光波导元件及其制备方法以及全息光波导显示设备技术

本发明专利技术涉及一种光波导元件及其制备方法以及全息光波导显示设备。所述光波导元件包括至少两个载体与光致聚合物膜形成的层叠体，其中所述光致聚合物膜位于至少两个载体之间；所述光致聚合物膜具有至少一个光耦入区域和至少一个光耦出区域；所述光耦入区域与光耦出区域不相连；并且所述光耦入区域和光耦出区域的位置分别具有光栅结构。本发明专利技术的光波导元件具有较高的折射率调制度，衍射效率，灵敏度以及透光率，具有优异的光波导成像效果。

【技术实现步骤摘要】
光波导元件及其制备方法以及全息光波导显示设备
本专利技术属于光学
，具体涉及光学元件及其制备领域，特别涉及一种增强现实领域的光波导元件及其制备方法，或者使用该光波导元件的全息光波导显示设备。
技术介绍
近眼显示以及头戴显示技术近年来被广泛应用于增强现实领域。现有的光学成像方案主要有：共轴棱镜、离轴棱镜、共轴曲面以及光波导等，其中光波导为现阶段研究的重点。光波导是将光机成像后的光线耦入到玻璃基底中，通过全反射的原理将光传输到眼睛前方再耦出，该过程中波导只负责传输图像，可以理解为“平行光进，平行光出”，它是一个独立于成像系统的单独的光学器件。利用光波导技术可将增强现实眼镜做到与正常眼镜大小相当、不阻挡视线、符合人体工程学，从而改善佩戴体验。现有的光波导总体上可以分为几何光波导(阵列波导，GeometricWaveguide)和衍射光波导(DiffractiveWaveguide)两种。其中，几何光波导相当于很多个“半透半反”棱镜胶合到一起，每经过一个棱镜面就发生一次“半透半反射”，最终成像到眼球。但是几何光波导的可量产性差、成本高、不美观。衍射光波导是光线照射到耦入光栅发生衍射，光线经衍射后角度达到基底的全反射条件，在波导内全反射传播(类似于光纤)，当光线传播到耦入光栅时又将光线耦出，成像到眼球。衍射光波导又分为表面浮雕光栅光波导和体全息光栅光波导。表面浮雕光栅波导，其核心是一些亚波长的刻蚀光栅组成，通过高效率衍射实现图像的引导。表面浮雕光栅波导的微纳结构形式多变，光栅组合的自由度高；其还是双轴光瞳扩展，可实现大视角、出瞳大小和适眼距。另外，表面浮雕光栅波导的透明度高、结构轻薄。但是，制备表面浮雕光栅波导的主要的方法是纳米压印，但是纳米压印成本高，设计复杂，母板制备复杂，生产工艺也较为复杂。体全息光栅光波导是利用干涉曝光的方法，将物光波的全部信息(包括振幅和位相)以干涉条纹的形式记录下来。当记录介质较厚(厚度比记录的干涉条纹间距大得多)时，两相干光束在介质内相互作用，形成三维光栅状体全息图。干涉产生的明暗条纹在记录过程中对记录材料的相位进行调制(或者理解为折射率调制度Δn)。体全息图的吸收系数和折射率呈周期性变化，当读出光满足布拉格衍射条件时，以衍射成像的形式恢复存储信息。但是，体全息光栅光波导对材料、系统设计，制造工艺要求也较高。引用文献1公开了一种光波导及显示设备，该光波导包括光波导本体，光波导本体包括光束耦入区域和光束耦出区域，光束耦入区域设置有耦入光栅，被配置为将光束耦合进入光波导本体，并在光波导本体内以全反射的方式传播；光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至光束耦出区域的光束耦出光波导本体，并使得光束在耦入光栅处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。该光波导的结构复杂，制备成本较高，传播方式单一。引用文献2公开了一种公开了一种全息波导镜片及其制备方法和使用该镜片的三维显示装置，该镜片包括一片、两片、三片或三片以上全息波导镜片单元；全息波导镜片单元设有三个功能性区域，功能性区域内均设有纳米衍射光栅；分别为用于输入光耦合的耦入功能性区域、用于X方向图像扩散的中继功能性区域、和Y方向图像扩散及输出的出射功能性区域。该全息波导镜片的结构复杂，制备成本较高，需要复杂的后处理，光栅衍射的角度选择性小。可见，虽然现有技术中对于光波导元件中已经进行了一定程度的改进，但对于提高这些材料的整体使用性能上，仍然有进一步提升的空间。引用文献：引用文献1：CN109901298A引用文献2：CN109239842A
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对本领域上述存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种光波导元件，其相比现有技术中的光波导元件具有透光率高，衍射效率高，光波导元件衍射的角度选择性大，光波导成像效果优异等优点。进一步地，本专利技术还提供一种光波导元件的制备方法，该制备方法简单，成本低，无需复杂的后处理。用于解决问题的方案根据本专利技术专利技术人的潜心研究，发现通过以下技术方案的实施，能够解决上述技术问题：[1]、本专利技术首先提供了一种光波导元件，其包括至少两个载体与光致聚合物膜形成的层叠体，其中所述光致聚合物膜位于至少两个载体之间；所述光致聚合物膜具有至少一个光耦入区域和至少一个光耦出区域；所述光耦入区域与光耦出区域不相连；并且所述光耦入区域和光耦出区域的位置分别具有光栅结构。[2]、根据[1]所述的光波导元件，其中，所述光致聚合物膜具有5μm～50μm的厚度。[3]、根据上述[1]或[2]所述的光波导元件，其中，所述光耦入区域与所述光耦出区域之间的最短距离为10mm-10cm。[4]、根据上述[1]-[3]任一项所述的光波导元件，其中，所述载体的厚度为1.5mm以下，折射率为1.4～1.6。[5]、根据上述[1]-[4]任一项所述的光波导元件，其中，所述光致聚合物膜源自于光致聚合物组合物，其中所述光致聚合物组合物包括如下组分：聚合活性单体；染料化合物；引发剂；成膜组分；以及增塑剂；其中，所述聚合活性单体与成膜组分的折射率差(n聚合活性单体-n成膜组分)值在0.075以上。[6]、根据上述[5]所述的制备方法，其中，所述聚合活性单体选自丙烯酸酯类单体、环氧类化合物单体中的一种或多种。[7]、一种光波导元件的制备方法，其中，包括以下步骤：制备光致聚合物膜的步骤；使载体与光致聚合物膜复合成型的步骤；形成光栅结构的步骤，所述光致聚合物膜具有至少一个光耦入区域和至少一个光耦出区域，所述光耦入区域与光耦出区域不相连，在所述光耦入区域和光耦出区域分别形成有光栅结构。[8]、根据上述[7]所述的光波导元件的制备方法，其中，在所述形成光栅结构的步骤中，包括使用相干光对所述光耦入区域和所述光耦出区域进行曝光的步骤。[9]、根据上述[8]所述的光波导元件的制备方法，其中，所述相干光为波长为532nm附近的相干光。[10]、一种全息光波导显示设备，其特征在于，包括一个或多个根据上述[1]-[6]任一项所述的光波导元件或者根据上述[7]-[9]任一项所述的方法得到的光波导元件。专利技术的效果通过以上技术方案的实施，本专利技术能够获得以下技术效果：本专利技术的光波导元件不仅具有较高的折射率调制度、衍射效率、灵敏度以及透光率，还具有优异的光波导成像效果。进一步地，本专利技术的光波导元件还可以具有改善的尺寸收缩性以及衍射效率，并且光波导元件衍射的角度选择性大，具有较宽的角度选择性，受环境湿度影响较小。本专利技术的光波导元件的制作工艺简单，原材料便宜易得，无需复杂的后处理，易于大规模工业生产。附图说明图1示出了本专利技术一个具体实施方案中光波导元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光波导元件，其特征在于：包括至少两个载体与光致聚合物膜形成的层叠体，其中/n所述光致聚合物膜位于至少两个载体之间；/n所述光致聚合物膜具有至少一个光耦入区域和至少一个光耦出区域；/n所述光耦入区域与光耦出区域不相连；并且/n所述光耦入区域和光耦出区域的位置分别具有光栅结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种光波导元件，其特征在于：包括至少两个载体与光致聚合物膜形成的层叠体，其中
所述光致聚合物膜位于至少两个载体之间；
所述光致聚合物膜具有至少一个光耦入区域和至少一个光耦出区域；
所述光耦入区域与光耦出区域不相连；并且
所述光耦入区域和光耦出区域的位置分别具有光栅结构。


2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，所述光致聚合物膜具有5μm～50μm的厚度。


3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，所述光耦入区域与所述光耦出区域之间的最短距离为10mm-10cm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的光波导元件，其特征在于，所述载体的厚度为1.5mm以下，折射率为1.4～1.6。


5.根据权利要求1-4任一项所述的光波导元件，其特征在于，所述光致聚合物膜源自于光致聚合物组合物，其中所述光致聚合物组合物包括如下组分：
聚合活性单体；
染料化合物；
引发剂；
成膜组分；以及
增塑剂；
其中，所述聚合活性单体与成膜组分的折射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：雍海波，陈淑丹，魏一振，张卓鹏，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33