显示装置包括具有超表面的波导作为耦入光学元件和/或耦出光学元件。超表面可以形成在波导的表面上并且可以包括多个亚波长尺度(例如，纳米尺度)突起或亚波长尺度突起的阵列。单独的突起可以包括可具有不同折射率的不同材料的水平和/或竖直层，从而允许增强对超表面的光重定向特性的操纵。材料的一些配置和组合可以有利地允许宽带超表面。本文所述的制造方法提供了具有期望配置或轮廓的不同材料的竖直和/或水平层。的竖直和/或水平层。的竖直和/或水平层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包括多种材料的光重定向结构的超表面以及制造方法
[0001]相关申请的相交引用
[0002]本申请要求2019年11月8日提交的名称为“METASURFACES WITH LIGHT
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REDIRECTING STRUCTURES INCLUDING MULTIPLE MATERIALS AND METHODS FOR FABRICATING(具有包括多种材料的光重定向结构的超表面以及制造方法)”的序列号为62/933246的美国临时申请的优先权益，在此将其全部内容通过引用的方式并入本文。
[0003]本公开涉及显示系统，更具体地，涉及增强和虚拟现实显示系统。
技术介绍
[0004]现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现的图像或其部分以看起来或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及对其它实际的真实世界视觉输入不透明地呈现数字或虚拟图像信息；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息作为对用户周围实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种AR场景，并且通常涉及整合到自然世界中并响应于自然世界的虚拟对象。例如，MR场景可以包括AR图像内容，该AR图像内容看起来被真实世界中的对象遮挡或者被感知为与真实世界中的对象交互。
[0005]参考图1，示出了增强现实场景10。AR技术的用户看到真实世界的公园式设置环境20，该设置环境以人、树、位于背景中的建筑物以及混凝土平台30为特征。用户还感知到他/她“看到”“虚拟内容”，例如站在真实世界平台30上的机器人雕像40，以及飞过的卡通式化身角色50，该角色看上去是大黄蜂的化身。这些元素50、40是“虚拟的”，因为他们在真实世界中不存在。由于人类视觉感知系统复杂，因此产生便于从其它虚拟或真实世界图像元素当中舒适、自然、丰富地呈现虚拟图像元素的AR技术极具挑战性。
技术实现思路
[0006]一些方面包括光学系统。光学系统包括波导和在波导的表面上的光学元件。光学元件被配置为重定向具有波长的光，并且包括设置在波导上的多个间隔开的突起。每个突起包括包含第一材料的第一竖直层和包含不同于第一材料的第二材料的第二竖直层。
[0007]光学元件可以是超表面。第一材料和第二材料可以具有不同的折射率。第一竖直层可以限定u形截面轮廓，其中第二材料填充u形的内部体积。每个突起还可以包括设置在第一竖直层与第二竖直层之间的中间竖直层，中间竖直层包括不同于第一材料和第二材料的第三材料。中间竖直层和第二竖直层两者可以具有u形截面轮廓。多个突起可以包括纳米束和柱中的至少一种。多个突起中的突起可以彼此隔开亚波长间隔。如本文所用，亚波长尺寸小于光的波长，优选可见光(例如，超表面被配置为在显示系统中接收和重定向的可见光，如本文所公开的)。波长可以对应于蓝光、绿光或红光。
[0008]一些方面包括一种制造用于重定向光的光学元件的方法。该方法包括：在波导上
提供多个间隔开的占位，将包括第一材料的第一毯层保形地沉积到占位和波导上，优先地去除第一毯层的水平定向部分以暴露占位的至少一部分，以及相对于第一毯层选择性地蚀刻占位以形成包括第一材料的多个竖直定向的突起。多个竖直定向的突起被配置为重定向光。
[0009]竖直定向的突起可以形成超表面，竖直定向的突起具有小于光的波长的间隔。竖直定向的突起可以包括纳米束和柱中的至少一种。波长可以对应于蓝光、绿光或红光。提供占位可以包括：在波导上沉积抗蚀剂的层并图案化抗蚀剂以限定占位。图案化抗蚀剂可以包括执行光刻、电子束光刻和纳米压印光刻中的至少一种。保形地沉积第一层可以包括：通过原子层沉积来沉积第一层。该方法还可以包括：将第二毯层保形地沉积到第一毯层上，第二毯层包括不同于第一材料的第二材料，其中在优先地去除水平定向部分之前保形地沉积第二毯层。优先地去除水平定向部分可以去除第二层和第一层的水平定向部分。第一毯层可以沿着占位的侧壁延伸以在其间限定开放体积，该方法还包括：在优先地去除水平定向部分之前用填充材料填充开放体积。选择性地蚀刻占位可以包括：保留填充材料。填充材料可以具有不同于第一材料的折射率。优先地去除水平定向部分可以包括：执行化学机械抛光。该方法还可以包括：在选择性地蚀刻占位之前，对第一毯层的剩余部分进行退火。选择性地蚀刻占位可以包括湿法蚀刻和等离子体蚀刻中的至少一种。
[0010]一些方面包括光学系统。光学系统包括波导和在波导的表面上的光学元件。光学元件被配置为重定向具有波长的光，并且包括设置在波导上的多个突起。每个突起包括：在波导上的下水平层，下水平层包括第一材料；以及在下水平层上的上层，上水平层包括不同于第一材料的第二材料。
[0011]光学元件可以包括超表面。第一材料和第二材料可以具有不同的折射率。每个突起还可以包括设置在上层与下层之间的中间水平层，中间层包括不同于第一材料和第二材料的第三材料。多个突起可以包括纳米束和柱中的至少一种。多个突起可以彼此隔开小于光的波长的亚波长间隔。波长可以对应于蓝光、绿光或红光。第一材料和第二材料中的至少一者可以包括硫化合物。硫化合物可以是硫化钼。
[0012]一些方面包括一种制造光学元件的方法。该方法包括形成超表面，其中形成超表面包括：在波导上沉积下毯层，下毯层包括第一材料；在下毯层上沉积上毯层，上毯层包括不同于第一材料的第二材料；在上毯层之上形成蚀刻掩模，蚀刻掩模暴露上毯层的未掩蔽部分；以及去除上毯层和下毯层的未掩蔽部分以形成包括下层和上层的剩余部分的多个突起，突起被配置为重定向光。
[0013]竖直定向的突起可以形成超表面，竖直定向的突起具有小于光的波长的亚波长间隔。竖直定向的突起可以包括纳米束和柱中的至少一种。波长可以对应于蓝光、绿光或红光。该方法还可以包括：通过将多个突起暴露于包括用于结合到下层和上层中的至少一者中的化学物质的气氛，来将每个突起的下层和上层中的至少一者转换为不同的材料。转换下层或上层可以包括硫化和硒化中的至少一种。下层和上层可以通过物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积中的至少一种来沉积。下层和上层中的至少一者可以具有5纳米或更小的厚度。该方法还可以包括：在形成蚀刻掩模之前，将第三层沉积到上层上，第三层包括不同于第一材料和第二材料的第三材料，其中形成蚀刻掩模包括：在第三层之上形成蚀刻掩模。
附图说明
[0014]图1示出了用户通过AR装置看到的增强现实(AR)的视图。
[0015]图2示出了用于为用户模拟三维图像的传统显示系统。
[0016]图3A至3C示出了曲率半径与焦半径之间的关系。
[0017]图4A示出了人类视觉系统的适应
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聚散(accommodation
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vergence)响应的表示。
[0018]图4B示出了用户的一双眼睛的不同适应状态和聚散状态的示例。
[0019]图4C示出了用户经由显示系统观看内容的俯视图表示的示例。
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学系统，包括：波导；在所述波导的表面上的光学元件，所述光学元件被配置为重定向具有波长的光，所述光学元件包括：设置在所述波导上的多个间隔开的突起，每个突起包括：包括第一材料的第一竖直层；以及包括不同于所述第一材料的第二材料的第二竖直层。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学元件是超表面。3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一材料和所述第二材料具有不同的折射率。4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一竖直层限定u形截面轮廓，其中，所述第二材料填充所述u形的内部体积。5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，每个突起还包括：设置在所述第一竖直层与所述第二竖直层之间的中间竖直层，所述中间竖直层包括不同于所述第一材料和所述第二材料的第三材料。6.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述中间竖直层和所述第二竖直层两者具有u形截面轮廓。7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个突起包括纳米束和柱中的至少一种。8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个突起中的突起彼此隔开小于所述光的所述波长的亚波长间隔。9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述波长对应于蓝光、绿光或红光。10.一种制造用于重定向光的光学元件的方法，所述方法包括：在波导上提供多个间隔开的占位；将包括第一材料的第一毯层保形地沉积到所述占位和所述波导上；优先地去除所述第一毯层的水平定向部分以暴露所述占位的至少一部分；以及相对于所述第一毯层选择性地蚀刻所述占位以形成包括所述第一材料的多个竖直定向的突起，所述多个竖直定向的突起被配置为重定向光。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述竖直定向的突起形成超表面，所述竖直定向的突起具有小于所述光的波长的间隔。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述竖直定向的突起包括纳米束和柱中的至少一种。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述波长对应于蓝光、绿光或红光。14.根据权利要求10所述的方法，其中，提供所述占位包括：在所述波导上沉积抗蚀剂的层，并图案化所述抗蚀剂以限定所述占位。15.根据权利要求14所述的方法，其中，图案化所述抗蚀剂包括：执行光刻、电子束光刻和纳米压印光刻中的至少一种。16.根据权利要求10所述的方法，其中，保形地沉积所述第一层包括：通过原子层沉积来沉积所述第一层。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括：将第二毯层保形地沉积到所述第一毯层上，所述第二毯层包括不同于所述第一材料的第二材料，其中在所述优先地去除水平定向部分之前，保形地沉积所述第二毯层。18.根据权利要求17所述的方法，其中，优先地去除水平定向部分将所述第二层和所述第一层的水平定向部分去除。19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一毯层沿着所述占位的侧壁延伸以在其间限定开放体积，所述方法还包括：在优先地去除水平定向部分之前，用填充材料填充所述开放体积。20.根据权利要求19所述的方法，其中，选择性地蚀刻所述占位包括：保留所述填充材料。21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述填充材料具有与所述第一材料不同的折射率。22.根据权利要求10所述的方法，其中，优先地去除水...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：
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