衍射光波导和显示设备制造技术

本申请提供一种衍射光波导和显示设备。衍射光波导包括波导基板、耦入光栅和耦出光栅。波导基板包括耦入区域和耦出区域。耦入光栅设置于耦入区域，其将输入光耦合到波导基板。耦出光栅设置于耦出区域，其用于使光的至少一部分耦合出波导基板。光线经耦出光栅衍射分出包括沿第一传播方向传播的第一分光的多个分光，第一传播方向和入射到耦出光栅的光线的传播方向相同。耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，镀膜区域内的耦出光栅的表面设有光学膜，耦出区域具有第一边和第二边，非镀膜区域具有第一端和第二端，第一端和第一边重叠，第二端与第二边隔开。沿第一传播方向，非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，宽度方向垂直于第一传播方向。一传播方向。一传播方向。

【技术实现步骤摘要】
衍射光波导和显示设备


[0001]本申请总地涉及微纳光学
，更具体地涉及一种衍射光波导和显示设备。

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。例如AR眼镜是增强现实显示领域的重要媒介之一。衍射光波导是一种可以将光束缚在其内部并使得光向着一定方向传输的器件，其由于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。
[0003]例如，衍射光波导可以作为AR眼镜的前端。衍射光波导将带虚拟信息的光传输到人眼在视网膜成像，并且由于光波导良好的透光性，人眼还可以捕捉到真实环境的影像，最终虚拟影像与真实环境影像融合达到增强现实的目的。
[0004]其中，耦出光栅则是衍射光波导的必要组成部分之一，光线通过耦出光栅耦出衍射光波导并被投射到人眼。但由于光在衍射光波导内传播时，经过耦出光栅光发生衍射，导致出光、分束，导致光能量快速衰减，可能使得耦出光的非均匀性和效率都较差。
[0005]因此，有必要对衍射光波导和显示设备进行改进，以解决至少一个技术问题。

技术实现思路

[0006]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衍射光波导，其包括：波导基板，所述波导基板包括耦入区域和耦出区域；耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述耦入区域，所述耦入光栅配置为将输入光耦合到所述波导基板中以使所述输入光通过全反射在所述波导基板内传播；耦出光栅，所述耦出光栅设置于所述耦出区域，所述耦出光栅用于使传播到所述耦出光栅中的光的至少一部分通过衍射耦合出所述波导基板，由所述耦入光栅发射出来的光线经所述波导基板直接入射或经转折光栅入射到所述耦出光栅，并经所述耦出光栅衍射分出多个分光，所述多个分光包括沿第一传播方向传播的第一分光，其中所述第一传播方向和入射到所述耦出光栅的光线的传播方向相同；其中，所述耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，位于所述镀膜区域内的所述耦出光栅的表面设置有光学膜，所述耦出区域具有靠近所述耦入区域的第一边和与所述第一边相反的第二边，所述非镀膜区域具有靠近所述耦入区域的第一端和与所述第一端相反的第二端，其中所述第一端和所述第一边重叠，所述第二端与所述第二边隔开，并且沿所述第一传播方向，所述非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，所述宽度方向垂直于所述第一传播方向。
[0007]根据本申请的衍射光波导，能够沿远离耦入光栅的方向逐步提高耦出光栅远端的耦出效率，尤其是还补偿了耦出光栅最远端的耦出效率，由此改善了整体的非均匀性。
[0008]可选地，所述耦出光栅被平分为沿所述第一传播方向布置的第一半区和第二半区，所述镀膜区域包括位于所述第一半区的第一镀膜区域，所述第一镀膜区域在所述第一半区中占据的面积小于所述第一半区总面积的50%。根据上述设置，能够适当调节耦出光栅近端耦出光的非均匀性。
[0009]可选地，所述镀膜区域包括位于所述第二半区的第二镀膜区域，所述第二镀膜区域在所述第二半区中占据的面积大于所述第二半区总面积的50%。根据上述设置，有利于补偿耦出光栅远端的耦出效率。
[0010]可选地，所述非镀膜区域构造为倒梯形。由此，能够进一步整体上改善耦出光栅耦出光的非均匀性。
[0011]可选地，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的二分之一。
[0012]可选地，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的三分之二。
[0013]可选地，所述耦出区域具有沿所述第一传播方向延伸且平分所述耦出区域的中线，所述非镀膜区域的位于所述第一端处的边缘到所述中线的距离大于或等于所述第一边尺寸的四分之一。
[0014]可选地，所述光学膜的厚度为5~1000nm；并且/或者所述光学膜的折射率为1.4~4.5。
[0015]可选地，所述镀膜区域分为多个镀膜分区，所述镀膜分区的形状是规则的或者不规则的。
[0016]可选地，当所述镀膜分区的形状为规则形状时，所述镀膜分区的边界与所述耦出光栅中的光线传播方向平行和/或垂直。
[0017]可选地，沿垂直于所述耦出光栅中的光线传播方向的方向，所述镀膜分区的尺寸小于或等于所述耦入光栅发射出来的光线的光斑的尺寸。根据上述设置，可以在不影响画质的前提下尽可能的多分区，更好的调控非均匀性和效率。
[0018]可选地，沿垂直于所述耦出光栅中的光线传播方向的方向，所述镀膜分区的尺寸为1~4mm。
[0019]可选地，不同所述镀膜分区的所述光学膜的厚度和/或折射率不同。
[0020]可选地，所述耦出区域还分为多个耦出分区，至少部分所述耦出分区中的所述耦出光栅不同，所述耦出分区与所述镀膜分区一一对应。根据上述设置，可以根据不同耦出分区中耦出光栅的结构的特点设计不同的镀膜分区中光学膜的特点，调控的自由度更高。
[0021]可选地，所述镀膜分区中的所述光学膜的折射率与对应的所述耦出分区中的所述耦出光栅的折射率不同。
[0022]本申请的第二方面提供一种显示设备，其包括上述第一方面所述的衍射光波导。
[0023]可选地，所述显示设备为近眼显示设备，所述近眼显示设备包括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。
[0024]根据本申请的显示设备具有衍射光波导，因此能够起到与上述第一方面的衍射光波导相类似的技术效果。
附图说明
[0025]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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1示出了根据本申请的一种实施方式的衍射光波导的示意图；图2示出了根据本申请的一种实施方式耦出光栅的示意图；图3示出了根据本申请的一种优选实施方式的衍射光波导的耦出光栅的光路示意图；图4示出了根据本申请的一种实施方式耦出光栅的示意图，其中镀膜区域进行了分区；图5a示出了根据本申请的一种实施方式耦出光栅分区的示意图；图5b示出了根据本申请的一种实施方式镀膜分区与耦出分区对应的示意图；以及图6示出了根据本申请的另一种实施方式耦出光栅的示意图；图7示出了根据本申请的一种分区镀膜的优化方法；图8示出了一种示例性的显示设备的示意图。
[0027]附图标记说明：L1：第一中线
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L2：第二中线
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D1：第一传播方向D2：第二传播方向
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D3：第三传播方向
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100：衍射光波导101：入射光
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射光波导，其特征在于，包括：波导基板，所述波导基板包括耦入区域和耦出区域；耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述耦入区域，所述耦入光栅配置为将输入光耦合到所述波导基板中以使所述输入光通过全反射在所述波导基板内传播；耦出光栅，所述耦出光栅设置于所述耦出区域，所述耦出光栅用于使传播到所述耦出光栅中的光的至少一部分通过衍射耦合出所述波导基板，由所述耦入光栅发射出来的光线经所述波导基板直接入射或经转折光栅入射到所述耦出光栅，并经所述耦出光栅衍射分出多个分光，所述多个分光包括沿第一传播方向传播的第一分光，其中所述第一传播方向和入射到所述耦出光栅的光线的传播方向相同；其中，所述耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，位于所述镀膜区域内的所述耦出光栅的表面设置有光学膜，所述耦出区域具有靠近所述耦入区域的第一边和与所述第一边相反的第二边，所述非镀膜区域具有靠近所述耦入区域的第一端和与所述第一端相反的第二端，其中所述第一端和所述第一边重叠，所述第二端与所述第二边隔开，并且沿所述第一传播方向，所述非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，所述宽度方向垂直于所述第一传播方向。2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出光栅被平分为沿所述第一传播方向布置的第一半区和第二半区，所述镀膜区域包括位于所述第一半区的第一镀膜区域，所述第一镀膜区域在所述第一半区中占据的面积小于所述第一半区总面积的50%。3.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述镀膜区域包括位于所述第二半区的第二镀膜区域，所述第二镀膜区域在所述第二半区中占据的面积大于所述第二半区总面积的50%。4.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述非镀膜区域构造为倒梯形。5.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的二分之一。6.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：范真涛，赵兴明，田克汉，
申请(专利权)人：驭光科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：