TW202303188A - 具有雙軸折射率之多層有機固體薄膜 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種多層有機薄膜，其包括複數個雙軸定向層，其中各層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3。在示例結構中，相鄰層之對應的平面內折射率可相對於彼此旋轉預定角度。此類多層可併入至例如圓形反射偏光片中，該圓形反射偏光片可用於顯示系統中以提供高寬頻帶效率及高離軸對比度。在示例製程中，個別有機薄膜可經模製，且接著經定向及堆疊以形成多層。

Description

具有雙軸折射率之多層有機固體薄膜
本發明係關於具有雙軸折射率之多層有機固體薄膜。 相關申請案之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C. §119(e)主張2021年4月26日申請之美國臨時申請案第63/179,949號及2022年1月24日申請之美國非臨時申請案第17/582580號之優先權，該等申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
聚合物及其他有機材料可併入至多種不同光學及電光器件架構中，包括有源及無源光學件以及電活性器件。輕型且具順應性之一或多個聚合物/有機固體層可併入至諸如智慧型眼鏡之可穿戴器件中，並且為用於包括其中需要舒適的可調整外觀尺寸之虛擬實境/擴增實境器件的新興技術之有吸引力的候選項。
舉例而言，虛擬實境（Virtual reality；VR）及擴增實境（augmented reality；AR）眼鏡器件或頭戴裝置可使得使用者能夠體驗事件，諸如與三維世界之電腦產生的模擬中的人互動或檢視疊加在現實世界視圖上的資料。藉助於實例，可經由光學頭戴式顯示器（optical head-mounted display；OHMD）或藉由使用具有透明頭戴式顯示器（heads-up display；HUD）或擴增實境（AR）覆疊之嵌入式無線眼鏡來實現將資訊疊加至視場上。VR/AR眼鏡器件及頭戴裝置可用於多種目的。舉例而言，政府可使用此類器件用於軍事訓練，醫學專業人員可使用此類器件來模擬手術，且工程師可使用此類器件作為設計可視化輔助。
結合例示性器件及應用，圓形反射偏光片可經組態以反射具有一個圓形偏振之光且透射具有正交偏振之光。舉例而言，在餅狀VR光學器件及偏振光再循環中，寬頻帶圓形反射偏光片典型地為核心組件，其中反射偏光片品質可影響使用者之顯示器觀看體驗或器件之再循環效率。
在比較系統中，圓形反射偏光片可包括線性反射偏光片及四分之一波片，其中線性反射偏光片常常使用諸如PEN之一或多種聚合物材料製成。亦可使用膽固醇型材料，諸如膽固醇型液晶（cholesteric liquid crystal；CLC）製造圓形反射偏光片。然而，對於虛擬實境及擴增實境系統，此等比較方法可能並不提供寬頻帶效率（例如，依據凝視角度）及雙重影像抑制之所要組合。
在一個面向中，本發明關於一種多層有機薄膜，其包含複數個雙軸定向層，其中各雙軸定向層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3。在另一個面向中，本發明關於一種圓形反射偏光片，其包含多層有機薄膜。在另一個面向中，本發明關於一種方法，其包含：在模具表面上形成分子原料層，該分子原料包含有機固體晶體前驅體；在該分子原料之該層之成核區域內自該有機固體晶體前驅體形成選定數目之晶體核；及使該選定數目之晶體核生長以形成有機固體晶體薄膜。在另一個面向中，本發明關於一種多層有機薄膜，其包含雙軸定向之有機固體晶體層之堆疊，其中各雙軸定向層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3，且該堆疊內之相鄰雙軸定向層之各別平面內折射率（n 2、n 3）旋轉偏移一定角度（θ）。
儘管近期有發展，但提供具有改善之光學特性（包括可控制折射率及雙折射率、光學清晰度及光學透明度）的聚合物及其他有機固體材料將為有利的。此類材料可形成為薄膜，且複數個薄膜可經堆疊以形成多層。
包括有機固體晶體材料之複數個層之多層薄膜可併入至多種光學系統及器件中。藉助於實例，光學總成，諸如包括圓形反射偏光片之透鏡系統，可包括多層有機固體薄膜。多層薄膜可包括複數個雙軸定向有機固體材料層。各雙軸層之特徵可在於三個相互正交之折射率（n 1、n 2、n 3），其中n 1≠n 2≠n 3。
根據特定具體實例，多層有機固體薄膜可併入至圓形反射偏光片中以供用於顯示系統中，以提供高寬頻帶效率及高離軸對比度。在示例圓形反射偏光片中，可省略四分之一波片。藉由使各層相對於相鄰層未對準（亦即旋轉），相比於使用比較材料之架構，此類雙軸定向多層薄膜可使得光學元件，諸如圓形反射偏光片能夠具有較高信號效率、改良之離角選擇性及較大雙重影像抑制。有機固體薄膜亦可在各種投影儀中用作增亮層。
一或多種源材料可用於形成有機固體薄膜，包括多層薄膜。示例有機材料可包括各種類別之可結晶有機半導體。根據各種具體實例，有機半導體可包括小分子、大分子、液晶、有機金屬化合物、寡聚物及聚合物。有機半導體可包括p型、n型或雙極多環芳族烴，諸如蒽、菲、碳60、芘、碗烯、茀、聯苯、聯三苯等。示例化合物可包括環狀、線性及/或分支鏈結構，其可為飽和或不飽和的，且可另外包括雜原子及/或飽和或不飽和雜環，諸如呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、哌啶及其類似物。雜原子可包括氟、氯、氮、氧、硫、磷以及各種金屬。用於模製固體有機半導體材料之合適原料可包括含有本文所揭示之有機材料中之一或多者之純有機組成物、熔融物、溶液或懸浮液。
在結構上，所揭示之有機材料以及自其衍生之薄膜可為單晶、多晶或玻璃態的。有機固體晶體可包括呈現所需光學特性（諸如高及可調折射率及高雙折射率）之緊密堆積的結構（例如有機分子）。異向性有機固體材料可包括較佳填充之分子或較佳定向或配向之分子。
此類有機固體晶體（OSC）材料可提供功能性，包括相調、光束控制、波前成形及校正、光通信、光學計算、全像術及其類似者。歸因於其光學及機械特性，有機固體晶體可實現高效能器件，且可併入至無源或有源光學件中，包括AR/VR頭戴裝置，且可替換比較材料系統，諸如聚合物、無機材料及液晶。在某些態樣中，有機固體晶體可具有與無機晶體之光學特性相比之光學特性，同時呈現液晶之可加工性及電反應。
歸因於其相對較低熔融溫度，有機固體結晶材料可經模製以形成所要結構。模製製程可實現複雜架構且可比塊狀晶體之切割、研磨及拋光更經濟。在一個實例中，諸如薄片或立方體之單晶或多晶形狀可部分或完全熔融成所需形式，且接著可控制地冷卻以形成具有新形狀之單晶。
舉例而言，模製光學異向性結晶或部分結晶薄膜之方法可包括對成核及晶體生長之熱動力學及動力學之操作控制。在某些具體實例中，在模製期間，靠近模具之成核區域的溫度可小於模製組成物之熔融起始溫度（T m），而遠離成核區域之溫度可大於熔融起始溫度。在其他具體實例中，在模製期間，靠近模具之成核區域的溫度可為等於或大於模製組成物之熔融起始溫度（T m）的成核溫度，而遠離成核區域之溫度可大於成核溫度。此溫度梯度範式可經由空間上施加之熱梯度獲得，視情況與選擇性熔融製程（例如，雷射、焊鐵等）結合，以移除多餘晶核，從而留下極少晶核（例如，單一晶核）以用於晶體生長。
為了促進成核及晶體生長，所選溫度及溫度梯度可施加至新生薄膜之結晶前沿。舉例而言，接近於結晶前沿之溫度及溫度梯度可基於所選原料（亦即，模製組成物），包括其熔融溫度、熱穩定性及流變屬性來確定。
適用於模製有機固體薄膜之模具可由軟化溫度或玻璃轉移溫度（T g）大於模製組成物之熔融起始溫度（T m）之材料形成。模具可包括任何合適材料，例如矽、二氧化矽、熔融矽石、石英、玻璃、鎳、矽酮、矽氧烷、全氟聚醚、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烴、聚醯亞胺、聚萘二甲酸伸乙酯、聚偏二氟乙烯、聚苯硫醚及其類似者。
磊晶或非磊晶生長製程可用於在適合之基板或模具上形成有機固體晶體（OSC）層。用於促進晶體成核之晶種及經組態以局部抑制成核之抗成核層可共同促進在一或多個指定位置內形成有限數目之晶體核，其繼而可促進較大有機固體晶體之形成。在一些具體實例中，成核促進層或晶種可自身經組態為薄膜。
示例成核促進或種子材料可包括一或多種金屬或無機元素或化合物，諸如Pt、Ag、Au、Al、Pb、氧化銦錫、SiO 2及其類似者。其他示例成核促進或晶種材料可包括有機化合物，諸如聚醯亞胺、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚脲、聚硫胺基甲酸酯、聚乙烯、聚磺酸酯、聚烯烴以及其混合物及組合。在一些實例中，成核促進材料可經組態為紋理化或配向層，諸如經摩擦的聚醯亞胺或光配向層，其可經組態以誘導對於過度形成之有機固體晶體薄膜之方向性或較佳定向。
用於製造有機固體晶體薄膜之示例方法包括提供模具；在模具之至少一部分表面上形成成核促進材料層；以及在模具之表面上沈積熔融原料層且與成核促進材料層接觸，同時在熔融原料層上維持溫度梯度。
抗成核層可包括介電材料。在其他具體實例中，抗成核層可包括非晶形材料。在示例方法中，晶體成核可獨立於基板或模具進行。
在一些具體實例中，安置於基板或模具上方之表面處理或脫模層可用於控制有機固體晶體（OSC）之成核及生長且稍後促進塊狀晶體或薄膜之分離及採集。舉例而言，可將溶解度參數與沈積化學反應失配之塗層應用於基板（例如全域地或局部地）以抑制在沈積製程期間基板與結晶層之間的相互作用。
示例表面處理塗層可包括疏油性塗層或疏水性塗層。疏油性材料或疏水性材料之薄層（例如單層或雙層）可用於在磊晶製程之前調節基板或模具。可基於基板及/或有機結晶材料而選擇塗層材料。其他示例表面處理塗層材料包括矽氧烷、氟矽氧烷、苯基矽氧烷、氟化塗層、聚乙烯醇及其他帶有OH之塗層、丙烯酸類、聚胺基甲酸酯、聚酯、聚醯亞胺及其類似者。
在一些具體實例中，脫模劑可施加至模具之內表面及/或與模製組成物組合。模具之內表面之表面處理可包括小分子或聚合物/寡聚物之化學鍵結或物理吸收，該等聚合物/寡聚物具有可例如經氟化基團、矽酮或烴基官能化或封端之直鏈、分支鏈、樹枝狀或環狀結構。
緩衝層可形成於基板或模具之沈積表面上方。緩衝層可包括可與形成有機固體晶體（例如蒽單晶）之小分子類似或甚至等效的小分子。緩衝層可用於調節基板或模具之沈積/生長表面之一或多個特性，包括表面能、可濕性、結晶或分子定向等。
用於製造有機固體晶體薄膜之另一示例方法包括在模具表面上形成分子原料層，該分子原料包括可結晶有機分子；在分子原料層之成核區域內自有機分子形成選定數目之晶體核；及使該選定數目之晶體核生長以形成有機固體晶體薄膜。在一些具體實例中，晶體核之選定數目可為一個。晶體生長可使用等溫製程、緩慢冷卻及區域退火來控制。
在一些具體實例中，添加劑可用於促進單晶生長及/或其自模具脫模。在一些具體實例中，除有機固體晶體之前驅體（亦即可結晶有機分子）之外，分子原料可包括選自聚合物、寡聚物及小分子之添加劑，其中添加劑之熔融起始溫度可比有機固體晶體前驅體之熔融起始溫度小至少20℃，例如比模製組成物之熔融起始溫度小20℃、30℃或甚至40℃。添加劑可促進晶體生長及較大晶體尺寸之形成。在一些具體實例中，添加劑可與模製製程整合以改良經模製有機固體薄膜之特徵，包括其表面粗糙度。
在模製操作期間，且根據特定具體實例，蓋板可應用於有機固體晶體薄膜之自由表面。蓋板可相對於薄膜之主表面以一角度定向。可向蓋板施加力以產生毛細管力，毛細管力促進熔融原料之質量傳輸，亦即在蓋板與基板之間及生長結晶薄膜之結晶前沿的方向。在一些具體實例中，諸如經由沈積系統之豎直定向，重力可促進熔融原料至結晶前沿之質量傳輸及遞送。用於蓋板及基板之合適材料可獨立地包括二氧化矽、熔融矽石、高折射率玻璃、高折射率無機晶體及高熔融溫度聚合物（例如，矽氧烷、聚醯亞胺、PTFE、PFA等），但涵蓋其他材料組成物。
根據特定具體實例，形成有機固體晶體（OSC）之方法可包括使有機前驅體（亦即可結晶有機分子）與非揮發性介質材料接觸，在基板或模具之表面上方形成包括有機前驅體之層，且處理有機前驅體以形成有機結晶相，其中該有機結晶相可包括較佳定向之分子。
使有機前驅體與非揮發性介質材料接觸之操作可包括形成有機前驅體及非揮發性介質材料之均質混合物。在其他具體實例中，使有機前驅體與非揮發性介質材料接觸之操作可包括在基板或模具之表面上方形成非揮發性介質材料層，及在非揮發性介質材料層上方形成有機前驅體層。
在一些具體實例中，非揮發性介質材料可安置於模具表面與有機前驅體之間且可經調適以降低經模製有機薄膜之表面粗糙度且促進其自模具脫模同時局部抑制結晶相之成核。示例非揮發性介質材料包括液體，諸如矽酮油、氟化聚合物、聚烯烴及/或聚乙二醇。其他示例非揮發性介質材料可包括熔融溫度小於有機前驅體材料之熔融溫度的結晶材料。在一些具體實例中，模具表面可經預處理以便改良非揮發性介質材料之潤濕及/或黏著性。
基板或模具可包括可經組態以向經模製有機固體薄膜提供所要形狀之表面。舉例而言，基板或模具表面可為平面、凹面或凸面的，且可包括三維架構，諸如表面起伏光柵，或經組態以形成微透鏡、微稜鏡或稜柱形透鏡之曲率（例如，複曲率）。根據一些具體實例，基板或模具幾何結構可轉移且併入至過度形成之有機固體晶體薄膜之表面中。為方便起見，除非上下文另外指示，否則術語「基板（substrate）」及「模具（mold）」可在本文中互換地使用。
基板或模具之沈積表面可包括功能層，其經組態以在形成有機固體晶體及其與基板或模具分離之後轉移至有機固體晶體。功能層可包括干涉塗層、AR塗層、反射率增強塗層、帶通塗層、帶屏蔽塗層、包層（blanket）或圖案化電極等。藉助於實例，電極可包括任何適當導電材料，諸如金屬、透明導電氧化物（transparent conductive oxide；TCO）（例如，氧化銦錫或氧化銦鎵鋅）或金屬網或奈米線基質（例如，包括金屬奈米線或碳奈米管）。
作為模製之替代或補充，用於形成有機固體晶體之其他示例沈積方法包括視情況結合適合之基板及/或晶種的氣相生長、固態生長、基於熔融物之生長、溶液生長等。基板可為有機或無機的。舉例而言，薄膜固體有機材料可使用一或多種選自化學氣相沈積及物理氣相沈積之方法製造。例如自溶液或熔融物之其他塗佈方法可包括3D印刷、噴墨印刷、凹版印刷、刀片刮抹、旋塗以及類似者。此類方法可在塗佈操作期間誘導剪切，且因此可有助於微晶或分子配向及有機固體晶體薄膜內之微晶及/或分子之較佳定向。又另一示例方法可包括自熔融物拉取獨立式晶體。根據一些具體實例，固相、液相或氣相沈積製程可包括磊晶製程。
如本文所使用，術語「磊晶（epitaxy/epitaxial）」及/或「磊晶生長及/或沈積（epitaxial growth and/or deposition）」係指沈積表面上的有機固體晶體之成核及生長，其中生長之有機固體晶體層假定與沈積表面之材料相同的結晶慣態。舉例而言，在磊晶沈積製程中，可控制化學反應物且可設定系統參數，使得沈積原子或分子落在沈積表面上且經由表面擴散保持充分行動以根據沈積表面之原子或分子之結晶定向來定向自身。磊晶製程可為均質或異質的。
根據各種具體實例，有機固體晶體薄膜之光學及電光學特性可使用摻雜及相關技術調諧。摻雜可影響例如有機固體晶體之極化性。將摻雜劑（亦即雜質）引入有機固體晶體中可影響例如最高佔用分子軌域（highest occupied molecular orbital；HOMO）及最低未佔用分子軌域（lowest unoccupied molecular orbital；LUMO）帶及從而其帶隙、感應偶極矩及/或分子/晶體極化性。
摻雜可例如使用離子植入或電漿摻雜原位執行，亦即在磊晶生長期間，或在磊晶生長之後來執行。在例示性具體實例中，摻雜可用於在不破壞分子封裝或晶體結構本身之情況下改變有機固體晶體之電子結構。在此方面，可使用植入後退火步驟來彌合在離子植入或電漿摻雜期間引入的晶體缺陷。退火可包括例如快速熱退火或脈衝退火。
摻雜改變主體材料在熱平衡下之電子及電洞載流子濃度。經摻雜之有機固體晶體可為p型或n型。如本文所用，「p型」係指將產生價電子不足之雜質添加至有機固體晶體，而「n型」係指將貢獻自由電子之雜質添加至有機固體晶體。在不希望受理論束縛的情況下，摻雜可影響有機固體晶體內之「π-堆疊」及「π-π相互作用」。
示例摻雜劑包括路易斯酸（電子受體）及路易斯鹼（電子供體）。特定實例包括電荷中性及離子性物質，例如，布朗斯特（Brønsted）酸及布朗斯特鹼，其結合前述製程可藉由溶液生長或自氣相之共沈積而併入有機固體晶體中。在特定具體實例中，摻雜劑可包括有機分子、有機離子、無機分子或無機離子。摻雜分佈可為均質的或侷限於有機固體晶體之特定區域（例如，深度或面積）。
在成核及生長期間，可使用基板溫度、沈積壓力、溶劑蒸氣壓或非溶劑蒸氣壓中之一或多者控制OSC薄膜之平面內軸之定向。高折射率及高度雙折射有機固體薄膜可由基板或模具支撐或自其移除以形成獨立薄膜。若被使用，則基板可為剛性或可變形的。
示例製程可與即時反饋迴路整合，該即時反饋迴路經組態以評估有機固體晶體之一或多種屬性且因此調整一或多種製程變數，包括熔融溫度、模具溫度、原料注射至模具中之速率等。
在沈積之後，可分割且拋光OSC薄膜以獲得所需外觀尺寸及表面品質。舉例而言，分割可包括鑽石車削，但可使用其他切割方法。拋光可包括化學機械拋光。在一些具體實例中，化學或機械表面處理可用於在OSC薄膜之表面上產生結構。示例表面處理方法包括鑽石車削及微影及蝕刻方法。在一些具體實例中，具有互逆結構之蓋板或基板可用於製造OSC薄膜中之表面結構。
有機薄膜可包括為平面、凸面或凹面的表面。在一些具體實例中，表面可包括三維架構，諸如週期性表面起伏光柵。在其他具體實例中，薄膜可經組態為微透鏡或稜柱形透鏡。舉例而言，偏振光學件可包括將一個光偏振選擇性地聚焦於另一者上之微透鏡。在一些具體實例中，結構化表面可原位形成，亦即，在有機固體晶體薄膜於適當成形之模具上方的晶體生長期間。在其他具體實例中，結構化表面可在晶體生長之後形成，例如，使用添加或減去處理，諸如3D打印或微影及蝕刻。可選擇成核及生長動力學及化學物質選擇以產生面積（橫向）尺寸為至少大約1 cm之固體有機晶體薄膜。
有機結晶相可為單晶或多晶。在一些具體實例中，有機結晶相可包括非晶形區域。在一些具體實例中，有機結晶相可為實質上結晶的。有機結晶相之特徵可在於沿著至少一個主軸在589 nm處至少大致1.5之折射率。藉助於實例，有機結晶相在589 nm處及沿著至少一個主軸之折射率可為至少大致1.5、至少大致1.6、至少大致1.7、至少大致1.8、至少大致1.9、至少大致2.0、至少大致2.1、至少大致2.2、至少大致2.3、至少大致2.4、至少大致2.5或至少大致2.6，包括前述值中之任一者之間的範圍。
在一些具體實例中，有機結晶相之特徵可在於雙折射率（Δn），其中n 1≠n 2≠n 3，為至少約0.05，例如至少約0.05、至少約0.1、至少約0.2、至少約0.3、至少約0.4或至少約0.5，包括前述值中之任一者之間的範圍。在一些具體實例中，雙折射有機結晶相之特徵可在於小於約0.05，例如小於約0.05、小於約0.1、小於約0.05、小於約0.02、小於約0.01、小於約0.005、小於約0.002或小於約0.001（包括前述值中之任一者之間的範圍）之雙折射率。
例如等向性或異向性有機分子之三軸橢圓偏振測量法資料展示於表1中。資料包括1,2,3-三氯苯（1,2,3-TCB）、1,2-二苯基乙炔（1,2-DPE）及吩
Figure 111115664-001
的經預測及經量測折射率值及雙折射值。與基於各有機材料組成物之HOMO-LUMO間隙之計算值相比，顯示大於預期的折射率值及雙折射率。
表1.示例有機半導體之折射率及雙折射率資料
有機材料 經預測之折射率 經量測之折射率 （589 nm） 雙折射率
nx ny nz Δn（xy） Δn（xz） Δn（yz）
1,2,3-TCB 1.567 1.67 1.76 1.85 0.09 0.18 0.09
1,2-DPE 1.623 1.62 1.83 1.63 0.18 0.01 0.17
吩
Figure 111115664-001
 1.74 1.76 1.84 1.97 0.08 0.21 0.13
有機固體薄膜，包括多層有機固體薄膜，可為光學透明的且展現低體霧度。如本文中所使用，對於給定厚度，為「透明」或「光學透明」之材料或元件在可見光譜內具有至少約80%，例如約80%、90%、95%、97%、98%、99%或99.5%的透射率，包括任一前述值之間的範圍，及小於約5%之體霧度，例如為約0.1%、0.2%、0.4%、1%、2%或4%之體霧度，包括任一前述值之間的範圍。透明材料通常將展現極低的光吸收及極少的光散射。
如本文中所使用，術語「霧度」及「清晰度」可指與光透射穿過材料相關聯的光學現象，且可例如歸於材料內的光折射，例如歸因於次級相或孔隙度及/或光自材料的一或多個表面之反射。如將瞭解，霧度可與經受廣角散射（亦即，與法線成大於2.5°之角度）的光之量及透射對比度之對應損失相關聯，而清晰度可與經受窄角散射（亦即，與法線成小於2.5°之角度）的光之量及光學銳度或「透視品質（see through quality）」之伴隨損失相關。
在一些具體實例中，一或多個有機固體薄膜層可經分割及堆疊以形成多層。多層薄膜可藉由擇向（clocking）及堆疊個別層來形成。亦即，在示例「經擇向」多層堆疊中，連續層之間的折射率錯向之角度可在約1°至約90°範圍內，例如1、2、5、10、20、30、40、45、50、60、70、80或90°，包括前述值中之任一者之間的範圍。
在示例多層架構中，每一層的厚度可自平面內折射率（n 2及n 3）的平均值判定，其中(n 2+n 3)/2可大於約1.5，例如大於1.5、大於1.55或大於1.6。一般而言，給定層之厚度可與其平面內折射率成之算術平均值成反比。在類似方面中，多層堆疊中之層的總數可自平面內雙折射率（|n 3-n 2|）判定，該平面內雙折射率可大於大致0.05，例如大於0.05、大於0.1或大於0.2。
根據一些具體實例，對於多層堆疊內的給定雙軸定向有機固體材料層，平面外折射率（n 1）可藉由以下關係式與平面內折射率（n 2及n 3）相關
Figure 02_image001
d
Figure 02_image003
，其中 φ表示相鄰層之間的折射率向量之旋轉角。n 1之變化可小於±0.7、小於±0.6、小於±0.5、小於±0.4、小於±0.3或小於±0.2。根據其他具體實例，n 1之值可在n 2與n 3之值之間，亦即n 2＜ n 1＜ n 3。
揭示具有主動可調諧折射率及雙折射率之有機固體晶體。製造此類有機固體晶體之方法可使得能夠不依賴於表面特徵（例如，光柵等）而控制其表面粗糙度，且可包括自其形成光學元件，諸如圓形反射偏光片。
根據各種具體實例，包括有機固體晶體（OSC）之光學元件可整合至諸如OFET、OPV、OLED等之光學組件或器件，且可併入至諸如波導、菲涅爾透鏡（Fresnel lens）（例如，圓柱形菲涅爾透鏡或球形菲涅爾透鏡）、光柵、光子積體電路、雙折射補償層、反射偏光片、折射率匹配層（LED/OLED）及其類似者之結構或器件中。在某些具體實例中，光柵架構可沿著一個、兩個或三個維度可調諧。光學元件可包括單層或多層OSC架構。
如將瞭解，有機固體晶體之一或多個特徵可針對特定應用而特定調適。舉例而言，對於許多光學應用，控制微晶大小、表面粗糙度、機械強度及韌性以及有機固體晶體薄膜內微晶及/或分子之定向可為有利的。在多層架構中，可獨立地選擇各有機層之組成、結構及特性。
有機固體晶體（例如OSC薄膜）可併入無源及有源光波導、諧振器、雷射、光學調變器等中。其他示例有源光學件包括投影儀及投影光學件、眼用高折射率透鏡、眼晴跟蹤儀、梯度折射率光學件、盤查拉特納姆-貝里相位（Pancharatnam-Berry phase；PBP）透鏡、微透鏡、光瞳轉向元件、光學計算、光纖、可重寫光學資料儲存、全光式邏輯閘、多波長光學資料處理、光學電晶體等。根據其他具體實例，有機固體晶體（例如OSC薄膜）可併入至無源光學件中，諸如波導、反射偏光片、折射/繞射透鏡及其類似者。用於無源光學件之相關光學元件可包括波導、偏振選擇性光柵、菲涅爾透鏡、微透鏡、幾何透鏡、PBP透鏡及多層薄膜。
來自本文所描述的具體實例中之任一者的特徵可根據本文中所描述之一般原理彼此組合使用。在結合隨附圖式及申請專利範圍讀取以下詳細描述後，將更全面理解此等及其他具體實例、特徵及優點。
以下將參看圖1-23提供多層有機固體薄膜之結構及其製造方法的詳細描述。與圖1相關聯之論述係關於用於形成有機固體晶體薄膜之基於模具之示例方法。與圖2相關聯之論述係關於示例有機固體晶體之結構及特性。與圖3-9相關聯之論述包括用於形成有機固體晶體之示例磊晶及非磊晶生長製程之描述。與圖10-12相關聯之論述包括1D及2D結構化有機固體晶體之描述。與圖13-17相關聯之論述包括用於形成有機固體晶體薄膜的示例製造方法及設備的描述。與圖18相關聯之論述包括適用於製造有機固體晶體（OSC）薄膜之示例可結晶有機分子之描述。與圖19相關聯之論述包括對圓形反射偏光片之描述，該圓形反射偏光片可包括具有雙軸折射率之多層有機固體薄膜。與圖20相關聯之論述包括對示例多層有機固體薄膜中的平面內折射率（n 3）的定向的描述。與圖21相關聯之論述包括對示例圓形反射偏光片之效能的描述，該圓形反射偏光片包括具有雙軸折射率之多層有機固體薄膜。與圖22及圖23相關聯之論述係關於例示性虛擬實境及擴增實境器件，其可包括如本文所揭示之一或多個有機固體晶體薄膜。
轉向圖1，示意性地展示示例製造架構，其可根據形成有機固體晶體薄膜之某些方法來實施。在一些具體實例中，可結晶有機前驅體層110可沈積於模具120之表面上方或模具表面之間且經處理以形成有機固體晶體薄膜112。
參看圖1A，如製造之中間階段展示，有機前驅體層110可安置於上部模具主體120與下部模具主體120之間，上部模具主體120及下部模具主體120可分別塗佈有非揮發性介質材料之上層及下層130。非揮發性介質材料層130可包括抗成核層。在處理以誘導有機固體晶體之成核及生長之後，可自模具120移除所得有機固體薄膜112。有機固體薄膜112可為雙折射的（例如n 1≠n 2≠n 3）且可由高折射率（例如n 2＞ 1.5及/或n 3＞ 1.5）表徵。
參看圖1B，展示用於形成負載型有機固體晶體薄膜之另一製造架構。在圖1B之架構中，在製造之中間階段中，可結晶有機前驅體層110可安置於基板140上方。上部模具主體120可上覆於有機前驅體層110，且非揮發性介質材料層130可位於模具120與有機前驅體層110之間。非揮發性介質材料層130可直接上覆於有機前驅體層110，且可經組態以在晶體生長期間控制有機固體晶體薄膜112之上表面的表面粗糙度。根據一些具體實例，在圖1A及圖1B中，結晶前沿111在晶體生長期間之移動方向用箭頭A表示。
參看圖2，展示根據基於模具之方法形成之有機固體晶體薄膜的偏振光學顯微鏡影像。薄膜211、212係（A）在不使用非揮發性介質材料的情況下製造，及（B）使用預先安置於模具之表面上方的非揮發性介質材料層製造（例如，使用圖1A或圖1B中所示之方法）。與非揮發性介質材料層之使用相關的經改良表面形態在圖2B中之有機固體薄膜212的外觀上為明顯的。
用於形成有機固體晶體薄膜之示例氣相磊晶生長製程示意性地示於圖3中。有機固體晶體材料之汽化分子310可例如在真空腔室（圖中未示）內導引至基板340之沈積表面341以在基板上方形成有機固體晶體之層。溶劑、汽化分子之濃度、基板溫度、溫度梯度、氣體壓力等之選擇可用以控制分子310之氣相遷移率、分子310之吸附及解吸附速率以及有機固體薄膜之結晶速率及晶體結構。
用於形成有機固體晶體之另一示例磊晶生長製程示意性地示於圖4中。在圖4之方法中，可含有有機晶體熔融物410且在模具420內加熱。舉例而言，模具420可由玻璃或玻璃陶瓷材料形成。有機晶體熔融物410可直接與由模具420含有之非揮發性介質材料430接觸。非揮發性介質材料430可包括矽酮油、氟化聚合物或氟化寡聚物、聚乙二醇、聚烯烴及其類似物。
晶種450可與有機晶體熔融物410接觸且以所需速率（例如在連續操作下）自熔融相汲取以形成有機固體晶體。晶種450可包括有機固體晶體材料。在一些具體實例中，有機晶體熔融物410之組成及晶種450之組成可等同或實質上等同。晶種450可具有接觸熔融相之平面或非平面接觸表面452，其可經選擇以控制過度形成之有機固體晶體之曲率。
用於形成有機固體晶體之又另一示例磊晶生長製程及製程架構示意性地示於圖5中。在圖5之方法中，可含有有機晶體熔融物510且在模具520內加熱。模具520可經組態以提供機械支撐且可包括例如玻璃或玻璃陶瓷材料。有機晶體熔融物510可與上覆於模具520之內表面的非揮發性介質材料層530直接接觸。非揮發性介質材料530可包括矽酮油、氟化聚合物或氟化寡聚物、聚乙二醇、聚烯烴及其類似物。在所示之具體實例中，非揮發性介質材料層530可包括獨立式分子（例如，聚合物、寡聚物之油或刷鍍層）或小分子（例如，矽烷或氟化聚合物）之保形層。
晶種550可與有機晶體熔融物510接觸且以所需速率（例如在連續操作下）自熔融相汲取以形成有機固體晶體。晶種550可包括有機固體晶體材料。在一些具體實例中，有機晶體熔融物510及晶種550可在組成上等同或實質上等同。在一些具體實例中，晶種550可具有平面或非平面接觸表面552，其可經選擇以控制過度形成之有機固體晶體之曲率。
在圖4及圖5之具體實例中，可控制上覆於熔融相之氛圍。舉例而言，上覆於熔融物之氛圍可含有保持在受控壓力及/或流動速率下之惰性氣體，諸如氬氣。
用於形成有機固體晶體之示例模製製程架構展示於圖6中，其中示出（A）雙面模具及（B）單面模具架構兩者。在各方法中，非揮發性介質材料層（亦即，抗成核層）630可安置於模具620與熔融相610之間。局部晶種層（圖中未示）可用於起始晶體成核及生長。對圖6B之單面模具方法之剖示圖示展示於圖7中。在圖7A中，所示為位於模具720內且與抗成核層730接觸之晶種750。參看圖7B，分配元件760可經組態以將有機晶體分子遞送至鄰近於晶種750之成核部位且隨後在晶體生長期間遞送至結晶前沿。
參看圖8，所示為用於磊晶或非磊晶生長製程的示意性設置，其中有機晶種850可與過飽和有機溶液810接觸且自該過飽和有機溶液汲取。有機溶液可包括溶解於適合溶劑中之一或多個可結晶有機分子。有機溶液810可容納於模具820內且藉由抗成核層830與模具820分離。
參看圖9，另一成核及生長方法可包括在基板920上方提供抗成核層930及在抗成核層930上方引入有機晶體溶液910。如圖9A中所示，視情況在無晶種層存在下，有機晶體溶液910可固化形成有機固體晶體。在圖9B中展示獨立式有機固體晶體912之顯微照片。根據一些具體實例，有機固體晶體912之特徵可在於至少約1 cm之長度尺寸。
根據其他具體實例，用於形成具有結構化表面特徵之有機固體晶體之動態及靜態方法示意性地展示於圖10及11中。首先參看圖10A，可將有機晶體溶液或熔融物層1010及相鄰導電液體層1070安置於相對基板1040之間。經圖案化及成對電極1080可上覆於各別基板1040。參看圖10B，在經施加電場（E）下，可在導電液體層1070中誘導圖案，其可在有機晶體材料層1010中產生互逆圖案。隨後，有機晶體材料層1010之結晶可例如視情況結合晶種（圖中未示）藉由熱誘導之成核及生長進行，以形成具有週期性表面特徵之有機固體晶體薄膜。
參看圖11，所示為形成具有結構化表面特徵之有機固體晶體的靜態方法。有機晶體溶液或熔融物層1110及相鄰預圖案化模具1120可安置於相對基板1140之間。在有機晶體溶液或熔融物1110符合圖案化模具之形狀的情況下，可藉由熱誘導之成核及生長進行有機晶體材料層1110之結晶以形成具有週期性表面特徵之有機固體晶體薄膜。
此等結構化有機固體晶體薄膜可形成或併入至各種光學元件中，包括光柵、微透鏡、稜柱形透鏡、菲涅爾透鏡及其類似者。
根據其他具體實例，由自熔融相汲取形成之示例有機固體晶體結構的示意圖展示於圖12中。圖12A中描繪之有機固體晶體1214及圖12B中描繪之有機固體晶體1216可包括各別表面特徵，諸如例如晶結（nodules）1215或晶體刻面（facets）1217。可控制一或多個製程變數，包括自熔融物之汲取速率、壓力及溫度，以產生所需表面圖案。
參看圖13，所示為用於自熔融原料形成有機固體晶體之基於熔融物之示例沈積方法及設備的透視圖。熔融原料1310可由儲集器1390容納。儲集器1390可由例如玻璃或玻璃陶瓷組成物形成，且可包括內部鈍化層（圖中未示）以抑制成核。晶種1350可安裝在可旋轉且可平移桿1355之遠端處，使得晶種1350可降低進入熔融原料1310中且自其抽出。控制系統（圖中未示）可經組態以控制熔融溫度、種子溫度、氣體壓力及上覆於熔融物之氣體組成、熔融原料之旋轉速率、晶種之旋轉速率及汲取速率等中之一或多者。
參看圖14，根據各種具體實例，鄰近於晶種及相對應的成核區域而定位，晶體生長支架可經組態以模板化具有所需形狀之有機固體晶體之生長。如圖14A中所示，與成核區域1441相鄰，平面支架1442可支撐具有平面表面之有機固體晶體的晶體生長。如圖14B中所示，與成核區域1441相鄰，凹面支架1444可支撐具有凸面外表面之有機固體晶體的晶體生長。在一些具體實例中，複數個晶種及複數個相關支架可經排列以形成多個成核位點，若干核可自其生長且併入至較大晶體中。
根據其他具體實例之用於形成有機固體晶體薄膜之示例製造架構及方法的自上而下平面視圖及橫截面視圖展示於圖15及圖16中。圖15A及15B係關於薄膜形成架構，其具有基板1540及安置於基板1540上方之單晶種1550，而圖16A及16B係關於薄膜形成架構，其具有基板1640及安置於基板1640上方之複數個晶種層1650。可結晶有機前驅體層1510、1610可沈積於各別基板1540、1640上方及各別晶種1550、1650上方。
有機固體薄膜1512、1612可藉由使用合適溫度分佈（T 1、T 2、T 3）進行區域退火而形成。示例熱分佈展示於圖16B中，其中有機固體晶體層1612可在晶種1650附近成核。結晶前沿1511、1611在晶體生長期間之移動方向在圖15B及16B中以箭頭A表示。
另一薄膜形成架構展示於圖17中。參看圖17A，薄膜形成架構包括基板1740及安置於基板1740上方之晶種1750。可結晶有機前驅體層1710可沈積於基板1740上方及晶種1750上方。施加適合的熱梯度（T 1、T 2、T 3）可誘導有機固體晶體薄膜1712之成核及生長。薄膜形成架構可相對於熱分佈平移以推進結晶前沿1711且經由晶體生長增加有機固體晶體薄膜1712之面積。
蓋板1740a可上覆於可結晶有機前驅體層1710。蓋板1740a可以相對於基板1740之一定角度（θ）定向且可經組態以產生提高熔融原料向含有結晶前沿1711之區域之質量傳輸的毛細管力。參看圖17B，圖17A之設備可豎直地定向。在圖17B之豎直定向中，除毛細管力以外或作為毛細管力之替代，重力（F g）可有利地促進熔融原料1710向結晶前沿1711之質量轉移。
適用於形成原料組成物之示例OSC材料包括小分子、大分子、液晶、有機金屬化合物、寡聚物及聚合物，且可包括有機半導體，諸如多環芳族化合物，例如蒽、菲及其類似物。製造有機固體晶體之方法可包括自熔融物或溶液之晶體生長、化學或物理氣相沈積及將溶劑塗佈至基板上。基板之沈積表面可全域地或局部地處理以影響例如成核密度、結晶定向、黏著等。前述方法可與一或多個視情況選用之沈積後步驟結合應用，諸如退火、拋光、分割等，其可實施以改良一或多種OSC屬性，包括結晶度、厚度、曲率及其類似者。可用於形成有機固體晶體之示例有機分子展示於圖18中。
參看圖19，所示為示例光學元件之橫截面視圖。以光學對準配置，光學元件1900可包括顯示器1902、偏光片1904、50/50鏡1906及圓形反射偏光片1908。圓形反射偏光片1908可包括由保護層1914以光學方式囊封之多層有機固體薄膜1912。多層有機固體薄膜1912可包括多個有機固體薄膜（未分別展示）之經擇向及堆疊組態。多層有機固體薄膜1912可經組態以反射第一偏振入射光（P1）且透射第二偏振入射光（P2）。
轉向圖20，所示為示例圓形反射偏光片之架構及操作兩者。圓形反射偏光片可包括多層有機固體薄膜，其中多層堆疊中之各OSC層包括雙軸定向之有機固體晶體材料（亦即n 1≠n 2≠n 3），如圖20A中示意性地展示。多層之特徵可在於間距長度（P），其可對應於折射率改變之兩個週期（2Λ）。
在圖20B中，複數個箭頭表示多層中的各OSC層中的折射率向量（例如n 3）的定向。在圖20B之所示具體實例中，右旋（right-handed；RH）圓形反射偏光片透射具有左旋圓偏振（left-hand circular polarization；LCP）之光且反射具有右旋圓偏振（right-hand circular polarization；RCP）之光。
信號效率及重像-信號比相對於反射偏光片厚度之曲線展示於圖21中，且展示包括各自具有雙軸折射率之多個經擇向及堆疊OSC薄膜之反射偏光片相對於比較性反射偏光片可具有較高信號效率及經改善重像抑制。
如本文所揭示，多層薄膜包括雙軸定向有機固體材料之堆疊層。各雙軸定向層具有三個主折射率，其中n 1≠n 2≠n 3。藉由相對於其相鄰層旋轉各層，雙軸多層相較於比較架構呈現更大的信號效率及雙重影像抑制。示例有機固體材料包括結晶（例如，單晶）、部分結晶或非晶形材料，諸如異向性玻璃。多層薄膜內之層可使用物理氣相傳輸（physical vapor transport；PVT）或模製製程形成，但考慮其他沈積方法。 實施例具體實例
實施例1：一種多層有機薄膜，其包括複數個雙軸定向層，其中各雙軸定向層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3。
實施例2：如實施例1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層包括光學異向性有機材料。
實施例3：如實施例1及2中之任一者之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層包括單晶或多晶材料。
實施例4：如實施例1至3中之任一者之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層包括光學異向性玻璃態材料，該玻璃態材料包括沿著預定方向配向之分子。
實施例5：如實施例1至4中之任一者之多層有機薄膜，其中該複數個雙軸定向層在組成上等同。
實施例6：如實施例1至5中之任一者之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層直接上覆於相鄰雙軸定向層。
實施例7：如實施例1至6中之任一者之多層有機薄膜，其中所選擇的雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）相對於在該所選擇的雙軸定向層相鄰處定位的雙軸定向層之對應平面內折射率（n 2、n 3）旋轉一定角度（θ）。
實施例8：如實施例1至7中之任一者之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）的特徵在於(n 2+n 3)/2 ＞ 1.5。
實施例9：如實施例1至8中之任一者之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）的特徵在於|n 2-n 3| ＞ 0.05。
實施例10：如實施例1至9中之任一者之多層有機薄膜，其中根據n 2＜n 1＜n 3，所選擇的雙軸定向層之平面外折射率（n 1）與該所選擇的雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）相關。
實施例11：一種圓形反射偏光片，其包括如實施例1至10中之任一者之多層有機薄膜。
實施例12：一種方法，其包括：在模具表面上形成分子原料層，該分子原料包括有機固體晶體前驅體；在該分子原料之該層之成核區域內自該有機固體晶體前驅體形成選定數目之晶體核；及使該選定數目之晶體核生長以形成有機固體晶體薄膜。
實施例13：如實施例12之方法，其中形成該選定數目之晶體核包括在該成核區域內將該分子原料之該層加熱至大於該有機固體晶體前驅體之熔融起始溫度的溫度。
實施例14：如實施例12及13中之任一者之方法，其中形成該選定數目之晶體核包括在該成核區域外部熔融晶體核。
實施例15：如實施例12至14中之任一者之方法，其中晶核之該選定數目為一個。
實施例16：如實施例12至15中之任一者之方法，其進一步包括在形成該分子原料層之前，在該模具表面上形成脫模層。
實施例17：如實施例12至16中之任一者之方法，其進一步包括將該有機固體晶體薄膜與該模具之該表面分離。
實施例18：如實施例12至17中之任一者之方法，其中該分子原料包括選自聚合物、寡聚物及小分子的製程增強劑，該製程增強劑之熔融起始溫度比該有機固體晶體前驅體之熔融起始溫度小至少20℃。
實施例19：如實施例12至18中之任一者之方法，其中形成該分子原料層包括將該分子原料注入該模具中。
實施例20：一種多層有機薄膜，其包括雙軸定向之有機固體晶體層之堆疊，其中各雙軸定向層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3，且該堆疊內之相鄰雙軸定向層之各別平面內折射率（n 2、n 3）旋轉偏移一定角度（θ）。
本發明之具體實例可包括各種類型的人工實境系統或結合各種類型的人工實境系統加以實施。人工實境為在呈現給使用者之前已以某一方式調節的實境形式，其可包括例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全由電腦生成之內容或與經捕獲（例如，真實世界）內容組合之電腦生成之內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中（諸如，對檢視者產生三維（3D）效應之立體視訊）呈現。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中產生內容及/或另外用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。
人工實境系統可以多種不同外觀尺寸及組態來實施。一些人工實境系統可經設計以在無近眼顯示器（near-eye display；NED）之情況下工作。其他人工實境系統可包括NED，其亦提供對真實世界之可見性（例如圖22中之擴增實境系統2200）或在視覺上使使用者沉浸在人工實境中（例如圖23中之虛擬實境系統2300）。雖然一些人工實境器件可為自含式系統，但其他人工實境器件可與外部器件通信及/或協調以向使用者提供人工實境體驗。此類外部器件之實例包括手持式控制器、行動器件、桌上型電腦、由使用者配戴之器件、由一或多個其他使用者配戴之器件，及/或任何其他合適的外部系統。
轉向圖22，擴增實境系統2200可包括具有框架2210之眼鏡器件2202，該框架經組態以將左側顯示器件2215(A)及右側顯示器件2215(B)固持在使用者眼睛前方。顯示器件2215(A)及2215(B)可共同地或獨立地起作用以向使用者呈現影像或一系列影像。雖然擴增實境系統2200包括兩個顯示器，但本發明之具體實例可實施於具有單個NED或多於兩個NED之擴增實境系統中。
在一些具體實例中，擴增實境系統2200可包括一或多個感測器，諸如感測器2240。感測器2240可回應於擴增實境系統2200之運動而產生量測信號，且可位於框架2210之實質上任何部分上。感測器2240可表示位置感測器、慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）、深度攝影機總成、結構化光發射器及/或偵測器，或其任何組合。在一些具體實例中，擴增實境系統2200可包括或可不包括感測器2240，或可包括多於一個感測器。在感測器2240包括IMU之具體實例中，IMU可基於來自感測器2240之量測信號而產生校準資料。感測器2240之實例可包括但不限於加速計、陀螺儀、磁力計、偵測運動之其他合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的感測器，或其某一組合。
擴增實境系統2200亦可包括具有共同地稱作聲音換能器2220之複數個聲音換能器2220(A)-2220(J)的麥克風陣列。聲音換能器2220可為偵測由聲波誘發之氣壓變化的換能器。每一聲音換能器2220可經組態以偵測聲音且將經偵測聲音轉換為電子格式（例如，類比或數位格式）。圖22中之麥克風陣列可包括例如十個聲音換能器：2220(A)及2220(B)，其可經設計以置放在使用者之對應的耳朵內部；聲音換能器2220(C)、2220(D)、2220(E)、2220(F)、2220(G)及2220(H)，其可定位於框架2210上之不同位置處；及/或聲音換能器2220(I)及2220(J)，其可定位於對應的頸帶2205上。
在一些具體實例中，聲音換能器2220(A)-(F)中之一或多者可用作輸出換能器（例如，揚聲器）。舉例而言，聲音換能器2220(A)及/或2220(B)可為耳塞或任何其他合適類型的耳機或揚聲器。
麥克風陣列之聲音換能器2220的組態可不同。雖然擴增實境系統2200在圖22中展示為具有十個聲音換能器2220，但聲音換能器2220之數目可大於或小於十。在一些具體實例中，使用較高數目個聲音換能器2220可增加經收集音訊資訊之量及/或音訊資訊之敏感度及準確度。相比之下，使用較低數目個聲音換能器2220可降低相關聯的控制器2250處理經收集音訊資訊所需之計算能力。另外，麥克風陣列之每一聲音換能器2220之位置可不同。舉例而言，聲音換能器2220之位置可包括關於使用者之經界定位置、關於框架2210之經界定座標、與每一聲音換能器2220相關聯之定向，或其某一組合。
聲音換能器2220(A)及2220(B)可定位於使用者耳朵之不同部分上，諸如耳廓後方、耳屏後方及/或在耳廓或窩內。或者，除了耳道內部之聲音換能器2220以外，耳朵上或周圍亦可存在額外聲音換能器2220。使聲音換能器2220緊鄰使用者之耳道定位可使得麥克風陣列能夠收集關於聲音如何到達耳道之資訊。藉由將聲音換能器2220中之至少兩者定位在使用者頭部之任一側上（例如，作為雙耳麥克風），擴增實境器件2200可模擬雙耳聽覺且捕獲使用者頭部周圍的3D立體聲聲場。在一些具體實例中，聲音換能器2220(A)及2220(B)可經由有線連接2230連接至擴增實境系統2200，且在其他具體實例中，聲音換能器2220(A)及2220(B)可經由無線連接（例如，藍芽連接）連接至擴增實境系統2200。在再其他具體實例中，聲音換能器2220(A)及2220(B)可根本不結合擴增實境系統2200來使用。
框架2210上之聲音換能器2220可沿著邊撐機構之長度、跨越橋接器、在顯示器件2215(A)及2215(B)上方或下方或其某一組合而定位。聲音換能器2220可定向成使得麥克風陣列能夠在環繞配戴擴增實境系統2200之使用者的廣泛範圍的方向上偵測聲音。在一些具體實例中，可在擴增實境系統2200之製造期間執行最佳化製程以判定麥克風陣列中之每一聲音換能器2220的相對定位。
在一些實施例中，擴增實境系統2200可包括或連接至外部器件（例如，成對器件），諸如頸帶2205。頸帶2205通常表示任何類型或形式的成對器件。因此，頸帶2205之以下論述亦可適用於各種其他成對器件，諸如充電箱、智慧型手錶、智慧型手機、腕帶、其他穿戴式器件、手持式控制器、平板電腦、膝上型電腦、其他外部計算器件等。
如所展示，頸帶2205可經由一或多個連接器耦接至眼鏡器件2202。連接器可為有線或無線的，且可包括電及/或非電（例如，結構性）組件。在一些情況下，眼鏡器件2202及頸帶2205可在其間無任何有線或無線連接之情況下獨立地操作。雖然圖22說明處於眼鏡器件2202及頸帶2205上之示例位置中之眼鏡器件2202及頸帶2205的組件，但該等組件可位於其他地方及/或以不同方式分佈在眼鏡器件2202及/或頸帶2205上。在一些具體實例中，眼鏡器件2202及頸帶2205之組件可位於與眼鏡器件2202、頸帶2205或其某一組合配對的一或多個額外周邊器件上。
使諸如頸帶2205之外部器件與擴增實境眼鏡器件配對可使得眼鏡器件能夠達成一對眼鏡之外觀尺寸，同時仍提供用於擴展能力之足夠的電池功率及計算能力。擴增實境系統2200之電池功率、計算資源及/或額外特徵中之一些或全部可由成對器件提供或在成對器件與眼鏡器件之間共用，因此整體上縮減眼鏡器件之重量、熱分佈及外觀尺寸，同時仍保持所要功能性。舉例而言，頸帶2205可允許原本將包括在眼鏡器件上之組件包括於頸帶2205中，此係由於使用者可在其肩部上承受比其將在其頭部上承受的更重的重量負載。頸帶2205亦可具有較大表面積，以在該表面積上方將熱擴散且分散至周圍環境。因此，頸帶2205可允許比獨立眼鏡器件上可能另外存在的電池及計算容量大的電池及計算容量。由於頸帶2205中所攜載之重量相比於眼鏡器件2202中所攜載之重量對於使用者之侵入性可更小，因此使用者可承受配戴較輕眼鏡器件且承受攜載或配戴成對器件之時間長度大於使用者將承受配戴較重的獨立式眼鏡器件之時間長度，進而使得使用者能夠將人工實境環境更充分地併入至其日常活動中。
頸帶2205可以通信方式與眼鏡器件2202及/或其他器件耦接。此等其他器件可向擴增實境系統2200提供某些功能（例如，追蹤、定位、深度映射、處理、儲存等）。在圖22之具體實例中，頸帶2205可包括兩個聲音換能器（例如，2220(I)及2220(J)），其為麥克風陣列之部分（或可能形成其自身的麥克風子陣列）。頸帶2205亦可包括控制器2225及電源2235。
頸帶2205之聲音換能器2220(I)及2220(J)可經組態以偵測聲音且將經偵測聲音轉換為電子格式（類比或數位）。在圖22之具體實例中，聲音換能器2220(I)及2220(J)可定位於頸帶2205上，進而增加頸帶聲音換能器2220(I)及2220(J)與定位於眼鏡器件2202上之其他聲音換能器2220之間的距離。在一些情況下，增加麥克風陣列之聲音換能器2220之間的距離可提高經由麥克風陣列執行之波束成形之準確度。舉例而言，若聲音係由聲音換能器2220(C)及2220(D)偵測到且聲音換能器2220(C)與2220(D)之間的距離大於例如聲音換能器2220(D)與2220(E)之間的距離，則經偵測聲音之經判定源位置可比聲音係由聲音換能器2220(D)及2220(E)偵測到之情況更準確。
頸帶2205之控制器2225可處理由頸帶2205及/或擴增實境系統2200上之感測器產生的資訊。舉例而言，控制器2225可處理來自麥克風陣列之描述由麥克風陣列偵測到之聲音的資訊。對於每一經偵測聲音，控制器2225可執行到達方向（direction-of-arrival；DOA）估計以估計經偵測聲音自哪一方向到達麥克風陣列。當麥克風陣列偵測到聲音時，控制器2225可用資訊填充音訊資料集。在擴增實境系統2200包括慣性量測單元之具體實例中，控制器2225可根據位於眼鏡器件2202上之IMU計算所有慣性及空間計算。連接器可在擴增實境系統2200與頸帶2205之間及在擴增實境系統2200與控制器2225之間傳送資訊。該資訊可呈光學資料、電資料、無線資料或任何其他可傳輸資料形式之形式。將由擴增實境系統2200產生的資訊之處理移動至頸帶2205可縮減眼鏡器件2202中之重量及熱，從而使該眼鏡器件對於使用者而言更舒適。
頸帶2205中之電源2235可將電力提供至眼鏡器件2202及/或頸帶2205。電源2235可包括但不限於鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰原電池、鹼性電池或任何其他形式之電力儲存器件。在一些情況下，電源2235可為有線電源。將電源2235包括在頸帶2205上而非眼鏡器件2202上可幫助較佳地分佈由電源2235產生之重量及熱。
如所提及，代替將人工實境與實際實境摻合，一些人工實境系統可實質上用虛擬體驗來替換使用者對真實世界之感測感知中之一或多者。此類型系統之一個實例為頭戴式顯示系統，諸如圖23中之虛擬實境系統2300，其主要或完全地覆蓋使用者之視場。虛擬實境系統2300可包括塑形成圍繞使用者頭部裝配之前部剛體2302及帶2304。虛擬實境系統2300亦可包括輸出音訊換能器2306(A)及2306(B)。此外，雖然圖23中未展示，但前部剛體2302可包括一或多個電子元件，其包括一或多個電子顯示器、一或多個慣性量測單元（IMU）、一或多個追蹤發射器或偵測器及/或用於產生人工實境體驗之任何其他合適的器件或系統。
人工實境系統可包括多種類型的視覺回饋機構。舉例而言，擴增實境系統2200及/或虛擬實境系統2300中之顯示器件可包括一或多個液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、發光二極體（light emitting diode；LED）顯示器、有機LED（organic LED；OLED）顯示器、數位光投影（digital light project；DLP）微顯示器、矽上液晶（liquid crystal on silicon；LCoS）微顯示器，及/或任何其他合適類型的顯示螢幕。此等人工實境系統可包括用於兩個眼睛之單個顯示螢幕或可為每一眼睛提供顯示螢幕，此可允許用於變焦調節或用於校正使用者之屈光不正的額外靈活性。一些人工實境系統亦可包括具有一或多個透鏡（例如，習知凹透鏡或凸透鏡、菲涅耳（Fresnel）透鏡、可調節液體透鏡等）之光學子系統，使用者可藉由該等透鏡檢視顯示螢幕。此等光學子系統可用於多種目的，包括使光準直（例如，使物件出現在比其實體距離更大的距離處）、放大光（例如，使物件看起來比其實際大小大）及/或中繼光（將光中繼至例如檢視者之眼睛）。此等光學子系統可用於非光瞳形成架構（諸如直接使光準直但產生所謂的枕形畸變之單透鏡組態）及/或光瞳形成架構（諸如產生所謂的桶形畸變以消除枕形畸變之多透鏡組態）中。
除了使用顯示螢幕以外或代替使用顯示螢幕，一些人工實境系統可包括一或多個投影系統。舉例而言，擴增實境系統2200及/或虛擬實境系統2300中之顯示器件可包括微型LED投影儀，其（使用例如波導）將光投影至顯示器件中，該等顯示器件諸如允許環境光穿過之清晰的組合器透鏡。顯示器件可將經投影光朝向使用者瞳孔折射且可使得使用者能夠同時檢視人工實境內容及真實世界兩者。顯示器件可使用多種不同光學組件中之任一者來實現此情形，該等光學組件包括波導組件（例如，全像、平面、繞射、偏光及/或反射波導元件）、光操縱表面及元件（諸如繞射、反射及折射元件以及光柵）、耦接元件等。人工實境系統亦可經組態成具有任何其他合適類型或形式之影像投影系統，諸如用於虛擬視網膜顯示器中之視網膜投影儀。
人工實境系統亦可包括各種類型的電腦視覺組件及子系統。舉例而言，擴增實境系統2200及/或虛擬實境系統2300可包括一或多個光學感測器，諸如二維（two-dimensional；2D）或3D相機、結構化之光傳輸器及偵測器、飛行時間深度感測器、單束或掃掠雷射測距儀、3D LiDAR感測器及/或任何其他合適類型或形式的光學感測器。人工實境系統可處理來自此等感測器中之一或多者之資料以識別使用者之位置、繪製真實世界、向使用者提供關於真實世界環境之情境及/或執行多種其他功能。
人工實境系統亦可包括一或多個輸入及/或輸出音訊換能器。在圖23中所示之實例中，輸出音訊換能器2306(A)及2306(B)可包括音圈揚聲器、帶式揚聲器、靜電揚聲器、壓電揚聲器、骨傳導換能器、軟骨傳導換能器、耳屏振動換能器及/或任何其他合適類型或形式之音訊換能器。類似地，輸入音訊換能器可包括電容式麥克風、動態麥克風、帶式麥克風及/或任何其他類型或形式的輸入換能器。在一些具體實例中，單個換能器可用於音訊輸入及音訊輸出兩者。
雖然圖22中未展示，人工實境系統亦可包括觸感（亦即，觸覺）回饋系統，其可併入至頭飾、手套、連體套裝、手持式控制器、環境器件（例如，座椅、地墊等）及/或任何其他類型的器件或系統中。觸覺回饋系統可提供各種類型的皮膚回饋，包括振動、力、牽引力、紋理及/或溫度。觸覺回饋系統亦可提供各種類型的動覺回饋，諸如運動及順應性。觸覺回饋可使用馬達、壓電致動器、流體系統及/或多種其他類型的回饋機構來實施。觸覺回饋系統可獨立於其他人工實境器件、在其他人工實境器件內及/或結合其他人工實境器件來實施。
藉由提供觸覺感覺、聽覺內容及/或視覺內容，人工實境系統可在多種情境及環境中產生整個虛擬體驗或增強使用者之真實世界體驗。舉例而言，人工實境系統可在特定環境內輔助或延伸使用者之感知、記憶或認知。一些系統可增強使用者與真實世界中之其他人的互動或可實現與虛擬世界中之其他人的更具沉浸式之互動。人工實境系統亦可用於教學目的（例如，用於在學校、醫院、政府組織、軍事組織、企業等中進行教學或訓練）、娛樂目的（例如，用於播放視訊遊戲、聽音樂、觀看視訊內容等）及/或用於可存取性目的（例如，作為助聽器、視覺輔助物等）。本文中所揭示之具體實例可在此等情境及環境中之一或多者中及/或在其他情境及環境中實現或增強使用者之人工實境體驗。
本文中描述及/或說明的製程參數及步驟順序僅作為實例給出且可按需要變化。舉例而言，雖然本文中所說明及/或描述的步驟可以特定次序展示或論述，但此等步驟未必需要以所說明或論述之次序執行。本文中所描述及/或說明的各種例示性方法亦可省略本文中所描述或說明的步驟中之一或多者或包括除了所揭示彼等步驟之外的額外步驟。
先前描述已經提供以使熟習此項技術者能夠最佳利用本文所揭示之例示性具體實例的各種態樣。此例示性描述並不意欲為詳盡的或限制於所揭示之任何精確形式。在不脫離本發明之精神及範圍的情況下，許多修改及變化係可能的。本文所揭示之具體實例應在所有態樣視為說明性且非限制性的。在判定本發明之範圍時應參考所附申請專利範圍及其等效物。
除非另外指出，否則如說明書及申請專利範圍中所使用的術語「連接至（connected to）」及「耦接至（coupled to）」（及其衍生詞）被解釋為准許直接及間接（亦即，經由其他元件或組件）連接兩者。另外，如說明書及申請專利範圍中使用之術語「一（a或an）」被視為意謂「中之至少一者」。最終，為易於使用，如說明書及申請專利範圍中所使用的術語「包括」及「具有」（及其衍生詞）可與詞「包含」互換並具有與詞「包含」相同之含義。
如本文中所使用，在某些具體實例中，參考特定數值或值範圍的術語「大致（approximately）」可意謂且包括所陳述值以及在所陳述值之10%內的所有值。因此，作為實例，在某些具體實例中，作為「大致50」來提及數值「50」可包括等於50±5之值，亦即，在45至55之範圍內之值。
如本文所用，術語「實質上（substantially）」參考給定參數、特性或條件，可意謂且包括所屬技術領域中具有通常知識者將在一定程度上理解給定參數、特性或條件符合較小程度之差異，諸如在可接受的製造公差內。藉助於實例，取決於實質上符合之特定參數、特性或條件，可至少大致90%符合、至少大致95%符合或甚至至少大致99%符合參數、特性或條件。
應理解，當諸如層或區域之元件被稱作「形成於另一元件上」、「沈積於另一元件上」或「安置於另一元件上」、「形成於另一元件上方」、「沈積於另一元件上方」或「安置於另一元件上方」，其可直接位於另一元件之至少一部分上或亦可存在一或多個介入元件。相比之下，當元件被稱為「直接在另一元件上（directly on）」或「直接在另一元件上方（directly over）」時，其可位於另一元件之至少一部分上，其中不存在介入元件。
雖然可使用過渡片語「包含（comprising）」來揭示特定具體實例之各種特徵、元件或步驟，但應理解暗示了替代性具體實例，包括可使用過渡片語「由…組成（consisting）」或「基本上由…組成（consisting essentially of）」來描述的彼等具體實例。因此，舉例而言，包含或包括矽氧烷之脫模層的隱含替代性具體實例包括其中脫模層由矽氧烷組成之具體實例及其中脫模層基本上由矽氧烷組成之具體實例。
110:可結晶有機前驅體層/有機前驅體層 111:結晶前沿 112:有機固體晶體薄膜/有機固體薄膜 120:模具/上部模具主體/下部模具主體 130:非揮發性介質材料層 140:基板 211:薄膜 212:薄膜 310:分子 340:基板 341:沈積表面 410:有機晶體熔融物 420:模具 430:非揮發性介質材料 450:晶種 452:平面或非平面接觸表面 510:有機晶體熔融物 520:模具 530:非揮發性介質材料層 550:晶種 552:平面或非平面接觸表面 610:熔融相 620:模具 630:非揮發性介質材料層 720:模具 730:抗成核層 750:晶種 760:分配元件 810:過飽和有機溶液/有機溶液 820:模具 830:抗成核層 850:晶種 910:有機晶體溶液 912:獨立式有機固體晶體/有機固體晶體 920:基板 930:抗成核層 1010:有機晶體溶液或熔融物層/有機晶體材料層 1040:基板 1070:導電液體層 1080:經圖案化及成對電極 E:電場 1110:有機晶體溶液或熔融物層/有機晶體材料層 1120:預圖案化模具 1140:基板 1214:有機固體晶體 1215:晶結 1216:有機固體晶體 1217:晶體刻面 1310:熔融原料 1350:晶種 1355:可旋轉且可平移桿 1390:儲集器 1441:成核區域 1442:平面支架 1444:凹面支架 1510:可結晶有機前驅體層 1511:結晶前沿 1512:有機固體薄膜 1540:基板 1550:晶種 1610:可結晶有機前驅體層 1611:結晶前沿 1612:有機固體薄膜 1640:基板 1650:晶種 1710:可結晶有機前驅體層/熔融原料 1711:結晶前沿 1712:有機固體晶體薄膜 1740:基板 1740a:蓋板 1750:晶種 F g:重力 1900:光學元件 1902:顯示器 1904:偏光片 1906: 50/50鏡 1908:圓形反射偏光片 1912:多層有機固體薄膜 1914:保護層 P1:第一偏振入射光 P2:第二偏振入射光 2200:擴增實境系統/擴增實境器件 2202:眼鏡器件 2205:頸帶 2210:框架 2215(A):左側顯示器件/顯示器件 2215(B):右側顯示器件/顯示器件 2220(A):聲音換能器 2220(B):聲音換能器 2220(C):聲音換能器 2220(D):聲音換能器 2220(E):聲音換能器 2220(F):聲音換能器 2220(G):聲音換能器 2220(H):聲音換能器 2220(I):聲音換能器 2220(J):聲音換能器 2225:控制器 2230:有線連接 2235:電源 2240:感測器 2250:控制器 2300:虛擬實境系統 2302:前部剛體 2304:帶 2306(A):音訊換能器 2306(B):音訊換能器
隨附圖式說明數個例示性具體實例且為本說明書之一部分。連同以下描述，此等圖式展現且解釋本發明之各種原理。
[圖1]說明根據各種具體實例之用於製造（A）獨立式有機固體晶體材料及（B）負載型有機固體晶體材料之示例方法。
[圖2]展示根據一些具體實例之（A）不使用非揮發性介質材料及（B）使用非揮發性介質材料製造之有機固體晶體薄膜的交叉偏振顯微鏡影像。
[圖3]為根據一些具體實例之用於形成有機固體晶體的基於氣相沈積之磊晶生長製程的示意性圖示。
[圖4]為根據一些具體實例之用於形成有機固體晶體之基於熔融物的磊晶生長製程的示意性圖示。
[圖5]為根據其他具體實例之用於形成有機固體晶體的基於熔融物之磊晶生長製程的示意性圖示。
[圖6]展示根據其他具體實例之用於形成有機固體晶體之（A）雙面模具及（B）單面模具磊晶生長製程。
[圖7]展示根據一些具體實例之用於形成有機固體晶體之種子式單面模具磊晶生長製程。
[圖8]為根據一些具體實例之用於形成有機固體晶體之基於溶劑的磊晶/非磊晶生長製程的示意性說明。
[圖9]為根據某些具體實例之用於形成有機固體晶體的非磊晶生長製程的示意性說明。
[圖10]說明根據一些具體實例之含有機固體晶體之實例架構。
[圖11]說明根據其他具體實例之含有機固體晶體之實例架構。
[圖12]說明根據一些具體實例之示例有機固體晶體幾何結構。
[圖13]為根據各種具體實例之用於製造有機固體晶體之示例晶體生長設備的示意性說明。
[圖14]為根據某些具體實例之示例成核表面及支架幾何結構的圖示。
[圖15]為展示根據一些具體實例之用於製造有機固體晶體（organic solid crystal；OSC）薄膜之具有單成核部位之示例晶體生長組態的（A）自上而下視圖及（B）側視圖的圖示。
[圖16]為展示根據一些具體實例之用於製造有機固體晶體（OSC）薄膜之具有複數個成核部位之實例晶體生長組態的（A）自上而下視圖及（B）側視圖的圖示。
[圖17]為展示根據一些具體實例之用於促進質量傳輸至結晶前沿之OSC薄膜製造組態之圖示。
[圖18]展示根據某些具體實例之用於製造有機固體晶體之示例可結晶有機分子。
[圖19]為根據一些具體實例之包括含反射有機固體晶體之偏光片的光學元件的橫截面示意性說明。
[圖20]為根據各種具體實例之雙軸多層有機固體薄膜中主平面內折射率（n 3）之定向的圖示。
[圖21]為根據一些具體實例之包括雙軸定向有機固體材料之反射偏光片的隨反射偏光片厚度而變之信號效率及雙重影像抑制之曲線圖。
[圖22]為可結合本發明之具體實例使用的例示性擴增實境眼鏡之圖示。
[圖23]為可結合本發明之具體實例使用的例示性虛擬實境頭戴裝置之圖示。
貫穿該等圖式，相同的參考標號及描述指示類似但未必相同的元件。雖然本文中所描述的例示性具體實例易受各種修改及替代形式之影響，但在圖式中已以舉例方式顯示了特定具體實例，且將在本文中對其進行詳細描述。然而，本文中所描述之例示性具體實例並不意欲限於所揭示之特定形式。相反地，本發明涵蓋屬於所附申請專利範圍之範圍內之全部修改、等效物及替代方案。
110:可結晶有機前驅體層/有機前驅體層
111:結晶前沿
112:有機固體晶體薄膜/有機固體薄膜
120:模具/上部模具主體/下部模具主體
130:非揮發性介質材料層
140:基板

Claims (20)

  1. 一種多層有機薄膜，其包含複數個雙軸定向層，其中各雙軸定向層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3。
  2. 如請求項1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層包含光學異向性有機材料。
  3. 如請求項1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層包含單晶或多晶材料。
  4. 如請求項1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層包含光學異向性玻璃態材料，該玻璃態材料包含沿著預定方向配向之分子。
  5. 如請求項1之多層有機薄膜，其中該複數個雙軸定向層在組成上等同。
  6. 如請求項1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層直接上覆於相鄰雙軸定向層。
  7. 如請求項1之多層有機薄膜，其中所選擇的雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）相對於在該所選擇的雙軸定向層相鄰處定位的雙軸定向層之對應平面內折射率（n 2、n 3）旋轉一定角度（θ）。
  8. 如請求項1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）的特徵在於(n 2+n 3)/2 ＞ 1.5。
  9. 如請求項1之多層有機薄膜，其中各雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）的特徵在於|n 2-n 3| ＞ 0.05。
  10. 如請求項1之多層有機薄膜，其中根據n 2＜n 1＜n 3，所選擇的雙軸定向層之平面外折射率（n 1）與該所選擇的雙軸定向層之平面內折射率（n 2、n 3）相關。
  11. 一種圓形反射偏光片，其包含如請求項1之多層有機薄膜。
  12. 一種方法，其包含： 在模具表面上形成分子原料層，該分子原料包含有機固體晶體前驅體； 在該分子原料之該層之成核區域內自該有機固體晶體前驅體形成選定數目之晶體核；及 使該選定數目之晶體核生長以形成有機固體晶體薄膜。
  13. 如請求項12之方法，其中形成該選定數目之晶體核包含在該成核區域內將該分子原料之該層加熱至大於該有機固體晶體前驅體之熔融起始溫度的溫度。
  14. 如請求項12之方法，其中形成該選定數目之晶體核包含在該成核區域外部熔融晶體核。
  15. 如請求項12之方法，其中晶核之該選定數目為一個。
  16. 如請求項12之方法，其進一步包含在形成該分子原料層之前，在該模具表面上形成脫模層。
  17. 如請求項12之方法，其進一步包含將該有機固體晶體薄膜與該模具之該表面分離。
  18. 如請求項12之方法，其中該分子原料包含選自由聚合物、寡聚物及小分子組成之群的製程增強劑，該製程增強劑之熔融起始溫度比該有機固體晶體前驅體之熔融起始溫度小至少20℃。
  19. 如請求項12之方法，其中形成該分子原料層包含將該分子原料注入該模具中。
  20. 一種多層有機薄膜，其包含雙軸定向之有機固體晶體層之堆疊，其中各雙軸定向層之特徵在於相互正交之折射率，亦即n 1≠n 2≠n 3，且該堆疊內之相鄰雙軸定向層之各別平面內折射率（n 2、n 3）旋轉偏移一定角度（θ）。
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