(57)【要約】  移動可能な薄膜光学デバイスおよびヘッドマウントディスプレイが提供される。移動可能な薄膜光学デバイスは、少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層を備える。薄膜層は、取外し後に薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に取り付けられるように構成される。【選択図】図１
2021532395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層
を備える、移動可能な薄膜光学デバイスであって、
前記薄膜層は、取外し後に前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に取り付けられるように構成された、
移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２】
前記薄膜層が、剥離方法を使用して前記基板から分離可能である、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項３】
前記薄膜層が、熱放出テープを使用して前記基板から分離可能である、
請求項２に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項４】
前記薄膜層が、非剥離方法を使用して前記基板から分離可能である、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項５】
前記薄膜層が、可溶性要素によって前記基板に取外し可能に取り付けられた、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項６】
前記薄膜層が、前記基板に取外し可能に取り付けられたとき、前記基板と前記薄膜層との間にバリア層が配設され、前記バリア層が、可溶性合成ポリマー層である、
請求項５に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項７】
前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能が、前記薄膜層中の液晶分子の光軸向きによって決定される、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項８】
前記薄膜層中の前記液晶分子の前記光軸向きが、配向された光配向材料によって決定される、
請求項７に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項９】
前記薄膜層が液晶ポリマー層である、
請求項７に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１０】
前記薄膜層が、誘起複屈折により光架橋されたバルク光配向材料層である、
請求項７に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１１】
前記移動可能な薄膜光学デバイスが、パンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）要素である、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１２】
前記移動可能な薄膜光学デバイスが、透過型または反射型のプリズム、レンズ、ビーム偏向器、レンズアレイ、プリズムアレイ、および位相リターダのうちの１つまたは複数である、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１３】
前記薄膜層が、ネマチック液晶、ツイストベンド液晶およびキラルネマチック液晶のうちの１つを含む、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１４】
前記薄膜層に駆動電圧を提供するように構成された複数の電極
をさらに備え、前記複数の電極のうちの電極が、フレキシブル透明導電層を含む、請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１５】
接着剤層
をさらに備え、
前記薄膜層が、前記基板に対向する第１の表面と、前記基板から離れた反対側の第２の表面とを有し、
前記接着剤層が、前記薄膜層の前記第２の表面上に配設された、
請求項１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１６】
前記接着剤層が、紫外線（ＵＶ）硬化性等方性接着剤層である、
請求項１５に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１７】
前記接着剤層の屈折率は、前記接着剤層が屈折率整合層または屈折率不整合層であるように構成されるように調整可能である、
請求項１５に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項１８】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、
前記ＨＭＤに光学的に結合され、基板から分離された後に前記ＨＭＤの表面に取り付けられる、薄膜光学デバイス
を備え、前記薄膜光学デバイスは、
少なくとも１つの所定の光学的機能を提供し、かつ
前記少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層であって、取外し後に前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、前記基板に取外し可能に取り付くように構成された、薄膜層を備える、
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項１９】
前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能が、前記薄膜層中の液晶分子の光軸向きによって決定される、
請求項１８に記載のＨＭＤ。
【請求項２０】
前記薄膜層中の液晶分子の光軸向きが、配向された光配向材料によって決定される、
請求項１８に記載のＨＭＤ。
【請求項２１】
少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層
を備える、移動可能な薄膜光学デバイスであって、
前記薄膜層は、取外し後に前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に取り付けられるように構成された、
移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２２】
前記薄膜層が、剥離方法を使用して前記基板から分離可能であり、
随意に、
前記薄膜層が、熱放出テープを使用して前記基板から分離可能である、
請求項２１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２３】
前記薄膜層が、非剥離方法を使用して前記基板から分離可能である、
請求項２１または２２に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２４】
前記薄膜層が、可溶性要素によって前記基板に取外し可能に取り付けられ、
随意に、
前記薄膜層が、前記基板に取外し可能に取り付けられたとき、前記基板と前記薄膜層との間にバリア層が配設され、前記バリア層が、可溶性合成ポリマー層である、
請求項２１から２３のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２５】
前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能が、前記薄膜層中の液晶分子の光軸向きによって決定される、
請求項２１から２４のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２６】
前記薄膜層中の前記液晶分子の前記光軸向きが、配向された光配向材料によって決定され、かつ／または
前記薄膜層が液晶ポリマー層であり、かつ／または
前記薄膜層が、誘起複屈折により光架橋されたバルク光配向材料層である、
請求項２５に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２７】
前記移動可能な薄膜光学デバイスが、パンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）要素である、
請求項２１から２６のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２８】
前記移動可能な薄膜光学デバイスが、透過型または反射型のプリズム、レンズ、ビーム偏向器、レンズアレイ、プリズムアレイ、および位相リターダのうちの１つまたは複数である、
請求項２１から２７のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項２９】
前記薄膜層が、ネマチック液晶、ツイストベンド液晶およびキラルネマチック液晶のうちの１つを含む、
請求項２１から２８のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項３０】
前記薄膜層に駆動電圧を提供するように構成された複数の電極
をさらに備え、前記複数の電極のうちの電極が、フレキシブル透明導電層を含む、請求項２１から２９のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項３１】
接着剤層
をさらに備え、
前記薄膜層が、前記基板に対向する第１の表面と、前記基板から離れた反対側の第２の表面とを有し、
前記接着剤層が、前記薄膜層の前記第２の表面上に配設された、
請求項２１から３０のいずれか一項に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項３２】
前記接着剤層が、紫外線（ＵＶ）硬化性等方性接着剤層であり、かつ／または
前記接着剤層の屈折率は、前記接着剤層が屈折率整合層または屈折率不整合層であるように構成されるように調整可能である、
請求項３１に記載の移動可能な薄膜光学デバイス。
【請求項３３】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、
前記ＨＭＤに光学的に結合され、基板から分離された後に前記ＨＭＤの表面に取り付けられる、特に請求項２１から３２のいずれか一項に記載の、薄膜光学デバイス
を備え、前記薄膜光学デバイスは、
少なくとも１つの所定の光学的機能を提供し、かつ
前記少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層であって、取外し後に前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、前記基板に取外し可能に取り付くように構成された、薄膜層を備える、
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項３４】
前記薄膜層の前記少なくとも１つの所定の光学的機能が、前記薄膜層中の液晶分子の光軸向きによって決定される、
請求項３３に記載のＨＭＤ。
【請求項３５】
前記薄膜層中の液晶分子の光軸向きが、配向された光配向材料によって決定される、
請求項３３または３４に記載のＨＭＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月８日に出願された米国仮出願第６２／７１６，１２９号の利益を主張する、２０１９年２月１２日に出願された米国非仮特許出願第１６／２７４，２１１号の優先権を主張し、それらの両方の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
薄膜デバイスは、ほぼすべての現代の科学機器に適用されており、これらのデバイス、特に薄膜光学デバイスは、機器の性能において重要な役割を果たし、したがって、それらのデバイスは、ますます注目されている。現在、多数の種類の薄膜光学デバイスがあり、それらの適用例は極めて多様である。薄膜光学デバイスは、プリズム、レンズ、ビームリフレクタ、レンズ／プリズムアレイ、位相リターダなど、透過型または反射型の光学要素として機能することができる。しかしながら、現在、これらのタイプの光学要素は、しばしば基板上に直接印刷されており、したがって、基板から取り外すと、薄膜に対する引裂きまたは応力が生じ、それにより、薄膜のパターンが乱れ、したがって、光学要素の光学的特性が劣化し得る。さらに、現在、これらのタイプの光学要素は、光学要素の光学的特性を劣化させることなしに移動され、および／または扱われることが実質的に困難である。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の一態様は、移動可能な薄膜光学デバイスを提供する。移動可能な薄膜光学デバイスは、少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層を備える。薄膜層は、取外し後に薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に（ｒｅｍｏｖａｂｌｙ）取り付けられるように構成される。
【０００４】
本開示の別の態様は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を提供する。ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、ＨＭＤに光学的に結合され、基板から分離された後にＨＭＤの表面に取り付けられる、薄膜光学デバイスを備える。薄膜光学デバイスは、少なくとも１つの所定の光学的機能を提供し、薄膜層を備え、薄膜層は、少なくとも１つの所定の光学的機能を提供し、取外し後に薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に取り付くように構成される。
【０００５】
本開示の明細書、特許請求の範囲および図面に照らして、本開示の他の態様が当業者によって理解され得る。
【０００６】
本発明による実施形態は、特に、移動可能な薄膜光学デバイスおよびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を対象とする添付の特許請求の範囲において開示され、１つの請求項カテゴリー、たとえば、移動可能な薄膜光学デバイスにおいて述べられた特徴は、別の請求項カテゴリー、たとえば、ＨＭＤ、システム、方法、記憶媒体、およびコンピュータプログラム製品においても請求され得る。添付の特許請求の範囲における従属関係または参照は、形式的理由で選定されるにすぎない。ただし、前の請求項への意図的な参照（特に複数の従属関係）から生じる主題も請求され得、その結果、請求項とその特徴との任意の組合せが、開示され、添付の特許請求の範囲で選定された従属関係にかかわらず請求され得る。請求され得る主題は、添付の特許請求の範囲に記載の特徴の組合せだけでなく、特許請求の範囲における特徴の任意の他の組合せをも含み、特許請求の範囲において述べられた各特徴は、特許請求の範囲における任意の他の特徴または他の特徴の組合せと組み合わせられ得る。さらに、本明細書で説明または示される実施形態および特徴のいずれも、別個の請求項において、ならびに／あるいは、本明細書で説明もしくは示される任意の実施形態もしくは特徴との、または添付の特許請求の範囲の特徴のいずれかとの任意の組合せで請求され得る。
【０００７】
一実施形態では、移動可能な薄膜光学デバイスは、
少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層であって、薄膜層が、取外し後に薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に取り付けられるように構成された、薄膜層
を備え得る。
【０００８】
薄膜層は、剥離方法を使用して基板から分離可能（ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ）であり得る。
【０００９】
薄膜層は、熱放出テープを使用して基板から分離可能であり得る。
【００１０】
薄膜層は、非剥離方法を使用して基板から分離可能であり得る。
【００１１】
薄膜層は、可溶性要素によって基板に取外し可能に取り付けられ得る。
【００１２】
薄膜層が、基板に取外し可能に取り付けられたとき、基板と薄膜層との間にバリア層が配設され得、バリア層は、可溶性合成ポリマー層であり得る。
【００１３】
薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能は、薄膜層中の液晶分子の光軸向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）によって決定され得る。
【００１４】
薄膜層中の液晶分子の光軸向きは、配向された光配向（ｐｈｏｔｏ−ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）材料によって決定され得る。
【００１５】
薄膜層は液晶ポリマー層であり得る。
【００１６】
薄膜層は、誘起複屈折により光架橋されたバルク光配向材料層であり得る。
【００１７】
移動可能な薄膜光学デバイスは、パンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ：Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ  ｐｈａｓｅ）要素であり得る。
【００１８】
移動可能な薄膜光学デバイスは、透過型または反射型のプリズム、レンズ、ビーム偏向器、レンズアレイ、プリズムアレイ、および位相リターダのうちの１つまたは複数であり得る。
【００１９】
薄膜層は、ネマチック液晶、ツイストベンド液晶およびキラルネマチック液晶のうちの１つを含み得る。
【００２０】
一実施形態では、移動可能な薄膜光学デバイスは、
薄膜層に駆動電圧を提供するように構成された複数の電極
をさらに備え得、複数の電極のうちの電極が、フレキシブル透明導電層を含む。
【００２１】
一実施形態では、移動可能な薄膜光学デバイスは、
接着剤層を備え得、薄膜層は、基板に対向する第１の表面と、基板から離れた反対側の第２の表面とを有し、接着剤層は、薄膜層の第２の表面上に配設される。
【００２２】
接着剤層は、紫外線（ＵＶ）硬化性等方性接着剤層であり得る。
【００２３】
接着剤層の屈折率は、接着剤層が屈折率整合層または屈折率不整合層であるように構成されるように調整可能であり得る。
【００２４】
一実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、
ＨＭＤに光学的に結合され、基板から分離された後にＨＭＤの表面に取り付けられる、特に本明細書で述べられる実施形態による、薄膜光学デバイス
を備え得、薄膜光学デバイスは、少なくとも１つの所定の光学的機能を提供し、
少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層であって、取外し後に薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、基板に取外し可能に取り付くように構成された、薄膜層
を備える。
【００２５】
薄膜層の少なくとも１つの所定の光学的機能は、薄膜層中の液晶分子の光軸向きによって決定され得る。
【００２６】
薄膜層中の液晶分子の光軸向きは、配向された光配向材料によって決定され得る。
【００２７】
一実施形態では、１つまたは複数のコンピュータ可読非一時的記憶媒体は、実行されたとき、本発明による、または上述の実施形態のいずれか内の、システムにおいて実施するように動作可能であるソフトウェアを具現する。
【００２８】
一実施形態では、コンピュータ実装方法は、本発明による、または上述の実施形態のいずれか内の、システムを使用する。
【００２９】
一実施形態では、好ましくはコンピュータ可読非一時的記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品は、本発明による、または上述の実施形態のいずれか内の、システムにおいて使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイスの一例を示す図である。
【図２Ａ】開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイスの適用例を示す図である。
【図２Ｂ】開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイスの適用例を示す図である。
【図３Ａ】開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイスの他の例を示す図である。
【図３Ｂ】開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイスの他の例を示す図である。
【図４Ａ】開示される実施形態による、透過型の移動可能およびフレキシブルな薄膜液晶（ＬＣ）光学デバイスの一例を示す図である。
【図４Ｂ】開示される実施形態による、図４Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスがＬＣ位相リターダであるときの、ＬＣ向きの一例を示す図である。
【図４Ｃ】開示される実施形態による、図４Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスがパンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）ＬＣレンズであるときの、ＬＣ向きの一例を示す図である。
【図４Ｄ】開示される実施形態による、図４Ｃ中のＰＢＰ  ＬＣレンズにおけるＬＣ向きの一部分を示す図である。
【図４Ｅ】開示される実施形態による、図４Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスがＰＢＰ  ＬＣ格子であるときの、ＬＣ向きの一例を示す図である。
【図４Ｆ】開示される実施形態による、図４Ｅ中のＰＢＰ  ＬＣ格子におけるＬＣ向きの一部分を示す図である。
【図４Ｇ】開示される実施形態による、図４Ｅ中のＰＢＰ  ＬＣ格子が二重ツイスト（ｄｕａｌ−ｔｗｉｓｔｅｄ）構造を有するときの、ＬＣ向きの一例を示す図である。
【図５Ａ】開示される実施形態による、反射型の移動可能およびフレキシブルな薄膜ＬＣ光学デバイスの一例を示す図である。
【図５Ｂ】開示される実施形態による、図５Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスが反射型ＰＢＰ  ＬＣ格子であるときの、ＬＣ向きの一例を示す図である。
【図６Ａ】開示される実施形態による、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態の図である。
【図６Ｂ】開示される実施形態による、図６Ａ中のヘッドマウントディスプレイの前面剛体の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、添付の図面に示されている本開示の例示的な実施形態への参照が詳細に行われる。以下で、図面を参照しながら、本開示による実施形態が説明される。図面において、形状およびサイズは、明快のために誇張され、ひずませられ、または簡略化され得る。可能な場合はいつでも、同じ参照番号が、同じまたは同様の部分を指すために図面全体にわたって使用され、それらの詳細な説明が省略され得る。
【００３２】
さらに、本開示では、開示される実施形態および開示される実施形態の特徴は、矛盾のない状態の下で組み合わせられ得る。説明される実施形態は、本開示の実施形態の全部ではなく、一部であることが明らかである。開示される実施形態に基づいて、当業者は、本開示による他の実施形態を導出し得、その全部が本開示の範囲内にある。
【００３３】
図１は、開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイス１００の一例を示す。図１に示されているように、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、少なくとも１つの所定の光学的機能を提供する薄膜層１１０を備え得る。いくつかの実施形態では、薄膜層１１０は、移動可能な薄膜光学デバイス１００の所定の光学的機能のための分子パターンを有するように構造的に構成されるかまたは作製され得る。移動可能な薄膜光学デバイス１００は、取外し後に薄膜層の所定の光学的機能のための分子パターンが保存されるように、第１の基板２１０に取外し可能に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、薄膜層１１０は、離すプロセス（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を通して保存され得る液晶（ＬＣ）配向を有し得、すなわち、取外し後に薄膜層１１０の少なくとも１つの所定の光学的機能のための分子パターンが保存され得る。
【００３４】
移動可能な薄膜光学デバイス１００は、プリズム、レンズ、ビームリフレクタ、レンズ／プリズムアレイ、および位相リターダなど、透過型または反射型の光学要素として機能し得る。現在、これらのタイプの光学要素は、基板上に直接印刷され得、しかしながら、基板から取り外すと、薄膜層に対する引裂きまたは応力が生じ、それにより、分子パターンが乱れ、したがって、光学要素の光学的機能が劣化し得る。
【００３５】
さらに、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、フレキシブル薄膜光学デバイスであり得る。すなわち、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、曲げる、湾曲させる、または丸めるなどされ得、すなわち、移動可能およびフレキシブルな薄膜光学デバイスを実現し、これは、湾曲した表面またはフレキシブル構造など、剛性光学要素が適合しないことがある場合に適用され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第１の基板から離された後に、移動可能な薄膜光学デバイスは、所定の光学的機能に影響を及ぼすことなしに、第２の基板に移動され得る。図２Ａ〜図２Ｂは、開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイス１００の適用例を示す。図２Ａに示されているように、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、最初に第１の基板２１０上で配設され、次いで、第１の基板２１０から取り外され、第２の基板２２０上で再び取り付けられ得る。特に、移動可能な薄膜光学デバイス１００はフレキシブルであるので、移動可能な薄膜光学デバイス１００が取り付けられる第２の基板２２０の表面は、平坦であるか、湾曲しているかまたは任意の適切な形状であり得る。さらに、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、任意の適切な表面に取り付けられるか、または複数の移動可能な薄膜光学デバイス１００が一緒に積層されて、光学系を形成し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、第１の基板２１０は、移動可能な薄膜光学デバイス１００を作製するために、移動可能な薄膜光学デバイス１００を保管するために、移動可能な薄膜光学デバイス１００を移送するために、または移動可能な薄膜光学デバイス１００によって提供される光学的機能を使用するために移動可能な薄膜光学デバイス１００に光学的に結合されるためになど、使用され得る。同様に、第２の基板２２０も、移動可能な薄膜光学デバイス１００を作製するために、移動可能な薄膜光学デバイス１００を保管するために、移動可能な薄膜光学デバイス１００を移送するために、または移動可能な薄膜光学デバイス１００によって提供される光学的機能を使用するために移動可能な薄膜光学デバイス１００に光学的に結合されるためになど、使用され得る。
【００３８】
すなわち、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０に取外し可能に取り付けられ、次いで、移動可能な薄膜光学デバイス１００の光学的特性（すなわち、所定の光学的機能）に影響を及ぼすことなしに、第２の基板２２０に移動され得る。いくつかの実施形態では、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、さらに第３の基板などに移動され得、第３の基板は、移動可能な薄膜光学デバイス１００によって提供される光学的機能を使用するために移動可能な薄膜光学デバイス１００に光学的に結合されるように構成され得る。
【００３９】
さらに、移動プロセスは、様々な適用シナリオにおいて行われ得る。たとえば、第１の基板２１０は、移動可能な薄膜光学デバイス１００を作製するために使用され得、次いで、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０から取り外され、保管および／または移送のために第２の基板２２０に取り付けられ得、あるいは光学的機能を提供するために第２の基板２２０に取り付けられ得る。第１の基板２１０はまた、移動可能な薄膜光学デバイス１００を保管または移送するために使用され得、次いで、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０から取り外され、光学的機能を提供するために第２の基板２２０に取り付けられ得る。さらに、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０に取り付けられ、光学的機能を提供し得、次いで、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０から取り外され、光学的機能を提供するために第２の基板２２０に取り付けられ得る。他のシナリオも含まれ得る。
【００４０】
基板から移動可能な薄膜光学デバイス１００を分離するために様々な方法が使用され得る。いくつかの実施形態では、熱放出方法など、剥離方法が使用され得る。たとえば、図２Ａが示すように、熱放出テープを使用して、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０から剥離され、次いで、第２の基板２２０に移動され得る。
【００４１】
いくつかの実施形態では、基板から移動可能な薄膜光学デバイス１００を離すために非剥離方法が使用され得る。たとえば、薄膜層は、可溶性要素によって基板に取外し可能に取り付けられ得、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、可溶性要素を溶解することによって第１の基板２１０から離され得る。一実施形態では、図２Ｂが示すように、第１の基板２１０と、移動可能な薄膜光学デバイス１００との間に障壁層２３０が配設され得る。障壁層２３０の厚さは、約０．１〜１０μｍであり得る。障壁層２３０を取り外すことを通して、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０から分離され、次いで、第２の基板２２０に移動され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、障壁層２３０は、たとえば、光配向材料（ＰＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）から製造された、可溶性合成ポリマー層であり得る。障壁層２３０を溶解することを通して、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、第１の基板２１０から分離され、次いで、第２の基板２２０に移動され得る。基板から移動可能な薄膜光学デバイス１００を分離するために他の方法も使用され得、それらは本論述によって限定されない。
【００４３】
さらに、移動可能な薄膜液晶光学デバイス１１０は、様々な実装形態のための他の構造的構成を含み得る。図３Ａ〜図３Ｂは、開示される実施形態による、移動可能な薄膜光学デバイスの他の例を示す。
【００４４】
図３Ａに示されているように、薄膜層１１０は、基板２１０に対向する第１の表面と、基板２１０から離れた反対側の第２の表面とを有する。移動可能な薄膜光学デバイス１００は、薄膜層１１０の第２の表面上に配設された接着剤層１２０をさらに含み得る。接着剤層１２０は、フレキシブルな特徴および追加の保護を提供するように構成され得る。接着剤層１２０によって提供される追加の保護により、移動可能な薄膜液晶光学デバイス１１０は、薄膜層１１０に損傷を与えることについて心配することなしに、様々な用途のために、たとえば、扱う、移送するなどされ得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、接着剤層１２０の屈折率は、多様な光学設計目的のために屈折率整合層または屈折率不整合層として調整され得る。いくつかの実施形態では、接着剤層１２０は、紫外線（ＵＶ）硬化性等方性接着剤層であり得る。いくつかの実施形態では、薄膜層１１０の厚さは、約０．５〜１０μｍであり得、接着剤層１２０の厚さは、約１〜６０μｍであり得る。
【００４６】
さらに、組み合わせられた接着剤層１２０と薄膜層１１０とが、単一のエンティティとして移動され得る。すなわち、接着剤層１２０と薄膜層１１０とは、剥離方法または非剥離方法を使用して、一緒に基板２１０から離され得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、受動デバイス、すなわち、非切替え可能であり得る。いくつかの実施形態では、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、能動デバイス、すなわち、切替え可能であり得、この場合、図３Ｂに示されているように、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、薄膜層１１０に駆動電圧を提供するために薄膜層１１０をはさむ、電極１３０をさらに含み得る。電極１３０は、（ＰＥＴなどの）プラスチック膜上に配設された（酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの）フレキシブル透明導電層を含み得る。
【００４８】
さらに、組み合わせられた電極１３０と薄膜層１１０とが、単一のエンティティとして移動され得る。すなわち、電極１３０と薄膜層１１０とは、剥離方法または非剥離方法を使用して、一緒に基板２１０から剥離され得る。図３Ｂに示されているように、透明導電層１３０は、移動可能な薄膜光学デバイス１００が第１の基板２１０から取り外される前に形成され、しかしながら、いくつかの実施形態では、透明導電層１３０は、移動可能な薄膜液晶光学デバイス１００が第１の基板２１０から取り外された後に形成され得る。
【００４９】
図１に戻ると、移動可能な薄膜光学デバイス１００は、移動可能な薄膜液晶（ＬＣ）光学デバイスであり得る。薄膜層１１０は、離すプロセスを通して保存され得るＬＣ配向を有し得、すなわち、取外し後に薄膜層１１０の少なくとも１つの所定の光学的機能のためのＬＣ分子パターンが保存され得る。以下の説明では、移動可能な薄膜ＬＣ光学デバイスは、略して薄膜ＬＣ光学デバイスと呼ばれる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、薄膜ＬＣ光学デバイス１００中の薄膜層１１０は、混合ＬＣ材料と光架橋されたポリマーとを含む液晶ポリマー（ＬＣＰ）層であり得る。いくつかの実施形態では、薄膜層１１０は、偏光により配向され、誘起複屈折により光架橋された、バルク光配向材料（ＰＡＭ）層であり得る。バルクＰＡＭ層は、光配向と複屈折の両方を提供する多機能ポリマーによって形成され得る。特に、多機能ポリマーは、異なる機能を導入する異なるタイプの側基を含み得、たとえば、フォトクロミック基が、直線偏光照射時に異方性の生成を生じ、メソゲン基が、ポリマーにおける液晶特性の確立に寄与する、などである。いくつかの実施形態では、フォトクロミック基は、アゾベンゼン基、桂皮エステル基などを含み得る。
【００５１】
ＬＣＰ層またはバルクＰＡＭ層は、あるパターンのＬＣ分子（すなわち、メソゲン分子）を有するように構造的に構成されるかまたは作製され得、それにより、薄膜ＬＣ光学デバイス１００の光学的機能を提供する。ＬＣ分子の構造化パターンに応じて、薄膜ＬＣ光学デバイス１００は、プリズム、レンズ、ビームリフレクタ、レンズ／プリズムアレイ、位相リターダなど、透過型または反射型の光学要素として機能し得、これは、適応的、光効率的、軽量およびカスタマイズされた光学要素への可能性を開く。
【００５２】
薄膜ＬＣ光学デバイス１００は、能動または受動であり得る。図３Ｂにおいて上記で説明されたように、能動移動可能な薄膜光学デバイスを実現するために、電極１３０は、薄膜層１１０に駆動電圧を提供するために薄膜層１１０をはさみ得る。特に、能動薄膜ＬＣ光学デバイス１００では、電極１３０は、ＬＣＰ層とＰＡＭ層の両方をはさむか、またはバルクＰＡＭ層をはさみ得る。受動薄膜ＬＣ光学デバイス１００では、接着剤層と基板とが、ＬＣＰ層とＰＡＭ層の両方をはさむか、またはバルクＰＡＭ層をはさみ得、しかしながら、いくつかの実施形態では、接着剤層が省略され得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、能動薄膜ＬＣ光学デバイス１００中のＬＣ材料（すなわち、メソゲン材料）は、ネマチックＬＣ、ツイストベンドＬＣ、またはキラルネマチックＬＣ（またはキラルドーパントを用いたＬＣ）などを含み得、受動薄膜ＬＣ光学デバイス１００中のＬＣ材料は、ネマチックＬＣ、またはキラルネマチックＬＣ（またはキラルドーパントを用いたＬＣ）などを含み得る。ＬＣ材料は、正または負の誘電異方性を有し得る。
【００５４】
さらに、薄膜ＬＣ光学デバイス１００は、ツイスト構造または非ツイスト構造を有し得る。キラルネマチックＬＣ（またはキラルドーパントを用いたＬＣ）は、薄膜ＬＣ光学デバイス１００がツイスト構造を有することを可能にし得る。たとえば、薄膜ＬＣ光学デバイスにおける光伝搬方向とともに、二重ツイストまたは多重ツイスト構造層が、薄膜ＬＣ光学デバイス１００の効率に関する色消し性能（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を提供する。薄膜ＬＣ光学デバイスにおける光伝搬方向とともに、非ツイスト構造は、ツイスト構造よりも作製することが簡単であり得、しかしながら、非ツイスト構造は、単色光のために最適化されるにすぎないことがある。
【００５５】
いくつかの実施形態では、薄膜ＬＣ光学デバイス１００の光学的機能（すなわち、ＬＣ分子の構造化パターン）は、ＬＣＰ層／バルクＰＡＭ層中のＬＣ分子の光軸の操作に基づき得る。そのような薄膜ＬＣ光学デバイスは、概して、パンチャラトナムベリー位相（ＰＢＰ）要素、幾何学的位相（ＧＰ）要素、サイクロイド回折波長板（ＣＤＷ）、偏光要素、偏光体積要素、または偏光体積ホログラム（ＰＶＨ）要素と呼ばれる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、ＬＣＰ層中のＬＣ分子の光軸の操作は、パターン化されたまたは均一な配向されたＰＡＭ層上に、ＬＣＰ層中のＬＣ分子を配向することによって実現され得る。いくつかの実施形態では、バルクＰＡＭ層中のＬＣ分子の光軸の操作は、パターン化されたまたは均一な配向されたバルクＰＡＭ層中のＬＣ分子を配向することによって実現され得る。
【００５７】
ＬＣＰ層／バルクＰＡＭ層中のＬＣ分子の光軸の形成されたパターン（すなわち、ＬＣ向き）に従って、薄膜ＬＣ光学デバイス１００は、プリズム、レンズ、ビームリフレクタ、レンズ／プリズムアレイ、位相リターダなど、透過型または反射型の光学要素として機能し得る。以下で薄膜ＬＣ光学デバイスの様々な設計が説明される。これらの設計は、例示的なものにすぎず、本明細書で説明される原理を使用して薄膜ＬＣ光学デバイスの他の設計が生成され得ることに留意されたい。
【００５８】
図４Ａは、開示される実施形態による、透過型の移動可能およびフレキシブルな薄膜ＬＣ光学デバイス４００の一例である。ＬＣＰ層／バルクＰＡＭ層中のＬＣ分子の光軸の形成されたパターン（すなわち、ＬＣ向き）に従って、薄膜ＬＣ光学デバイス４００は、プリズム、レンズ、ビームリフレクタ、レンズ／プリズムアレイ、位相リターダなど、透過型の光学要素として機能し得る。
【００５９】
図４Ｂは、開示される実施形態による、図４Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスがＬＣ位相リターダ４１０であるときの、ＬＣ向きの一例を示す。図４Ｂに示されているように、ＬＣ分子の光軸は、ＬＣ位相リターダ４１０全体にわたって均一な向きを有し得、これは、均一な配向されたＰＡＭ層上でＬＣＰ層中のＬＣ分子を配向すること、または均一な配向されたバルクＰＡＭ層中のＬＣ分子を配向することによって実現され得る。印加電圧なしに、ＬＣ分子のすべてが、均一な配向されたＰＡＭ層／均一な配向されたバルクＰＡＭ層により配向され得る。ＬＣ位相リターダ４１０が能動要素であるとき、ＬＣ位相リターダ４１０は、透過光の位相の能動制御を可能にし得る。ＬＣ位相リターダは、広いスペクトル範囲にわたって波長の最高１／２だけ透過光を遅延させるように正確に同調され得るので、従来の波長板の代わりにＬＣ位相リターダがしばしば使用される。
【００６０】
単に透過光の位相を変更するために、直線偏光入射光が、ＬＣ位相リターダ４１０の光軸により、その偏光軸を配向されるように構成され得る。印加電圧が徐々に増加するにつれて、透過光における位相オフセットが減少され得る。
【００６１】
さらに、ＬＣ位相リターダ４１０は、偏光管理構成要素としても効果的に使用され得る。たとえば、ＬＣ位相リターダ４１０が１／２波長板であるとき、第１の偏光方向を有する直線偏光入射光が、第１の偏光方向に直角な第２の第１の偏光方向を有する直線偏光出力光に変換され得、ＬＣ位相リターダ４１０が１／２波長板であるとき、円偏光入射光が、逆掌性（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）を有する円偏光出力光に変換され得、ＬＣ位相リターダ４１０が１／４波長板であるとき、直線偏光入射光が、円偏光出力光に変換され得る。入射光の偏光を制御するためにＬＣ位相リターダ４１０を使用するとき、直線偏光入射光の偏光軸は、ＬＣ位相リターダ４１０の光軸に対して４５°の角度に向けられ得る。
【００６２】
図４Ｃは、図４Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスがＰＢＰ  ＬＣレンズ４２０であるときの、ＬＣ向きの一例を示す。図４Ｃに示されているように、ＰＢＰ  ＬＣレンズ４２０は、ＬＣ分子の面内向き（方位角θ）を介してそれぞれのレンズプロファイルを作成し得、ここで、位相差Ｔ＝２θである。ＬＣ分子の方位角は、変動ピッチΛで、ＰＢＰ  ＬＣレンズ４２０の中心４２４からエッジ４２２まで連続的に変更され得る。ピッチは、ＬＣ分子の方位角が初期状態から１８０°だけ回転されるやり方で定義される。対照的に、従来のＬＣレンズは、液晶の複屈折（Δｎ）および層厚さ（ｄ）、ならびに（それがフレネルレンズ設計である場合）フレネルゾーンの数（＃）を介してレンズプロファイルを作成し、ここで、位相差Ｔ＝ｄΔｎ＊＃＊２π／λである。したがって、ＰＢＰ  ＬＣレンズ４２０は、大きい開口サイズを有し得、極めて薄いＬＣ層で作られ得、これは、レンズパワー（ｌｅｎｓ  ｐｏｗｅｒ）をオン／オフにする高速切替え速度を可能にする。
【００６３】
図４Ｄは、図４ＣのＰＢＰ  ＬＣレンズ４２０におけるｙ軸に沿って取られたＬＣ向き４３０の断面である。図４Ｄに示されているように、液晶向き４３０から、ピッチ変動のレートは、レンズ中心４２４からの距離の関数であり得る。ピッチ変動のレートは、レンズ中心４２４からの距離とともに増加し得る。たとえば、レンズ中心４２４におけるピッチ（Λ０）は、最も遅く、エッジ４２２におけるピッチ（Λｒ）は、最も高く、すなわち、Λ０＞Λ１＞．．．＞Λｒである。ｘ−ｙ平面では、レンズ半径（ｒ）およびレンズパワー（＋／−ｆ）をもつＰＢＰ  ＬＣレンズを作るために、方位角θは、θ＝ｒ２／２ｆ＊（π／λ）を満たし得、ここで、λは入射光の波長である。
【００６４】
さらに、ＰＢＰ要素は、能動または受動であり得る。能動ＰＢＰ要素は、３つの光学的状態、すなわち、加算状態（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｓｔａｔｅ）、中間状態（ｎｅｕｔｒａｌ  ｓｔａｔｅ）、および減算状態（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  ｓｔａｔｅ）を有する。能動ＰＢＰ要素の状態は、能動ＰＢＰ要素に入射する光の偏光の掌性と印加電圧とによって決定される。いくつかの実施形態では、能動ＰＢＰ要素は、左円偏光（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）をもつ入射光と０の（またはより一般的には、ある最小値を下回る）印加電圧とに応答して、減算状態において動作し、右円偏光（ｒｉｇｈｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）をもつ入射光と０の（またはより一般的には、ある最小値を下回る）印加電圧とに応答して、加算状態において動作し、電界とともに正の誘電異方性をもつＬＣを配向するしきい値電圧よりも大きい印加電圧に応答して、（偏光にかかわらず）中間状態において動作し得る。
【００６５】
対照的に、受動ＰＢＰ要素は、２つの光学的状態、すなわち、加算状態および減算状態を有する。受動ＰＢＰ要素の状態は、受動ＰＢＰ要素に入射する光の偏光の掌性によって決定される。いくつかの実施形態では、受動ＰＢＰ要素は、左回り偏光（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）をもつ入射光に応答して、減算状態において動作し、右回り偏光（ｒｉｇｈｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）をもつ入射光に応答して、加算状態において動作し得る。
【００６６】
図４Ｃに示されているＰＢＰ  ＬＣレンズ４２０の場合、能動ＰＢＰ  ＬＣレンズは、３つの（光学的状態とも呼ばれる）個別焦点状態を有する光学要素である。３つの光学的状態は、加算状態、中間状態、および減算状態である。加算状態は、システムに光パワー（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を加算し（すなわち、「ｆ」の正の焦点を有し）、中間状態は、システムの光パワーに影響を及ぼさず（および、ＰＢＰ  ＬＣレンズを通過する光の偏光に影響を及ぼさず）、減算状態は、システムから光パワーを減算する（すなわち、「−ｆ」の負の焦点を有する）。能動ＰＢＰ  ＬＣレンズの状態は、能動ＰＢＰ  ＬＣレンズに入射する光の偏光の掌性と印加電圧とによって決定される。対照的に、受動ＰＢＰ  ＬＣレンズは、２つの光学的状態、すなわち、システムに光パワーを加算する（すなわち、「ｆ」の正の焦点を有する）加算状態と、システムから光パワーを減算する（すなわち、「−ｆ」の負の焦点を有する）減算状態とを有する。
【００６７】
図４Ｅは、図４Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスがＰＢＰ  ＬＣ格子４４０であるときの、ＬＣ向きの一例を示し、図４Ｆは、図４Ｅ中のＰＢＰ  ＬＣ格子４４０においてｙ軸に沿って取られたＬＣ向き４５０の断面を示す。図４Ｅ〜図４Ｆに示されているように、ＰＢＰ  ＬＣ格子／偏向器４４０では、ＬＣ分子の方位角は、均一なピッチΛで、ＰＢＰ  ＬＣ格子４４０の中心４４４からエッジ４４２まで直線的に繰返しのパターンで変更され得る。ＰＢＰ  ＬＣ格子４４０のピッチΛは、パターンの繰り返される部分間のｙ軸に沿った距離の半分であり得る。ピッチΛは、部分的に、ＰＢＰ  ＬＣ格子４４０の光学的特性を決定し得る。たとえば、ＰＢＰ  ＬＣ格子４４０の光軸（すなわち、ｚ軸）に沿って入射する円偏光は、回折次数ｍ＝＋１、−１、および０にそれぞれ対応する１次光、共役光、および漏れ光を備える格子出力を有し得る。ピッチΛは、異なる回折次数において光の回折角（たとえば、ビームステアリング角）を決定し得る。概して、ピッチΛが小さいほど、光の所与の波長についての回折角が大きくなる。
【００６８】
図４Ｅに示されているＰＢＰ  ＬＣ格子４４０の場合、能動ＰＢＰ  ＬＣ格子は、能動ＰＢＰ  ＬＣレンズの光学的状態に類似した３つの光学的状態、すなわち、加算状態、中間状態、および減算状態を有する。加算状態では、能動ＰＢＰ  ＬＣ格子は、減算状態の回折角に対して正である角度に、特定の波長の光を回折する。減算状態では、能動ＰＢＰ  ＬＣ格子は、加算状態の正の角に対して負である角度に、特定の波長における光を回折する。中間状態では、ＰＢＰ  ＬＣ格子は、光回折をもたらさず、能動ＰＢＰ  ＬＣ格子を通過する光の偏光に影響を及ぼさない。対照的に、受動ＰＢＰ  ＬＣ格子は、２つの光学的状態、すなわち、加算状態および減算状態を有する。
【００６９】
図４Ｇは、図４Ｅ中のＰＢＰ  ＬＣ格子４４０が二重ツイスト構造を有するときの、ＬＣ向き４６０の一例を示す。図４Ｇに示されているように、ｙ軸に沿ったＬＣ分子のダイレクタは、非ツイストＰＢＰ  ＬＣ格子と同じであり得、ｚ軸に沿って、ＬＣ分子のダイレクタは、下部からＬＣＰ層の中間まである程度ツイストし、次いで、上部まで逆にツイストし得る。すなわち、垂直ピッチΛｚは、薄膜層の厚さの半分であり得る。
【００７０】
図４Ａ〜図４Ｇに示されている透過型薄膜ＬＣ光学デバイスに加えて、反射型薄膜ＬＣ光学デバイスも実現され得る。図５Ａは、開示される実施形態による、反射型の移動可能およびフレキシブルな薄膜ＬＣ光学デバイス５００の一例を示し、図５Ｂは、開示される実施形態による、図５Ａ中の薄膜ＬＣ光学デバイスが反射型ＰＢＰ  ＬＣ格子であるときの、ＬＣ向き５１０の一例を示す。
【００７１】
反射型ＰＢＰ  ＬＣ格子は、その物理的特性により、反射型偏光体積格子（ＲＰＶＧ：ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｖｏｌｕｍｅ  ｇｒａｔｉｎｇ）とも呼ばれる。図５Ｂに示されているように、ＲＰＶＧ５００は、図４Ｇに示されている二重ツイスト透過型ＰＢＰ  ＬＣ格子よりも高い程度の、ｚ方向に沿ったツイスト（すなわち、はるかに小さい垂直ピッチΛｚ）を組み込み得る。ＲＰＶＧ５００のデバイス構造は、図４Ｇに示されている二重ツイスト透過型ＰＢＰ  ＬＣ格子のデバイス構造にやや類似しているが、偏向機構はまったく異なる。入力光の位相を変調する代わりに、ＲＰＶＧ５００は、ブラッグ反射（または傾斜したマルチプレーヤ反射）を通して光を偏向させる。特に、効率を膜厚の関数（すなわち、ｚ方向における薄膜層の厚さ）としてより詳しく見ると、差が明らかになる。図４Ｇに示されている二重ツイスト透過型ＰＢＰ  ＬＣ格子の場合、効率は、膜厚が第１の最適厚さよりも増加するにつれて低下する。しかしながら、図５Ａに示されているＲＰＶＧ５００の場合、効率は、厚さとともに単調に増加し、次いで、徐々に飽和する。
【００７２】
開示される移動可能な薄膜光学デバイスは、イメージング、光通信、ディスプレイ、および生物医学的適用例など、多種多様な分野において広い適用例を有し得、これは、１つまたは複数の移動可能な薄膜光学デバイスを含むシステムの重量を著しく低減し、外観を向上させ得る。たとえば、現在、ＡＲ／ＶＲ／ＭＲ  ＨＭＤにおいて使用される様々な光学構成要素は、しばしば、コストがかかり、剛性であり、サイズ低減が困難であるなどである。小さいフォームファクタ、コンパクトさおよび軽量を維持しながら複雑な表示機能を満たすために、ＡＲ／ＶＲ／ＭＲ  ＨＭＤにおける光学構成要素は、適応的、光効率的、および軽量であることが大いに望まれる。
【００７３】
レンズ、導波路、他の光学要素など、任意の表面に取り付けられた後に、開示される移動可能な薄膜光学デバイスは、アイトラッキング構成要素、多焦点または可変焦点のための調節構成要素、表示解像度拡張構成要素、瞳孔ステアリング要素、および偏光管理構成要素としてのブロードバンド波長板（たとえば、１／４波長板または１／２波長板）など、ＡＲ／ＶＲ／ＭＲ  ＨＭＤにおいて使用され得る光学構成要素を構築するために使用され得、これは、ＡＲ／ＶＲ／ＭＲ  ＨＭＤの重量を著しく低減し、外観を向上させ得、したがって、未来のＡＲ／ＶＲ／ＭＲ  ＨＭＤへの可能性を開く。
【００７４】
図６Ａは、開示される実施形態による、ヘッドマウントディスプレイ６００の一実施形態の図を示し、図６Ｂは、開示される実施形態による、図６Ａ中のヘッドマウントディスプレイの前面剛体の断面６５０を示す。ヘッドマウントディスプレイ６００は、開示される移動可能およびフレキシブルな薄膜光学デバイスのうちの１つまたは複数を備え得る。
【００７５】
図６Ａに示されているように、ＨＭＤ６００は、前面剛体６０５と、バンド６１０とを含み得る。前面剛体６０５は、電子ディスプレイの１つまたは複数の電子ディスプレイ要素（図示せず）と、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）６１５と、１つまたは複数の位置センサー６２０と、ロケータ６２５とを含み得る。図６Ａによって示されている実施形態では、位置センサー６２０は、ＩＭＵ６１５内に位置し得、ＩＭＵ６１５および位置センサー６２０のいずれもユーザに可視でないことがある。ＩＭＵ６１５、位置センサー６２０、およびロケータ６２５。ＨＭＤ６００は、ＶＲまたはＡＲまたはＭＲデバイスとして働き得、ＨＭＤ６００がＡＲまたはＭＲデバイスとして働くとき、ＨＭＤ６００の部分およびその内部構成要素は少なくとも部分透明であり得る。
【００７６】
図６Ｂに示されているように、前面剛体６０５は、射出瞳６７０に画像光を一緒に提供する、電子ディスプレイ６５５と可変焦点ブロック６６０とを含み得る。射出瞳６７０は、ユーザの眼６６５が配置される前面剛体６０５のロケーションであり得る。説明の目的で、図６Ｂは、単一の眼６６５に関連する断面６５０を示すが、可変焦点ブロック６６０とは別個の、別の可変焦点ブロック６６０が、変更された画像光をユーザの別の眼に提供する。さらに、ＨＭＤ６００は、アイトラッキングシステム（図示せず）を含み得る。アイトラッキングシステムは、たとえば、ユーザの一方または両方の眼を照明する１つまたは複数のソースと、ユーザの一方または両方の眼の画像をキャプチャする１つまたは複数のカメラとを含み得る。
【００７７】
電子ディスプレイ６５５は、ユーザに画像を表示し得る。いくつかの実施形態では、電子ディスプレイ６５５は、ユーザの各眼６６５のための導波路ディスプレイまたは積層導波路ディスプレイを含み得る。たとえば、積層導波路ディスプレイは、それぞれの単色ソースが異なる色のものである導波路ディスプレイを積層することによって作り出された多色ディスプレイ（たとえば、赤緑青（ＲＧＢ）ディスプレイ）であり得る。導波路ディスプレイは、画像光を生成するソースアセンブリと、ユーザの眼６６５に拡大された画像光を出力する出力導波路とを含み得る。出力導波路は、ソースアセンブリからの光を出力導波路に結合するための１つまたは複数の結合要素と、出力導波路からの光をユーザの眼６６５に減結合するための減結合要素と、結合要素からの光を減結合要素に向けるための方向付け要素（ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）とを含み得る。
【００７８】
既存のＨＭＤでは、結合要素、方向付け要素および減結合要素は、各々、たとえば、回折格子、ホログラフィック格子、１つまたは複数のカスケード型反射器、１つまたは複数のプリズム表面要素、および／またはホログラフィック反射器のアレイであり得る。しかしながら、開示される実施形態では、結合要素、方向付け要素および減結合要素は、図４Ｅ〜図４Ｇおよび図５Ａ〜図５Ｂに示されているＰＢＰ  ＬＣ格子など、対応する構造化ＬＣパターンをもつ開示される薄膜ＬＣ光学デバイスによって実現され得る。
【００７９】
表面レリーフ格子（ＳＲＧ）およびホログラフィック格子（ＨＧ）など、既存のＨＭＤにおいて使用される様々な格子と比較して、ＰＢＰ  ＬＣ格子は、大きい視野およびより広いスペクトル幅にわたって高い効率を有し得、したがって、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲ適用例のために使用される導波路結合ＨＭＤについての大きい利点を提供し得る。さらに、二重ツイスト構造を有するＰＢＰ  ＬＣ格子は、すべての可視波長にわたって色消し効率（ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を提供し得る。さらに、図５Ａ〜図５Ｂに示されているＲＰＶＧは、１つの円偏光のためにのみ偏向を可能にするが、他の偏光は透過することになるので、ＲＰＶＧが、ＡＲ  ＨＭＤにおいて表示された画像と現実世界とを統合するコンバイナとして使用されるとき、現実世界の光の全体的透過率は増加され得る。
【００８０】
さらに、可変焦点ブロック６６０は、電子ディスプレイ６５５から放出される光が、ユーザから特定の焦点距離において現れるように、その光の距離を調整し得る。可変焦点ブロック６６０は、光学系における１つまたは複数の可変焦点構造を含み得る。可変焦点構造は、可変焦点システムからの命令に従ってその焦点を動的に調整するように構成された光学デバイスである。可変焦点構造は、固定光パワーをもつ従来のレンズおよび／または調整可能な光パワーをもつ可変レンズを含み得、これは、図４Ｃに示されているＰＢＰ  ＬＣレンズなど、対応する構造化ＬＣパターンをもつ開示される薄膜ＬＣ光学デバイスによって実現され得る。
【００８１】
ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲ適用例のために使用されるＨＭＤのための設計仕様は、一般に、人間の眼の輻輳調節（ｖｅｒｇｅｎｃｅ−ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）（たとえば、約±２ジオプターまたはそれ以上）、高速切替え速度（たとえば、約３００ｍｓ）、および高品質の画像に適応するために、大きい範囲の光パワーを必要とする。従来のＬＣレンズは、概して、ＬＣ材料が比較的高い屈折率を有することまたは比較的厚いこと（これは切替え速度を低減する）を必要とするので、従来のＬＣレンズは、これらの適用例に好適でないことがあることに留意されたい。対照的に、ＰＢＰ  ＬＣレンズは、比較的低い屈折率を有するＬＣ材料を使用して、設計仕様を満たすことが可能であり、その上、ＰＢＰ  ＬＣレンズは、薄く（たとえば、単一の液晶層は約２μｍであり得る）、高い切替え速度（たとえば、３００ｍｓ）を有する。
【００８２】
可変焦点構造は、ＰＢＰ  ＬＣレンズに入射する円偏光の掌性を制御する１つまたは複数の偏光管理構成要素をも含み得、偏光管理構成要素は、図４Ｂに示されているＬＣ位相リターダなど、対応する構造化ＬＣパターンをもつ開示される薄膜ＬＣ光学デバイスによっても実現され得る。
【００８３】
さらに、いくつかの実施形態では、可変焦点ブロック６６０は、受信された光を拡大し、画像光に関連する光学誤差を補正し、ＨＭＤ６００のユーザに提示される補正された画像光を提示し得る。可変焦点ブロック６６０は、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、またはぼけた画像光に作用する他の好適な光学要素など、光学系における１つまたは複数の光学要素をさらに含み得、これは、対応する構造化ＬＣパターンをもつ開示される薄膜ＬＣ光学デバイスによっても実現され得る。
【００８４】
ＨＭＤにおける薄膜ＬＣ光学デバイスの上述の適用例は、説明のためのものにすぎない。さらに、開示される薄膜ＬＣ光学デバイスは、アイトラッキング構成要素、表示解像度拡張構成要素、および瞳孔ステアリング要素などを実現するためにも使用され得、これは、本開示によって限定されない。薄膜ＬＣ光学デバイスは、適応的、光効率的、軽量およびカスタマイズされた光学要素であり、したがって、ＨＭＤでは多機能光学構成要素として薄膜ＬＣ光学デバイスを使用することを通して、ＨＭＤの重量は著しく低減され得るが、外観は向上され得、したがって、未来のＡＲ／ＶＲ／ＭＲ  ＨＭＤへの可能性を開く。
【００８５】
本開示の実施形態の上記の説明は、例示の目的で提示された。上記の説明は、網羅的であること、または開示される正確な形態に本開示を限定することは意図されない。当業者は、上記の開示に照らして多くの修正および変形が可能であることを諒解することができる。
【００８６】
本明細書のいくつかの部分は、情報に関する動作のアルゴリズムおよび記号表現に関して本開示の実施形態について説明する。これらのアルゴリズム説明および表現は、データ処理技術分野の当業者が、他の当業者に自身の仕事の本質を効果的に伝えるために通常使用される。これらの動作は、機能的に、計算量的に、または論理的に説明されるが、コンピュータプログラムまたは等価な電気回路、マイクロコードなどによって実装されることが理解される。さらに、一般性の喪失なしに、動作のこれらの仕組みをモジュールと呼ぶことが時々好都合であることも証明された。説明される動作およびそれらの関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて具現され得る。
【００８７】
本明細書で説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれも、１つまたは複数のハードウェアまたはソフトウェアモジュールで、単独でまたは他のデバイスとの組合せで実施または実装され得る。一実施形態では、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプログラムコードを含んでいるコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品で実装され、コンピュータプログラムコードは、説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実施するためにコンピュータプロセッサによって実行され得る。
【００８８】
本開示の実施形態はまた、本明細書の動作を実施するための装置に関し得る。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築され得、および／あるいは、この装置は、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再構成される汎用コンピューティングデバイスを備え得る。そのようなコンピュータプログラムは、非一時的有形コンピュータ可読記憶媒体、または電子命令を記憶するのに好適な任意のタイプの媒体に記憶され得、それらの媒体はコンピュータシステムバスに結合され得る。さらに、本明細書で言及される任意のコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含み得るか、または増加された計算能力のために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであり得る。
【００８９】
本開示の実施形態はまた、本明細書で説明されるコンピューティングプロセスによって製造される製品に関し得る。そのような製品は、コンピューティングプロセスから生じる情報を備え得、その情報は、非一時的有形コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、本明細書で説明されるコンピュータプログラム製品または他のデータ組合せの任意の実施形態を含み得る。
【００９０】
最終的に、本明細書において使用される言い回しは、主に読みやすさおよび教育目的で選択されており、本明細書において使用される言い回しは、本発明の主題を定めるかまたは制限するように選択されていないことがある。したがって、本開示の範囲はこの詳細な説明によって限定されるのではなく、むしろ、本明細書に基づく出願に関して生じる請求項によって限定されることが意図される。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲を例示するものであり、限定するものではない。
【図１】
2021532395.tif 000003
【図２Ａ】
2021532395.tif 000004
【図２Ｂ】
2021532395.tif 000005
【図３Ａ】
2021532395.tif 000006
【図３Ｂ】
2021532395.tif 000007
【図４Ａ】
2021532395.tif 000008
【図４Ｂ】
2021532395.tif 000009
【図４Ｃ】
2021532395.tif 000010
【図４Ｄ】
2021532395.tif 000011
【図４Ｅ】
2021532395.tif 000012
【図４Ｆ】
2021532395.tif 000013
【図４Ｇ】
2021532395.tif 000014
【図５Ａ】
2021532395.tif 000015
【図５Ｂ】
2021532395.tif 000016
【図６Ａ】
2021532395.tif 000017
【図６Ｂ】
2021532395.tif 000018
【国際調査報告】
2021532395.tif 000019
2021532395.tif 000020
2021532395.tif 000021