TW202344657A - 用於連結光學基材的低應力loca添加物及loca處理 - Google Patents

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Abstract

一種用於連結光學基材之液體光學澄清黏著劑（liquid optically clear adhesive；LOCA）包括含矽氧烷及環氧基之寡聚物、UV活化光酸產生劑、交聯劑添加物、溶劑；及反應性塑化劑，諸如結構1之添加物。在一個實例中，該結構1之添加物構成不包括該溶劑之該LOCA之總質量的約1%至7%。結構1之R 1、R 2及R 3包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合。結構1之R 4包括烷基鏈，其為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳。該LOCA材料之特徵在於在450 nm下等於或大於約1.6之折射率及該LOCA材料之每微米厚度低於約0.1%之光吸收。

Description

用於連結光學基材的低應力LOCA添加物及LOCA處理
本發明係關於用於連結光學基材的低應力LOCA添加物及LOCA處理。 相關申請案
本申請案主張2022年4月21日申請的標題為「用於連結光學基材之低應力LOCA添加物及LOCA處理（LOW LOCA ADDITIVE AND LOCA PROCESSING FOR BONDING OPTICAL SUBSTRATES）」之美國臨時申請案第63/333,243號之權益及優先權。
諸如頭戴式顯示器（head-mounted display；HMD）或抬頭顯示器（heads-up display；HUD）系統之人工實境系統通常包括近眼顯示器（例如，呈頭戴式裝置或一副眼鏡之形式），其經組態以經由電子或光學顯示器在使用者眼睛前方例如約10至20 mm內向使用者呈現內容。近眼顯示器可顯示虛擬物件或組合真實物件與虛擬物件之影像，如在虛擬實境（virtual reality；VR）、擴增實境（augmented reality；AR）或混合實境（mixed reality；MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由例如透視透明顯示玻璃或透鏡（通常稱為光學透視）來觀看虛擬物件（例如，電腦產生之影像（computer-generated images；CGI））及周圍環境兩者之影像。
光學透視AR系統之一個實例可使用基於波導之光學顯示器，其中所投射影像之光可耦合至波導（例如，透明基材）中，在波導內傳播，且在不同位置處耦合至波導之外。在一些實施方案中，所投射影像之光可使用繞射光學元件（諸如表面起伏光柵（surface-relief grating；SRG）或體積布拉格光柵（volume Bragg grating；VBG））耦合至波導中或波導之外。來自周圍環境之光可穿過波導之透視區且亦到達使用者的眼睛。
在基於波導之光學顯示器系統中，一些光學組件（例如，上面形成有光學元件，諸如光源、光柵、微透鏡或液晶結構之基材）可連結在一起以形成波導顯示器。為實現所需性能，連結層及連結結構之平坦度可能需要精確受控。舉例而言，包括連結在一起之兩個或更多個平面基材之層堆疊的兩個相對外表面可能需要維持高程度之平行度，且層堆疊可能需要具有極小的總厚度變化（total thickness variation；TTV）及低彎曲。
本發明大體上係關於用於連結光學組件之技術。更特定言之，本文揭示使用液體光學澄清黏著劑（LOCA）連結光學基材（上面形成有或未形成有光學組件）以達成所連結裝置之受控厚度及低彎曲的技術。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、系統、方法、程序、材料、混合物、組成物及其類似者。
本發明係關於如技術方案1之液體光學澄清黏著劑、如技術方案7之方法及如技術方案12之裝置。有利的具體實例可包括附屬申請專利範圍之特徵。
因此，根據本發明之第一態樣，提供一種用於連結光學基材之液體光學澄清黏著劑（LOCA），其中LOCA包含：含矽氧烷及環氧基之寡聚物、UV活化光酸產生劑、交聯劑添加物、溶劑及結構1之添加物： 其中結構1之添加物構成不包括溶劑之LOCA之總質量的1%至7%。
在一些具體實例中，R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合。
在一些具體實例中，R 4可包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳的烷基鏈。
在一些具體實例中，R 4可包括直鏈C 6H 12。
在一些具體實例中，當固化時，LOCA可具有在450 nm下等於或大於1.6之折射率及LOCA之每微米厚度低於0.1%之光吸收。
在一些具體實例中，LOCA可藉由紫外光、熱或紫外光及熱兩者固化。
在一些具體實例中，LOCA施加於兩個4至8吋基材上且固化時可產生彎曲度低於20微米之所連結堆疊。
在一些具體實例中，LOCA施加於兩個玻璃基材上且固化時，可產生搭接剪切強度大於1.5 MPa之經連結基材堆疊。
此外，根據本發明之第二態樣，提供一種一種方法，其中該方法包含：在第一透明基材上塗佈一層包括溶劑及如上文所描述之結構1之添加物的液體光學澄清黏著劑（LOCA）材料；將第二透明基材連結至該LOCA材料層（例如，較佳地藉由壓縮）以形成基材堆疊；使用紫外（UV）光固化基材堆疊以交聯LOCA材料；及熱固化基材堆疊以將LOCA材料轉化成熱固性狀態。
在一些具體實例中，LOCA材料可包括含矽氧烷之環氧黏著劑。
在一些具體實例中，結構1之添加物可構成LOCA材料之總質量之1%至7%；及/或R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合；及/或R 4可包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳之烷基鏈。
在一些具體實例中，LOCA材料層之厚度可在1與100微米之間。
在一些具體實例中，在熱固化基材堆疊之後，LOCA材料層之特徵可為在450 nm下等於或大於1.6之折射率及該LOCA材料層之每微米厚度低於0.1%之光吸收，及/或基材堆疊之特徵可為大於1.5 MPa之搭接剪切強度。
在一些具體實例中，第一透明基材及第二透明基板可為直徑在4與8吋之間的基材，且在熱固化基材堆疊之後，基材堆疊之彎曲度可小於20 μm。
此外，根據本發明之第三態樣，提供一種裝置，其中該裝置包含：層堆疊，其包含兩個由含矽氧烷之環氧黏著劑層連結在一起之透明基材，其中含矽氧烷之環氧黏著劑層包括如上文所描述之結構1之添加物，其中結構1之添加物構成含矽氧烷之環氧黏著劑層之總質量的1%至7%。
在一些具體實例中，R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合。
在一些具體實例中，R 4可包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳的烷基鏈。
在一些具體實例中，含矽氧烷之環氧黏著劑層之特徵可為在450 nm下等於或大於1.6之折射率及含矽氧烷之環氧黏著劑層的每微米厚度低於0.1%之光吸收。
在一些具體實例中，含矽氧烷之環氧黏著劑層之厚度可在1與100微米之間，及/或層堆疊之特徵可為大於1.5 MPa之搭接剪切強度。
在一些具體實例中，兩個透明基材可為直徑在4與8吋之間的基材；且層堆疊之彎曲度小於20 μm。
在一些具體實例中，兩個透明基材中之至少一者可為具有任意形狀且長度為1至4吋之透鏡，且層堆疊之彎曲度可小於10 μm。
將瞭解，本文中描述為適合於併入至本發明之一或多個態樣或具體實例中的任何特徵意欲對整個本發明之任何及所有態樣及具體實例普遍適用。本發明之其他態樣可由所屬技術領域中具有通常知識者依據本發明之描述、申請專利範圍及圖式而理解。前文之一般描述及下文之詳細描述僅為例示性及解釋性的，且並不限制申請專利範圍。
此概述既不意欲識別所主張主題之關鍵或基本特徵，亦不意欲單獨使用以判定所主張主題之範圍。應參考本發明之整篇說明書之適當部分、任何或所有圖式及各申請專利範圍來理解該主題。下文將在以下說明書、申請專利範圍及隨附圖式中更詳細地描述前述內容連同其他特徵及範例。在一些具體實例中，無論是否如此明確說明，尺寸、大小、調配物、參數、形狀或其他數量或特徵可皆為「約」或「大致」的。
本發明大體上係關於用於連結光學組件之技術。更特定言之，本文揭示使用液體光學澄清黏著劑（LOCA）連結光學基材（上面形成有或未形成有光學組件）以達成所連結裝置之受控厚度及低彎曲的技術。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、系統、方法、程序、材料、混合物、組成物及其類似者。
在基於波導之近眼顯示器系統中，所投射影像之光可使用輸入耦合器（例如，波導上形成有光柵耦合器）耦合至波導（例如，基材）中，經由全內反射（total internal reflection）在波導內傳播，且使用輸出耦合器（例如，光柵耦合器）在不同位置耦合至波導之外以複製出射光瞳且擴展眼眶。兩個或更多個光柵可用於以二維形式擴展眼眶。來自周圍環境之光可穿過波導之至少一個透視區且到達使用者的眼睛。在一些基於波導之近眼顯示器系統中，光學組件（例如，其上形成有光學元件，諸如光源、光柵、微透鏡或液晶結構之基材）可連結在一起以形成波導顯示器。舉例而言，使用繞射光學元件（例如，體積布拉格光柵或偏光體積全像光柵）實施之一些輸入/輸出耦合器可僅在狹窄的波長範圍（例如，具有某一顏色之光）及/或小視場（例如，某一入射角範圍內之光）內繞射光，且可具有有限的耦合效率。因此，在一些波導顯示器系統中，多個光柵耦合器（例如，用於繞射不同顏色之光及來自不同視場之光）可形成於多個基材上之多個光柵層中，且隨後包括多個光柵耦合器之多個基材可連結在一起以形成包括多個光柵耦合器之波導。
在一些基於反射/折射/偏光光學元件之近眼顯示器系統中，諸如一些摺疊光學件（例如，餅狀透鏡）或基於自由光學件之AR/VR系統、多層波導、平面基材、部分反射鏡、自由透鏡、波片、液晶裝置及/或其他組件可需要連結或以其他方式整合以形成近眼顯示器系統，其中所連結裝置之厚度及彎曲可能需要精確地受控以達成所需系統性能。
在一些顯示面板（例如，液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、發光二極體（light emitting diode；LED）顯示器、有機發光二極體（organic light emitting diode；OLED）顯示器或可撓性顯示器）中，其上形成有或未形成有其他結構（例如，背燈、具有電容式觸控感測器之觸控面板、透明導電氧化物層、偏光片、擴散器、抗反射塗層、用於光準直之微透鏡，及保護蓋）之光學基材亦可需要連結以形成顯示面板。
連結兩個光學基材（例如，包括一或多個光波導層或其他基材）可藉由使用液體光學澄清黏著劑（LOCA）實現。一般而言，LOCA塗層可施加於至少一個第一基材上，第二基材可置放於LOCA塗層上方，基材堆疊可經歷溶劑之熱乾燥、任何部分固化或催化劑活化（例如，UV活化）及/或壓縮連結，且隨後LOCA塗層可經由UV固化、熱固化或組合來進行固化。固化步驟中之任一者或全部可在壓縮下進行。固化過程可將LOCA自其初始液態轉化成中間熱塑性狀態，且隨後轉化成最終熱固性狀態，其中所連結堆疊之黏著強度可最大化且LOCA機械特性針對其他熱處理可為穩定的。在分子層面上，固化過程可導致LOCA之聚合及交聯。為使LOCA與用於波導顯示器應用之光學基材相容，LOCA需要對可見光為可穿透的（例如，具有小於約0.1%/µm之吸收），具有高折射率（例如，在450 nm下大於約1.6），且可經由固化完全交聯，而不誘導較大內應力。高透明度及高折射率可藉由利用例如含矽氧烷之環氧基LOCA來達成。此等材料可具有在450 nm下約1.6或更高之折射率，其吸收率可為低於約0.1%/µm LOCA材料，且其對玻璃之黏著強度可典型地高於1.5 Mpa。因此，此等LOCA材料可用以在兩個光學基材之間形成永久性連結，且連結可能夠經受裝置處理及可靠性測試。
為實現所需性能，所連結基材堆疊之厚度變化及彎曲可能需要精確受控。舉例而言，包括連結在一起之兩個平面基材之基材堆疊的兩個相對外表面可能需要維持高程度之平行度，且基材堆疊可能需要具有極小的總厚度變化（TTV）及低彎曲（例如，具有極小楔角）。現有連結過程及材料可能無法實現對於一些應用（諸如高端AV/VR應用）足夠低之TTV及/或彎曲。舉例而言，具有高透明度及高折射率之矽氧烷環氧基LOCA之交聯方法可通常導致顯著的收縮，該收縮可在LOCA層內積聚內應力。若內應力過高，則內應力之積聚可導致在正常處理及/或可靠性測試期間所連結基材堆疊之變形（例如，彎曲）或甚至分層。在可進行LOCA之熱固化及兩個光學基材可具有不同的熱膨脹係數（thermal expansion coefficient；CTE）之情況下，所連結基材堆疊可由於所連結基材堆疊之CTE錯配及加熱/冷卻而經歷進一步變形，其可增加所連結基材堆疊之彎曲且甚至使得所連結基材堆疊之滲透變形。當所連結光學基材中之至少一者用作光學波導時，基材堆疊歸因於LOCA內應力之變形可導致畸變及其他光學假影，諸如主射線角移位、調變傳遞函數降級、橫向色像差、光瞳遊動（pupil swim）、文字斷裂及雙重影像，藉此使波導顯示器之光學性能降級。當使用6-吋晶圓作為基材且所連結基材堆疊之彎曲大於約20 µm時，波導顯示器之光學性能可能為不可接受的。因此，期望用於連結兩個用於波導顯示器之光學基材之方法中的LOCA材料（例如，具有高折射率及低光吸收之矽氧烷環氧基LOCA）在固化及交聯期間及在熱處理後不生成大量可經由彎曲使所連結基材堆疊變形之內應力。
根據某些具體實例，兩個光學基材（其中之至少一者可用作光波導層）可使用亦包括反應性塑化劑（諸如結構1之矽氧烷添加物）的矽氧烷環氧基LOCA連結： 其中R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或此等材料之混合物，且R 4可為直鏈或分支鏈且由2至8個碳構成之烷基鏈，諸如直鏈C 6H 12。R 1、R 2及R 3可改良LOCA之黏著強度，而R 4可有助於減少LOCA在固化及熱處理期間之應力。因此，結構1之矽氧烷添加物可允許LOCA減少內應力，使得所連結基材堆疊之彎曲可最小化及波導顯示器之光學性能可不受損。舉例而言，當光學基材包括6-吋晶圓時，所連結基材堆疊之彎曲度可低於約20 µm，且波導顯示器之性能可不降級或可僅最低限度地降級。在固化後，LOCA及結構1之矽氧烷添加物的混合物可產生具有穩定機械特性、在450 nm下約1.6或更高之折射率、低於約0.1%/µm之吸收率及大於約1.5 MPa的對玻璃之黏著強度的永久性連結層。
根據某些具體實例，用於連結兩個光學基材之光學透明的含矽氧烷之環氧黏著劑混合物可經由UV、熱或UV及熱處理兩者固化以產生高折射率、高透明度及低彎曲連結層，該連結層可提供所連結基材堆疊之高黏著力。黏著劑混合物可包括例如含矽氧烷及環氧基之寡聚物、UV活化光酸產生劑、交聯劑添加物、溶劑及結構1之添加物，其中結構1之添加物可構成黏著劑混合物（不包括溶劑）之總質量的約1%至7%。在結構1之添加物中，R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或此等材料之混合物，且R 4可包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳的烷基鏈。黏著劑混合物固化時可具有在450 nm下在約1.6與約1.7之間的折射率，及每微米黏著劑混合物低於0.1%之光吸收率。黏著劑混合物在施加於4至8吋晶圓上且固化時，可產生具有低於約20微米之彎曲度的所連結晶圓堆疊。
根據某些具體實例，連結兩個光學基材之方法可包括將包括含矽氧烷之環氧黏著劑混合物的黏著劑層旋塗、噴灑、噴墨印刷、網版印刷、針式滴塗或以其他方式滴塗於第一基材上，且藉由經由UV固化及熱固化之組合固化黏著劑混合物而將黏著劑層連結至第二基材。黏著劑混合物可包括結構1之添加物，其中結構1之添加物可構成混合物（不包括溶劑）之總質量之約1%至7%。黏著劑混合物可施加於第一基材上以形成具有約1至100微米厚度之黏著劑層。黏著劑混合物可固化以產生具有在450 nm下在約1.6與約1.7之間的折射率及每微米黏著劑混合物低於約0.1%之光吸收的機械穩定性黏著劑層。所連結基材堆疊可具有至少2.0 MPa之搭接剪切強度及較低程度之彎曲。在一些具體實例中，第一基材及第二基材可為具有直徑約4至8吋之透明基材，且所連結基材堆疊可具有低於20微米之彎曲度。在一些具體實例中，第一基材或第二基材中之至少一者可為具有任意形狀及長度約1至4吋之透鏡，且所連結基材堆疊之彎曲度可低於約10微米。
根據某些具體實例，兩個透明基材可藉由由包括結構1之添加物的混合物形成的含矽氧烷之環氧黏著劑層連結在一起，其中結構1之添加物可構成不包括溶劑之混合物之總質量之約1%至7%。黏著劑層可為機械穩定的，且可具有在450 nm下在約1.6與約1.7之間的折射率，及每微米黏著劑層低於約0.1%之光吸收。藉由黏著劑層連結之基材堆疊可具有至少2.0 MPa之搭接剪切強度，且可具有較低程度之彎曲。在一個實例中，兩個透明基材可為直徑約4至8吋之晶圓，且所連結基材堆疊可具有低於20微米之彎曲度。在一些具體實例中，兩個透明基材中之至少一者為具有任意形狀及約1至4吋長度之透鏡，且所連結基材堆疊之彎曲度低於10微米。
除非另有定義，否則本文所用之所有技術及科學術語具有與一般熟習本發明所屬技術者通常所理解相同之含義。
如本文中所使用之術語「約」意謂尺寸、大小、調配物、參數、形狀及其他數量及特徵不精確且不需要精確，但可視需要為近似的及/或較大或較小的，從而反映出公差、轉換因數、四捨五入、量測誤差及其類似者，以及所屬技術領域中具通常知識者已知之其他因素。一般而言，無論是否如此明確說明，尺寸、大小、調配物、參數、形狀或其他數量或特徵皆為「約」或「大約」的。應注意，大小、形狀及尺寸非常不同之具體實例可採用所描述之佈置。
在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本發明之實例的透徹理解。然而，顯然是各種實例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，裝置、系統、結構、總成、方法及其他組件可以方塊圖形式展示為組件，以免以不必要的細節混淆實例。在其他情況下，可在無必要細節之情況下展示熟知的裝置、製程、系統、結構及技術，以免混淆實例。圖式及描述並不意欲為限定性的。已在本發明中使用之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此類術語及表述中，不欲排除所展示及描述之特徵的任何等效物或其部分。字詞｢實例｣在本文中用以意謂｢充當實例、例項或說明｣。本文中被描述為「實例」之任何具體實例或設計未必被解釋為比其他具體實例或設計較佳或有利。
圖 1為根據某些具體實例的包括近眼顯示器120之人工實境系統環境100之實例的簡化方塊圖。圖1中所展示之人工實境系統環境100可包括近眼顯示器120、視情況選用之外部成像裝置150及視情況選用之輸入/輸出介面140，其中之各者可耦合至視情況選用之控制台110。雖然圖1展示包括一個近眼顯示器120、一個外部成像裝置150及一個輸入/輸出介面140之人工實境系統環境100的實例，但可在人工實境系統環境100中包括任何數目個此等組件，或可省略該等組件中之任一者。舉例而言，可能存在由與控制台110通信之一或多個外部成像裝置150監測的多個近眼顯示器120。在一些組態中，人工實境系統環境100可不包括外部成像裝置150、視情況選用之輸入/輸出介面140及視情況選用之控制台110。在替代組態中，不同組件或額外組件可包括於人工實境系統環境100中。
近眼顯示器120可為將內容呈現給使用者之頭戴式顯示器。由近眼顯示器120呈現之內容的實例包括影像、視訊、音訊或其任何組合中之一或多者。在一些具體實例中，音訊可經由外部裝置（例如，揚聲器及/或頭戴式耳機）呈現，該外部裝置自近眼顯示器120、控制台110或此兩者接收音訊資訊，且基於該音訊資訊呈現音訊資料。近眼顯示器120可包括一或多個剛體，其可剛性地或非剛性地彼此耦合。剛體之間的剛性耦接可使得耦接的剛體充當單個剛性實體。剛性本體之間的非剛性耦接可允許剛性本體相對於彼此移動。在各種具體實例中，近眼顯示器120可以包括一副眼鏡之任何合適之外觀尺寸來實施。下文關於圖2及圖3進一步描述近眼顯示器120之一些具體實例。另外，在各種具體實例中，本文中所描述之功能性可用於組合近眼顯示器120外部之環境之影像與人工實境內容（例如，電腦產生之影像）的頭戴式裝置。因此，近眼顯示器120可藉由所產生內容（例如，影像、視訊、聲音等）來擴增在近眼顯示器120外部的實體真實世界環境之影像，以向使用者呈現擴增實境。
在各種具體實例中，近眼顯示器120可包括顯示電子件122、顯示光學件124及眼睛追蹤單元130中之一或多者。在一些具體實例中，近眼顯示器120亦可包括一或多個***126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。近眼顯示器120可省略眼睛追蹤單元130、***126、位置感測器128及IMU 132中之任一者，或包括各種具體實例中之額外元件。另外，在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括組合結合圖1所描述之各種元件之功能的元件。
顯示電子件122可根據自例如控制台110接收到之資料而向使用者顯示影像或促進向使用者顯示影像。在各種具體實例中，顯示電子件122可包括一或多個顯示面板，諸如液晶顯示器（LCD）、有機發光二極體（OLED）顯示器、無機發光二極體（ILED）顯示器、微型發光二極體（μLED）顯示器、主動矩陣OLED顯示器（AMOLED）、透明OLED顯示器（TOLED）或一些其他顯示器。舉例而言，在近眼顯示器120之一個實施中，顯示電子件122可包括前TOLED面板、後顯示面板，及在前顯示面板與後顯示面板之間的光學組件（例如，衰減器、偏光器，或繞射或光譜膜）。顯示電子件122可包括像素以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主要顏色的光。在一些實施方式中，顯示電子件122可經由由二維面板產生之立體效果來顯示三維（3D）影像以產生影像深度之主觀感知。例如，顯示電子件122可包括分別定位於使用者之左眼及右眼前方的左側顯示器及右側顯示器。左方顯示器及右方顯示器可呈現相對於彼此水平地移位之影像的複本，以產生立體效果（亦即，檢視影像之使用者對影像深度的感知）。
在某些具體實例中，顯示光學件124可以光學方式顯示影像內容（例如，使用光波導及耦合器），或放大自顯示電子件122接收到之影像光，校正與影像光相關聯之光學誤差，且向近眼顯示器120之使用者呈現經校正之影像光。在各種具體實例中，顯示光學件124可包括一或多個光學元件，諸如基材、光波導、光圈、菲涅爾透鏡（Fresnel len）、凸透鏡、凹透鏡、濾光片、輸入/輸出耦合器，或可能影響自顯示電子件122發射之影像光的任何其他合適的光學元件。顯示光學件124可包括不同光學元件之組合，以及用以維持組合中之光學元件之相對間隔及位向的機械耦合器。顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有諸如抗反射塗層、反射塗層、濾波塗層或不同光學塗層之組合的光學塗層。
影像光由顯示光學件124之放大可允許顯示電子件122相比較大顯示器而言在實體上較小、重量較輕且消耗較少功率。另外，放大可增大所顯示內容之視場。顯示光學件124對影像光之放大的量可藉由調整、添加光學元件或自顯示光學件124移除光學元件來改變。在一些具體實例中，顯示光學件124可將經顯示影像投射至可比近眼顯示器120更遠離使用者眼睛之一或多個影像平面。
顯示光學件124亦可經設計以校正諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合之一或多種類型之光學誤差。二維誤差可包括在兩個維度中發生之光學像差。二維誤差之實例類型可包括桶形失真、枕形失真、縱向色像差及橫向色像差。三維誤差可包括以三維形式出現之光學誤差。三維誤差之實例類型可包括球面像差、慧形像差、場曲率及像散。
***126可為相對於彼此且相對於近眼顯示器120上之參考點而位於近眼顯示器120上之特定位置中的物件。在一些實施方式中，控制台110可在由外部成像裝置150擷取之影像中識別***126，以判定人工實境頭戴式裝置之位置、位向或兩者。***126可為發光二極體（light-emitting diode；LED）、隅角稜鏡反射器（corner cube reflector）、反射標誌、與近眼顯示器120操作所在環境形成對比之一種類型之光源或其任何組合。在***126為主動組件（例如，LED或其他類型之發光裝置）之具體實例中，***126可發射在可見光頻帶（例如，約380 nm至750 nm）、紅外線（infrared；IR）頻帶（例如，約750 nm至1 mm）、紫外線頻帶（例如，約10 nm至約380 nm）、電磁波譜之另一部分或電磁波譜之部分之任何組合中的光。
外部成像裝置150可包括一或多個攝影機、一或多個視訊攝影機、能夠捕捉包括***126中之一或多者之影像的任何其他裝置，或其任何組合。另外，外部成像裝置150可包括一或多個濾光片（例如，以增加信雜比）。外部成像裝置150可經組態以在外部成像裝置150之視場中偵測自***126發射或反射之光。在***126包括被動元件（例如，回反射器）之具體實例中，外部成像裝置150可包括照明***126中之一些或全部的光源，該等***可將光逆向反射至外部成像裝置150中之光源。慢速校準資料可自外部成像裝置150傳達至控制台110，且外部成像裝置150可自控制台110接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數（例如，焦距、焦點、框率、感測器溫度、快門速度、光圈等）。
位置感測器128可回應於近眼顯示器120之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器128之實例可包括加速度計、陀螺儀、磁力計、其他運動偵測或誤差校正感測器，或其任何組合。舉例而言，在一些具體實例中，位置感測器128可包括用以量測平移運動（例如，向前/向後、向上/向下或向左/向右）之多個加速計及用以量測旋轉運動（例如，俯仰、偏航或橫搖）之多個陀螺儀。在一些具體實例中，各個位置感測器可彼此正交地定向。
IMU 132可為基於自位置感測器128中之一或多者接收到之量測信號而產生快速校準資料的電子裝置。位置感測器128可位於IMU 132外部、IMU 132內部或或其任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測信號，IMU 132可生成快速校準資料，該快速校準資料指示相對於近眼顯示器120之初始位置的近眼顯示器120之估計位置。舉例而言，IMU 132可隨時間推移對自加速計接收到之量測信號進行整合以估計速度向量，且隨時間推移對該速度向量進行整合以判定近眼顯示器120上之參考點的估計位置。替代地，IMU 132可將經取樣之量測信號提供至控制台110，該控制台可判定快速校準資料。雖然參考點通常可被定義為空間中之點，但在各種具體實例中，參考點亦可被定義為近眼顯示器120內之點（例如，IMU 132之中心）。
眼睛追蹤單元130可包括一或多個眼睛追蹤系統。眼睛追蹤可指判定眼睛相對於近眼顯示器120之位置，包括眼睛之定向及位置。眼睛追蹤系統可包括成像系統以對一或多個眼睛進行成像，且可視情況包括光發射器，該光發射器可產生經導向至眼睛之光，使得由眼睛反射之光可由成像系統俘獲。舉例而言，眼睛追蹤單元130可包括發射可見光譜或紅外線光譜中之光的非同調或同調光源（例如，雷射二極體），及俘獲由使用者眼睛反射之光的攝影機。作為另一實例，眼睛追蹤單元130可捕獲由小型雷達單元發射之經反射無線電波。眼睛追蹤單元130可使用低功率光發射器，該等低功率光發射器在將不會損傷眼睛或引起身體不適之頻率及強度下發射光。眼睛追蹤單元130可經配置以增加由眼睛追蹤單元130擷取之眼睛影像的對比度，同時減少由眼睛追蹤單元130消耗之總功率（例如，減少由包括於眼睛追蹤單元130中之光發射器及成像系統消耗的功率）。舉例而言，在一些實施方式中，眼睛追蹤單元130可消耗小於100毫瓦之功率。
近眼顯示器120可使用眼睛之定向以例如判定使用者之瞳孔間距離（inter-pupillary distance；IPD），判定凝視方向，引入深度提示（例如，在使用者之主視線外部的模糊影像），收集關於VR媒體中之使用者互動的啟發資訊（例如，花費在任何特定個體、物件或圖框上之時間，其依據所曝露之刺激而變化），部分地基於使用者眼睛中之至少一者之定向的一些其他功能，或其任何組合。因為可判定使用者之兩隻眼睛的位向，所以眼睛追蹤單元130可能夠判定使用者看向何處。舉例而言，判定使用者之凝視方向可包括基於使用者左眼及右眼之經判定定向來判定會聚點。會聚點可為使用者眼睛之兩個中央窩軸線相交的點。使用者之凝視方向可為穿過會聚點及使用者眼睛之瞳孔之間的中點的線之方向。
輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至控制台110之裝置。動作請求可為執行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或進行該應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕，或用於接收動作請求且將所接收動作請求傳達至控制台110的任何其他合適裝置。可將由輸入/輸出介面140接收之動作請求傳達至可執行對應於所請求動作之動作的控制台110。在一些具體實例中，輸入/輸出介面140可根據自控制台110接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，輸入/輸出介面140可在接收到動作請求時或在控制台110已執行所請求動作且將指令傳達至輸入/輸出介面140時提供觸覺回饋。在一些具體實例中，外部成像裝置150可用以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器（其可包括例如IR光源）或使用者之手部之部位或位置以判定使用者之運動。在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括一或多個成像裝置以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器或使用者之手的部位或位置以判定使用者之運動。
控制台110可根據自外部成像裝置150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140中之一或多者接收到之資訊而將內容提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者。在圖1中所展示之範例中，控制台110可包括應用程式商店112、頭戴式裝置追蹤模組114、人工實境引擎116及眼睛追蹤模組118。控制台110之一些具體實例可包括與結合圖1所描述之彼等模組不同的模組或額外模組。下文進一步所描述之功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈在控制台110之組件當中。
在一些具體實例中，控制台110可包括處理器及儲存可由處理器執行之指令的非暫時性電腦可讀儲存媒體。處理器可包括多個同時執行指令之處理單元。非暫時性電腦可讀儲存媒體可為任何記憶體，諸如硬碟機、抽取式記憶體或固態硬碟（例如，快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（DRAM））。在各種具體實例中，結合圖1描述之控制台110的模組可編碼為非暫時性電腦可讀儲存媒體中之指令，該等指令在由處理器執行時使得處理器執行下文進一步描述之功能。
應用程式商店112可儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。應用程式可包括在由處理器執行時生成內容以呈現給使用者之一組指令。由應用程式產生之內容可回應於經由使用者眼睛之移動而自使用者接收到之輸入，或自輸入/輸出介面140接收到之輸入。應用程式之實例包括：遊戲應用程式、會議應用程式、視訊回放應用程式或其他合適之應用程式。
頭戴式裝置追蹤模組114可使用來自外部成像器件150之慢速校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，頭戴式裝置追蹤模組114可使用自慢速校準資訊觀測到之***及近眼顯示器120之模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。頭戴式裝置追蹤模組114亦可使用來自快速校準資訊之位置資訊來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些具體實例中，頭戴式裝置追蹤模組114可使用快速校準資訊、慢速校準資訊或其任何組合之部分來預測近眼顯示器120之未來部位。頭戴式裝置追蹤模組114可將近眼顯示器120之所估計或經預測未來位置提供至人工實境引擎116。
人工實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且自頭戴式裝置追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之預測未來位置或其任何組合。人工實境引擎116亦可自眼睛追蹤模組118接收所估計眼睛位置及位向資訊。基於所接收資訊，人工實境引擎116可判定用以提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者的內容。舉例而言，若所接收資訊指示使用者已看向左側，則人工實境引擎116可為近眼顯示器120產生反映使用者在虛擬環境中之眼球移動的內容。另外，人工實境引擎116可回應於自輸入/輸出介面140接收到之動作請求而執行在控制台110上執行之應用程式內的動作，且將指示該動作已執行之回饋提供至使用者。該回饋可為經由近眼顯示器120之視覺或聽覺回饋，或經由輸入/輸出介面140之觸覺回饋。
眼睛追蹤模組118可自眼睛追蹤單元130接收眼睛追蹤資料，且基於該眼睛追蹤資料判定使用者眼睛之位置。眼睛之位置可包括眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之定向、方位或此兩者。因為眼睛之旋轉軸線依據眼睛在其眼窩中之方位而變化，所以判定眼睛在其眼窩中之方位可允許眼睛追蹤模組118更準確地判定眼睛之位向。
圖 2為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的HMD裝置200之形式的近眼顯示器之實例之透視圖。HMD裝置200可為例如VR系統、AR系統、MR系統或其任何組合之一部分。HMD裝置200可包括本體220及頭部綁帶230。圖2在透視圖中展示本體220之底側223、前側225及左側227。頭部綁帶230可具有可調整或可延伸之長度。在HMD裝置200之本體220與頭部綁帶230之間可存在足夠的空間，以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者之頭部上。在各種具體實例中，HMD裝置200可包括額外組件、更少組件或不同組件。舉例而言，在一些具體實例中，HMD裝置200可包括如例如以下圖3中所展示之眼鏡鏡腿及鏡腿尖端，而非頭部綁帶230。
HMD裝置200可將包括具有電腦產生元素之實體真實世界環境之虛擬及/或擴增視圖的媒體呈現給使用者。由HMD裝置200呈現之媒體的實例可包括影像（例如，二維（2D）或三維（3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊或其任何組合。影像及視訊可由封圍於HMD裝置200之主體220中之一或多個顯示器總成（圖2中未顯示）呈現給使用者之各眼睛。在各種具體實例中，該一或多個顯示器總成可包括單個電子顯示面板或多個電子顯示面板（例如，使用者之每隻眼睛一個顯示面板）。電子顯示面板之實例可包括例如LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、一些其他顯示器，或其任何組合。HMD裝置200可包括兩個眼框區域。
在一些實施方式中，HMD裝置200可包括各種感測器（圖中未示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及眼睛追蹤感測器。此等感測器中之一些可使用結構化光圖案以進行感測。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括用於與控制台進行通信之輸入/輸出介面。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括虛擬實境引擎（圖中未示），該虛擬實境引擎可執行HMD裝置200內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、經預測未來位置或其任何組合。在一些實施方式中，由虛擬實境引擎接收之資訊可用於為一或多個顯示器總成產生信號（例如，顯示指令）。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括相對於彼此且相對於參考點而位於主體220上之固定位置中的***（未圖示，諸如***126）。該等***中之各者可發射光，該光可由外部成像裝置偵測。
圖 3為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的一副眼鏡之形式的近眼顯示器300之實例之透視圖。近眼顯示器300可為圖1之近眼顯示器120的特定實現方式，且可經組態以作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器及/或混合實境顯示器來操作。近眼顯示器300包括框架305及顯示器310。顯示器310可經組態以將內容呈現給使用者。在一些具體實例中，顯示器310可包括顯示電子件及/或顯示光學件。舉例而言，如上文關於圖1之近眼顯示器120所描述，顯示器310可包括LCD顯示面板、LED顯示面板或光學顯示面板（例如，波導顯示器總成）。
近眼顯示器300可進一步包括在框架305上或內之各種感測器350a、350b、350c、350d及350e。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器或環境光感測器。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個影像感測器，其經組態以產生表示不同方向上之不同視場的影像資料。在一些具體實例中，感測器350a至350e可用作輸入裝置以控制或影響近眼顯示器300之所顯示內容，及/或向近眼顯示器300之使用者提供互動式VR/AR/MR體驗。在一些具體實例中，感測器350a至350e亦可用於立體成像。
在一些具體實例中，近眼顯示器300可進一步包括一或多個照明器330以將光投射至實體環境中。所投射光可與不同頻帶（例如，可見光、紅外光、紫外光等）相關聯，且可用於各種目的。舉例而言，一或多個照明器330可將光投射於黑暗環境中（或具有低強度之紅外光、紫外光等的環境中），以輔助感測器350a至350e捕獲黑暗環境內之不同物件的影像。在一些具體實例中，一或多個照明器330可用以將某些光圖案投影至環境內之物件上。在一些具體實例中，一或多個照明器330可用作***，諸如上文關於圖1所描述之***126。
在一些具體實例中，近眼顯示器300亦可包括高解析度攝影機340。高解析度攝影機340可捕獲視場中之實體環境之影像。經捕獲影像可例如由虛擬實境引擎（例如，圖1之人工實境引擎116）處理，以將虛擬物件添加至經捕獲影像或修改經捕獲影像中之實體物件，且經處理影像可由顯示器310顯示給使用者以用於AR或MR應用。
圖 4說明根據某些具體實例的包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統400之實例。擴增實境系統400可包括投影機410及組合器415。投影機410可包括光源或影像源412及投影機光學件414。在一些具體實例中，光源或影像源412可包括上文所描述的一或多個微LED裝置。在一些具體實例中，影像源412可包括顯示虛擬物件之複數個像素，諸如LCD顯示面板或LED顯示面板。在一些具體實例中，影像源412可包括產生相干或部分相干光之光源。舉例而言，影像源412可包括雷射二極體、垂直空腔表面發射雷射、LED及/或上文所描述之微型LED。在一些具體實例中，影像源412可包括各自發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之單色影像光的複數個光源（例如，上文所描述之微型LED陣列）。在一些具體實例中，影像源412可包括微型LED之三個二維陣列，其中微型LED之各二維陣列可包括經組態以發射具有原色（例如，紅色、綠色或藍色）之光的微型LED。在一些具體實例中，影像源412可包括光學圖案產生器，諸如空間光調變器。投影機光學件414可包括可調節來自影像源412之光，諸如擴展、準直、掃描或將光自影像源412投影至組合器415的一或多個光學組件。該一或多個光學組件可包括例如一或多個透鏡、液體透鏡、鏡子、光圈及/或光柵。舉例而言，在一些具體實例中，影像源412可包括微型LED之一或多個一維陣列或細長二維陣列，且投影機光學件414可包括經組態以掃描微型LED之一維陣列或細長二維陣列以產生影像圖框的一或多個一維掃描器（例如，微鏡或稜鏡）。在一些具體實例中，投影機光學件414可包括具有複數個電極之液體透鏡（例如，液晶透鏡），該液體透鏡允許掃描來自影像源412之光。
組合器415可包括用於將來自投影機410之光耦合至組合器415之基材420中的輸入耦合器430。輸入耦合器430可包括體積布拉格光柵（VBG）、繞射光學元件（DOE）（例如，表面起伏光柵（SRG））、基材420之傾斜表面或折射耦合器（例如，楔形件或稜鏡）。舉例而言，輸入耦合器430可包括反射式體積布拉格光柵或透射式體積布拉格光柵。對於可見光，輸入耦合器430可具有大於30%、50%、75%、90%或更高之耦合效率。耦合至基材420中之光可經由例如全內反射（TIR）在基材420內傳播。基材420可呈一副眼鏡之透鏡的形式。基材420可具有平坦或彎曲表面，且可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、晶體或陶瓷。基材之厚度可在例如小於約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。基材420對於可見光可為可穿透的。
基材420可包括或可耦合至複數個輸出耦合器440，該複數個輸出耦合器各自經組態以自基材420提取由基材420導引且在其內傳播的光之至少一部分，且將所提取光460引導至擴增實境系統400之使用者的眼睛490在擴增實境系統400在使用中時可位於的眼眶495。複數個輸出耦合器440可複製出射光瞳以增大眼眶495之大小，使得經顯示影像在較大區域中可見。與輸入耦合器430一樣，輸出耦合器440可包括光柵耦合器（例如體積全像光柵或表面起伏光柵）、其他繞射光學元件、稜鏡等。舉例而言，輸出耦合器440可包括反射體積布拉格光柵或透射體積布拉格光柵。輸出耦合器440可在不同部位處具有不同耦合（例如，繞射）效率。基材420亦可允許來自組合器415前方之環境的光450在損失極少或無損失之情況下穿過。輸出耦合器440亦可允許光450在損耗極少之情況下穿過。舉例而言，在一些實施方式中，輸出耦合器440可對於光450具有極低繞射效率，使得光450可在損耗極少之情況下折射或以其他方式穿過輸出耦合器440，且因此可具有高於所提取光460之強度。在一些實施方式中，輸出耦合器440可對於光450有高繞射效率，且可在損失極少之情況下在某些所要方向（亦即，繞射角）上繞射光450。因而，使用者可能夠檢視組合器415前方之環境與由投影機410投影之虛擬物件之影像的經組合影像。
在一些具體實例中，投影機410、輸入耦合器430及輸出耦合器440可在基材420之任一側面上。輸入耦合器430及輸出耦合器440可為反射光柵（亦稱為反射光柵）或透射光柵（亦稱為透射光柵）以將顯示光耦合至基材420中或基材420之外。
圖 5說明根據某些具體實例的包括用於出射光瞳擴展之波導顯示器之光學透視擴增實境系統500的實例。擴增實境系統500可類似於擴增實境系統500，且可包括波導顯示器及投影機，該投影機可包括光源或影像源510及投影機光學件520。波導顯示器可包括如上文關於擴增實境系統500所描述之基材530、輸入耦合器540及複數個輸出耦合器550。雖然圖5僅展示來自單個視場之光的傳播，但圖5展示來自多個視場之光的傳播。
圖5展示出射光瞳由輸出耦合器550複製以形成聚集式出射光瞳或眼眶，其中視場中之不同區域（例如，影像源510上之不同像素）可與朝向眼眶之不同個別傳播方向相關聯，且來自同一視場之光（例如，影像源510上之同一像素）可具有用於不同各別出射光瞳之同一傳播方向。因此，影像源510之單個影像可由定位於眼眶中之任何位置之使用者眼睛形成，其中來自不同個別出射光瞳且在同一方向上傳播之光可來自影像源510上之同一像素且可聚焦至使用者眼睛之視網膜上之同一位置上。圖5展示即使使用者眼睛移動至眼眶中之不同部位，影像源之影像亦由使用者眼睛可見。
圖 6A說明包括體積布拉格光柵耦合器之波導顯示器600之實例。波導顯示器600可包括在基材610內或連結在一起之兩個基材之間的VBG層620。舉例而言，VBG層620可形成於一個基材上且具有VBG層620之基材可連結至另一基材，使得VBG層620可由該兩個基材包夾以形成波導顯示器，其中顯示光可由頂表面612及底表面614反射。VBG層620可包括輸入VBG 622及輸出VBG 624。在所說明實例中，輸入VBG 622可反射地繞射入射光，且因此可充當反射式VBG。輸出VBG 624可部分地將來自輸入VBG 622之光反射地繞射至基材610之外朝向波導顯示器600之眼眶。輸入VBG 622及輸出VBG 624可充當多個反射器，其強有力地反射具有特定波長且及/或來自滿足布拉格條件之特定角度的光。在各種具體實例中，視VBG中之多個反射器之傾斜角度而定，輸入VBG 622及輸出VBG 624可為透射VBG或反射VBG，其中反射光可或可不穿過VBG使得VBG可透射地或反射地繞射入射光。多個反射器中之各者之反射性可視入射光之偏光狀態、波長及入射角，及VBG之時段、基礎折射率及折射率調變（Δn）而定。
圖 6B說明根據某些具體實例的包括用於不同視場之多個光柵層的基於光柵之波導顯示器602之實例。在波導顯示器602中，光柵可沿著Z方向在空間上經多工。舉例而言，波導顯示器602可包括多個基材，諸如基材630、632、634及類似者。基材可包括具有相同材料或具有類似折射率之材料。一或多個光柵640、642、644及類似者（例如，VBG或SRG）可形成在各基材上，諸如記錄在基材上形成之全像材料層中或蝕刻於基材中。光柵可為反射式光柵或透射式光柵。具有該等光柵之基材可沿著z方向配置於基材堆疊中以用於空間多工。在一些具體實例中，各光柵640、642或644可為多工VBG，其包括針對不同布拉格條件經設計以將不同波長範圍及/或不同FOV之顯示光耦合至波導顯示器602中或波導顯示器602之外的多個光柵。在圖6B中所示之實例中，光柵640可將來自正視場之光654耦合至波導中，如由波導內之光線664所示。光柵642可將來自約0°視場之光650耦合至波導中，如由波導內之光線660所展示。光柵644可將來自負視場之光652耦合至波導中，如由波導內之光線662所展示。
在許多基於波導之近眼顯示系統中，為了以二維形式擴展基於波導之近眼顯示器的眼眶，兩個或更多個輸出光柵可用於以二維形式或沿著兩個軸線擴展顯示光（其可稱作雙軸瞳孔擴展）。兩個光柵可具有不同光柵參數，使得一個光柵可用於複製一個方向上之出射瞳孔，且另一個光柵可用於複製另一方向上之出射瞳孔。
圖 7A為根據某些具體實例的具有出射光瞳擴展及色散降低之基於光柵（例如，基於體積布拉格光柵或表面起伏光柵）之波導顯示器700之實例的俯視圖。波導顯示器700可為擴增實境系統400或500之實例，且可包括波導705、輸入光柵710、第一中間光柵720、第二中間光柵730及形成於波導705上或中的輸出光柵740。輸入光柵710、第一中間光柵720、第二中間光柵730及輸出光柵740中之各者可為透射式光柵或反射式光柵。來自光源（例如，一或多個微LED陣列）之顯示光可由輸入光柵710耦合至波導705中。內耦合顯示光可經由如圖4中所示之全內反射由波導705之表面反射，使得顯示光可在波導705內傳播。輸入光柵710可包括VBG或SRGS。在一個實例中，輸入光柵710可包括經多工VBG且可以對應繞射角將具有不同顏色且來自不同視場之顯示光耦合至波導705中。
第一中間光柵720及第二中間光柵730可在相同全像材料層之不同區中或可在不同全像材料層上。在一些具體實例中，第一中間光柵720可空間上與第二中間光柵730分離。第一中間光柵720及第二中間光柵730可各自包括經多工VBG或SRG。在一些具體實例中，第一中間光柵720及第二中間光柵730可在相同次數曝光中及在類似記錄條件下經記錄，使得第一中間光柵720中之各VBG可匹配第二中間光柵730中之相應VBG（例如，在x-y平面中具有相同光柵向量且在z方向上具有相同及/或相對光柵向量）。舉例而言，在一些具體實例中，第一中間光柵720中之VBG及第二中間光柵730中之對應VBG可具有相同光柵週期及相同光柵傾斜角度（且因此相同光柵向量），及相同厚度。在一個實例中，第一中間光柵720及第二中間光柵730可具有約20 μm之厚度且可各自包括經由約20次或更多次曝光記錄之約20個或更多個VBG。
輸出光柵740可形成於波導顯示器700之透視區中且可包括出射區750，當在z方向上查看（例如，在+z或-z方向上在距輸出光柵740約18 mm之距離處）時，該出射區與波導顯示器700之眼眶重疊。輸出光柵740可包括包括許多VBG之SRG或經多工VBG光柵。在一些具體實例中，輸出光柵740及第二中間光柵730可至少部分地在x-y平面中重疊，藉此減小波導顯示器700之外觀尺寸。輸出光柵740與第一中間光柵720及第二中間光柵730組合可執行上文所描述之雙軸光瞳擴展，從而以二維形式擴展入射顯示光束以用顯示光填充眼眶。
輸入光柵710可將來自光源之顯示光耦合至波導705中。顯示光可直接達到第一中間光柵720或可由波導705之表面反射至第一中間光柵720，其中顯示光束之大小可略微大於輸入光柵710處的顯示光束之大小。第一中間光柵720中之各VBG可在FOV範圍及大致滿足VBG之布拉格條件的波長範圍內將顯示光之一部分繞射至第二中間光柵730。雖然由第一中間光柵720中之VBG繞射之顯示光經由全內反射在波導705內（例如，沿著由線722展示之方向）傳播，但每當在波導705內傳播之顯示光到達第二中間光柵730時，顯示光之一部分可由第二中間光柵730中之對應VBG朝向輸出光柵740繞射，如由線732所示。每當在波導705內傳播之顯示光達到輸出光柵740之出射區750時，輸出光柵740可隨後藉由將顯示光之一部分繞射至眼眶來在不同方向上擴展來自第二中間光柵730之顯示光。
如上文所描述，第一中間光柵720中之各VBG可匹配第二中間光柵730中之相應VBG（例如，在x-y平面中具有相同光柵向量，且在z方向上具有相同及/或相對光柵向量）。由於兩個匹配VBG處之顯示光之相反傳播方向，故兩個匹配VBG可在相反布拉格條件下工作（例如，+1階繞射與-1階繞射）。舉例而言，如圖7A中所展示，第一中間光柵720中之VBG可將顯示光之傳播方向自向下方向變為向右方向，而第二中間光柵730中之匹配VBG可將顯示光之傳播方向自向右方向變為向下方向。因此，由第二中間光柵730引起之色散可與由第一中間光柵720引起之色散相反，藉此減少或最小化總體色散。
類似地，輸入光柵710中之各VBG可匹配輸出光柵740中之相應VBG（例如，在x-y平面中具有相同光柵向量，且在z方向上具有相同及/或相對光柵向量）。歸因於兩個匹配VBG處之顯示光（例如，至波導705中及至波導705之外）之相反傳播方向，兩個匹配VBG亦可在相反布拉格條件下工作（例如，+1階繞射與-1階繞射）。因此，由輸入光柵710引起之色散可與由輸出光柵740引起之色散相反，藉此減少或最小化總體色散。
圖 7B為包括光柵耦合器之波導顯示器700之實例的側視圖。如所說明，波導顯示器700可包括可由間隔物780分離的第一總成760及第二總成770。第一總成760可包括第一基材762、第二基材766及第一基材762與第二基材766之間的一或多個光柵層764。第一基材762及第二基材766可各自為薄透明基材，諸如具有約100 μm或幾百微米之厚度的玻璃基材。光柵層764可包括經多工反射式VBG、透射式VBG、SRG或組合。類似地，第二總成770可包括第一基材772、第二基材776及第一基材772與第二基材776之間的一或多個光柵層774。光柵層774可包括經多工反射式VBG、透射式VBG、SRG或組合。在一個實例中，第一總成760可用於將來自某些視場之呈紅色、綠色及藍色之顯示光耦合至使用者眼睛，且第二總成770可用於將來自其他視場之呈紅色、綠色及藍色之顯示光耦合至使用者眼睛。
圖 8A說明藉由使用連結層830連結兩個基材810及820所形成之層堆疊800的實例。層堆疊800可用作用於導引顯示光之波導，且可包括一或多個形成於一個或兩個基材上之光學元件，如上文所描述。在所說明之實例中，輸出光柵耦合器840可形成於基材820上。基材810可或可不包括其上形成之光柵。耦合至波導中之光束850可經由全內反射在波導內傳播。每當經導引光束到達輸出光柵耦合器840時，經導引光束之一部分860可藉由輸出光柵耦合器840耦合至波導之外。在層堆疊800中，基材820之頂表面及基材810之底表面可彼此平行。因此，入射於基材820之頂表面上的經導引光束之入射角及入射於基材810之底表面上的經導引光束之入射角可保持恆定，且在不同位置耦合至波導之外的經導引光束之一部分860可具有相同繞射角。
圖 8B說明波導顯示器802之另一實例。波導顯示器802可包括基材812，其可類似於基材420或530。基材812可包括例如玻璃、矽、氮化矽、碳化矽、LiNbO 3、TiO 2、GaN、AlN、SiC、CVD金剛石、ZnS或任何其他適合材料。輸入光柵822及一或多個輸出光柵832及842可蝕刻在基材812中或蝕刻形成於基材812上之光柵材料層中。在一些具體實例中，輸入光柵822及輸出光柵832及842可為記錄在塗佈於基材812上之全像材料層中的全像光柵。在一些具體實例中，輸入光柵822及輸出光柵832及842可包括蝕刻在基材812中或壓印在沈積於基材812上之奈米壓印材料層中的傾斜或豎直表面起伏光柵，且可包括填充光柵槽之外塗層。輸出光柵832及842可蝕刻在基材812之相對表面上。在一些具體實例中，可使用僅一個輸出光柵832或842。輸入光柵822可將來自不同視角（或不同視場（FOV）內）之具有不同顏色（例如，紅色、綠色及藍色）之顯示光耦合至基材812中，次可經由全內反射導引內耦合顯示光。每當內耦合顯示光到達輸出光柵832或842時，在基材812內傳播之內耦合顯示光之一部分可藉由輸出光柵832或842朝向波導顯示器802之眼眶耦合至基材812之外。
為了滿足光柵方程式，繞射光柵可將具有不同顏色（波長）及/或來自不同視角之入射光繞射至不同繞射角。舉例而言，在圖8B中所示之實例中，具有不同顏色（例如，紅色及藍色）及相同入射角（例如，約0°）之兩個光束可由輸入光柵822繞射至基材812內之不同方向。更特定言之，具有較短波長之光束（例如，藍光）可具有較小繞射角。具有相同顏色但不同入射角之兩個光束亦可由輸入光柵822繞射至基材812內之兩個不同方向。由於不同傳播方向，兩個內耦合光束可到達基材812之表面且在x方向上傳播不同距離之後繞射至基材812之外。相比於相對於基材812之表面法線方向具有較大角度之光束，相對於基材812之表面法線方向具有較小角度之光束可到達輸出光柵832或842較多次數。另外，針對不同顏色或不同入射角之入射光，光柵可不具有平穩繞射效率。出於至少此等原因，具有不同顏色或不同FOV之顯示光可以不同密度導向眼眶，且亦可在使用者眼睛之視網膜上形成重影。
圖 8C說明根據某些具體實例的多層波導顯示器804之實例。多層波導顯示器804可包括第一波導層814，其包括形成於其上之一或多個輸入光柵824及826及一個或兩個輸出光柵834及844，如同上文所描述之波導顯示器802。第一波導層814可包括例如玻璃、矽、氮化矽、碳化矽、LiNbO 3、TiO 2、GaN、AlN、CVD金剛石、ZnS及類似者。輸入光柵824及826以及輸出光柵834及844可為傾斜或豎直全像或表面起伏光柵且可包括填充光柵槽之外塗層。在一些具體實例中，輸入光柵824及826以及輸出光柵834及844中之一或多者可各自具有可變的光柵週期、可變的工作週期、可變的傾斜角度及/或可變的蝕刻深度。在一些具體實例中，輸入光柵及輸出光柵中之一或多者可各自包括二維光柵，其沿二維光柵之兩個方向具有可變光柵週期、可變的工作週期、可變的傾斜角度及/或可變的蝕刻深度。
多層波導顯示器804可包括第一波導層814之相對側上之第二波導層854及第三波導層864。第二波導層854及第三波導層864可各自為具有比第一波導層814之折射率更低之折射率之透明材料的薄層（例如，幾百微米，諸如在約100 μm與約600 μm之間）。舉例而言，第一波導層814之折射率與第二波導層854或第三波導層864之折射率之間的差可為約0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.25、0.3或更大。第二波導層854及第三波導層864可具有相同折射率或不同折射率。
另外，第四波導層870可形成於第二波導層854上，且第五波導層880可形成於第三波導層864上。第四波導層870及第五波導層880可各自為具有比第二波導層854及第三波導層864之各別折射率更低之折射率的透明材料之薄層（例如，幾百微米，諸如在約100 μm與約600 μm之間）。舉例而言，第二波導層854之折射率與第四波導層870之折射率之間的差及第三波導層864之折射率與第五波導層880之折射率之間的差可為約0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.25、0.3或更大。第四波導層870及第五波導層880可具有相同折射率或不同折射率。
多層波導顯示器804可實現具有不同顏色及來自不同FOV之光的更均勻複製。舉例而言，第一光束890（例如，具有較長波長或來自較大視角）可藉由輸入光柵824耦合至第一波導層814中，且可以相對於第一波導層814之表面法線方向的較大角在第一波導層814內傳播。因此，歸因於較大入射角及第一波導層814與第二波導層854之折射率差，第一光束890可經由全內反射在第一波導層814與第二波導層854之間的界面處反射。
第二光束892（例如，具有較短波長及/或來自較小視角）可藉由輸入光柵824耦合至第一波導層814中且可以相對於第一波導層814之表面法線方向的較小角度在第一波導層814內傳播。因此，第二光束892可不在第一波導層814與第二波導層854之間的界面處經由全內反射反射，此係由於入射角可能小於界面處之臨界角。因此，第二光束892可實際上在界面處以較大折射角折射至第二波導層854中，且歸因於入射角增加及第二波導層854與第四波導層870之折射率差，可隨後經由全內反射在第二波導層854之底表面處反射。因此，即使第二光束892可相對於第一波導層814之表面法線方向具有比第一光束890更小之傳播角，第二光束892亦可在經由全內反射進行反射之前在z方向上行進較長距離，且因此可在經由全內反射進行反射之前在x方向上行進與第一光束890相似之距離。以此方式，第一光束890及第二光束892可由輸出光柵834或844在約相同位置處（或相同間隔）繞射及/或繞射約相同次數。
類似地，第三光束894（例如，具有甚至更短波長及/或甚至更小視角）可由輸入光柵824耦合至第一波導層814中且可以相對於第一波導層814之表面法線方向較小的角度在第一波導層814內傳播。第三光束894可在第一波導層814與第二波導層854之間的界面及第二波導層854與第四波導層870之間的界面處折射，但歸因於增加之入射角及第四波導層870與空氣之折射率差，可經由全內反射在第四波導層870之底表面處反射。因此，即使第三光束894可相對於第一波導層814之表面法線方向具有比第一光束890更小之傳播角，第三光束894亦可在經由全內反射進行反射之前在z方向上行進較長距離，且因此可在經由全內反射進行反射之前在x方向上行進與第一光束890相似之距離。以此方式，第一光束890及第三光束894可由輸出光柵834或844在約相同位置處（或相同間隔）繞射及/或繞射約相同次數。
第一波導層814、第二波導層854、第三波導層864、第四波導層870及第五波導層880之厚度及折射率可基於所需性能來選擇。在各種具體實例中，本文中之多層波導顯示器可包括兩個或更多個波導層，諸如三、四、五或更多個層。在一些具體實例中，低折射率波導層可在輸入及輸出光柵之同一側面上，且兩個或更多個波導層之折射率可在層堆疊之一側最高，且隨後朝向層堆疊之另一側逐漸減小。在一些具體實例中，低折射率波導層可在輸入及輸出光柵之相對側上，且兩個或更多個波導層之折射率可在層堆疊之中心處最高且可朝向層堆疊之兩個相對側逐漸減小。在一些具體實例中，波導層堆疊之折射率分佈圖可為對稱的且在如圖8C中所示之中心處具有最高值。在一些具體實例中，波導層堆疊之折射率分佈圖可不相對於波導層堆疊之中心對稱。在一些具體實例中，一或多個光柵或其他光學元件可形成於波導層854、864、870或880中或波導層854、864、870或880上。
在一些具體實例中，光學基材（例如，包括一或多個光波導層，諸如波導層814、854、864、870或880）可使用液體光學澄清黏著劑（LOCA）連結。為使LOCA與用於波導顯示器應用之光學基材相容，LOCA需要對可見光為可穿透的（例如，具有小於約0.1%/µm之吸收），具有高折射率（例如，大於約1.6），且可經由固化完全交聯，而不誘導較大內應力。高透明度及高折射率可藉由利用例如含矽氧烷之環氧基LOCA來達成。此等材料可具有在450 nm下約1.6或更高之折射率，其吸收率可為低於約0.1%/µm LOCA材料，且其對玻璃之黏著強度可典型地高於1.5 Mpa。因此，此等LOCA材料可用以在兩個光學基材之間形成永久性連結，且連結可能夠經受裝置處理及可靠性測試。
圖 9A說明使用LOCA層連結兩個光學基材之方法900的實例。如所說明，LOCA層920（例如，包括含矽氧烷之環氧基LOCA）可藉由例如旋塗、噴塗、噴墨印刷、網版印刷、或以其他滴塗技術施加於第一光學基材910上。任何殘餘溶劑可例如藉由施加後烘烤（PAB）熱蒸發。LOCA可經由UV處理部分固化。第二光學基材930可隨後置放於LOCA層920及第一光學基材910上方，且基材堆疊可視情況藉由壓縮機進行壓縮連結處理。第一光學基材910與第二光學基材930之間包括LOCA層920的基材堆疊可經由UV固化及/或熱固化（例如，曝光後烘烤（PEB））固化，其可將LOCA材料自其初始液態轉化成中間熱塑性狀態。基材堆疊可隨後經烘烤或以其他方式熱固化以將LOCA材料自熱塑性狀態轉化成最終熱固性狀態，其中所連結堆疊之黏著強度可最大化且LOCA機械特性針對其他熱處理可為穩定的。可在固化步驟之任一者或全部中對光學基材施加壓縮。
圖 9B說明LOCA材料在UV固化後之聚合的實例。LOCA材料可包括單體或寡聚物950，諸如含矽氧烷及環氧基之寡聚物，其可為小分子。LOCA材料亦可包括UV活化光酸產生劑、交聯劑添加物及溶劑。在分子層面上，固化過程可導致LOCA材料之聚合及交聯。更特定言之，在曝露於UV光後，UV活化光酸產生劑可產生光酸，其可引起寡聚物950之交聯。任何熱處理可隨後產生黏著劑組分之進一步交聯。交聯之寡聚物950可形成聚合物960。聚合物960可包括寡聚物或聚合物之長鏈且因此可具有大分子量。隨著鏈生長，LOCA層可收縮。如圖9B中所示，聚合物960可包括未完全反應之一些位點970。因此，聚合物960可繼續在位點970處生長，其可使該等鏈交聯且在鏈之間生成橋鍵。矽氧烷環氧基LOCA之交聯過程可導致顯著收縮，其可在LOCA層內積聚內應力，因為大分子難以在LOCA層收縮及緊縮時重排及鬆弛。內應力之積聚可導致所連結基材堆疊之變形（例如，彎曲），如圖9A中所示。若內應力過高，則分層可在正常處理及/或可靠性測試期間出現。
在熱固化期間，LOCA材料可繼續聚合及交聯以形成具有原子長鏈之較大分子，且因此LOCA層920可在熱固化期間繼續收縮。舉例而言，聚合物960可繼續在位點970處生長，其可使該等鏈交聯且在鏈之間生成橋鍵以形成較大分子，且因此可引起LOCA層之進一步收縮。大分子可需要大量能量以在LOCA層收縮及緊縮時重排及鬆弛。因此，隨著LOCA層繼續交聯及收縮，內應力可繼續積聚。鏈之間的交聯愈多，大分子愈難以重排及完全鬆弛，以便在LOCA層收縮時減少內應力。因此，LOCA層之內應力及所連結基材堆疊之彎曲可在如圖9A中所示之熱固化期間增加。在兩個光學基材可具有不同熱膨脹係數（CTE）之情況下，所連結基材堆疊可由於所連結基材堆疊之CTE錯配及加熱/冷卻而經歷進一步變形，其可增加所連結基材堆疊之彎曲且甚至使得所連結基材堆疊之滲透變形。
當所連結光學基材中之至少一者用作光學波導時，基材堆疊歸因於LOCA內應力之變形可導致畸變及其他光學假影，諸如主射線角移位、調變傳遞函數降級、橫向色像差、光瞳遊動、文字斷裂及雙重影像，藉此使波導顯示器之光學性能降級。當將6-吋晶圓用作基材且所連結基材堆疊之彎曲高於20 µm時，波導顯示器之光學性能可能為不可接受的。
圖 10A說明包括波導層1030之波導顯示器1000之實例，該波導層1030具有楔形形狀，歸因於例如藉由使用LOCA材料（圖10A中未展示）將波導層1030連結至波導層1010引起的基材彎曲。波導層1010可包括一或多個輸入光柵1020及1022，以及一或多個輸出光柵1024及1026以形成波導顯示器1000。在圖10A中所示之實例中，第一光束1040（例如，具有較長波長或來自較大視角）可藉由輸入光柵1022以相對於波導層1010之表面法線方向的較大角度耦合至波導層1010中。因此，歸因於較大入射角及波導層1010與波導層1030之折射率差，第一光束1040可經由全內反射在波導層1010與波導層1030之間的界面處反射。第二光束1042（例如，具有較短波長及/或來自較小視角）可藉由輸入光柵1022耦合至波導層1010中且可以相對於波導層1010之表面法線方向的較小角度在波導層1010內傳播。因此，第二光束1042可不在波導層1010與波導層1030之間的界面處經由全內反射進行反射，此係由於入射角可能小於界面處之臨界角。因此，第二光束1042可實際上在界面處以較大折射角折射至波導層1030中，且歸因於增加之入射角及波導層1030與空氣之折射率的較大差（例如，約0.5），可隨後經由全內反射在波導層1030之頂表面處反射。當波導層1030具有低（例如，接近零）TTV或小楔角（例如，具有如平面1034所示之理想平坦頂表面）時，第二光束1042可在平面1034處如由光線1043所示進行反射。即使第二光束1042可相對於波導層1010之表面法線方向具有比第一光束1040更小之傳播角度，第二光束1042可在經由全內反射進行反射之前在z方向上行進較長距離，且因此可在經由全內反射（例如，如光線1043所示）進行反射之前在x方向上行進與第一光束1040相似的距離。以此方式，第一光束1040及第二光束1042可由輸出光柵1024或1026在約相同位置處（或約相同間隔）繞射及/或繞射約相同次數。波導層1010及波導層1030之厚度及折射率可基於所需性能來選擇。
然而，歸因於藉由使用UV光及/或熱固化LOCA連結層引起的基材彎曲，波導層1030可具有楔形形狀（例如，具有大於1 arcsec之楔角）。由於楔形形狀，第二光束1042（在折射至波導層1030中之後）入射於波導層1030之頂表面1032上之入射角及經導引光束入射於波導層1010之底表面上之入射角可逐漸變化（例如，在所說明之實例中逐漸減小）。舉例而言，歸因於波導層1030之不均勻性，第二光束1042可實際上由波導層1030之頂表面1032反射至如由光線1045所示之方向。因此，第一光束1040及第二光束1042可在不同位置耦合至波導顯示器1000之外（例如，由輸出光柵1024或1026繞射）。另外，頂表面1032處之兩個相鄰反射位置之間的距離可逐漸減小。因此，可不均勻地複製出射光瞳。
由於光束入射於輸出光柵1024及1026之不同位置上的入射角可不同，所以光束在輸出光柵1024及1026之不同位置處繞射的繞射角亦可不同。因此，來自相同FOV角度之顯示光可在輸出光柵之不同位置處朝向不同方向繞射。因此，可出現諸如雙重影像之光學假影且顯示影像之品質可能不佳。在一些情況下，由於第二光束1042入射於頂表面1032上之入射角及第二光束1042入射於波導層1010之底表面上的入射角可隨著第二光束1042在波導顯示器1000中傳播而逐漸減小，在一些位置處，第二光束1042入射於頂表面1032上之入射角或第二光束1042入射於波導層1010之底表面上的入射角可小於臨界角，且因此可不再經由全內反射導引在波導顯示器1000中。
圖 10B說明藉由使用液體光學澄清黏著劑連結兩個平面基材1050及1060所形成之層堆疊1005的實例。在所說明之實例中，輸出光柵耦合器1062可形成於基材1060上。LOCA層1070可施配在基材1050與基材1060之間。基材1050及1060可藉由對基材1050之底表面及/或基材1060之頂表面施加壓力（例如，機械壓力或真空壓力）而推動在一起。可允許LOCA層1070中之LOCA材料在無壓力的情況下或回應於壓力而流動。在施加壓力某一時段之後，LOCA材料可使用例如UV光及/或熱（例如，曝露於腔室中之UV光或在烘箱中烘烤）固化，如上文所描述。
歸因於藉由使用UV光及/或熱固化LOCA層1070引起的基材彎曲，層堆疊1005可具有楔形形狀。楔形之角度可不精確受控，且可較大，諸如大於約1×10 -4弧度。耦合至藉由連結層堆疊1005形成之波導的光束1080可能需要經由全內反射在波導內傳播。每當經導引光束到達輸出光柵耦合器1062時，經導引光束之一部分1082可藉由輸出光柵耦合器1062耦合至波導之外。由於層堆疊1005可具有楔形形狀，經導引光束入射於基材1060之頂表面上的入射角及經導引光束入射於基材1050之底表面上的入射角可逐漸變化（例如，在所說明之實例中逐漸減小）。舉例而言，若基材1060之頂表面平行於基材1050之底表面，則經導引光束可由基材1060頂表面反射（例如，經由TIR）至如由光線1084所示之方向。歸因於層堆疊1005之楔形形狀，經導引光束可實際上由基材1060之頂表面反射至如由光線1086所示之方向。因此，經導引光束在不同位置耦合至波導之外的部分1082之方向可不同，如圖10B中所示。另外，基材1060之頂表面處的兩個相鄰反射位置之間的距離可逐漸減小。因此，可不均勻地複製出射光瞳。
此外，由於經導引光束入射於基材1060之頂表面上的入射角及經導引光束入射於基材1050之底表面上的入射角可隨著經導引光束在波導中傳播而逐漸減小，在一些位置處，經導引光束入射於基材1060之頂表面上之入射角或經導引光束入射於基材1050之底表面上的入射角可小於臨界角，且因此可不再經由全內反射導引在波導中。實際上，如由光線1090所示，經導引光束可折射至波導之外。
因此，波導顯示器之波導之厚度變化可導致畸變及其他光學假影，諸如主射線角移位、調變傳遞函數降級、橫向色像差、光瞳遊動、文字斷裂雙重影像，藉此使波導顯示器之光學性能降級。為達成較佳光學性能，包括連結在一起之兩個或更多個波導層的波導可能需要為平坦的，例如具有低TTV及低表面粗糙度。舉例而言，包括連結在一起之兩個基材之基材堆疊的兩個相對外表面可能需要維持高程度之平行度，且基材堆疊可能需要具有極小的總厚度變化（TTV）及彎曲（例如，具有極小楔角）。因此，期望用於連結兩個用於波導顯示器之光學基材之方法中的LOCA材料（例如，具有高折射率及低光吸收之矽氧烷環氧基LOCA）在固化及交聯期間及在熱處理後不生成大量可經由彎曲使所連結基材堆疊變形之內應力。
根據某些具體實例，兩個光學基材（其中之至少一者可用作光波導層）可使用亦包括反應性塑化劑（諸如結構1之矽氧烷添加物）的矽氧烷環氧基LOCA連結： 其中R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或此等材料之混合物，且R 4可為直鏈或分支鏈且由2至8個碳構成之烷基鏈，諸如直鏈C 6H 12。R 1、R 2及R 3可改良LOCA之黏著強度，而R 4可有助於減少LOCA在固化及熱處理期間的應力。因此，結構1之矽氧烷添加物可允許LOCA減少內應力，使得所連結基材堆疊之彎曲可最小化及波導顯示器之光學性能可不受損。舉例而言，當光學基材包括6-吋晶圓時，所連結基材堆疊之彎曲度可低於約20 µm，且波導顯示器之性能可不降級或可僅最低限度地降級。在固化後，LOCA及結構1之矽氧烷添加物的混合物可產生具有穩定機械特性、在450 nm下約1.6或更高之折射率、低於約0.1%/µm之吸收率及大於約1.5 MPa的對玻璃之黏著強度的永久性連結層。
根據某些具體實例，用於連結兩個光學基材之光學透明的含矽氧烷之環氧黏著劑混合物可經由UV、熱或UV及熱處理兩者固化以產生高折射率、高透明度及低彎曲連結層，該連結層可提供所連結基材堆疊之高黏著力。黏著劑混合物可包括例如含矽氧烷及環氧基之寡聚物、UV活化光酸產生劑、交聯劑添加物、溶劑及結構1之添加物，其中結構1之添加物可構成黏著劑混合物（不包括溶劑）之總質量的約1%至7%。在結構1之添加物中，R 1、R 2及R 3可包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或此等材料之混合物，且R4可包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳的烷基鏈。黏著劑混合物固化時可具有在約1.6與約1.7之間的折射率，具有每微米黏著劑混合物低於0.1%之光吸收率。黏著劑混合物在施加於4至8吋晶圓上且固化時，可產生具有低於約20微米之彎曲度的所連結晶圓堆疊。
根據某些具體實例，連結兩個光學基材之方法可包括將包括含矽氧烷之環氧黏著劑混合物的黏著劑層旋塗、噴灑、噴墨印刷、網版印刷或以其他方式滴塗於第一基材上，及藉由經由UV固化及熱固化之組合固化黏著劑混合物而將黏著劑層連結至第二基材。黏著劑混合物可包括結構1之添加物，其中結構1之添加物可構成混合物（不包括溶劑）之總質量之約1%至7%。黏著劑混合物可施加於第一基材上以形成具有約1至100微米厚度之黏著劑層。黏著劑混合物可固化以產生具有在450 nm下在約1.6與約1.7之間的折射率及每微米黏著劑混合物低於約0.1%之光吸收的機械穩定性黏著劑層。所連結基材堆疊可具有至少2.0 MPa之搭接剪切強度及較低程度之彎曲。第一基材及第二基材可為具有直徑約4至8吋之透明基材，且所連結基材堆疊可具有低於20微米之彎曲度。第一基材或第二基材中之至少一者可為具有任意形狀及長度約1至4吋之透鏡，且所連結基材堆疊之彎曲度可低於約10微米。
圖 11A說明根據某些具體實例使用LOCA層連結兩個光學基材之方法1100的實例。如所說明，LOCA層1120（例如，包括含矽氧烷之環氧基LOCA及結構1之添加物）可藉由例如旋塗、噴塗、噴墨印刷、網版印刷或以其他滴塗技術施加於第一光學基材1110上。任何殘餘溶劑可隨後例如藉由施加後烘烤（PAB）熱蒸發。LOCA可視情況經由UV處理部分固化。第二光學基材1130可隨後置放於LOCA層1120及第一光學基材1110上方，且基材堆疊可藉由壓縮機進行壓縮連結處理。第一光學基材1110與第二光學基材1130間包括LOCA層1120的基材堆疊可經由UV固化及/或熱固化（例如，PEB）固化，其可將LOCA材料自其初始液態轉化成中間熱塑性狀態。基材堆疊可隨後經烘烤或以其他方式熱固化以將LOCA材料自熱塑性狀態轉化成最終熱固性狀態，其中所連結堆疊之黏著強度可最大化且LOCA機械特性針對其他熱處理可為穩定的。可在固化步驟之任一者或全部中施加壓縮連結。
圖 11B說明包括反應性塑化劑1152之LOCA材料在UV固化後之聚合的實例。LOCA材料可包括單體或寡聚物1150，諸如含矽氧烷及環氧基之寡聚物，其可為小分子。LOCA材料亦可包括UV活化光酸產生劑、交聯劑添加物、溶劑及反應性塑化劑1152。反應性塑化劑1152可具有如由結構1所示之結構。在分子層面上，固化過程可導致LOCA材料之聚合及交聯。更特定言之，在曝露於UV光後，UV活化光酸產生劑可產生光酸，其可引起寡聚物1150之交聯。交聯之寡聚物1150可形成聚合物1160。聚合物1160可包括寡聚物之長鏈且因此可具有大分子量。隨著鏈生長，LOCA層可收縮。如圖11B中所示，聚合物1160可包括未完全反應之位點1170。因此，聚合物1160可繼續在位點1170處生長，其可使該等鏈交聯且在鏈之間生成橋鍵。矽氧烷環氧基LOCA之交聯過程可導致顯著收縮，其可另外在LOCA層內積聚內應力。然而，反應性塑化劑1152可參與聚合及/或交聯過程且經由共價鍵變成與鏈共價連接，且可具有可撓性鏈，該等可撓性鏈可在鬆弛時採用多種穩定構形。換言之，反應性塑化劑1152之可撓性鏈可以許多方式鬆弛，且因此可在其呈不利構形而非保持不利構形時更鬆弛。因此，反應性塑化劑1152可允許LOCA層中之大分子在LOCA層在UV固化期間收縮時重排及鬆弛。因此，LOCA層之內應力可在UV固化期間減少。因此，所連結基材堆疊之彎曲在UV固化期間可為低的，如圖11A中所示。
類似地，在熱固化期間，隨著LOCA材料持續聚合及交聯（例如，在位點1170處）以形成具有原子長鏈之大分子，LOCA層1120可繼續收縮，且反應性塑化劑1152可允許分子在LOCA層1120收縮時重排及鬆弛。因此，在LOCA層1120中可存在極少或無內應力積聚。因此，所連結基材堆疊之彎曲在熱固化期間可為低的，如圖11A中所示。另外，併入適量反應性塑化劑（例如，適當範圍）將不會改變含矽氧烷之環氧聚合物之折射率及吸收特性。
根據某些具體實例，兩個透明基材可藉由由包括結構1之添加物的混合物形成的含矽氧烷之環氧黏著劑層連結在一起，其中結構1之添加物可構成不包括溶劑之混合物之總質量之約1%至7%。黏著劑層可為機械穩定的，且可具有在450 nm下在約1.6與約1.7之間的折射率，及每微米黏著劑層低於約0.1%之光吸收。藉由黏著劑層連結之基材堆疊可具有至少2.0 MPa之搭接剪切強度，且可具有較低程度之彎曲。在一個實例中，兩個透明基材可為直徑約4至8吋之晶圓，且所連結基材堆疊可具有低於20微米之彎曲度。在一些具體實例中，兩個透明基材中之至少一者為具有任意形狀及約1至4吋長度之透鏡，且所連結基材堆疊之彎曲度低於10微米。 實施例
在下文所描述之所有實施例中，使用如上文所描述的含矽氧烷之環氧基黏著劑。黏著劑包括由環氧基官能基封端之甲基及苯基矽氧烷寡聚物的混合物。黏著劑亦包括UV活化光酸產生劑及交聯劑添加物。將含矽氧烷之環氧基LOCA溶解於丙二醇甲醚乙酸酯（PGMEA）溶劑中且將溶液旋塗於6吋光學基材上。實施例1至12中使用之含矽氧烷之環氧基黏著劑可不包括反應性塑化劑，而實施例13至24中使用之含矽氧烷之環氧基黏著劑可包括反應性塑化劑。 A.   比較實施例1至3
圖 12A展示使用藉由不同固化方法固化之LOCA連結之基材堆疊之實施例1至3的基材彎曲。在圖12A所示之實施例中，將包括含矽氧烷之環氧基LOCA的溶液旋塗於直徑為約6吋及CTE為約8 ppm之第一光學基材上。藉由在約90℃烘烤第一光學基材約2分鐘自LOCA移除溶劑。將直徑為約6吋及CTE為約8 ppm之第二光學基材置於塗佈於第一光學基材上之LOCA上。在連結之前，待連結之兩個光學基材具有低於5 µm之基材彎曲。基材堆疊如上文關於例如圖9A及圖11A所描述進行壓縮連結。將基材堆疊隨後曝露於功率為30 mW/cm 2之UV激發源，使得LOCA材料可交聯。LOCA層之折射率在450 nm下為1.6（如藉由橢圓偏振技術所量測），且LOCA吸收＜ 0.1%/µm。
在實施例1中，即使在不存在任何熱固化的情況下，所連結基材堆疊之彎曲度在UV固化之後增加至25 µm。此展示LOCA塗佈及經由UV固化之初始交聯可增加所連結基材堆疊之彎曲。由於未進行熱固化，基材彎曲可歸因於由LOCA材料在UV固化期間乾燥及收縮引起之內應力增加。實施例2至3展示經由熱固化（例如，在100℃）之進一步交聯可由於進一步LOCA收縮及內應力積聚而引起基材彎曲明顯增加。由於兩個基材具有相同CTE，在完成連結方法之後，LOCA內應力可為基材彎曲之主要促成因素。 B.   比較實施例4至6
圖 12B展示使用藉由不同固化方法固化之LOCA連結之基材堆疊之實施例4至6的基材彎曲。使用類似於製備上文所描述之實施例1至3之方法的方法，但使用LOCA連結之兩個6吋光學基材具有不同CTE，來製備實施例4至6。如由圖12B所示，UV固化在所連結基材堆疊中導致較高基材彎曲（例如，約116 μm），且進一步熱固化導致基材彎曲進一步增加。當與實施例1至3比較時，第一光學基材之CTE錯配及較低CTE可促成基材彎曲度值之差異。如由實施例4所示，即使在未施加熱固化時，基材彎曲顯著高於20 µm的事實顯示，LOCA內應力對基材彎曲之貢獻為顯著的。 C.   比較實施例7至12
圖 12C展示具有藉由不同固化方法固化之LOCA塗層之基材之實施例7至12的基材彎曲。在實施例7至12中，將包括含矽氧烷之環氧基LOCA的溶液旋塗於直徑為約6吋及CTE為約4 ppm之第一光學基材上。藉由在約90℃烘烤第一光學基材約2分鐘自LOCA移除溶劑。具有LOCA塗層之第一光學基材隨後曝露於功率為30 mW/cm 2之UV激發源，使得LOCA材料可交聯。具有LOCA塗層之第一光學基材未連結至第二光學基材。在塗佈之前及在LOCA處理之後量測基材彎曲度，且基材彎曲之變化展示於圖12C中。如由實施例7至12所示，基材彎曲在LOCA塗佈及UV固化之後增加。基材彎曲可隨著熱固化溫度及時間增加而進一步增加。此等實施例展示LOCA之完全固化及交聯可導致基材彎曲增加。不存在第二光學基材指示即使在兩個基材之間的CTE錯配不為LOCA固化期間變形之促成因素時亦發生基材彎曲。 D.   工作實施例13至18
圖 12D展示根據某些具體實例的具有包括反應性塑化劑之LOCA塗層之基材之實施例13至18的基材彎曲。在實施例13至18中，將含矽氧烷之環氧基LOCA與結構1之添加物混合且溶解於PGMEA溶劑中以形成溶液。LOCA與添加物之比率按重量計為95:5。在所有情況下，添加物之併入不會改變LOCA光學特性（例如，如藉由橢圓偏振技術所量測，1.6 RI之折射率，及＜0.1%/µm LOCA厚度的LOCA吸收）。可將溶液旋塗於直徑為約6吋及CTE為約4 ppm之第一光學基材上。藉由在約90℃烘烤第一光學基材約2分鐘自LOCA移除溶劑。具有LOCA塗層之第一光學基材隨後曝露於功率為30 mW/cm 2之UV激發源，使得LOCA材料可交聯。實施例13至18中之LOCA固化條件與實施例7至12相同。具有LOCA塗層之第一光學基材未連結至第二光學基材。在塗佈之前及在LOCA處理之後量測基材彎曲度，且基材彎曲之變化展示於圖12D中。圖12D展示使用結構1之添加物大幅度降低熱固化期間基材彎曲度之變化。此外，如由實施例18所示，可應用長熱固化方法以經由膜鬆弛減少內應力。此等實施例展示當結構1之添加物用於混合物中時，矽氧烷環氧基LOCA之內應力可在熱固化期間減少而不影響光學特性。 E.   工作實施例19至21
圖 12E展示根據某些具體實例的使用包括反應性塑化劑之LOCA連結之基材堆疊之實施例19至21的基材彎曲。在實施例19至21中，將含矽氧烷之環氧基LOCA與結構1之添加物混合且溶解於PGMEA溶劑中以形成溶液。LOCA與添加物之比率按重量計為95:5。可將溶液旋塗於直徑為約6吋及CTE為約8 ppm之第一光學基材上。藉由例如在約90℃烘烤第一光學基材約2分鐘可自LOCA移除溶劑。將直徑為約6吋及CTE為約8 ppm之第二光學基材置於塗佈於第一光學基材上之LOCA上。在連結之前，待連結之兩個光學基材具有低於5 µm之基材彎曲。基材堆疊如上文關於例如圖9A及圖11A所描述進行壓縮連結。將基材堆疊隨後曝露於功率為30 mW/cm 2之UV激發源，使得LOCA材料可交聯。基材堆疊亦可熱固化。添加物之併入不會改變LOCA光學特性（例如，如藉由橢圓偏振技術所量測，1.6 RI之折射率，及＜0.1%/µm LOCA厚度的LOCA吸收）。圖12E展示添加物引起所連結堆疊之彎曲在熱固化後的極小變化。此外實施例20至21中之兩個基材之間的黏著強度為4.0 Mpa，如藉由搭接剪切所量測。此展示兩個光學基材可用矽氧烷混合物連結，且可進行熱固化過程而不使所連結堆疊彎曲增加至高於20 µm。 F.    工作實施例22至24
圖 12F展示根據某些具體實例的使用包括反應性塑化劑之LOCA連結之基材堆疊之實施例22至24的基材彎曲。使用類似於製備上文所描述之實施例19至21之方法的方法，但使用LOCA連結之兩個6吋光學基材具有不同CTE，來製備實施例22至24。將含矽氧烷之環氧基LOCA與結構1之添加物混合且溶解於PGMEA溶劑中以形成溶液。LOCA與添加物之比率按重量計為95:5。圖12F展示即使在兩個光學基材之間存在CTE錯配時，添加物亦引起所連結堆疊之彎曲在熱固化後的極小變化。此外，發現LOCA光學特性藉由併入減少應力添加物而不變：LOCA之折射率為1.6，如藉由橢圓偏振技術所量測，且LOCA吸收小於0.1%/µm LOCA厚度。此進一步展示使用具有結構1之添加物的含矽氧烷之環氧基LOCA，兩個光學基材可用矽氧烷混合物連結，且可進行熱固化處理而不使所連結堆疊彎曲度增加高於20 µm。
圖 13A包括說明根據某些具體實例的連結對可見光可穿透的光學基材之方法之實例的流程圖1300。應注意，圖13A中所說明之特定操作提供連結光學基材之特定方法。亦可根據替代具體實例執行其他操作序列。此外，圖13A中所說明的個別操作可包括多個子步驟，該等子步驟可按如適於個別操作之各種序列執行。此外，取決於特定應用，可添加額外操作，或可不執行一些操作。所屬技術領域中具有通常知識者將認識到許多變化、修改及替代例。
方塊1310中之操作可包括將一層LOCA材料塗佈於第一透明基材上，該LOCA材料包含溶劑及結構1之添加物： 其中R 1、R 2及R 3包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合，R 4包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳之烷基鏈（例如，直鏈C 6H 12），且結構1之添加物構成不包括溶劑之LOCA材料之總質量的1%至7%。溶劑可包括PGMEA、二丙二醇甲醚（DPGME）/三丙二醇單甲醚（TPM）或組合。LOCA材料亦可包括含矽氧烷及環氧基之寡聚物、UV活化光酸產生劑及交聯劑添加物。塗佈LOCA材料層可包括旋塗、噴塗、噴墨印刷、網版印刷或滴塗。LOCA材料層之厚度可在1與100微米之間。
方塊1320中之操作可包括將第二透明基材連結至LOCA材料層（例如，藉由壓縮）以形成基材堆疊。方塊1330中之操作可包括使用紫外（UV）光固化LOCA材料層以交聯LOCA材料。方塊1340中之操作可包括熱固化基材堆疊以將LOCA材料轉化成熱固性狀態。在一些具體實例中，可以任一或所有固化操作對基材堆疊施加壓縮。在熱固化基材堆疊之後，LOCA材料層之特徵可為在450 nm下大於1.6之折射率及LOCA材料層之每微米厚度低於0.1%之光吸收，且基材堆疊之特徵可為大於1.5 MPa或大於約2 MPa，諸如約4 MPa之搭接剪切強度。在一些具體實例中，第一透明基材及第二透明基板為直徑在4與8吋之間的基材，且在熱固化基材堆疊之後，基材堆疊之彎曲度小於20 μm。在一些具體實例中，第一透明基材或第二透明基材中之至少一者為具有任意形狀及1至4吋長度之透鏡，且在熱固化基材堆疊之後，基材堆疊之彎曲度小於10 μm。
圖 13B包括說明根據某些具體實例的連結對可見光可穿透的光學基材之方法之另一實例的流程圖1305。方塊1315中之操作可包括將一層LOCA材料塗佈於第一透明基材上，LOCA材料包含溶劑及結構1之添加物，其中結構1之添加物可構成不包括溶劑之LOCA材料之總質量的1%至7%。溶劑可包括PGMEA、DPGME/TPM或組合。LOCA材料亦可包括含矽氧烷及環氧基之寡聚物、UV活化光酸產生劑及交聯劑添加物。塗佈LOCA材料層可包括旋塗、噴塗、噴墨印刷、網版印刷或滴塗。LOCA材料層之厚度可在1與100微米之間。
方塊1325中之操作可包括使用UV光固化LOCA材料層以交聯LOCA材料。方塊1335中之操作可包括將第二透明基材連結至LOCA材料層（例如，藉由壓縮）以形成基材堆疊。方塊1345中之操作可包括熱固化基材堆疊以將LOCA材料轉化成熱固性狀態。在一些具體實例中，可以任一或所有固化操作施加壓縮。在熱固化基材堆疊之後，LOCA材料層之特徵可為在450 nm下大於1.6之折射率及LOCA材料層之每微米厚度低於0.1%之光吸收，且基材堆疊之特徵可為大於1.5 MPa或大於約2 MPa，諸如約4 MPa之搭接剪切強度。在一些具體實例中，第一透明基材及第二透明基板為直徑在4與8吋之間的基材，且在熱固化基材堆疊之後，基材堆疊之彎曲度小於20 μm。在一些具體實例中，第一透明基材或第二透明基材中之至少一者為具有任意形狀及1至4吋長度之透鏡，且在熱固化基材堆疊之後，基材堆疊之彎曲度小於10 μm。
本發明之具體實例可包括人工實境系統或結合人工實境系統實施。人工實境為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（VR）、擴增實境（AR）、混合實境（MR）、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產生之內容或與所俘獲之（例如，真實世界）內容組合之所產生內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺反饋或其某一組合，且其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中（諸如，對檢視者產生三維效應之立體視訊）呈現。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/或另外用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括連接至主機電腦系統之頭戴式顯示器（head-mounted display；HMD）、獨立式HMD、行動裝置或計算系統，或能夠向一或多個觀看者提供人工實境內容之任何其他硬體平台。
圖 14為用於實施本文中所揭示之實施例中之一些的近眼顯示器（例如，HMD裝置）之電子系統1400之實例的簡化方塊圖。電子系統1400可用作HMD裝置或上文所描述之其他近眼顯示器的電子系統。在此實施例中，電子系統1400可包括一或多個處理器1410及記憶體1420。處理器1410可經組態以執行用於在數個組件處執行操作之指令，且可為例如適合於在攜帶型電子裝置內實施之通用處理器或微處理器。一或多個處理器1410可以通信方式與電子系統1400內之複數個組件耦合。為了實現此通信耦合，一或多個處理器1410可跨越匯流排1440與其他所說明之組件通信。匯流排1440可為適於在電子系統1400內轉移資料之任何子系統。匯流排1440可包括複數個電腦匯流排及額外電路以轉移資料。
記憶體1420可耦接至處理器1410。在一些具體實例中，記憶體1420可提供短期儲存及長期儲存兩者，且可分成若干單元。記憶體1420可為揮發性的，諸如靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）及/或動態隨機存取記憶體（DRAM），及/或為非揮發性的，諸如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體及其類似者。此外，記憶體1420可包括抽取式儲存裝置，諸如安全數位（secure digital；SD）卡。記憶體1420可提供電腦可讀指令、資料結構、程式模組及用於電子系統1400之其他資料的儲存。在一些具體實例中，記憶體1420可分佈至不同硬體模組中。一組指令及/或程式碼可儲存於記憶體1420上。該等指令可採用可由電子系統1400執行之可執行程式碼之形式，及/或可採用原始程式碼及/或可安裝程式碼之形式，該原始程式碼及/或可安裝程式碼在電子系統1400上編譯及/或安裝（例如，使用多種常用的編譯器、安裝程式、壓縮/解壓縮公用程式等中之任一者)後，可採用可執行程式碼之形式。
在一些具體實例中，記憶體1420可儲存複數個應用程式模組1422至1424，該複數個應用程式模組可包括任何數目個應用程式。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適之應用程式。應用程式可包括深度感測功能或眼睛追蹤功能。應用程式模組1422至1424可包括待藉由一或多個處理器1410執行之特定指令。在一些具體實例中，應用程式模組1422至1424之某些應用或部分可藉由其他硬體模組1480執行。在某些具體實例中，記憶體1420可另外包括安全記憶體，其可包括額外安全控制以防止對安全資訊之複製或其他未授權存取。
在一些具體實例中，記憶體1420可包括載入於其中之操作系統1425。操作系統1425可操作以起始執行藉由應用程式模組1422至1424提供之指令及/或管理其他硬體模組1480以及與可包括一或多個無線收發器之無線通信子系統1430之介面。操作系統1425可適用於跨越電子系統1400之組件執行其他操作，包括線程、資源管理、資料儲存控制及其他類似功能性。
無線通信子系統1430可包括例如紅外線通信裝置、無線通信裝置及/或晶片組（諸如，Bluetooth®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通信設施等）及/或類似通信介面。電子系統1400可包括用於無線通信之一或多個天線1434，作為無線通信子系統1430之部分或作為耦合至該系統之任何部分的獨立組件。取決於所要功能性，無線通信子系統1430可包括個別收發器以與基地收發器台及其他無線裝置及存取點進行通信，其可包括與諸如無線廣域網路（wireless wide-area network；WWAN）、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）或無線個域網路（wireless personal area network；WPAN）之不同資料網路及/或網路類型進行通信。WWAN可為例如WiMax（IEEE 802.16）網路。WLAN可為例如IEEE 802.11x網路。WPAN可為例如藍牙網路、IEEE 802.15x或一些其他類型之網路。本文中所描述之技術亦可用於WWAN、WLAN及/或WPAN之任何組合。無線通信子系統1430可准許與網路、其他電腦系統及/或本文所描述之任何其他裝置交換資料。無線通信子系統1430可包括用於使用天線1434及無線鏈路1432傳輸或接收諸如HMD裝置之識別符、位置資料、地理地圖、熱圖、相片或視訊之資料的構件。
電子系統1400之具體實例亦可包括一或多個感測器1490。感測器1490可包括例如影像感測器、加速計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力計、陀螺儀、慣性感測器（例如，組合加速計與陀螺儀之模組）、環境光感測器、或可操作以提供感測輸出及/或接收感測輸入之任何其他類似的模組，諸如深度感測器或位置感測器。舉例而言，在一些實施方式中，一或多個感測器1490可包括一或多個慣性量測單元（IMU）及/或一或多個位置感測器。IMU可基於自位置感測器中之一或多者接收到的量測信號來產生校準資料，該校準資料指示相對於HMD裝置之初始位置的HMD裝置之估計位置。位置感測器可回應於HMD裝置之運動生成一或多個量測信號。位置感測器之實例可包括但不限於一或多個加速計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一適合類型的感測器、用於IMU之誤差校正的一種類型之感測器，或其某一組合。該等位置感測器可位於IMU外部、IMU內部，或其某一組合。至少一些感測器可使用結構化光圖案以進行感測。
電子系統1400可包括顯示模組1460。顯示模組1460可為近眼顯示器，且可以圖形方式將來自電子系統1400之資訊（諸如影像、視訊及各種指令）呈現給使用者。此類資訊可源自一或多個應用程式模組1422至1424、虛擬實境引擎1426、一或多個其他硬體模組1480、其組合，或用於為使用者解析圖形內容（例如，藉由操作系統1425）之任何其他合適的部件。顯示模組1460可使用液晶顯示器（LCD）技術、發光二極體（LED）技術（包括，例如OLED、ILED、μLED、AMOLED、TOLED等）、發光聚合物顯示器（LPD）技術，或某一其他顯示器技術。
電子系統1400可包括使用者輸入/輸出模組1470。使用者輸入/輸出模組1470可允許使用者將動作請求發送至電子系統1400。動作請求可為執行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行該應用程式內之特定動作。使用者輸入/輸出模組1470可包括一或多個輸入裝置。例示性輸入裝置可包括觸控式螢幕、觸控板、一或多個麥克風、一或多個按鈕、一或多個撥號盤、一或多個開關、鍵盤、滑鼠、遊戲控制器或用於接收動作請求且將所接收動作請求通信至電子系統1400之任何其他合適的裝置。在一些具體實例中，使用者輸入/輸出模組1470可根據自電子系統1400接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，可在接收到動作請求或已執行動作請求時提供觸覺回饋。
電子系統1400可包括可用以拍攝使用者之相片或視訊之攝影機1450，例如用於追蹤使用者之眼睛位置。攝影機1450亦可用以拍攝環境之相片或視訊，例如用於VR、AR或MR應用。攝影機1450可包括例如具有數百萬或數千萬個像素之互補金屬氧化物半導體（CMOS）影像感測器。在一些實施方式中，攝影機1450可包括可用以捕獲3D影像之兩個或更多個攝影機。
在一些具體實例中，電子系統1400可包括複數個其他硬體模組1480。其他硬體模組1480中之各者可為電子系統1400內之實體模組。儘管其他硬體模組1480中之各者可永久地經組態為結構，但其他硬體模組1480中之一些可臨時經組態以執行特定功能或臨時啟動。其他硬體模組1480之實例可包括例如音訊輸出及/或輸入模組（例如，麥克風或揚聲器）、近場通訊（near field communication；NFC）模組、可再充電電池、電池管理系統、有線/無線電池充電系統等。在一些具體實例中，其他硬體模組1480之一或多個功能可實施於軟體中。
在一些具體實例中，電子系統1400之記憶體1420亦可儲存虛擬實境引擎1426。虛擬實境引擎1426可執行電子系統1400內之應用，且自各種感測器接收HMD裝置之位置資訊、加速度資訊、速度資訊、所預測的未來位置，或其某一組合。在一些具體實例中，由虛擬實境引擎1426接收之資訊可用於產生信號（例如，顯示指令）至顯示模組1460。舉例而言，若所接收之資訊指示使用者已向左看，則虛擬實境引擎1426可產生用於HMD裝置之內容，該內容反映使用者在虛擬環境中之移動。另外，虛擬實境引擎1426可回應於自使用者輸入/輸出模組1470所接收到之動作請求而執行應用內之動作，且將回饋提供至使用者。所提供回饋可為視覺回饋、聽覺回饋或觸覺回饋。在一些實施方式中，一或多個處理器1410可包括可執行虛擬實境引擎1426之一或多個GPU。
在各種實施中，上文所描述之硬體及模組可實施於可使用有線或無線連接彼此通信之單一裝置或多個裝置上。舉例而言，在一些實施方式中，諸如GPU、虛擬實境引擎1426及應用程式（例如，追蹤應用程式）之一些組件或模組可實施於控制台上，該控制台與頭戴式顯示器裝置分開。在一些實施方式中，一個控制台可連接至或支援多於一個HMD。
在替代組態中，不同及/或額外組件可包括於電子系統1400中。類似地，該等組件中之一或多者的功能性可以不同於上文所描述之方式的方式分佈於該等組件當中。舉例而言，在一些具體實例中，電子系統1400可經修改以包括其他系統環境，諸如AR系統環境及/或MR環境。
上文所論述之方法、系統及裝置為實例。在適當時各種具體實例可省略、取代或添加各種程序或組件。舉例而言，在替代組態中，可按不同於所描述次序之次序來執行所描述之方法，及/或可添加、省略及/或組合各種階段。同樣，在各種其他具體實例中可組合關於某些具體實例所描述之特徵。可以相似方式組合具體實例之不同態樣及元件。又並且，技術發展，且因此許多元件為實例，該等實例並不將本發明之範疇限制於彼等特定實例。
在本說明中給出特定細節以提供具體實例之透徹理解。然而，可在沒有此等特定細節之情況下實踐具體實例。舉例而言，已在無不必要細節的情況下展示熟知的電路、製程、系統、結構及技術，以便避免混淆具體實例。本說明書僅提供例示性具體實例，且並不意欲限制本發明之範圍、適用性或組態。實情為，具體實例之先前描述將為所屬技術領域中具有通常知識者提供用於實施各種具體實例之啟發性描述。可在不脫離本發明之範圍之情況下對元件之功能及佈置作出各種改變。
另外，將一些具體實例描述為描繪為流程圖或方塊圖之程序。儘管每一者可將操作描述為依序製程，但操作中之許多者可並行地或同時來執行。另外，可重新配置操作之次序。程序可具有未包括於圖式中之額外步驟。此外，可由硬體、軟體、韌體、中間軟體、微碼、硬體描述語言或其任何組合實施方法之具體實例。當實施於軟體、韌體、中間軟體或微碼中時，用以執行相關聯任務之程式碼或碼段可儲存於諸如儲存媒體之電腦可讀媒體中。處理器可執行相關聯任務。
所屬領域中具有通常知識者將顯而易見，可根據特定要求作出實質變化。舉例而言，亦可使用自訂或專用硬體，及/或可在硬體、軟體（包括攜帶型軟體，諸如小程式等）或兩者中實施特定元件。此外，可使用與其他計算裝置(諸如，網路輸入/輸出裝置)之連接。
參考附圖，可包括記憶體之組件可包括非暫時性機器可讀媒體。如本文中所使用，術語「機器可讀媒體」及「電腦可讀媒體」指代參與提供致使機器以特定方式操作之資料的任何儲存媒體。在上文所提供之具體實例中，各種機器可讀媒體可能涉及將指令/程式碼提供至處理單元及/或其他裝置以供執行。另外或可替代地，機器可讀媒體可用以儲存及/或載運此等指令/程式碼。在許多實施方式中，電腦可讀媒體為實體及/或有形儲存媒體。此媒體可呈許多形式，包括但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。電腦可讀媒體之常見形式包括例如磁性及/或光學媒體，諸如緊密光碟（compact disk；CD）或數位化通用光碟（digital versatile disk；DVD）；打孔卡；紙帶；具有孔圖案之任何其他實體媒體；RAM；可程式化唯讀記憶體（programmable read-only memory；PROM）；可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory；EPROM）；FLASH-EPROM；任何其他記憶體晶片或卡匣；如下文中所描述之載波；或可供電腦讀取指令及/或程式碼之任何其他媒體。電腦程式產品可包括程式碼及/或機器可執行指令，該等程式碼及/或機器可執行指令可表示程序、函式、子程式、程式、常式、應用程式（App）、子常式、模組、軟體包、類別，或指令、資料結構或程式陳述之任何組合。
所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可使用多種不同技術及技藝中的任一者來表示用以傳達本文中所描述之訊息的資訊及信號。舉例而言，可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合表示遍及以上描述可能參考的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及晶片。
如本文中所使用，術語「及」及「或」可包括多種含義，該等含義亦預期至少部分地取決於使用此類術語之上下文。典型地，「或」若用以關聯清單，諸如A、B或C，則意欲意謂A、B及C（此處以包括性意義使用），以及A、B或C（此處以排他性意義使用）。此外，如本文中所使用之術語「一或多個」可用於以單數形式描述任何特徵、結構或特性，或可用以描述特徵、結構或特性之某一組合。然而，應注意，此僅為一說明性實例且所主張之標的不限於此實例。此外，術語「中之至少一者」若用於關聯諸如A、B或C之清單，則其可解釋為意謂A、B、C或A、B及/或C之組合，諸如AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、ACC、AABBCCC或其類似者。
另外，雖然已使用硬體與軟體之特定組合描述了某些具體實例，但應認識到，硬體與軟體之其他組合亦係可能的。可僅在硬體中或僅在軟體中或使用其組合來實施某些具體實例。在一個實例中，可藉由電腦程式產品來實施軟體，該電腦程式產品含有電腦程式碼或指令，該等電腦程式碼或指令可由一或多個處理器執行以用於執行本發明中所描述之步驟、操作或製程中之任一者或全部，其中電腦程式可儲存於非暫時性電腦可讀媒體上。本文所描述之各種製程可以任何組合實施於相同處理器或不同處理器上。
在裝置、系統、組件或模組經描述為經組態以執行某些操作或功能之情況下，可例如藉由設計電子電路以執行操作、藉由程式化可程式化電子電路（諸如，微處理器）以執行操作（諸如，藉由執行電腦指令或程式碼，或經程式化以執行儲存於非暫時性記憶體媒體上之程式碼或指令的處理器或核心）或其任何組合而實現此組態。處理程序可使用多種技術進行通信，包括但不限於用於處理程序間通信之習知技術，且不同對處理程序可使用不同技術，或同一對處理程序可在不同時間使用不同技術。
因此，應在說明性意義上而非限定性意義上看待說明書及圖式。然而，將顯而易見，可在不脫離如申請專利範圍中所闡述之更廣泛範圍之情況下對本揭示內容做出添加、減去、刪除以及其他修改及改變。因此，儘管已描述了特定具體實例，但此等具體實例並不意欲為限制性的。各種修改及等效者係在以下申請專利範圍之範圍內。
100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:頭戴式裝置追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼睛追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:*** 128:位置感測器 130:眼睛追蹤單元 132:慣性量測單元 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 200:HMD裝置 220:本體 223:本體之底側 225:本體之前側 227:本體之左側 230:頭部綁帶 300:近眼顯示器 305:框架 310:顯示器 330:照明器 340:攝影機 350a:感測器 350b:感測器 350c:感測器 350d:感測器 350e:感測器 400:擴增實境系統 410:投影機 412:光源或影像源 414:投影機光學件 415:組合器 420:組合器之基材 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:光 460:所提取光 490:眼睛 495:眼眶 500:擴增實境系統 510:光源或影像源 520:投影機光學件 530:基材 540:輸入耦合器 550:輸出耦合器 600:波導顯示器 602:波導顯示器 610:基材 612:頂表面 614:底表面 620:VBG層 622:輸入VBG 624:輸出VBG 630:基材 632:基材 634:基材 640:光柵 642:光柵 644:光柵 650:光 652:光 654:光 660:光線 662:光線 664:光線 700:波導顯示器 705:波導 710:輸入光柵 720:第一中間光柵 722:線 730:第二中間光柵 732:線 740:輸出光柵 750:出射區 760:第一總成 762:第一基材 764:光柵層 766:第二基材 770:第二總成 772:第一基材 774:光柵層 776:第二基材 780:間隔物 800:層堆疊 802:波導顯示器 804:多層波導顯示器 810:基材 812:基材 814:第一波導層 820:基材 822:輸入光柵 824:輸入光柵 826:輸入光柵 830:連結層 832:輸出光柵 834:輸出光柵 840:輸出光柵耦合器 842:輸出光柵 844:輸出光柵 850:光束 854:第二波導層 864:第三波導層 860:光束之一部分 870:第四波導層 880:第五波導層 890:第一光束 892:第二光束 894:第三光束 900:方法 910:第一光學基材 920:LOCA層 930:第二光學基材 950:單體或寡聚物 960:聚合物 970:未完全反應之位點 1000:波導顯示器 1005:層堆疊 1010:波導層 1020:輸入光柵 1022:輸入光柵 1024:輸出光柵 1026:輸出光柵 1030:波導層 1032:頂表面 1034:平面 1040:第一光束 1042:第二光束 1043:光線 1045:平面 1050:基材 1060:基材 1062:輸出光柵耦合器 1070:LOCA層 1080:光束 1082:經導引光束之一部分 1084:光線 1086:光線 1090:光線 1100:方法 1110:第一光學基材 1120:LOCA層 1130:第二光學基材 1150:單體或寡聚物 1152:反應性塑化劑 1160:聚合物 1170:未完全反應之位點 1300:流程圖 1305:流程圖 1310:方塊 1315:方塊 1320:方塊 1325:方塊 1330:方塊 1335:方塊 1340:方塊 1345:方塊 1400:電子系統 1410:一或多個處理器 1420:記憶體 1422:應用程式模組 1424:應用程式模組 1425:操作系統 1426:虛擬實境引擎 1430:無線通信子系統 1432:一或多個鏈路 1434:一或多個天線 1440:匯流排 1450:攝影機 1460:顯示模組 1470:使用者輸入/輸出模組 1480:其他硬體模組 1490:一或多個感測器
下文參考以下圖式詳細描述說明性具體實例。 [圖1]為根據某些具體實例之包括近眼顯示器之人工實境系統環境之實例的簡化方塊圖。 [圖2]為呈用於實施本文中所揭示之一些實例的頭戴式顯示器（HMD）裝置之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。 [圖3]為呈用於實施本文中所揭示之一些實例的一副眼鏡之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。 [圖4]說明根據某些具體實例的包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統之實例。 [圖5]說明根據某些具體實例之包括用於出射光瞳擴展之波導顯示器的光學透視擴增實境系統之實例。 [圖6A]說明包括光柵耦合器之波導顯示器之實例。 [圖6B]說明包括用於不同視場之多重光柵層的基於光柵之波導顯示器的實例。 [圖7A]為具有出射光瞳擴展及色散降低的基於光柵之波導顯示器的實例之俯視圖。 [圖7B]為圖7A之波導顯示器之實例之側視圖。 [圖8A]說明藉由使用連結層連結兩個基材所形成之層堆疊的實例。 [圖8B]說明波導顯示器之另一實例。 [圖8C]說明多層波導顯示器之實例。 [圖9A]說明使用液體光學澄清黏著劑（LOCA）層連結兩個光學基材之方法的實例。 [圖9B]說明LOCA材料在UV固化後之聚合的實例。 [圖10A]說明包括具有楔形形狀之波導層之波導顯示器的實例。 [圖10B]說明藉由使用液體光學澄清黏著劑連結兩個平面基材所形成之層堆疊的實例。 [圖11A]說明根據某些具體實例使用LOCA層連結兩個光學基材之方法的實例。 [圖11B]說明包括反應性塑化劑之LOCA材料在UV固化後之聚合的實例。 [圖12A]展示使用藉由不同固化方法固化之LOCA連結之基材堆疊之實例的基材彎曲。 [圖12B]展示使用藉由不同固化方法固化之LOCA連結之基材堆疊之實例的基材彎曲。 [圖12C]展示具有藉由不同固化方法固化之LOCA塗層之基材之實例的基材彎曲。 [圖12D]展示根據某些具體實例具有包括反應性塑化劑之LOCA塗層之基材之實例的基材彎曲。 [圖12E]展示根據某些具體實例使用包括反應性塑化劑之LOCA連結之基材堆疊之實例的基材彎曲。 [圖12F]展示根據某些具體實例使用包括反應性塑化劑之LOCA連結之基材堆疊之實例的基材彎曲。 [圖13A]包括說明根據某些具體實例的連結對可見光可穿透的光學基材之方法之實例的流程圖。 [圖13B]包括說明根據某些具體實例的連結對可見光可穿透的光學基材之方法之另一實例的流程圖。 [圖14]為用於實施本文所揭示之實例中之一些的近眼顯示器之實例的電子系統之簡化方塊圖。 該等圖式僅出於說明的目的描述本揭示案之具體實例。熟習此項技術者將易於自以下描述認識到，在不脫離本發明之原理或稱讚之益處之情況下，可採用說明的結構及方法之替代性具體實例。 在附圖中，類似組件及/或特徵可具有相同參考標記。另外，可藉由在參考標記之後使用短劃線及在類似組件當中進行區分之第二標記來區分相同類型之各種組件。若在說明書中僅使用第一參考標記，則描述適用於具有相同第一參考標記而與第二參考標記無關的類似組件中之任一者。
100:人工實境系統環境
110:控制台
112:應用程式商店
114:頭戴式裝置追蹤模組
116:人工實境引擎
118:眼睛追蹤模組
120:近眼顯示器
122:顯示電子件
124:顯示光學件
126:***
128:位置感測器
130:眼睛追蹤單元
132:慣性量測單元
140:輸入/輸出介面
150:外部成像裝置

Claims (15)

  1. 一種用於連結光學基材之液體光學澄清黏著劑（liquid optically clear adhesive；LOCA），該LOCA包含： 含矽氧烷及環氧基之寡聚物； UV活化光酸產生劑； 交聯劑添加物； 溶劑；及 結構1之添加物： 其中該結構1之添加物構成不包括該溶劑之該LOCA之總質量的1%至7%。
  2. 如請求項1之LOCA，其中R 1、R 2及R 3包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合。
  3. 如請求項1或請求項2之LOCA，其中R 4包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳之烷基鏈；及/或其中R 4包括直鏈C 6H 12。
  4. 如前述請求項中任一項之LOCA，其中當固化時，該LOCA具有在450 nm下等於或大於1.6之折射率及該LOCA之每微米厚度低於0.1%之光吸收；及/或其中該LOCA可藉由紫外光、熱或紫外光及熱兩者固化。
  5. 如前述請求項中任一項之LOCA，其中該LOCA在施加於兩個4至8吋基材上且固化上時得到彎曲度低於20微米之連結堆疊。
  6. 如前述請求項中任一項之LOCA，其中該LOCA在施加於兩個玻璃基材上且固化時得到搭接剪切強度大於1.5 MPa之連結基材堆疊。
  7. 一種方法，其包含： 將一層液體光學澄清黏著劑（LOCA）材料塗佈於第一透明基材上，該LOCA材料包含溶劑及結構1之添加物： 藉由壓縮將第二透明基材連結至該LOCA材料層以形成基材堆疊； 使用紫外（UV）光固化該基材堆疊以使該LOCA材料交聯；及 使該基材堆疊熱固化以將該LOCA材料轉化成熱固性狀態。
  8. 如請求項7之方法，其中該LOCA材料包括含矽氧烷之環氧黏著劑。
  9. 如請求項7或請求項8之方法，其中： 該結構1之添加物構成該LOCA材料之總質量之1%至7%； R 1、R 2及R 3包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合；及 R 4包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳的烷基鏈。
  10. 如請求項7至9中任一項之方法，其中在使該基材堆疊熱固化之後：  該LOCA材料層之特徵在於在450 nm等於或大於1.6之折射率及該LOCA材料層之每微米厚度低於0.1%之光吸收，及 該基材堆疊之特徵在於大於1.5 MPa之搭接剪切強度。
  11. 如請求項7至10中任一項之方法，其中： 該第一透明基材及該第二透明基材為直徑在4與8吋之間的基材；及 在熱固化該基材堆疊之後，該基材堆疊之彎曲度小於20 μm。
  12. 一種裝置，其包含： 層堆疊，其包含由含矽氧烷之環氧黏著劑層連結在一起之兩個透明基材， 其中該含矽氧烷之環氧黏著劑層包括結構1之添加物： 其中該結構1之添加物構成該含矽氧烷之環氧黏著劑層之總質量的1%至7%。
  13. 如請求項12之裝置，其中R 1、R 2及R 3包括甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽或其組合；及/或其中R 4包括為直鏈或分支鏈且包括2至8個碳的烷基鏈。
  14. 如請求項12或請求項13之裝置，其中該含矽氧烷之環氧黏著劑層之特徵在於在450 nm下等於或大於1.6之折射率及該含矽氧烷之環氧黏著劑層之每微米厚度低於0.1%之光吸收；及/或其中： 該含矽氧烷之環氧黏著劑層之厚度在1與100微米之間；及 該層堆疊之特徵在於大於1.5 MPa之搭接剪切強度。
  15. 如請求項12至14中任一項之裝置，其中： 該兩個透明基材為直徑在4與8吋之間的基材；且該層堆疊之彎曲度小於20 μm；及/或其中： 兩個透明基材中之至少一者為具有任意形狀且長度為1至4吋之透鏡；及 該層堆疊之彎曲度小於10 μm。
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