空间可变液晶衍射光栅制造技术

本发明专利技术涉及空间可变液晶衍射光栅。本公开涉及显示系统，更具体地说，涉及增强现实显示系统。一种衍射光栅包括多个不同的衍射区，这些衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。衍射光栅另外包括多个不同的液晶层，所述不同的液晶层与不同的衍射区对应。不同的液晶层具有不同地定向的液晶分子，使得不同的衍射区具有与光衍射相关联的不同的光学特性。同的光学特性。同的光学特性。

【技术实现步骤摘要】
空间可变液晶衍射光栅
[0001]本申请是申请号为201780083983.1、申请日为2017年11月16日、专利技术名称为“空间可变液晶衍射光栅”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请主张2016年11月18日提交的名称为“SPATIALLY VARIABLE LIQUID CRYSTAL DIFFRACTION GRATINGS(空间可变液晶衍射光栅)”的美国临时专利申请号62/424,310的优先权益，该申请的全部内容通过引用并入本文中。


[0004]本公开涉及显示系统，更具体地说，本公开涉及增强现实显示系统。

技术介绍

[0005]现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现图像或其一部分以看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是“AR”类型的场景，并且通常涉及被整合到自然世界中且响应于自然世界的虚拟对象。例如，在MR场景中，AR图像内容可以被真实世界中的对象阻挡或者被感知为与与真实世界中的对象交互。
[0006]参考图1，示出了增强现实场景1，其中AR技术的用户看到以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台1120为特征的真实世界的公园状设置1100。除了这些物品之外，AR技术的用户还感知到他/她“看到”“虚拟内容”，例如站在真实世界平台1120上的机器人雕像1110，以及看起来是大黄蜂的化身的飞过的卡通式化身角色1130，即使这些元素1130、1110在真实世界中不存在。由于人类的视觉感知系统是复杂的，因此产生促进除其他虚拟或真实世界图像元素之外的虚拟图像元素的舒适的、感觉自然的、丰富的呈现的AR技术是具有挑战性的。
[0007]本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。

技术实现思路

[0008]因此，本文公开了多种设备、系统、结构和方法。例如，公开了一种示例衍射光栅，其包括多个不同的衍射区(diffracting zone)，所述衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。该衍射光栅另外包括与所述不同的衍射区对应的多个不同的液晶层。所述不同的液晶层具有不同地定向(align)的液晶分子，使得所述不同的衍射区具有与光衍射相关联的不同的光学特性。
[0009]公开了一种制造衍射光栅的示例方法，其包括提供基板和在所述基板上设置多个不同的衍射区，这些衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。所述方法进一步包括在所述基板上方形成包括液晶分子的多个不同的液晶层，所述不同的
液晶层与所述不同的衍射区对应，其中形成所述不同的液晶层包括使液晶分子不同地定向，从而向所述不同的衍射区提供与光衍射相关联的不同的光学特性。
[0010]公开了另一示例衍射光栅，其包括多个连续的液晶层，所述多个连续的液晶层沿着横向方向延伸并且被布置为具有周期性重复的横向尺寸、厚度和折射率，使得所述液晶层被配置为衍射光。所述液晶层的液晶分子沿着所述横向方向在不同的液晶层中不同地布置，使得所述连续的液晶层被配置为在衍射效率上有梯度地衍射光。
[0011]公开了一种示例头戴式显示设备，其被配置为将光投射到用户的眼睛以显示增强现实图像内容。所述头戴式显示设备包括框架，所述框架被配置为支撑在所述用户的头部上。所述头戴式显示设备另外包括显示器，其被设置在所述框架上，所述显示器的至少一部分包括一个或多个波导，所述一个或多个波导是透明的并且在所述用户穿戴着所述头戴式显示设备时设置在用户眼睛前方的位置，使得所述透明部分将来自用户前方环境的一部分的光透射到用户眼睛，以提供所述用户前方环境的所述一部分的视图，所述显示器进一步包括一个或多个光源和至少一个衍射光栅，所述衍射光栅被配置为将来自所述光源的光耦合到所述一个或多个波导中或者将光耦出所述一个或多个波导。所述衍射光栅包括多个不同的衍射区，所述多个不同的衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。所述衍射光栅另外包括多个不同的液晶层，所述液晶层对应于所述不同的衍射区，其中所述不同的液晶层具有不同地定向的液晶分子，使得所述不同的衍射区具有与光衍射相关联的不同的光学特性。
附图说明
[0012]图1示出了用户通过AR设备观看的增强现实(AR)视图。
[0013]图2示出了可穿戴显示系统的示例。
[0014]图3示出了用于为用户模拟三维图像的传统显示系统。
[0015]图4示出了使用多个深度平面模拟三维图像的方法的各方面。
[0016]图5A至5C示出了曲率半径与焦半径之间的关系。
[0017]图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。
[0018]图7示出了由波导输出的出射光束的示例。
[0019]图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。
[0020]图9A示出了一组堆叠波导的示例的横截面侧视图，每个堆叠波导包括耦入光学元件。
[0021]图9B示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。
[0022]图9C示出了图9A和9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。
[0023]图10A至10C示出了根据实施例的具有多个区的衍射光栅的横截面侧视图，在所述多个区中，液晶分子具有不同的预倾角。
[0024]图11A至11B是根据实施例的中间结构和衍射光栅的横截面侧视图，其中示出了制造图10A至10C所示的衍射光栅的方法。
[0025]图12A至12C是根据实施例的中间结构和衍射光栅的横截面侧视图，其中示出了制造图10A至10C所示的衍射光栅的方法。
[0026]图13A至13B示出了根据实施例的具有多个区的衍射光栅的横截面侧视图，在所述多个区中，液晶分子具有不同的预倾角。
[0027]图14A至14B是根据实施例的中间结构和衍射光栅的横截面侧视图，其中示出了制造图13A至13B所示的衍射光栅的方法。
[0028]图15A至15C示出了根据实施例的具有多个区的衍射光栅的俯视平面图，在所述多个区中，液晶分子具有不同的方位角(azimuthal angle)。
[0029]图16A示出了根据实施例的具有多个区的衍射光栅的俯视平面图，在所述多个区中，液晶分子具有不同的方位角。
[0030]图16B是示出了跨图16A所示的衍射光栅的不同区的横向方向上的方位角变化的示意图。
[0031]图17A至17D示出了根据实施例的中间结构和衍射光栅的横截面侧视图，其中示出了制造图15A至15C所示的衍射光栅的方法。
[0032]图17E示出了根据实施例的图17D所示的衍射光栅的俯视平面图。
[0033]图18A至18C示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射光栅，包括：多个不同的衍射区，其具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸；以及多个不同的液晶层，其对应于所述不同的衍射区，其中所述不同的液晶层具有不同地定向的液晶分子，使得所述不同的衍射区具有与光衍射相关联的不同的光学特性。2.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中所述光学特性包括折射率、吸收系数、衍射效率和双折射中的一者或多者。3.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中所述不同的液晶层中的每一者具有多个不同地布置的区域，其中所述不同地布置的区域具有相对于彼此不同地定向的液晶分子。4.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中所述不同的衍射区中的每一者进一步包括插在基板和对应的液晶层之间的定向层，其中所述不同的衍射区和所述基板之间的不同的定向层由相同的材料成分形成，所述不同的定向层使所述液晶分子在所述不同的衍射区中不同地定向。5.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中所述液晶分子包括沿伸长方向伸长和定向的棒状液晶分子。6.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中所述不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：