[发明专利]高折射率双折射有机固体晶体及其制造方法

说明书

本申请涉及高折射率双折射有机固体晶体及其制造方法。公开了一种光学膜，该光学膜包括由连续的有机固体晶体形成的有机固体晶体膜，该有机固体晶体膜具有不小于100微米的第一尺寸和不小于1厘米的不同于第一尺寸的第二尺寸。还描述了用于制造有机固体晶体膜的方法。

相关申请

本申请要求于2020年7月28日提交的美国临时专利申请序号63/057,764和2021年7月7日提交的美国非临时专利申请序号17/369,861的权益和优先权，这两个专利申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及光学晶体，并且更具体地，涉及高折射率光学晶体及其制造方法。

背景

视觉上吸引人的、重量轻、紧凑且节能的消费电子装置处于高需求。因此，期望设计在这些装置中使用的光学元件或光学器件，使得这些装置可以是自适应的、光学高效的、重量轻的、紧凑的和宽带的。

用于制造具有增强的光学性能和物理性质的光学器件的技术已经成为研究和开发的有吸引力的课题。液晶(“LC”)已经被用于制造偏振选择光学元件。偏振选择光学元件的光学特性可以取决于LC的折射率和/或双折射率。目前可用的LC可以被配制成实现约1.97的大折射率和约0.3的大双折射率。基于具有较高折射率的材料的光学元件对于减小尺寸和重量以及增强光学特性是高度合意的。

概述

存在对具有高折射率的材料的需求。此外，具有高折射率和高双折射率的材料具有另外的益处。本文描述的方法允许制造具有高折射率的有机固体晶体。在一些配置中，通过本文描述的方法制造的有机固体晶体具有足够大的尺寸以构成光学元件或在光学元件上提供连续的包覆层，从而允许光学元件的改进的性能。

例如，为了制造可以支持大视场的波导合路器(waveguide combiner)，具有高于1.9的折射率的材料是期望的。此外，当波导合路器被包括在头戴式显示器中时，具有低密度的材料是期望的。有机固体晶体具有高折射率和低密度，从而能够实现具有大视场和低密度的波导合路器。此外，高折射率双折射材料可以用于多种其他光学部件，诸如菲涅耳透镜、超透镜和偏振选择光栅。通过仔细调整晶体生长路径，有机固体晶体可以在具有精确控制的折射率取向的平坦基底或弯曲基底上生长。本文描述了这样的有机晶体材料和生长具有高折射率和双折射率的大尺寸固体晶体的工艺。

根据一些实施方案，光学膜包括由连续的有机固体晶体形成的有机固体晶体膜，该有机固体晶体膜具有不小于100微米的第一尺寸和不小于1厘米的不同于第一尺寸的第二尺寸。

根据一些实施方案，制造光学膜的方法包括使用物理气相传输在具有受控成核表面的基底上沉积来自源材料的蒸发的有机晶体分子；和在所述受控成核表面上使所述蒸发的有机晶体分子重结晶，从而形成包括连续的有机固体晶体的光学膜，该有机固体晶体膜具有不小于100mm的第一尺寸和不小于1厘米的不同于第一尺寸的第二尺寸。

根据一些实施方案，制造光学膜的方法包括获得具有一个或更多个成核部分和与一个或更多个成核部分耦合的晶体生长部分的安瓿状物(ampoule)。安瓿状物填充有有机固体晶体源材料。该方法还包括将安瓿状物放置在腔室的第一空间内，从而将有机固体晶体源材料加热至熔化状态，第一空间具有第一温度，腔室还具有具有第二温度的第二空间，第一空间和第二空间由门(gate)隔开。该方法还包括将安瓿状物从腔室的第一空间转移至腔室的第二空间，从而使有机固体晶体源材料重结晶，以形成连续的有机固体晶体膜，该连续的有机固体晶体膜具有不小于100微米的第一尺寸和不小于1厘米的不同于第一尺寸的第二尺寸。

根据一些实施方案，制造光学膜的方法包括在基底的改性表面上包覆有机晶体分子和溶剂的溶液，并且通过区域退火改变沉积在基底的改性表面上的有机晶体分子和溶剂的溶液的温度，从而使有机晶体分子结晶以形成连续的有机固体晶体膜，该连续的有机固体晶体膜具有不小于100微米的第一尺寸和不小于1厘米的不同于第一尺寸的第二尺寸。