[发明专利]各向异性分子3D排列方法、图案化各向异性膜及光学元件

说明书

本发明涉及各向异性分子3D排列方法、图案化各向异性膜及光学元件。一种创建三维配向图案的方法，所述方法包括：提供厚度大于或等于预定厚度的光学可记录和偏振敏感材料层，并用两个偏振相同或不同的相干光束同时照射光学可记录介质，在光束之间具有预定角度，使得所述光束从同一侧或相对侧照射到可记录材料层上。本发明还涉及基于所述配向图案的偏振体全息图，以及包括包含单个或多个偏振体全息图的光学可记录材料的单层或多层叠层的偏振全息元件。

相关申请

本申请要求2018年4月17日提交的美国临时专利申请序列No.62/659,104和2018年9月6日提交的美国临时专利申请序列No.62/728,053的权益和优先权，这两个申请的全部内容都通过引用结合于此。

技术领域

这总体上涉及光学元件，尤其涉及各向异性光学元件。

背景技术

偏振体光栅和基于其的光学元件在光学领域的应用越来越受到关注，例如，光束控制装置、波导和显示技术。

传统上，通过使用光配向层进行液晶或反应液晶基元的图案化配向作为其可聚合版本，制成偏振体光栅。在这种情况下，光配向层包括细长的各向异性吸收分子单元(小分子或聚合物分子片段)，这些分子单元以通常由全息技术产生的特定周期性图案排列，并且液晶沉积在光配向层上，使得液晶分子沿着光配向层中的分子单元的局部配向方向而被配向。然而，当使用光配向层时，液晶仅可以以特定的三维配置排列(例如，仅沿着由光配向层限定的平面)。此外，这些元件的制备包括许多技术步骤，因此相当复杂。

发明内容

因此，需要不使用光配向层来制造偏振体全息元件的方法。这种方法将允许以更简单的方式制造偏振体全息元件，并且具有使用光配向层的方法不可能实现的取向配置。此外，通过这种方法制造的偏振体全息元件具有通过使用光配向层的方法制造的偏振体全息元件无法获得的特性。最后，与基于光配向层的现有技术元件相比，这种元件的制备过程简化。

通过本文描述的方法和装置，减少或消除了与光配向层相关联的上述缺陷和其他问题。

根据一些实施方式，一种用于制造偏振体光栅(全息图)及其光学元件的方法包括提供光学可记录介质层，该层包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的光交联和光配向材料以及大于或等于满足条件所需的预定厚度的厚度：

其中，Q是Klein参数，d是光栅的厚度，λ是光的波长，Λ是光栅周期，n是可记录介质的平均折射率。该方法还包括用入射在所述层的相同或相对表面上的圆偏振光的两个相干光束同时照射所述光学可记录材料层，其中，光栅图案的配置、取向和周期性由包括光束之间的角度、光束波前的形状以及可记录材料层相对于光束的取向的条件来确定。

在一个特定实施方式中，提供了一种用于制造偏振体全息图的方法，其中，用具有正交圆偏振的两个相干光束同时照射所述可记录介质的层，这两个相干光束在可记录介质中以等于或小于40°的角度相交，从而产生线性或准线性偏振的摆线图案，这在可记录材料中引起相似的取向图案。

在另一特定实施方式中，提供了一种用于制造偏振体全息图的方法，其中，用具有相同圆偏振的两个相干光束同时照射所述可记录介质的层，这两个相干光束在可记录介质中以180±40°的角度相交，从而产生线性或准线性偏振的螺旋图案，这在可记录材料中引起相似的取向图案。

根据另一实施方式，一种用于制造偏振体全息元件的方法包括在光学可记录介质的相同层中记录两个或更多个偏振体光栅。

根据又一个实施方式，一种用于制造偏振体全息元件的方法包括堆叠两层或更多层，每层包含一个或多个偏振体全息图。

根据一些实施方式，光学可记录材料的层包括由本文描述的任何方法引起的周期性取向图案。

因此，所公开的实施方式提供了不包括光配向层的偏振体全息元件及其制造方法。