衍射光波导及显示设备制造技术

本申请提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导及显示设备，其包括：波导基板；耦出光栅，设置在波导基板之上或之中，用于使输入光衍射耦合出波导基板，其中，耦出光栅包括多条具有宽度的光栅线，多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布，每个光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构，每个周期性结构包括在第一方向上间隔设置的第一边和第二边，第一边和第二边沿第一方向的距离为第一预设周期，第一边的宽度和第二边的宽度相等，第一边的中心和第二边的中心沿第二方向的距离为0.5倍的第二预设周期，每个周期性结构的第一侧边和第二侧边中至少一者为非直线侧边。一者为非直线侧边。一者为非直线侧边。

【技术实现步骤摘要】
衍射光波导及显示设备


[0001]本申请总地涉及衍射光学
，更具体地涉及一种衍射光波导及显示设备。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺的高度发展，人与计算机之间的交互方式正在飞速发展，其中增强现实(Augmented Reality，AR)显示可以提供给人类以更多维度的信息，得到人们的广泛关注。AR眼镜是增强现实显示领域的重要媒介之一。衍射光波导具有可量产性强、轻薄等优势，在AR显示领域逐渐得到认可，有望成为未来AR领域主流技术发展方向，而耦出光栅则是衍射光波导的必要组成部分之一，在衍射光波导的耦出光栅中经常需要用到一维光栅作为其光栅结构的一部分。传统的应用于衍射光波导的耦出光栅中的一维光栅采用的多数是直线型结构，如图1所示。
[0003]然而，直线型结构的耦出光栅存在以下问题：出光的均匀性较差，且光栅的耦出效率随入射角的增大有较快的衰减速度，从而导致人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较明显的明暗变化，导致显示效果不佳，显著影响用户的使用体验。
[0004]因此，有必要对衍射光波导进行改进，以解决至少一个技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题中的至少一个而提出了本申请。具体地，本申请第一方面提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导，包括：
[0006]波导基板；
[0007]耦出光栅，设置在所述波导基板之上或之中，用于使输入光衍射耦合出所述波导基板，其中，
[0008]所述耦出光栅包括多条具有宽度的光栅线，所述多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布，每个所述光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构，
[0009]其中，每个所述周期性结构包括在所述第一方向上间隔设置的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边沿所述第一方向的距离为所述第一预设周期，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度相等，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度均小于所述第二预设周期，所述第一边的中心和所述第二边的中心沿所述第二方向的距离为0.5倍的所述第二预设周期，
[0010]每个所述周期性结构还包括连接所述第一边和第二边的第一侧边、以及连接所述第一边和所述第二边的第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相对，所述第一侧边和所述第二侧边中至少一者为非直线侧边。
[0011]示例性地，所述第二方向为所述第一方向的正交方向或非正交方向。
[0012]示例性地，所述非直线侧边的形状为以下形状中的一种：折线形、弧线形、或直线与弧线组合形。
[0013]示例性地，所述第一侧边和所述第二侧边均为非直线侧边，其中，
[0014]所述第一侧边和所述第二侧边均为折线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为弧线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为直线与弧线组合形。
[0015]示例性地，以所述第一边的中点和所述第二边的中点的连线为中心线，所述第一侧边沿所述第二方向到所述中心线的距离与所述第二侧边沿所述第二方向到所述中心线的距离均相等。
[0016]示例性地，以所述第一边的中点和所述第二边的中点的连线为中心线，以所述中心线上沿所述第一方向距所述第一边和所述第二边距离相等的点为对称中点，所述周期性结构为绕所述对称中点对称的中心对称形状。
[0017]示例性地，每个所述光栅线的宽度由其所包括的所述周期性结构的所述第一侧边和所述第二侧边之间的沿所述第二方向的距离界定，所述光栅线的宽度为定值。
[0018]示例性地，所述多个光栅线构造为使得入射方向不同的输入光经所述耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的均匀性满足预设条件。
[0019]示例性地，所述预设条件包括所述均匀性的数值低于10％。
[0020]示例性地，还包括：
[0021]耦入光栅，设置在所述波导基板之上或之中，配置为将所述输入光耦合到所述波导基板中以使之通过全反射被耦合到所述耦出光栅。
[0022]本申请另一方面还提供一种显示设备，包括前述的衍射光波导。
[0023]示例性地，所述显示设备为近眼显示设备，包括：
[0024]镜片和用于将所述镜片保持为靠近眼镜的框架，所述镜片包括所述衍射光波导。
[0025]示例性地，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
[0026]本申请的用于光学扩瞳的衍射光波导其耦出光栅的第一边的中心和第二边的中心沿第二方向的距离为0.5倍的第二预设周期，以及耦出光栅的第一侧边和第二侧边中至少一者为非直线侧边，从而可以使得入射方向不同的输入光经耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的更加均匀，同时减缓耦出效率随入射角的衰减速度，进而使得人眼在佩戴光波导显示设备后，对不同入射方向光的亮度变化的感受更加缓和，同时也避免人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较大的明暗变化，改善包括该衍射光波导的显示设备的显示效果，进而提升用户的使用体验。
[0027]本申请的显示设备由于包括前述的衍射光波导，因此，具有和衍射光波导基本相同的优点。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1示出了传统的直线型光波导的示意图；
[0030]图2A示出了本申请一个实施例中的衍射光波导的示意图；
[0031]图2B示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的示意图；
[0032]图3A示出了本申请一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0033]图3B示出了本申请一个实施例中的具有图3A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
[0034]图3C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0035]图4A示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0036]图4B示出了本申请一个实施例中的具有图4A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
[0037]图4C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0038]图5A示出了本申请再一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0039]图5B示出了本申请一个实施例中的具有图5A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
[0040]图5C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0041]图6A示出了本申请又一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
[0042]图6B示出了本申请一个实施例中的具有图6A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
[0043]图6C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光学扩瞳的衍射光波导，其特征在于，包括：波导基板；耦出光栅，设置在所述波导基板之上或之中，用于使输入光衍射耦合出所述波导基板，其中，所述耦出光栅包括多条具有宽度的光栅线，所述多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布，每个所述光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构，其中，每个所述周期性结构包括在所述第一方向上间隔设置的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边沿所述第一方向的距离为所述第一预设周期，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度相等，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度均小于所述第二预设周期，所述第一边的中心和所述第二边的中心沿所述第二方向的距离为0.5倍的所述第二预设周期，每个所述周期性结构还包括分别连接所述第一边和第二边的第一侧边、以及连接所述第一边和所述第二边的第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相对，所述第一侧边和所述第二侧边中至少一者为非直线侧边。2.如权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二方向为所述第一方向的正交方向或非正交方向。3.如权利要求1或2所述的衍射光波导，其特征在于，所述非直线侧边的形状为以下形状中的一种：折线形、弧线形、或直线与弧线组合形。4.如权利要求1或2所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一侧边和所述第二侧边均为非直线侧边，其中，所述第一侧边和所述第二侧边均为折线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为弧线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为直线与弧线组合形。5.如权利要求4所述的衍射光波导，其特征在于，以所述第一边...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦晨浩，田克汉，
申请(专利权)人：北京驭光科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：