具有高光学各向异性的聚合物薄膜的制作方法

具有高光学各向异性的聚合物薄膜
1.相关申请的交叉引用
2.依据35u.s.c.
§
119(e)，本技术要求2020年2月26日提交的美国临时申请号62/981,833的优先权权益，该临时申请的内容通过引用整体并入本文。
附图说明
3.附图示意了一些示例性实施方案并且是说明书的一部分。连同以下描述，这些附图展示和解释了本公开的各种原理。
4.图1为根据一些实施方案的用于形成具有高泊松比的聚合物薄膜的过程的示意图。
5.图2为根据某些实施方案的用于形成具有泊松比空间梯度的聚合物薄膜的方法的示意图。
6.图3示出了根据某些实施方案的向聚合物薄膜施加应变的过程。
7.图4为根据各种实施方案的多层反射偏振器的横截面示意图。
8.图5为根据一些实施方案的示例光学延迟膜的示意图。
9.图6为根据一些实施方案的示例光学补偿膜的示意图。
10.图7为根据一些实施方案的用于形成具有高泊松比的聚合物薄膜的方法的示意图。
11.图8为根据进一步的实施方案的用于形成具有高泊松比的聚合物薄膜的方法的示意图。
12.图9示意了根据一些实施方案的基于层合的取向过程。
13.图10为根据一些实施方案的示例聚合物薄膜取向系统的示意性自上而下平面视图图示。
14.图11为详细说明根据各种实施方案的用于形成具有异常双折射的聚合物薄膜的过程的流程图。
15.图12比较了根据某些实施方案的基于各向同性和双折射材料的衍射光栅的性能。
16.图13为根据一些实施方案的具有异常双折射的聚合物薄膜的简化透视图。
17.图14示意了根据某些实施方案的用于形成光学各向异性聚合物薄膜的示例层合方法。
18.图15为根据一些实施方案的用于形成多层反射偏振器的过程的横截面示意图。
19.图16为根据某些实施方案的具有空间变化的微晶取向的半结晶聚合物薄膜的示意图。
20.图17为根据一些实施方案的应变聚合物薄膜层合物的光学显微照片。
21.图18为根据一些实施方案的例如多层反射偏振器的反射率对波长的曲线图。
22.图19为可结合本公开的实施方案使用的示例性增强现实眼镜的图示。
23.图20为可结合本公开的实施方案使用的示例性虚拟现实头戴式耳机的图示。
24.在整个附图中，相同的附图标记和描述指示相似但不一定相同的要素。虽然本文
描述的示例性实施方案易于有各种修改和替代形式，但特定实施方案已在附图中以举例方式示出并将在本文中详细描述。然而，本文描述的示例性实施方案不旨在限于所公开的特定形式。相反，本公开涵盖落入所附权利要求范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
25.表现出光学各向异性的聚合物薄膜可被结合到多种系统和设备中，包括用于使用偏振光的系统如液晶显示器(lcd)和反射偏振器的双折射光栅、光学补偿器和光学延迟器。双折射光栅可用作例如增强现实显示器中的光学合路器以及用作波导和光纤系统的输入和输出耦合器。反射偏振器可用于许多与显示器相关的应用中，特别是在薄饼式(pancake)光学系统中，以及用于使用偏振光的显示系统中的亮度增强。对于正交偏振光，薄饼式透镜可使用对透射光、反射光或透射光和反射光二者具有极高对比度的反射偏振器。
26.然而，通过常规薄膜制造过程可取得的光学各向异性程度通常是有限的并常常出于竞争性薄膜性质如平整度和/或膜强度而被替换掉。例如，高度各向异性的聚合物薄膜常在一个或多个面内方向上表现出低强度，这可能挑战可制造性并限制产量。尽管有最近的发展，但提供机械稳健、光学各向异性的聚合物薄膜将是有利的，所述薄膜可被结合到各种光学系统中，包括用于人工现实应用的显示系统。因此，本公开总体上涉及光学各向异性聚合物薄膜及其制造方法，并且更具体而言，涉及具有异常双折射的聚合物薄膜。
27.许多应用利用沿或基本上沿垂直于聚合物薄膜的主表面的方向即沿z轴传播的光。由于聚合物薄膜的光栅效率可主要由面内双折射决定，故将聚合物薄膜配置为使得n
x
》》ny可能是有益的。在这点上，应理解，比较的单轴取向聚合物薄膜的特征可在于n
x
》ny≥nz，其中面内双折射(即，n
x-ny)大于大约0.05，例如，大约0.1、大约0.15或大约0.2，包括任何前述值之间的范围。
28.如本文所用，关于给定参数、性质或条件的术语“基本上”可在一定程度上意指并包括本领域普通技术人员应理解以小的变动程度满足该给定参数、性质或条件，如在可接受的制造公差范围内。举例来说，取决于基本上满足的特定参数、性质或条件，该参数、性质或条件可以至少大约90％满足、至少大约95％满足或甚至至少大约99％满足。
29.聚合物薄膜的折射率可由其化学组成、聚合物重复单元的化学结构、其密度和结晶度以及晶体的对齐决定。在这些因素中，晶体对齐可能占主导地位。如本文进一步公开的，申请人已表明，突破双折射极限的一种方法是提供足以在聚合物薄膜内诱导微晶的～90
°
重新取向的面内压缩力。根据特定的实施方案，申请人已展示了一种聚合物薄膜制造方法，该方法沿一个主轴(例如，沿y-轴)提供面内压缩，使得能够形成其中nz》ny的光学各向异性聚合物薄膜。反过来，异常双折射聚合物薄膜的特征可在于面内折射率(n
x
和ny)和全厚度折射率(nz)，其中n
x
》nz》ny。
30.具有异常双折射的聚合物薄膜的形成可能伴随着这样的薄膜中高的泊松比。如本文所用，在某些实例中，具有“高泊松比”的聚合物薄膜可指泊松比大于大约0.5的聚合物薄膜，例如大约0.6、大约0.65、大约0.7、大约0.75、大约0.8、大约0.85或大约0.9，包括任何前述值之间的范围。高泊松比聚合物薄膜可以是无定形的或半结晶的。如本文所用，在一些实例中，“半结晶”聚合物薄膜可包含至少大约1％的结晶含量。如本领域技术人员应理解的，泊松比可描述材料的各向异性性质，包括光学性质如双折射。泊松比(ν)可定义为应变引起
的材料每单位宽度的宽度变化与每单位长度的其长度变化之比。将拉伸变形视为正，并且将压缩变形视为负，泊松比可表示为ν＝-ε
t
/εn，其中ε
t
为横向应变而εn为纵向应变。
31.聚合物薄膜的泊松比在很大程度上取决于成膜过程。对于各向同性的弹性材料，泊松比被约束在-1≤ν≤0.5的范围内。此外，大多数聚合物的泊松比在大约0.2至大约0.3的范围内。如本文所公开，光学各向异性聚合物薄膜，包括异常双折射聚合物薄膜，特征可在于泊松比大于0.5，这使得结合了这样的薄膜的光栅、延迟器、补偿器、反射偏振器等能够实现改善的性能。
32.目前公开的聚合物薄膜可形成光学元件或结合到光学元件中，如双折射光栅、光学延迟器、光学补偿器、反射偏振器等。这样的光学元件可用于各种显示设备中，如虚拟现实(vr)和增强现实(ar)眼镜和头戴式耳机。这些及其他光学元件的效率可能取决于面内双折射的程度。
33.根据各种实施方案，反射偏振器可包括交替(即，第一和第二)聚合物层的多层架构。在某些方面，第一和第二聚合物层可配置为具有(a)沿第一面内方向(例如，沿x-轴)的折射率，其差异足以基本上反射第一偏振态的光，和(b)沿与第一面内方向正交的第二面内方向(例如，沿y-轴)的折射率，其足够匹配以基本上透射第二偏振态的光。即，反射偏振器可反射第一偏振态的光并透射与第一偏振态正交的第二偏振态的光。如本文所用，在一些实例中，“正交”状态可指互补状态，其可能由或可能不由90
°
几何联系在一起。例如，由于薄膜中的不均匀性，故用于描述聚合物薄膜的长度、宽度和厚度维度(dimension)的“正交”方向可能会或可能不会精确正交。
34.一个或多个聚合物层，即，一个或多个第一聚合物层和/或一个或多个第二聚合物层，特征可在于方向相关的折射率。举例来说，第一聚合物层(或第二聚合物层)可具有第一面内折射率、与第一面内折射率正交且小于第一面内折射率的第二面内折射率、和沿与第一(或第二)聚合物层的主表面正交(即，与第一面内折射率和第二面内折射率均正交)的方向的第三折射率，其中第一折射率大于第三折射率，并且第三折射率大于第二折射率。
35.在交替聚合物层的多层架构中，每个第一聚合物层和每个第二聚合物层可以独立地具有大约10nm至大约200nm的厚度，例如10nm、20nm、50nm、100nm、150nm或200nm，包括任何前述值之间的范围。总的多层堆叠厚度可在大约1微米至大约10微米的范围内，例如1、2、5或10微米，包括任何前述值之间的范围。
36.根据一些实施方案，光学各向异性聚合物薄膜的面积尺寸(即，长度和宽度)可独立地在大约5cm至大约50cm或更大的范围内，例如，5cm、10cm、20cm、30cm、40cm或50cm，包括任何前述值之间的范围。示例光学各向异性聚合物薄膜可具有大约5cm
×
5cm、10cm
×
10cm、20cm
×
20cm、50cm
×
50cm、5cm
×
10cm、10cm
×
20cm、10cm
×
50cm等的面积尺寸。
37.在一些实施方案中，多层结构的特征可在于每个第一和第二聚合物层对(pair)的厚度的渐进变化。即，多层架构的特征可在于内部厚度梯度，其中每个相继的对内各个第一和第二聚合物层的厚度在整个堆叠中连续地变化。
38.在各种方面，举例来说，多层堆叠可包括第一对第一和第二聚合物层，其各自具有第一厚度，与所述第一对相邻的第二对第一和第二聚合物层，其各自具有小于第一厚度的第二厚度，与所述第二对相邻的第三对第一和第二聚合物层，其各自具有小于第二厚度的第三厚度，等。根据某些实施方案，这样的多层堆叠的厚度阶跃可为大约2nm至大约20nm，例
如，2nm、5nm、10nm或20nm，包括任何前述值之间的范围。举例来说，具有有着10nm厚度阶跃的厚度梯度的多层堆叠可包括第一对第一和第二聚合物层，其各自具有大约85nm的厚度，与所述第一对相邻的第二对第一和第二聚合物层，其各自具有大约75nm的厚度，与所述第二对相邻的第三对第一和第二聚合物层，其各自具有大约65nm的厚度，和与所述第三对相邻的第四对第一和第二聚合物层，其各自具有大约55nm的厚度，以此类推。
39.根据进一步的实施方案，多层堆叠可包括交替的第一和第二聚合物层，其中每层的厚度在整个堆叠中连续地变化。例如，多层堆叠可包括第一对第一和第二聚合物层、与所述第一对相邻的第二对第一和第二聚合物层、与所述第二对相邻的第三对第一和第二聚合物层等，其中第一个第一层的厚度大于第一个第二层的厚度，第一个第二层的厚度大于第二个第一层的厚度，第二个第一层的厚度大于第二个第二层的厚度，第二个第二层的厚度大于第三个第一层的厚度，第三个第一层的厚度大于第三个第二层的厚度，以此类推。
40.在某些实施方案中，多层结构可包括交替的第一聚合物层和第二聚合物层的堆叠，其中第一聚合物层可表现出比第二聚合物层更高程度的面内光学各向异性。例如，第一聚合物层可具有相差至少0.2的面内折射率，而第二聚合物层可具有相差小于0.2的面内折射率。在这样的实施方案中，第一(较多光学各向异性)聚合物层可包含聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚间苯二甲酸乙二醇酯，而第二(较少光学各向异性)聚合物层可包含前述中任何两种的共聚物，例如，pen-pet共聚物。
41.举例来说，薄饼式光学系统如薄饼式透镜可包括具有反射表面和反射偏振器的光学元件。薄饼式透镜可以是透射的或反射的。根据一些实施方案，透射系统可包括部分透明的镜面和反射偏振器，其配置为反射圆偏振光的一个旋向性并透射圆偏振光的另一个旋向性。在另一方面，反射系统可包括配置为透射光的一个偏振的反射偏振器、反射器和用于将线偏振光转换为圆偏振光的四分之一波片。因此，反射偏振器可为圆偏振元件，例如胆甾型反射偏振器，或为适于与四分之一波片一起使用的线偏振元件。
42.可使用薄膜取向系统来形成光学各向异性聚合物薄膜，该薄膜取向系统配置为在一个面内方向上拉伸聚合物薄膜。例如，薄膜取向系统可配置为沿一个面内方向(例如，沿x-轴)拉伸聚合物薄膜，同时在正交的面内方向上(例如，沿y-轴)约束薄膜。
43.根据一些实施方案，聚合物薄膜可沿平行于膜行进通过薄膜取向系统的方向的方向拉伸。举例来说，最初卷到源辊上的聚合物薄膜可以第一速度从源辊进给、加热并在以大于第一速度的第二速度运行的拾取辊处收集，使得经加热的聚合物薄膜在源辊与拾取辊之间沿其长度拉伸。
44.根据进一步的实施方案，聚合物薄膜可以横向于膜行进通过薄膜取向系统的方向拉伸。在这样的实施方案中，聚合物薄膜可由连接到发散轨道系统的夹持机构沿相对边缘保持，使得聚合物薄膜在沿机器方向(md)移动通过薄膜取向系统的变形区时沿横向方向(td)拉伸。在某些实施方案中，可以实现大规模生产，例如，使用卷对卷制造平台。
45.根据各种实施方案，形成具有高泊松比的聚合物薄膜的方法可包括(a)形成具有聚合物基质和分散在整个基质中的多个晶体的聚合物薄膜，其中所述晶体至少部分地相对于聚合物薄膜的面内维度对齐，和(b)沿与晶体的对齐方向基本上正交的方向对聚合物薄膜施加拉伸应力，以使聚合物薄膜变形并重新对齐晶体。
46.聚合物基质可包含聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸
丁二醇酯、聚四氟乙烯、聚甲醛、脂族或半芳族聚酰胺、乙烯-乙烯醇、聚偏二氟乙烯、等规聚丙烯、聚乙烯等中的一种或多种以及其组合，包括其共聚物。如本文所用，术语“聚合物薄膜”和“聚合物层”可互换使用。结晶内容物可包括例如聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯，但也考虑其他结晶聚合物材料，其中结晶相可构成聚合物薄膜的至少大约1％。
47.在某些方面，可沿聚合物薄膜的长度或宽度维度均匀地或非均匀地施加拉伸应力。在烘箱内加热聚合物薄膜可能伴随着拉伸应力的施加。例如，可将半结晶聚合物薄膜加热至高于其玻璃化转变温度(tg)的温度，例如，tg+10℃、tg+15℃、tg+20℃、tg+30℃或tg+40℃，包括任何前述值之间的范围，以促进薄膜的变形和晶体的重新对齐。在进一步的方面，拉伸期间的温度可低于聚合物薄膜的熔化温度(tm)。在某些实施方案中，施加的应变可为至少大约20％，例如大约20％、大约30％、大约40％、大约50％、大约100％、大约150％或大约200％，包括任何前述值之间的范围。
48.在施加拉伸应力和聚合物薄膜变形之后，可将加热保持预定量的时间，然后冷却聚合物薄膜。冷却动作可包括让聚合物薄膜自然冷却，以设定的冷却速率冷却，或通过骤冷如通过用低温气体吹扫烘箱来冷却。
49.在变形和晶体重新对齐之后，晶体可至少部分地与施加的拉伸应力的方向对齐。除了高的泊松比外，变形的聚合物薄膜还可表现出高度的双折射。
50.试验1
–
将基于双轴拉伸聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)的薄膜(tg＝115
±
5℃)切成13mm
×
25mm的矩形样品。将样品加热至大约130℃并保持30分钟以建立热平衡。其后，通过应用大约10μm/s的线性变形曲线拉伸样品。变形后，冷却样品并重新测量面积尺寸。经拉伸的pen膜的泊松比平均值确定为大约0.8。
51.本文公开的光学各向异性聚合物薄膜可用于形成可在多种应用中实施的多层反射偏振器。例如，多层反射偏振器可用于增加基于led或oled的显示网格的偏振光输出，该显示网格包括单色、彩色或ir像素的发射阵列。在一些实施方案中，反射偏振器薄膜可应用于发射像素阵列以提供光循环和一种或多种偏振态增加的输出。而且，高度光学各向异性的聚合物薄膜可减少这样的应用中的像素模糊。
52.根据本文描述的一般原理，来自本文描述的任何实施方案的特征可彼此组合使用。在结合附图和权利要求阅读以下详细描述后，这些及其他实施方案、特征和优点将得到更充分的理解。
53.下面将结合附图1-20提供用于制造光学各向异性聚合物薄膜的方法和系统的详细描述。图1-18涉及示例制造方法和薄膜架构，包括含有双折射聚合物薄膜的光栅的光学性能。与图19和20关联的讨论涉及示例性虚拟现实和增强现实设备，其可包括一个或多个如本文所公开的光学各向异性聚合物薄膜。
54.参考图1，其示意性地示出了制造具有高泊松比的聚合物薄膜的方法100。如图1a的自上而下平面视图中所示，各向异性半结晶聚合物薄膜110包括聚合物基质112和分散在整个聚合物基质112中并沿薄膜110的一个面内方向(例如，沿x-轴)部分对齐的多个晶体114。晶体114的初始对齐可能伴随着半结晶聚合物薄膜110的形成或者可通过一个或多个形成后过程来取得。例如，仍参考图1a，可使用流延方法来形成具有微晶114的聚合物薄膜110，微晶114基本上位于流延膜110的平面(例如，x-y平面)内并基本上沿流延方向(例如，
沿x-轴)对齐。
55.半结晶聚合物薄膜110可被加热至例如高于其玻璃化转变温度的温度，并沿与图1a中晶体114的对齐方向正交的方向拉伸。例如，在晶体114最初可相对于x-轴对齐的实施方案中，拉伸方向可沿y-轴。如图1b中所示，经拉伸的各向异性半结晶聚合物薄膜120包括聚合物基质112和沿y-轴即沿如图1a中粗箭头所指示的拉伸方向重新对齐(重新取向)的多个聚合物晶体114。在拉伸和重新对齐的动作过程中，聚合物晶体114可能断裂并重新组装。
56.在某些实施方案中，经拉伸的聚合物薄膜120的特征可在于泊松比大于大约0.5。此外，在某些实施方案中，经拉伸的聚合物薄膜120可具有沿x-轴的折射率(n
x
)和沿y-轴的不同折射率(ny)，其中应变诱导的光学各向异性产生条件n
x
《ny。或者，取决于聚合物晶体内聚合物链的组成和结构，经拉伸的聚合物薄膜120的特征可在于其中n
x
》ny的光学各向异性。
57.图2中示意了一种拉伸聚合物薄膜的示例过程。薄膜拉伸方法200可包括将聚合物薄膜210安装在线性辊202、204之间并在步骤1中将聚合物薄膜210加热至高于其玻璃化转变温度的温度。在保持聚合物薄膜的温度的同时，可接合辊202、204并可拉伸聚合物薄膜。例如，参考步骤2，第一辊202可以第一速率旋转而第二辊204可以大于第一速率的第二速率旋转以在其间拉伸聚合物薄膜。在步骤3中，可将施加的应变保持在升高的温度下，并如步骤4中所示，然后可在保持施加的应变的同时冷却聚合物薄膜。在步骤5中，可将辊脱开以从经拉伸的聚合物薄膜220释放应变。
58.图3中描绘了又一种拉伸聚合物薄膜的示例过程。拉伸方法300可包括将聚合物薄膜310加热至高于其玻璃化转变温度的温度并沿一个面内维度(例如，沿y-轴)施加空间上非均匀的应力，所述面内维度可与聚合物薄膜310内晶体(未示出)的对齐方向正交。同在先前的实施方案中一样，在冷却经拉伸的聚合物薄膜320之前可将施加的应变保持在升高的温度下。经拉伸的聚合物薄膜320的特征可在于其泊松比的梯度，例如沿x-轴。
59.图4为根据各种实施方案的多层反射偏振器的横截面视图。反射偏振器400可包括堆叠，所述堆叠包括总共m层交替的第一和第二聚合物薄膜。第一聚合物薄膜411、412、413、414、
……
在本文中统称为第一聚合物薄膜，可各自包括具有高泊松比的光学各向异性聚合物薄膜(例如，如各向异性聚合物薄膜120或各向异性聚合物薄膜320)，而第二聚合物薄膜421、422、423、424、
……
在本文中统称为第二聚合物薄膜，可各自包括光学各向同性聚合物薄膜。
60.光学各向异性聚合物层和光学各向同性聚合物层可具有沿第一面内方向(例如，x-轴方向)不同的折射率，以及沿与第一面内方向正交的第二面内方向(例如，y-轴方向)基本上匹配的折射率。光学各向异性聚合物薄膜的特征可在于异常双折射，例如，其中n
x
》nz》ny。
61.如图4中示意性地示出的，根据一些实施方案，每个相继的层的厚度可例如自上而下在整个堆叠内线性增加，这可增大相关反射光谱的波长范围。
62.每个光学各向异性聚合物层可包含例如聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚四氟乙烯、聚甲醛、脂族或半芳族聚酰胺、乙烯-乙烯醇、聚偏二氟乙烯、等规聚丙烯、聚乙烯等以及其组合，包括其共聚物，并可根据本文参考图1-3描述的方法通过拉伸形成。每个光学各向同性聚合物层可以是未拉伸的并可包含例如各向同性聚酯和各向同性聚(甲基丙烯酸甲酯)。
63.参考图5，其示出了具有恒定厚度to的光学延迟膜500的一个实例。光学延迟膜500可包括异常双折射聚合物层。当暴露于偏振光时，延迟效率可能取决于光程差(opd)，其可由to(n
e-no)给出，其中ne和no分别为沿延迟膜500的异常和普通光轴的折射率。光学延迟膜500可根据参考图1或图2描述的方法通过拉伸形成。
64.参考图6，其示出了光学补偿薄膜600的一个实例。光学补偿膜600可包括异常双折射聚合物层，其具有恒定的厚度to但空间相关的折射率，其中ne和no可各自随位置而异。通过相对于入射光移动光学补偿膜600，可控制光程差。例如，光学补偿膜600可安装在平移台上并移动以针对入射光调整opd。光学补偿膜600可根据参考图3描述的方法通过拉伸形成。
65.图7中示意性地描绘了形成具有高泊松比的聚合物薄膜的又一示例方法。方法700可包括向聚合物薄膜710施加单轴张力状态(例如，沿x-轴方向702a和702b)而聚合物薄膜710可在y-轴和z-轴方向中的每一个上不受约束以形成经拉伸的聚合物薄膜720。
66.图8中示意性地示出了形成具有高泊松比的聚合物薄膜的连续或半连续制造方法。根据方法800，聚合物薄膜810可在输入驱动器802与输出驱动器804之间被加热和拉伸。在各种实施方案中，输入驱动器802可配置为以第一速度平移聚合物薄膜810而输出驱动器804可配置为以第二速度平移聚合物薄膜810，其中第二速度大于第一速度。位于驱动器802、804之间的热源830可用于在拉伸期间将聚合物薄膜810加热至高于其玻璃化转变温度的温度以形成经拉伸的聚合物薄膜820。
67.根据一些实施方案，取向长度(即，输入驱动器802与输出驱动器804之间的距离或热源与输出驱动器804之间的距离)可大于或等于聚合物薄膜810的宽度。在某些方面，取向长度可等于聚合物薄膜810的宽度、聚合物薄膜810宽度的两倍、聚合物薄膜810宽度的三倍、或聚合物薄膜810宽度的四倍，包括任何前述值之间的范围。在进一步的方面，输出驱动器804的驱动速度与输入驱动器802的驱动速度之比可为至少2，即2、3或4，包括任何前述值之间的范围。
68.根据进一步的实施方案，可使用层合方法来改变聚合物薄膜的光学性质并形成光学质量的聚合物薄膜，包括表现出异常双折射的光学聚合物薄膜。如本文所用，“光学”或“光学质量”聚合物薄膜在某些实例中可指在至少大约90％的可见光谱内具有高达大约40％的透明度的结晶含量和小于大约10％的本体雾度的聚合物薄膜。例如，光学聚合物薄膜可以是无定形的或可以是至少大约1％结晶的，例如1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％结晶的，包括任何前述值之间的范围。对于具有至少大约一微米厚度的聚合物薄膜，光学聚合物薄膜在可见光谱内的透明度可为至少大约90％，例如对于1、2、5、10、20、50或100微米的厚度，透明度为90％、95％、97％、98％、99％或99.5％，包括任何前述值之间的范围。光学聚合物薄膜内的本体雾度可小于大约10％，例如1％、2％、5％或10％，包括任何前述值之间的范围。
69.光学聚合物薄膜的特征可在于双折射，例如异常双折射。光学聚合物薄膜的特征可在于泊松比小于0.5，但在一些实施方案中，光学聚合物薄膜的特征可在于泊松比为至少0.5。光学聚合物薄膜可包括单个聚合物层或者两个或更多个聚合物层的堆叠，所述两个或更多个聚合物层共同表现出前述特性。根据某些实施方案，光学聚合物薄膜可包含聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的无定形或半结晶组合物以及它们的组合和多层。
70.参考图9，方法900可包括形成层合物910，该层合物910包括粘结到光学聚合物薄膜930的高泊松比聚合物薄膜920(例如，高泊松比聚合物薄膜120或高泊松比聚合物薄膜320)。在一些实施方案中，高泊松比聚合物薄膜920和光学聚合物薄膜930可同时形成，如通过共挤出。在一些实施方案中，高泊松比聚合物薄膜920和光学聚合物薄膜930可单独形成并然后彼此粘结以形成层合物910。在还进一步的实施方案中，高泊松比聚合物薄膜920和光学聚合物薄膜930可相继形成，如通过将高泊松比聚合物薄膜920印刷到光学聚合物薄膜930上，或反过来。在如此形成的层合物中，高泊松比聚合物薄膜920的泊松比可大于光学聚合物薄膜930的泊松比。例如，高泊松比聚合物薄膜920可具有大约0.8的泊松比而光学聚合物薄膜930可具有大约0.3的泊松比。
71.在所示意的方法中，通过例如沿x-轴拉伸高泊松比聚合物薄膜920，高泊松比聚合物薄膜920中沿y-轴的伴随横向收缩可在相邻的光学聚合物薄膜930中诱导相应的尺寸变化。在光学聚合物薄膜930的泊松比小于高泊松比聚合物薄膜920的泊松比的实例中，在光学聚合物薄膜930内诱导的应变可产生光学聚合物薄膜930中的侧向压缩及异常双折射的形成。在一些实施方案中，可在拉伸动作期间加热层合物。
72.首先参考图9a，在光学聚合物薄膜930内对齐的晶体934内的芳环可响应于沿y-轴施加的压缩力而旋转出x-y平面，如图9b中示意性地所示。结晶相这样的重新取向可增加沿z-轴即沿光学聚合物薄膜930的厚度维度的折射率，并产生其中n
x
》nz》ny的光学聚合物薄膜。在沿x-轴拉伸期间，聚合物薄膜920、930可在每个正交维度上不受约束，即沿y-轴维度不受约束且沿z-轴维度不受约束。尽管未示意，但在拉伸之后，光学聚合物薄膜930可从高泊松比聚合物薄膜920剥离或以其他方式移除。
73.在某些实施方案中，高泊松比聚合物薄膜920可能可溶于合适的溶剂中，使得高泊松比聚合物薄膜920可通过溶解从光学聚合物薄膜930移除。例如，高泊松比聚合物薄膜920可以是水溶性的。在这样的实例中，可将高泊松比聚合物薄膜920印刷到光学聚合物薄膜930上以形成层合物910，该层合物可被拉伸以对光学聚合物薄膜930进行光学改性。如果需要，可然后冲洗掉高泊松比聚合物薄膜920。
74.高泊松比聚合物薄膜920可以是上覆于光学聚合物薄膜930的选定部分或全部的均匀层。在替代的实施方案中，高泊松比聚合物薄膜920可以是非均匀层，如图案化层。图案化层可包括多个相交的形状如格子架构。图案化层的几何形状不受特别限制并可根据期望的规格选择以局部或全局地改变光学聚合物薄膜930的光学性质。
75.在格子架构的实例中，图案化层可包括多个相交的轨道，例如竖框和横梁，但这样的特征的夹角可在大约5
°
至大约90
°
的范围内。在一些实施方案中，形成图案化层的各种特征的维度(例如，宽度)可独立地在大约1微米至大约100微米的范围内，例如大约1微米、大约2微米、大约5微米、大约10微米、大约20微米、大约50微米或大约100微米，包括任何前述值之间的范围。
76.参考图10，其示意性地示出了用于制造光学各向异性聚合物薄膜的薄膜取向系统。在系统1000的运行期间，具有初始本体折射率(n0)的聚合物薄膜1005可沿机器方向(md)被引导到预热区1010中，在其中，聚合物薄膜1005可被预热至所需的温度。例如，预热温度可在大约80℃至大约200℃的范围内。
77.结合各种实施方案，可参考与机器方向(md)、横向方向(td)和法线方向(nd)对齐
的三个相互正交的轴来描述聚合物薄膜(例如，经加热的聚合物薄膜1005)，所述三个方向可分别对应于聚合物薄膜的长度、宽度和厚度维度。
78.在通行经过预热区1010之后，经加热的聚合物薄膜1005可经受单轴应力并因此沿一个方向拉伸，例如横向方向(td)，其在所示意的实施方案中可与机器方向正交。根据一些实施方案，拉伸操作可通过沿引导路径1035引导经加热的聚合物薄膜1005的边缘来进行，如通过将聚合物薄膜的边缘夹到横贯引导路径1035的传送器(未示出)上。引导路径1035可成形为使得经加热的聚合物薄膜1005在至少一部分拉伸操作期间处于压缩状态。例如，聚合物薄膜1005在变形区1015内沿机器方向的平移速度可小于在预热区1010中的平移速度，使得聚合物薄膜1005可在机器方向上处于压缩状态，例如，沿完整的引导路径1035或沿变形区1015内的引导路径1035的一个或多个部分。
79.此外，聚合物薄膜1005的温度可在拉伸动作之前和/或期间即在变形区1015内保持在期望的温度下，以改善聚合物薄膜相对于未经加热的聚合物薄膜的变形性。变形区1015内聚合物薄膜1005的温度可低于、等于或高于预热区1010内聚合物薄膜的温度。
80.如应理解，沿机器方向的横向拉伸和压缩可诱导屈曲，即，在聚合物薄膜1005中形成褶皱1045。在示例实施方案中，褶皱1045可基本上平行并可沿聚合物薄膜1005的横向方向延伸。
81.相对于初始本体折射率(n0)，沿机器方向的横向拉伸和伴随的压缩可降低褶皱的聚合物薄膜1006沿横向方向的折射率而增加褶皱的聚合物薄膜1006沿机器方向的折射率，使得n2《n0《n1，其中n1为褶皱的聚合物薄膜1006沿机器方向的折射率，n2为褶皱的聚合物薄膜1006沿与机器方向正交的横向方向的折射率。
82.在拉伸之后，可将褶皱的聚合物薄膜1006与传送器(未示出)断开。在一些实施方案中，传送器可释放褶皱的聚合物薄膜1006。在一些实施方案中，褶皱的聚合物薄膜1006可被切割以形成切割边缘1040并因此将褶皱的聚合物薄膜1006与传送器分离。褶皱的聚合物薄膜1006可在冷却区1020中冷却并可在出口1030处作为光学各向异性聚合物薄膜1007离开系统1000。
83.图11的流程图中概述了一种形成具有异常双折射的聚合物薄膜的示例层合方法。在步骤1110，可将第一聚合物薄膜单轴取向。在步骤1120，可通过将经单轴取向的第一聚合物薄膜层合到第二聚合物薄膜(或反过来)来形成层合物。在步骤1130，来自步骤1120的层合物可在横向于第一聚合物薄膜的取向方向的方向上单轴取向。在步骤1140，可将第一和第二聚合物薄膜分离。
84.图12中示出了具有比较的各向同性聚合物层和双折射聚合物层的衍射光栅的性能。图13为特征在于异常双折射的聚合物薄膜的示意性透视图，其中n
x
》nz》ny。
85.根据各种实施方案，光学各向异性聚合物薄膜可包括纤维状、无定形、部分结晶或全结晶材料。这样的材料还可以是机械各向异性的，其中包括但不限于抗压强度、抗拉强度、剪切强度、屈服强度、刚度、硬度、韧性、延展性、机械加工性、热膨胀和蠕变行为的一种或多种特性可以是方向相关的。
86.聚合物薄膜可被层合到高泊松比聚合物薄膜，其中可使用后者的各向异性机械性能来使聚合物薄膜变形(即拉伸)以在聚合物薄膜中取得超过热力学极限的泊松比。即，在变形后，聚合物薄膜可表现出大于大约0.5的泊松比。在一些实施方案中，在变形动作期间，
聚合物薄膜内的微晶可沿共同的方向重新取向，这可导致聚合物薄膜表现出高度的光学各向异性，包括异常双折射。
87.举例来说，可使用光学透明的粘合剂将聚合物薄膜层合到高泊松比聚合物薄膜使得高泊松比聚合物薄膜的机器方向基本上平行于聚合物薄膜的横向方向对齐。在某些实施方案中，聚合物薄膜和高泊松比聚合物薄膜可各自包含聚萘二甲酸乙二醇酯。在形成层合物之前，聚合物薄膜和高泊松比聚合物薄膜中的任一者或两者可被拉伸(例如，单轴或双轴)。
88.在单轴施加张力的状态下，高泊松比聚合物薄膜可在聚合物薄膜中诱导与施加的应力正交的面内压缩应变，即，其中层合物中的压缩应变大于聚合物薄膜中的。这样的压缩应变可能导致聚合物薄膜中微晶或聚合物链的重新取向并实现更大的面内双折射。图14中示意性地示出了此响应。
89.参考图14a，方法1400可包括形成层合物1410，该层合物包括粘结到光学聚合物薄膜1430的高泊松比聚合物薄膜1420。在一些实施方案中，高泊松比聚合物薄膜1420和光学聚合物薄膜1430可同时或相继形成。
90.在如此形成的层合物1410中，高泊松比聚合物薄膜1420的泊松比可大于光学聚合物薄膜1430的泊松比，例如，大约大10％、大约大20％、大约大50％、大约大100％、大约大150％、大约大200％或大约大300％或更多，包括任何前述值之间的范围。
91.参考图14b，通过例如沿x-轴向层合物1410施加单轴应变，高泊松比聚合物薄膜1420中沿y-轴的伴随横向收缩可导致高泊松比聚合物薄膜1420中的微晶1422在薄膜1420的平面中旋转并在相邻的光学聚合物薄膜1430中诱导尺寸变化和微晶重新对齐。在光学聚合物薄膜1430的泊松比小于高泊松比聚合物薄膜1420的泊松比的实例中，在光学聚合物薄膜1430内诱导的应变可产生光学聚合物薄膜1430中的侧向压缩、光学聚合物薄膜1430内微晶1432旋转出光学聚合物薄膜1430的平面及异常双折射的产生。在一些实施方案中，可在拉伸和微晶重新对齐的动作期间加热层合物1410。
92.聚合物薄膜1430内结晶相这样的重新取向可增加沿z-轴即沿光学聚合物薄膜1430的厚度维度的折射率并产生其中n
x
》nz》ny的光学聚合物薄膜。尽管未示意，但在拉伸之后，光学聚合物薄膜1430可从高泊松比聚合物薄膜1420剥离或以其他方式分离。
93.图15为根据各种实施方案的制造高双折射多层反射偏振器的过程的横截面视图。反射偏振器1500可包括交替的第一和第二聚合物薄膜的堆叠，其在中间制造阶段设置于上部高泊松比聚合物薄膜1530和下部高泊松比聚合物薄膜1540之间。第一聚合物薄膜1511、1512、1513在本文中统称为第一聚合物薄膜1510，可各自包括光学各向异性聚合物薄膜，而第二聚合物薄膜1521、1522、1523在本文中统称为第二聚合物薄膜1520，可各自包括光学各向同性聚合物薄膜。
94.在施加外加的应变之后，光学各向异性聚合物层1510和光学各向同性聚合物层1520可具有沿第一面内方向(例如，x-轴方向)不同的折射率，以及沿与第一面内方向正交的第二面内方向(例如，y-轴方向)基本上匹配的折射率。根据一些实施方案，各向异性层的较低面内折射率可与各向同性层的面内折射率晶格匹配。光学各向异性聚合物薄膜1510的特征可在于异常双折射，例如，其中n
x
》nz》ny。在各种实例中，面内双折射(n
x-ny)可为至少大约0.05，例如大约0.05、大约0.1、大约0.12、大约0.14、大约0.16、大约0.18、大约0.20、大约
0.22或更大，包括任何前述值之间的范围。
95.如图15中示意性地示出的，根据一些实施方案，每个相继的层1510、1520的厚度可例如自上而下在整个堆叠内减小，这可增大相关反射光谱的波长范围。在施加应变之后，可从多层结构移除上部和下部高泊松比聚合物薄膜1530、1540。此外，虽然所示意的第一和第二聚合物薄膜的堆叠示出为包括总共6个层，但应理解，可使用更少或更多数量的交替层。
96.在结晶或半结晶光学聚合物薄膜中，光学各向异性可与微晶取向的度或程度相关，而链缠结的度或程度可在无定形光学聚合物薄膜中产生相当的光学各向异性。图16中示意性地示出了一种具有非均匀即空间局域化的微晶取向的示例半结晶光学聚合物薄膜。在所示意的实施方案中，相邻的高泊松比聚合物薄膜1620可诱导聚合物薄膜1630内微晶1632的局域化重新取向，使得重新取向(即，旋转)的程度在聚合物薄膜1630的靠近高泊松比聚合物薄膜1620的区域中更大。即，聚合物薄膜1630可在与高泊松比聚合物薄膜1620相邻的区域中表现出异常双折射(n
x
》nz》ny)。
97.参考图17，其示出了示例聚合物薄膜-高泊松比聚合物薄膜层合物在加热至大约130℃和施加(a)大约70％、(b)大约60％和(c)大约40％的单轴应变后的光学显微照片。
98.图18中示出了例如多层反射偏振器的反射率对波长的建模曲线图。对于波长为500nm的入射光，图18a中示出了具有总共25个双层、总厚度为3.8微米并包括特征在于n
x
》ny》nz的交替光学各向异性层的比较架构的性能，而图18b中示出了具有总共25个双层、总厚度为4.2微米并包括特征在于n
x
》nz》ny的交替光学各向异性层的反射偏振器结构的性能。如应理解的，并特别参考图18b，具有与异常双折射层交替的各向同性层的偏振器相对于比较结构在更宽的波长带上表现出更好的选择性。
99.在某些实施方案中，在具有与异常双折射层交替的各向同性层的多层架构中，各向同性层与各向异性层之间沿一个方向(例如，x-方向)的面内折射率差异可为至少大约0.2，例如，大约0.2、大约0.22、大约0.24、大约0.26、大约0.28、大约0.30、大约0.32或大约0.34，包括任何前述值之间的范围，而各向同性层与各向异性层之间沿互补方向(例如，y-方向)的面内折射率差异可为零。
100.这样的结构可用于制造比比较结构具有总体较小的总厚度(包括较少数量的双层)同时减少散射和吸收的光的量的反射偏振器。在这样的结构中，r
p
(％)可显著大于rs(％)。例如，在示例结构中，在宽度为至少大约50nm的波长带上，例如大约50nm、大约75nm或大约100nm，包括任何前述值之间的范围，r
p-rs可为至少大约85％，例如大约85％、大约90％、大约92％或大约94％，包括任何前述值之间的范围。
101.如本文所公开，光学各向异性聚合物薄膜的特征可在于沿其三个主轴(即，长度、宽度和厚度)完全不同的折射率。这样的聚合物薄膜可以是异常双折射的并可包括面内折射率(n
x
和ny)和全厚度折射率(nz)，其中n
x
》nz》ny。在某些实施方案中，n
x
》1.7，例如，大约1.75、大约1.8、大约1.85、大约1.9、大约1.95或大约2.0，包括任何前述值之间的范围。示例聚合物组合物可包括聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，但也考虑其他聚合物组合物。
102.根据进一步的实施方案，公开了一种制造具有大于0.5的泊松(ν)比的各向异性聚合物薄膜的方法。尽管各向同性材料的泊松比在热力学上约束于并且大多数聚合物的泊松比在大约0.2至大约0.3的范围内，但申请人已证实，半结晶聚合物的变形和
伴随的应变诱导的聚合物内晶体的重新对齐可生成高度各向异性的聚合物薄膜。
103.取得高于0.5的泊松比的一种示例方法包括形成具有聚合物基质和分散在整个基质中的多个晶体的聚合物薄膜，其中所述晶体至少部分地相对于聚合物薄膜的面内维度对齐，和沿与晶体的对齐方向基本上正交的方向对聚合物薄膜施加拉伸应力以使聚合物薄膜变形并重新对齐晶体。
104.一种形成具有异常双折射的光学质量聚合物薄膜的方法可包括(a)形成具有直接设置在半结晶光学聚合物薄膜上方的高泊松比聚合物薄膜的层合物，和(b)向高泊松比聚合物薄膜施加面内单轴拉伸应力以形成异常双折射光学聚合物薄膜。
105.示例实施方案
106.实施例1：一种聚合物薄膜，其包括沿聚合物薄膜的第一方向的第一面内折射率(n
x
)、沿聚合物薄膜的与所述第一方向正交的第二方向的第二面内折射率(ny)和沿与所述第一方向和第二方向两者基本上正交的厚度方向的第三折射率(nz)，其中n
x
》nz》ny。
107.实施例2：实施例1的聚合物薄膜，其中n
x
大于大约1.7。
108.实施例3：实施例1和2中任一项的聚合物薄膜，其中(n
x-ny)大于大约0.05。
109.实施例4：实施例1-3中任一项的聚合物薄膜，其中(n
x-ny)大于大约0.2。
110.实施例5：实施例1-4中任一项的聚合物薄膜，其中(n
x-ny)沿厚度方向可变。
111.实施例6：实施例1-5中任一项的聚合物薄膜，其包含选自聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的聚合物。
112.实施例7：实施例6的聚合物薄膜，其中所述聚合物包含结晶相。
113.实施例8：一种方法，所述方法包括形成聚合物薄膜，所述聚合物薄膜包括聚合物基质和分散在整个基质中的多个晶体，其中所述晶体至少部分地相对于聚合物薄膜的第一面内维度对齐，和沿与晶体的对齐方向基本上正交的方向对聚合物薄膜施加拉伸应力以使聚合物薄膜变形并重新对齐晶体。
114.实施例9：实施例8的方法，其中所述聚合物基质包含选自聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚四氟乙烯、聚甲醛、脂族或半芳族聚酰胺、乙烯-乙烯醇、聚偏二氟乙烯、等规聚丙烯和聚乙烯的聚合物。
115.实施例10：实施例8和9中任一项的方法，其中所述晶体包含聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
116.实施例11：实施例8-10中任一项的方法，其中所述重新对齐的晶体至少部分地相对于聚合物薄膜的第二面内维度对齐。
117.实施例12：根据实施例8-11中任一项的方法，所述方法还包括在施加拉伸应力的同时将聚合物薄膜加热至高于聚合物基质的玻璃化转变温度的温度。
118.实施例13：实施例8-12中任一项的方法，其中所述重新对齐的晶体至少部分地相对于施加的拉伸应力的方向对齐。
119.实施例14：一种多层聚合物复合材料，其包括各向异性和各向同性聚合物的交替层，其中所述各向异性聚合物层各自的特征在于至少大约0.05的面内双折射。
120.实施例15：实施例14的多层聚合物复合材料，其中所述各向异性聚合物层中的至少之一的面内折射率为至少大约1.7。
121.实施例16：实施例14和15中任一项的多层聚合物复合材料，其中所述各向异性聚
合物层中的至少之一包括(a)沿第一方向的第一面内折射率(n
x
)、(b)沿与所述第一方向正交的第二方向的第二面内折射率(ny)和(c)沿与所述第一方向和第二方向两者基本上正交的厚度方向的第三折射率(nz)，其中n
x
》nz》ny。
122.实施例17：实施例14-16中任一项的多层聚合物复合材料，其中所述各向异性聚合物层中的至少之一包含选自聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的聚合物。
123.实施例18：实施例14-17中任一项的多层聚合物复合材料，其中所述各向异性聚合物层中的至少之一包含结晶相。
124.实施例19：实施例14-18中任一项的多层聚合物复合材料，其中所述各向同性聚合物层中的至少之一包含选自各向同性聚酯和各向同性聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚合物。
125.实施例20：实施例14-19中任一项的多层聚合物复合材料，其中所述各向异性聚合物层的厚度和所述各向同性聚合物层的厚度各自沿复合材料的厚度维度渐进地减小。
126.实施例21：一种方法，所述方法包括形成层合物，所述层合物包括直接设置在光学聚合物薄膜上方的高泊松比聚合物薄膜，将所述层合物加热至高于光学聚合物薄膜的玻璃化转变温度的温度，和向所述层合物施加面内单轴拉伸应力。
127.实施例22：一种聚合物薄膜，其特征在于泊松比大于大约0.5。
128.本公开的实施方案可包括各种类型的人工现实系统或结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是一种现实形式，在呈现给用户之前已经以一定的方式进行了调整，其可包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实、混杂现实或其一定的组合和/或衍生物。人工现实内容可包括完全由计算机生成的内容或与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的计算机生成内容。人工现实内容可包括视频、音频、触觉反馈或其一定的组合，它们中的任何一个都可在单个通道或多个通道中呈现(如向观看者产生三维(3d)效果的立体视频)。另外，在一些实施方案中，人工现实也可与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于人工现实中(例如，在人工现实中执行活动)的应用程序、产品、附件、服务或其一定的组合相关联。
129.可以各种不同的外形尺寸和配置来实现人工现实系统。一些人工现实系统可设计为在没有近眼显示器(ned)的情况下工作。其他人工现实系统可包括还提供对现实世界的可见性(例如，图19中的增强现实系统1900)或使用户在视觉上沉浸于人工现实中(例如，图20中的虚拟现实系统2000)的ned。虽然一些人工现实设备可为自含式系统，但其他人工现实设备可与外部设备通信和/或协作以向用户提供人工现实体验。这样的外部设备的实例包括手持式控制器、移动设备、台式计算机、用户佩戴的设备、一个或多个其他用户佩戴的设备和/或任何其他合适的外部系统。
130.转向图19，增强现实系统1900可包括眼戴设备1902，其具有配置为将左显示设备1915(a)和右显示设备1915(b)保持在用户眼睛前面的框架1910。显示设备1915(a)和1915(b)可一起或独立地动作以向用户呈现图像或图像系列。虽然增强现实系统1900包括两个显示器，但本公开的实施方案可在具有单个ned或多于两个ned的增强现实系统中实现。
131.在一些实施方案中，增强现实系统1900可包括一个或多个传感器，如传感器1940。传感器1940可响应于增强现实系统1900的运动而生成测量信号并可基本上位于框架1910的任何部分上。传感器1940可为位置传感器、惯性测量单元(imu)、深度相机组件、结构光发
射器和/或检测器或其任何组合。在一些实施方案中，增强现实系统1900可包括或可不包括传感器1940或可包括多于一个传感器。在传感器1940包括imu的实施方案中，imu可基于来自传感器1940的测量信号生成校准数据。传感器1940的实例可包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于imu纠错的传感器或其一定的组合。
132.增强现实系统1900还可包括具有多个声学换能器1920(a)-1920(j)的麦克风阵列，这些声学换能器统称为声学换能器1920。声学换能器1920可为检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声学换能器1920可配置为检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(例如，模拟或数字格式)。图19中的麦克风阵列可包括例如十个声学换能器：1920(a)和1920(b)，其可设计为放置在用户的相应耳朵内，声学换能器1920(c)、1920(d)、1920(e)、1920(f)、1920(g)和1920(h)，其可定位在框架1910上的不同位置处，和/或声学换能器1920(i)和1920(j)，其可定位在相应的颈带1905上。
133.在一些实施方案中，声学换能器1920(a)-(f)中的一个或多个可用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声学换能器1920(a)和/或1920(b)可为耳塞或任何其他合适类型的耳机或扬声器。
134.麦克风阵列的声学换能器1920的配置可能会有所不同。虽然图19中将增强现实系统1900示出为具有十个声学换能器1920，但声学换能器1920的数量可大于或小于十。在一些实施方案中，使用较多数量的声学换能器1920可增加收集的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用较少数量的声学换能器1920可降低相关联的控制器1950处理收集的音频信息所需的计算能力。另外，麦克风阵列的每个声学换能器1920的位置可能会有所不同。例如，声学换能器1920的位置可包括用户上的定义位置、框架1910上的定义坐标、与每个声学换能器1920相关联的定向或其一定的组合。
135.声学换能器1920(a)和1920(b)可定位在用户耳朵的不同部分上，如耳廓后面、耳屏后面和/或外耳或耳窝内。或者，除了耳道内的声学换能器1920外，在耳朵上或耳朵周围还可有另外的声学换能器1920。将声学换能器1920定位在用户的耳道附近可使得麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将至少两个声学换能器1920定位在用户头部的任一侧上(例如，作为双耳麦克风)，增强现实设备1900可模拟双耳听力并捕获用户头部周围的3d立体声声场。在一些实施方案中，声学换能器1920(a)和1920(b)可经由有线连接1930连接到增强现实系统1900，而在其他实施方案中，声学换能器1920(a)和1920(b)可经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统1900。在还其他的实施方案中，声学换能器1920(a)和1920(b)可根本不与增强现实系统1900结合使用。
136.框架1910上的声学换能器1920可沿镜腿的长度定位、跨桥定位、定位在显示设备1915(a)和1915(b)的上方或下方，或其一定的组合。声学换能器1920可定向为使得麦克风阵列能够检测佩戴增强现实系统1900的用户周围广泛方向上的声音。在一些实施方案中，可在增强现实系统1900的制造期间进行优化过程来确定每个声学换能器1920在麦克风阵列中的相对定位。
137.在一些实例中，增强现实系统1900可包括或连接到外部设备(例如，配对设备)如颈带1905。颈带1905通常为任何类型或形式的配对设备。因此，下文对颈带1905的讨论也可适用于各种其他配对设备，如充电盒、智能手表、智能手机、腕带、其他可穿戴设备、手持式控制器、平板电脑、膝上型电脑、其他外部计算设备等。
138.如所示，颈带1905可经由一个或多个连接器耦合到眼戴设备1902。连接器可以是有线的或无线的并可包括电气和/或非电气(例如，结构)部件。在一些情况下，眼戴设备1902和颈带1905可独立操作，而在它们之间没有任何有线或无线连接。虽然图19示意了在眼戴设备1902和颈带1905上的示例位置中的眼戴设备1902和颈带1905的部件，但这些部件可位于其他地方和/或不同地分布在眼戴设备1902和/或颈带1905上。在一些实施方案中，眼戴设备1902和颈带1905的部件可位于与眼戴设备1902、颈带1905或其一定的组合配对的一个或多个另外的外围设备上。
139.将外部设备如颈带1905与增强现实眼戴设备配对可使得眼戴设备能够取得一副眼镜的外形尺寸，同时仍为扩展功能提供足够的电池和计算能力。增强现实系统1900的一些或全部电池功率、计算资源和/或附加特征可由配对设备提供或在配对设备与眼戴设备之间共享，从而减少重量、热分布和眼戴设备整体的外形尺寸，同时仍保留所需的功能。例如，颈带1905可允许原本将包括在眼戴设备上的部件被包括在颈带1905中，因为用户在其肩上可承受的重量负荷比在其头上可承受的重量负荷重。颈带1905还可具有在其上扩散热并将热分散到周围环境的更大表面积。因此，颈带1905可允许比在独立眼戴设备上原本可以的更大的电池和计算能力。由于颈带1905中携带的重量可能比眼戴设备1902中携带的重量对用户的侵入性小，故与用户容忍佩戴重的独立眼戴设备相比，用户可容忍更长时间地佩戴较轻的眼戴设备并携带或佩戴配对设备，从而使得用户能够更充分地将人工现实环境融入到其日常活动中。
140.颈带1905可以通信方式与眼戴设备1902和/或其他设备耦合。这些其他设备可向增强现实系统1900提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图19的实施方案中，颈带1905可包括两个声学换能器(例如，1920(i)和1920(j))，它们是麦克风阵列的一部分(或可能形成它们自己的麦克风子阵列)。颈带1905还可包括控制器1925和电源1935。
141.颈带1905的声学换能器1920(i)和1920(j)可配置为检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(模拟或数字)。在图19的实施方案中，声学换能器1920(i)和1920(j)可定位在颈带1905上，从而增加颈带声学换能器1920(i)和1920(j)与定位在眼戴设备1902上的其他声学换能器1920之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声学换能器1920之间的距离可提高经由麦克风阵列进行的波束形成的准确性。例如，如果声学换能器1920(c)和1920(d)检测到声音并且声学换能器1920(c)与1920(d)之间的距离大于例如声学换能器1920(d)与1920(e)之间的距离，则所确定的检测到的声音的源位置可能比如果声音由声学换能器1920(d)和1920(e)检测到的情况更准确。
142.颈带1905的控制器1925可处理由颈带1905和/或增强现实系统1900上的传感器生成的信息。例如，控制器1925可处理来自麦克风阵列的描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器1925可进行到达方向(doa)估计以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测到声音时，控制器1925可用该信息填充音频数据集。在增强现实系统1900包括惯性测量单元的实施方案中，控制器1925可从位于眼戴设备1902上的imu计算所有惯性和空间计算。连接器可在增强现实系统1900与颈带1905之间以及增强现实系统1900与控制器1925之间传达信息。信息可呈光学数据、电气数据、无线数据或任何其他可传输数据形式的形式。将由增强现实系统1900生成的信息的处理移动到颈
带1905可减少眼戴设备1902中的重量和热，使得其对于用户来说更舒适。
143.颈带1905中的电源1935可向眼戴设备1902和/或颈带1905供电。电源1935可包括但不限于锂离子电池、锂聚合物电池、一次锂电池、碱性电池或任何其他形式的电力储存。在一些情况下，电源1935可为有线电源。在颈带1905上而不是在眼戴设备1902上包括电源1935可帮助更好地分配由电源1935产生的重量和热。
144.如所指出的，一些人工现实系统可基本上用虚拟体验替换用户对现实世界的一个或多个感官知觉，而不是混合人工现实与实际现实。这种类型的系统的一个实例为头戴式显示系统，如图20中的虚拟现实系统2000，其基本上或完全覆盖用户的视野。虚拟现实系统2000可包括前刚性体2002和带2004，带2004的形状适合围绕用户的头部。虚拟现实系统2000还可包括输出音频换能器2006(a)和2006(b)。此外，虽然未在图20中示出，但前刚性体2002可包括一个或多个电子元件，包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(imu)、一个或多个跟踪发射器或检测器，和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的设备或系统。
145.人工现实系统可包括多种类型的视觉反馈机制。例如，增强现实系统1900和/或虚拟现实系统2000中的显示设备可包括一个或多个液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器、有机led(oled)显示器、数字光投影(dlp)微显示器、硅上液晶(lcos)微显示器和/或任何其他合适类型的显示屏。人工现实系统可包括用于双眼的单个显示屏，或可为每只眼睛提供一个显示屏，这可为变焦调整或为校正用户的屈光不正提供额外的灵活性。一些人工现实系统还可包括具有一个或多个透镜(例如，常规凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调节液体透镜等)的光学子系统，用户可通过这些透镜观看显示屏。这些光学子系统可用于多种用途，包括准直(例如，使物体看起来比其物理距离更远)、放大(例如，使物体看起来比其实际尺寸大)和/或中继光(至例如观看者的眼睛)。这些光学子系统可用于非光瞳形成架构(如直接准直光但导致所谓的枕形畸变的单透镜配置)和/或光瞳形成架构(如产生所谓的桶形畸变以抵消枕形畸变的多透镜配置)中。
146.除了使用显示屏外或代替使用显示屏，一些人工现实系统可包括一个或多个投影系统。例如，增强现实系统1900和/或虚拟现实系统2000中的显示设备可包括将光(使用例如波导)投影到显示设备中的微led投影仪，如允许环境光通行经过的透明组合透镜。显示设备可将投影的光折射向用户的瞳孔并可使得用户能够同时观看人工现实内容和现实世界。显示设备可使用多种不同光学部件中的任何一种来实现这一点，包括波导部件(例如，全息、平面、衍射、偏振和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(如衍射、反射和折射元件及光栅)、耦合元件等。人工现实系统也可配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统，如在虚拟视网膜显示器中使用的视网膜投影仪。
147.人工现实系统还可包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统1900和/或虚拟现实系统2000可包括一个或多个光学传感器，如二维(2d)或3d相机、结构化光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单光束或扫描激光测距仪、3d lidar传感器和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可处理来自这些传感器中的一个或多个的数据以识别用户的位置、映射现实世界、为用户提供关于现实世界环境的背景和/或执行各种其他功能。
148.人工现实系统还可包括一个或多个输入和/或输出音频换能器。在图20中示出的
来描述的那些。因此，例如，包含或包括聚萘二甲酸乙二醇酯的聚合物薄膜的隐含替代实施方案包括其中聚合物薄膜基本上由聚萘二甲酸乙二醇酯组成的实施方案和其中聚合物薄膜由聚萘二甲酸乙二醇酯组成的实施方案。