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TW202344869A - 經由電荷注入在有機薄膜中折射率的主動調變 - Google Patents

經由電荷注入在有機薄膜中折射率的主動調變 Download PDF

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安德魯 約翰 奧德克爾克
饒婷凌
亞曼 波羅曼德
金伯利 凱 奇爾德雷斯
伊珊 瓦帝
南碩 朴
宋珀兒
拉芙 喬瑟夫二世 波爾維斯
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美商元平台技術有限公司
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Abstract

一種雙折射有機薄膜包括互相正交之平面內折射率（n x及n y）以及全厚度折射率（n z），其中n x＞1.4，n y＞1.4，n z＞1.4，Δn xy≥0.1，Δn xz＜0.01，並且Δn yz＜0.01。包括折射率及雙折射率之光學性質可藉由跨該雙折射有機薄膜施加電壓而連續地調節。

Description

經由電荷注入在有機薄膜中折射率的主動調變
本揭示內容大體上係關於經由電荷注入在有機材料中折射率之主動調變。 相關申請案之交互參考
本申請案根據35 U.S.C. §119(e)主張於2021年12月17日申請之美國臨時申請案第63/291,054號以及於2022年10月24日申請之美國非臨時申請案第18/048,983號的優先權之利益，該等申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
先前技術中的光學材料僅可具有靜態折射率或可僅在兩種靜態狀態之間切換之折射率。
揭示了具有主動可調折射率及雙折射率之有機固態晶體。製造此類有機固態晶體之方法可使得能夠控制其表面粗糙度而不依賴於表面特徵（例如，光柵），並且可包括自其形成有機製品。可變及可控制折射率架構可併入至各種光學及光子裝置及系統中且實現各種光學及光子裝置及系統。
本發明提供一種雙折射有機薄膜，其包含：有機固態結晶相，其具有互相正交之平面內折射率（n x及n y）以及全厚度折射率（n z），其中n x＞1.4，n y＞1.4，n z＞1.4，Δn xy≥0.1，Δn xy＞Δn xz，並且Δn xy＞Δn yz。
本發明提供一種方法，其包含：以有效地改變有機固態晶體薄膜之折射率及雙折射率的量來施加跨該有機固態晶體薄膜之厚度尺寸的電場。
本揭示內容大體上係關於經由電荷注入在有機材料中折射率之主動調變。申請人已顯示，經由施加電流及/或電壓，各種有機組成物之折射率可以高度受控方式調節至商業化相關程度。所揭示有機材料可包括各種類別之有機半導體且可併入至多種光學系統及裝置中。
相比於可具有靜態折射率或可僅在兩種靜態狀態之間切換之折射率的光學材料，有機固態晶體材料表示一類別之光學材料，其中折射率可在數值範圍內調節以有利地控制此等材料與光之交互作用。
如本文中將更詳細地解釋，本揭示內容之具體實例係關於包括有機固態晶體（OSC）材料層之可切換光學元件。OSC層可在第一偏壓狀態下展現第一折射率且在第二偏壓狀態下展現第二折射率，並且可跨越第一折射率與第二折射率之間的折射率值範圍而主動調節。
根據各種具體實例，有機半導體可包括小分子、大分子、液晶、有機金屬化合物、寡聚物及聚合物。有機半導體可包括p型、n型或雙極多環芳族烴，諸如蒽、菲、芘、碗烯、茀、聯二苯等。範例性化合物可包括環狀、直鏈及/或分支鏈結構，其可為飽和或不飽和的，且可另外包括雜原子及飽和或不飽和雜環，諸如呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、哌啶及其類似者。雜原子可包括氟、氯、氮、氧、硫、磷以及各種金屬。另一範例性小分子包括富勒烯，諸如碳60。
在結構上，所揭示有機材料可為玻璃態、多晶的或單晶。舉例而言，有機固態晶體可包括展現諸如較高及可調折射率以及較高雙折射率等所要光學性質之緊密堆積結構（例如，有機分子）。此類材料可提供功能性，包括相調、光束控制、波前成形及校正、光通信、光學計算、全像術及其類似者。歸因於其光學及機械性質，有機固態晶體可實現高效能裝置，且可併入至被動或主動光學件中，包括AR/VR頭戴式套件，且可替換比較材料系統，諸如聚合物、無機材料及液晶。在某些態樣中，有機固態晶體可具有與無機晶體之光學性質相匹敵之光學性質，同時展現液晶之可加工性及電回應。
根據一些具體實例，一或多個有機材料層可用以形成多種裝置，包括電晶體、二極體、電容器等。範例性電晶體架構包括MOSFET、JFET、ESFET、HEMT、BJT等。在某些具體實例中，電晶體架構可包括有機場效電晶體（OFET），其可具有選自TGTC、BGTC、TGBC及BGBC之幾何結構。範例性二極體可包括p-n接面式、肖特基（Schottky）式、雪崩式及PIN式幾何結構。範例性電容器可包括平行板幾何結構。在多層架構中，可獨立地選擇各有機層之組成、結構及性質。
由於有機固態晶體熔融溫度相對較低，有機固態晶體可經模製以形成所要結構。模製製程可實現複雜架構且可比塊狀晶體之切割、研磨及拋光更經濟。另外，如本文中進一步所揭示，化學添加劑可與模製製程整合以原位改善經模製有機固態晶體之表面粗糙度。在一個具體實例中，諸如薄片或立方體等單晶或多晶基本形狀可部分或完全熔融成所要形式，且接著可控地冷卻以形成具有等效或不同形狀之單晶。用於模製固態有機半導體材料之合適原料可包括純有機組成物、溶液、分散液或懸浮液。
高折射率及高度雙折射有機半導體材料可製造為獨立式製品或製造為沉積至基板上之薄膜。舉例而言，磊晶或非磊晶生長製程可用於在合適基板或模具上形成有機固態晶體（OSC）層。用於促進晶體成核之晶種層以及經組態以局部抑制成核之抗成核層可共同促進有限數目個晶核在指定位置內的形成，其繼而可促進較大有機固態晶體之形成。抗成核層可包括介電材料。在其他具體實例中，抗成核層可包括非晶材料。在範例性製程中，晶體成核可獨立於基板或模具而進行。
基板或模具可包括任何合適材料，例如矽、二氧化矽、熔融矽石、石英、玻璃、鎳、聚矽氧、矽氧烷、全氟聚醚、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷、聚醯亞胺、聚萘二甲酸乙二酯、聚偏二氟乙烯、聚苯硫醚及其類似者。為方便起見，除非上下文另外指示，否則術語「基板」及「模具」可在本文中互換地使用。
在一些具體實例中，安置於基板或模具上方之表面處理層或脫模層可用於控制有機固態晶體（OSC）的成核及生長且稍後促進塊狀晶體或薄膜之分離及採集。舉例而言，具有與沉積化學失配之溶解度參數的塗層可施加至基板（例如，局部地）以抑制在沉積製程期間基板與結晶層之間的相互作用。此類塗層之實例包括疏油性塗層或疏水性塗層。疏油性材料或疏水性材料之例如單層或雙層等薄層可用於在磊晶製程之前調節基板或模具。可基於基板及/或結晶材料而選擇塗層材料。其他範例性塗層材料包括矽氧烷、氟矽氧烷、苯基矽氧烷、氟化塗層、聚乙烯醇及其他帶有OH之塗層、丙烯酸類、聚胺甲酸酯、聚酯、聚醯亞胺及其類似者。
緩衝層可形成於基板或模具之沉積表面上方。緩衝層可包括與構成例如蒽單晶等有機固態晶體之小分子類似或甚至等效的小分子。緩衝層可用於調節基板或模具之生長表面的一或多個性質，包括表面能、可濕性、結晶或分子定向等。
作為模製之替代或補充，薄膜固態有機材料可使用選自以下之一或多個製程來製造：化學氣相沉積、物理氣相沉積、噴墨沉積、旋塗、刮塗、熱退火、區域退火及輥對輥處理。
有機薄膜可包括為平面、凸面或凹面之表面。在一些具體實例中，表面可包括三維架構，諸如週期性表面起伏光柵。在其他具體實例中，薄膜可經組態為微透鏡或三稜鏡片。舉例而言，偏極光學件可包括將一條偏極光選擇性地聚焦於另一者上之微透鏡。在一些具體實例中，結構化表面可原位形成，亦即，在有機固態晶體之晶體生長期間。在其他具體實例中，結構化表面可在晶體生長之後形成，例如使用增材或減材處理，諸如光微影及蝕刻。
有機半導體之薄膜或塊狀晶體可為獨立式的或安置於基板上方。若被使用，則基板可為剛性或可變形的。可選擇成核及生長動力學以及化學物質選擇以產生面積（橫向）尺寸為至少大致1 cm之固態有機晶體薄膜。在另一實例中，有機固態晶體纖維可具有至少大致1 cm之長度（軸向）尺寸。
有機結晶相可為單晶或多晶的。在一些具體實例中，有機結晶相可包括非晶區域。在一些具體實例中，有機結晶相可為實質上結晶的。有機結晶相之特徵可為在589 nm處沿著至少一個主軸至少大致1.4之折射率，並且該有機結晶相可為等向性或異向性的。藉助於實例，有機結晶相在589 nm處且沿著至少一個主軸之折射率可為至少大致1.5、至少大致1.6、至少大致1.7、至少大致1.8、至少大致1.9、至少大致2.0、至少大致2.1、至少大致2.2、至少大致2.3、至少大致2.4、至少大致2.5或至少大致2.6，包括前述值中之任一者之間的範圍。
在一些具體實例中，有機結晶相可為雙折射，其中n 1≠n 2≠n 3或n 1≠n 2=n 3或n 1=n 2≠n 3，並且該有機結晶相之特徵可為至少大致0.1的雙折射率（Δn），例如至少大致0.1、至少大致0.2、至少大致0.3、至少大致0.4或至少大致0.5，包括前述值中之任一者之間的範圍。在一些具體實例中，雙折射有機結晶相之特徵可為小於大致0.1的雙折射率，例如小於大致0.1、小於大致0.05、小於大致0.02、小於大致0.01、小於大致0.005、小於大致0.002或小於大致0.001，包括前述值中之任一者之間的範圍。
用於範例性等向性或異向性有機分子之三軸橢圓偏振術資料展示於表1中。資料包括1,2,3-三氯苯（1,2,3-TCB）、1,2-二苯基乙炔（1,2-DPE）及啡之經預測及經量測折射率值及雙折射率值。與基於各組成物之HOMO-LUMO能隙之計算值相比，展示大於預期的折射率值及雙折射率。
表1.範例性有機半導體之折射率及雙折射率資料
OSC材料 經預測折射率    經量測折射率 （589 nm） 雙折射率   
      nx ny nz Δn(xy) Δn(xz) Δn(yz)
1,2,3-TCB 1.567 1.67 1.76 1.85 0.09 0.18 0.09
1,2-DPE 1.623 1.62 1.83 1.63 0.18 0.01 0.17
啡 1.74 1.76 1.84 1.97 0.08 0.21 0.13
根據特定具體實例，形成有機固態晶體（OSC）之方法可包括使有機前驅體與非揮發性介質材料接觸，在基板或模具的表面上方形成包括有機前驅體之層，以及處理有機前驅體以形成有機結晶相，其中有機結晶相包括分子之較佳定向。
使有機前驅體與非揮發性介質材料接觸之動作可包括形成有機前驅體及非揮發性介質材料之均質混合物。在其他具體實例中，使有機前驅體與非揮發性介質材料接觸之動作可包括在基板或模具之表面上方形成非揮發性介質材料層，以及在非揮發性介質材料層上方形成有機前驅體層。
基板或模具可包括經組態以向經模製有機製品提供所要形狀及外觀尺寸之表面。舉例而言，基板或模具表面可為平面、凹面或凸面的，且可包括三維架構，諸如表面起伏光柵，或經組態以形成微透鏡、微稜鏡或三稜鏡片之曲率。亦即，根據一些具體實例，基板或模具幾何結構可轉移且併入至過度形成（over-formed）之有機固態晶體薄膜之表面中。
基板或模具之沉積表面可包括經組態以在形成有機固態晶體及其與基板或模具分離之後轉移至有機固態晶體的功能層。功能層可包括干擾塗層、AR塗層、反射率增強塗層、帶通塗層、帶阻塗層、覆蓋層或經圖案化電極等。藉助於實例，電極可包括任何適當導電材料，諸如金屬、透明導電氧化物（TCO）（例如，氧化銦錫或氧化銦鎵鋅）或金屬網或奈米線基質（例如，包括金屬奈米線或碳奈米管）。
在一些具體實例中，非揮發性介質材料可安置在模具表面與有機前驅體之間，並且可經調適以降低經模製有機製品之表面粗糙度且促進其自模具脫模同時局部抑制結晶相之成核。範例性非揮發性介質材料包括液體，諸如矽酮油、氟化聚合物、聚烯烴及/或聚乙二醇。其他範例性非揮發性介質材料可包括熔融溫度低於有機前驅體材料之熔融溫度的結晶材料。在一些具體實例中，模具表面可經預處理以便改善非揮發性介質材料之潤濕度及/或黏著性。
用於形成有機固態晶體之其他範例性沉積方法包括視情況結合合適之基板的氣相生長、固態生長、基於熔融物之生長、溶液生長等。基板可為有機或無機的。根據一些具體實例，固相、液相或氣相沉積製程可包括磊晶製程。
如本文中所使用，術語「磊晶（epitaxy）」、「磊晶（epitaxial）」及/或「磊晶生長及/或沉積（epitaxial growth and/or deposition）」係指沉積表面上的有機固態晶體之成核及生長，其中生長之有機固態晶體層假定與沉積表面之材料相同的結晶慣態。舉例而言，在磊晶沉積製程中，可控制化學反應物且可設定系統參數，以使得沉積原子或分子落在沉積表面上且經由表面擴散保持充分行動以根據沉積表面之原子或分子的結晶定向來定向自身。磊晶製程可為均質或異質的。
例如來自溶液或熔融物之其他範例性塗佈製程可包括3D印刷、噴墨印刷、凹版印刷、刀片刮抹、旋塗及其類似者。此類製程可在塗佈動作期間誘導剪切，並且因此有助於微晶或分子配向及有機固態晶體薄膜或纖維內之微晶及/或分子之較佳定向。
根據各種具體實例，有機固態晶體之光學及電光學性質可使用摻雜及相關技術而調節。摻雜可影響例如有機固態晶體之極化性。將摻雜劑（亦即，雜質）引入有機固態晶體中可影響例如最高佔用分子軌域（HOMO）及最低未佔用分子軌域（LUMO）帶及從而其帶隙、感應偶極矩及/或分子/晶體極化性。摻雜可例如使用離子植入或電漿摻雜而原位執行，亦即在磊晶生長期間，或在磊晶生長之後執行。在例示性具體實例中，摻雜可用於在不破壞分子堆積或晶體結構自身之情況下修改有機固態晶體之電子結構。可使用植入後退火步驟來彌合在離子植入期間引入之晶體缺陷。退火可包括例如快速熱退火或脈衝退火。
摻雜改變主體材料在熱平衡下之電子及孔載子濃度。經摻雜之有機固態晶體可為p型或n型。如本文中所使用，「p型」係指將產生價電子不足之雜質添加至有機固態晶體，而「n型」係指將貢獻自由電子之雜質添加至有機固態晶體。在不希望受理論束縛的情況下，摻雜可影響有機固態晶體內之「π堆疊（π-stacking）」及「π-π相互作用（π-π interaction）」。
範例性摻雜劑包括路易斯酸（Lewis acid）（電子受體）及路易斯鹼（Lewis base）（電子供體）。特定實例包括電荷中性及離子性物質，例如，布朗斯特酸（Brønsted acid）及布朗斯特鹼（Brønsted base），其除了前述製程之外，亦可藉由溶液生長或自氣相之共沉積而併入至有機固態晶體中。在特定具體實例中，摻雜劑可包括有機分子、有機離子、無機分子或無機離子。摻雜分佈可為均質的或侷限於有機固態晶體之特定區（例如，深度）。
揭示了具有主動可調折射率及雙折射率之有機固態晶體。製造此類有機固態晶體之方法可使得能夠控制其表面粗糙度而不依賴於表面特徵（例如，光柵），並且可包括自其形成有機製品。可變及可控制折射率架構可併入至各種光學及光子裝置及系統中且實現各種光學及光子裝置及系統。
根據各種具體實例，包括有機固態晶體（OSC）之有機製品可整合至諸如OFET、OPV、OLED等光學組件或裝置中，且可併入至諸如波導、菲涅爾透鏡（Fresnel lens）（例如，圓柱形菲涅爾透鏡或球形菲涅爾透鏡）、光柵、光子積體電路、雙折射補償層、反射偏光片、折射率匹配層（LED/OLED）、全像資料儲存元件及其類似者之光學元件中。
如本文中所使用，光柵係具有週期性結構之光學元件，該週期性結構經組態以將光分散或繞射成複數個分量光束。繞射光之方向或繞射角可取決於入射在光柵上的光之波長、入射光相對於光柵表面之定向及鄰近繞射元件之間的間距。在某些具體實例中，光柵架構可沿著一個、兩個或三個維度可調。光學元件可包括單層或多層OSC架構。
如將瞭解，有機固態晶體之一或多個特性可針對特定應用而特定調適。舉例而言，對於許多光學應用，控制微晶大小、表面粗糙度、機械強度及韌性以及有機固態晶體薄膜或纖維內微晶及/或分子之定向可為有利的。
折射率之主動調變可改善光子系統及裝置，包括被動及主動光波導、諧振器、雷射、光學調變器等之效能。其他範例性主動光學件包括投影儀及投影光學件、高折射率眼鏡片、眼球追蹤、梯度折射率光學件、盤貝相位（Pancharatnam-Berry phase；PBP）透鏡、光瞳轉向元件、微透鏡、光學計算、光纖、可重寫光學資料儲存、全光邏輯閘、多波長光學資料處理、光學電晶體等。
來自本文中所描述之具體實例中之任一者的特徵可根據本文中所描述之一般原理而彼此組合使用。在結合隨附圖式及申請專利範圍閱讀以下詳細描述後，將更全面地理解此等及其他具體實例、特徵及優點。
以下將參考圖1至圖19提供有機固態晶體、其製造方法以及潛在應用之詳細描述。與圖1相關聯之論述係關於用於形成有機固態晶體薄膜的範例性基於模具之製程。與圖2相關聯之論述係關於範例性有機固態晶體之結構及性質。與圖3至圖5相關聯之論述包括用於形成有機固態晶體的範例性磊晶生長製程之描述。與圖6至圖9相關聯之論述包括用於形成有機固態晶體的其他磊晶及非磊晶生長製程之描述。與圖10至圖13相關聯之論述包括1D及2D結構化有機固態晶體之描述。與圖14相關聯之論述包括用於有機固態晶體材料中的折射率之主動調節的機構之描述。與圖15及圖16相關聯之論述包括範例性含有機固態晶體之光學元件的描述。與圖17相關聯之論述包括計算資料之描述，該計算資料表明電荷注入及應變對有機固態晶體的折射率之影響。與圖18及圖19相關聯之論述係關於例示性虛擬實境及擴增實境裝置，其可包括如本文中所揭示之一或多個有機固態晶體薄膜或纖維。
轉向圖1，示意性地展示了範例性製造架構，其可根據形成有機固態晶體薄膜之某些方法來實施。在一些具體實例中，可結晶有機前驅體層可沉積在模具表面之間或基板表面之上且經處理以形成有機固態晶體薄膜。可結晶有機前驅體可包括一或多個可結晶有機分子。
參考圖1A，如製造之中間階段所展示，有機前驅體層110可安置在上部與下部模具主體120之間，上部及下部模具主體可分別塗佈有上部及下部非揮發性介質材料層130。非揮發性介質材料層130可包括抗成核層。在處理以誘導有機固態晶體之成核及生長之後，可自模具120移除所得有機固態晶體薄膜112。例示性處理步驟可包括區域退火。有機固態薄膜112可為雙折射的（例如，n 1≠n 2≠n 3）且可由高折射率（例如，n 2＞1.4及/或n 3＞1.4）表徵。
參考圖1B，展示了用於形成負載型有機固態晶體薄膜之另一製造架構。在圖1B之架構中，在製造之中間階段中，可結晶有機前驅體層110可安置在基板140上方。上部模具主體120可上覆於有機前驅體層110，且非揮發性介質材料層130可位於模具120與有機前驅體層110之間。非揮發性介質材料層130可直接上覆於有機前驅體層110，且可經組態以在晶體生長期間控制有機固態晶體薄膜112之上部表面的表面粗糙度。根據一些具體實例，在圖1A及圖1B中，結晶前沿111在晶體生長期間之移動方向藉由箭頭A表示。
參考圖2，展示了使用基於模具之方法形成之有機固態晶體薄膜的極化光學顯微鏡影像。薄膜211、212係（A）在不使用非揮發性介質材料層的情況下製造，及（B）使用預先安置於模具之表面上方的非揮發性介質材料層製造（例如，使用圖1A或圖1B中所繪示之方法）。與非揮發性介質材料層之使用相關聯的改善之表面形態在圖2B中之有機固態薄膜212的外觀上為明顯的。
用於形成有機固態晶體薄膜之範例性氣相磊晶生長製程示意性地繪示於圖3中。有機固態晶體材料之汽化分子310可例如在真空腔室（圖中未示）內經導引至基板340的沉積表面341以在基板上方形成有機固態晶體層。對溶劑、汽化分子之濃度、基板溫度、溫度梯度、氣體壓力等的選擇可用以控制分子310之氣相遷移率、分子310之吸附及解吸附速率以及有機固態晶體薄膜的結晶速率及晶體結構。
用於形成有機固態晶體之另一範例性磊晶生長製程示意性地繪示於圖4中。在圖4之方法中，有機晶體熔融物410可容納於坩堝420內且在其內加熱。舉例而言，坩堝420可由玻璃或玻璃陶瓷材料形成。有機晶體熔融物410可與由坩堝420容納之非揮發性介質材料430直接接觸。非揮發性介質材料430可包括矽酮油、石蠟油、氟化聚合物或氟化寡聚物、聚乙二醇、聚烯烴及其類似者。
晶種450可與有機晶體熔融物410接觸且以所要速率例如在連續操作下自熔融相抽取以形成有機固態晶體。晶種450可包括有機固態晶體材料。在一些具體實例中，有機晶體熔融物410之組成及晶種450之組成可等同或實質上等同。晶種450可具有接觸熔融相之平面或非平面接觸表面452，該平面或非平面接觸表面可經選擇以控制過度形成之有機固態晶體的形狀（例如，曲率）。在一些具體實例中，坩堝420可經組態為模具，並且有機晶體熔融物410可在坩堝420內結晶以形成有機固態晶體。
用於形成有機固態晶體之又另一範例性磊晶生長製程及製程架構示意性地繪示於圖5中。在圖5之方法中，有機晶體熔融物510可容納於坩堝520內且在其內加熱。坩堝520可經組態以提供機械支撐且可包括例如玻璃或玻璃陶瓷材料。有機晶體熔融物510可與上覆於坩堝520之內部表面的非揮發性介質材料層530直接接觸。非揮發性介質材料530可包括矽酮油、石蠟油、氟化聚合物或氟化寡聚物、聚乙二醇、聚烯烴及其類似者。在所繪示之具體實例中，非揮發性介質材料層530可包括獨立式分子之保形層（例如，聚合物、寡聚物或諸如矽烷或氟化聚合物等小分子之油或刷毛層）。
晶種550可與有機晶體熔融物510接觸且以所要速率例如在連續操作下自熔融相抽取以形成有機固態晶體。晶種550可包括有機固態晶體材料。在一些具體實例中，有機晶體熔融物510及晶種550可在組成上等同或實質上等同。在一些具體實例中，晶種550可具有平面或非平面接觸表面552，該平面或非平面接觸表面可經選擇以控制過度形成之有機固態晶體的形狀（例如，曲率）。在一些具體實例中，坩堝520可經組態為模具，並且有機晶體熔融物510可在坩堝520內結晶以形成有機固態晶體。
在圖4及圖5之具體實例中，可控制上覆於熔融相之氛圍。舉例而言，上覆於熔融物之氛圍可含有維持在受控壓力及/或流動速率下之惰性氣體，諸如氬氣。
根據其他具體實例，用於形成有機固態晶體之範例性模製製程架構展示在圖6中，其中繪示（A）雙面模具及（B）單面模具架構兩者。在各方法中，非揮發性介質材料層（亦即，抗成核層）630可安置於模具620與熔融相610之間。局部晶種層（圖中未示）可用於起始晶體成核及生長。對圖6B之單面模具方法之剖示圖解展示於圖7中。在圖7A中，展示了位於模具720內且與抗成核層730接觸之晶種750。參考圖7B，分配元件760可經組態以將有機晶體分子遞送至鄰近於晶種750之成核位點且隨後在晶體生長期間遞送至結晶前沿。
參考圖8，展示了用於磊晶或非磊晶生長製程之示意性設置，其中有機晶種850可與過飽和有機溶液810接觸且自該過飽和有機溶液抽取。有機溶液可包括溶解於合適溶劑中之一或多種可結晶有機分子。有機溶液810可含於坩堝820內且藉由抗成核層830與坩堝820分離。
參考圖9，另一成核及生長製程可包括在基板920上方設置抗成核層930以及在抗成核層930上方引入有機晶體溶液910。如圖9A中所展示，視情況在無晶種層存在下，有機晶體溶液910可固化形成有機固態晶體。在圖9B中展示獨立式有機固態晶體912之顯微照片。根據一些具體實例，有機固態晶體912之特徵可為至少大致1 cm之長度尺寸。
根據其他具體實例，用於形成具有結構化表面特徵之有機固態晶體之動態及靜態方法示意性地展示於圖10及圖11中。首先參考圖10A，有機晶體溶液或熔融物層1010及鄰近導電液體層1070可安置於相對基板1040之間。經圖案化且配對之電極1080可上覆於各別基板1040。參考圖10B，在經施加電場（E）下，可在導電液體層1070中誘導圖案，其可在有機晶體材料層1010中產生互逆圖案。繼而，有機晶體材料層1010之結晶可例如視情況結合晶種（圖中未示）藉由熱誘導之成核及生長進行，以形成具有諸如凸起元件陣列等週期性表面特徵或結構的有機固態晶體薄膜。
圖11繪示諸如電極1080等三極同心環電極（CRE）1100之範例性結構。CRE 1100可包括多個電極區段，諸如中心盤1102、內環1104以及外環1106。電極可包括金屬，諸如鋁、金、銀、錫、銅、銦、鎵、鋅及其類似者。可使用其他導電材料，包括碳奈米管、石墨烯、透明導電氧化物（TCO，例如氧化銦錫（ITO）、氧化銦鎵鋅（IGZO）、氧化鋅（ZnO）等）及其類似者。
電極可使用任何合適製程來製造。舉例而言，電極可使用物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、蒸發、噴塗、旋塗、原子層沉積（ALD）及其類似者來製造。在其他態樣中，電極可使用熱蒸發器、濺鍍系統、噴霧塗佈機、旋塗機、印刷、衝壓等製造。
電極可具有大致1 nm至大致1000 nm之厚度，其中範例性厚度為大致10 nm至大致50 nm。在某些具體實例中，電極可具有至少大致50%之光學透射率，例如大致50%、大致60%、大致70%、大致80%、大致90%、大致95%、大致97%、大致98%或大致99%，包括前述值中之任意值之間的範圍。
參考圖12，展示了用以形成具有結構化表面特徵之有機固態晶體的靜態方法。有機晶體溶液或熔融物層1210及鄰近經預圖案化模具1220可安置於相對基板1240之間。在有機晶體溶液或熔融物1210符合經圖案化模具1220之形狀的情況下，可藉由熱誘導之成核及生長進行有機晶體材料層1210的結晶以形成具有週期性表面特徵之有機固態晶體薄膜。
此等結構化有機固態晶體薄膜可形成或併入至多種光學元件中，包括光柵、微透鏡、三稜鏡片、菲涅爾透鏡及其類似者。
根據其他具體實例，由自熔融相抽取形成之範例性有機固態晶體結構的示意圖展示於圖13中。圖13A中所描繪之有機固態晶體1314及圖13B中所描繪之有機固態晶體1316可包括各別表面特徵，諸如晶結（nodule）1315或晶體刻面（facet）1317。可控制一或多個製程變數，包括自熔融物之抽取速率、壓力及溫度，以產生所要表面圖案。
在不希望受理論束縛的情況下，有機固態晶體中的主動折射率調變之源可來源於含有歸因於電洞或電子注入之電荷的分子極化性之改變。在有機分子中，分子在電荷注入時再極化所花費的時間可比電荷之滯留時間快一個數量級。因此，如圖14中示意性地描繪，在有機固態晶體材料1400內，電荷1401可在分子1402上，該分子足夠長，以便分子調變其電子雲以及相鄰分子之電子雲1405。晶體之本端電子器件中之此改變可引起極化性及折射率的改變。
參考圖15，範例性光學元件1500具有頂部閘極-頂部接點（TGTC）架構且包括安置於絕緣層1504上方及源極1506與汲極1508接點之間的經圖案化閘極1502。絕緣層1504可包括任何合適之介電材料，包括有機化合物（例如，聚合物）及無機化合物（例如，二氧化矽）。閘極1502安置在光學等向性或異向性有機固態晶體（OSC）層1510上方。閘極1502、源極1506及汲極1508由基板1520支撐。
在操作期間，可經由源極（S）及汲極（D）接點進行至光學等向性或異向性有機固態晶體（OSC）層1510中之電荷注入。所說明之光學元件可形成主動光柵，其中施加至閘極及/或源極及汲極之電壓可用於局部地控制下伏於閘極的OSC層之一部分的幾何結構（例如，深度及定向）且因此影響其與光之交互作用。根據其他具體實例，圖15之光學元件可適用於光子資料儲存。
根據一些具體實例，圖15之光學元件可視情況包括位於源極與OSC層之間及/或汲極與OSC層之間的電荷傳輸層（圖中未示）。電荷傳輸層可包括有機化合物（例如，碳奈米管）或無機化合物。在其他範例性具體實例中，光學元件可包括波導。
參考圖16，波導結構1600可安置於基板1620上方。在某些實例中，基板1620可經組態為下部包覆層。如所繪示，波導結構1600可包括諸如通道波導1610等輸入光子元件以及與通道波導1610光通信之耦接組件1602。耦接組件1602可包括有機固態晶體（OSC）光柵元件1604之陣列。在操作期間，通道波導1610可經組態以將輸入光束耦接至耦接組件1602，且電場可以有效地將來自耦接元件1602之輸出光束耦接至諸如光纖（圖中未示）等輸出光子元件中的方式施加至OSC光柵元件1604。在某些實例中，上部包覆層可形成於波導結構1600上方。
參考圖17，展示了繪示應變及電荷注入對有機固態晶體之折射率之影響的計算資料。圖17係用於異向性蒽單晶之各種程度的過量電荷之全厚度折射率（n zz）與橫向應變（ε yy）的曲線圖。對於各實例，折射率隨著應變增加而減小，但對於給定變形程度，回應於過量電洞（+1）或過量電子（-1）之注入而相對於無過量電荷（0）增加。
揭示了用於調變折射率之材料及方法。特別地，各種具體實例係關於固體或液體有機材料，包括有機半導體，其中經由施加電流，可實現折射率（Δn）中之定向特定變化而不會在工作波長下顯著增加光學吸收。折射率（Δn）中之變化可在大致0.005至大致0.5之範圍內。
此外，至所揭示材料中之電荷注入可在一對材料軸之間產生相對較大的雙折射率且在其餘軸對之間產生另外相對較小之雙折射率。舉例而言，平面內雙折射率Δn(xy)可大於大致0.1，而Δn(xz)及Δn(yz)可各自約為大致0.001。
範例性有機材料可包括小分子、大分子、液晶、有機金屬化合物、寡聚物及聚合物。特定有機半導體可包括多環芳族化合物，諸如蒽及菲。此等材料可併入至各種架構中，包括電晶體、二極體、電容器及其類似者。範例性主動光學件可包括波導、投影儀及投影光學件、高折射率眼鏡片、菲涅爾透鏡、光瞳轉向元件、微透鏡等。主動折射率調變可在減少光學假影之傾向且實現輕量建構的同時有利地改良此類裝置中之操作效率以及角度及繞射頻寬。
範例性製程可與經組態以評估有機固態晶體薄膜或纖維之一或多種屬性且相應地調整一或多個製程變數之即時回饋迴路整合。所得有機固態晶體結構可併入至光學元件中，諸如AR/VR頭戴式套件及其他裝置，例如波導、稜鏡、菲涅爾透鏡及其類似者。 範例性具體實例
實施例1：一種雙折射有機薄膜，其包括：有機固態結晶相，其具有互相正交之平面內折射率（n x及n y）以及全厚度折射率（n z），其中n x＞1.4，n y＞1.4，n z＞1.4，Δn xy≥0.1，Δn xy＞Δn xz，並且Δn xy＞Δn yz。
實施例2：如實施例1之雙折射有機薄膜，其中Δn xz＜0.01且Δn yz＜0.01。
實施例3：如實施例1及2中任一項之雙折射有機薄膜，其中n x≠n y≠n z或n x≠n y=n z。
實施例4：如實施例1至3中任一項之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包括經配向分子。
實施例5：如實施例1至4中任一項之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包括選自以下之烴化合物：蒽、菲、芘、碗烯、茀及聯二苯。
實施例6：如實施例1至5中任一項之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包括選自以下之雜環：呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶及哌啶。
實施例7：如實施例1至6中任一項之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包括選自以下之摻雜劑：氟、氯、氮、氧、硫及磷。
實施例8：如實施例1至7中任一項之雙折射有機薄膜，其中該薄膜係單晶。
實施例9：如實施例1至8中任一項之雙折射有機薄膜，其中該薄膜係實質上平面的。
實施例10：如實施例1至9中任一項之雙折射有機薄膜，其中該薄膜安置在初級電極與上覆於該初級電極之至少一部分的次級電極之間。
實施例11：如實施例1至10中任一項之雙折射有機薄膜，其中該薄膜具有在第一偏壓狀態下沿著一所選方向之第一折射率以及在第二偏壓狀態下沿著該所選方向的第二折射率。
實施例12：一種頭戴式顯示器，其包括如實施例1至11中任一項之雙折射有機薄膜。
實施例13：一種方法，其包括：形成初級電極結構；在該初級電極結構上方形成有機固態晶體層；在該有機固態晶體層上方形成次級電極結構且與該初級電極結構之至少一部分重疊；在該初級電極結構與該次級電極結構之間施加第一電壓以沿著所選方向在該有機固態晶體層內產生第一折射率；以及在該初級電極結構與該次級電極結構之間施加第二電壓以沿著該所選方向在該有機固態晶體層內產生第二折射率。
實施例14：如實施例13之方法，其中該有機固態晶體層包括選自以下之烴化合物：蒽、菲、芘、碗烯、茀及聯二苯。
實施例15：如實施例13及14中任一項之方法，其中形成該有機固態晶體層包括磊晶晶體生長。
實施例16：如實施例13至15中任一項之方法，其中該次級電極結構包括複數個同心環電極。
實施例17：如實施例13至16中任一項之方法，其中該有機固態晶體層在該第一電壓施加時具有第一雙折射率且在該第二電壓施加時具有第二雙折射率。
實施例18：一種方法，其包括：以有效地改變有機固態晶體薄膜之折射率及雙折射率的量來施加跨該有機固態晶體薄膜之厚度尺寸電場。
實施例19：如實施例18之方法，其中該折射率中之該改變係至少大致0.001。
實施例20：如實施例18及19中任一項之方法，其中施加該電場包括：在該有機固態晶體薄膜上方形成分段式電極；以及向該分段式電極施加電壓。
本揭示內容之具體實例可包括各種類型之人工實境系統或結合該等人工實境系統加以實施。人工實境係在呈現給使用者之前已以某一方式調整之實境形式，其可包括例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全電腦產生之內容或與所捕捉之（例如，真實世界）內容組合的電腦產生之內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，其中之任一者可在單個通道中或在多個通道中呈現（諸如，對觀看者產生三維（3D）效應之立體視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中產生內容及/或以其他方式用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用程式、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。
人工實境系統可以各種不同外觀尺寸及組態來實施。一些人工實境系統可經設計以在無近眼顯示器（NED）之情況下工作。其他人工實境系統可包括NED，該NED亦提供對真實世界（諸如，圖18中之擴增實境系統1800）之可見性或在視覺上使得使用者沉浸在人工實境（諸如，圖19中之虛擬實境系統1900）中。雖然一些人工實境裝置可為自含式系統，但其他人工實境裝置可與外部裝置通信及/或協調以向使用者提供人工實境體驗。此類外部裝置之實例包括手持式控制器、行動裝置、桌上型電腦、由使用者穿戴之裝置、由一或多個其他使用者穿戴的裝置，及/或任何其他合適之外部系統。
轉向圖18，擴增實境系統1800可包括具有框架1810之眼鏡裝置1802，該框架經組態以將左側顯示裝置1815(A)及右側顯示裝置1815(B)固持在使用者眼睛前方。顯示裝置1815(A)及1815(B)可共同地或獨立地起作用以向使用者呈現影像或一系列影像。雖然擴增實境系統1800包括兩個顯示器，但本揭示內容之具體實例可實施於具有單個NED或多於兩個NED之擴增實境系統中。
在一些具體實例中，擴增實境系統1800可包括一或多個感測器，諸如感測器1840。感測器1840可回應於擴增實境系統1800之運動而產生量測信號，且可位於框架1810之實質上任何部分上。感測器1840可表示位置感測器、慣性量測單元（IMU）、深度攝影機組合件、結構化之光發射器及/或偵測器，或其任何組合。在一些具體實例中，擴增實境系統1800可包括或可不包括感測器1840或可包括多於一個感測器。在其中感測器1840包括IMU之具體實例中，IMU可基於來自感測器1840之量測信號而產生校準資料。感測器1840之實例可包括但不限於加速計、陀螺儀、磁力計、偵測運動之其他合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的感測器，或其某一組合。
擴增實境系統1800亦可包括具有統稱為聲能轉換器1820之複數個聲能轉換器1820(A)至1820(J)的麥克風陣列。聲能轉換器1820可為偵測由聲波誘發之氣壓變化的轉換器。各聲能轉換器1820可經組態以偵測聲音且將經偵測聲音轉換為電子格式（例如，類比或數位格式）。圖18中之麥克風陣列可包括例如十個聲能轉換器：1820(A)及1820(B)，其可經設計以置放在使用者之對應耳朵內部；聲能轉換器1820(C)、1820(D)、1820(E)、1820(F)、1820(G)及1820(H)，其可定位在框架1810上之各個位置處；及/或聲能轉換器1820(I)及1820(J)，其可定位在對應頸帶1805上。
在一些具體實例中，聲能轉換器1820(A)至1820(F)中之一或多者可用作輸出轉換器（例如，揚聲器）。舉例而言，聲能轉換器1820(A)及/或1820(B)可為耳塞或任何其他合適類型之頭戴式耳機或揚聲器。
麥克風陣列之聲能轉換器1820的組態可不同。雖然擴增實境系統1800在圖18中展示為具有十個聲能轉換器1820，但聲能轉換器1820之數目可大於或小於十。在一些具體實例中，使用較高數目之聲能轉換器1820可增加所收集的音訊資訊之量及/或音訊資訊之敏感度及準確度。相比之下，使用較低數目之聲能轉換器1820可降低相關聯控制器1850處理所收集的音訊資訊所需之計算能力。另外，麥克風陣列之各聲能轉換器1820的位置可不同。舉例而言，聲能轉換器1820之位置可包括使用者上的經界定位置、框架1810上之經界定座標、與各聲能轉換器1820相關聯之定向，或其某一組合。
聲能轉換器1820(A)及1820(B)可定位在使用者耳朵之不同部分上，諸如耳廓後方、耳屏後方及/或在外耳或耳窩內。或者，除耳道內部之聲能轉換器1820之外，耳朵上或周圍亦可存在額外聲能轉換器1820。使聲能轉換器1820緊鄰使用者之耳道而定位可使得麥克風陣列能夠收集關於聲音如何到達耳道之資訊。藉由將聲能轉換器1820中之至少兩者定位在使用者頭部之任一側上（例如，作為雙耳麥克風），擴增實境裝置1800可模擬雙耳聽覺且捕捉使用者頭部周圍的3D立體聲聲場。在一些具體實例中，聲能轉換器1820(A)及1820(B)可經由有線連接1830連接至擴增實境系統1800，且在其他具體實例中，聲能轉換器1820(A)及1820(B)可經由無線連接（例如，藍牙連接）連接至擴增實境系統1800。在另外其他具體實例中，聲能轉換器1820(A)及1820(B)可能根本不結合擴增實境系統1800而使用。
框架1810上之聲能轉換器1820可定位成沿著鏡腿之長度、跨越橋接器、在顯示裝置1815(A)及1815(B)上方或下方，或其某一組合。聲能轉換器1820可定向成使得麥克風陣列能夠在環繞穿戴擴增實境系統1800之使用者的廣泛範圍之方向上偵測聲音。在一些具體實例中，可在擴增實境系統1800之製造期間執行最佳化程序以判定麥克風陣列中之各聲能轉換器1820的相對定位。
在一些實例中，擴增實境系統1800可包括或連接至外部裝置（例如，配對裝置），諸如頸帶1805。頸帶1805通常表示任何類型或形式之配對裝置。因此，頸帶1805之以下論述亦可適用於各種其他配對裝置，諸如充電箱、智慧型手錶、智慧型手機、腕帶、其他可穿戴裝置、手持式控制器、平板電腦、膝上型電腦、其他外部計算裝置等。
如所展示，頸帶1805可經由一或多個連接器而耦接至眼鏡裝置1802。連接器可為有線或無線的，且可包括電及/或非電（例如，結構化）組件。在一些情況下，眼鏡裝置1802及頸帶1805可在其間無任何有線或無線連接之情況下獨立地操作。雖然圖18繪示處於眼鏡裝置1802及頸帶1805上之範例性部位中之眼鏡裝置1802及頸帶1805的組件，但該等組件可位於其他地方及/或以不同方式分佈在眼鏡裝置1802及/或頸帶1805上。在一些具體實例中，眼鏡裝置1802及頸帶1805之組件可位於與眼鏡裝置1802、頸帶1805或其某一組合配對的一或多個額外周邊裝置上。
使諸如頸帶1805等外部裝置與擴增實境眼鏡裝置配對可使得眼鏡裝置能夠達成一副眼鏡之外觀尺寸，同時仍為擴展能力提供充足電池及計算能力。擴增實境系統1800之電池電力、計算資源及/或額外特徵中的一些或所有可由配對裝置提供或在配對裝置與眼鏡裝置之間共用，由此總體上減小眼鏡裝置之重量、熱分佈及外觀尺寸，同時仍保留所要功能性。舉例而言，頸帶1805可允許將原本包括在眼鏡裝置上之組件包括於頸帶1805中，此係因為使用者可在其肩部上承受比其將在其頭部上承受的更重之重量負載。頸帶1805亦可具有較大表面積，在其上將熱量擴散且分散至周圍環境。因此，頸帶1805可允許比獨立眼鏡裝置上可能另外存在之電池及計算容量大的電池及計算容量。由於頸帶1805中所承載之重量相比於眼鏡裝置1802中所承載之重量而言對於使用者的侵害性可較小，因此使用者可承受穿戴較輕眼鏡裝置且承受承載或穿戴配對裝置之時間長度大於使用者將承受穿戴較重獨立式眼鏡裝置的時間長度，由此使得使用者能夠將人工實境環境更充分地併入至其日常活動中。
頸帶1805可與眼鏡裝置1802及/或其他裝置以通信方式耦接。此等其他裝置可向擴增實境系統1800提供某些功能（例如，追蹤、定位、深度映射、處理、儲存等）。在圖18之具體實例中，頸帶1805可包括兩個聲能轉換器（例如，1820(I)及1820(J)），該等聲能轉換器係麥克風陣列之部分（或可能形成其自身的麥克風子陣列）。頸帶1805亦可包括控制器1825及電源1835。
頸帶1805之聲能轉換器1820(I)及1820(J)可經組態以偵測聲音且將經偵測聲音轉換為電子格式（類比或數位）。在圖18之具體實例中，聲能轉換器1820(I)及1820(J)可定位在頸帶1805上，由此增加頸帶聲能轉換器1820(I)及1820(J)與定位在眼鏡裝置1802上之其他聲能轉換器1820之間的距離。在一些情況下，增加麥克風陣列之聲能轉換器1820之間的距離可提高經由麥克風陣列執行之波束成形的準確度。舉例而言，若聲音係由聲能轉換器1820(C)及1820(D)偵測到且聲能轉換器1820(C)與1820(D)之間的距離大於例如聲能轉換器1820(D)與1820(E)之間的距離，則經偵測聲音之經判定源位置可比在聲音已由聲能轉換器1820(D)及1820(E)偵測到的情況下更準確。
頸帶1805之控制器1825可處理由頸帶1805及/或擴增實境系統1800上之感測器產生的資訊。舉例而言，控制器1825可處理來自麥克風陣列之描述由麥克風陣列偵測到之聲音的資訊。對於各經偵測聲音，控制器1825可執行到達方向（DOA）估計以估計一方向，經偵測聲音自該方向到達麥克風陣列。當麥克風陣列偵測到聲音時，控制器1825可用資訊填充音訊資料集。在擴增實境系統1800包括慣性量測單元之具體實例中，控制器1825可根據位於眼鏡裝置1802上之IMU來計算所有慣性及空間計算。連接器可在擴增實境系統1800與頸帶1805之間且在擴增實境系統1800與控制器1825之間傳送資訊。該資訊可呈光學資料、電資料、無線資料或任何其他可傳輸資料形式之形式。將對藉由擴增實境系統1800產生之資訊進行的處理移動至頸帶1805可減小眼鏡裝置1802中之重量及熱，由此使該眼鏡裝置對於使用者而言更舒適。
頸帶1805中之電源1835可將電力提供至眼鏡裝置1802及/或頸帶1805。電源1835可包括但不限於鋰離子電池、鋰聚合物電池、一次鋰電池、鹼性電池或任何其他形式之電力儲存裝置。在一些情況下，電源1835可為有線電源。將電源1835包括在頸帶1805上而非眼鏡裝置1802上可有助於較佳地分佈由電源1835產生之重量及熱。
如所提及，代替將人工實境與實際實境摻合，一些人工實境系統可實質上用虛擬體驗來替換使用者對真實世界之感測感知中之一或多者。此類型之系統的一個實例係頭戴式顯示系統，諸如圖19中之虛擬實境系統1900，其主要或完全地覆蓋使用者之視野。虛擬實境系統1900可包括前剛體1902及經塑形成圍繞使用者頭部適配之帶1904。虛擬實境系統1900亦可包括輸出音訊轉換器1906(A)及1906(B)。此外，雖然圖19中未展示，但前剛體1902可包括一或多個電子元件，其包括一或多個電子顯示器、一或多個慣性量測單元（IMU）、一或多個追蹤發射器或偵測器及/或用於產生人工實境體驗之任何其他合適的裝置或系統。
人工實境系統可包括各種類型之視覺回饋機構。舉例而言，擴增實境系統1800及/或虛擬實境系統1900中之顯示裝置可包括一或多個液晶顯示器（LCD）、發光二極體（LED）顯示器、有機LED（OLED）顯示器、數位光投影（DLP）微型顯示器、矽上液晶（LCoS）微型顯示器，及/或任何其他合適類型之顯示螢幕。人工實境系統可包括用於兩隻眼睛之單個顯示螢幕或可向各眼睛提供顯示螢幕，此可允許用於變焦調整或用於校正使用者之屈光不正的額外靈活性。一些人工實境系統亦可包括具有一或多個透鏡（例如，習知的凹透鏡或凸透鏡、菲涅爾透鏡、可調式液體透鏡等）之光學子系統，使用者可藉由該等透鏡查看顯示螢幕。此等光學子系統可用於多種目的，包括使光準直（例如，使物件出現在比其實體距離更大的距離處）、放大光（例如，使物件看起來比其實際大小更大）及/或中繼光（將光中繼至例如觀看者之眼睛）。此等光學子系統可用於非瞳孔形成架構（諸如，直接使光準直但產生所謂的枕形畸變之單透鏡組態）及/或瞳孔形成架構（諸如，產生所謂的桶形畸變以消除枕形畸變之多透鏡組態）中。
除使用顯示螢幕之外或代替使用顯示螢幕，一些人工實境系統亦可包括一或多個投影系統。舉例而言，擴增實境系統1800及/或虛擬實境系統1900中之顯示裝置可包括微型LED投影儀，其（使用例如波導）將光投影至顯示裝置中，該等顯示裝置為諸如允許環境光通過之清晰組合器透鏡。顯示裝置可將經投影光朝向使用者瞳孔折射且可使得使用者能夠同時觀看人工實境內容及真實世界兩者。顯示裝置可使用多種不同光學組件中之任一者來實現此情形，該等光學組件包括波導組件（例如，全像、平面、繞射、偏光及/或反射波導元件）、光操縱表面及元件（諸如繞射、反射及折射元件以及光柵）、耦接元件等。人工實境系統亦可經組態成具有任何其他合適類型或形式之影像投影系統，諸如用於虛擬視網膜顯示器中之視網膜投影儀。
人工實境系統亦可包括各種類型之電腦視覺組件及子系統。舉例而言，擴增實境系統1800及/或虛擬實境系統1900可包括一或多個光學感測器，諸如二維（2D）或3D攝影機、結構化光傳輸器及偵測器、飛行時間深度感測器、單束或掃掠雷射測距儀、3D LiDAR感測器及/或任何其他合適類型或形式之光學感測器。人工實境系統可處理來自此等感測器中之一或多者的資料以識別使用者之位置、繪製真實世界、向使用者提供關於真實世界環境之情境及/或執行多種其他功能。
人工實境系統亦可包括一或多個輸入及/或輸出音訊轉換器。在圖19中所展示之實例中，輸出音訊轉換器1906(A)及1906(B)可包括音圈揚聲器、帶式揚聲器、靜電揚聲器、壓電揚聲器、骨傳導轉換器、軟骨傳導轉換器、耳屏振動轉換器及/或任何其他適合類型或形式之音訊轉換器。類似地，輸入音訊轉換器可包括電容式麥克風、動態麥克風、帶式麥克風及/或任何其他類型或形式之輸入轉換器。在一些具體實例中，單個轉換器可用於音訊輸入及音訊輸出兩者。
雖然圖18中未展示，但人工實境系統可包括觸感（亦即，觸覺）回饋系統，其可併入至頭飾、手套、連體套裝、手持式控制器、環境裝置（例如，座椅、地墊等）及/或任何其他類型之裝置或系統中。觸覺回饋系統可提供各種類型之皮膚回饋，包括振動、力、牽引力、紋理及/或溫度。觸覺回饋系統亦可提供各種類型之動覺回饋，諸如運動及順應性。觸覺回饋可使用馬達、壓電致動器、流體系統及/或各種其他類型之回饋機構來實施。觸覺回饋系統可獨立於其他人工實境裝置、在其他人工實境裝置內及/或結合其他人工實境裝置來實施。
藉由提供觸覺感覺、聽覺內容及/或視覺內容，人工實境系統可在多種情境及環境中產生整個虛擬體驗或增強使用者之真實世界體驗。舉例而言，人工實境系統可在特定環境內輔助或延伸使用者之感知、記憶或認知。一些系統可增強使用者與真實世界中之其他人的互動或可實現與虛擬世界中之其他人的更具沉浸式之互動。人工實境系統亦可用於教學目的（例如，用於在學校、醫院、政府組織、軍事組織、商業企業等中進行教學或訓練）、娛樂目的（例如，用於播放視訊遊戲、聽音樂、觀看視訊內容等）及/或用於無障礙性目的（例如，作為助聽器、助視器等）。本文中所揭示之具體實例可在此等情境及環境中之一或多者中及/或在其他情境及環境中實現或增強使用者的人工實境體驗。
本文中所描述及/或說明之程序參數及步驟序列僅藉助於實例提供且可按需要變化。舉例而言，雖然本文中所說明及/或描述之步驟可以特定次序展示或論述，但此等步驟未必需要以所說明或論述之次序執行。本文中所描述及/或說明之各種例示性方法亦可省略本文中所描述或說明的步驟中之一或多者或包括除了所揭示彼等步驟之外的額外步驟。
先前描述已經提供以使得所屬技術領域中具有通常知識者能夠最佳地利用本文中所揭示之例示性具體實例的各種態樣。此例示性描述並不意欲為詳盡的或限於所揭示之任何精確形式。在不脫離本揭示內容之精神及範圍之情況下，許多修改及變化係可能的。本文中所揭示之具體實例在全部態樣中應被視為例示性而非限制性的。在判定本揭示內容之範圍時應參考所附申請專利範圍及其等效物。
除非另外指出，否則如本說明書及申請專利範圍中所使用之術語「連接至」及「耦接至」（及其衍生詞）被解釋為准許直接及間接（亦即，經由其他元件或組件）連接兩者。另外，如本說明書及申請專利範圍中所使用之術語「一（a）」或「一（an）」應被視為意謂「中之至少一者」。最後，為易於使用，如本說明書及申請專利範圍中所使用之術語「包括」及「具有」（及其衍生詞）可與詞「包含」互換且具有與其相同之含義。
如本文中所使用，在某些具體實例中，參考特定數值或值範圍之術語「大致」可意謂且包括所陳述值以及在所陳述值之10%內的所有值。因此，藉助於實例，在某些具體實例中，將數值「50」稱為「大致50」可包括等於50±5之值，亦即，在45至55的範圍內之值。
如本文中所使用，參考給定參數、性質或條件之術語「實質上」可意謂且包括所屬技術領域中具有通常知識者將在一定程度上理解給定參數、性質或條件符合較小程度之差異，諸如在可接受的製造公差內。藉助於實例，取決於實質上符合之特定參數、性質或條件，可至少大致90%符合、至少大致95%符合或甚至至少大致99%符合參數、性質或條件。
應理解，在諸如層或區之元件被稱為形成於另一元件上、沉積於另一元件上或安置於另一元件「上」或「上方」時，其可直接位於另一元件之至少一部分上，或亦可存在一或多個介入元件。相比之下，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接在另一元件上方」時，其可位於另一元件之至少一部分上，其中不存在介入元件。
雖然可使用過渡片語「包含」來揭示特定具體實例之各種特徵、元件或步驟，但應理解隱含了替代性具體實例，包括可使用過渡片語「由……組成」或「基本上由……組成」來描述的彼等具體實例。因此，舉例而言，包含或包括石蠟油之非揮發性介質材料的隱含替代性具體實例包括非揮發性介質材料基本上由石蠟油組成之具體實例及非揮發性介質材料由石蠟油組成之具體實例。
110:有機前驅體層 111:結晶前沿 112:有機固態晶體薄膜/有機固態薄膜 120:上部模具主體/下部模具主體/模具 130:非揮發性介質材料層 140:基板 211:薄膜 212:薄膜/有機固態薄膜 310:汽化分子/分子 340:基板 341:沉積表面 410:有機晶體熔融物 420:坩堝 430:非揮發性介質材料 450:晶種 452:平面或非平面接觸表面 510:有機晶體熔融物 520:坩堝 530:非揮發性介質材料層/非揮發性介質材料 550:晶種 552:平面或非平面接觸表面 610:熔融相 620:模具 630:非揮發性介質材料層 720:模具 730:抗成核層 750:晶種 760:分配元件 810:過飽和有機溶液/有機溶液 820:坩堝 830:抗成核層 850:有機晶種 910:有機晶體溶液 912:有機固態晶體 920:基板 930:抗成核層 1010:有機晶體溶液或熔融物層/有機晶體材料層 1040:基板 1070:導電液體層 1080:經圖案化且配對之電極/電極 1100:三極同心環電極/CRE 1102:中心盤 1104:內環 1106:外環 1210:有機晶體溶液或熔融物層/有機晶體溶液或熔融物/有機晶體材料層 1220:經預圖案化模具/經圖案化模具 1240:基板 1314:有機固態晶體 1315:晶結 1316:有機固態晶體 1317:晶體刻面 1400:有機固態晶體材料 1401:電荷 1402:分子 1405:電子雲 1500:光學元件 1502:經圖案化閘極/閘極 1504:絕緣層 1506:源極 1508:汲極 1510:光學等向性或異向性有機固態晶體層 1520:基板 1600:波導結構 1602:耦接組件/耦接元件 1604:有機固態晶體光柵元件/OSC光柵元件 1610:通道波導 1620:基板 1800:擴增實境系統/擴增實境裝置 1802:眼鏡裝置 1805:頸帶 1810:框架 1815(A):左側顯示裝置/顯示裝置 1815(B):右側顯示裝置/顯示裝置 1820(A):聲能轉換器 1820(B):聲能轉換器 1820(C):聲能轉換器 1820(D):聲能轉換器 1820(E):聲能轉換器 1820(F):聲能轉換器 1820(G):聲能轉換器 1820(H):聲能轉換器 1820(I):聲能轉換器 1820(J):聲能轉換器 1825:控制器 1830:有線連接 1835:電源 1840:感測器 1850:控制器 1900:虛擬實境系統 1902:前剛體 1904:帶 1906(A):輸出音訊轉換器 1906(B):輸出音訊轉換器 A:箭頭 E:電場 n 1:折射率 n 2:折射率 n 3:折射率
隨附圖式繪示數個例示性具體實例且為本說明書之一部分。連同以下描述，此等圖式表明且解釋本揭示內容之各種原理。 [圖1]繪示根據各種具體實例之用於製造（A）獨立式有機固態晶體材料及（B）負載型有機固態晶體材料之範例性方法。 [圖2]展示根據一些具體實例的（A）不使用非揮發性介質材料及（B）使用非揮發性介質材料製造之有機固態晶體的交叉極化顯微鏡影像。 [圖3]係根據一些具體實例之用於形成有機固態晶體的基於氣相沉積之磊晶生長製程的示意性圖示。 [圖4]係根據一些具體實例之用於形成有機固態晶體的基於熔融物之磊晶生長製程的示意性圖示。 [圖5]係根據其他具體實例之用於形成有機固態晶體的基於熔融物之磊晶生長製程的示意性圖示。 [圖6]展示根據其他具體實例之用於形成有機固態晶體之（A）雙面模具及（B）單面模具磊晶生長製程。 [圖7]展示根據一些具體實例之用於形成有機固態晶體之種子式單面模具磊晶生長製程。 [圖8]係根據一些具體實例之用於形成有機固態晶體的基於溶劑之磊晶/非磊晶生長製程的示意性圖示。 [圖9]係根據某些具體實例之用於形成有機固態晶體之非磊晶生長製程的示意性圖示。 [圖10]繪示根據一些具體實例之範例性含有機固態晶體之光柵架構。 [圖11]繪示根據某些具體實例之範例性三極同心環電極（CRE）。 [圖12]繪示根據其他具體實例之範例性含有機固態晶體之光柵架構。 [圖13]繪示根據一些具體實例之範例性有機固態晶體幾何結構。 [圖14]繪示根據一些具體實例之用於偏壓有機固態晶體中的折射率之主動調節的範例性機構。 [圖15]展示根據各種具體實例之光學等向性或異向性有機固態晶體薄膜至範例性光學元件中之整合。 [圖16]展示根據一些具體實例之有機固態晶體薄膜至光學繞射光柵中之整合。 [圖17]係根據某些具體實例之展示電荷注入及應變對有機固態晶體的折射率之影響的曲線圖。 [圖18]係可結合本揭示內容之具體實例使用的例示性擴增實境眼鏡之圖示。 [圖19]係可結合本揭示內容之具體實例使用的例示性虛擬實境頭戴式套件之圖示。 在整個圖式中，相同參考標號及描述指示類似但未必相同之元件。雖然本文中所描述之例示性具體實例易受各種修改及替代形式之影響，但在圖式中已藉助於實例展示特定具體實例且將在本文中對其進行詳細描述。然而，本文中所描述之例示性具體實例並不意欲限於所揭示之特定形式。實情為，本揭示內容涵蓋屬於所附申請專利範圍之範圍內之所有修改、等效物及替代例。
110:有機前驅體層
111:結晶前沿
112:有機固態晶體薄膜/有機固態薄膜
120:上部模具主體/下部模具主體/模具
130:非揮發性介質材料層
A:箭頭
n1:折射率
n2:折射率
n3:折射率

Claims (20)

  1. 一種雙折射有機薄膜，其包含： 有機固態結晶相，其具有互相正交之平面內折射率（n x及n y）以及全厚度折射率（n z），其中n x＞1.4，n y＞1.4，n z＞1.4，Δn xy≥0.1，Δn xy＞Δn xz，並且Δn xy＞Δn yz。
  2. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中Δn xz＜0.01且Δn yz＜0.01。
  3. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中n x≠n y≠n z或n x≠n y=n z。
  4. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包含經配向分子。
  5. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包含選自由以下組成之群組的烴化合物：蒽、菲、芘、碗烯、茀及聯二苯。
  6. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包含選自由以下組成之群組的雜環：呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶及哌啶。
  7. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該有機固態結晶相包含選自由以下組成之群組的摻雜劑：氟、氯、氮、氧、硫及磷。
  8. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該薄膜包含單晶。
  9. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該薄膜係實質上平面的。
  10. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該薄膜安置在初級電極與上覆於該初級電極之至少一部分的一次級電極之間。
  11. 如請求項1之雙折射有機薄膜，其中該薄膜包含在第一偏壓狀態下沿著所選方向之第一折射率以及在第二偏壓狀態下沿著該所選方向的第二折射率。
  12. 一種頭戴式顯示器，其包含如請求項1之雙折射有機薄膜。
  13. 一種方法，其包含： 形成初級電極結構； 在該初級電極結構上方形成有機固態晶體層； 在該有機固態晶體層上方形成次級電極結構且與該初級電極結構之至少一部分重疊； 在該初級電極結構與該次級電極結構之間施加第一電壓以沿著所選方向在該有機固態晶體層內產生第一折射率；以及 在該初級電極結構與該次級電極結構之間施加第二電壓以沿著該所選方向在該有機固態晶體層內產生第二折射率。
  14. 如請求項13之方法，其中該有機固態晶體層包含選自由以下組成之群組的烴化合物：蒽、菲、芘、碗烯、茀及聯二苯。
  15. 如請求項13之方法，其中形成該有機固態晶體層包含磊晶晶體生長。
  16. 如請求項13之方法，其中該次級電極結構包含複數個同心環電極。
  17. 如請求項13之方法，其中該有機固態晶體層在該第一電壓施加時具有第一雙折射率且在該第二電壓施加時具有第二雙折射率。
  18. 一種方法，其包含： 以有效地改變有機固態晶體薄膜之折射率及雙折射率的量來施加跨該有機固態晶體薄膜之厚度尺寸的電場。
  19. 如請求項18之方法，其中該折射率中之該改變係至少大致0.001。
  20. 如請求項18之方法，其中施加該電場包含： 在該有機固態晶體薄膜上方形成分段式電極；以及 向該分段式電極施加電壓。
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