低扭曲手性液晶偏振光柵和相關(guān)制造方法本申請是申請?zhí)枮?00880012154.5、申請日為2008年4月16日、發(fā)明名稱為“低扭曲手性液晶偏振光柵和相關(guān)制造方法”的申請的分案申請。優(yōu)先權(quán)要求本申請要求2007年4月16日提交的題目為“Low-TwistChiralLiquidCrystalPolarizationGratingsandRelatedFabricationMethods”的美國臨時專利申請No.60/912,044的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用并入其全部內(nèi)容作為參考。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及偏振光柵，并且更具體地說涉及液晶偏振光柵和相關(guān)制造方法。

背景技術(shù)：
液晶可以包括其中存在有序排列的分子的液體。通常，液晶（LC）分子可以是各向異性的，具有細長（桿狀）或扁平（圓盤狀）形狀。由于所述各向異性分子的排序，大量液晶經(jīng)常在它的物理特性上顯示出各向異性，例如在它的機械、電、和/或光學(xué)特性上的各向異性。由于所述桿狀或圓盤狀性質(zhì)，LC分子的取向分布可以在光學(xué)應(yīng)用中，例如在液晶顯示器（LCD）中起重要作用。在這些應(yīng)用中，LC對準可以由對準表面指示?？梢蕴幚韺时砻媸沟盟鯨C相對于所述表面以可預(yù)測和可控制的方式對準。在許多情形下，對準表面可以通過LC裝置確保單疇（singledomain）。在缺乏已處理的表面的情況下，LC可能具有許多疇和/或許多取向不連續(xù)。在光學(xué)應(yīng)用中，這些疇和不連續(xù)可能引起光的散射，導(dǎo)致顯示器性能的退化。偏振光柵可以用來周期性地影響通過其傳播的光的局部偏振狀態(tài)（與常規(guī)光柵中影響相位或幅度相反）。例如，可轉(zhuǎn)換的液晶偏振光柵（LCPG）可以用來實施強度調(diào)制器，所述強度調(diào)制器可以對非偏振光起作用。更具體地，例如在包括投影顯示器和光閘的應(yīng)用中，這種可轉(zhuǎn)換的LCPG可以用來實現(xiàn)具有相對狹窄的帶寬的非偏振光（例如激光）的相對高的對比度調(diào)制。例如，一些常規(guī)LCPG可以調(diào)制具有小于5％的帶寬的零階光中具有大于大約200：1的對比率的光。然而，常規(guī)LCPG在被用來調(diào)制寬帶光（例如來自LD）時其對比度調(diào)制可能退化，這在許多應(yīng)用中是重要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，偏振光柵包括襯底和所述襯底上的第一偏振光柵層。所述第一偏振光柵層包括分子結(jié)構(gòu)，所述分子結(jié)構(gòu)在所述第一偏振光柵層的對立面之間限定的第一厚度上根據(jù)第一扭曲方向（sense）被扭曲。在一些實施例中，所述第一偏振光柵層的分子各自的相對取向在所述第一厚度上可以被旋轉(zhuǎn)第一扭曲角使得所述第一偏振光柵層的局部各向異性圖案在所述第一厚度上可以具有連續(xù)可變的相移。而且，所述襯底可以是反射襯底。在其它實施例中，偏振光柵可以進一步包括在所述第一偏振光柵層上的第二偏振光柵層。所述第二偏振光柵層可以包括分子結(jié)構(gòu)，所述分子結(jié)構(gòu)在所述第二偏振光柵層的對立面之間限定的第二厚度上根據(jù)與所述第一扭曲方向相反的第二扭曲方向被扭曲。特別地，所述第一偏振光柵層的分子各自的相對取向在所述第一厚度上可以被旋轉(zhuǎn)第一扭曲角，并且所述第二偏振光柵層的分子各自的相對取向在所述第二厚度上可以被旋轉(zhuǎn)第二扭曲角。在一些實施例中，所述第二扭曲角可以是所述第一扭曲角的對角。同樣，所述第二偏振光柵層的局部各向異性圖案在所述第二厚度上可以具有連續(xù)可變的相移，所述連續(xù)可變的相移可以與所述第一偏振光柵層在所述第一厚度上的局部各向異性圖案的相移相反。例如，所述第二扭曲角可以是大約+70度，而所述第一扭曲角可以是大約-70度。在其它實施例中，所述第一和第二偏振光柵層的分子各自的取向可以沿其間的界面對準。襯底可以是透射襯底。在一些實施例中，所述第一偏振光柵層可以是第一手性液晶層，所述第一手性液晶層在其中包括具有所述第一扭曲方向的手性液晶分子。所述第二偏振光柵層可以是第二手性液晶層，所述第二手性液晶層在其中包括具有所述第二扭曲方向的手性液晶分子。在其它實施例中，所述第一和第二偏振光柵層中的至少一個可以是可聚合液晶層。在一些實施例中，所述第一和第二偏振光柵層中的另一個可以是非反應(yīng)型液晶層。例如，所述非反應(yīng)型液晶層可以是向列液晶層。在其它實施例中，所述第一和第二偏振光柵層的所述第一和/或第二厚度可以被配置成提供在所述偏振光柵的工作波長范圍內(nèi)的光的半波延遲。在一些實施例中，所述偏振光柵可以進一步包括在所述襯底上的第一對準層，所述第一對準層在其中具有第一周期性對準條件。所述第一偏振光柵層可以在所述第一對準層上，并且所述第一偏振光柵層的分子可以根據(jù)所述對準層的第一周期性對準條件被對準。在其它實施例中，所述偏振光柵可以包括在所述第一對準層對面的在所述第一偏振光柵層上的在其中具有第二周期性對準條件的第二對準層。所述第一偏振光柵層可以是在所述第一和第二對準層之間的非反應(yīng)型液晶層。所述非反應(yīng)型液晶層可以包括具有各自的相對取向的液晶分子，所述各自的相對取向在所述厚度上被旋轉(zhuǎn)與所述第一和第二對準層的所述第一和第二周期性對準條件之間的相對相角不同的扭曲角。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，形成偏振光柵的方法包括形成襯底、以及在所述襯底上形成第一偏振光柵層。所述第一偏振光柵層包括分子結(jié)構(gòu)，所述分子結(jié)構(gòu)在所述第一偏振光柵層的對立面之間限定的第一厚度上根據(jù)第一扭曲方向被扭曲。在一些實施例中，所述第一偏振光柵層可以被形成為包括具有各自的相對取向的分子，所述各自的相對取向在所述第一厚度上被旋轉(zhuǎn)第一扭曲角使得所述第一偏振光柵層的局部各向異性圖案在所述第一厚度上具有連續(xù)可變的相移。而且，所述襯底可以是反射襯底。在其它實施例中，可以在所述第一偏振光柵層上形成第二偏振光柵層。所述第二偏振光柵層可以包括分子結(jié)構(gòu)，所述分子結(jié)構(gòu)在所述第二偏振光柵層的對立面之間限定的第二厚度上根據(jù)與所述第一扭曲方向相反的第二扭曲方向被扭曲。特別地，所述第一偏振光柵層可以被如此形成使得所述第一偏振光柵層的分子的各自取向在所述第一厚度上可以被旋轉(zhuǎn)第一扭曲角，同樣地，所述第二偏振光柵層可以被如此形成使得所述第二偏振光柵層的分子的各自取向在所述第二厚度上可以被旋轉(zhuǎn)第二扭曲角。在一些實施例中，所述第二偏振光柵層可以被形成在所述第一偏振光柵層上使得所述第一和第二偏振光柵層的分子的各自取向沿其間的界面對準。所述襯底可以是透射襯底。在其它實施例中，形成所述第一偏振光柵層可以包括利用具有所述第一扭曲方向的手性液晶分子摻雜第一液晶層。而且，形成所述第二偏振光柵層可以包括利用具有所述第二扭曲方向的手性液晶分子摻雜第二液晶層。在一些實施例中，第一對準層可以形成在襯底上。所述第一對準層可以在其中具有第一周期性對準條件。所述第一偏振光柵層可以直接形成在所述第一對準層上使得所述第一偏振光柵層的分子根據(jù)所述第一周期性對準條件被對準。然后，所述第二偏振光柵層可以形成在所述第一偏振光柵層上。在其它實施例中，所述第一偏振光柵層可以是可聚合液晶層。所述可聚合液晶層可以在于其上形成所述第二偏振光柵層之前在所述第一對準層上被光聚合。在一些實施例中，第二對準層可以形成在第二襯底上。所述第二對準層可以在其中具有第二周期性對準條件。在其上包括所述第二對準層的第二襯底可以被組裝得鄰近所述第一偏振光柵層以在所述第二對準層和所述第一對準層之間限定間隙，并且所述第二偏振光柵層可以形成在所述間隙中。例如，所述第二偏振光柵層可以是非反應(yīng)型液晶層。在其它實施例中，所述第二偏振光柵層可以是可聚合液晶層。在一些實施例中，所述第一和第二偏振光柵層的所述第一和/或第二厚度可以被配置成提供在所述偏振光柵的工作波長范圍內(nèi)的光的半波延遲。根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，可轉(zhuǎn)換的偏振光柵包括包含第一周期性對準條件的第一襯底、包含第二周期性對準條件的第二襯底、以及在所述第一和第二襯底之間的液晶層。所述液晶層包括具有各自的相對取向的液晶分子，所述各自的相對取向在其對立面之間限定的厚度上被旋轉(zhuǎn)與所述第一和第二周期性對準條件之間的相對相角不同的扭曲角。在一些實施例中，所述第二周期性對準條件可以相對于所述第一周期性對準條件異相。在其它實施例中，所述液晶層可以是在其中包含具有扭曲方向的手性摻雜劑的向列液晶層，所述手性摻雜劑被配置成在其厚度上將所述液晶層的分子結(jié)構(gòu)扭曲所述扭曲角。在一些實施例中，所述液晶分子可以根據(jù)所述第一和第二對準層的所述第一和第二對準條件在其間的相應(yīng)界面處被對準。所述液晶分子也可以在所述液晶層的所述厚度上被旋轉(zhuǎn)所述扭曲角使得所述液晶層在其中包括彈性能應(yīng)變。在其它實施例中，所述相角可以是大約70o到大約360o。而且，所述扭曲角可以是大約70o到大約360o。仍根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，制造可轉(zhuǎn)換的偏振光柵的方法包括形成包含第一周期性對準條件的第一襯底、包含第二周期性對準條件的第二襯底、以及在所述第一和第二襯底上形成液晶層。所述液晶層包括具有各自的相對取向的液晶分子，所述相對取向在其對立面之間限定的厚度上被旋轉(zhuǎn)與所述第一和第二周期性對準條件之間的相對相角不同的扭曲角。在一些實施例中，第一對準層可以形成在所述第一襯底上并且被圖案化以在其中限定所述第一周期性對準條件。而且，第二對準層可以形成在第二襯底上并且被圖案化以在其中限定所述第二周期性對準條件，所述第二周期性對準條件相對于所述第一周期性對準條件異相。在其它實施例中，液晶層可以是向列液晶層。所述向列液晶層可以利用具有扭曲方向的手性分子進行摻雜，所述手性分子被配置成在其厚度上將所述液晶層的分子結(jié)構(gòu)扭曲所述扭曲角。在一些實施例中，所述液晶層可以被如此形成使得其分子可以根據(jù)所述第一和第二對準層的所述第一和第二對準條件在其間的相應(yīng)界面處被對準并且可以在液晶層的所述厚度上被旋轉(zhuǎn)所述扭曲角使得所述液晶層在其中具有彈性能應(yīng)變。根據(jù)下列附圖和詳細描述，根據(jù)一些實施例的其它裝置和/或制造方法對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。意圖是所有這些另外的方法和/或裝置被包含在該描述內(nèi)、在本發(fā)明的范圍內(nèi)、以及受所附權(quán)利要求的保護。附圖說明圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵的透視圖。圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵的頂視圖。圖1C是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵的側(cè)視圖。圖1D是示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的偏振光柵的側(cè)視圖。圖2是示出用來模擬根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵的特性的模型的圖。圖3、4A和4B是基于模擬結(jié)果的示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵的特性的曲線圖。圖5A-5E是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的制造偏振光柵的方法和這樣制造的裝置的截面圖。圖6A和6B是基于實驗結(jié)果的示出根據(jù)一些實施例的偏振光柵的特性的曲線圖。圖7A-7D是示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的制造偏振光柵的方法和這樣制造的裝置的截面圖。圖8A-8E是示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的偏振光柵的電光特性的曲線圖。具體實施方式下文中參考附圖更充分地描述本發(fā)明，其中本發(fā)明的實施例被示出。然而本發(fā)明可以以許多不同的形式來具體實施并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于在此所述的實施例。更確切地說，這些實施例被提供以便該公開是全面和完整的，并且完全將本發(fā)明的范圍傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸可以被放大。從頭到尾類似的數(shù)字指的是類似的元件。將被理解的是，盡管術(shù)語第一、第二、第三等等在此可以被用來描述多種元件、部件、區(qū)域、層和/或剖面，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或剖面不應(yīng)當(dāng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅被用來區(qū)別一個元件、部件、區(qū)域、層或剖面與另一個區(qū)域、層或剖面。因此，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，以下討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或剖面可以被稱作第二元件、部件、區(qū)域、層或剖面?？臻g相關(guān)術(shù)語例如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……下”、“在……上”、“上部”等為了描述容易在這里可以被用來描述附圖中所示的一個元件或特征與另一個元件或特征的關(guān)系。將被理解的是，所述空間相關(guān)術(shù)語旨在除了附圖中描述的取向之外還包含使用或工作中的裝置的不同取向。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其它元件或特征“之下”或“下面”或“下”的元件將被定向為所述其它元件或特征的“上方”。因此，示例性術(shù)語“在……下面”和“在……下”可以既包含上取向又包含下取向。裝置可以被另外定向（被旋轉(zhuǎn)90o或處于其它取向）并且這里使用的空間相關(guān)描述符被相應(yīng)地解釋。另外，也將被理解的是，當(dāng)層被稱為在兩層“之間”時，它可能是所述兩層之間的唯一層，或者一個或多個插入層也可以存在。在此使用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例并且并不旨在限制本發(fā)明。正如在此所用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。將被進一步理解的是，術(shù)語“包括”和/或“包含”在本說明書中使用時表示存在規(guī)定的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或部件，但是不排除其一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件、和/或組的存在或附加。正如在此所使用的，術(shù)語“和/或”包括所述相關(guān)列出項的一個或多個的任何或所有組合。將被理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在……之上”、“連接到”、“耦合到”、或“鄰近”另一個元件或?qū)訒r，它可以直接在該另一個元件或?qū)又?、與該另一個元件或?qū)舆B接、與該另一個元件或?qū)玉詈稀⒒蜞徑谠摿硪粋€元件或?qū)?，或者可以存在插入元件或?qū)?。相比之下，?dāng)元件被稱為“直接在……之上”、“直接連接到”、“直接耦合到”、或“直接鄰近于”另一個元件或?qū)訒r，不存在插入元件或?qū)?。在此參考截面圖描述本發(fā)明的實施例，所述截面圖是本發(fā)明的理想化實施例（和中間結(jié)構(gòu)）的示意圖。同樣，會預(yù)料到由于利用制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的圖示形狀的變型。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于在此所示區(qū)域的特定形狀，而是將包括例如由制造所導(dǎo)致的形狀偏離。因此，附圖中所示的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的并且它們的形狀并不旨在示出裝置的實際形狀并且不想限制本發(fā)明的范圍。除非另外限定，在此所用的所有術(shù)語（包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的相同意思。將被進一步理解的是，例如在通常使用的字典中被限定的那些的術(shù)語應(yīng)當(dāng)被解釋為具有這樣的意思，所述意思與它們在相關(guān)領(lǐng)域和/或本說明書的情況下的意思一致，并且將不在理想化或過度正式的意義上被解釋，除非這里明確這樣限定。將被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，正如在此所用的，“透射”或“透明”襯底可以允許入射光的至少一些通過其。因此，在一些實施例中透明襯底可以是玻璃襯底。相比之下，在此描述的“反射”襯底可以反射入射光的至少一些。而且，“可聚合液晶”可以指分子量相對低的液晶材料，所述液晶材料可以被聚合并且在此也可以被描述為活性液晶元（reactivemesogen）。相比之下，“非反應(yīng)型液晶”可以指不能被聚合的分子量相對低的液晶材料。在此參考液晶（LC）材料和包含其的偏振光柵描述本發(fā)明的實施例。正如在此所用的，液晶可以具有向列相、手性向列相、近晶相、鐵電相、和/或另外的相。另外，許多可光聚合的聚合物可以被用作對準層以制造在此描述的偏振光柵。除了是可光聚合的之外，這些材料還可以相對于LC是惰性的、應(yīng)當(dāng)在LC裝置的工作溫度范圍內(nèi)（例如從大約-50℃到大約100℃）提供穩(wěn)定的對準、并且應(yīng)當(dāng)可以與在此描述的制造方法兼容。可光聚合的聚合物的一些實例包括聚酰亞胺（例如可以在市場上從JSRMicro,Inc(Sunnyvale,Calif.)得到的AL1254）、可以從BrewerScience,Inc.(Rolla,Mo.)得到的NissanRN-1199、以及肉桂酸鹽（例如M.Schadt等人在"Surface-InducedParallelAlignmentofLiquidCrystalsbyLinearlyPolymerizedPhotopolymers,"Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.31(1992),pp.2155-2164中描述的聚乙烯4-甲氧基肉桂酸（polyvinyl4-methoxy-cinnamate））?？晒饩酆系木酆衔锏牧硪粋€實例是可以在市場上從VanticoInc.(LosAngeles,Calif.)得到的Staralign.TM.。另外的實例包括查耳酮環(huán)氧（chalcone-epoxy）材料，例如由DongHoonChoi和合作者在"Photo-alignmentofLow-molecularMassNematicLiquidCrystalsonPhotochemicallyBifunctionalChalcone-epoxyFilmbyIrradiationofaLinearlyPolarizedUV,"Bull.KoreanChem.Soc,Vol.23,No.4587(2002)中公開的那些，和香豆素側(cè)鏈型聚酰亞胺，例如由M.Ree和合作者在"Alignmentbehaviorofliquid-crystalsonthinfilmsofphotosensitivepolymers-EffectsofphotoreactivegroupandUV-exposure,"Synth.Met.,Vol.117(1-3),pp.273-5(2001)中公開的那些（利用這些材料，LC幾乎垂直于偏振的方向?qū)剩Ｒ壕史椒ǖ母郊訉嵗苍贑rawford等人的美國專利No.7,196,758中被討論。此外，在此描述的一些結(jié)構(gòu)可以包括通過旋涂工藝和液晶材料的平衡的精確制造。本發(fā)明的一些實施例所使用的另外的結(jié)構(gòu)和/或方法在Escuti等人的PCT公開號No.WO2006/092758中被討論，在此通過引用并入其全部內(nèi)容作為參考。本發(fā)明的一些實施例提供能夠利用偏振光柵實現(xiàn)消色差（寬帶）、高對比度衍射的方法和裝置，所述偏振光柵沿其厚度具有扭曲的分子結(jié)構(gòu)。例如，在一些實施例中，可以通過利用相反扭曲方向的兩個液晶偏振光柵層實現(xiàn)高對比度消色差衍射，所述相反的扭曲方向在它們各自的厚度上橫向偏移或相對于彼此產(chǎn)生相移。更具體地，具有半波延遲厚度和70o扭曲的第一偏振光柵與透射襯底上具有-70o扭曲的第二偏振光柵層疊。另外，當(dāng)所述第一層被具體化為非反應(yīng)型液晶層并且所述第二層被具體化為可聚合液晶層（分別具有大約＋70o和大約-70o的扭曲角）時，所述光柵可以是可轉(zhuǎn)換的，并且可以提供適于在液晶顯示器（LCD）中使用的空間光調(diào)制器。在其它實施例中，在其厚度上具有70o扭曲角的單一聚合物或非反應(yīng)型液晶偏振光柵層可以形成在反射襯底上以提供類似的結(jié)果。在以上實施例中的任何一個中也可以使用其它扭曲角。相比之下，雖然單層偏振光柵可以調(diào)制非偏振光，但是它的高對比度操作可能局限于非常狹窄的輸入光。因此，盡管在許多應(yīng)用中存在寬帶光，本發(fā)明的一些實施例可以被用來提供與現(xiàn)有技術(shù)相比基本上更高的對比度和/或亮度。另外，在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的低扭曲液晶偏振光柵中，有可能平衡LC的手性扭曲與襯底的偏移角以便實現(xiàn)電光曲線的增強的非線性響應(yīng)。因此，可以使用較少花費和/或較小功率的無源矩陣尋址方案，而不是可能在每個像素內(nèi)都需要TFT的有源矩陣尋址方案。這樣的尋址方案可以在例如便攜式應(yīng)用中提供重大優(yōu)勢。圖1A到1D示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵。如圖1A中所示，在第一偏振光柵層PG1101上形成第二偏振光柵層PG2102以形成多層結(jié)構(gòu)105。所述第一和第二偏振光柵層PG1101和PG2102是具有分子結(jié)構(gòu)的手性液晶層，所述分子結(jié)構(gòu)具有相對于彼此相反的扭曲方向。換句話說，所述第一和第二偏振光柵層PG1101和PG2102包括相反旋向性（handedness）的手性分子（即具有不同的左旋和右旋形式的不對稱分子）。同樣，在一些實施例中，所述第二偏振光柵層PG2102在厚度d2上具有它的局部各向異性圖案的相移，所述局部各向異性圖案的相移與所述第一偏振光柵層PG1101在厚度d1上的局部各向異性圖案的相移相反。所述厚度d1和d2分別被限定在所述第一和第二偏振光柵層PG1101和PG2102的對立面之間。更具體地，如圖1B和1C中所示，與所述第一偏振光柵層PG1101的分子（右旋）相比，所述第二偏振光柵層PG2102的分子具有相反的旋向性（左旋）。例如，所述第一偏振光柵層PG1101可以利用手性分子摻雜使得其中的分子的取向可以在所述層PG1101的厚度d1上被旋轉(zhuǎn)或被“扭曲”扭曲角θtwist，并且所述第二偏振光柵層PG2102可以利用另一種手性分子摻雜使得其中的分子的取向在所述層PG2102的厚度d2上被“扭曲”相反的扭曲角-θtwist。在一些實施例中，所述第二偏振光柵層PG2102可以具有大約-70o的扭曲角θtwist，而所述第一偏振光柵層PG1101可以具有大約70o的扭曲角θtwist。在這樣的實施例中，所述第一偏振光柵層PG1101的厚度d1可以基本上等于所述第二偏振光柵層PG2102的厚度d2。在制造所述第一和第二偏振光柵層PG1101和PG2102的過程中，向列LC混合物可以利用手性LC分子摻雜，所述手性LC分子被配置成在其中引起相應(yīng)的扭曲角而沒有大量缺陷。可以通過改變手性摻雜劑的數(shù)量和/或偏振光柵層的厚度來改變扭曲角θtwist。在每個偏振光柵的厚度上每個偏振光柵中的分子的“扭曲”可以在局部各向異性圖案中提供連續(xù)相移。正如在圖1C中進一步示出的，所述第一和第二偏振光柵層PG1101和PG2102的分子在其間的界面處被對準或同相。在一些實施例中，所述第一和第二偏振光柵層PG1101和PG2102可以是單襯底聚合物層，例如活性液晶元（即可聚合液晶）層。例如，所述第一偏振光柵層PG1101可以通過在暴露的光對準層115上旋鑄（spin-casting）第一手性LC材料（被摻雜以提供預(yù)定的旋向性或扭曲方向）被形成使得它達到在所述偏振光柵的工作中使用的光的半波厚度?？梢酝ㄟ^公知技術(shù)在透明襯底例如玻璃襯底110a上形成并且圖案化所述光對準層115，在此將不進一步討論所述公知技術(shù)。被摻雜以提供相反旋向性/扭曲方向的第二手性LC混合物可以直接施加在所述第一層PG1101上直到它也具有用以形成所述第二偏振光柵層PG2102的半波厚度為止。在其它實施例中，可以形成可轉(zhuǎn)換的液晶偏振光柵。更具體地，所述第二偏振光柵層PG2102可以如上所述地被形成為具有預(yù)定旋向性或扭曲方向（例如-70o）。在其上包括暴露的光對準材料115的相反透射襯底（例如玻璃襯底110a）可以被層疊到所述第二偏振光柵層PG2102，并且單元間隙對應(yīng)于半波單元厚度。所述光對準材料115可以包括周期性對準條件，所述周期性對準條件基于所述第二偏振光柵層PG2102的扭曲方向偏移。所述間隙可以被填充具有相反扭曲方向（例如＋70o）的手性向列LC材料以提供液晶層作為光對準層115和所述第二偏振光柵層PG2102之間的偏振層PG1101，并且由此限定可轉(zhuǎn)換的液晶偏振光柵。圖1D示出根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的偏振光柵。圖1D的偏振光柵包括形成在襯底（例如反射襯底110b）上的單偏振光柵層PG1101。例如，所述偏振光柵層PG1101可以形成在所述反射襯底110b上的暴露的光對準層115上使得它達到在所述偏振光柵的工作中使用的光的半波厚度。如上所討論的，所述偏振光柵層PG1101可以利用手性分子進行摻雜使得其中的分子的取向可以在所述層PG1101的厚度d1上被旋轉(zhuǎn)或被“扭曲”扭曲角θtwist以在局部各向異性圖案中提供連續(xù)的相移。所述偏振光柵層PG1101可以具有大約70℃的扭曲角θtwist。然而，可以通過改變手性摻雜劑的量和/或所述偏振光柵層PG1101的厚度來改變所述扭曲角θtwist。在一些實施例中，所述偏振光柵層PG1101可以是可聚合液晶層，而在其它實施例中，所述偏振光柵層PG1101可以是非反應(yīng)型液晶層以提供可轉(zhuǎn)換的液晶偏振光柵。因為由于存在反射襯底110b，操作光可以通過所述偏振光柵層PG1101兩次（在入射和反射時），所以圖1D的單層偏振光柵可以以類似于圖1C的兩層偏振光柵的方式光學(xué)地起作用，所述圖1C的兩層偏振光柵將在下面進一步詳細討論。因此，本發(fā)明的一些實施例提供衍射光學(xué)元件，其中可以在寬的光譜范圍內(nèi)控制被透射的光的方向和/或偏振狀態(tài)。這些衍射光學(xué)元件可以在例如顯示器應(yīng)用中使用以提供與背光的更有效的外耦合、與偏振無關(guān)的像素設(shè)計、和/或光循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵（PG）可以是各向異性周期性結(jié)構(gòu)、可以表現(xiàn)出唯一的衍射特性（例如具有特殊偏振并且高達100％效率的三個可能的階（0和±1））、并且可以支持許多應(yīng)用。常規(guī)PG可以在中心波長的大約7％的光譜范圍內(nèi)以相對較高的效率衍射。相比之下，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以在該帶寬中提供高達大約五倍的增加，并且可以在大部分可見光譜范圍內(nèi)以高達大約100％的效率衍射，甚至在寬帶照明（例如白光）的情況下。特別地，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的PG可以包括至少兩個手性液晶層，每一個具有相對適度的扭曲角（例如70o）和相反的扭曲方向。由于PG作為基本偏振全息圖被引入，它們的衍射特性已經(jīng)被研究。例如，PG的應(yīng)用可以包括偏振測量和超光譜偏振測定。向列液晶（LCs）可以創(chuàng)建具有線性雙折射率的連續(xù)構(gòu)造的PG。利用該方法，基本無缺陷的、可轉(zhuǎn)換的PG可以被制造成具有期望的衍射特性和/或相對低的散射。因此，可轉(zhuǎn)換的PG可以被用作與偏振無關(guān)的調(diào)制器。常規(guī)（“圓形”類型）PG可以包括空間變量單軸雙折射率（即n(x)=[cos(πx/Λ)，sin(πx/Λ)，0]）。在垂直入射下的理想衍射效率可以導(dǎo)出如下：其中ηm是第m階的衍射效率，λ是入射光的真空波長，△n是線性雙折射率，d是光柵厚度，以及S'3=S3/S0是對應(yīng)于入射光的橢圓率的標(biāo)準化Strokes（行程）參數(shù)?？梢源嬖谌齻€階（0和±1），并且所述第一階可以擁有正交圓偏振（左旋和右旋）。PG的衍射行為可以取決于波長（通過等式（1）中的△nd/λ）。再次參考圖1B和1C，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的包括兩層扭曲結(jié)構(gòu)的PG的消色差性能可以跨越相對寬的光譜寬度提供高達100％的效率，例如高達中心波長的大約34.3％。這表示與常規(guī)PG的消色差性能相比增加了大約五倍，所述常規(guī)PG的消色差性能可以提供中心波長的大約6.8％的光譜寬度。因此，可以通過組合具有相反扭曲方向的兩個扭曲PG來實現(xiàn)PG衍射的消色差性（achromacity）。扭曲PG的寬帶衍射的一些設(shè)計參數(shù)可以包括每個PG層的厚度d和扭曲角θtwist。已經(jīng)利用有限差分時域（FDTD）方法和特別開發(fā)用于周期性各向異性介質(zhì)的開放源碼軟件包證明了這些參數(shù)的作用。因此，對于利用偏振全息照相術(shù)和光對準技術(shù)被形成為可聚合液晶膜的消色差PG，在下面參考圖2-6討論初步實驗結(jié)果。圖2示出以上描述的FDTD模擬空間的基本幾何結(jié)構(gòu)。梯度指數(shù)抗反射（AR）涂層206可以在空氣-偏振光柵界面處被施加到偏振光柵PG201以減小和/或最小化菲涅耳損耗?？梢圆捎弥芷谛赃吔?07和利用單軸完美匹配層（UPML）技術(shù)匹配的層邊界208來終止模擬空間和/或減小模擬時間。輸入/入射平面波209可以是正好放置在所述光柵結(jié)構(gòu)之前的具有垂直線偏振的高斯脈沖平面波（即寬帶源），并且輸出衍射效率可以由直接在所述光柵之后的線211處的電場來計算。近到遠的光學(xué)轉(zhuǎn)換和時間傅立葉變換可以用來分析遠場中的光譜衍射特性。正如在此所用的，高PG效率的光譜范圍△λ（以波長為單位）被限定為這樣的波長的范圍，在所述波長的范圍內(nèi)全部第一階衍射∑η±1大于大約99.5％。標(biāo)準化帶寬△λ/λcenter（以％為單位）被限定為光譜范圍與其中心波長λcenter的比率。圖3示出表明對于從0o到90o的不同扭曲角范圍的單層扭曲PG的衍射特性的模擬結(jié)果。同樣，所述數(shù)據(jù)對于右旋向性和左旋向性可以是相同的。更具體地，圖3示出第一階效率的和（∑η±1）與對于不同扭曲角（θtwist）0o、30o、60o、70o、和90o的標(biāo)準化延遲（△nd/λ）的關(guān)系曲線，分別由波形301、302、303、304、和305表示。如圖3中所示，最大高效帶寬出現(xiàn)在常規(guī)PG的情況下（即由波形301示出，其中θtwist＝0o）,并且導(dǎo)致△λ/λcenter＝6.8％。因此，由于除了很小的扭曲角以外可以不滿足絕熱跟隨（adiabatic-following）條件（也稱為波導(dǎo)），隨著扭曲角的增加可能導(dǎo)致效率退化。然而，在輸出中僅存在0和±1階并且所述第一階偏振變得愈加橢圓（與圓相對比）。然而，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例通過堆疊具有相反扭曲方向的兩個扭曲PG可以提供高的衍射效率（即高達大約100％）。兩個PG層的光學(xué)特性可以基本類似或相同（除了扭曲的方向以外）。同樣，第二層可以補償?shù)谝慌でY(jié)構(gòu)的偏振效應(yīng)。因此消色差效應(yīng)可以在質(zhì)量上被描述為局部延遲補償。圖4A示出表明在大約0o到大約90o的范圍內(nèi)改變扭曲角的情況下根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的具有相反扭曲方向的兩層扭曲結(jié)構(gòu)的衍射特性的模擬結(jié)果。更具體地，圖4A示出作為不同θtwist值0o、30o、60o、70o、和90o的標(biāo)準化延遲（△nd/λ）的函數(shù)的第一階效率（∑η±1），分別由波形401、402、403、404、和405表示。當(dāng)θtwist＝70o時可以實現(xiàn)最大帶寬△λ/λmax＝34.3％，如圖4B中進一步示出的。更具體地，圖4B的灰度級示出模擬的衍射效率，并且?guī)挕鳓?λcenter在所示區(qū)域上處在最大值。因此，與常規(guī)PG相比，可以在最大衍射帶寬中增加大約五倍。由于衍射帶寬可能對扭曲角敏感，所以小心控制θtwist對提供改善的帶寬性能可能是重要的。在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以利用偏振全息照相術(shù)和光對準技術(shù)的組合被形成為可聚合液晶膜。基本無缺陷的RMPG可以基于材料和處理優(yōu)化被制造成具有相對高的效率和/或低散射。如圖5A-5E中所示，可聚合液晶PG501和502的制造可以進行如下。如圖5A中所示，光對準材料的相對薄的層515被涂在襯底505上。在一些實施例中，襯底505可以是透射或透明襯底，例如玻璃襯底。然而，在其它實施例中，襯底505可以是反射襯底。利用來自激光的具有正交圓偏振的相干光束509以相對較小的角度曝光或圖案化襯底505以提供具有基本恒定的強度的偏振干涉圖案516，如圖5B所示。在圖5C中，具有第一扭曲方向的第一RM層501形成在光對準層515上并且根據(jù)表面圖案516被對準。例如，第一RM混合物可以利用第一手性摻雜劑摻雜并且被旋鑄（spin-cast）到所述光對準層上以提供所述第一RM層501。例如利用全面紫外線（UV）曝光519光聚合所述第一RM層501以永久固定大結(jié)構(gòu)的光學(xué)各向異性，如圖5D中所示。在圖5E中，具有相反扭曲方向的第二RM層502形成在所述第一RM層501上。例如，第二RM混合物可以利用第二手性摻雜劑摻雜、被旋鑄到所述第一RM層501上、并且被光聚合以提供所述第二RM層502。所述第二RM層502根據(jù)所述第一RM層501在其間的界面處的對準被對準。仍然參考圖5A-5E，在一些實施例中，線性可光聚合聚合物（LPP），例如ROP-103（Rolic），可以被用作光對準材料515。具有正交圓偏振光束的HeCd激光器（325nm）可以被用來在所述光對準層515上進行曝光或形成具有Λ＝8.5μm的周期的表面對準圖案。在光對準曝光后，可以通過旋涂在襯底505上的光對準層515上沉積所述第一和第二RM膜501和502。所述第一RM層501可以是由RMS03-001（Merck，在589nm處△n~0.159）與少量（0.25％）的手性摻雜劑CB15（Merck，右旋向性）構(gòu)成的混合物，并且可以被如此選擇使得所述第一RM層501的厚度d1達到半波厚度（d＝λ/2△n）并且θtwist＝70o。所述第二RM層502可以直接沉積在所述第一RM層501的頂部上，并且可以由利用少量（0.34％）不同手性摻雜劑ZLI-811（Merck，左旋向性）摻雜的RMS03-001在相同的厚度和相反扭曲條件下構(gòu)成。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的偏振光柵的最終光柵厚度可以是2d，因為所述兩層501和502可以被堆疊，每一個具有大約半波厚度的厚度d。圖6A提供利用分光光度計測量的示出常規(guī)PG（由波形610示出）和根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG（由波形620示出）的零階效率光譜的實驗結(jié)果。也可以提供潔凈載玻片的測量透射率（即大約100％，由波形630示出），并且該測量透射率是在與所述PG基本類似的條件下測量的。由常規(guī)PG（610'）和根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG（620'）的零階計算的估計的衍射效率（∑η±1≈1-η0）的光譜在圖6B中被畫出。正如由圖3和4A-4B的FDTD模擬結(jié)果預(yù)期的，衍射帶寬中的顯著的改善在圖6A和6B中示出。對于常規(guī)PG和根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG也利用紅光（633nm）、綠光（532nm）、和藍光（473nm）激光器測量在三個波長處的效率以確認圖6B中所示的估計效率。正如在此所使用的，衍射效率被定義為ηm＝Im/IREF，其中Im是第m透射衍射階的測量的強度，并且其中IREF是玻璃襯底的參考透射強度。通過比較所述衍射譜與所述潔凈載玻片在400nm以上所述非相干散射被粗略測量為大約2％或以下。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的包括具有相反扭曲方向的至少兩個層的消色差PG可以提供衍射特性，例如三個衍射階（0，±1）、第一階的正交圓偏振、和/或高度偏振敏感的第一階（其可以與Stokes（斯托克斯）參數(shù)線性地成比例）。另外，入射圓偏振光可以將高達大約100％的效率引入到所述第一階之一中，并且線性入射偏振或非偏振輸入可以將高達大約50％的效率到所述第一階的每一個中。與其它LC光柵（即聚合物-壁LC光柵和/或HPDLC光柵）相比，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以提供可比得上的或更高的實驗衍射效率、和/或較低的非相干散射。同樣，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以使厚（布拉格）光柵的高效率在可見光的幾乎整個范圍內(nèi)出現(xiàn)。當(dāng)被用作顯示器中的光學(xué)元件時，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以與其它光學(xué)元件集成，這可以產(chǎn)生更緊湊和高效的顯示器。這些衍射光學(xué)元件也可以用于光束分離、偏振測定等等。另外，類似的消色差PG設(shè)計可以被實施成為調(diào)制器應(yīng)用提供可轉(zhuǎn)換的LC光柵。更具體地，可以利用非反應(yīng)型向列液晶材料實現(xiàn)所述兩個扭曲PG層中的一個，并且整個結(jié)構(gòu)可以放置在襯底與電極之間以提供可轉(zhuǎn)換的LC光柵。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的包括具有相反扭曲方向的至少兩個層的消色差PG由此可以在寬的光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)相對較高的效率，并且同樣可以在顯示技術(shù)中提供寬范圍的潛在應(yīng)用以基于它的獨特衍射行為提供更有效的光控制。更具體地，這樣的薄膜消色差PG在透射光（對于寬的光譜帶寬）的方向、強度、和/或偏振狀態(tài)方面可以充分提供比常規(guī)衍射光柵多得多的功能控制，并且可以在許多遙感應(yīng)用中提供潛在好處。另外，可以利用已知的薄膜技術(shù)和/或已知的液晶材料制造根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG以創(chuàng)建在與偏振無關(guān)的微顯示器例如便攜式投影顯示器、消費電視機、實時全息照相等等中使用的改善的空間光調(diào)制器元件。此外，在一些情況下，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以在預(yù)期中心波長的高達大約45％的波長范圍內(nèi)提高高對比度調(diào)制，與常規(guī)單偏振光柵相比，這可以產(chǎn)生高達900％的改善。因此，在顯示器應(yīng)用中，圖像質(zhì)量可以被大大改善。此外，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的消色差PG可以被用來提供圖像偏振干涉計。由于所述PG可以產(chǎn)生三個衍射階并且第一階中的每一個可以具有偏振靈敏度，因此所述PG和波片的組合可以允許正交偏振信息分成兩個衍射階。因此，通過組合所述PG的該偏振選擇性和色散可以提供小型分光偏振計。例如，代替測量每個衍射階的強度，相同的偏振信息（即Stokes參數(shù)）可以從穿過兩個基本相同的PG的兩個衍射束的干涉圖提取。更具體地，所述第一PG可以將包含光譜圖像的光束分成兩個第一階，并且所述第二PG可以平行地改變光束方向。在行進彼此成直角的λ/2-波片后，每個衍射光束的偏振狀態(tài)可以被轉(zhuǎn)換到相同的線性偏振。通過將兩個衍射光束聚焦到探測器所在的相同圖像平面上可以獲得干涉圖案。本發(fā)明的另外的實施例提供可轉(zhuǎn)換的液晶偏振光柵（LCPG），可以利用無源矩陣尋址方案在像素級控制所述可轉(zhuǎn)換的液晶偏振光柵（LCPG）。無源矩陣尋址可以采用行與列電壓平均方法來減小和/或消除在每個單獨像素內(nèi)對薄膜晶體管（TFT）的需求，所述薄膜晶體管用在較高成本的有源矩陣尋址中。因此，可以在需要低功率和低成本的LCD（例如蜂窩式電話和PDA）中使用無源矩陣尋址。然而，在LCPG中實施無源矩陣尋址可能需要相對陡的電光響應(yīng)曲線。相比之下，常規(guī)LCPG技術(shù)可能具有相對較差的電光響應(yīng)曲線，并且同樣地，可能不適合供無源矩陣尋址使用。因此，本發(fā)明的一些實施例提供具有陡得多（在斜率上）的電光響應(yīng)曲線的可轉(zhuǎn)換的LCPG，這可以改善能夠從大約1行到大約100行以上被無源尋址的行的數(shù)目。這可以比得上基于超扭曲向列（STN）配置的常規(guī)蜂窩式電話LCD。圖7A-7D是示出制造根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例如此制造的LCPG和裝置的方法的截面圖。現(xiàn)在參考圖7A，相對薄的對準層715a和715b分別形成在第一和第二襯底705和710上。所述第一和/或第二襯底705和/或710可以由透射或透明材料例如玻璃形成。每個襯底也可以包括透明導(dǎo)電電極（未示出）。在圖7B中，在每個襯底上的對準層715a和715b被圖案化以便在每個襯底上提供周期性對準條件。例如，所述對準層可以是在其中包含可光聚合的聚合物的光對準層，并且可以利用正交圓偏振激光束709a和709b被利用全息照相術(shù)（holographically）圖案化。所述第一和/或第二襯底705a和/或710b如圖7C中所示那樣被裝配使得相應(yīng)的對準層715a和715b的周期性對準條件偏移了相對相角Φt。因此，如圖7D中所示，具有預(yù)定扭曲方向的液晶層725形成在所述第一和第二襯底之間的單元間隙721中。所述液晶層可以是利用手性分子摻雜的單層向列LC以在所述單元間隙721的厚度d上提供特定扭曲Φc。換句話說，所述扭曲角Φc可以在所述液晶層的厚度d上在局部各向異性圖案中提供連續(xù)可變的相移。所述液晶層725的分子也可以基于光對準層中的對準條件被對準。因此，當(dāng)扭曲角Φc與襯底偏移角Φt不同時，可能在所述液晶層中產(chǎn)生彈性能應(yīng)變，這會導(dǎo)致更加非線性的轉(zhuǎn)換行為。就STN顯示器而言，這可以通過計算作為施加電壓的函數(shù)的中間層傾角來被量化，如在圖8A-8E的實例模擬結(jié)果中進一步示出的。圖8A-8E示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LCPG的電光響應(yīng)。如圖8A-8E中所示，由于所述扭曲角Φc相對于襯底偏移角Φt被改變，因此可以獲得相對陡的電光響應(yīng)。更具體地，正如在圖8A中所示的，基線曲線（Φt＝0o，Φc＝0o到89o）可能不適于供無源尋址使用，因為它可能僅能夠使大約1行具有相對好的對比度。如圖8B中進一步示出的，在所述設(shè)計（Φt＝300o，Φc＝240o到345o）的情況下，所述曲線更陡得多。因此，可以無源尋址100行以上。圖8C和8D類似地分別示出當(dāng)Φt＝240o和270o時Φc的變化值的電光響應(yīng)。關(guān)于以上估計的另外的細節(jié)可以在thesummaryofSTNdisplayaddressinginSchefferandNehring,AnnualReviewofMaterialScience27,555-583(1997)中以及在AltandPleshko,IEEETrans.Elec.Dev.ED-21,146-155(1974)中找到，在此并入其公開作為參考。圖8E示出沿公共組的軸的圖8A、8B、和8C的電光響應(yīng)曲線以進行比較。特別地，曲線805a示出Φt＝0o和Φc＝0o的情形的電光響應(yīng)。同樣地，曲線805b示出Φt＝300o和Φc＝240o的情形的電光響應(yīng)，而曲線805c示出Φt＝240o和Φc＝180o的情形。因此，圖8E說明，可以根據(jù)扭曲角Φc和襯底偏移角Φt的變化使響應(yīng)曲線更陡得多。特別地，所述響應(yīng)曲線805b為改善的轉(zhuǎn)換行為提供相對陡的斜率，其中相對相角Φt大于或等于大約300o，并且其中扭曲角Φc在大約240o和大約300o之間。一般地說，在一些實施例中，所述相對相角Φt可以是大約70o到大約360o，并且扭曲角Φc可以是大約70o到大約360o。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LCPG可以利用手性應(yīng)變和扭曲結(jié)構(gòu)來提供更加非線性的電光響應(yīng)曲線。因此，利用無源矩陣尋址方案，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LCPG可以更容易地從關(guān)斷狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)，并且因此可以更加可控。前述說明了本發(fā)明并且不被解釋為其限制。盡管本發(fā)明的一些示范性實施例已經(jīng)被描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，在不本質(zhì)上脫離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，在所述示范性實施例中許多修改是可能的。例如，將被理解的是，可以分別利用在一個或兩個襯底組件中的不可轉(zhuǎn)換和/或可轉(zhuǎn)換的LC材料制造以上參考圖1A-1D和圖7A-7D描述的結(jié)構(gòu)。此外，在此描述的襯底可以在其表面上包括一個或多個電極，所述一個或多個電極例如由涂在襯底上的透明氧化銦錫（ITO）提供。因此，所有這樣的修改旨在被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，將被理解的是，前述說明了本發(fā)明并且不被解釋為局限于公開的特定實施例，并且對所述公開的實施例以及其它實施例的修改旨在被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。