經組態以提供π相位（延遲）。菲涅耳區板透鏡400可基於由菲涅耳區402引起之繞射來聚焦在y軸方向上偏振之線性偏振輸入光束（例如，經p偏振之輸入光束）。

菲涅耳區板透鏡400可包括安置在兩個基板（第一基板415及第二基板420）之間的LC層405。每一基板415或420可在內表面處設置有導電電極層441或442。在一些具體實例中，電極層441或442可為ITO電極層。對準層（圖中未示）可安置在兩個電極層441及442中之至少一者（例如，每一者）之內表面（面對LC層405之表面）處。在一些具體實例中，對準層可經組態具有均勻反向平行對準，例如在y軸方向上之一個對準及在‒y軸方向上之另一對準。對準層可在電壓斷開狀態（例如，V=0，圖4A中未展示之電源）下均勻地對準LC分子425。在一些具體實例中，對準層可為經圖案化對準層，其可在複數個第一預定區（例如，奇數編號之菲涅耳區）中提供均勻對準，且在複數個第二預定區（例如，偶數編號之菲涅耳區）中提供垂面對準。亦即，對準層可提供與LC層405中之LC分子425之混合對準。

在一些具體實例中，兩個電極層441及442中之每一者可為經圖案化電極層。舉例而言，第一電極層441可包括中心電極471及複數個環狀（環形）電極472至474。第二電極層442可包括中心電極451及複數個環狀（環形）電極452至454。在一些具體實例中，第一電極層441中之每一電極可與包括在第二電極層442中之對應電極對準，如圖4A中所展示。儘管圖4A中未展示，但在一些具體實例中，第一電極層441中之每一電極可自包括在第二電極層442中之對應電極略微偏移。

第一經圖案化電極層441中之電極471至474之間的間隙可藉由遮光材料481遮蔽。第二經圖案化電極層442中之電極451至454之間的間隙可藉由遮光材料461遮蔽。遮光材料461及481中之每一者可與本文中所揭示之其他遮光材料類似或相同，諸如遮光材料158、258或358。電極451至454（或471至474）可具有寬度w1至w4（未在圖4A中標記）。每一電極層441或442中之電極之寬度為不同的。

圖4B示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置450的圖式。LC裝置450可與LC裝置400類似，不同之處在於電極層中之一者可由連續平面電極層499替換。對包括在LC裝置450中之元件之詳細描述可參考LC裝置400的以上描述。

圖4C示意性地說明根據本揭示之一具體實例之經圖案化電極層490的x-y截面視圖。經圖案化電極層490可為包括在菲涅耳區板透鏡400或450中之電極層441或442之具體實例。經圖案化電極層490可與圖3C中所展示之經圖案化電極層390類似或相同。舉例而言，經圖案化電極層490可包括複數個電極，該複數個電極包括中心、圓形電極及與中心電極同心之複數個環狀電極。電極經標記為491至495。電極491至494可分別對應於複數個菲涅耳區431至434。中心電極491可為圓形電極。環狀（或環形）電極492至495可同心地包圍中心電極491。在圖4C中所展示之具體實例中，電極491至495可具有不同表面區域。

電極491至495可藉由間隙496彼此間隔開。間隙496可藉由遮光材料498遮蔽（例如，由遮光材料498覆蓋及/或填充有遮光材料498），該遮光材料498可與遮光材料158、258、358、461或481類似或相同。填充有遮光材料498及/或由遮光材料498覆蓋之間隙496可形成阻擋光透射穿過其之暗區。舉例而言，對於入射至經圖案化電極層490上之光（例如，可見光），電極491至495可經組態以實質上透射入射光，且暗區可經由任何合適之機制（例如，吸收、反射等）顯著地減弱或阻擋入射光。在一些具體實例中，遮光材料458可包括或稱為黑矩陣。

在圖4A或圖4B中所展示之具體實例中，對準層可經組態以在y軸方向上均勻地對準LC分子425。電源（圖4A或圖4B中未展示）可將電壓供應至與偶數編號之菲涅耳區432及434相關聯之電極，以在菲涅耳區432及434中產生垂直電場。菲涅耳區432及434中之LC分子425之指向矢可藉由電場再定向以實質上垂直於基板415。電源可不將電壓供應至與奇數編號之菲涅耳區431及433相關聯之電極。因此，對於在y軸線方向上偏振之線性偏振輸入光束（例如，經p偏振之輸入光束），奇數編號之菲涅耳區431及433可經組態以提供零相位（延遲），且偶數編號之菲涅耳區432及434可經組態以提供π相位（延遲）。菲涅耳區板透鏡400或450可基於由菲涅耳區引起之繞射來聚焦在y軸方向上偏振之線性偏振輸入光束（例如，經p偏振之輸入光束）。經由使用遮光材料遮蔽相鄰離散電極之間的間隙，可顯著地減少由邊緣場效應引起之菲涅耳邊界假影（例如，光散射）。因此，可顯著改良菲涅耳區板透鏡400或450之影像效能。

出於說明性及論述目的，展示於圖3A至3C及3E至4C中之菲涅耳LC透鏡充當球面透鏡。球面菲涅耳LC透鏡之經圖案化電極層可包括複數個環狀電極（包括作為環狀電極之特殊情況之圓形中心電極），該複數個環狀電極藉由環形間隙彼此分隔開。環形間隙可藉由經組態以經由任何合適之機制（例如，吸收、反射等）顯著地阻擋光透射穿過其之遮光材料遮蔽（例如，由該遮光材料覆蓋及/或填充有該遮光材料）。

儘管未展示，但在一些具體實例中，本文中所揭示之菲涅耳LC透鏡可充當圓柱形透鏡，其中可僅在一個方向上配置菲涅耳區。舉例而言，圓柱形菲涅耳LC透鏡之經圖案化電極層可包括藉由間隙彼此分隔開之複數個條形電極。間隙可藉由經組態以經由任何合適之機制（例如，吸收、反射等）顯著地阻擋光透射穿過其之遮光材料遮蔽（例如，由該遮光材料覆蓋及/或填充有該遮光材料）。類似地，可顯著地減少由邊緣場效應引起之菲涅耳邊界假影（例如，光散射）。因此，可顯著改良圓柱形菲涅耳LC透鏡之影像效能。

出於說明性及論述目的，諸圖中所展示之GRIN LC裝置包括上部電極層及下部電極層，其中之至少一者可為經圖案化電極層。儘管未展示，但在一些具體實例中，本文中所揭示之GRIN LC裝置可僅包括一個電極層，該電極層為經圖案化電極層。舉例而言，經圖案化電極層可包括指叉電極，這些指叉電極經組態以將合適之驅動電壓施加至LC層。

出於說明性及論述目的，諸圖中所展示之GRIN LC裝置為透射裝置。儘管未展示，但在一些具體實例中，本文中所揭示之GRIN LC裝置亦可為反射裝置或透射反射裝置等。諸圖中所展示之GRIN LC裝置（例如，基於LC之OPA、折射菲涅耳LC透鏡及菲涅耳區板透鏡）係出於說明性目的，以解釋用於減少由邊緣場效應引起之光學假影（例如，光散射）的機制，藉此改良GRIN LC裝置之光學效能。用於減少由邊緣場效應引起之光學假影之所揭示機制可適用於任何其他合適的GRIN LC裝置，諸如LC光柵、繞射菲涅耳LC透鏡、折射繞射型菲涅耳透鏡等。

GRIN LC裝置可在多種領域中具有許多應用，例如，近眼顯示器（「near-eye display；NED」）、平視顯示器（「head-up display；HUD」）、頭戴式顯示器（「head-mounted display；HMD」）、智慧型電話、膝上型電腦或電視等。舉例而言，本文中所揭示之GRIN LC裝置可實施於用於擴增實境（「augmented reality；AR」）、虛擬實境（「virtual reality；VR」）及/或混合實境（「mixed reality；MR」）顯示系統之顯示器及光學模組中以解決聚散調節衝突。用於VR、AR及/或MR應用之現有NED通常經歷聚散調節衝突。當立體影像對將使用者之人類視覺系統之聚散狀態驅動至任意距離，但將使用者之眼睛的調節或聚焦狀態以光學方式驅動至固定距離時，產生聚散調節衝突。聚散調節衝突在長時間VR/AR/MR會話期間引起眼睛疲勞或頭痛，藉此顯著降低使用者之視覺體驗。另外，穿戴相同NED之不同使用者可歸由於例如不同年齡而具有不同的調節能力。一般而言，老年使用者比年輕使用者具有更弱的調節能力。基於所揭示GRIN LC裝置之自適應成像裝置（例如，菲涅耳LC透鏡）可提供可調諧光功率、較大孔徑、充分切換速度及/或小形狀因數等。所揭示GRIN LC裝置可有效地驅動不同使用者之調節且減輕NED中之聚散調節衝突。

本文中所揭示之GRIN LC裝置亦可實施於顯示器及光學模組中，以實現瞳孔操控之AR、VR及/或MR顯示系統，諸如全像近眼顯示器、視網膜投影眼鏡及楔形波導顯示器。瞳孔操控之AR、VR及/或MR顯示系統具有諸如緊密性、較大視場（「field of view；FOV」）、高系統效率及小眼框之特徵。基於所揭示GRIN LC裝置之光束轉向裝置可實施於瞳孔操控之AR、VR及/或MR顯示系統中以在空間上及/或時間上放大眼框。在一些具體實例中，基於所揭示GRIN LC裝置之光束轉向裝置可實施於AR、VR及/或MR感測模組中以偵測較寬角範圍內之物件以實現其他功能。在一些具體實例中，基於所揭示GRIN LC裝置之光束轉向裝置可實施於AR、VR及/或MR感測模組中以擴展感測器之FOV（或偵測範圍），改良感測器之偵測解析度或準確度及/或減少信號處理時間。基於所揭示GRIN LC裝置之光束轉向裝置亦可用於光學通信中，例如，以提供較快速度（例如，十億位元組/秒級別之速度）及長距離（例如，公里級別之距離）、微波通信、3D成像及感測（例如，雷射雷達）、微影及3D列印等。

圖5A說明根據本揭示之一具體實例之近眼顯示器（「NED」）500的示意圖。圖5B為根據本揭示之一具體實例之圖5A中所展示的NED 500之一半的橫截面視圖。出於說明的目的，圖5B展示與左眼顯示系統510L相關聯之橫截面視圖。如圖5A及5B中所展示，NED 500可包括經組態以安裝至使用者之框架505。NED 500可包括安裝至框架505之右眼及左眼顯示系統510R及510L。右眼及左眼顯示系統510R及510L可包括經組態以將電腦產生之虛擬影像投影至視場（「FOV」）中之右顯示窗口及左顯示窗口515R及515L中的影像顯示部件。出於說明性目的，圖5A展示投影系統可包括耦接至框架505之投影儀535。投影儀535可產生表示虛擬影像之影像光。如圖5B中所展示，NED 500亦可包括配置在顯示系統510L與使用者之眼睛之間的變焦裝置550。影像光可由左眼顯示系統510L及變焦裝置550導引至出射瞳孔560。出射瞳孔560可為使用者之眼瞳孔555定位在左眼顯示系統510L之眼框區530中的位置。NED 500可充當VR裝置、AR裝置、MR裝置或其任何組合。在一些具體實例中，當NED 500充當AR或MR裝置時，自使用者之角度看，右顯示窗口515R及左顯示窗口515L可為完全或部分透明的，此可向使用者提供周圍真實世界環境之視圖。在一些具體實例中，當NED 500充當VR裝置時，右顯示窗口515R及左顯示窗口515L可為不透明的，使得使用者可完全沉浸在基於電腦產生之影像之VR影像中。

變焦裝置550可包括充當成像裝置之一或多個所揭示GRIN LC裝置，諸如SPP LC透鏡300、330、350、400、450等。在一些具體實例中，變焦裝置550可對自左眼顯示系統510L接收之影像光提供光學校正，且將經光學校正之影像光導引至眼框區530。另外，變焦裝置550亦可減輕多種使用者（諸如具有不同調節範圍（或調節範圍）之使用者）的聚散調節衝突。儘管未展示，但在一些具體實例中，與變焦裝置550分隔開之另一變焦裝置可向使用者之另一眼睛提供改變的影像光。在一些具體實例中，NED 500可包括經組態以提供眼睛追蹤資訊之眼睛追蹤裝置537，基於該眼睛追蹤資訊，可判定使用者之眼瞳孔555之位置。另外，亦可判定眼睛之聚散距離。可使用任何合適之眼睛追蹤裝置。眼睛追蹤裝置537可包括例如照明使用者之一個或兩個眼睛之一或多個光源，及擷取一個或兩個眼睛之影像的一或多個攝影機。眼睛追蹤裝置537可經組態以追蹤眼瞳孔555之位置、移動及/或觀看方向。在一些具體實例中，眼睛追蹤裝置537可針對每一眼睛量測多達六個自由度（亦即，3D位置、滾動、俯仰及偏航）之眼睛位置及/或眼睛移動。在一些具體實例中，眼睛追蹤裝置537可量測瞳孔大小。眼睛追蹤裝置537可向控制器（圖5B中未展示）提供含有眼瞳孔555之位置及/或移動之信號（或反饋）。在一些具體實例中，眼睛追蹤裝置537可包括經組態以處理所擷取影像且獲得眼睛追蹤資訊之處理器。

在一些具體實例中，變焦裝置550亦可包括充當光束轉向裝置之一或多個所揭示GRIN LC裝置，諸如圖2A中所展示之基於LC之OPA 200、圖2B中所展示之基於LC之OPA 250或圖2C中所展示之基於LC之OPA 280。在一些具體實例中，光束轉向裝置（圖5B中未展示）可安置在變焦裝置550與眼瞳孔555之間，或變焦裝置550與左眼顯示系統510L之間。基於藉由眼睛追蹤裝置537獲得之動態眼睛追蹤資訊，光束轉向裝置可將影像光轉向至眼框區530內之不同光點，藉此改變出射瞳孔560之位置以與眼瞳孔555之改變位置匹配。因此，可達成瞳孔操控之AR、VR及/或MR裝置。

圖6A示意性地說明根據本揭示之一具體實例的包括GRIN LC裝置之系統600的圖式。系統600可為與圖5A及5B中所展示之NED類似之NED的一半（例如，左半）。如圖6A中所展示，系統600可包括：左眼顯示系統510L；第一變焦裝置550，其安置在左眼顯示系統510L之第一側（更接近眼睛552之側）處；及第二變焦裝置650，其安置在左眼顯示系統510L之第二側（更遠離眼睛552之側）處。當NED經組態以用於AR及/或MR應用時，第一變焦裝置550及第二變焦裝置650可經組態以具有相反光功率，使得經由NED觀看之真實世界物件610可保持不變。舉例而言，第一變焦裝置550可經組態以提供正光功率（例如，+D），且第二變焦裝置650可經組態為相同量值之負光功率（例如，‒D）以補償由第一變焦裝置550提供之正光功率。第二變焦裝置650可將位於輸入場之真實世界物件610成像為位於中間場615處之中間影像，且第一變焦裝置550可將中間影像成像為位於輸出場625處之輸出影像。當眼睛552位於眼框區內之出射瞳孔處時，系統600之使用者的眼睛552可感知輸出影像。

圖6B至6D說明當第一變焦裝置550及第二變焦裝置650包括習知SPP LC透鏡時，圖6A中所展示之系統之使用者之視網膜場635處的各種模擬影像，其中不遮蔽經圖案化電極之間的間隙。圖6E說明當第一變焦裝置550及第二變焦裝置650包括所揭示SPP LC透鏡中之一或多者時視網膜場635處之模擬影像，其中藉由遮光材料遮蔽經圖案化電極之間的間隙。在模擬中，第一變焦裝置550及第二變焦裝置650各自包括SPP LC透鏡（出於論述目的，亦稱為550或650）。SPP LC透鏡550或650包括八個菲涅耳重設，且具有約10 mm之孔徑。相鄰經圖案化電極之間的間隙之寬度為約6 μm。當SPP LC透鏡550及650為習知SPP LC透鏡時，不遮蔽經圖案化電極之間的間隙。間隙及電極之透光率被視為100%。當SPP LC透鏡550及650為所揭示SPP LC透鏡時，例如圖3A中所展示之彼等，藉由遮光材料遮蔽經圖案化電極之間的間隙。遮光材料之寬度實質上等於間隙之寬度，亦即，6 μm。電極之透光率被視為100%，且藉由遮光材料遮蔽之間隙之透光率被視為0。

圖6B說明圖6A中所展示之系統600之使用者之視網膜場635處的模擬影像。假定SPP LC透鏡550及650為習知SPP LC透鏡，其中例如當邊緣場實質上較弱且可忽略時或當邊緣場效應不存在（例如，理論上）時不考慮邊緣場效應。水平軸及垂直軸分別表示橫向位置（單位：μm）及光強度（單位：任意單位（a.u））。如圖6B中所展示，在視網膜場處感知直線620。直線620實質上位於視網膜場中間，其表示強度為約0.118 a.u.之信號影像（例如，真實世界物件之影像）。

圖6C及6D說明圖6A中所展示之系統600之使用者之視網膜場635處的模擬影像。假定SPP LC透鏡550及650為習知SPP LC透鏡，其中邊緣場效應較強。亦即，邊緣場效應不可忽略且引起光學假影（例如，光散射），此可為許多實際應用中之狀況。如圖6C中所展示，根據雜訊光柵（閃耀光柵）之模型化，在視網膜場處感知到三條直線640、642及644。直線640實質上位於視網膜場中間，其表示強度為約0.055 a.u.之信號影像（例如，真實世界物件之影像）。緊鄰直線640定位之兩條直線642及644表示由邊緣場效應引起之雜訊（例如，雙重影像）。兩個雙重影像分別具有約0.004 a.u.及0.05 a.u.之強度。雙重影像可降低系統600之影像品質。雜訊之形狀可根據形成在相位重設處之實際LC結構而變化。

如圖6D中所展示，根據雜訊光柵（閃耀光柵）之模型化，在視網膜場處感知到三條直線660、662及664。直線660實質上位於視網膜場中間，其表示強度為約0.055 a.u.之信號影像（例如，真實世界物件之影像）。緊鄰直線660定位之兩條直線662及664表示由邊緣場效應引起之雜訊（例如，雙重影像）。兩個雙重影像分別具有約0.002 a.u.及0.005 a.u.之強度。雜訊之形狀可根據形成在相位重設處之實際LC結構而變化。比較圖6C及圖6D，儘管如圖6D中所展示之雜訊之強度降低，但可仍在視網膜場處感知到雙重影像。

圖6E說明圖6A中所展示之系統600之使用者之視網膜場635處的模擬影像。SPP LC透鏡550及650為所揭示SPP LC透鏡，其中藉由遮光材料遮蔽經圖案化電極之間的間隙。遮光材料之寬度為約6 μm。

邊緣場效應在所揭示SPP LC透鏡中較強且不可忽略。如圖6E中所展示，在視網膜場處感知直線680。直線680實質上位於視網膜場中間，其表示強度為約0.055 a.u.之信號影像（例如，真實世界物件之影像）。未在視網膜場處感知到表示雜訊（例如，雙重影像）之直線。亦即，藉由使用遮光材料遮蔽相鄰經圖案化電極之間的間隙，可在SPP LC透鏡之輸出光中顯著地減少或抑制由邊緣場效應引起之雜訊。

本文中所描述之步驟、操作或程序中之任一者可單獨地或與其他裝置組合地藉由一或多個硬體及/或軟體模組來執行或實施。在一個具體實例中，軟體模組藉由電腦程式產品實施，該電腦程式產品包括含有電腦程式碼之電腦可讀媒體，其可藉由電腦處理器執行以執行所描述之任何或所有步驟、操作或程序。在一些具體實例中，硬體模組可包括硬體組件，諸如裝置、系統、元件、控制器、電路、邏輯閘等。

另外，當圖式中所說明之具體實例展示單個元件時，應理解，具體實例或未在諸圖中展示但在本揭示之範圍內之另一具體實例可包括複數個此類元件。同樣地，當圖式中所說明之具體實例展示複數個此類元件時，應理解，具體實例或未在諸圖中展示但在本揭示之範圍內之另一具體實例可僅包括一個此元件。圖式中所說明之元件之數目僅出於說明之目的，且不應被解釋為限制具體實例之範圍。此外，除非另外指出，否則圖式中所展示之具體實例並不相互排斥，且其可以任何合適之方式組合。舉例而言，一個圖/具體實例中展示但另一圖/具體實例中未展示之元件可仍然包括在另一圖/具體實例中。在本文中所揭示之包括一或多個光學層、膜、板或元件之任何光學裝置中，諸圖中所展示之層、膜、板或元件之數目僅出於說明性目的。在仍在本揭示之範圍內之諸圖中未展示的其他具體實例中，相同或不同的圖/具體實例中所展示之相同或不同的層、膜、板或元件可以各種方式組合或重複以形成堆疊。

已描述各種具體實例以說明例示性實施。基於所揭示具體實例，在不脫離本揭示之範圍的情況下，所屬技術領域中具有通常知識者可進行各種其他改變、修改、重新配置及取代。因此，雖然已參考以上具體實例詳細描述本揭示，但本揭示不限於上文所描述之具體實例。在不脫離本揭示之範圍的情況下，可以其他等效形式實施本揭示。本揭示之範圍界定於隨附申請專利範圍中。

100:梯度指數液晶裝置/LC相位光柵 105:LC層 115:第一基板 120:第二基板 125:LC分子 131:中心區 132:橫向區 140:電極層 141:第一電極層 142:第二電極層 150:相位剖面 152:電極/經圖案化電極 156:間隙 158:遮光材料 170:相位剖面 191:經圖案化電極/第一電極/中心電極 192:經圖案化電極/第二電極 198:基板 200:LC裝置/GRIN LC裝置 205:LC層 215:第一基板 220:第二基板 225:LC分子 230:線性偏振輸入光束 236:光束 241:第一電極層 242:第二電極層 250:LC裝置 252:電極 252a:最左邊子電極 252b:最右邊子電極 252c:最左邊子電極 252d:最右邊子電極 255:LC分子 256:間隙 258:遮光材料 260-1:第一2π相位重設 260-2:第二2π相位重設 271:第一經圖案化電極層 272:第二經圖案化電極層 280:LC裝置 281:第一經圖案化電極層 282:第二經圖案化電極層 290:經圖案化電極層 300:LC裝置/SPP LC透鏡 302:同心區/菲涅耳重設 302a:中心圓柱形區/中心區 302b:環狀圓柱形（環形）區 305:LC層 315:第一基板 320:第二基板 325:LC分子 330:LC裝置 341:第一電極層 342:第二電極層 343:浮動電極層 344:第一電極層 345:絕緣層 348:環形電極 350:LC裝置/SPP透鏡 356:間隙 358:遮光材料 390:經圖案化電極層 391:電極/中心電極 392:電極/環狀電極 393:電極 394:電極 395:電極 400:LC裝置/菲涅耳區板透鏡 402:菲涅耳區 405:LC層 415:第一基板 420:第二基板 425:LC分子 431:第一菲涅耳區/圓形區 432:第二菲涅耳區 433:第三菲涅耳區 434:第四菲涅耳區 441:電極層 442:電極層 450:LC裝置 451:中心電極 452:環狀（環形）電極 453:環狀（環形）電極 454:環狀（環形）電極 461:遮光材料 471:中心電極 472:環狀（環形）電極 473:環狀（環形）電極 474:環狀（環形）電極 481:遮光材料 490:經圖案化電極層 491:電極/中心電極 492:電極 493:電極 494:電極 495:電極 496:間隙 498:遮光材料 499:連續平面電極層 500:近眼顯示器 505:框架 510L:左眼顯示系統 510R:右眼顯示系統 515L:左顯示窗口 515R:右顯示窗口 530:眼框區 535:投影儀 537:眼睛追蹤裝置 550:變焦裝置 552:眼睛 555:眼瞳孔 560:出射瞳孔 600:系統 610:真實世界物件 615:中間場 620:直線 625:輸出場 635:視網膜場 640:直線 642:直線 644:直線 650:第二變焦裝置 660:直線 662:直線 664:直線 680:直線 w1:寬度 w2:寬度 w3:寬度 w4:寬度 w5:寬度 wb:寬度/線寬 wg:寬度

以下圖式係根據各種所揭示具體實例出於說明性目的而提供且並不意欲限制本揭示之範圍。在圖式中： [圖1A]示意性地說明習知梯度指數（「GRIN」）液晶（「LC」）裝置的圖式； [圖1B]說明當邊緣場效應較弱時由圖1A中所展示之GRIN LC裝置提供的相位剖面； [圖1C]說明當邊緣場效應較強時由圖1A中所展示之GRIN LC裝置提供的相位剖面； [圖1D至1H]說明根據本揭示之各種具體實例的用於遮蔽GRIN LC裝置中之經圖案化電極之間的間隙之各種方法及結構； [圖2A]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖2B]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖2C]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖2D]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之包括在圖2A、圖2B或圖2C中所展示之LC裝置中的經圖案化電極層之圖式； [圖3A]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖3B]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖3C]示意性地說明根據本揭示之一具體實例的包括在LC裝置中之經圖案化電極層的圖式； [圖3D]示意性地說明無需相位重設之LC透鏡的相位剖面； [圖3E]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的相位剖面； [圖3F]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖4A]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖4B]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之LC裝置的圖式； [圖4C]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之包括在圖4A或圖4B中所展示之LC裝置中的經圖案化電極層之圖式； [圖5A]示意性地說明根據本揭示之一具體實例之近眼顯示器（「near-eye display；NED」）的圖式； [圖5B]示意性地說明根據本揭示之一具體實例的圖5A中所展示之NED之一半的橫截面視圖； [圖6A]示意性地說明根據本揭示之一具體實例的包括GRIN LC裝置之系統的圖式； [圖6B]說明當系統包括一或多個習知GRIN LC裝置時圖6A中所展示之系統之使用者之視網膜場處的模擬影像； [圖6C]說明當系統包括一或多個習知GRIN LC裝置時圖6A中所展示之系統之使用者之視網膜場處的模擬影像； [圖6D]說明當系統包括一或多個習知GRIN LC裝置時圖6A中所展示之系統之使用者之視網膜場處的模擬影像；且 [圖6E]說明根據本揭示之具體實例的當系統包括一或多個習知GRIN LC裝置時圖6A中所展示之系統之使用者之視網膜場處的模擬影像。

140:電極層

156:間隙

158:遮光材料

191:經圖案化電極/第一電極/中心電極

192:經圖案化電極/第二電極

Claims (20)

1. 一種裝置，其包含： 液晶（「LC」）層，其具有梯度折射指數分佈；及 電極層，其耦接至該液晶層， 其中該電極層包括由藉由遮光材料遮蔽之一或多個間隙分隔開之複數個電極。
2. 如請求項1之裝置，其中該一或多個間隙填充有該遮光材料。
3. 如請求項1之裝置，其中該一或多個間隙由該遮光材料覆蓋。
4. 如請求項1之裝置，其中該一或多個間隙填充有該遮光材料且由該遮光材料覆蓋。
5. 如請求項1之裝置，其中該遮光材料經組態以實質上吸收在預定波長範圍內之光。
6. 如請求項1之裝置，其中該遮光材料經組態以實質上反射在預定波長範圍內之光。
7. 如請求項1之裝置，其中該遮光材料之寬度在約300 nm至約3 μm之範圍內。
8. 如請求項1之裝置，其中該遮光材料包括有機材料或無機材料中之至少一者。
9. 如請求項1之裝置，其中該遮光材料包括樹脂、金屬或摻雜有染料之聚合物中至少一種。
10. 如請求項1之裝置，其中該液晶層之該梯度折射指數分佈係在垂直於該液晶層之厚度方向的一方向上。
11. 如請求項1之裝置，其中該複數個電極為平行配置之條形電極或同心離散電極。
12. 如請求項1之裝置，其中該電極層為第一電極層，該裝置進一步包含與該第一電極層相對地安置之第二電極層。
13. 如請求項12之裝置，其中該第二電極層包括連續平面電極。
14. 如請求項12之裝置， 其中包括在該第一電極層中之這些電極為第一電極，這些第一電極之間的該一或多個間隙為第一間隙，且 該第二電極層包括由一或多個第二間隙分隔開之複數個第二電極。
15. 如請求項14之裝置，其中該一或多個第二間隙藉由該遮光材料遮蔽。
16. 如請求項14之裝置，其中包括在該第二電極層中之這些第二電極與包括在該第一電極層中之這些第一電極實質上對準。
17. 如請求項14之裝置，其中包括在該第二電極層中之這些第二電極自包括在該第一電極層中之這些第一電極部分偏移。
18. 如請求項1之裝置，其中該遮光材料包括黑矩陣。
19. 如請求項1之裝置，其中該裝置為菲涅耳液晶透鏡、液晶光柵或光學相位陣列中之一者。
20. 如請求項1之裝置，其中這些電極經組態以實質上透射入射至該電極層上之光，且該遮光材料經組態以實質上阻擋入射至該電極層上之該光透射穿過該電極層之該一或多個間隙。

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