TW202336468A - 具有補償波浪結構的液晶偏光全像裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種裝置。該裝置包括具有波浪表面之偏光全像聚合物層，該偏光全像聚合物層之光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向。該裝置亦包括補償層，該補償層安置於該偏光全像聚合物層之該波浪表面處且經組態以補償該波浪表面之形狀。

Description

具有補償波浪結構的液晶偏光全像裝置

本揭示內容大體上係關於裝置，且更具體言之，係關於一種具有補償波浪結構之液晶偏光全像裝置。 相關申請案之交叉參考

本申請案主張分別在2021年11月8日及2022年9月13日申請之美國臨時申請案第63/276,793號及美國非臨時申請案第17/944,183號的優先權。以上所提及申請案之內容之全文係以引用方式併入本文中。

液晶偏光全像（「LCPH」）係指液晶裝置與偏光全像之相交。在過去幾十年裏，已發展至萬億美元行業的液晶顯示器（「LCD」）為液晶裝置之最成功實例。LCD行業已對自低端G2.5製造線至高端G10.5+的規模製造進行大量投資，以滿足對顯示器之市場需求。然而，LCD行業近來面臨來自有機發光二極體（「OLED」）、電子紙及其他新興顯示技術之競爭，此使LCD行業之增長率趨於平緩並導致大量的早期生產能力冗餘。此提供再利用LCD備用容量及現有供應鏈來製造藉由偏光全像而特性化之新穎LC光學裝置的機會。

LCPH具有諸如厚度小（約1 μm）、重量輕、緊湊、孔徑大、效率高、製造簡單等之特徵。因此，LCPH在光學裝置及系統應用，例如近眼顯示器（「NED」）、平視顯示器（「HUD」）、頭戴式顯示器（「HMD」）、智慧型手機、膝上型電腦、電視或車輛等中獲得愈來愈多的關注。舉例而言，LCPH可用於解決調節-輻輳衝突、實現空間受限光學系統中之較薄且高效的眼睛追蹤及深度感測、開發用於影像形成之光學組合器、校正色像差以實現緊湊光學系統中之折射光學元件之影像解析度增強，以及改良光學系統之效率且減小光學系統之大小。

根據本揭示內容之一態樣，提供一種裝置。該裝置包括具有波浪表面之偏光全像聚合物層，該偏光全像聚合物層之光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向。該裝置亦包括補償層，該補償層安置於該偏光全像聚合物層之該波浪表面處且經組態以補償該波浪表面之形狀。

根據本揭示內容之另一態樣，提供一種方法。該方法包括提供具有波浪表面及光軸之偏光全像聚合物層，該光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向。該方法包括在該偏光全像聚合物層之該波浪表面上方形成補償層以補償該波浪表面之形狀。

根據本揭示內容之另一態樣，提供一種方法。該方法包括判定測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與一或多個聚合參數之間的一或多個關係，該測試偏光全像聚合物層具有經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向之光軸。該方法亦包括判定致使該測試偏光全像聚合物層之該波浪表面之該平均高度為預定平均高度的該一或多個聚合參數之一或多個值。該方法亦包括基於該一或多個聚合參數之經判定之該一或多個值使用聚合過程來製造最終偏光全像聚合物層，該所製造之最終偏光全像聚合物層具有具有該預定平均高度之波浪表面。

本揭示內容之其他態樣可由所屬技術領域中具有通常知識者依據本揭示內容之描述、申請專利範圍及圖式來理解。前述大體描述及下文詳細描述僅係例示性及解釋性的，且並不限制申請專利範圍。

將參考隨附圖式描述與本揭示內容一致的具體實例，該等隨附圖式僅為用於繪示性目的之實例且並不意欲限制本揭示內容之範圍。在任何可能之處，在整個圖式中使用相同參考編號來指相同或類似部分，且可省略其詳細描述。

另外，在本揭示內容中，可組合所揭示具體實例及所揭示具體實例之特徵。所描述具體實例為本揭示內容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推導出與本發明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、取代、添加或其他變化。所揭示具體實例之此類變化仍在本揭示內容之範圍內。因此，本揭示內容不限於所揭示具體實例。替代地，本揭示內容之範圍係由所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影響或可不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。同樣地，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。同樣地，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」、「緊固」、「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，可使用諸如沉積、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」、「緊固」、「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。第一元件可安置於第二元件之任何合適之側處，諸如左側、右側、前方、後方、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範例相對位向。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範例組態。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於第二元件「上」。應理解，術語「在……上」可能未暗示第一元件在豎直重力方向上位於第二元件上方。舉例而言，當將第一元件及第二元件之總成轉動180度時，第一元件可在第二元件「之下」（或第二元件可在第一元件「上」）。因此，應理解，當圖展示第一元件在第二元件「上」時，組態僅為繪示性實例。第一元件可相對於第二元件以任何合適之位向安置或配置（例如，在第二元件上方或之上、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（「CPU」）、圖形處理單元（「GPU」）、特殊應用積體電路（「ASIC」）、可程式化邏輯裝置（「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的任何合適電路、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（「ROM」)、隨機存取記憶體（「RAM」）、快閃記憶體等。

術語「膜」、「層」、「塗層」或「板」可包括可安置於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。

片語「平面內方向」、「平面內位向」、「平面內旋轉」、「平面內對準圖案」及「平面內間距」分別係指膜或層之平面（例如，膜或層之表面平面，或平行於膜或層之表面平面之平面）中的方向、位向、旋轉、對準圖案及間距。術語「平面外方向」或「平面外位向」指示不平行於膜或層之平面（例如，垂直於膜或層之表面平面，例如垂直於平行於表面平面的平面）的方向或位向。舉例而言，當「平面內」方向或位向係指表面平面內之方向或位向時，「平面外」方向或位向可指垂直於表面平面之厚度方向或位向，或不平行於表面平面之方向或位向。

在「正交偏光」中所使用之術語「正交」或在「正交地偏光」中所使用之術語「正交地」意謂表示兩個偏光的兩個向量之內積實質上為零。舉例而言，具有正交偏光之兩個光或光束（或兩個正交偏振光或光束）可為具有兩個正交偏光方向（例如，笛卡爾座標系統中之x軸方向及y軸方向）的兩個線性偏振光（或光束）或具有相反偏手性之兩個圓偏振光（例如，左旋圓偏振光及右旋圓偏振光）。

在本揭示內容中，取決於光束之傳播方向與表面之法線之間的角度關係，可將光束相對於表面之法線的角度（例如，繞射光束之繞射角或入射光束之入射角）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（或逆時針）時，傳播方向之角度可定義為正角，且當光束之傳播方向為自法線之逆時針（或順時針）時，傳播方向之角度可定義為負角。

本揭示內容中所提及之波長範圍、光譜或帶係出於繪示性目的。所揭示之光學裝置、系統、元件、總成及方法可應用於可見波長帶，以及其他波長帶，諸如紫外線（「UV」）波長帶、紅外線（「IR」）波長帶，或其組合。用於修飾描述光之處理之光學回應動作，諸如透射、反射、繞射、阻擋或其類似者的術語「實質上」或「主要」意謂光之大部分（包括全部）經透射、反射、繞射或阻擋等。大部分可為可基於特定應用需要而判定之整個光的預定百分比（大於50%），諸如100%、95%、90%、85%、80%等。

在液晶偏光全像（「LCPH」）元件當中，已廣泛研究了基於液晶（「LC」）之幾何相位（「GP」）或盤貝相位（「PBP」）元件及偏光體積全像（「PVH」）元件。PBP元件可基於經由幾何相位提供之相位輪廓而調變圓偏振光。PBP元件可將線性偏振光或非偏振光分裂成具有相反偏手性及對稱偏轉方向之兩個圓偏振光。PVH元件可基於布拉格繞射（Bragg diffraction）調變圓偏振光。PVH元件可將線性偏振光或非偏振光分裂成具有相反偏手性或相同偏手性之兩個圓偏振光。PVH元件可實質上向前或向後繞射一個圓偏光分量，同時實質上透射線性偏振光或非偏振光之另一圓偏光分量。PBP元件及PVH元件中之LC分子的位向可展現三維旋轉，且可具有類似之平面內位向圖案。

圖1A繪示根據本揭示內容之一具體實例的液晶偏光全像（「LCPH」）裝置100之示意性三維（「3D」）視圖，其中光102沿著-z軸入射至LCPH元件100上。圖1B至圖1D示意性地繪示根據本揭示內容之各種具體實例的圖1A中所展示之LCPH元件100之一部分的各種視圖，其展示LCPH元件100中之光學各向異性分子的平面內位向。圖1E至圖1H示意性地繪示根據本揭示內容之各種具體實例的圖1A中所展示之LCPH元件100之一部分的各種視圖，其展示LCPH 100元件中之光學各向異性分子的平面外位向。

如圖1A中所展示，儘管出於繪示性目的將LCPH元件100展示為矩形板形狀，但LCPH元件100可具有任何合適之形狀，諸如圓形形狀。在一些具體實例中，沿著光102之光傳播路徑的一或兩個表面可具有彎曲形狀。在一些具體實例中，LCPH元件100可包括具有固有或誘導（例如光誘導）光學各向異性之一或多種雙折射材料的薄層（或膜）115，該一或多種雙折射材料諸如液晶、液晶聚合物、非晶聚合物。此薄層115亦可被稱作雙折射介質層（或膜）、LCPH層（或膜）115。

在一些具體實例中，雙折射介質層115可為偏光全像層，其經組態以提供偏光選擇性光學回應，例如對具有正交偏光之輸入光提供不同的光學回應。本文中所描述之偏光全像層可基於各種方法而製造，諸如全像干擾、雷射直寫、噴墨印刷及各種其他形式之微影。因此，本文所描述之「全像」不限於藉由全像干擾或「全像術」來製造。在一些具體實例中，雙折射介質層115可為聚合物層（或膜），例如偏光全像聚合物層。舉例而言，在一些具體實例中，雙折射介質層115可為液晶聚合物（「LCP」）層。在一些具體實例中，LCP層可包括聚合（或交聯）LC、聚合物穩定之LC、光反應性LC聚合物，或其任何組合。LC可包括向列LC、扭曲彎曲LC、手性向列LC、近晶LC，或其任何組合。在一些具體實例中，雙折射介質層115可為包括除LC之外的雙折射光折射全像材料（諸如非晶聚合物）的聚合物層。出於論述之目的，在以下描述中，術語「LCPH」可涵蓋基於LC之偏光全像及基於除LC之外之雙折射光折射全像材料的偏光全像。

在一些具體實例中，LCPH元件100可包括額外元件，諸如安置有雙折射介質層115之基板、安置於基板與雙折射介質層115之間的對準結構等。LCPH元件100可為被動元件或主動元件。雙折射介質層115可在一側上具有第一表面115-1且在相對側上具有第二表面115-2。第一表面115-1及第二表面115-2可為沿著入射光102之光傳播路徑之表面。

雙折射介質層115可包括經組態有三維（「3D」）位向圖案以提供偏光選擇性光學回應的光學各向異性分子（例如，LC分子）。在一些具體實例中，LC材料或雙折射介質層115之光軸可經組態為在至少一個平面內方向上具有空間變化之位向。平面內方向可為平面內線性方向（例如，x軸方向、y軸方向）、平面內徑向方向、平面內圓周（例如，方位角）方向或其組合。LC分子可組態有平面內位向圖案，其中LC分子之指向矢可在至少一個平面內方向上週期性地或非週期性地變化。在一些具體實例中，LC材料之光軸亦可經組態為在平面外方向上具有空間變化之位向。LC分子之指向矢亦可經組態為在平面外方向上具有空間變化之位向。舉例而言，LC材料之光軸（或LC分子之指向矢）可以螺旋方式在平面外方向上扭曲。

圖1B至圖1D示意性地繪示根據本揭示內容之各種具體實例的圖1A中所展示之LCPH元件100之一部分的x-y截面圖，其展示LCPH元件100中之光學各向異性分子112的平面內位向。圖1B至圖1D中所展示之LCPH元件100中之光學各向異性分子112的平面內位向係出於繪示性目的。在一些具體實例中，LCPH元件100中之光學各向異性分子112可具有其他平面內位向圖案。出於論述之目的，使用棒狀LC分子112作為雙折射介質層115之光學各向異性分子112之實例。棒狀LC分子112可具有縱向軸線（或在長度方向上之軸線）及橫向軸線（或在寬度方向上之軸線）。LC分子112之縱向軸線可被稱作LC分子112之指向矢或LC指向矢。LC指向矢之位向可判定局部光軸位向或雙折射介質層115之局部點處的光軸之位向。術語「光軸」可指晶體中之方向。在光軸方向上傳播之光可能不經歷雙折射（或雙重折射）。光軸可為方向而非單線：平行於彼方向之光可不經歷雙折射。局部光軸可指在晶體之預定區域內的光軸。出於繪示性目的，假定圖1B至圖1D中所展示的LC分子112之LC指向矢處於雙折射介質層115之表面中或與表面平行的平面中，相對於表面具有實質上較小傾斜角。

圖1B示意性地繪示LCPH元件100之一部分的x-y截面圖，其展示緊鄰於雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在該表面處定位的LC分子112之LC指向矢（由圖1B中之箭頭188指示）之位向的週期性平面內位向圖案。緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的LC指向矢之位向可展現在至少一個平面內方向上之週期性旋轉。該至少一個平面內方向在圖1B中展示為x軸方向。LC指向矢之週期性變化之平面內位向形成圖案。圖1B中所展示之LC指向矢之平面內位向圖案亦可被稱作光柵圖案。因此，LCPH元件100可充當偏光選擇性光柵，例如PVH光柵或PBP光柵等。

如圖1B中所展示，緊鄰於雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在該表面處定位的LC分子112可組態有沿著該表面或在與該表面平行之平面中在第一預定平面內方向上持續改變（例如，旋轉）的LC指向矢之位向。第一預定平面內方向展示為x軸平面內方向。LC指向矢之位向之連續旋轉可形成具有均一（例如，相同）平面內間距P _in之週期性旋轉圖案。應注意，第一預定平面內方向可為沿著雙折射介質層115之表面（或在與雙折射介質層115之表面平行的平面中）之任何其他合適方向，諸如x-y平面內之y軸方向、徑向方向或圓周方向。沿著第一預定（或x軸）平面內方向之間距P _in可被稱作平面內間距或水平間距。為繪示及論述簡單起見，假定圖1B中所展示之LCPH元件100為1D光柵。因此，在y軸方向上之位向係相同的。在一些具體實例中，LCPH元件100可為2D光柵，且在y軸方向上之位向亦可變化。具有均一（或相同）平面內間距P _in之圖案可被稱作週期性LC指向矢平面內位向圖案。平面內間距P _in經定義為沿著第一預定（或x軸）平面內方向之距離，LC指向矢在該距離內之位向展現預定值（例如，180°）之旋轉。換言之，在實質上接近於雙折射介質層115之表面（包括位於該表面處）的區域中，雙折射介質層115之局部光軸位向可在第一預定（或x軸）平面內方向上週期性地改變，其中圖案具有均一（或相同）平面內間距P _in。

另外，在緊鄰於雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在該表面處定位的區域中，LC分子112之指向矢之位向可展現出在例如順時針方向或逆時針方向之預定旋轉方向上之旋轉。因此，在緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的區域中LC分子112之指向矢之位向的旋轉可展現出偏手性，例如右手優勢或左手優勢。在圖1B中所展示之具體實例中，在緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的區域中，LC分子112之指向矢之位向可展現出在順時針方向上旋轉。因此，在緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的區域中LC分子112之指向矢之位向的旋轉可展現出左手優勢。

儘管圖中未示，但在一些具體實例中，在緊鄰於雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在該表面處定位的區域中，LC分子112之指向矢之位向可展現出在逆時針方向上旋轉。因此，在緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的區域中LC分子112之指向矢之位向的旋轉可展現出右手優勢。儘管圖中未示，但在一些具體實例中，在緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的區域中，LC分子112之指向矢之位向展現出在順時針方向上旋轉的域（被稱作域D _L）及LC分子112之指向矢之位向展現出在逆時針方向上旋轉的域（被稱作域D _R）可在至少一個平面內方向（例如，第一（或x軸）平面內方向及/或第二（或y軸）平面內方向）上交替地配置。

圖1C示意性地繪示LCPH元件100之一部分的x-y截面圖，其展示緊鄰於圖1A中所展示之雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在該表面處定位的LC分子112之LC指向矢之徑向變化之平面內位向圖案。圖1D繪示根據本揭示內容之一具體實例的在圖1C中所展示之雙折射介質層115中沿著x軸截取的平面內位向圖案之一區段。在緊鄰於雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在表面處的區域中，雙折射介質層115之光軸的位向可展現出在自雙折射介質層115之中心至雙折射介質層115之相對周邊的至少兩個相對平面內方向（例如，兩個相對徑向平面內方向）上以變化間距進行的連續旋轉。在一些具體實例中，圖1C中所展示之LC指向矢之位向的平面內位向圖案亦可被稱作透鏡圖案。因此，具有圖1C中所展示之LC指向矢位向的LCPH元件100可充當偏光選擇性透鏡，例如PBP透鏡或PVH透鏡等。

如圖1C中所展示，緊鄰於雙折射介質層115之表面（例如，第一表面115-1或第二表面115-2中之至少一者）或在該表面處定位的LC分子112之位向可經組態有在自透鏡中心150至相對透鏡周邊155之至少兩個相對平面內方向上具有變化間距的平面內位向圖案。舉例而言，緊鄰於雙折射介質層115之表面或在該表面處定位的LC分子112之LC指向矢的位向可展現出在自透鏡中心150至相對透鏡周邊155之至少兩個相對平面內方向（例如，複數個相對徑向方向）上以變化間距進行的連續旋轉。LC指向矢自透鏡中心150至相對透鏡周邊155之位向可展現出在相同旋轉方向（例如，順時針或逆時針）上旋轉。徑向平面內位向圖案之間距Ʌ可定義為在徑向平面內方向上的距離，LC指向矢之位向（或LC分子112之方位角 ϕ）在該距離內自預定初始狀態改變了預定角度（例如，180°）。

如圖1D中所展示，根據沿著x軸方向之LC指向矢場，間距Ʌ可依據距透鏡中心150之距離而變化。間距Ʌ可在x-y平面中在至少兩個相對平面內方向（例如，兩個相對徑向方向）上自透鏡中心150至透鏡周邊155單調減小，例如Λ ₀＞ Λ ₁＞... ＞ Λ _r。Ʌ ₀係在透鏡圖案之中心區域處之間距，其可為最大的。間距Ʌ _r係透鏡圖案之周邊區域（例如，周邊155）處之間距，其可為最小的。在一些具體實例中，LC分子112之方位角 ϕ可與自透鏡中心150至LC分子112所位於之雙折射介質層115之局部點的距離成比例地改變。

圖1B至圖1D中所展示之LC指向矢之平面內位向圖案係出於繪示性目的。LCPH元件100可具有LC指向矢之任何合適平面內位向圖案。出於繪示性目的，圖1C及圖1D展示當LCPH元件100為充當軸上球面透鏡之PBP或PVH透鏡時LC指向矢之平面內位向圖案。在一些具體實例中，LCPH元件100可為充當離軸球面透鏡、圓柱形透鏡、非球面透鏡或自由形式透鏡等之PBP或PVH透鏡。

圖1E至圖1H示意性地繪示根據本揭示內容之各種具體實例的LCPH元件100之一部分的y-z截面視圖，其展示LCPH元件100中之LC分子112之LC指向矢的平面外位向。出於論述目的，圖1E至圖1H示意性地繪示當平面內（例如，在平行於x-y平面之平面中）位向圖案為圖1B中所展示之週期性平面內位向圖案時LC分子112之LC指向矢的平面外（例如，沿著z軸方向）位向。如圖1E中所展示，在雙折射介質層115之體積內，LC分子112可經配置成複數個螺旋結構117，該複數個螺旋結構具有複數個螺旋軸線118及沿著螺旋軸線之螺旋間距P _h。沿著單一螺旋結構117配置的LC分子112之方位角可圍繞螺旋軸線118在例如順時針方向或逆時針方向之預定旋轉方向上持續變化。換言之，沿著單一螺旋結構117配置的LC分子112之LC指向矢的位向可展現出在預定旋轉方向上圍繞螺旋軸線118連續旋轉。亦即，與LC指向矢相關聯之方位角可展現出在預定旋轉方向上圍繞螺旋軸線之連續改變。因此，螺旋結構117可展現出偏手性，例如右手優勢或左手優勢。螺旋間距P _h可定義為沿著螺旋軸線118之距離，LC指向矢之位向在該距離內展現出圍繞螺旋軸線118旋轉360°，或LC分子之方位角變化360°。

在圖1E中所展示之具體實例中，螺旋軸線118可實質上垂直於雙折射介質層115之第一表面115-1及/或第二表面115-2。換言之，螺旋結構117之螺旋軸線118可在雙折射介質層115之厚度方向（例如，z軸方向）上。亦即，LC分子112可具有實質上較小傾斜角（包括零度傾斜角），且LC分子112之LC指向矢可實質上正交於螺旋軸線118。雙折射介質層115可具有豎直間距P _v，其可定義為沿著雙折射介質層115之厚度方向的距離，LC分子112之LC指向矢之位向在該距離內展現出圍繞螺旋軸線118旋轉180°（或LC指向矢之方位角變化180°）。在圖1E中所展示之具體實例中，豎直間距P _v可為螺旋間距P _h的一半。

如圖1E中所展示，來自複數個螺旋結構117之具有第一相同位向（例如，相同傾斜角及方位角）的LC分子112可形成週期性地分佈於雙折射介質層115之體積內的第一系列平行折射率平面114。儘管未標記，但具有不同於第一相同位向之第二相同位向（例如，相同傾斜角及方位角）的LC分子112可形成週期性地分佈於雙折射介質層115之體積內的第二系列平行折射率平面。不同系列之平行折射率平面可由具有不同位向之LC分子112形成。在相同系列之平行且週期性分佈之折射率平面114中，LC分子112可具有相同位向且折射率可相同。不同系列之折射率平面114可對應於不同折射率。當折射率平面114之數目（或雙折射介質層之厚度）增加至足夠值時，可根據體積光柵之原理來建立布拉格繞射。因此，週期性分佈之折射率平面114亦可被稱作布拉格平面114。在一些具體實例中，如圖1E中所展示，折射率平面114可相對於第一表面115-1或第二表面115-2傾斜。在一些具體實例中，折射率平面114可垂直於或平行於第一表面115-1或第二表面115-2。在雙折射介質層115內，可存在不同系列之布拉格平面。同一系列之鄰近布拉格平面114之間的距離（或週期）可被稱作布拉格週期P _B。形成於雙折射介質層115之體積內的不同系列之布拉格平面可產生週期性地分佈於雙折射介質層115之體積中的變化折射率輪廓。雙折射介質層115可經由布拉格繞射而繞射滿足布拉格條件的輸入光。

如圖1E中所展示，雙折射介質層115亦可包括在雙折射介質層115之體積內彼此平行地配置之複數個LC分子指向矢平面（或分子指向矢平面）116。LC分子指向矢平面（或LC指向矢平面）116可為由LC分子112之LC指向矢形成或包括LC分子112之LC指向矢的平面。在圖1E中所展示之實例中，LC指向矢平面116中之LC指向矢具有不同位向，亦即，LC指向矢之位向在x軸方向上變化。布拉格平面114可相對於LC分子指向矢平面116形成角度θ。在圖1E中所展示之具體實例中，角度θ可為銳角，例如，0°＜ θ ＜ 90°。包括圖1B中所展示之雙折射介質層115之LCPH元件100可充當透射PVH元件，例如透射PVH光柵。

在圖1F中所展示之具體實例中，螺旋結構117之螺旋軸線118可相對於雙折射介質層115之第一表面115-1及/或第二表面115-2（或相對於雙折射介質層115之厚度方向）傾斜。舉例而言，螺旋結構117之螺旋軸線118可相對於雙折射介質層115之第一表面115-1及/或第二表面115-2具有銳角或鈍角。在一些具體實例中，LC分子112之LC指向矢可實質上正交於螺旋軸線118（亦即，傾斜角可為實質上零度）。在一些具體實例中，LC分子112之LC指向矢可相對於螺旋軸線118以銳角傾斜。雙折射介質層115可具有豎直週期性（或間距）P _v。在圖1F中所展示之具體實例中，LC指向矢平面116與布拉格平面114之間的角度θ（圖中未示）可為實質上0°或180°。亦即，LC指向矢平面116可實質上平行於布拉格平面114。在圖1F中所展示之實例中，分子指向矢平面116中之指向矢的位向可實質上相同。包括圖1F中所展示之雙折射介質層115之LCPH元件100可充當反射PVH元件，例如反射PVH光柵。

在圖1G中所展示之具體實例中，雙折射介質層115亦可包括平行地配置於雙折射介質層115之體積內的複數個LC指向矢平面116。在圖1F中所展示之具體實例中，LC指向矢平面116與布拉格平面114之間的角度θ可為實質上直角，例如θ=90°。亦即，LC指向矢平面116可實質上正交於布拉格平面114。在圖1F中所展示之實例中，LC指向矢平面116中之LC指向矢可具有不同位向。在一些具體實例中，包括圖1F中所展示之雙折射介質層115之LCPH元件100可充當透射PVH元件，例如透射PVH光柵。

在圖1H中所展示之具體實例中，在雙折射介質層115之體積中，沿著雙折射介質層115之厚度方向（例如，z軸方向），LC分子112之指向矢（或方位角）可自雙折射介質層115之第一表面115-1至第二表面115-2保持處於相同位向（或相同角度值）。在一些具體實例中，雙折射介質層115之厚度可組態為d=λ/(2*Δn)，其中λ為設計波長，Δn為雙折射介質層115之LC材料的雙折射率，且Δn=n _e-n _o，其中n _e及n _o分別為LC材料之異常（extraordinary）折射率及普通（ordinary）折射率。在一些具體實例中，包括圖1F中所展示之雙折射介質層115的LCPH元件100可充當PBP元件，例如PBP光柵。

圖2A至圖2C示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造LCPH元件之製程。圖2A至圖2C中所展示之製造過程可包括表面對準及聚合。LCPH元件可為PBP元件或PVH元件。出於繪示性目的，基板及形成於其上之不同層、膜或結構展示為具有扁平表面。在一些具體實例中，基板及不同層或膜或結構可具有彎曲表面。

如圖2A中所展示，對準結構210可形成於基板205之表面（例如頂部表面）上。對準結構210可提供對應於預定平面內位向圖案之對準圖案。對準結構210可包括任何合適之對準結構，諸如光對準材料（「PAM」）層、機械摩擦對準層、具有各向異性奈米壓印之對準層、各向異性凸起或鐵電或鐵磁材料層等。

在一些具體實例中，對準結構210可為PAM層，且由PAM層提供之對準圖案可經由任何合適之方法形成，諸如全像干擾、雷射直寫、噴墨印刷或各種其他形式之微影。PAM層可包括偏光敏感材料（例如光對準材料），其在曝光於偏振光照射時可具有光誘導之光學各向異性。偏光敏感材料之分子（或片段）及/或光產物可經組態以在偏振光照射下產生位向排序。舉例而言，偏光敏感材料可溶解於溶劑中以形成溶液。可使用例如旋塗、槽縫式塗佈、刮塗、噴塗或噴射（噴墨）塗佈或印刷之任何合適之溶液分配製程將溶液分配於基板205上。可使用例如乾燥或加熱之合適製程自經塗佈溶液移除溶劑，從而在基板205上留下偏光敏感材料。

可經由偏振光照射來光學圖案化偏光敏感材料，以形成對應於預定平面內位向圖案之對準圖案。在一些具體實例中，偏光敏感材料可包括細長的各向異性感光性單元（例如，小分子或聚合分子之片段）。在經受偏振光照射之足夠曝光之後，可在偏光敏感材料中誘導各向異性感光性單元之局部對準方向，從而產生偏光敏感材料之光軸的對準圖案（或平面內調變）。

在一些具體實例中，可經由單一分配製程在基板上形成偏光敏感材料之整個層，且可使該偏光敏感材料層經受偏振光照射，該偏振光照射在安置有偏光敏感材料之整個層的預定空間中具有實質上均一強度及空間變化之位向（或偏光方向）之線性偏光。在一些具體實例中，可經由複數個分配製程在基板上形成偏光敏感材料之整個層。舉例而言，在第一時段期間，可將第一預定量之偏光敏感材料分配於基板205之第一位置處，且將其曝光於第一偏振光照射。在第二時段期間，可將第二預定量之偏光敏感材料分配於基板205之第二位置處，且將其曝光於第二偏振光照射。第一偏振光照射可在安置有第一預定量之偏光敏感材料的空間中具有第一均一強度及第一線性偏光方向。第二偏振光照射可在安置有第二預定量之偏光敏感材料的空間中具有第二均一強度及第二線性偏光方向。第一均一強度與第二均一強度可實質上相同。第一線性偏光方向與第二線性偏光方向可彼此實質上相同或不同。可重複該製程直至獲得提供合乎需要的對準圖案之PAM層為止。

基板205可提供對形成於其上之各種層、膜及/或結構的支撐及保護。在一些具體實例中，基板205亦可在可見波長帶（例如，約380 nm至約700 nm）中係透明的。在一些具體實例中，基板205亦可在紅外線（「IR」）頻帶之至少一部分（例如，約700 nm至約1 mm）中係至少部分透明的。基板205可包括對以上所列波長範圍之光至少部分透明的合適材料，諸如玻璃、塑膠、藍寶石或其組合等。基板205可為剛性、半剛性、可撓性或半可撓性的。基板205可包括扁平表面或彎曲表面，不同層或膜可形成於該扁平表面或該彎曲表面上。在一些具體實例中，基板205可為另一光學元件或裝置（例如，另一光電元件或裝置）之部分。舉例而言，基板205可為固體光學透鏡、固體光學透鏡之部分，或光導（或波導）等。在一些具體實例中，基板205可為諸如顯示螢幕之功能裝置之部分。

在對準結構210形成於基板205上之後，如圖2B中所展示，可藉由將雙折射介質分配（例如，塗佈或沉積）至對準結構210上而在對準結構210上形成雙折射介質層215。雙折射介質可具有固有雙折射率，且可包括光學各向異性分子。在一些具體實例中，雙折射介質可包括一或多種可聚合雙折射材料，諸如反應性介晶（「reactive mesogen；RM」）。RM亦可被稱作可聚合介晶或液晶化合物，或可聚合LC。出於論述之目的，術語「液晶分子」或「LC分子」可涵蓋可聚合LC分子（例如，RM分子）及非可聚合LC分子兩者。出於論述目的，在以下描述中，RM係用作可聚合雙折射材料之一實例，且RM分子係用作包括於可聚合雙折射材料中之光學各向異性分子的一實例。在一些具體實例中，亦可使用除RM之外的可聚合雙折射材料。

在一些具體實例中，雙折射介質亦可包括其他成分，諸如溶劑、引發劑（例如，光引發劑或熱引發劑）、手性摻雜劑或界面活性劑等。在一些具體實例中，雙折射介質可能不具有固有或誘導之手性。在一些具體實例中，雙折射介質可具有固有或誘導之手性。舉例而言，在一些具體實例中，雙折射介質可包括主體雙折射材料及以預定濃度摻雜至主體雙折射材料中之手性摻雜劑。手性可藉由摻雜至主體雙折射材料中之手性摻雜劑（例如，摻雜至非手性RM中之手性RM）引入。在一些具體實例中，雙折射介質可包括具有固有分子手性之雙折射材料，且手性摻雜劑可不摻雜至雙折射材料中。雙折射介質之手性可由雙折射材料之固有分子手性產生。舉例而言，雙折射材料可包括手性液晶分子，或具有一或多個手性官能基之分子。

在一些具體實例中，雙折射介質可溶解於溶劑中以形成溶液。可將適量之溶液分配（例如，塗佈或噴射等）於對準結構210上以形成雙折射介質層215，如圖2C中所展示。在一些具體實例中，可使用例如旋塗、槽縫式塗佈、刮塗、噴塗或噴射（噴墨）塗佈或印刷之合適製程將含有雙折射介質之溶液塗佈於對準結構210上。在一些具體實例中，可加熱雙折射介質以移除剩餘溶劑。此製程可被稱作曝光前加熱。對準結構210可提供至緊鄰於對準結構210（包括與對準結構210接觸）之至少RM分子之表面對準。舉例而言，對準結構210可至少使在預定平面內位向圖案中與對準結構210接觸之RM分子對準。此對準程序可被稱作表面介導之對準。

在一些具體實例中，當對準結構210為PAM層時，雙折射介質中之RM分子可沿著PAM層中之各向異性感光性單元的局部對準方向至少部分地對準，以形成預定平面內位向圖案。因此，形成於PAM層中之對準圖案（或PAM層之光軸之平面內位向圖案）可轉移至雙折射介質層215。此對準程序可被稱作表面介導之光對準。用於表面介導之光對準的光對準材料亦可被稱作表面光對準材料。

在一些具體實例中，在雙折射介質層215中之光學各向異性分子（例如RM分子）藉由對準結構210對準之後，可在對應於RM之向列相之溫度範圍內熱處理（例如退火）雙折射介質層215以增強RM之對準(或位向圖案）（圖2C中未展示）。此製程可被稱作曝光後熱處理（例如退火）。在一些具體實例中，可省略雙折射介質層215之熱處理。

在一些具體實例中，在RM藉由對準結構210對準之後，可對RM進行聚合，例如熱聚合或光聚合，以固化及穩定雙折射介質層215之光軸的位向圖案。在一些具體實例中，如圖2C中所展示，雙折射介質層215可用例如UV光244照射。在足夠UV光照射下，可使雙折射介質層215中之RM單體聚合或交聯以穩定雙折射介質層215之光軸的位向圖案。在一些具體實例中，在UV光照射下RM單體之聚合可在空氣中或在例如由氮氣、氬氣、二氧化碳形成之惰性氛圍中或在真空中進行。在使RM聚合之後，雙折射介質層215可變為LCP層217，例如聚合之RM層217。

因此，如圖2C展示，可獲得LCPH元件（例如LCPH光柵）200。在一些具體實例中，基於圖2A至圖2C中所展示之製造過程製造的LCPH元件200可為被動LCPH元件，例如被動PBP元件、被動PVH元件等。被動LCPH元件可為透射LCPH元件（例如PBP元件、透射PVH元件等）或反射LCPH元件（例如反射PVH元件）。

在一些具體實例中，基板205及/或對準結構210可用於製造、儲存或輸送所製造之LCPH元件200。在一些具體實例中，在製造LCPH元件200或將其輸送至另一位置或裝置之後，基板205及/或對準結構210可自所製造之LCPH元件200拆卸或移除。亦即，基板205及/或對準結構210可用於製造、輸送及/或儲存以支撐設置於基板205及/或對準結構210上之LCPH元件200，且可在完成LCPH元件200之製造時或在待在光學裝置中實施LCPH元件200時與LCPH元件200分離或自LCPH元件200移除。在一些具體實例中，基板205及/或對準結構210可不與LCPH元件200分離。

參看圖2C，LCP層（例如聚合之RM層）217可具有曝露於外部環境（例如空氣或惰性氛圍）之第一表面217-1（例如上表面），及與第一表面217-1相對之第二表面217-2（例如下表面）。聚合之RM層217之第一表面217-1亦可為聚合RM層217與外部環境之間的界面，且聚合RM層217之第二表面217-2亦可為聚合RM層217與對準結構210之間的界面。聚合RM層217之第一表面217-1亦可被稱作聚合RM層217之自由表面217-1。本發明人已發現，LCP層（例如聚合RM層）217之自由表面217-1呈現為具有隔開之峰部及谷部的波浪表面。

圖3A繪示展示可包括於LCPH元件中之LCP層之一部分的3D表面輪廓的圖解。LCPH元件可基於圖2A至2C中所展示之製造過程製造。LCPH元件可類似於圖2C中所展示之LCPH元件200，例如，LCPH元件可包括基板、對準結構及LCP層。LCP層可為聚合RM層。LCPH元件可充當PBP光柵，例如，RM分子可經對準以具有與圖1B中所展示之平面內位向類似的平面內位向，及與圖1H中所展示之平面外位向類似的平面外位向。

返回參看圖3A，聚合RM層可具有曝露於外部環境（例如空氣或惰性氛圍）之自由表面，及與自由表面相對且與對準結構接觸的另一表面。聚合RM層之自由表面係使用雷射輪廓儀進行掃描。圖3A繪示聚合RM層之自由表面之一部分（約280 μm乘210 μm之區域）的3D表面輪廓。如圖3A中所展示，z軸方向係聚合RM層之厚度方向，且x軸方向及y軸方向分別係聚合RM層之縱向方向及橫向方向。x軸方向被稱作x軸平面內方向或第一預定平面內方向，且y軸方向被稱作y軸平面內方向或第二預定平面內方向。第一預定（或x軸）方向係聚合RM層之平面內方向，沿著該方向定義平面內位向圖案之平面內間距P _in。圖3A展示約280 μm乘210 μm之區域的經量測表面輪廓。如圖3A中所展示，聚合RM層之自由表面展現具有交替峰部305及谷部307之波浪結構。該等波浪結構可在聚合RM層之第一預定（或x軸）平面內方向上傳播，且在第二預定（或y軸）平面內方向上延伸。在圖3A中所展示之實例中，第一預定平面內方向與第二預定平面內方向彼此垂直。

圖3B繪示展示圖3A中所展示之LCP層之一部分之2D表面輪廓的圖解。如圖3B中所展示，橫軸表示聚合RM層之表面特徵沿著預定平面尺寸（例如，長度或寬度方向）之位置，且縱軸表示相對於參考平面之經量測表面高度。經量測表面高度指示LCP層之表面具有波浪形狀。因此，該表面被稱作波浪表面，或被稱作具有波浪結構。在本揭示內容中，使用平均高度量化波浪表面之粗糙度。獲得波浪表面之峰部與谷部之間的距離。藉由平均化距離來計算平均高度。應理解，平均高度亦為波浪結構之平均振幅。在以下描述中，波浪表面或波浪結構之「平均高度」可簡單地被稱作波浪表面或波浪結構之「高度」。波浪結構展示在一個方向（例如，x軸方向）上之實質上週期性振盪，且在另一方向（例如，y軸方向）上延伸。波浪結構之週期性方向係沿著聚合RM層之第一預定（或x軸）平面內方向。波浪結構之週期可定義為兩個相鄰峰部305或兩個相鄰谷部307之間的距離。如圖3B中所展示，波浪結構之平均週期為約12 μm，且波浪結構之平均高度為約0.025 μm。

圖3C繪示展示光學各向異性分子（例如RM分子）312與圖3A及圖3B中所展示之LCP層（例如聚合RM層）之波浪結構之重疊的x-y截面圖的圖解。本發明人已觀測到，如圖3C中所展示，波浪結構之峰部305可對應於RM分子312在聚合RM層之第一預定（x軸）平面內方向上實質上對準的聚合RM層之區域。波浪結構之谷部307可實質上對應於RM分子312在第二預定（y軸）平面內方向上實質上對準的聚合RM層之區域。波浪結構之週期可與RM分子312在第一預定（或x軸）平面內方向上之平面內位向圖案之平面內間距實質上相同。

本發明人已觀測到，圖3A至圖3C中所展示之波浪結構可由在聚合過程（例如光聚合過程）期間緊鄰於雙折射介質層（例如RM層）之自由表面或在該自由表面處定位的單體（例如RM單體）之各向異性擴散產生。出於論述之目的，RM層可在聚合過程之前或期間被稱作RM層，且RM層可尚未聚合或可部分聚合。RM層之自由表面可為在聚合過程期間曝露於外部環境之表面，或在聚合過程期間在RM層與外部環境之間的界面。RM層亦可具有與自由表面相對且與對準結構接觸之另一表面。聚合RM層可在聚合過程之後被稱作RM層。

圖3D繪示在光聚合過程期間緊鄰於RM層之自由表面或在該自由表面處定位的RM分子312之一部分之x-y截面圖的圖解。RM單體係含有在UV光照明下可互相聚合的反應性端基之液晶介晶。RM分子312之化學結構可由介晶核基團及光可聚合端基構成。核基團可包括棒狀或盤狀液晶單體。端基可包括在UV光照明下可互相聚合之可聚合基團，例如丙烯酸基團或甲基丙烯酸基團等。出於論述之目的，圖3D展示RM分子312包括作為棒狀液晶單體之核基團及作為丙烯酸基團之端基。RM單體之光聚合過程係自由基聚合過程。光引發劑在UV照射下產生自由基，且RM單體連結至聚合物鏈末端之自由基，從而使聚合物鏈生長。

如圖3D中所展示，緊鄰於RM層之自由表面或在該自由表面處定位的RM分子312在光柵圖案中對準。光柵圖案之週期性方向可沿著第一預定（或x軸）平面內方向。圖3D繪示在對應於單一平面內間距之區域內的RM分子312之x軸平面內位向。在UV照射下，與在第二預定（或y軸）平面內方向上實質上對準的RM分子312相比，在第一預定（或x軸）平面內方向上實質上對準的RM分子312可更快地反應以交聯。因此，與RM分子312在第二預定（或y軸）平面內方向上實質上對準的區域317相比，RM分子312在第一預定（或x軸）平面內方向上實質上對準的區域315中的光聚合過程可更快。光聚合過程之速度可自區域315至區域317逐漸減小。因此，與擴散至區域317相比，更多未反應之RM單體可擴散至區域315，從而導致RM單體在RM層之自由表面處及/或在緊鄰於自由表面之區域中發生各向異性擴散。

因此，RM單體之量可自區域315至區域317逐漸減小，使得在光聚合過程之後，波浪結構可形成於聚合RM層之自由表面處。舉例而言，相對較大量之RM單體可在區域315中累積及交聯，從而形成波浪結構之峰部305。相對較小量之RM單體可在區域317中累積及交聯，從而形成波浪結構之谷部307。圖3A至圖3C中所展示之波浪結構亦可在RM之熱聚合過程期間形成。

根據圖3D中所論述之波浪結構之形成機制，經組態有平面內位向圖案的聚合RM層之自由表面可展現類似的波浪結構。聚合RM層可包括於LCPH元件（例如PBP元件、PVH元件等）中，該LCPH元件可基於表面對準及聚合而製造，類似於圖2A至2C中所展示之製造過程。舉例而言，PVH光柵中所包括的聚合RM層之自由表面亦可展現具有週期性隔開之峰部及谷部的波浪結構，類似於圖3A至圖3C中所展示之結構。類似地，在充當LCPH透鏡之LCPH元件中，其中RM分子以對應於透鏡圖案之平面內位向圖案對準的聚合RM層之自由表面可展現具有非週期性隔開之峰部及谷部的波浪結構。LCPH透鏡可為PBP透鏡、PVH透鏡等。透鏡圖案可類似於圖1C及圖1D中所展示之透鏡圖案。

圖3E繪示展示光學各向異性分子312（例如RM分子）與LCP層（例如聚合RM層）之波浪結構之重疊的x-y截面圖的圖解。RM分子312可以對應於透鏡圖案之平面內位向圖案對準。聚合RM層之自由表面可展現具有非週期性隔開之峰部及谷部的同心波浪結構。如圖3E中所展示，波浪結構之峰部335可對應於其中RM分子312在聚合RM層之第一預定（例如，x軸）平面內方向上實質上對準的聚合RM層之區域（或與該區域重疊），且波浪結構之谷部337可對應於其中RM分子312在第二預定（例如，y軸）平面內方向上實質上對準的聚合RM層之區域（或與該區域重疊）。波浪結構之週期可自同心波浪結構之中心至同心波浪結構之邊緣變化（例如減小）。波浪結構之週期可與RM分子312之平面內位向圖案之對應平面內間距實質上相同。

本發明人已研究波浪結構對LCPH元件之光學效能之影響。圖4A繪示根據理論組態包括聚合RM層405之PBP光柵400的x-z截面圖，該聚合RM層在其自由表面處不具有波浪結構。圖4B繪示展示針對圓偏振光402之PBP光柵400之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果。如圖4A中所展示，聚合RM層405之上表面及下表面兩者可為完全扁平表面。實務上，該等表面可能不完全扁平，而是可具有小於預定高度之高度的波浪結構。具有小於預定高度之高度的波浪結構可能不會造成不良光學效應，且因此可被視為扁平的。PBP光柵400可經組態以實質上繞射具有第一偏手性之圓偏振光，且實質上透射（具有可忽略繞射）具有與第一偏手性相對之第二偏手性的圓偏振光。具有第一偏手性之圓偏振光402垂直入射至聚合RM層405之上表面上。在模擬中，假定PBP光柵400之平面內間距為6 μm，假定圓偏振光402之波長為532 nm，且假定與聚合RM層405之下表面接觸的空氣407之高度為1 μm。

如圖4B中所展示，橫軸表示由PBP光柵400繞射之光的繞射角（單位：度（°）），且縱軸表示由PBP光柵400繞射之光的繞射效率。PBP光柵400可以約0.9991之繞射效率（圖4B中未示出）將圓偏振光402繞射成+1繞射階404，且以小於0.0001之繞射效率將圓偏振光402繞射成0繞射階406。0繞射階406可為非所需繞射階，其可被認為係雜訊。+1繞射階404可被認為係信號。針對圓偏振光402之PBP光柵400之信號對雜訊比可經計算為9991（0.9991/0.0001=9991）。

圖4C繪示包括具有波浪結構之聚合RM層455之PBP光柵450的x-z截面圖。圖4D繪示展示針對圓偏振光402之PBP光柵450之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果。如圖4C中所展示，聚合RM層455之上表面可為扁平表面，且聚合RM層455之下表面可為與圖3A及圖3B中所展示之波浪表面類似的波浪表面。PBP光柵450可經組態以實質上繞射具有第一偏手性之圓偏振光，且實質上透射（具有可忽略繞射）具有第二偏手性之圓偏振光。具有第一偏手性之圓偏振光402垂直入射至聚合RM層455之上表面上。在模擬中，假定波浪結構之週期為6 μm，且假定波浪結構之高度為15 nm。假定PBP光柵450之平面內間距為6 μm，假定圓偏振光402之波長為532 nm，且假定與聚合RM層405之下表面（亦即，波浪表面）接觸的空氣407之高度為1 μm。

如圖4D中所展示，橫軸表示由PBP光柵450繞射之光的繞射角（單位：度（°）），且縱軸表示由PBP光柵450繞射之光的繞射效率。PBP光柵450可將圓偏振光402繞射成+1繞射階454，以及兩個額外的非所需繞射階456及458。+1繞射階454之繞射效率為約0.9889（圖4B中未示出）。非所需繞射階（例如0繞射階）456之繞射效率為約0.0005，且非所需繞射階458之繞射效率為約0.0004。當考慮到非所需繞射階456及458兩者時，針對圓偏振光402之PBP光柵450之信號對雜訊比可經計算為1099（0.9889/0.0009=1099）。當僅考慮到非所需繞射階（例如0繞射階）456時，針對圓偏振光402之PBP光柵450之信號對雜訊比可經計算為1978（0.9889/0.0005=1978）。

參考圖4A及圖4B以及圖4C及圖4D，相比於自不具有波浪結構之PBP 400輸出的+1繞射階404之繞射效率，自具有波浪結構之PBP光柵450輸出的+1繞射階454之繞射效率減小了約0.0102（約1%）。當考慮到非所需繞射階456及458兩者時，針對圓偏振光402之PBP光柵450的信號對雜訊比相比於針對圓偏振光402之PBP光柵400的信號對雜訊比減小了9倍（9991/1099=9.09）。當僅考慮到非所需繞射階（例如0繞射階）456時，針對圓偏振光402之PBP光柵450的信號對雜訊比相比於針對圓偏振光402之PBP光柵400的信號對雜訊比減小了5倍（9991/1978=5.05）。

相比於自PBP光柵400輸出之+1繞射階404之繞射效率及PBP光柵400之信號對雜訊比，雖然自具有波浪結構之PBP光柵450輸出的+1繞射階454之繞射效率僅減小了約0.0102（約1%），但PBP光柵450之信號對雜訊比減小了至少5倍。當PBP光柵450經實施至光學裝置或系統中時，該光學裝置或系統之光學效能相比於包括不具有波浪結構之PBP光柵400的光學裝置或系統之光學效能可顯著降級。舉例而言，當具有波浪結構之PBP光柵450經實施至成像裝置中時，包括具有波浪結構之PBP光柵450的成像裝置之對比率相比於包括不具有波浪結構之PBP光柵400的成像裝置之對比率可減小了至少5倍。

返回參看圖4C，本發明人已觀測到，聚合RM層455之自由表面處之波浪結構可被認為係表面起伏光柵（「SRG」）。SRG亦可繞射圓偏振光402，從而導致PBP光柵450之+1繞射階的繞射效率降低。圖4E繪示可在圖4C中所展示之聚合RM層455之自由表面處形成的波浪結構470之x-z截面圖。圖4F繪示展示針對圓偏振光402之SRG 470之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果。如圖4E中所展示，波浪結構470可充當SRG（出於論述目的，亦被稱作470）。SRG 470可包括界定或形成複數個凹槽475之複數個微結構473。該等微結構可由聚合RM形成。SRG 470之上表面可為扁平表面，且SRG 470之下表面可為與圖3A及圖3B中所展示之波浪表面類似的波浪表面。具有第一偏手性之圓偏振光402垂直入射至SRG 470之上表面上。在模擬中，假定波浪結構470之週期為6 μm，且假定波浪結構470之高度為15 nm。假定圓偏振光402之波長為532 nm。假定與波浪結構470之下表面（亦即，波浪表面）接觸的空氣407之高度為1 μm。

如圖4F中所展示，橫軸表示由SRG 470繞射之光的繞射角（單位：度（°）），且縱軸表示由SRG 470繞射之光的繞射效率。SRG 470可將圓偏振光402繞射成0繞射階454、+1繞射階478及-1繞射階476。0繞射階454之繞射效率可為約0.9508。+1繞射階478及-1繞射階476中之各者之繞射效率可為約0.0095（約1%）。

如上文所論述，相比於自不具有波浪結構之PBP光柵400輸出的+1繞射階404之繞射效率，自具有波浪結構之PBP光柵450輸出的+1繞射階454之繞射效率降低了約1%。自PBP光柵450輸出之+1繞射階454之繞射效率的降低（約1%）可由自SRG 470輸出之+1繞射階478及-1繞射階476引起。

圖3A至圖4F繪示形成於LCP層（例如，聚合RM層）之自由表面處的波浪結構，該LCP層可包括於諸如PBP元件或PVH元件等之LCPH元件中。此LCPH元件之製造過程可包括表面對準及聚合，例如類似於圖2A至圖2C中所展示之製造過程的彼等表面對準及聚合。在一些具體實例中，LCPH元件之製造過程可包括感光性聚合物中之體積對準。類似的波浪結構可存在於感光性聚合物之自由表面處。

圖5A及圖5B示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造LCPH元件之製程。圖5A及圖5B中所展示之製程可包括將感光性聚合物分配於基板205之表面（諸如頂部表面）上以形成感光性聚合物層510。分配可為塗佈、沉積、噴墨印刷等。在一些具體實例中，可將感光性聚合物與諸如光敏劑及溶劑之其他成分混合，在溶劑中，感光性聚合物可溶解以形成溶液。可使用例如旋塗、槽縫式塗佈、刮塗、噴塗或噴射（噴墨）塗佈或印刷之合適製程將溶液分配於基板205上。可使用例如乾燥或加熱之合適製程自經塗佈溶液移除溶劑，從而在基板205上留下感光性聚合物。

在感光性聚合物層510形成於基板205上之後，如圖5B中所展示，感光性聚合物層510可曝光於偏振光照射520。在一些具體實例中，偏振光照射520可具有實質上均一強度，及在安置有感光性聚合物層510之預定空間內的線性偏光之3D空間變化之位向（或偏光方向）。亦即，偏振光照射520可在安置有感光性聚合物層510之預定空間內提供3D偏光場。在一些具體實例中，偏振光照射520可包括基於相對偏手性之兩個相干圓偏振光束而產生的偏光干擾圖案。感光性聚合物層510在偏光干擾曝光製程期間曝光於偏光干擾圖案時可經光學圖案化。可在偏光干擾曝光製程期間界定在曝光區域中感光性聚合物層510之光軸的位向圖案。

感光性聚合物之分子可包括嵌入於主聚合物鏈或側聚合物鏈中之一或多個偏光敏感光反應性基團。在感光性聚合物層510之偏振光照射製程期間，偏光敏感光反應性基團之光對準可發生在感光性聚合物層510之體積內（或內部）。因此，由偏振光照射520提供之3D偏光場可直接記錄在感光性聚合物層510之體積內（或內部）。換言之，感光性聚合物層510可經光學圖案化以形成經圖案化之感光性聚合物層（出於論述目的在圖5B中被稱作517）。圖5B中所展示之此對準程序可被稱作塊體介導之光對準。包括於用於圖5B中所展示之塊體介導之光對準的感光性聚合物層510中之感光性聚合物亦可被稱作體積記錄介質或塊體PAM。與用於圖2A至圖2C中所展示之表面介導之光對準的PAM層（例如210）相比，用於圖5B中所展示之塊體介導之光對準的感光性聚合物層510可相對較厚。

在一些具體實例中，感光性聚合物層510中所包括之感光性聚合物可包括非晶形聚合物、LC聚合物等。感光性聚合物之分子可包括嵌入於主聚合物鏈或側聚合物鏈中之一或多個偏光敏感光反應性基團。在一些具體實例中，偏光敏感光反應性基團可包括偶氮苯基、肉桂酸酯基或香豆素基等。在一些具體實例中，感光性聚合物可為非晶形聚合物，其在經歷偏振光照射520之前可最初係光學各向同性的，且可在經受偏振光照射520之後展現誘導（例如，光誘導）之光學各向異性。在一些具體實例中，感光性聚合物可為LC聚合物，其中可記錄由於光誘導之光學各向異性之效應產生的雙折射及平面內位向圖案。在一些具體實例中，感光性聚合物可為具有嵌入側聚合物鏈中之偏光敏感肉桂酸酯基的LC聚合物。在一些具體實例中，當感光性聚合物層510包括LC聚合物時，可在對應於LC聚合物之液晶狀態的溫度範圍內對經圖案化感光性聚合物層517進行熱處理（例如，退火）以增強LC聚合物之光誘導之光學各向異性（圖5B中未示出）。

因此，如圖5B展示，可獲得LCPH元件（例如LCPH光柵）500。在一些具體實例中，基於圖5A至圖5B中所展示之製造過程製造的LCPH元件500可為被動LCPH元件，例如被動PBP元件、被動PVH元件等。在一些具體實例中，被動LCPH元件可為透射LCPH元件（例如PBP元件、透射PVH元件等）。

參看圖5B，經圖案化感光性聚合物層517可具有在偏振光照射製程期間曝露於外部環境之上表面，及與基板205接觸之下表面。在偏振光照射製程期間曝露於外部環境之上表面可被稱作經圖案化感光性聚合物層517之自由表面。經圖案化感光聚合物層517之自由表面亦可展現具有週期性或非週期性隔開之峰部及谷部的波浪結構，例如類似於圖3A至圖3E中所展示的波浪結構。類似地，相比於包括不具有波浪結構之經圖案化感光性聚合物層的LCPH元件，包括具有波浪結構之經圖案化感光性聚合物層517的LCPH元件500之繞射效率可降低，且包括具有波浪結構之經圖案化感光性聚合物層517的LCPH元件500之信號對雜訊比可顯著減小。

根據以上論述，當製造偏光全像聚合物層時，其中緊鄰於偏光全像聚合物層之自由表面或在該自由表面處定位的光學各向異性分子經組態為在至少一個平面內方向上具有空間變化之位向，而不控制或組態用於形成本文中所揭示之偏光全像聚合物層之雙折射介質或感光性聚合物之調配物，波浪結構典型地形成於該偏光全像聚合物層之自由表面處。波浪結構可使包括偏光全像聚合物層之LCPH元件之光學效能顯著降級。舉例而言，對於PBP元件或PVH元件，波浪結構可導致散射及/或非所需繞射階，及/或降低所需繞射階之繞射效率。因此，PBP元件或PVH元件之信號對雜訊比可減小。波浪結構可降低包括PBP元件或PVH元件之光學裝置的調變轉移函數（「MTF」）或解析度。舉例而言，可減小包括具有波浪結構之PVH元件的光導顯示系統之MTF或解析度。

鑒於由偏光全像聚合物層之表面處之波浪結構引起的效能降級，本揭示內容提供一種包括經補償波浪結構之光學裝置。圖6A示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的具有補償層之光學裝置600之x-z截面圖，該補償層經組態以使表面處之波浪結構扁平化。光學裝置600可為LCPH裝置。舉例而言，光學裝置600可為PBP或PVH裝置，諸如PBP或PVH光柵、PBP或PVH透鏡（例如，球面透鏡、圓柱形透鏡或自由形式透鏡等等）或PBP或PVH稜鏡等。圖6A中所展示之光學裝置600可包括與在圖1A至圖1H中所展示之LCPH元件100、基於圖2A至圖2C中所展示之製造過程製造的LCPH元件200或基於圖5A及圖5B中所展示之製造過程製造的LCPH元件500中所包括的元件相同或類似的元件。該等相同或類似元件之詳細描述可參考結合圖1A至圖1H、圖2A至圖2C或圖5A及圖5B呈現之以上描述。

如圖6A中所展示，光學裝置600可包括以光學系列堆疊的基板205、偏光全像聚合物層617（亦被稱作聚合物層617）及補償層（或膜）605。聚合物層617之光軸可經組態為在至少一個平面內方向上具有空間變化之位向。舉例而言，聚合物層617之光軸可在至少一個平面內線性方向、至少一個平面內徑向方向、至少一個平面內圓周（例如，方位角）方向上或在其組合上週期性地或非週期性地變化。在一些具體實例中，聚合物層617可為LCP層。在一些具體實例中，LCP層可包括聚合（或交聯）LC、聚合物穩定之LC、LC聚合物，或其任何組合。LC可包括向列LC、扭曲彎曲LC、手性向列LC、近晶LC，或其任何組合。在一些具體實例中，聚合物層617可包括感光性聚合物層，諸如非晶形聚合物層。

在一些具體實例中，光學裝置600可包括額外元件。舉例而言，在一些具體實例中，光學裝置600可包括安置於基板205與聚合物層617之間的對準結構（圖中未示）。該對準結構可類似於圖2A至圖2C中所展示之對準結構210。對準結構210及聚合物層617可基於例如圖2A至圖2C中所展示之製造過程製造於基板205上。在一些具體實例中，光學裝置600可不包括對準結構，且聚合物層617可基於例如圖5A及圖5B中所展示之製造過程製造於基板205上。

聚合物層617可具有作為聚合物層617與補償層605之間的界面的第一表面617-1，及作為聚合物層617與對準結構210之間的界面的第二表面617-2。聚合物層617之第一表面617-1可展現波浪結構，其可例如在聚合過程期間由於在曝露於外部環境之表面處之單體的各向異性擴散而形成。該等波浪結構可具有在至少一個平面內方向上交替地分佈之峰部及谷部。在一些具體實例中，波浪結構之週期可與光學各向異性分子（例如，RM分子）之平面內位向圖案之平面內間距實質上相同。舉例而言，當光學各向異性分子之平面內位向圖案具有恆定平面內間距時，波浪結構之週期可為實質上恆定的。當光學各向異性分子之平面內位向圖案具有變化之平面內間距時，波浪結構之週期可為變化的，且可與平面內位向圖案之對應的平面內間距實質上相同。出於論述之目的，在圖6A中所展示之具體實例中，聚合物層617之光軸可在至少一個平面內方向上週期性地變化。換言之，光學各向異性分子（例如RM分子）之指向矢的位向可在至少一個平面內方向（例如圖6A中所展示之x軸方向）上週期性地或改變。圖6A展示波浪結構可具有在至少一個平面內方向（例如圖6A中所展示之x軸方向）上週期性且交替地分佈之峰部及谷部，類似於圖3A至圖3C中所展示之峰部及谷部。在一些具體實例中，可部分地藉由聚合物層617之平面內位向圖案之平面內間距及聚合物層617之厚度來判定波浪結構之平均高度。波浪結構之平均高度可在奈米尺度內，例如，在約10 nm至30 nm之範圍內。

補償層605可安置於聚合物層617之波浪結構上方，且經組態以補償聚合物層617的之波浪結構。在一些具體實例中，如圖6A中所展示，補償層605可與波浪結構直接接觸，且可至少填充波浪結構之凹槽（或谷部）以扁平化或平坦化波浪結構，使得總體光學裝置600之表面可為扁平的而非波浪形的。在一些具體實例中，補償層605可至少填充波浪結構之凹槽（或谷部）以將波浪結構之平均高度減小為小於預定值。具有小於預定高度之平均高度的波浪結構可能不會造成不良光學效應。在一些具體實例中，如圖6D中所展示，在具有經組態以使表面處之波浪結構扁平化的補償層685的光學裝置680中，補償層685可扁平化或平坦化位於聚合物層617之第一表面617-1處的波浪結構，且光學裝置680之總外表面可不扁平。補償層685之面向外部環境之外表面可為非扁平表面，例如可為彎曲表面。

聚合物層617（或形成聚合物層617之雙折射介質）可具有普通折射率n _o，及異常折射率n _e。聚合物層617之平均折射率可經計算為n _{p- 平均}= (n _e+n _o) / 2。在一些具體實例中，補償層605可為具有折射率n _c的光學各向同性層。在一些具體實例中，補償層605之折射率n _c與光學裝置600之外部環境（例如空氣，n _a≈1）之折射率n _a之間的差可經組態為小於聚合物層617之平均折射率n _{p- 平均}與光學裝置600之外部環境之折射率n _a之間的差。因此，可減小由波浪結構（類似於置放於外部環境中之SRG起作用）引起之非所需光學效應，例如繞射、散射、解析度減小及/或MTF減小等。

在一些具體實例中，補償層605之折射率n _c可與聚合物層617之平均折射率n _{p- 平均}實質上相同。在此具體實例中，補償層605亦可被稱作折射率匹配層。入射至聚合物層617之波浪結構與補償層605之間的界面（例如表面617-1）上的光可不經受折射率改變，且因此可以可忽略的偏轉透射穿過。因此，可顯著減小由波浪結構（類似於置放於外部環境中之SRG起作用）引起之非所需光學效應，例如繞射、散射、解析度減小、MTF減小等。

在一些具體實例中，補償層605可為光學各向異性層。舉例而言，補償層605可具有n _x及n _y及n _z，n _x及n _y為在膜平面（例如圖6A中之x-y平面）處在正交方向上的主折射率，且n _z為在平面外豎直方向（例如圖6A中之z方向）上之主折射率，其亦被稱作在膜厚度方向上之折射率。補償層605之平均折射率可經計算為n _{c- 平均}= (n _x+n _y) / 2。在一些具體實例中，補償層605之平均折射率n _{c- 平均}與光學裝置600之外部環境（例如空氣，n _a≈1）之折射率n _a之間的差可經組態為小於聚合物層617之平均折射率n _{p- 平均}與光學裝置600之外部環境之折射率n _a之間的差。因此，可顯著減小由波浪結構（類似於置放於外部環境中之SRG起作用）引起之非所需光學效應，例如繞射、散射、解析度減小及/或MTF減小等。

在一些具體實例中，補償層605之平均折射率n _{c- 平均}可與聚合物層617之平均折射率n _{p- 平均}實質上相同。在此具體實例中，補償層605亦可被稱作折射率匹配層。入射至聚合物層617之波浪結構與補償層605之間的界面（例如表面617-1）上的光可不經受折射率改變，且因此可以可忽略的偏轉透射穿過。因此，可顯著減小由波浪結構（類似於置放於外部環境中之SRG起作用）引起之非所需光學效應，例如繞射、散射、解析度減小及/或MTF減小等。

在一些具體實例中，補償層605可至少在聚合物層617之操作波長範圍內係光學透明的。在一些具體實例中，補償層605可在可見波長帶（例如，約380 nm至約700 nm）中係透明的。在一些具體實例中，補償層605可在紅外線IR頻帶之至少一部分（例如，約700 nm至約1 mm）內係至少部分透明的。補償層605可包括具有合適光學透明度及合適折射率（或平均折射率）的任何合適材料。在一些具體實例中，補償層605可包括光學透明黏著劑（「OCA」）。與其他黏著劑相比，OCA之特徵可為具有可再加工性、對不平坦表面之良好黏著性、優良光學屬性及耐久性。在一些具體實例中，可經由將液體OCA施加至聚合物層617（例如，將液體OCA層塗佈在聚合物層617之波浪表面上），且取決於製造商及規格經由（例如）環境或升高溫度、UV或可見光、高能輻射、水分減少技術或其組合來固化液體OCA層而在聚合物層617之波浪結構上形成補償層605。在一些具體實例中，OCA亦可充當聚合物層617與另一元件（例如，另一光學元件、另一電光元件）之間的光學接合。舉例而言，可經由將液體OCA施加至聚合物層617、將具有液體OCA之聚合物層617附接至另一元件且固化液體OCA層而將聚合物層617接合至另一元件。在一些具體實例中，補償層605可包括雙折射介質且可充當A板、O板或C板等。

圖6B繪示根據本揭示內容之一具體實例的具有由補償層補償之波浪結構的PBP光柵650的x-z截面圖。圖6C繪示展示針對圓偏振光402之PBP光柵650之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果。如圖6B中所展示，PBP光柵650可包括在表面處具有波浪結構之聚合物層617以及補償層605，該補償層安置於該表面處以補償波浪結構，從而減小了由波浪結構引起的非所需光學效應。聚合物層617之上表面可為扁平表面，且聚合物層617之下表面可為與圖3A及圖3B中所展示之波浪表面類似的波浪表面。PBP光柵650可經組態以實質上繞射具有預定偏手性之圓偏振光，且實質上透射（具有可忽略繞射）具有與預定偏手性相對之偏手性的圓偏振光。出於繪示性目的，具有預定偏手性之圓偏振光402垂直入射至聚合物層617之上表面上。在模擬中，假定波浪結構之平均週期為6 μm，且假定波浪結構之平均高度為15 nm。假定PBP光柵650之平面內間距為6 μm，假定圓偏振光402之波長為532 nm，且假定與補償層605之下表面接觸的空氣407之高度為1 μm。補償層605之折射率與聚合物層617之平均折射率匹配。

如圖6C中所展示，橫軸表示由PBP光柵650繞射之光的繞射角（單位：度（°）），且縱軸表示由PBP光柵650繞射之光的繞射效率。PBP光柵650可以約0.999之繞射效率（圖6C中未示出）將圓偏振光402繞射成+1繞射階654，且以小於0.0001之繞射效率將圓偏振光402繞射成0繞射階656。針對圓偏振光402之PBP光柵650之信號對雜訊比可經計算為9999（0.9999/0.0001=9999）。

參看圖4C至圖4D及圖6B至圖6C，圖4D及圖6C中所展示之模擬結果展示由波浪結構引起的效應（例如額外繞射階、繞射效率降低等）可由PBP光柵650中所包括之補償層605補償或抑制。舉例而言，對於圓偏振光402，具有經補償波浪結構之PBP光柵650之+1繞射階654的繞射效率（例如，0.999）相比於具有未經補償波浪結構之PBP光柵450之+1繞射階454的繞射效率（例如，0.9889）得以提高。具有經補償波浪結構之PBP光柵650中的+0階繞射可得以顯著抑制。舉例而言，具有經補償波浪結構之PBP光柵650之+0繞射階656的繞射效率（例如，小於0.0001）相比於具有未經補償波浪結構之PBP光柵450之0繞射階456的繞射效率（例如，約0.0005）可顯著降低。因此，具有經補償波浪結構之PBP光柵650之信號對雜訊比相比於具有未補償波浪結構之PBP光柵450之信號對雜訊比可得以顯著改良。舉例而言，PBP光柵650之信號對雜訊比相比於PBP光柵450之信號對雜訊比可至少改良5倍。

參看圖4A至圖4B及圖6B至圖6C，圖4B及圖6C中所展示之模擬結果展示，具有經補償波浪結構之PBP光柵650可具有與在表面處不具有波浪結構之PBP光柵400實質上相同的光學效能。舉例而言，對於圓偏振光402，具有經補償波浪結構之PBP光柵650之+1繞射階654的繞射效率（例如，0.999）可與不具有波浪結構之PBP光柵400之+1繞射階454的繞射效率（例如，0.9991）實質上相同。具有經補償波浪結構之PBP光柵650之+0繞射階656的繞射效率（例如，小於0.0001）可與不具有波浪結構之PBP光柵400之0繞射階456的繞射效率（例如，約0.0001）實質上相同。PBP光柵650之信號對雜訊比可與PBP光柵450之信號對雜訊比實質上相同。

本揭示內容亦提供一種製造具有預定波浪結構（或預定波浪表面）之LCPH元件的方法。本發明人已觀測到，波浪結構之高度可能受到雙折射介質之調配物及雙折射介質之聚合過程影響。舉例而言，參看圖2C，本發明人已進行一系列實驗，且觀測到，LCP層（例如，聚合RM層）217之自由表面處之波浪結構的高度可部分地藉由雙折射介質（例如，RM單體）之聚合過程的速度予以判定。在一些具體實例中，可聚合的LC單體（例如，RM單體）之較快聚合過程可導致聚合LCP（例如聚合RM層）217之自由表面處之波浪結構的高度較小。此係因為當RM單體之聚合過程加速時，緊鄰於RM層之自由表面或在RM層之自由表面處定位的RM單體在聚合過程期間各向異性地擴散的時間可較短。因此，在聚合過程期間緊鄰於RM層之自由表面或在RM層之自由表面處定位的RM單體之各向異性擴散可得以抑制，且在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之平均高度可得以減小。在一些具體實例中，可經由增加雙折射介質中所包括之光引發劑之濃度、增加雙折射介質之光聚合過程中所使用的UV光244之強度及/或增加執行雙折射介質之光聚合或熱聚合過程之溫度等來加速雙折射介質之聚合過程。

本發明人已進行一系列實驗以研究雙折射介質中所包括之光引發劑之濃度、用於雙折射介質之光聚合過程的UV光244之強度及在波浪結構上執行雙折射介質之聚合過程所處之溫度的影響。本發明人已觀測到，在雙折射介質中所包括之光引發劑之濃度的預定範圍內，隨著光引發劑之濃度增加，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之高度可降低。舉例而言，實驗結果展示，當雙折射介質中所包括之光引發劑的濃度為2.5%、5.5%及8.5%時，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之平均高度分別為約35.4 nm、12.1 nm及3.2 nm。在用於雙折射介質之光聚合過程的UV光244之強度之預定範圍內，隨著UV光244之強度增加，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之高度可降低。在執行雙折射介質之光聚合過程所處的溫度之預定範圍內，隨著溫度增加，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之高度可降低。

本發明人亦已觀測到，LCP層（例如，聚合RM層）217之自由表面處形成的波浪結構之高度可部分地藉由用於雙折射介質（例如，RM單體）之光聚合過程的UV光244之偏光予以判定。發明者已進行一系列實驗來研究UV光244之偏光對波浪結構之影響。本發明人已觀測到，當UV光244為具有平行於RM層中之RM分子之平面內位向圖案之平面內方向（或平面內間距方向）的偏光方向之線性偏振光時，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之平均高度h ₁可能相對較小。當UV光244為具有垂直於RM層中之RM分子之平面內位向圖案之平面內方向（或平面內間距方向）的偏光方向的線性偏振光時，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之平均高度h ₂可相對較大，例如大於h ₁。當UV光244為非偏振光時，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之平均高度h ₃可小於平均高度h ₂且大於平均高度h ₁。舉例而言，實驗結果展示當雙折射介質（例如RM單體）之光聚合過程中所使用的UV光244之偏光變化時，在聚合RM層217之自由表面處形成的波浪結構之平均高度h ₁、h ₂、h ₃分別為約21.75 nm、33.62 nm及39.79 nm。

出於論述之目的，包括於雙折射介質中的引發劑之濃度、用於雙折射介質之聚合過程中的曝光強度（例如，UV光之強度）及曝光偏光（例如，UV光之偏光）以及用於雙折射介質之聚合過程中的溫度可被稱作用於雙折射介質之聚合過程中的聚合參數。在一些具體實例中，用於雙折射介質之聚合過程中的聚合參數可包括其他參數，諸如包括於雙折射介質中的單體之濃度、雙折射介質之聚合過程之持續時間等。因此，經由組態用於雙折射介質之聚合過程中的聚合參數，可在包括於LCPH元件中之聚合物層之自由表面處形成具有預定或預定義高度之波浪結構。舉例而言，藉由組態用於雙折射介質之聚合過程中的聚合參數，聚合物層之自由表面處之波浪結構的平均高度可經控制為小於指定高度（例如，小於30 nm）。作為另一實例，在一些具體實例中，可控制波浪結構之高度以遵循預定分佈輪廓。對於一些應用，波浪結構可能需要被高度抑制，且藉由補償層（例如，圖6A中所展示之補償層605）補償。對於一些其他應用，可需要增強波浪結構，諸如遵循預定的波浪分佈輪廓。

本揭示內容亦提供一種製造具有經補償波浪結構之LCPH元件（諸如，具有經補償之波浪結構之PBP元件或PVH元件）的方法。圖9A為繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造具有經補償波浪結構之LCPH元件之方法1000的流程圖。如圖9A中所展示，方法1000可包括提供具有波浪表面及光軸之偏光全像聚合物層，該光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向（步驟1010）。偏光全像聚合物層可藉由任何合適之製程製造，諸如圖2A至圖2C中所展示之製造過程，或圖5A及圖5B中所展示之製造過程，或其他合適製程。偏光全像聚合物層可包括光學各向異性分子，且光學各向異性分子之位向可在第一預定平面內方向上變化。在一些具體實例中，偏光全像聚合物層可為偏光全像LCP層。在一些具體實例中，LCP層可包括聚合液晶或液晶聚合物中之至少一者。在一些具體實例中，偏光全像聚合物層可為感光性聚合物層。在一些具體實例中，偏光全像聚合物層可包括非晶形聚合物。

在一些具體實例中，提供偏光全像聚合物層可包括：在對準結構上形成具有光學各向異性分子之雙折射介質層；及使雙折射介質層聚合以形成偏光全像聚合物層。在一些具體實例中，提供偏光全像聚合物層可包括：在基板之表面上形成感光性聚合物層；及將感光性聚合物層曝光於偏振光照射。偏振光照射可在安置有感光性聚合物層之預定空間內具有線性偏光之3D空間變化之位向（或偏光方向）。

偏光全像聚合物層可具有波浪表面，該波浪表面包括在第一預定平面內方向上交替地隔開之峰部及谷部。波浪表面之峰部可對應於其中光學各向異性分子在第一預定平面內方向上實質上對準的（聚合物或波浪表面之）第一區域。波浪表面之谷部可對應於其中光學各向異性分子在垂直於第一預定平面內方向之第二預定平面內方向上實質上對準的（聚合物或波浪表面之）第二區域。偏光全像聚合物層、波浪結構及偏光全像聚合物層之製造過程的詳細描述可指上文呈現之描述，例如，包括結合圖1A至圖5B呈現之彼等描述。

方法1000亦可包括在偏光全像聚合物層之波浪表面上方形成補償層以補償該波浪表面之形狀（步驟1020）。在一些具體實例中，在波浪表面上方形成補償層可包括將液體OCA層施加至偏光全像聚合物層之波浪表面，且固化該液體OCA層。液體OCA可填充波浪表面之凹槽（或谷部），以扁平化或平坦化波浪表面。液體OCA在固化之後可經凝固為補償層。

在一些具體實例中，偏光全像聚合物層之平均折射率可為n _{p- 平均}= (n _e+n _o) / 2，n _o及n _e分別為偏光全像聚合物層之普通折射率及異常折射率。在一些具體實例中，補償層可為具有折射率n _c的光學各向同性層。在一些具體實例中，折射率n _c與裝置之外部環境之折射率n _a之間的差可小於平均折射率n _{p- 平均}與折射率n _a之間的差。在一些具體實例中，補償層之平均折射率n _{c- 平均}可與偏光全像聚合物層之平均折射率n _{p- 平均}實質上相同。在一些具體實例中，補償層可為光學各向異性層，補償層之平均折射率n _{c- 平均}為(n _x+n _y) / 2，n _x及n _y為在補償層之膜平面處在正交方向上的主折射率。在一些具體實例中，平均折射率n _{c- 平均}與裝置之外部環境之折射率n _a之間的差可小於平均折射率n _{p- 平均}與折射率n _a之間的差。

本揭示內容亦提供一種用於製造包括具有預定義高度之波浪結構之LCPH元件（諸如，具有經補償之波浪結構之PBP元件或PVH元件）的方法。圖9B為繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造包括具有預定義高度之波浪結構之LCPH元件之方法1050的流程圖。如圖9B中所展示，方法1050可包括判定測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與一或多個聚合參數之間的一或多個關係（步驟1060）。方法1050亦可包括判定致使測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度為預定平均高度的一或多個聚合參數之一或多個值（步驟1070）。方法1050可進一步包括基於一或多個聚合參數之經判定一或多個值使用聚合過程來製造最終偏光全像聚合物層（步驟1080）。最終偏光全像聚合物層可具有一具有預定平均高度之波浪表面。

在測試偏光全像聚合物層及最終偏光全像聚合物層（集體地被稱作「偏光全像聚合物層」）中之各者中，偏光全像聚合物層之光軸可在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向。在一些具體實例中，偏光全像聚合物層可包括光學各向異性分子，且光學各向異性分子之位向可在第一預定平面內方向上變化。波浪表面可包括在第一預定平面內方向上交替地隔開之峰部及谷部。峰部可對應於波浪表面之第一區域，在該等第一區域中，光學各向異性分子在第一預定平面內方向上實質上對準，且谷部可對應於波浪表面之第二區域，在該等第二區域中，光學各向異性分子在垂直於第一預定平面內方向之第二預定平面內方向上實質上對準。

一或多個聚合參數可包括：經由聚合過程形成測試偏光全像聚合物層之雙折射介質中所包括的引發劑之濃度、用於雙折射介質之聚合過程中的曝光強度（例如，UV光之強度）、用於雙折射介質之聚合過程中的曝光偏光（例如，UV光之偏光）以及用於雙折射介質之聚合過程中的曝光溫度。在一些具體實例中，用於雙折射介質之聚合過程中的聚合參數可包括其他參數，諸如包括於雙折射介質中的單體之濃度、雙折射介質之聚合過程之持續時間等。

舉例而言，判定一或多個關係可包括判定測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與各別聚合參數之間的各別關係。舉例而言，一或多個關係可包括測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與包括於雙折射介質中之引發劑之濃度之間的第一關係、測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與曝光強度之間的第二關係、測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與曝光偏光之間的第三關係，及/或測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與曝光溫度之間的第四關係。

在一些具體實例中，判定一或多個關係可包括執行資料模擬及/或實體實驗以判定當調整一或多個聚合參數時測試偏光全像聚合物層中之波浪表面之平均高度如何改變。在一些具體實例中，判定一或多個關係亦可包括執行資料模擬及/或實體實驗以判定當調整一或多個聚合參數時測試偏光全像聚合物層之波浪表面之表面輪廓如何改變。

在一些具體實例中，方法亦可包括判定致使測試偏光全像聚合物層之波浪表面具有預定表面輪廓的一或多個聚合參數之一或多個值。在一些具體實例中，方法亦可包括判定致使波浪表面具有預定平均高度的一或多個聚合參數之一或多個值。在一些具體實例中，所製造之最終偏光全像聚合物層可具有具有預定平均高度之波浪表面。在一些具體實例中，所製造之最終偏光全像聚合物層可具有具有預定表面輪廓之波浪表面。

偏光全像聚合物層（例如，測試偏光全像聚合物層或最終偏光全像聚合物層）之製造過程可包括在設置有對準結構之基板上形成雙折射介質層。在基板上形成雙折射介質層可包括：使用雙折射介質及引發劑基於引發劑之經判定濃度調配雙折射介質溶液；及將雙折射介質溶液施加（例如，沉積、塗佈等）至基板。製造過程亦可包括基於諸如曝光強度、曝光偏光及/或曝光溫度等之其他經判定聚合參數來聚合雙折射介質。

本文所揭示之具有經補償之波浪結構的LCPH裝置或元件具有以下特徵：減少之非所需繞射階、減少之散射、小厚度（約1 μm）、輕重量、緊湊性、大孔徑、簡單製造等。具有本文所揭示之經補償波浪結構的LCPH裝置可實施於用於成像、感測、通信、生物醫學應用等之系統或裝置中。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置可實施於用於擴增實境（「AR」）、虛擬實境（「VR」）及/或混合實境（「MR」）應用之各種系統中，例如近眼顯示器（「NED」）、平視顯示器（「HUD」）、頭戴式顯示器（「HMD」）、智慧型手機、膝上型電腦、電視、車輛等。舉例而言，基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置可實施於顯示器及光學模組中以啟用瞳孔轉向之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。瞳孔轉向之AR、VR及/或MR顯示系統具有諸如緊湊性、較大視場（「FOV」）、高系統效率及小眼眶之特徵。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置可實施於瞳孔轉向之AR、VR及/或MR顯示系統中以在空間上及/或時間上放大眼眶。在一些具體實例中，基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置可實施於AR、VR及/或MR感測模組中以在較寬角度範圍內偵測物件以實現其他功能。

在一些具體實例中，基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置可實施於AR、VR及/或MR感測模組中以延伸空間受限光學系統中的感測器之FOV或偵測範圍、提高感測器之偵測解析度或準確度，及/或減少信號處理時間。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置亦可用於在自主車輛中使用之光偵測及測距（「雷射雷達」）系統中。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置亦可用於光學通信中，例如以提供例如以十億位元組/秒之位準的較快速度及以千米位準之較長範圍。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的光束轉向裝置亦可實施於微波通信、3D成像及感測、微影及3D印刷等中。

基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的成像裝置可實施於用於AR、VR及/或MR應用之各種系統中，從而實現用於AR、VR及/或MR裝置之輕量化及人體工學設計。舉例而言，基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的成像裝置可實施於顯示器及光學模組中以啟用用於AR、VR及/或MR應用之智慧型眼鏡、用於投影儀之緊湊型照明光學件、光場顯示器。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的成像裝置可替換顯微鏡中具有高數值孔徑之習知物鏡。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的成像裝置可實施至光源總成中以向樣本提供經偏光結構化照明，以用於識別樣本之各種特徵。基於具有經補償波浪結構之所揭示LCPH裝置的成像裝置可啟用添加新程度進行樣本分析的偏光圖案化照明系統。

AR、VR或MR領域或其一些組合中的一些例示性應用將在下文加以解釋。圖7繪示根據本揭示內容之一具體實例之光導顯示系統800的x-z截面圖。光導顯示系統800可為用於VR、AR及/或MR應用之系統（例如，NED、HUD、HMD、智慧型手機、膝上型電腦或電視等）的部分。光導顯示系統800可包括經組態以將影像光（形成電腦產生之虛擬影像）投影至視場（「FOV」）中之顯示視窗中之影像顯示組件。光導顯示系統800可包括具有經補償波浪結構之一或多個所揭示之LCPH裝置。

如圖7中所展示，光導顯示系統800可包括光源總成805、光導810及控制器817。控制器817可經組態以執行本文所描述之各種控制、調整或其他功能或程序。光源總成805可包括光源820及光調節系統825。在一些具體實例中，光源820可為經組態以產生相干或部分相干光之光源。光源820可包括例如雷射二極體、豎直空腔表面發光雷射、發光二極體或其組合。在一些具體實例中，光源820可為顯示面板，諸如液晶顯示器（「LCD」）面板、矽上液晶（「LCoS」）顯示面板、有機發光二極體（「OLED」）顯示面板、微型發光二極體（「微型LED」）顯示面板、數位光處理（「DLP」）顯示面板、雷射掃描顯示面板或其組合。在一些具體實例中，光源820可為自發射面板，諸如OLED顯示面板或微型LED顯示面板。在一些具體實例中，光源820可為由外部源照明之顯示面板，諸如LCD面板、LCoS顯示面板或DLP顯示面板。外部源之實例可包括雷射、LED、OLED或其組合。光調節系統825可包括經組態以調節來自光源820之光的一或多個光學組件。舉例而言，控制器817可控制光調節系統825以調節來自光源820之光，其可包括例如透射、衰減、擴展、準直及/或調整光之位向。

光源總成805可產生影像光830並將影像光830輸出至安置於光導810之第一部分處之輸入耦合元件835。光導810可在位於光導810之第一部分處之輸入耦合元件835處接收影像光830。在一些具體實例中，輸入耦合元件835可將影像光830耦合至光導810內部之全內反射（「TIR」）路徑中。影像光830可在光導810內部沿著TIR路徑通過TIR朝向位於光導810之第二部分處之輸出耦合元件845傳播。第一部分及第二部分可位於光導810之不同部分處。輸出耦合元件845可經組態以將影像光830耦接出光導810。舉例而言，輸出耦合元件845可經組態以將影像光830耦合出光導810作為複數個影像光832朝向眼框區域855傳播。在一些具體實例中，光導顯示系統800可將影像光830擴展且引導至定位於光導顯示系統800之眼框區域855中的出射光瞳857。出射光瞳857可為眼睛860定位於眼框區域855中之位置。

光導810可包括面向真實世界環境之第一表面或側810-1及面向眼框區域860之對置之第二表面或側810-2。輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之各者可安置於光導810之第一表面810-1或第二表面810-2處。在一些具體實例中，如圖7中所展示，輸入耦合元件835可安置於光導810之第二表面810-2處，且輸出耦合元件845可安置於光導810之第一表面810-1處。在一些具體實例中，輸入耦合元件835可安置於光導810之第一表面810-1處。在一些具體實例中，輸出耦合元件845可安置於光導810之第二表面810-2處。在一些具體實例中，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845兩者可安置於光導810之第一表面810-1或第二表面810-2處。在一些具體實例中，輸入耦合元件835或輸出耦合元件845可在對應表面處一體地形成為光導810之一部分。在一些具體實例中，輸入耦合元件835或輸出耦合元件845可分開形成，且可安置於對應表面處（例如，固接至對應表面）。

在一些具體實例中，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之各者可具有包括可見波長帶之至少一部分的經設計之操作波長帶。在一些具體實例中，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之各者的經設計之操作波長帶可不包括IR波長帶。舉例而言，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之各者可經組態以使可見光偏轉，且在無偏轉的情況下或在可忽略偏轉之情況下透射IR光。

在一些具體實例中，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之各者可包括一或多個繞射光柵、一或多個級聯反射器、一或多個稜鏡表面元件、全像反射器陣列或其任何組合。在一些具體實例中，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之各者可包括一或多個繞射光柵，諸如表面起伏光柵、體積全像、偏光選擇性光柵、偏光體積全像（「PVH」）光柵、超穎表面光柵或其任何組合。在一些具體實例中，包括於輸入耦合元件835中之繞射光柵的週期可經組態以實現光導810內影像光830之TIR。在一些具體實例中，包括於輸出耦合元件845中之繞射光柵的週期可經組態以經由繞射將在光導810內部通過TIR傳播之影像光830耦合出光導810。在一些具體實例中，輸入耦合元件835及輸出耦合元件845中之至少一者可包括具有經補償波浪結構之一或多個所揭示之LCPH裝置，諸如圖6A中所展示之LCPH裝置600或圖6D中所展示之LCPH裝置680。

光導810可包括經組態以促進影像光830之全內反射之一或多種材料。光導810可包括例如塑膠、玻璃及/或聚合物。光導810可具有相對較小形狀因數。與輸入耦合元件835及輸出耦合元件845耦接之光導810亦可充當影像組合器（例如，AR或MR組合器）。光導810可將表示虛擬影像之影像光832與來自真實世界環境之光834（或真實世界光834）組合，使得虛擬影像可與真實世界影像重疊。在光導顯示系統800之情況下，實體顯示器及電子件可移動至NED之前部本體的一側。可達成真實世界環境之實質上完全不受阻的視圖，此增強了AR或MR使用者體驗。

在一些具體實例中，光導810可包括經組態以重新引導、摺疊及/或擴展光源總成805之光瞳之額外元件。舉例而言，在一些具體實例中，光導顯示系統800可包括重新引導元件840，該重新引導元件耦接至光導810且經組態以將影像光830重新引導至輸出耦合元件845，使得影像光830經由輸出耦合元件845耦合出光導810。在一些具體實例中，重新引導元件840可配置於光導810之與輸出耦合元件845之位置對置的位置處。舉例而言，在一些具體實例中，重新引導元件840可在對應表面處一體地形成為光導810之一部分。在一些具體實例中，重新引導元件840可分開地形成及安置於光導810之對應表面處（例如，固接至光導810之對應表面）。

在一些具體實例中，重新引導元件840及輸出耦合元件845可具有類似結構。在一些具體實例中，重新引導元件840可包括一或多個繞射光柵、一或多個級聯反射器、一或多個稜鏡表面元件、全像反射器陣列或其任何組合。在一些具體實例中，重新引導元件可包括一或多個繞射光柵，諸如表面起伏光柵、體積全像、偏光選擇性光柵、偏光體積全像、超穎表面光柵或其任何組合。在一些具體實例中，重新引導元件840可包括具有經補償波浪結構的一或多個所揭示之LCPH裝置，諸如圖6A中所展示之LCPH裝置600或圖6D中所展示之LCPH裝置680。在一些具體實例中，可將例如重新引導、摺疊及/或擴展由光源總成805產生之光之光瞳的多個功能組合至單一元件中，例如輸出耦合元件845。

在一些具體實例中，光導顯示系統800可包括以堆疊組態（圖7中未示）安置之複數個光導810。複數個光導810中之至少一者（例如，各者）可耦接或包括一或多個繞射元件，包括例如輸入耦合元件、輸出耦合元件及/或重新引導元件。該一或多個繞射元件可經組態以朝向眼睛860引導影像光830。在一些具體實例中，以堆疊組態安置之複數個光導810可經組態以輸出經擴展多色影像光或全色影像光。在一些具體實例中，光導顯示系統800可包括一或多個光源總成805及/或一或多個光導810。在一些具體實例中，光源總成805中之至少一者（例如，各者）可經組態以發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之特定波長帶及預定FOV或FOV之預定部分的單色影像光。

在一些具體實例中，光導顯示系統800可包括三個不同光導810，其經組態以藉由按任何合適的次序分別輸入耦合及隨後輸出耦合例如紅光、綠光及藍光來遞送分量彩色影像（例如，原色影像）。在一些具體實例中，光導顯示系統800可包括兩個不同光導，其經組態以藉由按任何合適的次序分別輸入耦合及隨後輸出耦合紅光與綠光之組合及綠光與藍光之組合來遞送分量彩色影像。在一些具體實例中，光源總成805中之至少一者（例如，各者）可經組態以發射多色影像光，例如全色影像光。圖7中所展示之眼睛860及光源總成805之相對位置西出於繪示性目的。在一些具體實例中，眼睛860及光源總成805可安置於光導810之不同側處。

圖8A繪示根據本揭示內容之一具體實例的近眼顯示器（「NED」）900之示意圖。圖8B為根據本揭示內容之一具體實例的圖8A中所展示之NED 900之一半的橫截面圖。出於繪示性目的，圖8B展示與左眼顯示系統910L相關聯之橫截面圖。NED 900可包括控制器（圖中未示）。NED 900可包括經組態以安裝至使用者之頭部之框架905。框架905僅為NED 900之各種組件可安裝至的範例結構。其他合適類型之夾具可代替框架905或與該框架組合而使用。NED 900可包括安裝至框架905之右眼顯示系統910R及左眼顯示系統910L。NED 900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 900充當AR或MR裝置時，自使用者之角度看，右眼顯示系統910R及左眼顯示系統910L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 900充當VR裝置時，右眼顯示系統910R及左眼顯示系統910L可為不透明的以阻擋來自真實世界環境之光，使得使用者可基於電腦產生之影像而沉浸在VR影像中。

左眼顯示系統910L及右眼顯示系統910R可包括影像顯示組件，其經組態以在視場（「FOV」）中將電腦產生之虛擬影像投影至左顯示視窗915L及右顯示視窗915R中。左眼顯示系統910L及右眼顯示系統910R可為任何合適的顯示系統。在一些具體實例中，左眼顯示系統910L及右眼顯示系統910R可包括本文中所揭示之一或多個所揭示之光學裝置。在一些具體實例中，左眼顯示系統910L及右眼顯示系統910R可包括本文中所揭示之一或多個光學系統（例如，顯示系統），諸如圖7中所展示之光導顯示系統800。出於繪示性目的，圖8A展示左眼顯示系統910L可包括光源總成（例如，投影儀）935，該光源總成耦接至框架905且經組態以產生表示虛擬影像之影像光。

如圖8B中所展示，左眼顯示系統910L亦可包括檢視光學系統980及物件追蹤系統990（例如，眼睛追蹤系統及/或人臉追蹤系統）。檢視光學系統980可經組態以將自左眼顯示系統910L輸出之影像光導引至出射光瞳857。出射光瞳857可為使用者之眼睛860的眼睛瞳孔859定位於左眼顯示系統910L之眼框區域855中的位置。舉例而言，檢視光學系統980可包括一或多個光學元件，其經組態以例如校正自左眼顯示系統910L輸出之影像光中的像差，放大自左眼顯示系統910L輸出之影像光或執行自左眼顯示系統910L輸出之影像光之另一類型之光學調整。一或多個光學元件之實例可包括孔徑、菲涅爾透鏡（Fresnel lens）、凸透鏡、凹透鏡、濾光器、影響影像光之任何其他合適之光學元件或其組合。在一些具體實例中，檢視光學系統980可包括具有經補償之波浪結構的一或多個所揭示之LCPH裝置，諸如圖6中所展示之LCPH裝置600。

物件追蹤系統990可包括經組態以照明眼睛860及/或臉部之IR光源991，及經組態以接收由眼睛860反射之IR光且產生與眼睛860相關之追蹤信號的光學感測器993（例如，攝影機）。追蹤信號可為眼睛860之影像。在一些具體實例中，物件追蹤系統990可包括具有經補償之波浪結構的一或多個所揭示之LCPH裝置，諸如圖6A中所展示之LCPH裝置600或圖6D中所展示之LCPH裝置680。在一些具體實例中，NED 900可包括可動態調整由真實世界物件反射之光之透射率的適應性調暗元件，從而在VR裝置與AR裝置之間或VR裝置與MR裝置之間切換NED 900。在一些具體實例中，隨著AR/MR裝置與VR裝置之間的切換，適應性調暗元件可用於AR及/MR裝置中，以減輕由真實世界物件反射之光與虛擬影像光之亮度的差異。

在一些具體實例中，提供一種裝置。該裝置包括具有波浪表面之偏光全像聚合物層，該偏光全像聚合物層之光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向。該裝置亦包括一補償層，該補償層安置於偏光全像聚合物層之波浪表面處且經組態以補償該波浪表面之形狀。舉例而言，該補償層可安置於波浪表面上方以填充波浪表面之谷部且呈現用於波浪表面及波浪表面頂部上之補償層之組合結構的實質上扁平之總表面。光學膜將輸入光繞射成具有相對較高繞射效率之主要繞射光及具有相對較低繞射效率之次繞射光。在補償層安置於波浪表面上方以呈現用於組合結構之實質上扁平總表面的情況下，抑制了次要繞射光。

已出於繪示性目的呈現本揭示內容之具體實例的前述描述。其並不意欲為詳盡的或將本揭示內容限制於所揭示之精確形式。所屬技術領域中具有通常知識者可瞭解，可鑒於上述揭示內容進行修改及變化。

本說明書之一些部分可按關於資訊的操作之演算法及符號表示來描述本揭示內容之具體實例。儘管在功能上、運算上或邏輯上描述此等操作，但該等操作可由電腦程式或等效電路、微碼或類似物實施。此外，在不失一般性之情況下，將此等操作配置稱作模組，有時亦證明為方便的。所描述操作及其關聯模組可用軟體、韌體硬體或其任何組合實施。

本文中所描述之步驟、操作或程序中之任一者可藉由一或多個硬體及/或軟體模組單獨地執行或實施或與其他裝置組合地執行或實施。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，電腦程式碼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、光學元件、控制器、電路、邏輯閘等。

本揭示內容之具體實例亦可關於用於執行本文中之操作的設備。此設備可經特別建構以用於特定目的，及/或其可包括由儲存於電腦中之電腦程式選擇性地啟動或重新組態之通用運算裝置。此電腦程式可儲存於非暫時性有形電腦可讀儲存媒體中或適合於儲存電子指令之任何類型之媒體中，該或該等媒體可耦接至電腦系統匯流排。非暫時性電腦可讀儲存介質可為可儲存程式碼之任何介質，例如，磁碟、光碟、唯讀記憶體（「ROM」）、或隨機存取記憶體（「RAM」）、電子可程式化唯讀記憶體（「EPROM」）、電可抹除可程式化唯讀記憶體（「EEPROM」）、暫存器、硬碟、固態硬碟機、智慧型媒體卡（「SMC」）、安全數位卡（「SD」）、快閃記憶卡等。此外，在本說明書中描述之任何運算系統可包括單一處理器，或可為使用多個處理器以用於增加運算能力之架構。處理器可為中央處理單元（「CPU」）、圖形處理單元（「GPU」）或經組態以處理資料及/或基於資料而執行運算之任何處理裝置。處理器可包括軟體及硬體組件兩者。舉例而言，處理器可包括硬體組件，諸如特殊應用積體電路（「ASIC」）、可程式化邏輯裝置（「PLD」）或其組合。PLD可為複合可程式化邏輯裝置（「CPLD」）、場可程式化閘陣列（「FPGA」）等。

本揭示內容之具體實例亦可關於由本文中所描述之運算程序產生的產品。此產品可包括由運算程序所產生之資訊，其中該資訊儲存於非暫時性有形電腦可讀儲存媒體上，且可包括本文中所描述之電腦程式產品或其他資料組合之任何具體實例。

另外，當圖式中所繪示之具體實例展示單一元件時，應理解，具體實例或未展示於諸圖中但在本揭示內容之範圍內的另一具體實例可包括複數個此類元件。同樣地，當圖式中所繪示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內容之範圍內的另一具體實例可僅包括一個此元件。圖式中所繪示之元件之數目僅出於繪示性目的，且不應被視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，展示在一個圖/具體實例中但未展示在另一圖/具體實例中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，圖中所展示之層、膜、板或元件之數目僅出於繪示性目的。在仍在本揭示內容之範圍內的在圖中未展示之其他具體實例中，相同或不同的圖/具體實例中所展示的相同或不同的層、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繪示例示性實施方案。基於所揭示具體實例，在不脫離本揭示內容之範圍的情況下，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內容，但本揭示內容不限於上文所描述之具體實例。在不脫離本揭示內容之範圍的情況下，可以其他等效形式實施本揭示內容。在所附申請專利範圍中界定本揭示內容之範圍。

100:液晶偏光全像（「LCPH」）裝置/液晶偏光全像（LCPH）元件 102:光 112:光學各向異性分子/棒狀液晶（LC）分子 114:折射率平面/布拉格平面 115:薄層/液晶偏光全像（LCPH）層/雙折射介質層 115-1:第一表面 115-2:第二表面 116:液晶（LC）分子指向矢平面 117:螺旋結構 118:螺旋軸線 150:透鏡中心 155:透鏡周邊 188:箭頭 200:液晶偏光全像（LCPH）元件 205:基板 210:對準結構 215:雙折射介質層 217:聚合反應性介晶（RM）層/液晶聚合物（LCP）層 217-1:第一表面/自由表面 217-2:第二表面 244:紫外線（UV）光 305:峰部 307:谷部 312:光學各向異性分子/RM分子 315:區域 317:區域 335:峰部 337:谷部 400:盤貝相位（PBP）光柵 402:圓偏振光 404:+1繞射階 405:聚合反應性介晶（RM）層 406:0繞射階 407:空氣 450:盤貝相位（PBP）光柵 454:+1繞射階 455:聚合反應性介晶（RM）層 456:非所需繞射階/0繞射階 458:非所需繞射階 470:波浪結構/表面起伏光柵（SRG） 473:微結構 474:0繞射階 475:凹槽 476:-1繞射階 478:+1繞射階 500:液晶偏光全像（LCPH）元件 510:感光性聚合物層 517:經圖案化之感光性聚合物層 520:偏振光照射 600:液晶偏光全像（LCPH）光學裝置 605:補償層 617:偏光全像聚合物層 617-1:第一表面 617-2:第二表面 650:盤貝相位（PBP）光柵 654:+1繞射階 656:+0繞射階 680:液晶偏光全像（LCPH）光學裝置 685:補償層 800:光導顯示系統 805:光源總成 810:光導 810-1:第一表面或側 810-2:第二表面或側 817:控制器 820:光源 825:光調節系統 830:影像光 832:影像光 834:真實世界光 835:輸入耦合元件 840:重新引導元件 845:輸出耦合元件 855:眼框區域 857:出射光瞳 859:眼睛瞳孔 860:使用者之眼睛 900:近眼顯示器（「NED」） 905:框架 910L:左眼顯示系統 910R:右眼顯示系統 915L:左顯示視窗 915R:右顯示視窗 935:光源總成 980:檢視光學系統 990:物件追蹤系統 991:紅外線（IR）光源 993:光學感測器 1000:方法 1010:步驟 1020:步驟 1050:方法 1060:步驟 1070:步驟 1080:步驟 ϕ:方位角 θ:角度 Ʌ ₀:間距 Ʌ ₁:間距 Ʌ _r:間距 P _B:布拉格週期 P _in:平面內間距 P _v:豎直間距/豎直週期性

以下圖式係根據各種所揭示具體實例出於繪示性目的而提供且並不意欲限制本揭示內容之範圍。在該等圖式中：

[圖1A]示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的液晶偏光全像（「LCPH」）元件之三維（「3D」）視圖；

[圖1B]至[圖1D]示意性地繪示根據本揭示內容之各種具體實例的圖1A中所展示之LCPH元件之一部分的各種視圖，其展示LCPH元件中之光學各向異性分子的平面內位向；

[圖1E]至[圖1H]示意性地繪示根據本揭示內容之各種具體實例的圖1A中所展示之LCPH元件之一部分的各種視圖，其展示LCPH元件中之光學各向異性分子的平面外位向；

[圖2A]至[圖2C]示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造LCPH元件之製程；

[圖3A]繪示展示液晶聚合物（「LCP」）層之一部分之3D表面輪廓的圖解；

[圖3B]繪示展示圖3A中所展示之LCP層之一部分之2D表面輪廓的圖解；

[圖3C]繪示展示光學各向異性分子與圖3A及圖3B中所展示之LCP層之波浪結構之重疊的圖解；

[圖3D]繪示在光聚合過程期間緊鄰於雙折射介質層之自由表面或在該自由表面處定位的光學各向異性分子之一部分的圖解；

[圖3E]繪示展示光學各向異性分子與LCP層之波浪結構之重疊的圖解；

[圖4A]示意性地繪示根據理論組態之不具有波浪結構之盤貝相位（「Pancharatnam-Berry phase；PBP」）光柵的圖解；

[圖4B]繪示展示圖4A中所展示之PBP光柵之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果；

[圖4C]示意性地繪示具有波浪結構之PBP光柵的圖解；

[圖4D]繪示展示圖4C中所展示之PBP光柵之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果；

[圖4E]示意性地繪示波浪結構之圖解；

[圖4F]繪示展示圖4E中所展示之波浪結構之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果；

[圖5A]及[圖5B]示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造LCPH元件之製程；

[圖6A]示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的光學裝置之圖解，該光學裝置包括經組態以使表面處之波浪結構扁平化之補償層；

[圖6B]示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的PBP光柵之圖解，該PBP光柵包括經組態以使波浪結構扁平化之補償層；

[圖6C]繪示根據本揭示內容之一具體實例的展示圖6B中所展示之PBP光柵之繞射角與繞射效率之間的關係的模擬結果；

[圖6D]示意性地繪示根據本揭示內容之一具體實例的PBP光柵之圖解，該PBP光柵包括經組態以使波浪結構扁平化之補償層；

[圖7]繪示根據本揭示內容之一具體實例的光導顯示系統之示意圖；

[圖8A]繪示根據本揭示內容之一具體實例的近眼顯示器（「NED」）之示意圖；

[圖8B]繪示根據本揭示內容之一具體實例的圖8A中所展示之NED之一半的示意性橫截面圖；

[圖9A]為繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造具有補償波浪結構之LCPH元件之方法的流程圖；且

[圖9B]為繪示根據本揭示內容之一具體實例的用於製造包括具有預定義高度之波浪結構之LCPH元件之方法的流程圖。

100:液晶偏光全像(「LCPH」)裝置/液晶偏光全像(LCPH)元件

102:光

115:薄層/液晶偏光全像(LCPH)層/雙折射介質層

115-1:第一表面

115-2:第二表面

Claims (20)

1. 一種裝置，其包含： 偏光全像聚合物層，其具有波浪表面，該偏光全像聚合物層之光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向；及 補償層，其安置於該偏光全像聚合物層之該波浪表面處且經組態以補償該波浪表面之形狀。
2. 如請求項1之裝置，其中 該偏光全像聚合物層包括光學各向異性分子，該等光學各向異性分子之位向在該第一預定平面內方向上變化，且 該波浪表面包括在該第一預定平面內方向上交替地隔開之峰部及谷部。
3. 如請求項2之裝置，其中 該波浪表面之該等峰部對應於該偏光全像聚合物層之第一區域，在該等第一區域中，該等光學各向異性分子在該第一預定平面內方向上實質上對準，且 該波浪表面之該等谷部對應於該偏光全像聚合物層之第二區域，在該等第二區域中，該等光學各向異性分子在垂直於該第一預定平面內方向之第二預定平面內方向上實質上對準。
4. 如請求項1之裝置，其中該補償層包括光學透明黏著劑。
5. 如請求項1之裝置，其中該偏光全像聚合物層包括液晶聚合物。
6. 如請求項1之裝置，其中該偏光全像聚合物層包括感光性聚合物。
7. 如請求項1之裝置，其中該偏光全像聚合物層包括非晶形聚合物。
8. 如請求項1之裝置，其中 該偏光全像聚合物層之平均折射率為n _{p- 平均}= (n _e+n _o) / 2，n _o及n _e分別為該偏光全像聚合物層之普通（ordinary）折射率及異常（extraordinary）折射率， 該補償層係具有折射率n _c之光學各向同性層，且 該折射率n _c與該裝置之外部環境之折射率n _a之間的差小於該平均折射率n _{p- 平均}與該折射率n _a之間的差。
9. 如請求項8之裝置，其中該補償層之該折射率n _c與該偏光全像聚合物層之該平均折射率n _{p- 平均}實質上相同。
10. 如請求項1之裝置，其中 該偏光全像聚合物層之平均折射率為n _{p- 平均}= (n _e+n _o) / 2，n _o及n _e分別為該偏光全像聚合物層之普通折射率及異常折射率， 該補償層係光學各向異性層，該補償層之平均折射率n _{c- 平均}為(n _x+n _y) / 2，n _x及n _y為在該補償層之膜平面處在正交方向上的主折射率，且 該平均折射率n _{c- 平均}與該裝置之外部環境之折射率n _a之間的差小於該平均折射率n _{p- 平均}與該折射率n _a之間的差。
11. 如請求項10裝置，其中該補償層之該平均折射率n _{c- 平均}與該偏光全像聚合物層之該平均折射率n _{p- 平均}實質上相同。
12. 如請求項1之裝置，其中該裝置係盤貝相位（「Pancharatnam-Berry phase；PBP」）裝置或偏光體積全像（「PVH」）裝置。
13. 一種方法，其包含： 設置具有波浪表面及光軸之偏光全像聚合物層，該光軸經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向；及 在該偏光全像聚合物層之該波浪表面上方形成補償層以補償該波浪表面之形狀。
14. 如請求項13之方法，其中： 該偏光全像聚合物層包括光學各向異性分子，該等光學各向異性分子之位向在該第一預定平面內方向上變化， 該波浪表面包括在該第一預定平面內方向上交替地隔開之峰部及谷部， 該等峰部對應於該偏光全像聚合物層之第一區域，在該等第一區域中，該等光學各向異性分子在該第一預定平面內方向上實質上對準，且 該等谷部對應於該偏光全像聚合物層之第二區域，在該等第二區域中，該等光學各向異性分子在垂直於該第一預定平面內方向之第二預定平面內方向上實質上對準。
15. 如請求項14之方法，其中在該偏光全像聚合物層之該波浪表面上方形成該補償層進一步包含： 將液體光學透明黏著劑層施加至該偏光全像聚合物層之該波浪表面以填充該等谷部，以使該波浪表面扁平化；及 固化該液體光學透明黏著劑層以形成該補償層。
16. 如請求項13之方法，其中 該偏光全像聚合物層之平均折射率為n _{p- 平均}= (n _e+n _o) / 2，n _o及n _e分別為該偏光全像聚合物層之普通折射率及異常折射率， 該補償層係具有折射率n _c之光學各向同性層，且 該折射率n _c與該裝置之外部環境之折射率n _a之間的差小於該平均折射率n _{p- 平均}與該折射率n _a之間的差。
17. 如請求項13之方法，其中該補償層之該折射率n _c與該偏光全像聚合物層之該平均折射率n _{p- 平均}實質上相同。
18. 一種方法，其包含： 判定測試偏光全像聚合物層之波浪表面之平均高度與一或多個聚合參數之間的一或多個關係，該測試偏光全像聚合物層具有經組態為在第一預定平面內方向上具有空間變化之位向之光軸； 判定致使該測試偏光全像聚合物層之該波浪表面之該平均高度為預定平均高度的該一或多個聚合參數之一或多個值；及 基於該一或多個聚合參數之經判定之該一或多個值使用聚合過程來製造最終偏光全像聚合物層，該所製造之最終偏光全像聚合物層具有具有該預定平均高度之波浪表面。
19. 如請求項18之方法，其中在該測試偏光全像聚合物層及該最終偏光全像聚合物層中之各者中， 光學各向異性分子經配置為具有在該第一預定平面內方向上變化的位向， 該波浪表面包括在該第一預定平面內方向上交替地隔開之峰部及谷部， 該等峰部對應於其中該等光學各向異性分子在該第一預定平面內方向上實質上對準的第一區域，且 該等谷部對應於其中該等光學各向異性分子在垂直於該第一預定平面內方向之第二預定平面內方向上實質上對準的第二區域。
20. 如請求項18之方法，其中該一或多個聚合參數包括雙折射介質中之引發劑之濃度、在該雙折射介質之該聚合過程中使用的曝光強度、曝光偏光及曝光溫度。

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