(57)【要約】本開示は、仮想現実および拡張現実結像および可視化システムを含む、光学デバイスに関する。光学デバイスは、第１のパターンで配列される第１の複数の液晶分子と、第２のパターンで配列される第２の複数の液晶分子とを有する、液晶層を含む。第１のパターンおよび第２のパターンは、液晶層の縦または横軸に沿って約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離だけ相互から分離される。第１の複数の液晶分子および第２の複数の液晶分子は、可視または赤外線波長の光を再指向し得る、第１の格子構造および第２の格子構造として構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主表面と、第２の主表面と、厚さとを有する液晶層を備える光学デバイスであって、前記第１の主表面および第２の主表面は、横方向を横断して延在し、前記厚さは、前記第１の主表面または前記第２の主表面の面法線と平行な方向に沿って延在し、前記液晶層は、前記液晶層の厚さを横断して分散される複数のサブ層を備え、前記複数のサブ層のそれぞれは、液晶分子の単一層を備え、前記液晶分子のそれぞれは、縦軸を有し、
各サブ層は、
複数の液晶分子の縦軸が第１のパターンを形成するように配列される第１のドメインと、
複数の液晶分子の縦軸が第２のパターンを形成するように配列される第２のドメインと
を備え、
前記第１のドメインは、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの距離Ｄを有するドメイン間隙によって、前記第２のドメインから前記横方向に沿って側方に離間され、前記ドメイン間隙内の前記液晶分子の縦軸は、前記第１のパターンから前記第２のパターンに徐々に遷移する、デバイス。
【請求項２】
前記サブ層の第１のドメインの分子の縦軸は、隣接する前記サブ層の第１のドメインの分子の縦軸に対して捻転されることができる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
第２の液晶層をさらに備え、前記第２の液晶層の液晶分子は、それぞれ、第１のドメインおよび第２のドメイン内において前記第１の方向および前記第２の方向に自己整合するように構成されることを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記液晶層または前記第２の液晶層は、重合化可能液晶材料を備える、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の液晶層にわたる第３の液晶層をさらに備え、前記第３の液晶の複数の液晶分子は、第３の方向に沿って配列される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第３の液晶層にわたる第４の液晶層をさらに備え、前記第４の液晶層の複数の液晶は、前記第３の方向に自己整合するように構成される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、導波管にわたって配置される、請求項３または請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、前記光の入射ビームが全内部反射によって前記導波管を通して伝搬するように光の入射ビームを前記導波管の中に内部結合するように構成される内部結合光学要素を備える、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記内部結合光学要素を介して光を前記導波管の中に指向するように構成される光変調デバイスをさらに備える、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、全内部反射によって前記導波管を通して伝搬する光の入射ビームを外部結合するように構成される外部結合光学要素を備える、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、全内部反射によって前記導波管を通して伝搬する光を再指向するように構成される直交瞳エクスパンダを備え、前記再指向される光は、全内部反射によって前記導波管を通して伝搬し続ける、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって前記導波管を通して伝搬するように光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される内部結合光学要素を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光のビームを外部結合するように構成される外部結合光学要素を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第１のドメイン内の前記複数の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合され、前記第２のドメイン内の前記複数の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合され、
前記ドメイン間隙内の前記液晶分子の縦軸は、前記第１の方向から前記第２の方向に徐々に遷移する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
光学デバイスを加工するための方法であって、前記方法は、
重合化可能液晶層を基板にわたって提供することと、
前記重合化可能液晶層をパターン化することと、
液晶層を前記パターン化された重合化可能液晶層上に堆積させることと
を含み、
前記堆積される液晶層の分子は、前記パターン化された重合化可能液晶層に自己整合され、
前記重合化可能液晶層をパターン化することは、第１の複数の特徴を備える第１のドメインと、第２の複数の特徴を備える第２のドメインとを有するインプリントテンプレートによって、前記重合化可能液晶層をインプリントすることを含み、前記第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって、前記第２のドメインから離間され、前記特徴を欠いている領域の寸法は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの値を有する、方法。
【請求項１６】
前記寸法は、長さまたは幅のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のドメインの第１の複数の特徴は、第１のパターンを形成するように配列され、前記第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２のパターンを形成するように配列される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のパターンは、前記第２のパターンと明確に異なる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の複数の特徴は、第１の方向に沿って配向され、前記第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２の方向に沿って配向される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の方向は、前記第２の方向と明確に異なる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
前記インプリントテンプレートは、半導体材料を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項３０】
光学リソグラフィ、ナノインプリント、またはイオンおよび電子ビームリソグラフィのうちの少なくとも１つを使用して、前記インプリントテンプレートを製造することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３１】
液晶デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
液晶材料の層を基板上に堆積させることと、
パターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、前記液晶材料の分子が前記パターンに自己整合されるように前記パターンを前記液晶材料の層上にインプリントすることと
を含み、
前記パターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを備え、
前記第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって前記第２のドメインから離間され、
前記特徴を欠いている領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
【請求項３２】
前記液晶材料の屈折率より低い屈折率を有する材料の層を堆積させることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記低屈折率材料の層は、平面化テンプレートを使用する平面化層として構成される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴の長さ、幅、または高さのうちの少なくとも１つは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記液晶デバイスは、メタ表面を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記液晶デバイスは、メタ材料を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、格子アレイを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、曲線溝または弧を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
液晶材料の層を堆積させることは、前記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
液晶材料の付加的層を前記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記液晶材料の付加的層は、前記液晶材料の層のパターンに自己整合される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
パターンは、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
液晶デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
重合化可能液晶材料の層を基板上に堆積させることと、
インプリントテンプレートを使用して、パターンを前記重合化可能液晶材料上にインプリントすることと、
前記液晶材料の分子が前記パターンに自己整合されるように、液晶材料の層を前記パターン化された重合化可能液晶材料上に堆積させることと
を含み、
前記インプリントテンプレートは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを含むインプリントパターンを備え、
前記第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、前記第２のドメインから離間され、
前記ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
【請求項４８】
重合化可能液晶材料の層を堆積させることは、前記重合化可能液晶材料をジェット堆積させることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５２】
前記液晶デバイスは、メタ表面を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５３】
前記液晶デバイスは、メタ材料を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、格子アレイを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５６】
液晶材料の層を堆積させることは、前記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５７】
液晶材料の付加的層を前記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５８】
前記液晶材料の付加的層は、前記液晶材料の層のパターンに自己整合される、請求項４７に記載の方法。
【請求項５９】
パターンは、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、請求項４７に記載の方法。
【請求項６０】
前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
液晶デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
層を基板上に堆積させることと、
インプリントパターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、パターンを前記層上にインプリントすることと、
前記液晶材料の分子が前記パターンに自己整合されるように、液晶材料の層を前記パターン化された層上に堆積させることと
を含み、
前記インプリントパターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを備え、
前記第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、前記第２のドメインから離間され、
前記ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
【請求項６３】
前記層は、重合化可能液晶材料を備える、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
層を堆積させることは、前記層をジェット堆積させることを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造またはメタ表面を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、格子アレイを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７０】
液晶材料の層を堆積させることは、前記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７１】
液晶材料の付加的層を前記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７２】
前記液晶材料の付加的層は、前記液晶材料の層のパターンに自己整合される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
パターンは、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７４】
前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７６】
液晶デバイスであって、
基板と、
前記基板に隣接する第１の表面および前記第１の表面と反対の第２の表面を有する液晶材料の層と
を備え、
前記第２の表面上の前記液晶材料の層の第１の複数の分子は、第１のパターンを形成するように配列され、前記第２の表面上の前記液晶材料の層の第２の第１の複数の分子は、第２のパターンを形成するように配列され、前記第１の複数の分子は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、前記第２の複数の分子から離間され、前記間隙内の前記液晶材料の層の分子は、前記第１のパターンから前記第２のパターンに徐々に遷移するように配列される、液晶デバイス。
【請求項７７】
前記液晶材料の層は、偏光格子として構成される、請求項７６に記載の液晶デバイス。
【請求項７８】
ディスプレイシステムの導波管とともに含まれる、請求項７６に記載の液晶デバイス。
【請求項７９】
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を前記導波管の中に選択的に内部結合し、前記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、請求項７８に記載の液晶デバイス。
【請求項８０】
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、請求項７６に記載の液晶デバイス。
【請求項８１】
液晶デバイスであって、
基板と、
前記基板に隣接する第１の表面および前記第１の表面と反対の第２の表面を有する材料であって、前記材料は、
前記第２の表面上の第１のパターンと、
前記第２の表面上の第２のパターンと
を備え、前記第１のパターンは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、前記第２のパターンから離間される、材料と、
前記材料の第２の表面上の液晶材料と
を備える、液晶デバイス。
【請求項８２】
前記材料は、重合化可能液晶材料を備える、請求項８１に記載の液晶デバイス。
【請求項８３】
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、請求項３１、請求項４７、請求項６２、または請求項８１に記載の液晶デバイス。
【請求項８４】
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を前記接眼レンズの導波管の中に選択的に内部結合し、前記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、請求項８３に記載の液晶デバイス。
【請求項８５】
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、請求項１または請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項８６】
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を前記接眼レンズの導波管の中に選択的に内部結合し、前記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、請求項８５に記載の光学デバイス。
【請求項８７】
液晶レンズを加工するための方法であって、前記方法は、
インプリント層を基板にわたって提供することであって、前記インプリント層は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴とを備える第２のゾーンとを備える、ことと、
液晶層を前記インプリント層上に堆積させることと
を含み、前記堆積される液晶層の分子は、前記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合される、方法。
【請求項８８】
前記第１のゾーンおよび第２のゾーンは、約５ｎｍ以下の間隙によって離間される、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、溝を備える、請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して約１度〜約４５度の角度だけ回転される、請求項８７に記載の方法。
【請求項９１】
前記インプリント層は、半導体材料を備える、請求項８７に記載の方法。
【請求項９２】
前記液晶層は、重合化可能液晶材料を備える、請求項８７に記載の方法。
【請求項９３】
前記重合化可能液晶材料の分子が、前記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合された後、前記重合化可能液晶材料を重合化することをさらに含む、請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
前記重合化可能液晶材料を重合化することは、前記重合化可能液晶材料を紫外線光に暴露することを含む、請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
前記レンズは、回折レンズを備える、請求項８７−９３のいずれかに記載の方法。
【請求項９６】
液晶層を前記インプリント層上に堆積させることは、前記液晶をジェット堆積させることを含む、請求項８７−９３のいずれかに記載の方法。
【請求項９７】
前記第１の複数の特徴および前記第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約１００ｎｍ以下である、請求項８７に記載の方法。
【請求項９８】
前記第１の複数の特徴および前記第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約１００ｎｍ以下である、請求項８７に記載の方法。
【請求項９９】
液晶レンズであって、
第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備えるパターン化された基板であって、前記第１の複数の特徴および前記第２の複数の特徴は、約１００ｎｍ以下の寸法を有する、パターン化された基板と、
前記パターン化された基板にわたる液晶層と
を備え、
前記液晶層の分子は、前記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合される、液晶レンズ。
【請求項１００】
前記パターン化された基板は、パターン化されたその上に配置される層を有する基板を備える、請求項９９に記載の液晶レンズ。
【請求項１０１】
前記少なくとも第１のゾーンおよび第２のゾーンは、同心リング形状のゾーンを備える、請求項９９または１００に記載の液晶レンズ。
【請求項１０２】
少なくとも５つのゾーンを備える、請求項９９または１０１に記載の液晶レンズ。
【請求項１０３】
前記ゾーンの幅は、前記パターン化された基板の中心からの距離に伴って徐々に減少する、請求項９９または１０２に記載の液晶レンズ。
【請求項１０４】
前記ゾーンは、その間に間隙を有していない、請求項９９または１０３に記載の液晶レンズ。
【請求項１０５】
前記ゾーン間の間隙は、１ｎｍ以下である、請求項９９または１０３に記載の液晶レンズ。
【請求項１０６】
前記ゾーン間の間隙は、５ｎｍ以下である、請求項９９または１０３に記載の液晶レンズ。
【請求項１０７】
前記寸法は、前記特徴の長さまたは幅を備える、請求項９９−１０６のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項１０８】
前記液晶は、重合液晶を備える、請求項９９−１０７のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項１０９】
前記レンズは、回折レンズを備える、請求項９９−１０８のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項１１０】
屈折力を提供するように構成される、請求項９９−１０９のいずれかに記載の液晶レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２０１７年１０月２６日に出願された米国出願第１５／７９５，０６７号および２０１６年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／４２４，３４１号の優先権の利益を主張するものであり、これらの両方は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（参照による援用）
本願は、以下の出願、すなわち、米国出願第１４／５５５，５８５号（出願日２０１４年１１月２７日）；米国出願第１４／６９０，４０１号（出願日２０１５年４月１８日）；米国出願第１４／２１２，９６１号（出願日２０１４年３月１４日）；米国出願第１４／３３１，２１８号（出願日２０１４年７月１４日）；および米国出願第１５／０７２，２９０号（出願日２０１６年３月１６日）の各々の全体を参照により援用するものである。
【０００３】
本開示は、仮想現実および拡張現実結像および可視化システムを含む、光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによってブロックされて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される。
【０００５】
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、およびコンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０と等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生産は、困難である。
【０００６】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲおよびＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちの単一の１つが、本明細書に開示される望ましい属性に関与するわけではない。
【０００８】
本願の主題の革新的側面は、第１の主表面と、第２の主表面と、厚さとを有する、液晶層を備える、光学デバイスであって、第１および第２の主表面は、横方向を横断して延在し、厚さは、第１または第２の主表面の面法線と平行方向に沿って延在し、液晶層は、液晶層の厚さを横断して分散される複数のサブ層を備え、複数のサブ層はそれぞれ、液晶分子の単一層を備え、液晶分子はそれぞれ、縦軸を有する、光学デバイス内に具現化される。各サブ層は、複数の液晶分子の縦軸が第１のパターンを形成するように配列される、第１のドメインと、複数の液晶分子の縦軸が第２のパターンを形成するように配列される、第２のドメインとを備える。第１のドメインは、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの距離Ｄを有するドメイン間隙によって、第２のドメインから横方向に沿って側方に離間される。ドメイン間隙内の液晶分子の縦軸は、第１のパターンから第２のパターンに徐々に遷移する。
【０００９】
本デバイスの種々の実施形態では、サブ層の第１のドメインの分子の縦軸は、隣接するサブ層の第１のドメインの分子の縦軸に対して捻転されることができる。本デバイスの種々の実施形態はさらに、それぞれ、第１および第２のドメイン内において第１の方向および第２の方向に自己整合するように構成される、第２の液晶層の液晶分子を備える、第２の液晶層を備えることができる。液晶層または第２の液晶層は、重合化可能液晶材料を備えることができる。本デバイスの種々の実施形態はさらに、第２の液晶層にわたる第３の液晶層を備えることができ、第３の液晶の複数の液晶分子は、第３の方向に沿って配列されることができる。本デバイスの種々の実施形態はさらに、第３の液晶層にわたる第４の液晶層を備えることができ、第４の液晶層の複数の液晶は、第３の方向に自己整合するように構成されることができる。種々の実施形態では、第２の液晶層および／または第４の液晶層は、導波管にわたって配置されることができる。第２の液晶層および／または第４の液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって導波管を通して伝搬するように、光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される、内部結合光学要素を備えることができる。本デバイスの種々の実施形態は、内部結合光学要素を介して光を導波管の中に指向するように構成される、光変調デバイスを備えることができる。第２の液晶層および／または第４の液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光の入射ビームを外部結合するように構成される、外部結合光学要素を備えることができる。
【００１０】
種々の実施形態では、第２の液晶層および／または第４の液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光を再指向するように構成される、直交瞳エクスパンダを備えることができ、再指向される光は、全内部反射によって導波管を通して伝搬し続ける。本デバイスの種々の実施形態では、液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって導波管を通して伝搬するように、光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される、内部結合光学要素を備えることができる。本デバイスの種々の実施形態では、液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光のビームを外部結合するように構成される、外部結合光学要素を備えることができる。第１のドメイン内の複数の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合されることができ、第２のドメイン内の複数の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合されることができる。ドメイン間隙内の液晶分子の縦軸は、第１の方向から第２の方向に徐々に遷移することができる。
【００１１】
本願の主題の別の革新的側面は、光学デバイスを加工するための方法を含み、本方法は、重合化可能液晶層を基板にわたって提供するステップと、重合化可能液晶層をパターン化するステップと、液晶層をパターン化された重合化可能液晶層上に堆積させるステップとを含む。堆積される液晶層の分子は、パターン化された重合化可能液晶層に自己整合される。重合化可能液晶層をパターン化するステップは、第１の複数の特徴を備える第１のドメインと、第２の複数の特徴を備える第２のドメインとを有する、インプリントテンプレートによって、重合化可能液晶層をインプリントするステップを備え、第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって、第２のドメインから離間され、特徴を欠いている領域の寸法は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの値を有する。寸法は、長さまたは幅のうちの少なくとも１つを備えることができる。第１の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第２の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第１の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第１の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第２の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第２の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。
【００１２】
第１のドメインの第１の複数の特徴は、第１のパターンを形成するように配列されることができ、第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２のパターンを形成するように配列されることができる。第１のパターンは、第２のパターンと明確に異なることができる。第１の複数の特徴は、第１の方向に沿って配向されることができ、第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２のパターンに沿って配向されることができる。第１の方向は、第２の方向と明確に異なることができる。第１の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを備えることができる。第２の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを備えることができる。インプリントテンプレートは、半導体材料を備えることができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレートは、光学リソグラフィ、ナノインプリント、またはイオンおよび電子ビームリソグラフィのうちの少なくとも１つを使用して、製造されることができる。
【００１３】
本願の主題の別の革新的側面は、液晶デバイスを製造する方法内に含まれる。本方法は、液晶材料の層を基板上に堆積させるステップと、パターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、液晶材料の分子がパターンに自己整合されるように、パターンを液晶材料の層上にインプリントするステップとを含む。パターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する、第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する、第２のドメインとを備える。第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって第２のドメインから離間される。特徴を欠いている領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００１４】
種々の実施形態では、本方法はさらに、液晶材料の屈折率より低い屈折率を有する材料の層を堆積させるステップを含む。低屈折率材料の層は、平面化テンプレートを使用する平面化層として構成されることができる。第１の複数の特徴または第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含むことができる。第１の複数の特徴または第２の複数の特徴の長さ、幅、または高さのうちの少なくとも１つは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍであることができる。第１のドメインまたは第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含むことができる。液晶デバイスは、メタ表面および／またはメタ材料を備えることができる。第１のドメインまたは第２のドメインは、格子アレイを含む。種々の実施形態では、第１のドメインまたは第２のドメインは、曲線溝または弧を備えることができる。
【００１５】
本方法の種々の実施形態では、液晶材料の層を堆積させるステップは、液晶材料の層をジェット堆積させるステップを含むことができる。本方法はさらに、液晶材料の付加的層を液晶材料の層にわたって堆積させるステップを含む。液晶材料の付加的層は、液晶材料の層のパターンに自己整合されることができる。パターンは、液晶材料の付加的層上にインプリントされることができる。液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なることができる。種々の実施形態では、液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成されることができ、液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成されることができる。
【００１６】
本願の主題のさらに別の革新的側面は、液晶デバイスを製造する方法内に含まれる。本方法は、重合化可能液晶材料の層を基板上に堆積させるステップと、インプリントテンプレートを使用して、パターンを重合化可能液晶材料上にインプリントするステップと、液晶材料の分子がパターンに自己整合されるように、液晶材料の層をパターン化された重合化可能液晶材料上に堆積させるステップとを含む。
【００１７】
インプリントテンプレートは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する、第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する、第２のドメインとを含む、インプリントパターンを備える。第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、第２のドメインから離間される。ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００１８】
本方法の種々の実施形態では、重合化可能液晶材料の層を堆積させるステップは、重合化可能液晶材料をジェット堆積させるステップを含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を備えることができる。第１または第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有することができる。第１または第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含むことができる。液晶デバイスは、メタ表面および／またはメタ材料を備えることができる。第１または第２のドメインは、格子アレイを含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含むことができる。本方法の種々の実施形態では、液晶材料の層を堆積させるステップは、液晶材料の層をジェット堆積させるステップを含むことができる。
【００１９】
本方法はさらに、液晶材料の付加的層を液晶材料の層にわたって堆積させるステップを含むことができる。液晶材料の付加的層は、液晶材料の層のパターンに自己整合されることができる。パターンは、液晶材料の付加的層上にインプリントされることができる。液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なることができる。液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成されることができ、液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成されることができる。
【００２０】
本願の主題のさらに別の革新的側面は、液晶デバイスを製造する方法を含む。本方法は、層を基板上に堆積させるステップと、インプリントパターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、パターンを層上にインプリントするステップと、液晶材料の分子がパターンに自己整合されるように、液晶材料の層をパターン化された層上に堆積させるステップとを含む。インプリントパターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する、第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する、第２のドメインとを備える。第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、第２のドメインから離間され、ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００２１】
層は、重合化可能液晶材料を備えることができる。本方法の種々の実施形態では、層を堆積させるステップは、層をジェット堆積させるステップを含む。第１または第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有することができる。第１または第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造またはメタ表面を含むことができる。第１または第２のドメインは、格子アレイを含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含むことができる。種々の実施形態では、液晶材料の層を堆積させるステップは、液晶材料の層をジェット堆積させるステップを含むことができる。
【００２２】
本方法の種々の実施形態はさらに、液晶材料の付加的層を液晶材料の層にわたって堆積させるステップを含むことができる。液晶材料の付加的層は、液晶材料の層のパターンに自己整合されることができる。パターンは、液晶材料の付加的層上にインプリントされることができる。液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なることができる。液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成されることができ、液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成されることができる。
【００２３】
本願の主題の別の革新的側面は、基板と、基板に隣接する第１の表面および第１の表面と反対の第２の表面を有する、液晶材料の層とを備える、液晶デバイスを含む。第２の表面上の液晶材料の層の第１の複数の分子は、第１のパターンを形成するように配列され、第２の表面上の液晶材料の層の第２の第１の複数の分子は、第２のパターンを形成するように配列される。第１の複数の分子は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、第２の複数の分子から離間され、間隙内の液晶材料の層の分子は、第１のパターンから第２のパターンに徐々に遷移するように配列される。種々の実施形態では、液晶材料の層は、偏光格子として構成される。
【００２４】
本願の主題の別の革新的側面は、基板と、基板に隣接する第１の表面および第１の表面と反対の第２の表面を有する、材料と、材料の第２の表面上の液晶材料とを備える、液晶デバイスを含む。材料は、第２の表面上の第１のパターンと、第２の表面上の第２のパターンとを備える。第１のパターンは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、第２のパターンから離間される。本デバイスの種々の実施形態では、材料は、重合化可能液晶材料を備えることができる。
【００２５】
本願の主題の革新的側面は、液晶レンズを加工するための方法内に実装される。本方法は、インプリント層を基板にわたって提供するステップを含む。インプリント層は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備える。第２の方向は、第１の方向に対して約１度〜約４５度の角度だけ回転されることができる。本方法はさらに、液晶層をインプリント層上に堆積させるステップを含み、堆積される液晶層の分子は、第１および第２の複数の特徴に自己整合される。種々の実装では、インプリント層は、約５〜３０のゾーンを備えることができる。第１および第２のゾーンは、約１０ｎｍ以下の間隙によって離間されることができる。例えば、第１および第２のゾーンは、約５ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、および／または約１ｎｍ以下の間隙によって離間されることができる。
【００２６】
第１または第２の複数の特徴は、例えば、溝等のナノ特徴を備えることができる。第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約２００ｎｍ以下であることができる。例えば、第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約１００ｎｍ以下であることができる。第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約２００ｎｍ以下であることができる。例えば、第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約１００ｎｍ以下であることができる。
【００２７】
インプリント層は、半導体材料を備えることができる。液晶層は、重合化可能液晶材料を備えることができる。本方法はさらに、重合化可能液晶材料の分子が第１および第２の複数の特徴に自己整合された後、重合化可能液晶材料を重合化するステップを含む。重合化可能液晶材料を重合化するステップは、重合化可能液晶材料を紫外線光に暴露するステップを含むことができる。液晶レンズは、回折レンズを備えることができる。液晶層をインプリント層上に堆積させるステップは、液晶をジェット堆積させるステップを含むことができる。
【００２８】
本願の主題の革新的側面は、液晶レンズ内に実装される。液晶レンズは、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備える、パターン化された基板を備える。第１の複数の特徴および第２の複数の特徴は、約１００ｎｍ以下の寸法を有する。レンズは、パターン化された基板にわたる液晶層を備え、液晶層の分子は、第１および第２の複数の特徴に自己整合される。寸法は、特徴の長さ、高さ、深度、または幅を備えることができる。液晶は、重合化可能液晶を備えることができる。
【００２９】
パターン化された基板は、パターン化されたその上に配置される層を有する、基板を備えることができる。第１および第２のゾーンは、同心リング形状のゾーンを備えることができる。レンズは、約３〜３０ゾーンを備えることができる。例えば、レンズは、少なくとも５つのゾーンを備えることができる。ゾーンの幅は、パターン化された基板の中心からの距離に伴って徐々に減少することができる。種々の実装では、ゾーンは、その間に間隙を有していないことができる。いくつかの実装では、ゾーン間の間隙は、５ｎｍ以下であることができる。例えば、ゾーン間の間隙は、１ｎｍ以下であることができる。レンズは、回折レンズとして構成されることができる。レンズは、正のまたは負の屈折力を提供するように構成されることができる。
【００３０】
本明細書に説明される液晶デバイスの種々の実施形態は、ディスプレイシステムの導波管とともに含まれることができる。本明細書に説明される液晶デバイスの実施形態は、多重化された光流からの少なくとも１つの光流を導波管の中に内部結合し、多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように選択的に構成されることができる。本明細書に説明される液晶デバイスの種々の実施形態は、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれることができる。
【００３１】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実施形態の詳細は、付随の図面および下記の説明に記載される。他の特徴、側面、および利点は、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。以下の図の相対的寸法は、正確な縮尺で描かれていない場合があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【図２】図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【図３】図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【図４】図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【図５】図５Ａ−５Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【図６】図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。
【図７】図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。
【図８】図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。
【図９Ａ】図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。
【図１０Ａ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｂ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｃ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｄ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｅ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｆ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０Ａに描写される液晶層を製造するように構成される複数の表面特徴を含む、インプリントテンプレートの上面図を図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに描写されるインプリントテンプレートの側面図を図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｃ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｄ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｅ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、インプリントテンプレートの実施形態の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａのインプリントテンプレートおよび図１２Ａ−１２Ｃを参照して上記に議論される方法を使用して製造される、パターン化されたＰＬＣ層のＳＥＭ画像である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ｂに示されるパターン化されたＰＬＣ層の偏光顕微鏡画像である。
【図１４】図１４は、電気的に制御可能な液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｃは、本明細書に説明される種々の液晶デバイスを製造する方法の実施例を図示する。
【図１６Ａ】図１６Ａは、液晶材料を備える回折レンズの実装の上面図を図示する。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、交差偏光器間のレンズの実装の顕微鏡画像を図示する。図１６Ｂ−１および１６Ｂ−２は、液晶レンズの種々の領域内の縦軸の所望の整合を達成するインプリント層のパターンを示す、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を描写する。
【図１７】図１７Ａ−１７Ｃは、液晶レンズを製造する方法の実施例を図示する。
【図１８】図１８Ａは、液晶レンズの実装を製造するために使用される、インプリント層の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。図１８Ｂは、図１８Ａのインプリント層にわたって配置される液晶層の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
種々の図面における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
【００３４】
液晶（ＬＣ）は、ある条件下で恣意的に配向される縦軸を有する、液晶分子を備える。しかしながら、ある他の条件下では、ＬＣ分子は、縦軸が平均方向（本明細書では、配向子と称される）に沿って配向されるように整列されることができる。いくつかの液晶分子は、縦軸を中心として対称であることができる。ＬＣは、ＬＣを通る光の伝搬方向およびそれに沿ってＬＣ分子が概して配向される方向に対する光の偏光に応じた光の異なる波長または偏光に関する異なる光学性質を有し得る、異方性材料である。例えば、ＬＣ分子は、ＬＣ分子の縦軸の一般的配向の方向に沿って偏光された光が、ＬＣ分子の縦軸の一般的配向と垂直方向に偏光された光の屈折率と異なる屈折率を有する、複屈折を呈する。ＬＣ材料の複屈折性質の結果、それらは、ディスプレイ、光学通信、光学データ記憶装置、センサ等を含む、種々のシステムにおいて広く使用される。ＬＣ材料の屈折率は、ＬＣ材料の分子の縦軸の配向を変動させることによって、変動されることができる。故に、ＬＣ材料は、位相格子として構成されることができる。ＬＣ格子構造は、波長および／または偏光に基づいて、異なる方向に沿って光を選択的に回折するために使用されることができる。
【００３５】
ＬＣ格子構造を加工するための１つの方法は、表面特徴が機械的物体（例えば、金属物体、布、原子力顕微鏡の先端等）を使用して、整合層の表面を研磨または掻爬することによって、整合層（例えば、ポリマー）上に生産される、研磨プロセス等の機械的方法を含む。整合層上に堆積される層ＬＣ材料の分子は、整合層上の表面特徴に整合され、格子パターンを形成する。しかしながら、研磨プロセスは、整合層の表面を機械的に損傷させ、および／または静電気または不純物を整合層の表面上に導入し得、これは、液晶格子構造の回折効率を低減させ得る。さらに、研磨方法を使用して複雑な格子構造（例えば、ＬＣ分子の異なる配向を伴うパターンを備える、ＬＣ格子）を加工することは、実践的ではない場合がある。加えて、入射光の位相、振幅、および／または偏光を操作するために使用され得る、液晶材料の空間変動ナノスケールパターンを加工することも、実践的ではない場合がある。対照的に、本明細書に説明される種々の実装は、入射光の位相、振幅、および／または偏光を操作するために使用され得る、液晶材料の空間変動ナノスケールパターンを加工するために使用されることができる。空間変動ナノスケールパターンを伴う液晶材料のいくつかの実施形態は、液晶メタ表面を含むことができる。空間変動ナノスケールパターンを伴う液晶材料の他の実施形態は、複数の隣接するドメインを備える、液晶を含むことができ、各ドメイン内の液晶分子は、ナノスケールパターンを形成するように配列され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ＬＣ格子構造は、ディスプレイシステムの構成部分として利用されてもよい。ディスプレイシステムは、導波管と、光ビームを導波管の中に指向するように構成される、画像投入デバイスとを含んでもよい。ＬＣ格子構造は、再指向される光が全内部反射によって導波管を通して伝搬し続けるように、導波管内を伝搬する入射光を受光し、その入射光を再指向するための内部結合光学要素、外部結合光学要素、および光学要素のうちの１つ以上のものとして使用されてもよい。後者のタイプの光学要素の実施例は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）等の瞳エクスパンダを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、ＬＣ格子構造は、導波管内を伝搬する光を内部結合する、外部結合する、および／または再指向するために使用されてもよい。光は、単一波長または単一波長範囲の光であってもよい。いくつかの他の実施形態では、光は、異なる光性質を有する複数の光流（例えば、各流は、異なる波長を有してもよい）を含む、多重化された光流の一部である、光流であってもよい。例えば、導波管は、ＬＣ格子構造を含んでもよく、これは、１つ以上の他の光流（例えば、第１の波長と異なる波長を有する）に対して実質的に透過性でありながら、特定の光性質（例えば、第１の波長）を有する光から形成される光ビームを選択的に再指向するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管は、導波管のスタックの一部であって、これは、１つ以上の他の光流に対して透過性でありながら、第２の光流を選択的に方向転換させるように構成される内部結合光学要素を含む、第２の導波管を含むことができる。いくつかの実施形態では、導波管の内部結合ＬＣ格子構造は、光流のうちの少なくとも１つを第２の導波管の内部結合ＬＣ格子構造に透過させるように構成される。
【００３８】
ここで、同様の参照番号が全体を通して同様の部分を指す、図を参照する。本明細書に開示される実施形態は、概して、ディスプレイシステムを含む、光学システムを含むことを理解されたい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、装着可能であって、これは、有利には、より没入型のＶＲまたはＡＲ体験を提供し得る。例えば、１つ以上の導波管（例えば、導波管のスタック）を含有する、ディスプレイは、ユーザ、装着者、および／または視認者の眼に位置付けられて装着されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、視認者の眼毎に１つの２つの導波管のスタックが、異なる画像を各眼に提供するために利用されてもよい。
（例示的ディスプレイシステム）
【００３９】
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが、入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムもまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等上）に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを取得するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。
【００４０】
図２を継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載され得る。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／またはｂ）場合によっては処理または読出後にディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されたデータを含む。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する、独立構造であってもよい。
【００４１】
図２を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備え得、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、情報、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報をローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。
【００４２】
「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザに関する３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。２つの明確に異なる画像１９０、２００（眼２１０、２２０毎に１つ）が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、視認者の視線と平行な光学軸またはｚ−軸に沿って距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのような３−Ｄディスプレイシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。
【００４３】
しかしながら、ヒト視覚系は、複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）と遠近調節（ａｃｃｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（すなわち、瞳孔が、相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体および瞳孔の合焦（または「遠近調節」）と緊密に関連付けられる。通常条件下、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させるための眼のレンズの焦点の変化または眼の遠近調節は、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係および瞳孔の拡張および収縮の下で、輻輳・開散運動の整合変化を自動的に同一距離に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動の変化は、通常条件下、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節の整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供するが、眼が全画像情報を単一の遠近調節された状態において視認すると、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し、装着持続時間の増加、ひいては、診断および療法プロトコルへのコンプライアンスに寄与し得る。
【００４４】
図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図４を参照すると、ｚ−軸上の眼２１０、２２０からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼２１０、２２０によって遠近調節される。眼２１０、２２０は、特定の遠近調節された状態をとり、オブジェクトをｚ−軸に沿って異なる距離に合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面に対して遠近調節された状態にあるとき、合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、深度平面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼２１０、２２０毎に、画像の異なる提示を提供することによって、また、深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼２１０、２２０の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて、重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために、平坦であるように示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【００４５】
オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させ得る。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図５Ａ−５Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得ることを理解されたい。
【００４６】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度合図を提供することに役立ててもよい。
【００４７】
図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して、３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図２のシステム６０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、導波管アセンブリ２６０は、図２のディスプレイ７０の一部であってもよい。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。
【００４８】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【００４９】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００はそれぞれ、それぞれ対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を備え、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器によって指向および修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させるように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられた１つの中に投入するように構成される。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に伝送するように構成されてもよいことを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバ（１つまたは複数）と、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよいことを理解されたい。
【００５２】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光モジュール５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図２）の一部であってもよい。
【００５３】
図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、光を再指向させ、各個別の導波管内で伝搬させ、導波管から画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、光を外部結合する光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシック材料部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または内部に形成されてもよい。
【００５４】
図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【００５５】
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面の両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成する利点を提供し得る。
【００５７】
図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じた、異なる発散量を用いて光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積特徴または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において光を出力するように構成されてもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサであってもよい（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）。
【００５８】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差点で眼２１０に向かって偏向される一方、残りがＴＩＲを介して導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【００６０】
いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いで、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図２）に取り付けられてもよく、本明細書に議論されるように、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し、例えば、ユーザの生理学的状態に関する種々の決定を行い得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。ユーザの生理学的状態に関する情報は、ユーザの挙動または感情状態を決定するために使用されてもよいことを理解されたい。そのような情報の実施例は、ユーザの移動および／またはユーザの顔の表情を含む。ユーザの挙動または感情状態は、次いで、挙動または感情状態と、生理学的状態と、環境または仮想コンテンツデータとの間の関係を決定するように、収集された環境および／または仮想コンテンツデータを用いて三角測量されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【００６１】
ここで図７を参照すると、導波管によって出力された出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００６２】
いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ−２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられた３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な場所は、変動してもよい。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得、および／または色収差を減少させ得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すものと理解され得、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面と関連付けられた導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列されてもよいことを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。
【００６４】
図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、加えて使用されてもよい、または赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに取って代わってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、および３５０は、視認者の眼への周囲環境からの光を遮断または選択するように構成される、能動または受動光学フィルタであってもよい。
【００６５】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。
【００６７】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応してもよく、スタック６６０の図示される導波管は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応してもよいが、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを理解されたい。
【００６８】
スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の身体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過しながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。その個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。
【００６９】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受信するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受信するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受信しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。
【００７０】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部主要表面および底部主要表面の両方の上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。
【００７１】
導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率に対して０．０５以上または０．１０以下である。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光のＴＩＲ（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含んでもよいことを理解されたい。
【００７２】
好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なってもよい、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。
【００７３】
図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。
【００７５】
例えば、内部結合光学要素７００は、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を選択的に偏向させるように構成されてもよい。同様に、透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。同様に、光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。
【００７６】
図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【００７７】
ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。前述のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散することと、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させることの両方を行ってもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ビームサイズがすでに所望のサイズである場合、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、いくつかの実施形態では、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１０（図７）に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させてもよいことを理解されたい。
【００７９】
故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受信する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に入射し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合された光も受信する。
【００８０】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
（液晶格子）
【００８１】
液晶は、その分子が、多くの場合、ある方向に沿って整合され得る、ロッドまたはプレートのように成形される、部分的に整列された材料である。それに沿って液晶の分子が配向される、方向およびパターンは、分子と相互作用する（例えば、立体および／または係留エネルギー相互作用を通して）、テンプレートパターンの使用によって操作されてもよい。加えて、液晶材料は、キラルドーパントおよび／または反応性メソゲン（ＲＭ）を備えてもよい。キラルドーパントは、液晶材料の厚さにわたって液晶分子の回転を生じさせ得、反応性メソゲンは、液晶分子の配向および位置が重合化を通して固定されることを可能にし得る。回転は、図１０Ｃに示されるような捻転角度（Φ）に対応する増分ずつであってもよい。
【００８２】
本明細書に説明されるように、図９Ａおよび９Ｂを参照して上記に議論される、内部結合光学要素７００、７１０、７２０、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０、および外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０は、光を導波管６７０、６８０、６９０の中および／または外に操向するための液晶格子構造を含むことができる。液晶格子構造は、好ましくは、格子に対する法線に対して大角度で光を回折または再指向し、例えば、光がＴＩＲによって導波管を通して伝搬するように、導波管の中への光の内部結合を促進することができる。加えて、液晶格子構造が広範囲の入射角にわたって高回折効率を有する場合、好ましくあり得る。いくつかのタイプの液晶格子、すなわち、偏光格子は、大回折角度で広範囲の入射角にわたって、高回折効率を呈することができ、これは、光をＴＩＲによって導波管の中に誘導することができる。しかしながら、光整合および微小研磨技法を含む、従来の整合方法は、大量製造のためのスケーリングに関する課題と、ＬＣ材料の空間パターンにおける基本的限界とを有する。サブ波長特徴（例えば、ナノスケールパターン）を有するインプリントテンプレートを用いたＬＣ整合は、大量製造を可能にし、および／または恣意的空間パターンを作成する柔軟性を提供することができる。
【００８３】
従来の回折格子の種々の実施形態は、小波長範囲にわたってのみ高回折効率を達成し得る。したがって、それらは、広帯域動作が可能ではあり得ない。サブ波長特徴を備える、メタ表面は、入射光の位相、振幅、および／または偏光を改変することによって、光学波面を成形することが可能であることが見出されている。ＬＣ分子がメタ表面を形成するナノスケール特徴を有するインプリントテンプレートを使用して整合されるＬＣ材料が、液晶メタ表面を取得するために使用されてもよく、これは、液晶バルク材料の光学性質と異なる光学性質を有し得る。例えば、液晶メタ表面は、広帯域であって、高効率を伴って広範囲の入射角において入射する広範囲の波長内の入射光を回折する能力を有する。例えば、ＬＣメタ表面は、赤色、緑色、および青色波長の入射光をほぼ同一回折効率を伴って所望の方向に沿って回折することが可能であり得る。ＬＣメタ表面の実施例は、液晶メタ材料および／または液晶ベースのパンチャラトナムベリー位相光学要素（ＰＢＰＥ）を含むことができる。
【００８４】
本明細書に議論されるようなナノインプリント技術を使用した液晶分子の整合は、近傍整合パターン間の液晶分子配向子の進行性遷移（例えば、連続遷移）を伴う複数の明確に異なる整合パターンを用いて、液晶材料を加工するために使用されることができる。種々の実施形態では、格子周期は、同一方向に沿って配向される縦軸を有する格子構造の２つの連続液晶分子の中心間の距離を指し得る。複数の近傍整合パターンを有する液晶材料のいくつかの実施形態では、格子周期は、各整合パターンの連続液晶分子の中心間の距離を指し得る。
【００８５】
有利には、本明細書で議論される種々の液晶格子構造は、好ましくは、広範囲の入射角（例えば、面法線を中心として少なくとも約±２０度、面法線を中心として少なくとも約±３０度、面法線を中心として少なくとも約±４５度等）にわたって高回折効率を提供するように構成される。例えば、液晶格子構造は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長に関して、面法線に対して約±５０度の角度における光入射のために少なくとも約１０％（例えば、少なくとも２０％、３０％、４０％、５０％、６０％または７５％）の回折効率を提供するように構成されることができる。故に、本明細書に説明される液晶格子構造は、有利には、光の入射角に対して低感度を有し得る。いくつかの実施形態では、本明細書で議論される液晶格子構造は、狭帯域であるように構成される。例えば、本明細書で議論される液晶格子構造は、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約７００ｎｍの可視スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。いくつかの他の実施形態では、本明細書で議論される液晶格子構造は、広帯域であるように構成される。例えば、本明細書で議論される液晶格子構造は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの可視スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。別の実施例として、本明細書で議論される液晶格子構造は、約２５０ｎｍ−４００ｎｍの紫外線スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。さらに別の実施例として、本明細書で議論される液晶格子構造は、例えば、約７００ｎｍ〜１ミクロン、約１ミクロン〜３ミクロン、約１．５ミクロン〜５ミクロン、約３ミクロン〜１０ミクロン、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせ等の赤外線スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。別の実施例として、格子構造は、約３００ｎｍ〜約１０μｍ範囲内の波長を有する入射光を回折するように構成されることができる。好ましくは、本明細書に議論されるような液晶格子構造が、ディスプレイ用途で採用されるとき、格子構造は、可視光（例えば、赤色、緑色および／または青色スペクトル範囲内）を回折するように構成される。種々の実施形態では、液晶格子構造は、光が、広回折角度、例えば、その上に格子構造が形成され得る導波管内のＴＩＲのために好適な角度で格子構造から伝搬するように、可視光（赤色、緑色、および／または青色スペクトル範囲内等）を回折することができる。本明細書で議論される液晶格子構造は、格子構造が作用するように構成される波長範囲に応じて、約１００ｎｍ〜約１００μｍの範囲内の格子周期を有することができる。例えば、格子構造の周期性は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約３３０ｎｍ〜約４１０ｎｍ、約３７０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５１０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約５７０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約１μｍ、約９８０ｎｍ〜約３μｍ、約１．３μｍ〜約３．２μｍ、約２．３μｍ〜約５μｍ、約５μｍ〜約１０μｍ、約５μｍ〜約２０μｍ、約１５μｍ〜約４５μｍ、約２５μｍ〜約６０μｍ、約３５μｍ〜約７５μｍ、約４５μｍ〜約１００μｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであってもよい。
【００８６】
格子構造は、限定ではないが、液晶材料下にあり得るパターン化された整合層を使用して、重合化可能液晶材料の層内の液晶分子を整合させることを含む、種々の方法を使用して、加工されてもよい。整合層は、インプリント技術を使用して、または光学方法を使用することによって、パターン化されてもよい。
【００８７】
上記に議論されるように、いくつかの実施形態では、液晶格子構造は、導波管スタック２６０（図６）または６６０（図９Ａ−９Ｃ）の種々の導波管のための光再指向要素を形成してもよい。例えば、そのような液晶格子構造は、有利には、内部結合光学要素３０１２、３０１４、３０１６、および／または３０１８（図８Ａ−８Ｅ）および／または内部結合光学要素７００、７１０、７２０、光分散要素７３０、７４０、７５０、および／または外部結合光学要素８００、８１０、８２０（図９Ａ−９Ｃ）を形成するために適用されてもよい。ＡＲディスプレイシステムに加え、液晶格子構造は、回折光学要素が利用される、他の用途に適用されてもよい。例えば、液晶格子構造は、ＶＲディスプレイシステム、フラットパネルコンピュータモニタまたはテレビ、照明付き標識、結像システム等を含む、他の光学システム内で光を操向するために利用されてもよい。
【００８８】
図１０Ａは、相互に隣接する複数のドメイン（例えば、ドメイン１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ、１００１ｄ、１００１ｅ、および１００１ｆ）を備える、液晶層１０００の実施例の上下斜視図を図示する。各ドメイン内の液晶分子の縦軸は、概して、同一方向に沿って配向されてもよい。隣接するドメイン内の液晶分子の縦軸は、同一方向に沿って配向される必要はない。例えば、ドメイン１００１ａに隣接する、各ドメイン１００１ｂおよび１００１ｄ内の液晶分子の縦軸は、それに沿ってドメイン１００１ａの液晶分子の縦軸が配向される方向と異なる方向に沿って配向される。図１０Ａに図示される実施形態では、９つのみのドメインが、図示されるが、他の実施形態は、９つより少ないまたはより多いドメインを有してもよい。さらに、液晶分子の縦軸の３つのみの異なる配向が、図１０Ａに示されるが、他の実施形態は、３つより多いまたはより少ない異なる配向を伴うドメインを備えてもよい。加えて、液晶層の種々の実施形態では、異なるドメインは、異なる形状および／またはサイズを有することができる。種々の実施形態では、異なるドメインは、異なる形状（例えば、正方形、長方形、六角形、八角形、卵形、円形等）を有することができる。種々の実施形態では、異なるドメインは、不規則形状を有することができる。
【００８９】
図１０Ｂは、図１０Ａに図示される液晶層１０００の拡大された上面図を図示する。図１０Ｂの本上面図は、本明細書では、上部サブ層と称され得る、液晶層１０００の上部の液晶分子を示す。上部または最上液晶分子の真下（例えば、上部または最上サブ層の真下）の液晶分子は、図１０Ｃに示されるように、異なる配向を有してもよい。図１０Ｃ−１０Ｆは、液晶層１０００の軸Ｘ−Ｘ’に沿った液体の断面図を図示する。液晶層１０００は、図１０Ｃ−１０Ｆに描写される断面図に見られるように、２つの主表面１００２ａおよび１００２ｂを有する。２つの主表面１００２ａおよび１００２ｂは、面法線１００３によって交差される。２つの主表面１００２ａおよび１００２ｂは、ｘ−ｙ平面に延在し、面法線１００３は、ｚ−軸と平行に延在する。図１０Ｂに描写される拡大された上面図に記載されるように、第１のドメイン１００１ａ内の最上液晶分子の縦軸は、概して、ｙ−軸と平行に配向される。第２のドメイン１００１ｂ内の液晶分子の縦軸は、概して、ｙ−軸に対してある角度（例えば、約３０度〜６０度）で配向される。第３のドメイン１００１ｃ内の液晶分子の縦軸は、概して、ｙ−およびｚ−軸と垂直に配向される。
【００９０】
液晶層１０００は、例えば、サブ層１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、および１０１０ｄ等の複数のサブ層を有することが検討され得る。各サブ層（例えば、１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、または１０１０ｄ）は、共通平面に配列される複数の液晶分子によって画定されてもよく、したがって、各サブ層は、単一液晶分子厚にすぎない場合がある。サブ層は、全てのサブ層の総厚と等しくあり得る、厚さＴを有する、液晶材料の集約層を形成する。３／４つのサブ層が、図示されるが、液晶層１０００は、より多いまたはより少ないサブ層を含んでもよいことを理解されたい。
【００９１】
種々の実施形態では、液晶層１０００は、キラルネマチック液晶材料を備えることができる。例えば、複数の液晶材料のサブ層は、コレステリック液晶材料を備えてもよい。キラル材料を備える、液晶層１０００の実施形態では、液晶分子は、図１０Ｃに示されるように、液晶層１０００のサブ層（例えば、１０１０ａ）の液晶分子（例えば、１００５ａ）の縦軸と、隣接するサブ層（例えば、１０１０ｂ）の下層液晶分子（例えば、１００５ｂ）の縦軸との間の角度回転によって画定された捻転角度φを有してもよい。液晶材料はまた、重合化可能であってもよい。本明細書に議論されるように、液晶材料は、例えば、液晶性ジアクリレート等の反応性メソゲン（ＲＭ）を備えてもよい。また、本明細書で議論されるように、液晶層１０００は、キラルドーパントを含むことができる。キラルドーパントの実施例は、安息香酸コレステリル、ノナン酸コレステリル、塩化コレステリル、および炭酸コレステリルオレイルを含む。
【００９２】
しかしながら、液晶は、キラル液晶材料である必要はない。図１０Ｄ−１０Ｆに示されるように、サブ層１０１０ａの分子の縦軸は、下層サブ層１０１０ｂまたは１０１０ｃの分子に対して捻転されない。液晶分子の縦軸は、ｘ、ｙ、またはｚ−軸のいずれかに沿って整合されることができる。例えば、図１０Ｄに示されるように、液晶分子の縦軸は、ｙ−軸と平行に整合される。別の実施例として、図１０Ｅに示されるように、液晶分子の縦軸は、ｘ−軸と平行に整合される。さらに別の実施例として、図１０Ｆに示されるように、液晶分子の縦軸は、ｚ−軸と平行に整合される。図１０Ｃ−１０Ｆに示される側面図は、図１０Ａまたは１０Ｂにも等しく対応し得る。
【００９３】
図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、小ドメイン間隙「ｄ」を異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間に導入することが望ましくあり得る。異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間の小間隙の存在は、有利には、液晶層１０００の製造の間、ドメイン境界に沿った回位または他の表面欠陥の発生を低減させることができる。液晶層１０００のドメイン境界に沿った低減された回位または他の表面欠陥は、望ましくない光散乱および他の望ましくない光学効果を低減させることができる。ドメイン間隙「ｄ」は、隣接する対のドメインの最近傍縁間の最短距離を指し得る。例えば、図示される実施形態では、ドメイン１００１ｅとドメイン１００１ｂとの間のドメイン間隙は、ｄ１であって、ドメイン１００１ｅとドメイン１００１ｄとの間のドメイン距離は、ｄ２であって、ドメイン１００１ｅとドメイン１００１ｆとの間のドメイン距離は、ｄ３である。異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」は、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間の液晶分子の縦軸の進行性遷移を達成し、ドメイン境界に沿った回位または他の表面欠陥の低減された発生を有するように構成されることができる。例えば、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」は、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間の液晶分子の縦軸の連続遷移を達成するように構成されることができる。液晶分子の連続遷移を達成するように構成される、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙は、２００ｎｍ未満であることができる。例えば、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２５ｎｍ〜約７５ｎｍ、約４５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約８０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。上記に議論されるように、ドメイン間隙は、各ドメイン内の液晶分子の縦軸が各パターン内の整合パターンに従って整合される間、隣接するドメイン間の間隙内の液晶分子の縦軸が、隣接するドメイン間の液晶分子の縦軸の略平滑または連続遷移等の勾配または段階的な遷移を提供するように配向されるように構成される。
【００９４】
液晶層１０００は、表面レリーフ特徴を備える整合層を使用して、製造されることができる。整合層の表面レリーフ特徴は、整合層上に堆積される液晶材料の分子の整合を誘発することができる。ある条件下では、整合層の表面レリーフ構造によって提供される係留エネルギー（Ｗ）が、方程式
【化１】
2019536100.tif 000003
によって与えられ、式中、Ｋは、液晶材料の変形定数であって、Ｄは、整合層の表面レリーフ特徴の深度であって、Λは、表面レリーフ特徴の幅またはピッチ（２つの連続表面レリーフ特徴間の距離）である。いかなる一般性も失うことなく、上記に議論される係留エネルギー（Ｗ）は、ＬＣ分子の縦軸を初期方向から液晶表面の平面における所望の方向に変化させるために要求されるエネルギーの測定値を提供することができる。上記の方程式から、表面レリーフ構造の幅またはピッチ（Λ）が低減されるにつれて（同一縦横比のパターン、すなわち、深度／周期
【化２】
2019536100.tif 000004
が一定であると仮定する）、より高い係留エネルギーが、表面レリーフ特徴によって提供されることに留意されたい。
【００９５】
故に、表面レリーフ特徴を備える整合層は、液晶分子が表面レリーフ特徴によって形成されるパターンに整合される、液晶デバイスを製造するために使用されることができる。整合層の表面レリーフ特徴は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って、幅、ピッチ、および／または方向が変動し得る、様々な溝の幾何学形状を備えることができる。上記に議論される係留エネルギーは、表面レリーフ特徴の幅またはピッチの３乗に反比例するため、係留エネルギーの大変動は、小変動を表面レリーフ特徴の幅またはピッチにもたらすことによって、液晶の表面を横断して得られることができる。例えば、表面レリーフ特徴を含まない領域によって、第１のパターンを形成するように配列される第２の表面レリーフ特徴のセットを含む第２のドメインから離間される、第１のパターンを形成するように配列される第１の表面レリーフ特徴のセットを含む第１のドメインを含む、整合層の実施形態を検討する。整合層のそのような実施形態は、液晶分子の縦軸が第１の表面レリーフ特徴のセットの方向に沿って整合される第１のドメインと、液晶分子の縦軸が第２の表面レリーフ特徴のセットの方向に沿って整合される第２のドメインとを伴う、液晶デバイスを加工するために使用されることができる。第１のドメインと第２のドメインとの間の液晶デバイスの領域内の液晶分子の縦軸は、第１の表面レリーフ特徴のセットの方向から第２の表面レリーフ特徴のセットの方向に徐々に遷移することができる。ドメイン間隙は、第１のドメインの液晶分子の縦軸の配向と第２のドメインの液晶分子の縦軸の配向との間の遷移が、急激または断続ではなく、略平滑であるように選択されることができる。例えば、表面レリーフ特徴を含まない整合層の領域に対応するドメイン間隙は、第１のドメインの液晶分子の縦軸の配向と第２のドメインの液晶分子の縦軸の配向との間の遷移が、連続するように選択されることができる。
【００９６】
液晶分子が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って幅または周期および／または方向が変動し得る、様々な溝幾何学形状に整合される、液晶デバイスを製造する方法のある実施形態では、整合層は、反応性メソゲン（ＲＭ）としても知られる、重合化可能液晶（ＰＬＣ）を備えることができる。整合層は、ＰＬＣ材料の層と、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って幅または周期および方向が変動し得る、様々な溝を備える、インプリントテンプレートを接触させることによって製造されることができる。ＰＬＣ層の分子の縦軸は、インプリントテンプレートの溝に自己整合することを可能にされ得る。例えば、ＰＬＣ層の分子の縦軸は、熱の印加に応じて、ＵＶ光を用いた照射に応じて、および／または十分な時間の経過後、インプリントテンプレートの溝に自己整合することができる。いったんＰＬＣ層の分子の縦軸が、インプリントテンプレート溝に自己整合されると、ＰＬＣ層は、例えば、熱および／またはＵＶ照明を用いた照射によって重合される。重合化は、有利には、ＰＬＣ層がインプリントテンプレートから分離された後も、ＰＬＣ層の分子の配向が維持されるように、ＰＬＣ層の分子の縦軸を固定する。
【００９７】
インプリントテンプレートを使用して、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、表面レリーフ特徴、および／または連続特徴間の方向および／または周期が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って変化する、複雑な幾何学的パターンを形成するように配列される、表面レリーフ特徴を備える、整合層を製造することは、例えば、研磨方法または光整合方法等の他の液晶製造方法より有利であり得る。例えば、上記に議論されるように、低分解能方法であるいくつかの微小研磨方法を使用して、数ナノメートル、数百ナノメートルのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、表面レリーフ特徴を生産することは、実践的ではあり得ない。加えて、いくつかの研磨方法を使用して、大量製造を達成するために必要であるスループットを伴って、整合層を製造することは、不可能であり得る。光整合方法は、液晶分子の均一および非均一整合を伴う整合層を製造するために使用されることができるが、いくつかのインスタンスでは、光整合方法を使用して、複雑な空間パターンを伴う整合層を生産することは、実践的ではあり得ない。研磨方法と同様に、いくつかの光整合方法を使用して、複雑な空間ＬＣパターンの大量製造を達成するために必要なスループットを達成することは、困難である。
【００９８】
図１１Ａは、例えば、図１０Ａに示される層１０００等の液晶層１０００を製造するために使用され得る、複数の特徴を備える、インプリントテンプレート１１００の実施形態の平面図を図示する。図１１Ｂは、軸Ｂ−Ｂ’に沿ったインプリントテンプレート１１００の断面図を図示する。インプリントテンプレート１１００は、複数のドメイン（例えば、１１０１ａ、１１０１ｂ、および１１０１ｃ）を備える。複数のドメインのそれぞれは、複数の表面レリーフ特徴を含む。表面レリーフ特徴は、線形状または曲線状の伸長溝および／または突出部、プリズム、弧、隆起バンプ、または凹部を含むことができる。複数のドメインのそれぞれ内の表面レリーフ特徴は、単純または複雑な幾何学的パターンを形成するように配列されることができる。表面レリーフ特徴の配列は、入射光の振幅、位相、および／または偏光を操作し、所望の光学効果を達成するように構成されることができる。
【００９９】
種々の実施形態では、ドメインはそれぞれ、サブ波長特徴を含むことができる。そのような実施形態では、表面レリーフ特徴のサイズまたは隣接する表面レリーフ特徴間の間隙は、数ナノメートル、数百ナノメートル、または数ミクロンのオーダーの短い長さスケールを有することができる。例えば、複数のドメインのそれぞれ内の各表面レリーフ特徴の幅「λ」は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。別の実施例として、複数のドメインのそれぞれ内の連続特徴間の間隙「Λ」は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。いかなる一般性も失うことなく、連続特徴間の間隙「Λ」は、ピッチに対応してもよい。さらに別の実施例として、複数のドメインのそれぞれ内の特徴の深度（または高さ）「Ｄ」は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。
【０１００】
種々の実施形態では、隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。種々の実施形態では、表面レリーフ特徴を備える、複数のドメインは、各対の隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」が均一であるように、インプリントテンプレート１１００の表面を横断して正方形グリッドとして配列されることができる。他の実施形態では、表面レリーフ特徴を備える、複数のドメインは、異なる対の隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」が均一ではないように、インプリントテンプレート１１００の表面を横断して不規則的に配列されることができる。上記に議論されるように、隣接するドメイン間に導入されるドメイン間隙は、液晶の製造の間、ドメイン境界に沿って生じ得る、回位または他の表面欠陥を低減させることに役立ち得る。
（液晶デバイスを製造する例示的方法）
【０１０１】
図１２Ａ−１２Ｄは、本明細書に説明される種々の液晶デバイスを製造する方法の実施例を図示する。図１２Ａを参照すると、ポリマー液晶（ＰＬＣ）層１２０３が、基板１２０１にわたって配置される。基板１２０１は、好ましくは、光学的に透過性である。基板１２０１のための好適な材料の実施例は、ガラス、石英、サファイア、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、またはポリカーボネート、ポリアセテート、およびアクリルを含む、ポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、基板１２０１は、可視波長または赤外線波長のうちの少なくとも１つの光に対して透過性であることができる。基板は、一対の主表面と、囲繞する縁とを含むことができる。主表面は、基板の最大面積表面であってもよい、または他の表面より大きい面積を有する、一対の同様サイズの対向表面のうちの１つであってもよい。液晶デバイスは、基板の主表面上またはそれに対して入射する光を反射、屈折、回折、または別様に再指向させるように構成されることができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、ＰＬＣ層１２０３は、例えば、液晶分子との立体相互作用および／または光整合層によって続いて堆積される液晶分子上に付与される係留エネルギーに起因して、液晶分子に特定の配向またはパターンをとらせる、整合層として構成される。ＰＬＣ層１２０３は、重合化可能液晶材料（反応性メソゲン）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＬＣ層１２０３は、アゾ含有ポリマーを含むことができる。ＰＬＣ層１２０３は、例えば、スピンコーティングプロセスまたはジェット堆積によって、基板の主表面のうちの１つ上に配置されることができる。ＰＬＣ層１２０３は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。
【０１０３】
ＰＬＣ層１２０３は、図１２Ａおよび１２Ｂに描写されるように、ＰＬＣ層の暴露表面をインプリントテンプレート１２０５と接触させることによって、複数の表面レリーフ特徴を伴ってインプリントされる。インプリントテンプレート１２０５は、ＰＬＣ層の暴露表面上にインプリントされる特徴の反転である特徴を含むことができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレート１２０５は、サブ波長寸法の特徴を含むことができる。例えば、インプリントテンプレート１２０５は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する特徴を含むことができる。例えば、インプリントテンプレート１２０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の長さを有する特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリントテンプレート１２０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の幅を有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリントテンプレート１２０５は、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の深度を有する特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。インプリントテンプレート１２０５の各ドメインの特徴は、連続特徴間の方向および／または周期が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って変化する、各ドメイン内の複雑な幾何学的パターンを形成するように配列されることができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレート１２０５は、複数の離間されたドメインを含むことができる。各ドメインは、サブ波長寸法を有する複数の特徴を含むことができる。各ドメインは、ドメイン間隙によって、近傍ドメインから離間されることができる。ドメイン間隙は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせの値を有することができる。種々の実装では、ドメイン間隙は、１０ｎｍ以下および／または１００ｎｍ以上であることができる。例えば、ドメイン間隙は、５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、または０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の値であることができる。インプリントテンプレート１２０５は、図１１Ａおよび１１Ｂを参照して上記に議論されるインプリントテンプレート１１００に類似する特性を有することができる。例えば、インプリントテンプレート１２０５の複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一であるように、インプリントテンプレート１２０５の表面を横断して正方形グリッドとして配列されることができる。別の実施例として、インプリントテンプレート１５０５の複数のドメインは、同心状の円形領域または楕円形領域として配列されることができる。他の実施形態では、複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一ではないように、インプリントテンプレート１２０５の表面を横断して不規則的に配列されることができる。
【０１０４】
サブ波長特徴を伴うインプリントテンプレート１２０５は、光学リソグラフィ、ナノインプリント、およびイオンおよび電子ビームリソグラフィを含む、ナノパターン化技法を使用して、設計および加工されることができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレートは、シリコンまたはガラス材料等の半導体材料を備えることができる。
【０１０５】
ＰＬＣ層１２０３が、インプリントテンプレート１２０５の特徴と直接接触すると、ＰＬＣ層１２０３の液晶分子の縦軸は、インプリントテンプレートの特徴に整合される。このように、ＰＬＣ層の暴露表面は、インプリントテンプレートのパターンに対応する、またはそれと相補的であるパターンを伴って、インプリントされる。ＰＬＣ層１２０３の暴露表面が、インプリントテンプレート１２０５によってパターン化された後、ＰＬＣ層１２０３は、重合される。ＰＬＣ層１２０３の重合化は、限定ではないが、図１２Ｂに示されるような紫外線（ＵＶ）放射への暴露、熱の印加、時間の経過等を含む、種々の方法によって達成されることができる。ＰＬＣ層１２０３の重合化は、図１２Ｃに示されるように、有利には、ＰＬＣ層１２０３がインプリントテンプレートから分離された後も、ＰＬＣ層１２０３の液晶分子の縦軸の配向を固定することができる。
【０１０６】
パターン化されたＰＬＣ層１２０３の重合化後、液晶材料の層１２０７は、重合パターン化されたＰＬＣ層１２０３にわたって配置される。液晶層は、スピンコーティング、スロットコーティング、バーコーティング、またはジェット堆積によって、ＰＬＣ層１２０３にわたって堆積されることができる。液晶材料の層１２０７は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。液晶材料の層１２０７は、ドープまたは非ドープ液晶材料を含むことができる。種々の実施形態では、液晶材料の層１２０７は、重合化可能液晶材料、ポリマー安定化液晶材料、または非重合化可能液晶材料であることができる。
【０１０７】
液晶材料の層１２０７の分子の縦軸は、ＰＬＣ層１２０３上にインプリントされるパターンに自己整合する。故に、ＰＬＣ層１２０３は、液晶材料の層１２０７のための整合層としての役割を果たす。いくつかの実施形態では、液晶材料の層１２０７の分子の縦軸の整合は、熱の印加および／または十分な時間の経過によって促進され得る。ＰＬＣ層１２０３を液晶材料の層１２０７のための整合層として使用することは、いくつかの利点を有することができる。第１の利点は、ＰＬＣ層１２０３が、重合化可能液晶材料を備えていない整合層と比較して、液晶材料の層１２０７のためにより強い整合状態を提供することができることである。第２の利点は、ＰＬＣ層１２０３の材料が液晶材料の層１２０７の材料と類似光学性質を有するとき、均質界面が達成され得ることである。これは、有利には、ＰＬＣ層１２０３と液晶材料の層１２０７との間の境界からの屈折／回折を低減させることができる。
【０１０８】
図１２Ｅに示されるように、付加的液晶層１２１１および１２１５のための整合層としての役割を果たす、付加的ＰＬＣ層１２０９および１２１３が、図１２Ａ−１２Ｄのプロセスを繰り返すことによって、液晶材料１２０７の整合された層にわたって連続的に堆積されてもよい。例えば、第２のＰＬＣ層１２０９が、液晶材料の層１２０７にわたって配置され、続いて、インプリントテンプレートを用いてパターン化され、重合される。液晶材料の第２の層１２１１が、パターン化および重合されたＰＬＣ層１２０９にわたって配置され、液晶材料の第２の層１２１１の分子が第２のＰＬＣ層１２０９上にインプリントされるパターンに整合されるように、自己組織化することを可能にされる。第２のＰＬＣ層１２１３が、液晶材料の層１２０９にわたって配置され、続いて、インプリントテンプレートを用いてパターン化され、重合される。液晶材料の第３の層１２１５が、パターン化および重合されたＰＬＣ層１２１３にわたって配置され、液晶材料の第３の層１２１５の分子が第３のＰＬＣ層１２１３上にインプリントされるパターンに整合されるように、自己組織化することを可能にされる。本シーケンスは、さらなる液晶層のために繰り返されてもよい。好ましくは、付加的ＰＬＣ層１２０９および１２１３は、重合化可能液晶材料（反応性メソゲン）を備えることができる。好ましくは、液晶材料１２０７、１２１１、および１２１５は、重合化可能液晶材料（反応性メソゲン）を備えることができる。ＰＬＣ層１２０９および／または１２１３上にインプリントされるパターンは、ＰＬＣ層１２０３上にインプリントされるパターンと異なることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ＰＬＣ層１２０９および／または１２１３上にインプリントされるパターンは、ＰＬＣ層１２０３上にインプリントされるパターンと同じであることができる。種々の実施形態では、薄い酸化物フィルム（数ｎｍ〜数百ｎｍに及ぶ厚さを伴う）等の隔離層が、付加的ＰＬＣ層を提供する前に、液晶材料の層（例えば、層１２０７または層１２１１）にわたって堆積され、真下の液晶層（例えば、層１２０７または層１２１１）上のパターンの影響を低減させてもよい。いくつかの実施形態では、平面化テンプレートが、付加的ＰＬＣ層を提供する前に、液晶材料の層（例えば、層１２０７、層１２１１、または層１２１５）の暴露表面を平面化するために使用されることができる。
【０１０９】
図１３Ａは、インプリントテンプレートの実施形態の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。インプリントテンプレートは、ドメイン間隙によって相互から離間された３つのドメイン１３０１、１３０３、および１３０５を備える。第１のドメイン１３０１と第２のドメイン１３０３との間のドメイン間隙は、ｄ１であって、第２のドメイン１３０２と第３のドメイン１３０５との間のドメイン間隙は、ｄ２である。それぞれ３つのドメイン１３０１、１３０３、および１３０５は、複数の特徴を備える。複数の特徴のそれぞれの寸法（例えば、長さ、幅、または深度）は、１００ｎｍ未満である。ドメイン間隙ｄ１およびｄ２は、１００ｎｍ以下である。図１３Ｂは、図１３Ａのインプリントテンプレートおよび図１２Ａ−１２Ｃを参照して上記に議論される方法を使用して製造されるパターン化されたＰＬＣ層のＳＥＭ画像である。図１３Ｃは、図１３Ｂに示されるパターン化されたＰＬＣ層の偏光顕微鏡画像である。図１３Ｃは、偏光顕微鏡の偏光器／分析器に対して相対的ＬＣ配向を示す、グレー−スケールパターンを描写する。図１３Ｃから、偏光顕微鏡画像が、整合欠陥（すなわち、回位）が実質的にないＬＣ整合を示す均一パターンを呈していることに留意されたい。
【０１１０】
本明細書に説明される方法は、サブ波長特徴を伴う液晶層を含む、電気的に制御可能な液晶デバイスを加工するために使用されることができる。図１４は、その分子がパターン化された整合層１４０３に整合される、液晶層１４０７が、２つの電極層１４２０と１４２５との間に狭入される、電気的に制御可能な液晶デバイスの実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、整合層１４０３は、パターン化された重合化可能液晶層を備えることができる。いくつかの実施形態では、整合層１４０３は、パターン化されたポリマー層を含むことができ、これは、直接、ＬＣ材料とナノスケール表面構造を整合させる。２つの電極層１４２０および１４２５は、可視スペクトル範囲（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）内の光に対して透過性である材料（例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を備えることができる。種々の実施形態では、２つの電極層１４２０および１４２５はそれぞれ、それぞれ、ＩＴＯ１４０４ａおよび１４０４ｂの層でコーティングされた基板１４０１ａおよび１４０１ｂを備えることができる。種々の実施形態では、電気的に制御可能な液晶デバイスは、２つの電極層およびパターン化された整合層１４０３を備える液晶セル構造を構築することによって製造されることができる。層１４０７を形成する液晶材料は、セル構造内に投入され、電気的に制御可能な液晶デバイスを加工することができる。整合層１４０３は、厚さ約２０ｎｍ〜約１０ミクロンを有することができる。液晶層１４０７は、約１００ｎｍ〜１０ミクロンの厚さを有することができる。整合層１４０３は、上記に議論されるテンプレート１１００および／またはテンプレート１２０５に類似する複数のサブ波長特徴を備える、インプリントテンプレートを使用してパターン化されることができる。例えば、整合層１４０３をパターン化するために使用されるインプリントテンプレートは、複数の離間ドメインを含むことができる。各ドメインは、数ナノメートル、数百ナノメートル、または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、複数の特徴を含むことができる。上記に議論されるように、整合層１４０３は、パターン化後、重合され、整合層１４０３の分子の縦軸を固定することができる。液晶層１４０７の分子は、層１４０３上にインプリントされるパターンに自己組織化することを可能にされることができる。自己組織化後、液晶層１４０７の分子は、インプリントテンプレートの明確に異なるドメインに対応する明確に異なるドメインを形成し、各ドメイン内の液晶分子の縦軸は、対応するドメイン内の個々の特徴の方向に沿って整合される。隣接するドメイン間の間隙内の液晶分子の縦軸は、任意の急激な途絶を伴わずに、１つのドメイン内の分子の縦軸の配向から隣接するドメインの縦軸の配向に徐々に遷移することができる。例えば、隣接するドメイン間の間隙内の液晶分子の縦軸は、実質的に連続的に、１つのドメイン内の分子の縦軸の配向から隣接するドメインの縦軸の配向に徐々に遷移することができる。種々の実施形態では、液晶層１４０７は、複雑な空間変動ナノスケールパターンを備えることができる。
【０１１１】
１つ以上のドメイン内の液晶分子の縦軸の配向は、電圧を電極層１４２０および１４２５を横断して印加することによって変動されることができる。ある条件下では、例えば、ＬＣ分子は、電極層１４２０および１４２５を横断して電場の方向に沿って整合される。故に、電圧を電極層１４２０および１４２５を横断して印加することによって、液晶層１４０７内の格子構造は、オンまたはオフに切り替えられることができる。
【０１１２】
図１５Ａ−１５Ｃは、本明細書に説明される種々の液晶デバイスを製造する方法の実施例を図示する。本方法は、インプリント層１５０５を基板１５０１にわたって提供するステップを含む。インプリント層１５０５および基板１５０１の種々の物理的および／または化学特性は、それぞれ、上記に議論されるインプリントテンプレート１２０５および基板１２０１に類似することができる。例えば、多くの場合、基板１５０１は、光学的に透過性である。基板１５０１のための好適な材料の実施例は、ガラス、石英、サファイア、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、またはポリカーボネート、ポリアセテート、およびアクリルを含む、ポリマー材料を含む。いくつかの実装では、基板１５０１は、可視波長または赤外線波長のうちの少なくとも１つの光に対して透過性であることができる。基板は、一対の主表面と、囲繞する縁とを含むことができる。主表面は、基板の最大面積表面であってもよい、またはそれぞれ、他の表面（例えば、縁）より大きい面積を有する、一対の同様サイズの対向表面のうちの１つであってもよい。液晶デバイスは、基板の主表面上またはそれに対して入射する光を反射、屈折、回折、または別様に再指向させるように構成されることができる。
【０１１３】
インプリント層１５０５が、基板１５０１の主表面にわたって配置されることができる。上記に議論されるように、インプリント層１５０５は、サブ波長寸法を有する特徴を含むことができる。例えば、インプリント層１５０５は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリント層１５０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の長さを有する、特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１５０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の幅を有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１５０５は、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の深度を有する特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。但し、これらの範囲外の寸法を有する特徴もまた、可能性として考えられる。
【０１１４】
インプリント層１５０５の各ドメインの特徴は、連続特徴間の方向および／または周期が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って変化する、複雑な幾何学的パターンを各ドメイン内に形成するように配列されることができる。種々の実施形態では、インプリント層１５０５は、複数の離間されたドメインを含むことができる。各ドメインは、サブ波長寸法を有する、複数の特徴を含むことができる。各ドメインは、ドメイン間隙によって、近傍ドメインから離間されることができることができる。ドメイン間隙は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせの値を有することができる。種々の実装では、ドメイン間隙は、１０ｎｍ以下および／または１００ｎｍ以上であることができる。例えば、ドメイン間隙は、５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、または０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の値であることができる。いくつかの実装では、インプリントテンプレート１５０５の複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一であるように、インプリントテンプレート１５０５の表面を横断して正方形グリッドとして配列されることができる。いくつかの実装では、インプリントテンプレート１５０５の複数のドメインは、同心状の円形領域または楕円形領域として配列されることができる。複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一ではないように、インプリントテンプレート１５０５の表面を横断して不規則的に配列されることができる。インプリント層１５０５は、上記に議論されるインプリントテンプレート１１００および／またはインプリント１２０５に類似する特性を有することができる。
【０１１５】
サブ波長特徴を伴うインプリント層１５０５は、光学リソグラフィ、ナノインプリント、およびイオンおよび電子ビームリソグラフィを含む、ナノパターン化技法を使用して、設計および加工されることができる。種々の実施形態では、インプリント層１５０５は、フォトレジスト、シリコン、またはガラス材料等の半導体材料を備えることができる。
【０１１６】
重合化可能液晶（ＰＬＣ）層１５０３が、インプリント層１５０５にわたって配置される。ＰＬＣ層１５０３が、スピンコーティングプロセスまたはジェット堆積によって、インプリント層１５０５にわたって配置されることができる。ＰＬＣ層１５０３は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。ＰＬＣ層１５０３は、重合化可能液晶材料（例えば、反応性メソゲン）および／またはアゾ含有ポリマーを含むことができる。インプリント層１５０５は、ＰＬＣ層１５０３の液晶分子をインプリント層１５０５のパターンに整合させる、整合層として作用する。ＰＬＣ層１５０３が、インプリント層１５０５の特徴と接触すると、ＰＬＣ層１５０３の液晶分子の縦軸は、インプリント層１５０５の特徴に整合されてもよい。このように、ＰＬＣ層１５０３の表面は、インプリント層１５０３のパターンに対応するパターンを用いてインプリントされる。ＰＬＣ層１５０３の液晶分子とインプリント層１５０５のパターンの整合は、液晶分子との立体相互作用および／またはインプリント層１５０５によって堆積される液晶分子上に付与される係留エネルギーに起因し得る。ＰＬＣ層１５０３は、インプリント層１５０５上に堆積後、重合されることができる。ＰＬＣ層１５０３の重合化は、限定ではないが、紫外線（ＵＶ）放射への暴露、熱の印加、時間の経過、またはそれらの組み合わせを含む、種々の方法によって達成されることができる。ＰＬＣ層１５０３の重合化は、有利には、ＰＬＣ層１５０３の液晶分子の縦軸の配向を固定することができる。
【０１１７】
パターン化されたＰＬＣ層１５０３の重合化後、液晶材料の別の層１５２０が、重合されパターン化されたＰＬＣ層１５０３にわたって配置される。液晶材料の層１５２０は、スピンコーティング、スロットコーティング、バーコーティング、ブレードコーティング、ジェット堆積、または可能性として他の方法によって、ＰＬＣ層１５０３にわたって堆積されることができる。液晶材料の層１５２０は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。液晶材料の層１５２０は、ドープまたは非ドープ液晶材料を含むことができる。種々の実施形態では、液晶材料の層１５２０は、重合化可能液晶材料、ポリマー安定化液晶材料、または非重合化可能液晶材料であることができる。
【０１１８】
液晶材料の層１５２０の分子の縦軸は、ＰＬＣ層１５０３上にインプリントされるパターンに自己整合する。種々の実装では、インプリント層１５０５と接触する液晶材料の層１５２０のサブ層の分子のみが、インプリント層１５０５のパターンの縦軸に整合されてもよい。液晶材料の層１５２０の他のサブ層は、図１０Ｃを参照して上記に議論されるように、異なる配向を有してもよい。故に、ＰＬＣ層１５０３は、液晶材料の層１５２０のための整合層としての役割を果たす。いくつかの実施形態では、液晶材料の層１５２０の分子の縦軸の整合は、熱の印加および／または十分な時間の経過によって促進され得る。
【０１１９】
上記に議論されるように、ＰＬＣ層１５０３を液晶材料の層１５２０のための整合層として使用することは、いくつかの利点を有することができる。第１の利点は、ＰＬＣ層１５０３が、重合化可能液晶材料を備えていない整合層と比較して、液晶材料の層１５２０のためのより強い整合状態を提供することができることである。第２の利点は、均質界面が、ＰＬＣ層１５０３の材料が液晶材料の層１５２０の材料と類似光学性質を有するときに達成され得ることである。これは、有利には、ＰＬＣ層１５０３と液晶材料の層１５２０との間の境界から屈折／回折を低減させることができる。
【０１２０】
本明細書で議論される方法は、液晶メタ材料または液晶メタ表面を加工するために使用されてもよい。ドメインが複数のサブ波長スケールパターンを含む、異なる離間されたドメインを備える、液晶層の種々の実施形態が、基板上に形成されてもよく、これは、透過導波管に隣接するか、または、導波管自体が基板であってもよい。そのような実施形態では、サブ波長スケールパターンを伴う液晶層は、例えば、回折される光が液晶層に隣接して配置される導波管の誘導モードの中に結合され得るように、導波管に対する法線に対して角度約±３０度で光入射を回折するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管は、任意の介在層を伴わずに、直接、液晶層に隣接して配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、介在層は、導波管と導波管に隣接する液晶層との間に配置されることができる。いくつかのそのような実施形態では、サブ波長スケールパターンを伴う液晶層はまた、導波管を通して伝搬する光を外部結合するように構成されてもよい。サブ波長スケールパターンを伴う液晶層は、それらが波長選択的であるような狭帯域またはそれらが広範囲の波長（例えば、可視スペクトルの赤色／緑色／青色スペクトル範囲内の波長）にわたって光を効率的に回折し得るような広帯域であるように構成されてもよい。本明細書で議論される方法は、他の液晶デバイスを加工するために使用されることもできる。例えば、本明細書で議論される方法は、下記に議論されるように、回折液晶レンズの実装を加工するために使用されることができる。
（回折液晶レンズ）
【０１２１】
図１６Ａは、液晶材料を備える、回折レンズ１６００の実装の上面図を図示する。レンズ１６００は、例えば、ｘ−ｙ平面におけるゾーン１６０５および１６１０等の複数のゾーンを備える。複数のゾーンの数は、２〜約５０であることができる。例えば、複数のゾーンの数は、３以上、５以上、８以上、１０以上、１５以上、１８以上、２２以上、５０以下、４２以下、３０以下、２０以下、またはこれらの値によって定義された範囲／下位範囲内の任意の数であることができる。レンズ１６００の複数のゾーンのそれぞれ内の液晶材料の分子は、それを中心として特定の配向または範囲に沿って配向される。隣接するゾーン内の液晶材料の分子は、異なり得る。例えば、レンズ１６００では、ゾーン１６０５内の液晶分子の縦軸は、ｙ−軸と平行に整合されることができる一方、ゾーン１６１０内の液晶分子の縦軸は、ｙ−軸に対して約１８度の角度だけ時計回り方向に回転されることができる。図１６Ａに描写されるレンズ１６００では、連続ゾーンのそれぞれ内の分子の縦軸は、先行ゾーンの液晶分子の縦軸に対して約１８度の角度だけ時計回り方向に回転されることができる。他のレンズ実装では、あるゾーン内の液晶分子の縦軸と先行ゾーン内の液晶分子の縦軸との間の角度は、１８度以外であることができる。例えば、あるゾーン内の液晶分子の縦軸と先行ゾーン内の液晶分子の縦軸との間の角度は、約４５度以下であることができる。例えば、あるゾーン内の液晶分子の縦軸と先行ゾーン内の液晶分子の縦軸との間の角度は、約１度以上、約２度以上、約５度以上、約１０度以下、約１７度以下、約２０度以下、約２５度以下、約３０度以下、約３５度以下、約４０度以下、および／または約４５度以下、またはこれらの値のいずれかによって定義された任意の範囲内の任意の角度であることができる。
【０１２２】
図１６Ａに描写されるレンズ１６００の実装では、液晶分子の縦軸とｙ−軸の方向との間の角度は、第１０のゾーン１６５５内の液晶分子が第１のゾーン１６０５内の液晶分子と同一配向を有するように、固定量（例えば、１８度）ずつ徐々に増加する。しかしながら、近傍ゾーン内の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、固定または一定である必要はない。代わりに、近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向角度の差は、レンズを横断して変動することができる。例えば、２つの近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、３５度であることができる一方、２つの他の近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、１０度であることができる。故に、液晶レンズの種々の実装では、連続ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、可変、非一定、および／またはランダムであることができる。
【０１２３】
複数のゾーンは、リング形状または環状であることができる。複数のゾーンは、同心であることができる。例えば、図１６Ａでは、第１のゾーン１６０５は、他の複数のゾーンによって囲繞される、中心ゾーンとして構成される。複数のゾーンは、図１６Ａに描写されるように、同心リングまたは環状であることができる。しかしながら、他の実装では、複数のゾーンは、楕円形である、または可能性として他の形状を有することができる。複数のゾーンは、閉鎖曲線である必要はない。代わりに、複数のゾーンのうちのいくつかは、開放曲線（例えば、弧）であることができる。種々の実装では、複数のゾーンの幅は、第１の（または中心）ゾーンからの距離が増加するにつれて低減することができる。故に、第１の（または中心）ゾーンの幅は、最大であることができ、各連続ゾーンの幅は、連続的に低減することができる。複数のゾーンの幅は、中心ゾーンおよび／またはレンズの中心からの距離が増加するにつれて、線形または非線形に低減することができる。複数のゾーンの幅は、ある場合には、数学的方程式によって統制されることができる。
【０１２４】
種々の実装では、領域およびその中に含有される特徴は、例えば、複数のゾーンが屈折力を有するレンズ等の光学要素を形成するように、形状、サイズ、配向等を有するように構成される。この力は、正または負であってもよい。屈折力はまた、入射光の偏光に応じて、正または負であってもよい。例えば、屈折力は、右円偏光に関して正である一方、左円偏光に関して負であって、その逆も同様である。本光学要素、例えば、レンズは、回折レンズ等の回折光学要素であってもよい。
【０１２５】
複数のゾーンはそれぞれ、上記に議論されるように、ドメインと見なされ得る。複数のゾーンは、間隙（ドメイン間隙に対応する）約１ｎｍ〜約２００ｎｍを伴って、相互から離間されることができる。しかしながら、種々の実装では、複数のゾーンは、それらが５．０ｎｍ未満または１．０ｎｍ未満の間隙によって離間されるように配列されることができる。例えば、いくつかの実装では、複数のゾーン間に間隙は存在しない。言い換えると、隣接するゾーン間の間隙は、０であることができる。ドメイン間隙は、近傍ゾーン内の液晶分子の縦軸の配向における角度差に応じて、変動し得る。故に、近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における差異に応じて、間隙は、０〜約２００ｎｍであることができる。
【０１２６】
図１６Ｂは、レンズ１６００の両側上に配置される交差偏光器間のレンズ１６００の顕微鏡画像を図示する。交差偏光器は、その偏光軸が相互に直交するように配置される、線形偏光器であることができる。交差偏光器は、光の偏光が偏光器配向に合致する量に応じて、異なる強度を有するように、異なる量だけ偏光を回転させる、異なる領域を示すであろう。偏光器に合致する光の偏光が多いほど、光はより明るくなり、その逆も同様である。レンズ１６００の顕微鏡画像を取得するために、２つの交差偏光器のうちの一方を通して透過される円偏光が、レンズ１６００上に入射する。レンズ１６００の出力は、２つの交差偏光器の他方を通して透過され、顕微鏡を通して観察される。図１６Ｂに描写される画像の暗領域（例えば、領域１６６０）内の液晶分子の縦軸の配向は、偏光器の光学軸と平行または垂直である。図１６Ｂに描写される画像の明領域（例えば、領域１６６２）内の液晶分子の縦軸の配向は、偏光器の光学軸に対して約±４５度である。より明るい領域とより暗い領域との間の変動は、液晶分子の異なる配向および特定の領域内の複屈折の光学軸によって生じる、偏光配向における変動と関連付けられる。
【０１２７】
複数のゾーン内の複数の液晶の縦軸の整合は、上記に議論されるように、インプリント層を使用することによって達成されることができる。図１６Ｂ−１は、ゾーン１６０５および１６１０を備える領域１６６４内の複数の液晶の縦軸の所望の整合を達成する、インプリント層１６７０のパターンを示す、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を描写する。図１６Ｂ−２におけるＳＥＭ画像は、領域１６６６内の複数の液晶の縦軸の所望の整合を達成する、インプリント層１６７０のパターンを示す。インプリント層１６７０の領域１６７２は、ｙ−軸と平行な特徴（例えば、溝）を備える。その結果、インプリント層１６７０の領域１６７２と重複する液晶分子の縦軸は、ｙ−軸と平行に整合され、ゾーン１６０５を形成する。インプリント層１６７０の領域１６７４は、ｙ−軸に対してある角度（例えば、約１８度）だけ時計回りに回転される、特徴（例えば、溝）を備える。故に、インプリント層１６７０の領域１６７４と重複する液晶分子の縦軸は、ｙ−軸に対してある角度（例えば、約１８度）だけ時計回りに回転され、ゾーン１６１０を形成する。インプリント層１６７０の領域１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８は、特徴（例えば、溝）の異なる配列を示す。インプリント層１６７０の領域１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８と重複する液晶分子の縦軸は、個別の領域１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の溝と平行に整合されるであろう。
【０１２８】
インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴は、サブ波長サイズであることができる。例えば、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、数ナノメートル、数百ナノメートル、または数ミクロンのオーダーであることができる。別の実施例として、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。種々の実装では、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、約２０ｎｍ以下または約１００ｎｍ以上であることができる。例えば、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、１ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、１００ｎｍ以下、１２５ｎｍ以下、１５０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、１ミクロン以下、またはこれらの値によって定義された任意の範囲／下位範囲内の値であることができる。
【０１２９】
図１７Ａ−１７Ｃは、レンズ１６００を製造する方法の実施例を図示する。本方法は、インプリント層１６７０を基板１７０１にわたって提供するステップを含む。インプリント層１６７０および基板１７０１の種々の物理的および／または化学特性は、それぞれ、上記に議論される液晶層１２０３および基板１２０１に類似することができる。例えば、種々の場合では、基板１７０１は、光学的に透過性および／または透明である。基板１７０１のための好適な材料の実施例は、ガラス、石英、サファイア、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、またはポリカーボネート、ポリアセテート、およびアクリルを含む、ポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、基板１７０１は、可視波長または赤外線波長のうちの少なくとも１つの光に対して透過性であることができる。基板は、一対の主表面と、囲繞する縁とを含むことができる。主表面は、基板の最大面積表面であってもよい、またはそれぞれ、他の表面（例えば、縁）より大きい面積を有する、一対の同様サイズの対向表面のうちの１つであってもよい。液晶デバイスは、基板の主表面上またはそれに対して入射する光を反射、屈折、回折、または別様に再指向させるように構成されることができる。
【０１３０】
インプリント層１６７０は、基板１７０１の主表面にわたって配置されることができる。上記に議論されるように、インプリント層１６７０は、特徴（例えば、溝）を備える、複数のゾーンを備える。特徴は、サブ波長寸法を有することができる。例えば、インプリント層１６７０は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリント層１６７０は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の長さを有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１６７０は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の幅を有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１６７０は、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の深度を有する特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。これらの範囲外の他の寸法もまた、可能性として考えられる。
【０１３１】
種々の実装では、複数のゾーンのそれぞれ内の特徴は、同一方向に沿って配向される。それに沿って複数のゾーンのうちの１つ内の特徴が配向される方向は、それに沿って複数のゾーンのうちの１つに隣接するゾーン内の特徴が配向される方向に対してある角度だけ回転されてもよい。複数のゾーンドメインは、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせの値を有する間隙によって、相互から離間されることができる。いくつかの実装では、複数のゾーンは、約５ｎｍまたは１ｎｍよりも小さい間隙によって、相互から離間されることができる。いくつかの実装では、複数のゾーンは、無間隙（または０ｎｍの間隙）によって、相互から離間されることができる。複数のゾーンは、リング形状であることができ、同心状に配列されることができる。複数のゾーンの幅は、インプリント層１７０５の中心からの距離が増加するにつれて減少することができる。
【０１３２】
サブ波長特徴を伴うインプリント層１７０５は、光学リソグラフィ、ナノインプリント、およびイオンおよび電子ビームリソグラフィを含む、ナノパターン化技法を使用して、加工されることができる。種々の実施形態では、インプリント層１７５０５は、フォトレジスト、シリコン、またはガラス材料等の半導体材料を備えることができる。
【０１３３】
液晶（ＬＣ）層１７０３が、インプリント層１７０５にわたって配置される。液晶層１７０３は、重合化可能液晶層であることができる。ＬＣ層１７０３は、スピンコーティングプロセス、スロットダイコーティングプロセス、バーコーティングプロセス、ブレードダイコーティングプロセス、またはジェット堆積によって、インプリント層１７０５にわたって配置されることができる。ＬＣ層１７０３は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。ＬＣ層１５０３は、重合化可能液晶材料（例えば、反応性メソゲン）および／またはアゾ含有ポリマーを含むことができる。インプリント層１７０５は、ＬＣ層１７０３の液晶分子をインプリント層１７０５のパターンと整合させる、整合層として作用する。ＬＣ層１７０３が、インプリント層１７０５の特徴と接触すると、ＬＣ層１７０３の液晶分子の縦軸は、インプリント層１７０５の特徴と整合することができる。このように、ＬＣ層１７０３の表面は、インプリント層１７０５のパターンに対応するパターンを用いてインプリントされる。ＬＣ層１７０３は、インプリント層１５０５上に堆積後、重合されることができる。ＬＣ層１７０３の重合化は、限定ではないが、図１７Ｃに図式的に図示されるような紫外線（ＵＶ）放射１７１０への暴露、熱の印加、時間の経過、またはそれらの組み合わせを含む、種々の方法によって達成されることができる。ＬＣ層１７０３の重合化は、有利には、ＰＬＣ層１７０３の液晶分子の縦軸の配向を固定することができる。
【０１３４】
図１８Ａは、シリコン（Ｓｉ）を備える基板上に提供される、インプリント層１６７０の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。図１８Ａに描写されるように、インプリント層１６７０は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を有する第１のゾーンと、第１の方向と異なる第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備える。第１および第２のゾーンは、１ｎｍ未満の間隙（例えば、無間隙）によって離間される。
【０１３５】
図１８Ｂは、インプリント層１６７０にわたって配置される、液晶層１７０３の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。第１のゾーンと重複する液晶層１７０３の一部内の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合され、第２のゾーンと重複する液晶層１７０３の一部内の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合される。
【０１３６】
種々の実施形態は、結像システムおよびデバイス、ディスプレイシステムおよびデバイス、空間光変調器、液晶ベースのデバイス、偏光器、波ガイドプレート等の種々の用途において実装される、またはそれと関連付けられてもよいことが検討される。本明細書に説明される構造、デバイス、および方法は、特に、拡張および／または仮想現実のために使用され得る、ウェアラブルディスプレイ（例えば、頭部搭載型ディスプレイ）等のディスプレイにおいて使用を見出し得る。より一般的には、説明される実施形態は、運動（ビデオ等）または定常（静止画像等）下にあるかどうかにかかわらず、かつテキスト、グラフィック、または写真であるかどうかにかかわらず、画像を表示するように構成され得る、任意のデバイス、装置、またはシステム内に実装されてもよい。しかしながら、説明される実施形態は、限定ではないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビ受信機、無線デバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマート書籍、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファックスデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ（ＭＰ３プレーヤ等）、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、置時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取値デバイス（例えば、電子読取機）、コンピュータモニタ、自動ディスプレイ（オドメータおよび速度計ディスプレイ等を含む）、コックピット制御および／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両内のリアカメラのディスプレイ等）、電子写真、電子広告板または標識、プロジェクタ、アーキテクチャ構造、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、無線、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯乾燥機、パーキングメータ、頭部搭載型ディスプレイ、および種々の結像システム等の種々の電子デバイス内に含まれる、またはそれと関連付けられてもよいことが検討される。したがって、本教示は、図内に描写される実施形態のみに限定されず、代わりに、当業者に容易に明白となるであろう広い可用性を有することを意図する。
【０１３７】
本開示に説明される実施形態の種々の修正は、当業者に容易に明白となり得、本明細書に画定される一般的原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用されてもよい。種々の変更が、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、説明される本発明に成されてもよく、均等物が、代用されてもよい。加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセスの行為またはステップを、本発明の目的、精神、または範囲に適合させるように、多くの修正が行われてもよい。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることを目的としている。
【０１３８】
単語「例示的」は、本明細書では、「実施例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するように排他的に使用される。「例示的」として本明細書に説明される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態より好ましいまたは有利であるものとして解釈されない。加えて、当業者は、用語「上側」および「下側」、「上方」および「下方」等が、時として、図を説明する容易性のために使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対的位置を示し、本明細書に説明される構造の配向をそれらの構造が実装される通りに反映しない場合があることを容易に理解するであろう。
【０１３９】
別個の実施形態のコンテキストにおいて本明細書に説明されるある特徴はまた、単一実施形態において組み合わせて実装されることができる。逆に言えば、単一実施形態のコンテキストに説明される種々の特徴はまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されることもできる。さらに、特徴は、ある組み合わせにおいて作用するように上記に説明され、さらに、最初に、そのように請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、ある場合には、組み合わせから外れることができ、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。
【０１４０】
同様に、動作は、特定の順序で図面に描写されるが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施される、または全ての図示される動作が実施される必要はないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的プロセス内に組み込まれることができる。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化されることができることを理解されたい。加えて、他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合で、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。
【０１４１】
本発明は、本デバイスを使用して行われ得る方法を含む。本方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含んでもよい。そのような提供は、ユーザによって行われてもよい。換言すれば、「提供する」行為は、本方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することをユーザに要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順序で、および事象の記載された順序で実行されてもよい。
【０１４２】
本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関して、これらは、上記の参照された特許および公開に関連して理解されるとともに、概して、当業者によって把握または理解され得る。同じことが、一般的または理論的に採用されるような付加的な行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して当てはまり得る。
【０１４３】
加えて、本発明は、種々の特徴を随意に組み込む、いくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるように説明または指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われてもよく、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、（本明細書に記載されるか、またはいくらか簡潔にするために含まれないかどうかにかかわらず）均等物が置換されてもよい。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることが理解される。
【０１４４】
また、本明細書で説明される発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上の特徴と組み合わせて、記載および請求され得ることが考慮される。単数形の項目の言及は、複数の同一項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、およびそれに関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（ａ、ａｎ）」、「前記（ｓａｉｄ、ｔｈｅ）」という単数形は、特に別様に記述されない限り、複数の指示対象を含む。換言すると、冠詞の使用は、上記の説明および本開示と関連付けられる請求項で、対象項目の「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項要素の記載に関連する「だけ」、「のみ」、および同等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のための先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【０１４５】
そのような排他的用語を使用することなく、本開示と関連付けられる請求項での「備える」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質を変換するものと見なすことができるかどうかにかかわらず、任意の付加的な要素の包含を可能にするものとする。本明細書で特に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広義の一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【０１４６】
本発明の範疇は、提供される実施例および／または本明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示と関連付けられる請求項の範囲のみによって限定されるものとする。
【図１】
2019536100.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３Ａ】
2019536100.tif 000031
【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
2019536100.tif 000035
【図１６Ａ】
2019536100.tif 000036
【図１６Ｂ−１６Ｂ−２】
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【図１７Ａ】
2019536100.tif 000038
【図１７Ｂ】
2019536100.tif 000039
【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月18日(2019.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主表面と、第２の主表面と、厚さとを有する液晶層を備える光学デバイスであって、前記第１の主表面および第２の主表面は、横方向を横断して延在し、前記厚さは、前記第１の主表面または前記第２の主表面の面法線と平行な方向に沿って延在し、前記液晶層は、前記液晶層の厚さを横断して分散される複数のサブ層を備え、前記複数のサブ層のそれぞれは、液晶分子の単一層を備え、前記液晶分子のそれぞれは、縦軸を有し、
各サブ層は、
複数の液晶分子の縦軸が第１のパターンを形成するように配列される第１のドメインと、
複数の液晶分子の縦軸が第２のパターンを形成するように配列される第２のドメインと
を備え、
前記第１のドメインは、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの距離Ｄを有するドメイン間隙によって、前記第２のドメインから前記横方向に沿って側方に離間され、前記ドメイン間隙内の前記液晶分子の縦軸は、前記第１のパターンから前記第２のパターンに徐々に遷移する、デバイス。
【請求項２】
前記サブ層の第１のドメインの分子の縦軸は、隣接する前記サブ層の第１のドメインの分子の縦軸に対して捻転されることができる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
第２の液晶層をさらに備え、前記第２の液晶層の液晶分子は、それぞれ、第１のドメインおよび第２のドメイン内において前記第１の方向および前記第２の方向に自己整合するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記液晶層または前記第２の液晶層は、重合化可能液晶材料を備える、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の液晶層にわたる第３の液晶層をさらに備え、前記第３の液晶の複数の液晶分子は、第３の方向に沿って配列される、請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第３の液晶層にわたる第４の液晶層をさらに備え、前記第４の液晶層の複数の液晶は、前記第３の方向に自己整合するように構成される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、導波管にわたって配置される、請求項３または請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、前記光の入射ビームが全内部反射によって前記導波管を通して伝搬するように光の入射ビームを前記導波管の中に内部結合するように構成される内部結合光学要素を備える、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記内部結合光学要素を介して光を前記導波管の中に指向するように構成される光変調デバイスをさらに備える、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、全内部反射によって前記導波管を通して伝搬する光の入射ビームを外部結合するように構成される外部結合光学要素を備える、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第２の液晶層および／または前記第４の液晶層は、全内部反射によって前記導波管を通して伝搬する光を再指向するように構成される直交瞳エクスパンダを備え、前記再指向される光は、全内部反射によって前記導波管を通して伝搬し続ける、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって前記導波管を通して伝搬するように光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される内部結合光学要素を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光のビームを外部結合するように構成される外部結合光学要素を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第１のドメイン内の前記複数の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合され、前記第２のドメイン内の前記複数の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合され、
前記ドメイン間隙内の前記液晶分子の縦軸は、前記第１の方向から前記第２の方向に徐々に遷移する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
光学デバイスを加工するための方法であって、前記方法は、
重合化可能液晶層を基板にわたって提供することと、
前記重合化可能液晶層をパターン化することと、
液晶層を前記パターン化された重合化可能液晶層上に堆積させることと
を含み、
前記堆積される液晶層の分子は、前記パターン化された重合化可能液晶層に自己整合され、
前記重合化可能液晶層をパターン化することは、第１の複数の特徴を備える第１のドメインと、第２の複数の特徴を備える第２のドメインとを有するインプリントテンプレートによって、前記重合化可能液晶層をインプリントすることを含み、前記第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって、前記第２のドメインから離間され、前記特徴を欠いている領域の寸法は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの値を有する、方法。
【請求項１６】
前記寸法は、長さまたは幅のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のドメインの第１の複数の特徴は、第１のパターンを形成するように配列され、前記第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２のパターンを形成するように配列される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のパターンは、前記第２のパターンと明確に異なる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の複数の特徴は、第１の方向に沿って配向され、前記第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２の方向に沿って配向される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の方向は、前記第２の方向と明確に異なる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
前記インプリントテンプレートは、半導体材料を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項３０】
光学リソグラフィ、ナノインプリント、またはイオンおよび電子ビームリソグラフィのうちの少なくとも１つを使用して、前記インプリントテンプレートを製造することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３１】
液晶デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
液晶材料の層を基板上に堆積させることと、
パターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、前記液晶材料の分子が前記パターンに自己整合されるように前記パターンを前記液晶材料の層上にインプリントすることと
を含み、
前記パターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを備え、
前記第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって前記第２のドメインから離間され、
前記特徴を欠いている領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
【請求項３２】
前記液晶材料の屈折率より低い屈折率を有する材料の層を堆積させることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記低屈折率材料の層は、平面化テンプレートを使用する平面化層として構成される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴の長さ、幅、または高さのうちの少なくとも１つは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記液晶デバイスは、メタ表面を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記液晶デバイスは、メタ材料を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、格子アレイを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、曲線溝または弧を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
液晶材料の層を堆積させることは、前記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
液晶材料の付加的層を前記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記液晶材料の付加的層は、前記液晶材料の層のパターンに自己整合される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
パターンは、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
液晶デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
重合化可能液晶材料の層を基板上に堆積させることと、
インプリントテンプレートを使用して、パターンを前記重合化可能液晶材料上にインプリントすることと、
前記液晶材料の分子が前記パターンに自己整合されるように、液晶材料の層を前記パターン化された重合化可能液晶材料上に堆積させることと
を含み、
前記インプリントテンプレートは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを含むインプリントパターンを備え、
前記第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、前記第２のドメインから離間され、
前記ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
【請求項４８】
重合化可能液晶材料の層を堆積させることは、前記重合化可能液晶材料をジェット堆積させることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５２】
前記液晶デバイスは、メタ表面を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５３】
前記液晶デバイスは、メタ材料を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、格子アレイを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５６】
液晶材料の層を堆積させることは、前記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５７】
液晶材料の付加的層を前記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５８】
前記液晶材料の付加的層は、前記液晶材料の層のパターンに自己整合される、請求項４７に記載の方法。
【請求項５９】
パターンは、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、請求項４７に記載の方法。
【請求項６０】
前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
液晶デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
層を基板上に堆積させることと、
インプリントパターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、パターンを前記層上にインプリントすることと、
前記液晶材料の分子が前記パターンに自己整合されるように、液晶材料の層を前記パターン化された層上に堆積させることと
を含み、
前記インプリントパターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを備え、
前記第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、前記第２のドメインから離間され、
前記ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
【請求項６３】
前記層は、重合化可能液晶材料を備える、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
層を堆積させることは、前記層をジェット堆積させることを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造またはメタ表面を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１のドメインまたは前記第２のドメインは、格子アレイを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７０】
液晶材料の層を堆積させることは、前記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７１】
液晶材料の付加的層を前記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７２】
前記液晶材料の付加的層は、前記液晶材料の層のパターンに自己整合される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
パターンは、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７４】
前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、前記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７６】
液晶デバイスであって、
基板と、
前記基板に隣接する第１の表面および前記第１の表面と反対の第２の表面を有する液晶材料の層と
を備え、
前記第２の表面上の前記液晶材料の層の第１の複数の分子は、第１のパターンを形成するように配列され、前記第２の表面上の前記液晶材料の層の第２の複数の分子は、第２のパターンを形成するように配列され、前記第１の複数の分子は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、前記第２の複数の分子から離間され、前記間隙内の前記液晶材料の層の分子は、前記第１のパターンから前記第２のパターンに徐々に遷移するように配列される、液晶デバイス。
【請求項７７】
前記液晶材料の層は、偏光格子として構成される、請求項７６に記載の液晶デバイス。
【請求項７８】
ディスプレイシステムの導波管とともに含まれる、請求項７６に記載の液晶デバイス。
【請求項７９】
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を前記導波管の中に選択的に内部結合し、前記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、請求項７８に記載の液晶デバイス。
【請求項８０】
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、請求項７６に記載の液晶デバイス。
【請求項８１】
液晶デバイスであって、
基板と、
前記基板に隣接する第１の表面および前記第１の表面と反対の第２の表面を有する材料であって、前記材料は、
前記第２の表面上の第１のパターンと、
前記第２の表面上の第２のパターンと
を備え、前記第１のパターンは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、前記第２のパターンから離間される、材料と、
前記材料の第２の表面上の液晶材料と
を備える、液晶デバイス。
【請求項８２】
前記材料は、重合化可能液晶材料を備える、請求項８１に記載の液晶デバイス。
【請求項８３】
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、請求項３１、請求項４７、請求項６２、または請求項８１に記載の液晶デバイス。
【請求項８４】
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を前記接眼レンズの導波管の中に選択的に内部結合し、前記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、請求項８３に記載の液晶デバイス。
【請求項８５】
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、請求項１または請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項８６】
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を前記接眼レンズの導波管の中に選択的に内部結合し、前記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、請求項８５に記載の光学デバイス。
【請求項８７】
液晶レンズを加工するための方法であって、前記方法は、
インプリント層を基板にわたって提供することであって、前記インプリント層は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴とを備える第２のゾーンとを備える、ことと、
液晶層を前記インプリント層上に堆積させることと
を含み、前記堆積される液晶層の分子は、前記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合される、方法。
【請求項８８】
前記第１のゾーンおよび第２のゾーンは、約５ｎｍ以下の間隙によって離間される、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記第１の複数の特徴または前記第２の複数の特徴は、溝を備える、請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して約１度〜約４５度の角度だけ回転される、請求項８７に記載の方法。
【請求項９１】
前記インプリント層は、半導体材料を備える、請求項８７に記載の方法。
【請求項９２】
前記液晶層は、重合化可能液晶材料を備える、請求項８７に記載の方法。
【請求項９３】
前記重合化可能液晶材料の分子が、前記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合された後、前記重合化可能液晶材料を重合化することをさらに含む、請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
前記重合化可能液晶材料を重合化することは、前記重合化可能液晶材料を紫外線光に暴露することを含む、請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
前記レンズは、回折レンズを備える、請求項８７−９３のいずれかに記載の方法。
【請求項９６】
液晶層を前記インプリント層上に堆積させることは、前記液晶をジェット堆積させることを含む、請求項８７−９３のいずれかに記載の方法。
【請求項９７】
前記第１の複数の特徴および前記第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約１００ｎｍ以下である、請求項８７に記載の方法。
【請求項９８】
前記第１の複数の特徴および前記第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約１００ｎｍ以下である、請求項８７に記載の方法。
【請求項９９】
液晶レンズであって、
第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備えるパターン化された基板であって、前記第１の複数の特徴および前記第２の複数の特徴は、約１００ｎｍ以下の寸法を有する、パターン化された基板と、
前記パターン化された基板にわたる液晶層と
を備え、
前記液晶層の分子は、前記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合される、液晶レンズ。
【請求項１００】
前記パターン化された基板は、パターン化されたその上に配置される層を有する基板を備える、請求項９９に記載の液晶レンズ。
【請求項１０１】
前記少なくとも第１のゾーンおよび第２のゾーンは、同心リング形状のゾーンを備える、請求項９９または１００に記載の液晶レンズ。
【請求項１０２】
少なくとも５つのゾーンを備える、請求項９９または１０１に記載の液晶レンズ。
【請求項１０３】
前記ゾーンの幅は、前記パターン化された基板の中心からの距離に伴って徐々に減少する、請求項９９または１０２に記載の液晶レンズ。
【請求項１０４】
前記ゾーンは、その間に間隙を有していない、請求項９９または１０３に記載の液晶レンズ。
【請求項１０５】
前記ゾーン間の間隙は、１ｎｍ以下である、請求項９９または１０３に記載の液晶レンズ。
【請求項１０６】
前記ゾーン間の間隙は、５ｎｍ以下である、請求項９９または１０３に記載の液晶レンズ。
【請求項１０７】
前記寸法は、前記特徴の長さまたは幅を備える、請求項９９−１０６のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項１０８】
前記液晶は、重合液晶を備える、請求項９９−１０７のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項１０９】
前記レンズは、回折レンズを備える、請求項９９−１０８のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項１１０】
屈折力を提供するように構成される、請求項９９−１０９のいずれかに記載の液晶レンズ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２０１７年１０月２６日に出願された米国出願第１５／７９５，０６７号および２０１６年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／４２４，３４１号の優先権の利益を主張するものであり、これらの両方は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（参照による援用）
本願は、以下の出願、すなわち、米国出願第１４／５５５，５８５号（出願日２０１４年１１月２７日）；米国出願第１４／６９０，４０１号（出願日２０１５年４月１８日）；米国出願第１４／２１２，９６１号（出願日２０１４年３月１４日）；米国出願第１４／３３１，２１８号（出願日２０１４年７月１４日）；および米国出願第１５／０７２，２９０号（出願日２０１６年３月１６日）の各々の全体を参照により援用するものである。
【０００３】
本開示は、仮想現実および拡張現実結像および可視化システムを含む、光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによってブロックされて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される。
【０００５】
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、およびコンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０と等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生産は、困難である。
【０００６】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲおよびＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちの単一の１つが、本明細書に開示される望ましい属性に関与するわけではない。
【０００８】
本願の主題の革新的側面は、第１の主表面と、第２の主表面と、厚さとを有する、液晶層を備える、光学デバイスであって、第１および第２の主表面は、横方向を横断して延在し、厚さは、第１または第２の主表面の面法線と平行方向に沿って延在し、液晶層は、液晶層の厚さを横断して分散される複数のサブ層を備え、複数のサブ層はそれぞれ、液晶分子の単一層を備え、液晶分子はそれぞれ、縦軸を有する、光学デバイス内に具現化される。各サブ層は、複数の液晶分子の縦軸が第１のパターンを形成するように配列される、第１のドメインと、複数の液晶分子の縦軸が第２のパターンを形成するように配列される、第２のドメインとを備える。第１のドメインは、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの距離Ｄを有するドメイン間隙によって、第２のドメインから横方向に沿って側方に離間される。ドメイン間隙内の液晶分子の縦軸は、第１のパターンから第２のパターンに徐々に遷移する。
【０００９】
本デバイスの種々の実施形態では、サブ層の第１のドメインの分子の縦軸は、隣接するサブ層の第１のドメインの分子の縦軸に対して捻転されることができる。本デバイスの種々の実施形態はさらに、第２の液晶層を備えることができ、第２の液晶層の液晶分子は、それぞれ、第１および第２のドメイン内において第１の方向および第２の方向に自己整合するように構成される。液晶層または第２の液晶層は、重合化可能液晶材料を備えることができる。本デバイスの種々の実施形態はさらに、第２の液晶層にわたる第３の液晶層を備えることができ、第３の液晶の複数の液晶分子は、第３の方向に沿って配列されることができる。本デバイスの種々の実施形態はさらに、第３の液晶層にわたる第４の液晶層を備えることができ、第４の液晶層の複数の液晶は、第３の方向に自己整合するように構成されることができる。種々の実施形態では、第２の液晶層および／または第４の液晶層は、導波管にわたって配置されることができる。第２の液晶層および／または第４の液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって導波管を通して伝搬するように、光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される、内部結合光学要素を備えることができる。本デバイスの種々の実施形態は、内部結合光学要素を介して光を導波管の中に指向するように構成される、光変調デバイスを備えることができる。第２の液晶層および／または第４の液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光の入射ビームを外部結合するように構成される、外部結合光学要素を備えることができる。
【００１０】
種々の実施形態では、第２の液晶層および／または第４の液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光を再指向するように構成される、直交瞳エクスパンダを備えることができ、再指向される光は、全内部反射によって導波管を通して伝搬し続ける。本デバイスの種々の実施形態では、液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって導波管を通して伝搬するように、光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される、内部結合光学要素を備えることができる。本デバイスの種々の実施形態では、液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光のビームを外部結合するように構成される、外部結合光学要素を備えることができる。第１のドメイン内の複数の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合されることができ、第２のドメイン内の複数の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合されることができる。ドメイン間隙内の液晶分子の縦軸は、第１の方向から第２の方向に徐々に遷移することができる。
【００１１】
本願の主題の別の革新的側面は、光学デバイスを加工するための方法を含み、本方法は、重合化可能液晶層を基板にわたって提供するステップと、重合化可能液晶層をパターン化するステップと、液晶層をパターン化された重合化可能液晶層上に堆積させるステップとを含む。堆積される液晶層の分子は、パターン化された重合化可能液晶層に自己整合される。重合化可能液晶層をパターン化するステップは、第１の複数の特徴を備える第１のドメインと、第２の複数の特徴を備える第２のドメインとを有する、インプリントテンプレートによって、重合化可能液晶層をインプリントするステップを備え、第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって、第２のドメインから離間され、特徴を欠いている領域の寸法は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの値を有する。寸法は、長さまたは幅のうちの少なくとも１つを備えることができる。第１の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第２の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第１の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第１の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第２の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。第２の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下であることができる。
【００１２】
第１のドメインの第１の複数の特徴は、第１のパターンを形成するように配列されることができ、第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２のパターンを形成するように配列されることができる。第１のパターンは、第２のパターンと明確に異なることができる。第１の複数の特徴は、第１の方向に沿って配向されることができ、第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２の方向に沿って配向されることができる。第１の方向は、第２の方向と明確に異なることができる。第１の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを備えることができる。第２の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを備えることができる。インプリントテンプレートは、半導体材料を備えることができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレートは、光学リソグラフィ、ナノインプリント、またはイオンおよび電子ビームリソグラフィのうちの少なくとも１つを使用して、製造されることができる。
【００１３】
本願の主題の別の革新的側面は、液晶デバイスを製造する方法内に含まれる。本方法は、液晶材料の層を基板上に堆積させるステップと、パターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、液晶材料の分子がパターンに自己整合されるように、パターンを液晶材料の層上にインプリントするステップとを含む。パターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する、第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する、第２のドメインとを備える。第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって第２のドメインから離間される。特徴を欠いている領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００１４】
種々の実施形態では、本方法はさらに、液晶材料の屈折率より低い屈折率を有する材料の層を堆積させるステップを含む。低屈折率材料の層は、平面化テンプレートを使用する平面化層として構成されることができる。第１の複数の特徴または第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含むことができる。第１の複数の特徴または第２の複数の特徴の長さ、幅、または高さのうちの少なくとも１つは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍであることができる。第１のドメインまたは第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含むことができる。液晶デバイスは、メタ表面および／またはメタ材料を備えることができる。第１のドメインまたは第２のドメインは、格子アレイを含む。種々の実施形態では、第１のドメインまたは第２のドメインは、曲線溝または弧を備えることができる。
【００１５】
本方法の種々の実施形態では、液晶材料の層を堆積させるステップは、液晶材料の層をジェット堆積させるステップを含むことができる。本方法はさらに、液晶材料の付加的層を液晶材料の層にわたって堆積させるステップを含む。液晶材料の付加的層は、液晶材料の層のパターンに自己整合されることができる。パターンは、液晶材料の付加的層上にインプリントされることができる。液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なることができる。種々の実施形態では、液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成されることができ、液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成されることができる。
【００１６】
本願の主題のさらに別の革新的側面は、液晶デバイスを製造する方法内に含まれる。本方法は、重合化可能液晶材料の層を基板上に堆積させるステップと、インプリントテンプレートを使用して、パターンを重合化可能液晶材料上にインプリントするステップと、液晶材料の分子がパターンに自己整合されるように、液晶材料の層をパターン化された重合化可能液晶材料上に堆積させるステップとを含む。
【００１７】
インプリントテンプレートは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する、第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する、第２のドメインとを含む、インプリントパターンを備える。第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、第２のドメインから離間される。ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００１８】
本方法の種々の実施形態では、重合化可能液晶材料の層を堆積させるステップは、重合化可能液晶材料をジェット堆積させるステップを含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を備えることができる。第１または第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有することができる。第１または第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含むことができる。液晶デバイスは、メタ表面および／またはメタ材料を備えることができる。第１または第２のドメインは、格子アレイを含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含むことができる。本方法の種々の実施形態では、液晶材料の層を堆積させるステップは、液晶材料の層をジェット堆積させるステップを含むことができる。
【００１９】
本方法はさらに、液晶材料の付加的層を液晶材料の層にわたって堆積させるステップを含むことができる。液晶材料の付加的層は、液晶材料の層のパターンに自己整合されることができる。パターンは、液晶材料の付加的層上にインプリントされることができる。液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なることができる。液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成されることができ、液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成されることができる。
【００２０】
本願の主題のさらに別の革新的側面は、液晶デバイスを製造する方法を含む。本方法は、層を基板上に堆積させるステップと、インプリントパターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、パターンを層上にインプリントするステップと、液晶材料の分子がパターンに自己整合されるように、液晶材料の層をパターン化された層上に堆積させるステップとを含む。インプリントパターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する、第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する、第２のドメインとを備える。第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、第２のドメインから離間され、ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００２１】
層は、重合化可能液晶材料を備えることができる。本方法の種々の実施形態では、層を堆積させるステップは、層をジェット堆積させるステップを含む。第１または第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有することができる。第１または第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造またはメタ表面を含むことができる。第１または第２のドメインは、格子アレイを含むことができる。第１または第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含むことができる。種々の実施形態では、液晶材料の層を堆積させるステップは、液晶材料の層をジェット堆積させるステップを含むことができる。
【００２２】
本方法の種々の実施形態はさらに、液晶材料の付加的層を液晶材料の層にわたって堆積させるステップを含むことができる。液晶材料の付加的層は、液晶材料の層のパターンに自己整合されることができる。パターンは、液晶材料の付加的層上にインプリントされることができる。液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なることができる。液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成されることができ、液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成されることができる。
【００２３】
本願の主題の別の革新的側面は、基板と、基板に隣接する第１の表面および第１の表面と反対の第２の表面を有する、液晶材料の層とを備える、液晶デバイスを含む。第２の表面上の液晶材料の層の第１の複数の分子は、第１のパターンを形成するように配列され、第２の表面上の液晶材料の層の第２の複数の分子は、第２のパターンを形成するように配列される。第１の複数の分子は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、第２の複数の分子から離間され、間隙内の液晶材料の層の分子は、第１のパターンから第２のパターンに徐々に遷移するように配列される。種々の実施形態では、液晶材料の層は、偏光格子として構成される。
【００２４】
本願の主題の別の革新的側面は、基板と、基板に隣接する第１の表面および第１の表面と反対の第２の表面を有する、材料と、材料の第２の表面上の液晶材料とを備える、液晶デバイスを含む。材料は、第２の表面上の第１のパターンと、第２の表面上の第２のパターンとを備える。第１のパターンは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、第２のパターンから離間される。本デバイスの種々の実施形態では、材料は、重合化可能液晶材料を備えることができる。
【００２５】
本願の主題の革新的側面は、液晶レンズを加工するための方法内に実装される。本方法は、インプリント層を基板にわたって提供するステップを含む。インプリント層は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備える。第２の方向は、第１の方向に対して約１度〜約４５度の角度だけ回転されることができる。本方法はさらに、液晶層をインプリント層上に堆積させるステップを含み、堆積される液晶層の分子は、第１および第２の複数の特徴に自己整合される。種々の実装では、インプリント層は、約５〜３０のゾーンを備えることができる。第１および第２のゾーンは、約１０ｎｍ以下の間隙によって離間されることができる。例えば、第１および第２のゾーンは、約５ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、および／または約１ｎｍ以下の間隙によって離間されることができる。
【００２６】
第１または第２の複数の特徴は、例えば、溝等のナノ特徴を備えることができる。第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約２００ｎｍ以下であることができる。例えば、第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約１００ｎｍ以下であることができる。第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約２００ｎｍ以下であることができる。例えば、第１の複数の特徴および第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約１００ｎｍ以下であることができる。
【００２７】
インプリント層は、半導体材料を備えることができる。液晶層は、重合化可能液晶材料を備えることができる。本方法はさらに、重合化可能液晶材料の分子が第１および第２の複数の特徴に自己整合された後、重合化可能液晶材料を重合化するステップを含む。重合化可能液晶材料を重合化するステップは、重合化可能液晶材料を紫外線光に暴露するステップを含むことができる。液晶レンズは、回折レンズを備えることができる。液晶層をインプリント層上に堆積させるステップは、液晶をジェット堆積させるステップを含むことができる。
【００２８】
本願の主題の革新的側面は、液晶レンズ内に実装される。液晶レンズは、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備える、パターン化された基板を備える。第１の複数の特徴および第２の複数の特徴は、約１００ｎｍ以下の寸法を有する。レンズは、パターン化された基板にわたる液晶層を備え、液晶層の分子は、第１および第２の複数の特徴に自己整合される。寸法は、特徴の長さ、高さ、深度、または幅を備えることができる。液晶は、重合化可能液晶を備えることができる。
【００２９】
パターン化された基板は、パターン化されたその上に配置される層を有する、基板を備えることができる。第１および第２のゾーンは、同心リング形状のゾーンを備えることができる。レンズは、約３〜３０ゾーンを備えることができる。例えば、レンズは、少なくとも５つのゾーンを備えることができる。ゾーンの幅は、パターン化された基板の中心からの距離に伴って徐々に減少することができる。種々の実装では、ゾーンは、その間に間隙を有していないことができる。いくつかの実装では、ゾーン間の間隙は、５ｎｍ以下であることができる。例えば、ゾーン間の間隙は、１ｎｍ以下であることができる。レンズは、回折レンズとして構成されることができる。レンズは、正のまたは負の屈折力を提供するように構成されることができる。
【００３０】
本明細書に説明される液晶デバイスの種々の実施形態は、ディスプレイシステムの導波管とともに含まれることができる。本明細書に説明される液晶デバイスの実施形態は、多重化された光流からの少なくとも１つの光流を導波管の中に内部結合し、多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように選択的に構成されることができる。本明細書に説明される液晶デバイスの種々の実施形態は、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれることができる。
【００３１】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実施形態の詳細は、付随の図面および下記の説明に記載される。他の特徴、側面、および利点は、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。以下の図の相対的寸法は、正確な縮尺で描かれていない場合があることに留意されたい。
（項目１）
第１の主表面と、第２の主表面と、厚さとを有する液晶層を備える光学デバイスであって、上記第１の主表面および第２の主表面は、横方向を横断して延在し、上記厚さは、上記第１の主表面または上記第２の主表面の面法線と平行な方向に沿って延在し、上記液晶層は、上記液晶層の厚さを横断して分散される複数のサブ層を備え、上記複数のサブ層のそれぞれは、液晶分子の単一層を備え、上記液晶分子のそれぞれは、縦軸を有し、
各サブ層は、
複数の液晶分子の縦軸が第１のパターンを形成するように配列される第１のドメインと、
複数の液晶分子の縦軸が第２のパターンを形成するように配列される第２のドメインと
を備え、
上記第１のドメインは、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの距離Ｄを有するドメイン間隙によって、上記第２のドメインから上記横方向に沿って側方に離間され、上記ドメイン間隙内の上記液晶分子の縦軸は、上記第１のパターンから上記第２のパターンに徐々に遷移する、デバイス。
（項目２）
上記サブ層の第１のドメインの分子の縦軸は、隣接する上記サブ層の第１のドメインの分子の縦軸に対して捻転されることができる、項目１に記載のデバイス。
（項目３）
第２の液晶層をさらに備え、上記第２の液晶層の液晶分子は、それぞれ、第１のドメインおよび第２のドメイン内において上記第１の方向および上記第２の方向に自己整合するように構成されることを含む、項目１に記載のデバイス。
（項目４）
上記液晶層または上記第２の液晶層は、重合化可能液晶材料を備える、項目３に記載のデバイス。
（項目５）
上記第２の液晶層にわたる第３の液晶層をさらに備え、上記第３の液晶の複数の液晶分子は、第３の方向に沿って配列される、項目３に記載のデバイス。
（項目６）
上記第３の液晶層にわたる第４の液晶層をさらに備え、上記第４の液晶層の複数の液晶は、上記第３の方向に自己整合するように構成される、項目５に記載のデバイス。
（項目７）
上記第２の液晶層および／または上記第４の液晶層は、導波管にわたって配置される、項目３または項目６に記載のデバイス。
（項目８）
上記第２の液晶層および／または上記第４の液晶層は、上記光の入射ビームが全内部反射によって上記導波管を通して伝搬するように光の入射ビームを上記導波管の中に内部結合するように構成される内部結合光学要素を備える、項目７に記載のデバイス。
（項目９）
上記内部結合光学要素を介して光を上記導波管の中に指向するように構成される光変調デバイスをさらに備える、項目８に記載のデバイス。
（項目１０）
上記第２の液晶層および／または上記第４の液晶層は、全内部反射によって上記導波管を通して伝搬する光の入射ビームを外部結合するように構成される外部結合光学要素を備える、項目７に記載のデバイス。
（項目１１）
上記第２の液晶層および／または上記第４の液晶層は、全内部反射によって上記導波管を通して伝搬する光を再指向するように構成される直交瞳エクスパンダを備え、上記再指向される光は、全内部反射によって上記導波管を通して伝搬し続ける、項目７に記載のデバイス。
（項目１２）
上記液晶層は、光の入射ビームが全内部反射によって上記導波管を通して伝搬するように光の入射ビームを導波管の中に内部結合するように構成される内部結合光学要素を備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１３）
上記液晶層は、全内部反射によって導波管を通して伝搬する光のビームを外部結合するように構成される外部結合光学要素を備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１４）
上記第１のドメイン内の上記複数の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合され、上記第２のドメイン内の上記複数の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合され、
上記ドメイン間隙内の上記液晶分子の縦軸は、上記第１の方向から上記第２の方向に徐々に遷移する、項目１に記載のデバイス。
（項目１５）
光学デバイスを加工するための方法であって、上記方法は、
重合化可能液晶層を基板にわたって提供することと、
上記重合化可能液晶層をパターン化することと、
液晶層を上記パターン化された重合化可能液晶層上に堆積させることと
を含み、
上記堆積される液晶層の分子は、上記パターン化された重合化可能液晶層に自己整合され、
上記重合化可能液晶層をパターン化することは、第１の複数の特徴を備える第１のドメインと、第２の複数の特徴を備える第２のドメインとを有するインプリントテンプレートによって、上記重合化可能液晶層をインプリントすることを含み、上記第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって、上記第２のドメインから離間され、上記特徴を欠いている領域の寸法は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの値を有する、方法。
（項目１６）
上記寸法は、長さまたは幅のうちの少なくとも１つを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記第１の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
上記第２の複数の特徴の幅は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
上記第１の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、項目１５に記載の方法。
（項目２０）
上記第１の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、項目１５に記載の方法。
（項目２１）
上記第２の複数の特徴の２つの連続特徴の中心間の距離は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、項目１５に記載の方法。
（項目２２）
上記第２の複数の特徴の高さは、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下である、項目１５に記載の方法。
（項目２３）
上記第１のドメインの第１の複数の特徴は、第１のパターンを形成するように配列され、上記第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２のパターンを形成するように配列される、項目１５に記載の方法。
（項目２４）
上記第１のパターンは、上記第２のパターンと明確に異なる、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
上記第１の複数の特徴は、第１の方向に沿って配向され、上記第２のドメインの第２の複数の特徴は、第２の方向に沿って配向される、項目１５に記載の方法。
（項目２６）
上記第１の方向は、上記第２の方向と明確に異なる、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
上記第１の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを含む、項目１５に記載の方法。
（項目２８）
上記第２の複数の特徴は、線形溝、曲線溝、線形ファセット、または曲線ファセットのうちの少なくとも１つを含む、項目１５に記載の方法。
（項目２９）
上記インプリントテンプレートは、半導体材料を備える、項目１５に記載の方法。
（項目３０）
光学リソグラフィ、ナノインプリント、またはイオンおよび電子ビームリソグラフィのうちの少なくとも１つを使用して、上記インプリントテンプレートを製造することをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目３１）
液晶デバイスを製造する方法であって、上記方法は、
液晶材料の層を基板上に堆積させることと、
パターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、上記液晶材料の分子が上記パターンに自己整合されるように上記パターンを上記液晶材料の層上にインプリントすることと
を含み、
上記パターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを備え、
上記第１のドメインは、特徴を欠いている領域によって上記第２のドメインから離間され、
上記特徴を欠いている領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
（項目３２）
上記液晶材料の屈折率より低い屈折率を有する材料の層を堆積させることをさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
上記低屈折率材料の層は、平面化テンプレートを使用する平面化層として構成される、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含む、項目３１に記載の方法。
（項目３５）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴の長さ、幅、または高さのうちの少なくとも１つは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、項目３１に記載の方法。
（項目３６）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含む、項目３１に記載の方法。
（項目３７）
上記液晶デバイスは、メタ表面を含む、項目３１に記載の方法。
（項目３８）
上記液晶デバイスは、メタ材料を備える、項目３１に記載の方法。
（項目３９）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、格子アレイを含む、項目３１に記載の方法。
（項目４０）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、曲線溝または弧を含む、項目３１に記載の方法。
（項目４１）
液晶材料の層を堆積させることは、上記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、項目３１に記載の方法。
（項目４２）
液晶材料の付加的層を上記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目４３）
上記液晶材料の付加的層は、上記液晶材料の層のパターンに自己整合される、項目４２に記載の方法。
（項目４４）
パターンは、上記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、項目４２に記載の方法。
（項目４５）
上記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、上記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、項目４４に記載の方法。
（項目４６）
上記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、上記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、項目４４に記載の方法。
（項目４７）
液晶デバイスを製造する方法であって、上記方法は、
重合化可能液晶材料の層を基板上に堆積させることと、
インプリントテンプレートを使用して、パターンを上記重合化可能液晶材料上にインプリントすることと、
上記液晶材料の分子が上記パターンに自己整合されるように、液晶材料の層を上記パターン化された重合化可能液晶材料上に堆積させることと
を含み、
上記インプリントテンプレートは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを含むインプリントパターンを備え、
上記第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、上記第２のドメインから離間され、
上記ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
（項目４８）
重合化可能液晶材料の層を堆積させることは、上記重合化可能液晶材料をジェット堆積させることを含む、項目４７に記載の方法。
（項目４９）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を備える、項目４７に記載の方法。
（項目５０）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、項目４７に記載の方法。
（項目５１）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造を含む、項目４７に記載の方法。
（項目５２）
上記液晶デバイスは、メタ表面を備える、項目４７に記載の方法。
（項目５３）
上記液晶デバイスは、メタ材料を備える、項目４７に記載の方法。
（項目５４）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、格子アレイを含む、項目４７に記載の方法。
（項目５５）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含む、項目４７に記載の方法。
（項目５６）
液晶材料の層を堆積させることは、上記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、項目４７に記載の方法。
（項目５７）
液晶材料の付加的層を上記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、項目４７に記載の方法。
（項目５８）
上記液晶材料の付加的層は、上記液晶材料の層のパターンに自己整合される、項目４７に記載の方法。
（項目５９）
パターンは、上記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、項目４７に記載の方法。
（項目６０）
上記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、上記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、項目５９に記載の方法。
（項目６１）
上記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、上記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、項目５９に記載の方法。
（項目６２）
液晶デバイスを製造する方法であって、上記方法は、
層を基板上に堆積させることと、
インプリントパターンを備えるインプリントテンプレートを使用して、パターンを上記層上にインプリントすることと、
上記液晶材料の分子が上記パターンに自己整合されるように、液晶材料の層を上記パターン化された層上に堆積させることと
を含み、
上記インプリントパターンは、第１のパターンを形成するように配列される第１の複数の特徴を有する第１のドメインと、第２のパターンを形成するように配列される第２の複数の特徴を有する第２のドメインとを備え、
上記第１のドメインは、特徴を欠いているドメイン間隙領域によって、上記第２のドメインから離間され、
上記ドメイン間隙領域の幅または長さのうちの少なくとも１つは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである、方法。
（項目６３）
上記層は、重合化可能液晶材料を備える、項目６２に記載の方法。
（項目６４）
層を堆積させることは、上記層をジェット堆積させることを含む、項目６２に記載の方法。
（項目６５）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、表面レリーフ特徴を含む、項目６２に記載の方法。
（項目６６）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、項目６２に記載の方法。
（項目６７）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、ＰＢＰＥ構造またはメタ表面を含む、項目６２に記載の方法。
（項目６８）
上記第１のドメインまたは上記第２のドメインは、格子アレイを含む、項目６２に記載の方法。
（項目６９）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、曲線溝または弧を含む、項目６２に記載の方法。
（項目７０）
液晶材料の層を堆積させることは、上記液晶材料の層をジェット堆積させることを含む、項目６２に記載の方法。
（項目７１）
液晶材料の付加的層を上記液晶材料の層にわたって堆積させることをさらに含む、項目６２に記載の方法。
（項目７２）
上記液晶材料の付加的層は、上記液晶材料の層のパターンに自己整合される、項目７１に記載の方法。
（項目７３）
パターンは、上記液晶材料の付加的層上にインプリントされる、項目７１に記載の方法。
（項目７４）
上記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、上記液晶材料の層上にインプリントされるパターンと異なる、項目７３に記載の方法。
（項目７５）
上記液晶材料の層上にインプリントされるパターンは、第１の波長に作用するように構成され、上記液晶材料の付加的層上にインプリントされるパターンは、第２の波長に作用するように構成される、項目７３に記載の方法。
（項目７６）
液晶デバイスであって、
基板と、
上記基板に隣接する第１の表面および上記第１の表面と反対の第２の表面を有する液晶材料の層と
を備え、
上記第２の表面上の上記液晶材料の層の第１の複数の分子は、第１のパターンを形成するように配列され、上記第２の表面上の上記液晶材料の層の第２の第１の複数の分子は、第２のパターンを形成するように配列され、上記第１の複数の分子は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、上記第２の複数の分子から離間され、上記間隙内の上記液晶材料の層の分子は、上記第１のパターンから上記第２のパターンに徐々に遷移するように配列される、液晶デバイス。
（項目７７）
上記液晶材料の層は、偏光格子として構成される、項目７６に記載の液晶デバイス。
（項目７８）
ディスプレイシステムの導波管とともに含まれる、項目７６に記載の液晶デバイス。
（項目７９）
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を上記導波管の中に選択的に内部結合し、上記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、項目７８に記載の液晶デバイス。
（項目８０）
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、項目７６に記載の液晶デバイス。
（項目８１）
液晶デバイスであって、
基板と、
上記基板に隣接する第１の表面および上記第１の表面と反対の第２の表面を有する材料であって、上記材料は、
上記第２の表面上の第１のパターンと、
上記第２の表面上の第２のパターンと
を備え、上記第１のパターンは、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの距離を有する間隙によって、上記第２のパターンから離間される、材料と、
上記材料の第２の表面上の液晶材料と
を備える、液晶デバイス。
（項目８２）
上記材料は、重合化可能液晶材料を備える、項目８１に記載の液晶デバイス。
（項目８３）
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、項目３１、項目４７、項目６２、または項目８１に記載の液晶デバイス。
（項目８４）
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を上記接眼レンズの導波管の中に選択的に内部結合し、上記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、項目８３に記載の液晶デバイス。
（項目８５）
頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズとともに含まれる、項目１または項目１５に記載の光学デバイス。
（項目８６）
多重化された光流からの少なくとも１つの光流を上記接眼レンズの導波管の中に選択的に内部結合し、上記多重化された光流からの１つ以上の他の光流を透過させるように構成される、項目８５に記載の光学デバイス。
（項目８７）
液晶レンズを加工するための方法であって、上記方法は、
インプリント層を基板にわたって提供することであって、上記インプリント層は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴とを備える第２のゾーンとを備える、ことと、
液晶層を上記インプリント層上に堆積させることと
を含み、上記堆積される液晶層の分子は、上記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合される、方法。
（項目８８）
上記第１のゾーンおよび第２のゾーンは、約５ｎｍ以下の間隙によって離間される、項目８７に記載の方法。
（項目８９）
上記第１の複数の特徴または上記第２の複数の特徴は、溝を備える、項目８７に記載の方法。
（項目９０）
上記第２の方向は、上記第１の方向に対して約１度〜約４５度の角度だけ回転される、項目８７に記載の方法。
（項目９１）
上記インプリント層は、半導体材料を備える、項目８７に記載の方法。
（項目９２）
上記液晶層は、重合化可能液晶材料を備える、項目８７に記載の方法。
（項目９３）
上記重合化可能液晶材料の分子が、上記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合された後、上記重合化可能液晶材料を重合化することをさらに含む、項目９１に記載の方法。
（項目９４）
上記重合化可能液晶材料を重合化することは、上記重合化可能液晶材料を紫外線光に暴露することを含む、項目９２に記載の方法。
（項目９５）
上記レンズは、回折レンズを備える、項目８７−９３のいずれかに記載の方法。
（項目９６）
液晶層を上記インプリント層上に堆積させることは、上記液晶をジェット堆積させることを含む、項目８７−９３のいずれかに記載の方法。
（項目９７）
上記第１の複数の特徴および上記第２の複数の特徴の長さまたは幅は、約１００ｎｍ以下である、項目８７に記載の方法。
（項目９８）
上記第１の複数の特徴および上記第２の複数の特徴の高さまたは深度は、約１００ｎｍ以下である、項目８７に記載の方法。
（項目９９）
液晶レンズであって、
第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を備える少なくとも第１のゾーンと、第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備えるパターン化された基板であって、上記第１の複数の特徴および上記第２の複数の特徴は、約１００ｎｍ以下の寸法を有する、パターン化された基板と、
上記パターン化された基板にわたる液晶層と
を備え、
上記液晶層の分子は、上記第１の複数の特徴および第２の複数の特徴に自己整合される、液晶レンズ。
（項目１００）
上記パターン化された基板は、パターン化されたその上に配置される層を有する基板を備える、項目９９に記載の液晶レンズ。
（項目１０１）
上記少なくとも第１のゾーンおよび第２のゾーンは、同心リング形状のゾーンを備える、項目９９または１００に記載の液晶レンズ。
（項目１０２）
少なくとも５つのゾーンを備える、項目９９または１０１に記載の液晶レンズ。
（項目１０３）
上記ゾーンの幅は、上記パターン化された基板の中心からの距離に伴って徐々に減少する、項目９９または１０２に記載の液晶レンズ。
（項目１０４）
上記ゾーンは、その間に間隙を有していない、項目９９または１０３に記載の液晶レンズ。
（項目１０５）
上記ゾーン間の間隙は、１ｎｍ以下である、項目９９または１０３に記載の液晶レンズ。
（項目１０６）
上記ゾーン間の間隙は、５ｎｍ以下である、項目９９または１０３に記載の液晶レンズ。
（項目１０７）
上記寸法は、上記特徴の長さまたは幅を備える、項目９９−１０６のいずれかに記載の液晶レンズ。
（項目１０８）
上記液晶は、重合液晶を備える、項目９９−１０７のいずれかに記載の液晶レンズ。
（項目１０９）
上記レンズは、回折レンズを備える、項目９９−１０８のいずれかに記載の液晶レンズ。
（項目１１０）
屈折力を提供するように構成される、項目９９−１０９のいずれかに記載の液晶レンズ。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【図２】図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【図３】図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【図４】図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【図５】図５Ａ−５Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【図６】図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。
【図７】図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。
【図８】図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。
【図９Ａ】図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。
【図１０Ａ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｂ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｃ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｄ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｅ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１０Ｆ】図１０Ａは、液晶分子の複数のドメインを備える、液晶層の実施例の上面図を図示する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される液晶層の拡大された上面図を図示し、各ドメイン内の液晶分子の配向を示す。図１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆは、図１０Ａに描写される液晶層の種々の実施形態の側面図を図示する。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０Ａに描写される液晶層を製造するように構成される複数の表面特徴を含む、インプリントテンプレートの上面図を図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに描写されるインプリントテンプレートの側面図を図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｃ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｄ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１２Ｅ】図１２Ａ−１２Ｄは、異なるパターンで配列される複数の液晶分子を含む、液晶層を製造する方法の実施形態を図示する。図１２Ｅは、複数の液晶層を備える、スタックされた液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、インプリントテンプレートの実施形態の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａのインプリントテンプレートおよび図１２Ａ−１２Ｃを参照して上記に議論される方法を使用して製造される、パターン化されたＰＬＣ層のＳＥＭ画像である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ｂに示されるパターン化されたＰＬＣ層の偏光顕微鏡画像である。
【図１４】図１４は、電気的に制御可能な液晶デバイスの実施形態を図示する。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｃは、本明細書に説明される種々の液晶デバイスを製造する方法の実施例を図示する。
【図１６Ａ】図１６Ａは、液晶材料を備える回折レンズの実装の上面図を図示する。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、交差偏光器間のレンズの実装の顕微鏡画像を図示する。図１６Ｂ−１および１６Ｂ−２は、液晶レンズの種々の領域内の縦軸の所望の整合を達成するインプリント層のパターンを示す、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を描写する。
【図１７】図１７Ａ−１７Ｃは、液晶レンズを製造する方法の実施例を図示する。
【図１８】図１８Ａは、液晶レンズの実装を製造するために使用される、インプリント層の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。図１８Ｂは、図１８Ａのインプリント層にわたって配置される液晶層の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
種々の図面における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
【００３４】
液晶（ＬＣ）は、ある条件下で恣意的に配向される縦軸を有する、液晶分子を備える。しかしながら、ある他の条件下では、ＬＣ分子は、縦軸が平均方向（本明細書では、配向子と称される）に沿って配向されるように整列されることができる。いくつかの液晶分子は、縦軸を中心として対称であることができる。ＬＣは、ＬＣを通る光の伝搬方向およびそれに沿ってＬＣ分子が概して配向される方向に対する光の偏光に応じた光の異なる波長または偏光に関する異なる光学性質を有し得る、異方性材料である。例えば、ＬＣ分子は、ＬＣ分子の縦軸の一般的配向の方向に沿って偏光された光が、ＬＣ分子の縦軸の一般的配向と垂直方向に沿って偏光された光の屈折率と異なる屈折率を有する、複屈折を呈する。ＬＣ材料の複屈折性質の結果、それらは、ディスプレイ、光学通信、光学データ記憶装置、センサ等を含む、種々のシステムにおいて広く使用される。ＬＣ材料の屈折率は、ＬＣ材料の分子の縦軸の配向を変動させることによって、変動されることができる。故に、ＬＣ材料は、位相格子として構成されることができる。ＬＣ格子構造は、波長および／または偏光に基づいて、異なる方向に沿って光を選択的に回折するために使用されることができる。
【００３５】
ＬＣ格子構造を加工するための１つの方法は、表面特徴が機械的物体（例えば、金属物体、布、原子力顕微鏡の先端等）を使用して、整合層の表面を研磨または掻爬することによって、整合層（例えば、ポリマー）上に生産される、研磨プロセス等の機械的方法を含む。整合層上に堆積される層ＬＣ材料の分子は、整合層上の表面特徴に整合され、格子パターンを形成する。しかしながら、研磨プロセスは、整合層の表面を機械的に損傷させ、および／または静電気または不純物を整合層の表面上に導入し得、これは、液晶格子構造の回折効率を低減させ得る。さらに、研磨方法を使用して複雑な格子構造（例えば、ＬＣ分子の異なる配向を伴うパターンを備える、ＬＣ格子）を加工することは、実践的ではない場合がある。加えて、入射光の位相、振幅、および／または偏光を操作するために使用され得る、液晶材料の空間変動ナノスケールパターンを加工することも、実践的ではない場合がある。対照的に、本明細書に説明される種々の実装は、入射光の位相、振幅、および／または偏光を操作するために使用され得る、液晶材料の空間変動ナノスケールパターンを加工するために使用されることができる。空間変動ナノスケールパターンを伴う液晶材料のいくつかの実施形態は、液晶メタ表面を含むことができる。空間変動ナノスケールパターンを伴う液晶材料の他の実施形態は、複数の隣接するドメインを備える、液晶を含むことができ、各ドメイン内の液晶分子は、ナノスケールパターンを形成するように配列され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ＬＣ格子構造は、ディスプレイシステムの構成部分として利用されてもよい。ディスプレイシステムは、導波管と、光ビームを導波管の中に指向するように構成される、画像投入デバイスとを含んでもよい。ＬＣ格子構造は、再指向される光が全内部反射によって導波管を通して伝搬し続けるように、導波管内を伝搬する入射光を受光し、その入射光を再指向するための内部結合光学要素、外部結合光学要素、および光学要素のうちの１つ以上のものとして使用されてもよい。後者のタイプの光学要素の実施例は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）等の瞳エクスパンダを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、ＬＣ格子構造は、導波管内を伝搬する光を内部結合する、外部結合する、および／または再指向するために使用されてもよい。光は、単一波長または単一波長範囲の光であってもよい。いくつかの他の実施形態では、光は、異なる光性質を有する複数の光流（例えば、各流は、異なる波長を有してもよい）を含む、多重化された光流の一部である、光流であってもよい。例えば、導波管は、ＬＣ格子構造を含んでもよく、これは、１つ以上の他の光流（例えば、第１の波長と異なる波長を有する）に対して実質的に透過性でありながら、特定の光性質（例えば、第１の波長）を有する光から形成される光ビームを選択的に再指向するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管は、導波管のスタックの一部であって、これは、１つ以上の他の光流に対して透過性でありながら、第２の光流を選択的に方向転換させるように構成される内部結合光学要素を含む、第２の導波管を含むことができる。いくつかの実施形態では、導波管の内部結合ＬＣ格子構造は、光流のうちの少なくとも１つを第２の導波管の内部結合ＬＣ格子構造に透過させるように構成される。
【００３８】
ここで、同様の参照番号が全体を通して同様の部分を指す、図を参照する。本明細書に開示される実施形態は、概して、ディスプレイシステムを含む、光学システムを含むことを理解されたい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、装着可能であって、これは、有利には、より没入型のＶＲまたはＡＲ体験を提供し得る。例えば、１つ以上の導波管（例えば、導波管のスタック）を含有する、ディスプレイは、ユーザ、装着者、および／または視認者の眼に位置付けられて装着されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、視認者の眼毎に１つの２つの導波管のスタックが、異なる画像を各眼に提供するために利用されてもよい。
（例示的ディスプレイシステム）
【００３９】
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが、入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムもまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等上）に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを取得するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。
【００４０】
図２を継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載され得る。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／またはｂ）場合によっては処理または読出後にディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されたデータを含む。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する、独立構造であってもよい。
【００４１】
図２を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備え得、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、情報、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報をローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。
【００４２】
「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザに関する３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。２つの明確に異なる画像１９０、２００（眼２１０、２２０毎に１つ）が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、視認者の視線と平行な光学軸またはｚ−軸に沿って距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのような３−Ｄディスプレイシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。
【００４３】
しかしながら、ヒト視覚系は、複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）と遠近調節（ａｃｃｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（すなわち、瞳孔が、相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体および瞳孔の合焦（または「遠近調節」）と緊密に関連付けられる。通常条件下、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させるための眼のレンズの焦点の変化または眼の遠近調節は、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係および瞳孔の拡張および収縮の下で、輻輳・開散運動の整合変化を自動的に同一距離に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動の変化は、通常条件下、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節の整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供するが、眼が全画像情報を単一の遠近調節された状態において視認すると、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し、装着持続時間の増加、ひいては、診断および療法プロトコルへのコンプライアンスに寄与し得る。
【００４４】
図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図４を参照すると、ｚ−軸上の眼２１０、２２０からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼２１０、２２０によって遠近調節される。眼２１０、２２０は、特定の遠近調節された状態をとり、オブジェクトをｚ−軸に沿って異なる距離に合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面に対して遠近調節された状態にあるとき、合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、深度平面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼２１０、２２０毎に、画像の異なる提示を提供することによって、また、深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼２１０、２２０の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて、重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために、平坦であるように示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【００４５】
オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させ得る。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図５Ａ−５Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得ることを理解されたい。
【００４６】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度合図を提供することに役立ててもよい。
【００４７】
図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して、３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図２のシステム６０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、導波管アセンブリ２６０は、図２のディスプレイ７０の一部であってもよい。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。
【００４８】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【００４９】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００はそれぞれ、それぞれ対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を備え、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器によって指向および修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させるように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられた１つの中に投入するように構成される。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に伝送するように構成されてもよいことを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバ（１つまたは複数）と、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよいことを理解されたい。
【００５２】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光モジュール５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図２）の一部であってもよい。
【００５３】
図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、光を再指向させ、各個別の導波管内で伝搬させ、導波管から画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、光を外部結合する光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシック材料部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または内部に形成されてもよい。
【００５４】
図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【００５５】
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面の両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成する利点を提供し得る。
【００５７】
図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じた、異なる発散量を用いて光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積特徴または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において光を出力するように構成されてもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサであってもよい（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）。
【００５８】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差点で眼２１０に向かって偏向される一方、残りがＴＩＲを介して導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【００６０】
いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いで、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図２）に取り付けられてもよく、本明細書に議論されるように、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し、例えば、ユーザの生理学的状態に関する種々の決定を行い得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。ユーザの生理学的状態に関する情報は、ユーザの挙動または感情状態を決定するために使用されてもよいことを理解されたい。そのような情報の実施例は、ユーザの移動および／またはユーザの顔の表情を含む。ユーザの挙動または感情状態は、次いで、挙動または感情状態と、生理学的状態と、環境または仮想コンテンツデータとの間の関係を決定するように、収集された環境および／または仮想コンテンツデータを用いて三角測量されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【００６１】
ここで図７を参照すると、導波管によって出力された出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００６２】
いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ−２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられた３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な場所は、変動してもよい。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得、および／または色収差を減少させ得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すものと理解され得、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面と関連付けられた導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列されてもよいことを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。
【００６４】
図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、加えて使用されてもよい、または赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに取って代わってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、および３５０は、視認者の眼への周囲環境からの光を遮断または選択的に透過させるように構成される、能動または受動光学フィルタであってもよい。
【００６５】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。
【００６７】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応してもよく、スタック６６０の図示される導波管は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応してもよいが、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを理解されたい。
【００６８】
スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の身体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過しながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。その個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。
【００６９】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受信するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受信するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受信しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。
【００７０】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部主要表面および底部主要表面の両方の上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。
【００７１】
導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率に対して０．０５以上または０．１０以下である。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光のＴＩＲ（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含んでもよいことを理解されたい。
【００７２】
好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なってもよい、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。
【００７３】
図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。
【００７５】
例えば、内部結合光学要素７００は、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を選択的に偏向させるように構成されてもよい。同様に、透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。同様に、光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。
【００７６】
図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【００７７】
ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。前述のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散することと、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させることの両方を行ってもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ビームサイズがすでに所望のサイズである場合、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、いくつかの実施形態では、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１０（図７）に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させるように構成されてもよいことを理解されたい。
【００７９】
故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受信する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に入射し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合された光も受信する。
【００８０】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
（液晶格子）
【００８１】
液晶は、その分子が、多くの場合、ある方向に沿って整合され得る、ロッドまたはプレートのように成形される、部分的に整列された材料である。それに沿って液晶の分子が配向される、方向およびパターンは、分子と相互作用する（例えば、立体および／または係留エネルギー相互作用を通して）、テンプレートパターンの使用によって操作されてもよい。加えて、液晶材料は、キラルドーパントおよび／または反応性メソゲン（ＲＭ）を備えてもよい。キラルドーパントは、液晶材料の厚さにわたって液晶分子の回転を生じさせ得、反応性メソゲンは、液晶分子の配向および位置が重合化を通して固定されることを可能にし得る。回転は、図１０Ｃに示されるような捻転角度（Φ）に対応する増分ずつであってもよい。
【００８２】
本明細書に説明されるように、図９Ａおよび９Ｂを参照して上記に議論される、内部結合光学要素７００、７１０、７２０、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０、および外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０は、光を導波管６７０、６８０、６９０の中および／または外に操向するための液晶格子構造を含むことができる。液晶格子構造は、好ましくは、格子に対する法線に対して大角度で光を回折または再指向し、例えば、光がＴＩＲによって導波管を通して伝搬するように、導波管の中への光の内部結合を促進することができる。加えて、液晶格子構造が広範囲の入射角にわたって高回折効率を有する場合、好ましくあり得る。いくつかのタイプの液晶格子、すなわち、偏光格子は、大回折角度で広範囲の入射角にわたって、高回折効率を呈することができ、これは、光をＴＩＲによって導波管の中に誘導することができる。しかしながら、光整合および微小研磨技法を含む、従来の整合方法は、大量製造のためのスケーリングに関する課題と、ＬＣ材料の空間パターンにおける基本的限界とを有する。サブ波長特徴（例えば、ナノスケールパターン）を有するインプリントテンプレートを用いたＬＣ整合は、大量製造を可能にし、および／または恣意的空間パターンを作成する柔軟性を提供することができる。
【００８３】
従来の回折格子の種々の実施形態は、小波長範囲にわたってのみ高回折効率を達成し得る。したがって、それらは、広帯域動作が可能ではあり得ない。サブ波長特徴を備える、メタ表面は、入射光の位相、振幅、および／または偏光を改変することによって、光学波面を成形することが可能であることが見出されている。ＬＣ分子がメタ表面を形成するナノスケール特徴を有するインプリントテンプレートを使用して整合されるＬＣ材料が、液晶メタ表面を取得するために使用されてもよく、これは、液晶バルク材料の光学性質と異なる光学性質を有し得る。例えば、液晶メタ表面は、広帯域であって、高効率を伴って広範囲の入射角において入射する広範囲の波長内の入射光を回折する能力を有する。例えば、ＬＣメタ表面は、赤色、緑色、および青色波長の入射光をほぼ同一回折効率を伴って所望の方向に沿って回折することが可能であり得る。ＬＣメタ表面の実施例は、液晶メタ材料および／または液晶ベースのパンチャラトナムベリー位相光学要素（ＰＢＰＥ）を含むことができる。
【００８４】
本明細書に議論されるようなナノインプリント技術を使用した液晶分子の整合は、近傍整合パターン間の液晶分子配向子の進行性遷移（例えば、連続遷移）を伴う複数の明確に異なる整合パターンを用いて、液晶材料を加工するために使用されることができる。種々の実施形態では、格子周期は、同一方向に沿って配向される縦軸を有する格子構造の２つの連続液晶分子の中心間の距離を指し得る。複数の近傍整合パターンを有する液晶材料のいくつかの実施形態では、格子周期は、各整合パターンの連続液晶分子の中心間の距離を指し得る。
【００８５】
有利には、本明細書で議論される種々の液晶格子構造は、好ましくは、広範囲の入射角（例えば、面法線を中心として少なくとも約±２０度、面法線を中心として少なくとも約±３０度、面法線を中心として少なくとも約±４５度等）にわたって高回折効率を提供するように構成される。例えば、液晶格子構造は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長に関して、面法線に対して約±５０度の角度における光入射のために少なくとも約１０％（例えば、少なくとも２０％、３０％、４０％、５０％、６０％または７５％）の回折効率を提供するように構成されることができる。故に、本明細書に説明される液晶格子構造は、有利には、光の入射角に対して低感度を有し得る。いくつかの実施形態では、本明細書で議論される液晶格子構造は、狭帯域であるように構成される。例えば、本明細書で議論される液晶格子構造は、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約７００ｎｍの可視スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。いくつかの他の実施形態では、本明細書で議論される液晶格子構造は、広帯域であるように構成される。例えば、本明細書で議論される液晶格子構造は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの可視スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。別の実施例として、本明細書で議論される液晶格子構造は、約２５０ｎｍ−４００ｎｍの紫外線スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。さらに別の実施例として、本明細書で議論される液晶格子構造は、例えば、約７００ｎｍ〜１ミクロン、約１ミクロン〜３ミクロン、約１．５ミクロン〜５ミクロン、約３ミクロン〜１０ミクロン、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせ等の赤外線スペクトル範囲内の波長を回折するように構成されることができる。別の実施例として、格子構造は、約３００ｎｍ〜約１０μｍ範囲内の波長を有する入射光を回折するように構成されることができる。好ましくは、本明細書に議論されるような液晶格子構造が、ディスプレイ用途で採用されるとき、格子構造は、可視光（例えば、赤色、緑色および／または青色スペクトル範囲内）を回折するように構成される。種々の実施形態では、液晶格子構造は、光が、広回折角度、例えば、その上に格子構造が形成され得る導波管内のＴＩＲのために好適な角度で格子構造から伝搬するように、可視光（赤色、緑色、および／または青色スペクトル範囲内等）を回折することができる。本明細書で議論される液晶格子構造は、格子構造が作用するように構成される波長範囲に応じて、約１００ｎｍ〜約１００μｍの範囲内の格子周期を有することができる。例えば、格子構造の周期性は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約３３０ｎｍ〜約４１０ｎｍ、約３７０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５１０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約５７０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約１μｍ、約９８０ｎｍ〜約３μｍ、約１．３μｍ〜約３．２μｍ、約２．３μｍ〜約５μｍ、約５μｍ〜約１０μｍ、約５μｍ〜約２０μｍ、約１５μｍ〜約４５μｍ、約２５μｍ〜約６０μｍ、約３５μｍ〜約７５μｍ、約４５μｍ〜約１００μｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであってもよい。
【００８６】
格子構造は、限定ではないが、液晶材料下にあり得るパターン化された整合層を使用して、重合化可能液晶材料の層内の液晶分子を整合させることを含む、種々の方法を使用して、加工されてもよい。整合層は、インプリント技術を使用して、または光学方法を使用することによって、パターン化されてもよい。
【００８７】
上記に議論されるように、いくつかの実施形態では、液晶格子構造は、導波管スタック２６０（図６）または６６０（図９Ａ−９Ｃ）の種々の導波管のための光再指向要素を形成してもよい。例えば、そのような液晶格子構造は、有利には、内部結合光学要素７００、７１０、７２０、光分散要素７３０、７４０、７５０、および／または外部結合光学要素８００、８１０、８２０（図９Ａ−９Ｃ）を形成するために適用されてもよい。ＡＲディスプレイシステムに加え、液晶格子構造は、回折光学要素が利用される、他の用途に適用されてもよい。例えば、液晶格子構造は、ＶＲディスプレイシステム、フラットパネルコンピュータモニタまたはテレビ、照明付き標識、結像システム等を含む、他の光学システム内で光を操向するために利用されてもよい。
【００８８】
図１０Ａは、相互に隣接する複数のドメイン（例えば、ドメイン１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ、１００１ｄ、１００１ｅ、および１００１ｆ）を備える、液晶層１０００の実施例の上下斜視図を図示する。各ドメイン内の液晶分子の縦軸は、概して、同一方向に沿って配向されてもよい。隣接するドメイン内の液晶分子の縦軸は、同一方向に沿って配向される必要はない。例えば、ドメイン１００１ａに隣接する、各ドメイン１００１ｂおよび１００１ｄ内の液晶分子の縦軸は、それに沿ってドメイン１００１ａの液晶分子の縦軸が配向される方向と異なる方向に沿って配向される。図１０Ａに図示される実施形態では、９つのみのドメインが、図示されるが、他の実施形態は、９つより少ないまたはより多いドメインを有してもよい。さらに、液晶分子の縦軸の３つのみの異なる配向が、図１０Ａに示されるが、他の実施形態は、３つより多いまたはより少ない異なる配向を伴うドメインを備えてもよい。加えて、液晶層の種々の実施形態では、異なるドメインは、異なる形状および／またはサイズを有することができる。種々の実施形態では、異なるドメインは、異なる形状（例えば、正方形、長方形、六角形、八角形、卵形、円形等）を有することができる。種々の実施形態では、異なるドメインは、不規則形状を有することができる。
【００８９】
図１０Ｂは、図１０Ａに図示される液晶層１０００の拡大された上面図を図示する。図１０Ｂの本上面図は、本明細書では、上部サブ層と称され得る、液晶層１０００の上部の液晶分子を示す。上部または最上液晶分子の真下（例えば、上部または最上サブ層の真下）の液晶分子は、図１０Ｃに示されるように、異なる配向を有してもよい。図１０Ｃ−１０Ｆは、液晶層１０００の軸Ｘ−Ｘ’に沿った断面図を図示する。液晶層１０００は、図１０Ｃ−１０Ｆに描写される断面図に見られるように、２つの主表面１００２ａおよび１００２ｂを有する。２つの主表面１００２ａおよび１００２ｂは、面法線１００３によって交差される。２つの主表面１００２ａおよび１００２ｂは、ｘ−ｙ平面に延在し、面法線１００３は、ｚ−軸と平行に延在する。図１０Ｂに描写される拡大された上面図に記載されるように、第１のドメイン１００１ａ内の最上液晶分子の縦軸は、概して、ｙ−軸と平行に配向される。第２のドメイン１００１ｂ内の液晶分子の縦軸は、概して、ｙ−軸に対してある角度（例えば、約３０度〜６０度）で配向される。第３のドメイン１００１ｃ内の液晶分子の縦軸は、概して、ｙ−およびｚ−軸と垂直に配向される。
【００９０】
液晶層１０００は、例えば、サブ層１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、および１０１０ｄ等の複数のサブ層を有することが検討され得る。各サブ層（例えば、１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、または１０１０ｄ）は、共通平面に配列される複数の液晶分子によって画定されてもよく、したがって、各サブ層は、単一液晶分子厚にすぎない場合がある。サブ層は、全てのサブ層の総厚と等しくあり得る、厚さＴを有する、液晶材料の集約層を形成する。３／４つのサブ層が、図示されるが、液晶層１０００は、より多いまたはより少ないサブ層を含んでもよいことを理解されたい。
【００９１】
種々の実施形態では、液晶層１０００は、キラルネマチック液晶材料を備えることができる。例えば、複数の液晶材料のサブ層は、コレステリック液晶材料を備えてもよい。キラル材料を備える、液晶層１０００の実施形態では、液晶分子は、図１０Ｃに示されるように、液晶層１０００のサブ層（例えば、１０１０ａ）の液晶分子（例えば、１００５ａ）の縦軸と、隣接するサブ層（例えば、１０１０ｂ）の下層液晶分子（例えば、１００５ｂ）の縦軸との間の角度回転によって画定された捻転角度φを有してもよい。液晶材料はまた、重合化可能であってもよい。本明細書に議論されるように、液晶材料は、例えば、液晶性ジアクリレート等の反応性メソゲン（ＲＭ）を備えてもよい。また、本明細書で議論されるように、液晶層１０００は、キラルドーパントを含むことができる。キラルドーパントの実施例は、安息香酸コレステリル、ノナン酸コレステリル、塩化コレステリル、および炭酸コレステリルオレイルを含む。
【００９２】
しかしながら、液晶は、キラル液晶材料である必要はない。図１０Ｄ−１０Ｆに示されるように、サブ層１０１０ａの分子の縦軸は、下層サブ層１０１０ｂまたは１０１０ｃの分子に対して捻転されない。液晶分子の縦軸は、ｘ、ｙ、またはｚ−軸のいずれかに沿って整合されることができる。例えば、図１０Ｄに示されるように、液晶分子の縦軸は、ｙ−軸と平行に整合される。別の実施例として、図１０Ｅに示されるように、液晶分子の縦軸は、ｘ−軸と平行に整合される。さらに別の実施例として、図１０Ｆに示されるように、液晶分子の縦軸は、ｚ−軸と平行に整合される。図１０Ｃ−１０Ｆに示される側面図は、図１０Ａまたは１０Ｂにも等しく対応し得る。
【００９３】
図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、小ドメイン間隙「ｄ」を異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間に導入することが望ましくあり得る。異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間の小間隙の存在は、有利には、液晶層１０００の製造の間、ドメイン境界に沿った回位または他の表面欠陥の発生を低減させることができる。液晶層１０００のドメイン境界に沿った低減された回位または他の表面欠陥は、望ましくない光散乱および他の望ましくない光学効果を低減させることができる。ドメイン間隙「ｄ」は、隣接する対のドメインの最近傍縁間の最短距離を指し得る。例えば、図示される実施形態では、ドメイン１００１ｅとドメイン１００１ｂとの間のドメイン間隙は、ｄ１であって、ドメイン１００１ｅとドメイン１００１ｄとの間のドメイン距離は、ｄ２であって、ドメイン１００１ｅとドメイン１００１ｆとの間のドメイン距離は、ｄ３である。異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」は、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間の液晶分子の縦軸の進行性遷移を達成し、ドメイン境界に沿った回位または他の表面欠陥の低減された発生を有するように構成されることができる。例えば、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」は、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間の液晶分子の縦軸の連続遷移を達成するように構成されることができる。液晶分子の連続遷移を達成するように構成される、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙は、２００ｎｍ未満であることができる。例えば、異なる整合パターンを伴う隣接するドメイン間のドメイン間隙は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２５ｎｍ〜約７５ｎｍ、約４５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１２０ｎｍ、約８０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。上記に議論されるように、ドメイン間隙は、各ドメイン内の液晶分子の縦軸が各パターン内の整合パターンに従って整合される間、隣接するドメイン間の間隙内の液晶分子の縦軸が、隣接するドメイン間の液晶分子の縦軸の略平滑または連続遷移等の勾配または段階的な遷移を提供するように配向されるように構成される。
【００９４】
液晶層１０００は、表面レリーフ特徴を備える整合層を使用して、製造されることができる。整合層の表面レリーフ特徴は、整合層上に堆積される液晶材料の分子の整合を誘発することができる。ある条件下では、整合層の表面レリーフ構造によって提供される係留エネルギー（Ｗ）が、方程式
【化１】
2019536100.tif 000042
によって与えられ、式中、Ｋは、液晶材料の変形定数であって、Ｄは、整合層の表面レリーフ特徴の深度であって、Λは、表面レリーフ特徴の幅またはピッチ（２つの連続表面レリーフ特徴間の距離）である。いかなる一般性も失うことなく、上記に議論される係留エネルギー（Ｗ）は、ＬＣ分子の縦軸を初期方向から液晶表面の平面における所望の方向に変化させるために要求されるエネルギーの測定値を提供することができる。上記の方程式から、表面レリーフ構造の幅またはピッチ（Λ）が低減されるにつれて（同一縦横比のパターン、すなわち、深度／周期
【化２】
2019536100.tif 000043
が一定であると仮定する）、より高い係留エネルギーが、表面レリーフ特徴によって提供されることに留意されたい。
【００９５】
故に、表面レリーフ特徴を備える整合層は、液晶分子が表面レリーフ特徴によって形成されるパターンに整合される、液晶デバイスを製造するために使用されることができる。整合層の表面レリーフ特徴は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って、幅、ピッチ、および／または方向が変動し得る、様々な溝の幾何学形状を備えることができる。上記に議論される係留エネルギーは、表面レリーフ特徴の幅またはピッチの３乗に反比例するため、係留エネルギーの大変動は、小変動を表面レリーフ特徴の幅またはピッチにもたらすことによって、液晶の表面を横断して得られることができる。例えば、表面レリーフ特徴を含まない領域によって、第１のパターンを形成するように配列される第２の表面レリーフ特徴のセットを含む第２のドメインから離間される、第１のパターンを形成するように配列される第１の表面レリーフ特徴のセットを含む第１のドメインを含む、整合層の実施形態を検討する。整合層のそのような実施形態は、液晶分子の縦軸が第１の表面レリーフ特徴のセットの方向に沿って整合される第１のドメインと、液晶分子の縦軸が第２の表面レリーフ特徴のセットの方向に沿って整合される第２のドメインとを伴う、液晶デバイスを加工するために使用されることができる。第１のドメインと第２のドメインとの間の液晶デバイスの領域内の液晶分子の縦軸は、第１の表面レリーフ特徴のセットの方向から第２の表面レリーフ特徴のセットの方向に徐々に遷移することができる。ドメイン間隙は、第１のドメインの液晶分子の縦軸の配向と第２のドメインの液晶分子の縦軸の配向との間の遷移が、急激または断続ではなく、略平滑であるように選択されることができる。例えば、表面レリーフ特徴を含まない整合層の領域に対応するドメイン間隙は、第１のドメインの液晶分子の縦軸の配向と第２のドメインの液晶分子の縦軸の配向との間の遷移が、連続するように選択されることができる。
【００９６】
液晶分子が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って幅または周期および／または方向が変動し得る、様々な溝幾何学形状に整合される、液晶デバイスを製造する方法のある実施形態では、整合層は、反応性メソゲン（ＲＭ）としても知られる、重合化可能液晶（ＰＬＣ）を備えることができる。整合層は、ＰＬＣ材料の層と、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って幅または周期および方向が変動し得る、様々な溝を備える、インプリントテンプレートを接触させることによって製造されることができる。ＰＬＣ層の分子の縦軸は、インプリントテンプレートの溝に自己整合することを可能にされ得る。例えば、ＰＬＣ層の分子の縦軸は、熱の印加に応じて、ＵＶ光を用いた照射に応じて、および／または十分な時間の経過後、インプリントテンプレートの溝に自己整合することができる。いったんＰＬＣ層の分子の縦軸が、インプリントテンプレート溝に自己整合されると、ＰＬＣ層は、例えば、熱および／またはＵＶ照明を用いた照射によって重合される。重合化は、有利には、ＰＬＣ層がインプリントテンプレートから分離された後も、ＰＬＣ層の分子の配向が維持されるように、ＰＬＣ層の分子の縦軸を固定する。
【００９７】
インプリントテンプレートを使用して、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、表面レリーフ特徴、および／または連続特徴間の方向および／または周期が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って変化する、複雑な幾何学的パターンを形成するように配列される、表面レリーフ特徴を備える、整合層を製造することは、例えば、研磨方法または光整合方法等の他の液晶製造方法より有利であり得る。例えば、上記に議論されるように、低分解能方法であるいくつかの微小研磨方法を使用して、数ナノメートル、数百ナノメートルのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、表面レリーフ特徴を生産することは、実践的ではあり得ない。加えて、いくつかの研磨方法を使用して、大量製造を達成するために必要であるスループットを伴って、整合層を製造することは、不可能であり得る。光整合方法は、液晶分子の均一および非均一整合を伴う整合層を製造するために使用されることができるが、いくつかのインスタンスでは、光整合方法を使用して、複雑な空間パターンを伴う整合層を生産することは、実践的ではあり得ない。研磨方法と同様に、いくつかの光整合方法を使用して、複雑な空間ＬＣパターンの大量製造を達成するために必要なスループットを達成することは、困難である。
【００９８】
図１１Ａは、例えば、図１０Ａに示される層１０００等の液晶層１０００を製造するために使用され得る、複数の特徴を備える、インプリントテンプレート１１００の実施形態の平面図を図示する。図１１Ｂは、軸Ｂ−Ｂ’に沿ったインプリントテンプレート１１００の断面図を図示する。インプリントテンプレート１１００は、複数のドメイン（例えば、１１０１ａ、１１０１ｂ、および１１０１ｃ）を備える。複数のドメインのそれぞれは、複数の表面レリーフ特徴を含む。表面レリーフ特徴は、線形状または曲線状の伸長溝および／または突出部、プリズム、弧、隆起バンプ、または凹部を含むことができる。複数のドメインのそれぞれ内の表面レリーフ特徴は、単純または複雑な幾何学的パターンを形成するように配列されることができる。表面レリーフ特徴の配列は、入射光の振幅、位相、および／または偏光を操作し、所望の光学効果を達成するように構成されることができる。
【００９９】
種々の実施形態では、ドメインはそれぞれ、サブ波長特徴を含むことができる。そのような実施形態では、表面レリーフ特徴のサイズまたは隣接する表面レリーフ特徴間の間隙は、数ナノメートル、数百ナノメートル、または数ミクロンのオーダーの短い長さスケールを有することができる。例えば、複数のドメインのそれぞれ内の各表面レリーフ特徴の幅「λ」は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。別の実施例として、複数のドメインのそれぞれ内の連続特徴間の間隙「Λ」は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。いかなる一般性も失うことなく、連続特徴間の間隙「Λ」は、ピッチに対応してもよい。さらに別の実施例として、複数のドメインのそれぞれ内の特徴の深度（または高さ）「Ｄ」は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。
【０１００】
種々の実施形態では、隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。種々の実施形態では、表面レリーフ特徴を備える、複数のドメインは、各対の隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」が均一であるように、インプリントテンプレート１１００の表面を横断して正方形グリッドとして配列されることができる。他の実施形態では、表面レリーフ特徴を備える、複数のドメインは、異なる対の隣接するドメイン間のドメイン間隙「ｄ」が均一ではないように、インプリントテンプレート１１００の表面を横断して不規則的に配列されることができる。上記に議論されるように、隣接するドメイン間に導入されるドメイン間隙は、液晶の製造の間、ドメイン境界に沿って生じ得る、回位または他の表面欠陥を低減させることに役立ち得る。
（液晶デバイスを製造する例示的方法）
【０１０１】
図１２Ａ−１２Ｄは、本明細書に説明される種々の液晶デバイスを製造する方法の実施例を図示する。図１２Ａを参照すると、ポリマー液晶（ＰＬＣ）層１２０３が、基板１２０１にわたって配置される。基板１２０１は、好ましくは、光学的に透過性である。基板１２０１のための好適な材料の実施例は、ガラス、石英、サファイア、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、またはポリカーボネート、ポリアセテート、およびアクリルを含む、ポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、基板１２０１は、可視波長または赤外線波長のうちの少なくとも１つの光に対して透過性であることができる。基板は、一対の主表面と、囲繞する縁とを含むことができる。主表面は、基板の最大面積表面であってもよい、または他の表面より大きい面積を有する、一対の同様サイズの対向表面のうちの１つであってもよい。液晶デバイスは、基板の主表面上またはそれに対して入射する光を反射、屈折、回折、または別様に再指向させるように構成されることができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、ＰＬＣ層１２０３は、例えば、液晶分子との立体相互作用および／または光整合層によって続いて堆積される液晶分子上に付与される係留エネルギーに起因して、液晶分子に特定の配向またはパターンをとらせる、整合層として構成される。ＰＬＣ層１２０３は、重合化可能液晶材料（反応性メソゲン）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＬＣ層１２０３は、アゾ含有ポリマーを含むことができる。ＰＬＣ層１２０３は、例えば、スピンコーティングプロセスまたはジェット堆積によって、基板の主表面のうちの１つ上に配置されることができる。ＰＬＣ層１２０３は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。
【０１０３】
ＰＬＣ層１２０３は、図１２Ａおよび１２Ｂに描写されるように、ＰＬＣ層の暴露表面をインプリントテンプレート１２０５と接触させることによって、複数の表面レリーフ特徴を伴ってインプリントされる。インプリントテンプレート１２０５は、ＰＬＣ層の暴露表面上にインプリントされる特徴の反転である特徴を含むことができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレート１２０５は、サブ波長寸法を有する特徴を含むことができる。例えば、インプリントテンプレート１２０５は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する特徴を含むことができる。例えば、インプリントテンプレート１２０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の長さを有する特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリントテンプレート１２０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の幅を有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリントテンプレート１２０５は、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の深度を有する特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。インプリントテンプレート１２０５の各ドメインの特徴は、連続特徴間の方向および／または周期が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って変化する、各ドメイン内の複雑な幾何学的パターンを形成するように配列されることができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレート１２０５は、複数の離間されたドメインを含むことができる。各ドメインは、サブ波長寸法を有する複数の特徴を含むことができる。各ドメインは、ドメイン間隙によって、近傍ドメインから離間されることができる。ドメイン間隙は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせの値を有することができる。種々の実装では、ドメイン間隙は、１０ｎｍ以下および／または１００ｎｍ以上であることができる。例えば、ドメイン間隙は、５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、または０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の値であることができる。インプリントテンプレート１２０５は、図１１Ａおよび１１Ｂを参照して上記に議論されるインプリントテンプレート１１００に類似する特性を有することができる。例えば、インプリントテンプレート１２０５の複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一であるように、インプリントテンプレート１２０５の表面を横断して正方形グリッドとして配列されることができる。別の実施例として、インプリントテンプレート１２０５の複数のドメインは、同心状の円形領域または楕円形領域として配列されることができる。他の実施形態では、複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一ではないように、インプリントテンプレート１２０５の表面を横断して不規則的に配列されることができる。
【０１０４】
サブ波長特徴を伴うインプリントテンプレート１２０５は、光学リソグラフィ、ナノインプリント、およびイオンおよび電子ビームリソグラフィを含む、ナノパターン化技法を使用して、設計および加工されることができる。種々の実施形態では、インプリントテンプレートは、シリコンまたはガラス材料等の半導体材料を備えることができる。
【０１０５】
ＰＬＣ層１２０３が、インプリントテンプレート１２０５の特徴と直接接触すると、ＰＬＣ層１２０３の液晶分子の縦軸は、インプリントテンプレートの特徴に整合される。このように、ＰＬＣ層の暴露表面は、インプリントテンプレートのパターンに対応する、またはそれと相補的であるパターンを伴って、インプリントされる。ＰＬＣ層１２０３の暴露表面が、インプリントテンプレート１２０５によってパターン化された後、ＰＬＣ層１２０３は、重合される。ＰＬＣ層１２０３の重合化は、限定ではないが、図１２Ｂに示されるような紫外線（ＵＶ）放射への暴露、熱の印加、時間の経過等を含む、種々の方法によって達成されることができる。ＰＬＣ層１２０３の重合化は、図１２Ｃに示されるように、有利には、ＰＬＣ層１２０３がインプリントテンプレートから分離された後も、ＰＬＣ層１２０３の液晶分子の縦軸の配向を固定することができる。
【０１０６】
パターン化されたＰＬＣ層１２０３の重合化後、液晶材料の層１２０７は、重合パターン化されたＰＬＣ層１２０３にわたって配置される。液晶層は、スピンコーティング、スロットコーティング、バーコーティング、またはジェット堆積によって、ＰＬＣ層１２０３にわたって堆積されることができる。液晶材料の層１２０７は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。液晶材料の層１２０７は、ドープまたは非ドープ液晶材料を含むことができる。種々の実施形態では、液晶材料の層１２０７は、重合化可能液晶材料、ポリマー安定化液晶材料、または非重合化可能液晶材料であることができる。
【０１０７】
液晶材料の層１２０７の分子の縦軸は、ＰＬＣ層１２０３上にインプリントされるパターンに自己整合する。故に、ＰＬＣ層１２０３は、液晶材料の層１２０７のための整合層としての役割を果たす。いくつかの実施形態では、液晶材料の層１２０７の分子の縦軸の整合は、熱の印加および／または十分な時間の経過によって促進され得る。ＰＬＣ層１２０３を液晶材料の層１２０７のための整合層として使用することは、いくつかの利点を有することができる。第１の利点は、ＰＬＣ層１２０３が、重合化可能液晶材料を備えていない整合層と比較して、液晶材料の層１２０７のためにより強い整合状態を提供することができることである。第２の利点は、ＰＬＣ層１２０３の材料が液晶材料の層１２０７の材料と類似光学性質を有するとき、均質界面が達成され得ることである。これは、有利には、ＰＬＣ層１２０３と液晶材料の層１２０７との間の境界からの屈折／回折を低減させることができる。
【０１０８】
図１２Ｅに示されるように、付加的液晶層１２１１および１２１５のための整合層としての役割を果たす、付加的ＰＬＣ層１２０９および１２１３が、図１２Ａ−１２Ｄのプロセスを繰り返すことによって、液晶材料１２０７の整合された層にわたって連続的に堆積されてもよい。例えば、第２のＰＬＣ層１２０９が、液晶材料の層１２０７にわたって配置され、続いて、インプリントテンプレートを用いてパターン化され、重合される。液晶材料の第２の層１２１１が、パターン化および重合されたＰＬＣ層１２０９にわたって配置され、液晶材料の第２の層１２１１の分子が第２のＰＬＣ層１２０９上にインプリントされるパターンに整合されるように、自己組織化することを可能にされる。第３のＰＬＣ層１２１３が、液晶材料の層１２０９にわたって配置され、続いて、インプリントテンプレートを用いてパターン化され、重合される。液晶材料の第３の層１２１５が、パターン化および重合されたＰＬＣ層１２１３にわたって配置され、液晶材料の第３の層１２１５の分子が第３のＰＬＣ層１２１３上にインプリントされるパターンに整合されるように、自己組織化することを可能にされる。本シーケンスは、さらなる液晶層のために繰り返されてもよい。好ましくは、付加的ＰＬＣ層１２０９および１２１３は、重合化可能液晶材料（反応性メソゲン）を備えることができる。好ましくは、液晶材料１２０７、１２１１、および１２１５は、重合化可能液晶材料（反応性メソゲン）を備えることができる。ＰＬＣ層１２０９および／または１２１３上にインプリントされるパターンは、ＰＬＣ層１２０３上にインプリントされるパターンと異なることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ＰＬＣ層１２０９および／または１２１３上にインプリントされるパターンは、ＰＬＣ層１２０３上にインプリントされるパターンと同じであることができる。種々の実施形態では、薄い酸化物フィルム（数ｎｍ〜数百ｎｍに及ぶ厚さを伴う）等の隔離層が、付加的ＰＬＣ層を提供する前に、液晶材料の層（例えば、層１２０７または層１２１１）にわたって堆積され、真下の液晶層（例えば、層１２０７または層１２１１）上のパターンの影響を低減させてもよい。いくつかの実施形態では、平面化テンプレートが、付加的ＰＬＣ層を提供する前に、液晶材料の層（例えば、層１２０７、層１２１１、または層１２１５）の暴露表面を平面化するために使用されることができる。
【０１０９】
図１３Ａは、インプリントテンプレートの実施形態の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。インプリントテンプレートは、ドメイン間隙によって相互から離間された３つのドメイン１３０１、１３０３、および１３０５を備える。第１のドメイン１３０１と第２のドメイン１３０３との間のドメイン間隙は、ｄ１であって、第２のドメイン１３０３と第３のドメイン１３０５との間のドメイン間隙は、ｄ２である。それぞれ３つのドメイン１３０１、１３０３、および１３０５は、複数の特徴を備える。複数の特徴のそれぞれの寸法（例えば、長さ、幅、または深度）は、１００ｎｍ未満である。ドメイン間隙ｄ１およびｄ２は、１００ｎｍ以下である。図１３Ｂは、図１３Ａのインプリントテンプレートおよび図１２Ａ−１２Ｃを参照して上記に議論される方法を使用して製造されるパターン化されたＰＬＣ層のＳＥＭ画像である。図１３Ｃは、図１３Ｂに示されるパターン化されたＰＬＣ層の偏光顕微鏡画像である。図１３Ｃは、偏光顕微鏡の偏光器／分析器に対して相対的ＬＣ配向を示す、グレー−スケールパターンを描写する。図１３Ｃから、偏光顕微鏡画像が、整合欠陥（すなわち、回位）が実質的にないＬＣ整合を示す均一パターンを呈していることに留意されたい。
【０１１０】
本明細書に説明される方法は、サブ波長特徴を伴う液晶層を含む、電気的に制御可能な液晶デバイスを加工するために使用されることができる。図１４は、その分子がパターン化された整合層１４０３に整合される、液晶層１４０７が、２つの電極層１４２０と１４２５との間に狭入される、電気的に制御可能な液晶デバイスの実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、整合層１４０３は、パターン化された重合化可能液晶層を備えることができる。いくつかの実施形態では、整合層１４０３は、パターン化されたポリマー層を含むことができ、これは、直接、ＬＣ材料とナノスケール表面構造を整合させる。２つの電極層１４２０および１４２５は、可視スペクトル範囲（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）内の光に対して透過性である材料（例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を備えることができる。種々の実施形態では、２つの電極層１４２０および１４２５はそれぞれ、それぞれ、ＩＴＯ１４０４ａおよび１４０４ｂの層でコーティングされた基板１４０１ａおよび１４０１ｂを備えることができる。種々の実施形態では、電気的に制御可能な液晶デバイスは、２つの電極層およびパターン化された整合層１４０３を備える液晶セル構造を構築することによって製造されることができる。層１４０７を形成する液晶材料は、セル構造内に投入され、電気的に制御可能な液晶デバイスを加工することができる。整合層１４０３は、厚さ約２０ｎｍ〜約１０ミクロンを有することができる。液晶層１４０７は、約１００ｎｍ〜１０ミクロンの厚さを有することができる。整合層１４０３は、上記に議論されるテンプレート１１００および／またはテンプレート１２０５に類似する複数のサブ波長特徴を備える、インプリントテンプレートを使用してパターン化されることができる。例えば、整合層１４０３をパターン化するために使用されるインプリントテンプレートは、複数の離間ドメインを含むことができる。各ドメインは、数ナノメートル、数百ナノメートル、または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、複数の特徴を含むことができる。上記に議論されるように、整合層１４０３は、パターン化後、重合され、整合層１４０３の分子の縦軸を固定することができる。液晶層１４０７の分子は、層１４０３上にインプリントされるパターンに自己組織化することを可能にされることができる。自己組織化後、液晶層１４０７の分子は、インプリントテンプレートの明確に異なるドメインに対応する明確に異なるドメインを形成し、各ドメイン内の液晶分子の縦軸は、対応するドメイン内の個々の特徴の方向に沿って整合される。隣接するドメイン間の間隙内の液晶分子の縦軸は、任意の急激な途絶を伴わずに、１つのドメイン内の分子の縦軸の配向から隣接するドメインの縦軸の配向に徐々に遷移することができる。例えば、隣接するドメイン間の間隙内の液晶分子の縦軸は、実質的に連続的に、１つのドメイン内の分子の縦軸の配向から隣接するドメインの縦軸の配向に徐々に遷移することができる。種々の実施形態では、液晶層１４０７は、複雑な空間変動ナノスケールパターンを備えることができる。
【０１１１】
１つ以上のドメイン内の液晶分子の縦軸の配向は、電圧を電極層１４２０および１４２５を横断して印加することによって変動されることができる。ある条件下では、例えば、ＬＣ分子は、電極層１４２０および１４２５を横断して電場の方向に沿って整合される。故に、電圧を電極層１４２０および１４２５を横断して印加することによって、液晶層１４０７内の格子構造は、オンまたはオフに切り替えられることができる。
【０１１２】
図１５Ａ−１５Ｃは、本明細書に説明される種々の液晶デバイスを製造する方法の実施例を図示する。本方法は、インプリント層１５０５を基板１５０１にわたって提供するステップを含む。インプリント層１５０５および基板１５０１の種々の物理的および／または化学特性は、それぞれ、上記に議論されるインプリントテンプレート１２０５および基板１２０１に類似することができる。例えば、多くの場合、基板１５０１は、光学的に透過性である。基板１５０１のための好適な材料の実施例は、ガラス、石英、サファイア、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、またはポリカーボネート、ポリアセテート、およびアクリルを含む、ポリマー材料を含む。いくつかの実装では、基板１５０１は、可視波長または赤外線波長のうちの少なくとも１つの光に対して透過性であることができる。基板は、一対の主表面と、囲繞する縁とを含むことができる。主表面は、基板の最大面積表面であってもよい、またはそれぞれ、他の表面（例えば、縁）より大きい面積を有する、一対の同様サイズの対向表面のうちの１つであってもよい。液晶デバイスは、基板の主表面上またはそれに対して入射する光を反射、屈折、回折、または別様に再指向させるように構成されることができる。
【０１１３】
インプリント層１５０５が、基板１５０１の主表面にわたって配置されることができる。上記に議論されるように、インプリント層１５０５は、サブ波長寸法を有する特徴を含むことができる。例えば、インプリント層１５０５は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリント層１５０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の長さを有する、特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１５０５は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の幅を有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１５０５は、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の深度を有する特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。但し、これらの範囲外の寸法を有する特徴もまた、可能性として考えられる。
【０１１４】
インプリント層１５０５の各ドメインの特徴は、連続特徴間の方向および／または周期が、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの長さスケールに沿って変化する、複雑な幾何学的パターンを各ドメイン内に形成するように配列されることができる。種々の実施形態では、インプリント層１５０５は、複数の離間されたドメインを含むことができる。各ドメインは、サブ波長寸法を有する、複数の特徴を含むことができる。各ドメインは、ドメイン間隙によって、近傍ドメインから離間されることができることができる。ドメイン間隙は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせの値を有することができる。種々の実装では、ドメイン間隙は、１０ｎｍ以下および／または１００ｎｍ以上であることができる。例えば、ドメイン間隙は、５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、または０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の値であることができる。いくつかの実装では、インプリントテンプレート１５０５の複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一であるように、インプリントテンプレート１５０５の表面を横断して正方形グリッドとして配列されることができる。いくつかの実装では、インプリントテンプレート１５０５の複数のドメインは、同心状の円形領域または楕円形領域として配列されることができる。複数のドメインは、近傍ドメイン間のドメイン間隙が均一ではないように、インプリントテンプレート１５０５の表面を横断して不規則的に配列されることができる。インプリント層１５０５は、上記に議論されるインプリントテンプレート１１００および／またはインプリントテンプレート１２０５に類似する特性を有することができる。
【０１１５】
サブ波長特徴を伴うインプリント層１５０５は、光学リソグラフィ、ナノインプリント、およびイオンおよび電子ビームリソグラフィを含む、ナノパターン化技法を使用して、設計および加工されることができる。種々の実施形態では、インプリント層１５０５は、フォトレジスト、シリコン、またはガラス材料等の半導体材料を備えることができる。
【０１１６】
重合化可能液晶（ＰＬＣ）層１５０３が、インプリント層１５０５にわたって配置される。ＰＬＣ層１５０３が、スピンコーティングプロセスまたはジェット堆積によって、インプリント層１５０５にわたって配置されることができる。ＰＬＣ層１５０３は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。ＰＬＣ層１５０３は、重合化可能液晶材料（例えば、反応性メソゲン）および／またはアゾ含有ポリマーを含むことができる。インプリント層１５０５は、ＰＬＣ層１５０３の液晶分子をインプリント層１５０５のパターンに整合させる、整合層として作用する。ＰＬＣ層１５０３が、インプリント層１５０５の特徴と接触すると、ＰＬＣ層１５０３の液晶分子の縦軸は、インプリント層１５０５の特徴に整合されてもよい。このように、ＰＬＣ層１５０３の表面は、インプリント層１５０３のパターンに対応するパターンを用いてインプリントされる。ＰＬＣ層１５０３の液晶分子とインプリント層１５０５のパターンの整合は、液晶分子との立体相互作用および／またはインプリント層１５０５によって堆積される液晶分子上に付与される係留エネルギーに起因し得る。ＰＬＣ層１５０３は、インプリント層１５０５上に堆積後、重合されることができる。ＰＬＣ層１５０３の重合化は、限定ではないが、紫外線（ＵＶ）放射への暴露、熱の印加、時間の経過、またはそれらの組み合わせを含む、種々の方法によって達成されることができる。ＰＬＣ層１５０３の重合化は、有利には、ＰＬＣ層１５０３の液晶分子の縦軸の配向を固定することができる。
【０１１７】
パターン化されたＰＬＣ層１５０３の重合化後、液晶材料の別の層１５２０が、重合されパターン化されたＰＬＣ層１５０３にわたって配置される。液晶材料の層１５２０は、スピンコーティング、スロットコーティング、バーコーティング、ブレードコーティング、ジェット堆積、または可能性として他の方法によって、ＰＬＣ層１５０３にわたって堆積されることができる。液晶材料の層１５２０は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。液晶材料の層１５２０は、ドープまたは非ドープ液晶材料を含むことができる。種々の実施形態では、液晶材料の層１５２０は、重合化可能液晶材料、ポリマー安定化液晶材料、または非重合化可能液晶材料であることができる。
【０１１８】
液晶材料の層１５２０の分子の縦軸は、ＰＬＣ層１５０３上にインプリントされるパターンに自己整合する。種々の実装では、インプリント層１５０５と接触する液晶材料の層１５２０のサブ層の分子のみが、インプリント層１５０５のパターンの縦軸に整合されてもよい。液晶材料の層１５２０の他のサブ層は、図１０Ｃを参照して上記に議論されるように、異なる配向を有してもよい。故に、ＰＬＣ層１５０３は、液晶材料の層１５２０のための整合層としての役割を果たす。いくつかの実施形態では、液晶材料の層１５２０の分子の縦軸の整合は、熱の印加および／または十分な時間の経過によって促進され得る。
【０１１９】
上記に議論されるように、ＰＬＣ層１５０３を液晶材料の層１５２０のための整合層として使用することは、いくつかの利点を有することができる。第１の利点は、ＰＬＣ層１５０３が、重合化可能液晶材料を備えていない整合層と比較して、液晶材料の層１５２０のためのより強い整合状態を提供することができることである。第２の利点は、均質界面が、ＰＬＣ層１５０３の材料が液晶材料の層１５２０の材料と類似光学性質を有するときに達成され得ることである。これは、有利には、ＰＬＣ層１５０３と液晶材料の層１５２０との間の境界から屈折／回折を低減させることができる。
【０１２０】
本明細書で議論される方法は、液晶メタ材料または液晶メタ表面を加工するために使用されてもよい。ドメインが複数のサブ波長スケールパターンを含む、異なる離間されたドメインを備える、液晶層の種々の実施形態が、基板上に形成されてもよく、これは、透過導波管に隣接するか、または、導波管自体が基板であってもよい。そのような実施形態では、サブ波長スケールパターンを伴う液晶層は、例えば、回折される光が液晶層に隣接して配置される導波管の誘導モードの中に結合され得るように、導波管に対する法線に対して角度約±３０度で光入射を回折するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管は、任意の介在層を伴わずに、直接、液晶層に隣接して配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、介在層は、導波管と導波管に隣接する液晶層との間に配置されることができる。いくつかのそのような実施形態では、サブ波長スケールパターンを伴う液晶層はまた、導波管を通して伝搬する光を外部結合するように構成されてもよい。サブ波長スケールパターンを伴う液晶層は、それらが波長選択的であるような狭帯域またはそれらが広範囲の波長（例えば、可視スペクトルの赤色／緑色／青色スペクトル範囲内の波長）にわたって光を効率的に回折し得るような広帯域であるように構成されてもよい。本明細書で議論される方法は、他の液晶デバイスを加工するために使用されることもできる。例えば、本明細書で議論される方法は、下記に議論されるように、回折液晶レンズの実装を加工するために使用されることができる。
（回折液晶レンズ）
【０１２１】
図１６Ａは、液晶材料を備える、回折レンズ１６００の実装の上面図を図示する。レンズ１６００は、例えば、ｘ−ｙ平面におけるゾーン１６０５および１６１０等の複数のゾーンを備える。複数のゾーンの数は、２〜約５０であることができる。例えば、複数のゾーンの数は、３以上、５以上、８以上、１０以上、１５以上、１８以上、２２以上、５０以下、４２以下、３０以下、２０以下、またはこれらの値によって定義された範囲／下位範囲内の任意の数であることができる。レンズ１６００の複数のゾーンのそれぞれ内の液晶材料の分子は、それを中心として特定の配向または範囲に沿って配向される。隣接するゾーン内の液晶材料の分子は、異なり得る。例えば、レンズ１６００では、ゾーン１６０５内の液晶分子の縦軸は、ｙ−軸と平行に整合されることができる一方、ゾーン１６１０内の液晶分子の縦軸は、ｙ−軸に対して約１８度の角度だけ時計回り方向に回転されることができる。図１６Ａに描写されるレンズ１６００では、連続ゾーンのそれぞれ内の分子の縦軸は、先行ゾーンの液晶分子の縦軸に対して約１８度の角度だけ時計回り方向に回転されることができる。他のレンズ実装では、あるゾーン内の液晶分子の縦軸と先行ゾーン内の液晶分子の縦軸との間の角度は、１８度以外であることができる。例えば、あるゾーン内の液晶分子の縦軸と先行ゾーン内の液晶分子の縦軸との間の角度は、約４５度以下であることができる。例えば、あるゾーン内の液晶分子の縦軸と先行ゾーン内の液晶分子の縦軸との間の角度は、約１度以上、約２度以上、約５度以上、約１０度以下、約１７度以下、約２０度以下、約２５度以下、約３０度以下、約３５度以下、約４０度以下、および／または約４５度以下、またはこれらの値のいずれかによって定義された任意の範囲内の任意の角度であることができる。
【０１２２】
図１６Ａに描写されるレンズ１６００の実装では、液晶分子の縦軸とｙ−軸の方向との間の角度は、第１０のゾーン１６５５内の液晶分子が第１のゾーン１６０５内の液晶分子と同一配向を有するように、固定量（例えば、１８度）ずつ徐々に増加する。しかしながら、近傍ゾーン内の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、固定または一定である必要はない。代わりに、近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向角度の差は、レンズを横断して変動することができる。例えば、２つの近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、３５度であることができる一方、２つの他の近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、１０度であることができる。故に、液晶レンズの種々の実装では、連続ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における角度差は、可変、非一定、および／またはランダムであることができる。
【０１２３】
複数のゾーンは、リング形状または環状であることができる。複数のゾーンは、同心であることができる。例えば、図１６Ａでは、第１のゾーン１６０５は、他の複数のゾーンによって囲繞される、中心ゾーンとして構成される。複数のゾーンは、図１６Ａに描写されるように、同心リングまたは環状であることができる。しかしながら、他の実装では、複数のゾーンは、楕円形である、または可能性として他の形状を有することができる。複数のゾーンは、閉鎖曲線である必要はない。代わりに、複数のゾーンのうちのいくつかは、開放曲線（例えば、弧）であることができる。種々の実装では、複数のゾーンの幅は、第１の（または中心）ゾーンからの距離が増加するにつれて低減することができる。故に、第１の（または中心）ゾーンの幅は、最大であることができ、各連続ゾーンの幅は、連続的に低減することができる。複数のゾーンの幅は、中心ゾーンおよび／またはレンズの中心からの距離が増加するにつれて、線形または非線形に低減することができる。複数のゾーンの幅は、ある場合には、数学的方程式によって統制されることができる。
【０１２４】
種々の実装では、領域およびその中に含有される特徴は、例えば、複数のゾーンが屈折力を有するレンズ等の光学要素を形成するように、形状、サイズ、配向等を有するように構成される。この力は、正または負であってもよい。屈折力はまた、入射光の偏光に応じて、正または負であってもよい。例えば、屈折力は、右円偏光に関して正である一方、左円偏光に関して負であって、その逆も同様である。本光学要素、例えば、レンズは、回折レンズ等の回折光学要素であってもよい。
【０１２５】
複数のゾーンはそれぞれ、上記に議論されるように、ドメインと見なされ得る。複数のゾーンは、間隙（ドメイン間隙に対応する）約１ｎｍ〜約２００ｎｍを伴って、相互から離間されることができる。しかしながら、種々の実装では、複数のゾーンは、それらが５．０ｎｍ未満または１．０ｎｍ未満の間隙によって離間されるように配列されることができる。例えば、いくつかの実装では、複数のゾーン間に間隙は存在しない。言い換えると、隣接するゾーン間の間隙は、０であることができる。ドメイン間隙は、近傍ゾーン内の液晶分子の縦軸の配向における角度差に応じて、変動し得る。故に、近傍ゾーン間の液晶分子の縦軸の配向における差異に応じて、間隙は、０〜約２００ｎｍであることができる。
【０１２６】
図１６Ｂは、レンズ１６００の両側上に配置される交差偏光器間のレンズ１６００の顕微鏡画像を図示する。交差偏光器は、その偏光軸が相互に直交するように配置される、線形偏光器であることができる。交差偏光器は、光の偏光が偏光器配向に合致する量に応じて、異なる強度を有するように、異なる量だけ偏光を回転させる、異なる領域を示すであろう。偏光器に合致する光の偏光が多いほど、光はより明るくなり、その逆も同様である。レンズ１６００の顕微鏡画像を取得するために、２つの交差偏光器のうちの一方を通して透過される円偏光が、レンズ１６００上に入射する。レンズ１６００の出力は、２つの交差偏光器の他方を通して透過され、顕微鏡を通して観察される。図１６Ｂに描写される画像の暗領域（例えば、領域１６６０）内の液晶分子の縦軸の配向は、偏光器の光学軸と平行または垂直である。図１６Ｂに描写される画像の明領域（例えば、領域１６６２）内の液晶分子の縦軸の配向は、偏光器の光学軸に対して約±４５度である。より明るい領域とより暗い領域との間の変動は、液晶分子の異なる配向および特定の領域内の複屈折の光学軸によって生じる、偏光配向における変動と関連付けられる。
【０１２７】
複数のゾーン内の複数の液晶の縦軸の整合は、上記に議論されるように、インプリント層を使用することによって達成されることができる。図１６Ｂ−１は、ゾーン１６０５および１６１０を備える領域１６６４内の複数の液晶の縦軸の所望の整合を達成する、インプリント層１６７０のパターンを示す、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を描写する。図１６Ｂ−２におけるＳＥＭ画像は、領域１６６６内の複数の液晶の縦軸の所望の整合を達成する、インプリント層１６７０のパターンを示す。インプリント層１６７０の領域１６７２は、ｙ−軸と平行な特徴（例えば、溝）を備える。その結果、インプリント層１６７０の領域１６７２と重複する液晶分子の縦軸は、ｙ−軸と平行に整合され、ゾーン１６０５を形成する。インプリント層１６７０の領域１６７４は、ｙ−軸に対してある角度（例えば、約１８度）だけ時計回りに回転される、特徴（例えば、溝）を備える。故に、インプリント層１６７０の領域１６７４と重複する液晶分子の縦軸は、ｙ−軸に対してある角度（例えば、約１８度）だけ時計回りに回転され、ゾーン１６１０を形成する。インプリント層１６７０の領域１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８は、特徴（例えば、溝）の異なる配列を示す。インプリント層１６７０の領域１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８と重複する液晶分子の縦軸は、個別の領域１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の溝と平行に整合されるであろう。
【０１２８】
インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴は、サブ波長サイズであることができる。例えば、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、数ナノメートル、数百ナノメートル、または数ミクロンのオーダーであることができる。別の実施例として、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせであることができる。種々の実装では、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、約２０ｎｍ以下または約１００ｎｍ以上であることができる。例えば、インプリント層１６７０の種々の領域１６７２、１６７４、１６８０、１６８２、１６８４、１６８６、および１６８８内の特徴の長さ、高さ、幅、および／または深度は、１ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、１００ｎｍ以下、１２５ｎｍ以下、１５０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、１ミクロン以下、またはこれらの値によって定義された任意の範囲／下位範囲内の値であることができる。
【０１２９】
図１７Ａ−１７Ｃは、レンズ１６００を製造する方法の実施例を図示する。本方法は、インプリント層１６７０を基板１７０１にわたって提供するステップを含む。インプリント層１６７０および基板１７０１の種々の物理的および／または化学特性は、それぞれ、上記に議論される液晶層１２０３および基板１２０１に類似することができる。例えば、種々の場合では、基板１７０１は、光学的に透過性および／または透明である。基板１７０１のための好適な材料の実施例は、ガラス、石英、サファイア、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、またはポリカーボネート、ポリアセテート、およびアクリルを含む、ポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、基板１７０１は、可視波長または赤外線波長のうちの少なくとも１つの光に対して透過性であることができる。基板は、一対の主表面と、囲繞する縁とを含むことができる。主表面は、基板の最大面積表面であってもよい、またはそれぞれ、他の表面（例えば、縁）より大きい面積を有する、一対の同様サイズの対向表面のうちの１つであってもよい。液晶デバイスは、基板の主表面上またはそれに対して入射する光を反射、屈折、回折、または別様に再指向させるように構成されることができる。
【０１３０】
インプリント層１６７０は、基板１７０１の主表面にわたって配置されることができる。上記に議論されるように、インプリント層１６７０は、特徴（例えば、溝）を備える、複数のゾーンを備える。特徴は、サブ波長寸法を有することができる。例えば、インプリント層１６７０は、数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンのオーダーの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリント層１６７０は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の長さを有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１６７０は、約２０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の幅を有する特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリント層１６７０は、約１０ｎｍ以上約１００ｎｍ以下の深度を有する特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。これらの範囲外の他の寸法もまた、可能性として考えられる。
【０１３１】
種々の実装では、複数のゾーンのそれぞれ内の特徴は、同一方向に沿って配向される。それに沿って複数のゾーンのうちの１つ内の特徴が配向される方向は、それに沿って複数のゾーンのうちの１つに隣接するゾーン内の特徴が配向される方向に対してある角度だけ回転されてもよい。複数のゾーンは、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、またはこれらの範囲の任意の組み合わせまたはこれらの範囲内の任意の下位範囲または下位範囲の組み合わせの値を有する間隙によって、相互から離間されることができる。いくつかの実装では、複数のゾーンは、約５ｎｍまたは１ｎｍよりも小さい間隙によって、相互から離間されることができる。いくつかの実装では、複数のゾーンは、無間隙（または０ｎｍの間隙）によって、相互から離間されることができる。複数のゾーンは、リング形状であることができ、同心状に配列されることができる。複数のゾーンの幅は、インプリント層１６７０の中心からの距離が増加するにつれて減少することができる。
【０１３２】
サブ波長特徴を伴うインプリント層１６７０は、光学リソグラフィ、ナノインプリント、およびイオンおよび電子ビームリソグラフィを含む、ナノパターン化技法を使用して、加工されることができる。種々の実施形態では、インプリント層１６７０は、フォトレジスト、シリコン、またはガラス材料等の半導体材料を備えることができる。
【０１３３】
液晶（ＬＣ）層１７０３が、インプリント層１６７０にわたって配置される。液晶層１７０３は、重合化可能液晶層であることができる。ＬＣ層１７０３は、スピンコーティングプロセス、スロットダイコーティングプロセス、バーコーティングプロセス、ブレードダイコーティングプロセス、またはジェット堆積によって、インプリント層１６７０にわたって配置されることができる。ＬＣ層１７０３は、厚さ約１０ｎｍ〜１０ミクロンを有することができる。ＬＣ層１７０３は、重合化可能液晶材料（例えば、反応性メソゲン）および／またはアゾ含有ポリマーを含むことができる。インプリント層１６７０は、ＬＣ層１７０３の液晶分子をインプリント層１６７０のパターンと整合させる、整合層として作用する。ＬＣ層１７０３が、インプリント層１６７０の特徴と接触すると、ＬＣ層１７０３の液晶分子の縦軸は、インプリント層１６７０の特徴と整合することができる。このように、ＬＣ層１７０３の表面は、インプリント層１６７０のパターンに対応するパターンを用いてインプリントされる。ＬＣ層１７０３は、インプリント層１６７０上に堆積後、重合されることができる。ＬＣ層１７０３の重合化は、限定ではないが、図１７Ｃに図式的に図示されるような紫外線（ＵＶ）放射１７１０への暴露、熱の印加、時間の経過、またはそれらの組み合わせを含む、種々の方法によって達成されることができる。ＬＣ層１７０３の重合化は、有利には、ＰＬＣ層１７０３の液晶分子の縦軸の配向を固定することができる。
【０１３４】
図１８Ａは、シリコン（Ｓｉ）を備える基板上に提供される、インプリント層１６７０の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。図１８Ａに描写されるように、インプリント層１６７０は、第１の方向に沿って配向される第１の複数の特徴を有する第１のゾーンと、第１の方向と異なる第２の方向に沿って配向される第２の複数の特徴を備える第２のゾーンとを備える。第１および第２のゾーンは、１ｎｍ未満の間隙（例えば、無間隙）によって離間される。
【０１３５】
図１８Ｂは、インプリント層１６７０にわたって配置される、液晶層１７０３の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図示する。第１のゾーンと重複する液晶層１７０３の一部内の液晶分子の縦軸は、第１の方向に沿って整合され、第２のゾーンと重複する液晶層１７０３の一部内の液晶分子の縦軸は、第２の方向に沿って整合される。
【０１３６】
種々の実施形態は、結像システムおよびデバイス、ディスプレイシステムおよびデバイス、空間光変調器、液晶ベースのデバイス、偏光器、波ガイドプレート等の種々の用途において実装される、またはそれと関連付けられてもよいことが検討される。本明細書に説明される構造、デバイス、および方法は、特に、拡張および／または仮想現実のために使用され得る、ウェアラブルディスプレイ（例えば、頭部搭載型ディスプレイ）等のディスプレイにおいて使用を見出し得る。より一般的には、説明される実施形態は、運動（ビデオ等）または定常（静止画像等）下にあるかどうかにかかわらず、かつテキスト、グラフィック、または写真であるかどうかにかかわらず、画像を表示するように構成され得る、任意のデバイス、装置、またはシステム内に実装されてもよい。しかしながら、説明される実施形態は、限定ではないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビ受信機、無線デバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマート書籍、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファックスデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ（ＭＰ３プレーヤ等）、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、置時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取値デバイス（例えば、電子読取機）、コンピュータモニタ、自動ディスプレイ（オドメータおよび速度計ディスプレイ等を含む）、コックピット制御および／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両内のリアカメラのディスプレイ等）、電子写真、電子広告板または標識、プロジェクタ、アーキテクチャ構造、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、無線、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯乾燥機、パーキングメータ、頭部搭載型ディスプレイ、および種々の結像システム等の種々の電子デバイス内に含まれる、またはそれと関連付けられてもよいことが検討される。したがって、本教示は、図内に描写される実施形態のみに限定されず、代わりに、当業者に容易に明白となるであろう広い可用性を有することを意図する。
【０１３７】
本開示に説明される実施形態の種々の修正は、当業者に容易に明白となり得、本明細書に画定される一般的原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用されてもよい。種々の変更が、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、説明される本発明に成されてもよく、均等物が、代用されてもよい。加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセスの行為またはステップを、本発明の目的、精神、または範囲に適合させるように、多くの修正が行われてもよい。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることを目的としている。
【０１３８】
単語「例示的」は、本明細書では、「実施例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するように排他的に使用される。「例示的」として本明細書に説明される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態より好ましいまたは有利であるものとして解釈されない。加えて、当業者は、用語「上側」および「下側」、「上方」および「下方」等が、時として、図を説明する容易性のために使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対的位置を示し、本明細書に説明される構造の配向をそれらの構造が実装される通りに反映しない場合があることを容易に理解するであろう。
【０１３９】
別個の実施形態のコンテキストにおいて本明細書に説明されるある特徴はまた、単一実施形態において組み合わせて実装されることができる。逆に言えば、単一実施形態のコンテキストに説明される種々の特徴はまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されることもできる。さらに、特徴は、ある組み合わせにおいて作用するように上記に説明され、さらに、最初に、そのように請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、ある場合には、組み合わせから外れることができ、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。
【０１４０】
同様に、動作は、特定の順序で図面に描写されるが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施される、または全ての図示される動作が実施される必要はないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的プロセス内に組み込まれることができる。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化されることができることを理解されたい。加えて、他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合で、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。
【０１４１】
本発明は、本デバイスを使用して行われ得る方法を含む。本方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含んでもよい。そのような提供は、ユーザによって行われてもよい。換言すれば、「提供する」行為は、本方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することをユーザに要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順序で、および事象の記載された順序で実行されてもよい。
【０１４２】
本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関して、これらは、上記の参照された特許および公開に関連して理解されるとともに、概して、当業者によって把握または理解され得る。同じことが、一般的または理論的に採用されるような付加的な行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して当てはまり得る。
【０１４３】
加えて、本発明は、種々の特徴を随意に組み込む、いくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるように説明または指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われてもよく、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、（本明細書に記載されるか、またはいくらか簡潔にするために含まれないかどうかにかかわらず）均等物が置換されてもよい。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることが理解される。
【０１４４】
また、本明細書で説明される発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上の特徴と組み合わせて、記載および請求され得ることが考慮される。単数形の項目の言及は、複数の同一項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、およびそれに関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（ａ、ａｎ）」、「前記（ｓａｉｄ、ｔｈｅ）」という単数形は、特に別様に記述されない限り、複数の指示対象を含む。換言すると、冠詞の使用は、上記の説明および本開示と関連付けられる請求項で、対象項目の「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項要素の記載に関連する「だけ」、「のみ」、および同等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のための先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【０１４５】
そのような排他的用語を使用することなく、本開示と関連付けられる請求項での「備える」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質を変換するものと見なすことができるかどうかにかかわらず、任意の付加的な要素の包含を可能にするものとする。本明細書で特に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広義の一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【０１４６】
本発明の範疇は、提供される実施例および／または本明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示と関連付けられる請求項の範囲のみによって限定されるものとする。
【国際調査報告】
2019536100.tif 000044
2019536100.tif 000045