光波导及显示设备制造技术

本申请提供一种光波导和显示设备。光波导包括波导基板和至少一个光栅。其中波导基板使光通过全内反射在波导基板内传播。光栅设置在波导基板的第一表面和第二表面之间，相对于第一表面和第二表面倾斜，用于透射和反射入射光，或者用于透射和衍射偏转入射光。其中透射的光被耦合到波导基板中以使之通过全内反射在波导基板内传播，反射或者衍射偏转的光被耦合出波导基板。光栅构造为使得当入射角小于第一角度并大于第四角度时的反射效率大于入射角大于第一角度时的反射效率；或者入射角小于第一角度并大于第四角度时的衍射偏转效率大于入射角大于第一角度时的衍射偏转效率，其中第一角度大于第四角度。第一角度大于第四角度。第一角度大于第四角度。

【技术实现步骤摘要】
光波导及显示设备


[0001]本申请总地涉及光学
，更具体地涉及一种光波导及具有其的显示设备。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，AR（Augmented Reality）增强现实技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。也正是由于AR显示具有如上特点，目前该项技术在安防、教育、医疗、军工、工业、娱乐等行业得到了越来越的广泛应用。
[0003]AR眼镜是增强现实显示领域的重要媒介之一。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。
[0004]现有的光波导方案大致分为两类，一类是几何光波导，另一类是衍射光波导。
[0005]几何光波导的主要实现方案为几何阵列光波导，主要由一系列半透半反镜面组成，其中镜面是嵌入到玻璃基底里面并且与传输光线形成一个特定角度的表面，每一个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼。目前，镜面的主要实现方式为多层膜，每一个镜面的多层膜系都要需要进行精细设计，膜层数通常达数十片。
[0006]在衍射光波导中，目前的耦出光栅为了同时达到比较大的FOV（Field Of View，可视角度）、比较良好的非均匀性以及较高的效率，通常需要对耦出光栅设计一定的二维光栅区域，在二维光栅区域的两侧设计一定的一维光栅区域来提高效率。然而，一维区域和二维区域的耦出效率相差较大，通常为3倍以上的数量关系，甚至可以达到6倍以上。这就造成了两侧一维区域和中间二维区域的耦出强度相差较大的问题，最终会产生一个明显的亮
‑
暗
‑
亮的分界，这对于非均匀性指标来说是不友好的，对于人眼的观察来说也是不友好的。
[0007]因此，有必要对光波导及显示设备进行改进，以解决至少一个技术问题。

技术实现思路

[0008]在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0009]为至少部分地解决上述问题，根据本申请的第一方面，提供了一种光波导，包括：波导基板，所述波导基板具有相反设置第一表面和第二表面，用于全反射进入所述波导基板内部的光，并使所述光通过全内反射在所述波导基板内传播；和至少一个光栅，设置在所述波导基板中，所述光栅位于所述第一表面和所述第二表面之间，并且相对于所述第一表面和所述第二表面倾斜，用于透射和反射入射光，或者用于透射和衍射偏转入射光，其中透射的光被耦合到所述波导基板中以使之通过全内反射在所述波导基板内传播，反射或者衍射偏转的光被耦合出所述波导基板，其中，所述光栅构造为使得：当所述入射光在所述光栅的入射角不同时，所述光栅的反射效率或者衍射偏转效
率不同，所述入射角小于第一角度并大于第四角度时的所述反射效率大于所述入射角大于所述第一角度时的所述反射效率；或者所述入射角小于第一角度并大于第四角度时的所述衍射偏转效率大于所述入射角大于所述第一角度时的所述衍射偏转效率，其中所述第一角度大于所述第四角度。
[0010]根据本申请的光波导，具有设置在波导基板中的至少一个光栅，可以透射和反射入射光，或者透射和衍射偏转入射光，进而实现半反光半透光的光学功能，设计简单灵活，易于加工。其中，反射光（衍射偏转光）用于人眼观察，可通过设置较小的入射角使反射光（衍射偏转光）具有较高的亮度，从而提升用户体验。
[0011]可选地，所述光栅构造为使得：所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于第三角度时的所述反射效率为所述入射角大于所述第一角度时的所述反射效率的3倍以上；或者，所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于第三角度时的所述衍射偏转效率为所述入射角大于所述第一角度时的所述衍射偏转效率的3倍以上，其中，所述第二角度小于或等于所述第一角度并且大于所述第四角度，所述第三角度小于所述第二角度并且大于或等于所述第四角度。
[0012]根据本申请，入射角在一定范围内的反射效率显著高于入射角在该范围外时的反射效率，或者，入射角在一定范围内的衍射偏转效率显著高于入射角在该范围外时的衍射偏转效率。
[0013]可选地，所述光栅构造为使得，当所述入射角小于或等于所述第二角度并且大于或等于所述第三角度时，所述反射效率或者衍射偏转效率的波动系数s1小于或等于0.33，其中，所述波动系数s1根据以下公式计算：s1 =（R
max
‑
R
min
）/（R
max
+R
min
）其中，R
max
为所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述反射效率的最大值，R
min
为所述入射角小于或等于所述第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述反射效率的最小值；或者R
max
为所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述衍射偏转效率的最大值，R
min
为所述入射角小于或等于所述第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述衍射偏转效率的最小值。
[0014]根据本申请，入射角一定范围内（小于或等于第二角度并且大于或等于第三角度）时，光栅的反射效率或衍射偏转效率高且均匀。
[0015]可选地，所述第三角度与所述第二角度的差值大于10度。
[0016]根据本申请，光栅的反射效率或衍射偏转效率高且均匀的效果所对应的入射角变化范围大于10度，在波导基板的折射率一定时，可视角度FOV的范围较大。
[0017]可选地，所述第一角度为30至35度。
[0018]根据本申请，当入射角在30至35度以下时，反射光具有较高的亮度。
[0019]可选地，所述光波导包括多个所述光栅。
[0020]根据本申请，多个光栅可依次反射入射光，从而增加出射光的照亮面积，提升用户体验。
[0021]可选地，所述光栅的数量为N，N为大于1的整数，将所述N个光栅按照光路的走向顺序编号，序号在后的所述光栅的反射效率大于序号在前的所述光栅的反射效率，或者序号
在后的所述光栅的所述衍射偏转效率大于序号在前的所述光栅的所述衍射偏转效率。
[0022]进一步，第k个所述光栅具有反射效率R
k
和透射效率T
k
，或者第k个所述光栅具有衍射偏转效率R
k
和透射效率T
k
，k为大于或等于1并且小于或等于N的整数，每一个所述光栅具有各自的效率系数s2，其中光束到达第i个所述光栅的效率系数s2
i
根据以下公式计算：
[0023]其中，i为大于1并且小于或等于N的整数，j为整数，第一个所述光栅的效率系数s21为其反射效率或衍射偏转效率R1，所述光波导配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光波导，其特征在于，包括：波导基板，所述波导基板具有相反设置第一表面和第二表面，用于全反射进入所述波导基板内部的光，并使所述光通过全内反射在所述波导基板内传播；和至少一个光栅，设置在所述波导基板中，所述光栅位于所述第一表面和所述第二表面之间，并且相对于所述第一表面和所述第二表面倾斜，用于透射和反射入射光，或者用于透射和衍射偏转入射光，其中透射的光被耦合到所述波导基板中以使之通过全内反射在所述波导基板内传播，反射或者衍射偏转的光被耦合出所述波导基板，其中，所述光栅构造为使得：当所述入射光在所述光栅的入射角不同时，所述光栅的反射效率或者衍射偏转效率不同，所述入射角小于第一角度并大于第四角度时的所述反射效率大于所述入射角大于所述第一角度时的所述反射效率；或者所述入射角小于第一角度并大于第四角度时的所述衍射偏转效率大于所述入射角大于所述第一角度时的所述衍射偏转效率，其中所述第一角度大于所述第四角度。2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光栅构造为使得：所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于第三角度时的所述反射效率为所述入射角大于所述第一角度时的所述反射效率的3倍以上；或者，所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于第三角度时的所述衍射偏转效率为所述入射角大于所述第一角度时的所述衍射偏转效率的3倍以上，其中，所述第二角度小于或等于所述第一角度并且大于所述第四临界角度，所述第三角度小于所述第二角度并且大于或等于所述第四角度。3.根据权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述光栅构造为使得，当所述入射角小于或等于所述第二角度并且大于或等于所述第三角度时，所述反射效率或者衍射偏转效率的波动系数s1小于或等于0.33，其中，所述波动系数s1根据以下公式计算：s1 =（R
max
‑
R
min
）/（R
max
+R
min
）其中，R
max
为所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述反射效率的最大值，R
min
为所述入射角小于或等于所述第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述反射效率的最小值；或者，R
max
为所述入射角小于或等于第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述衍射偏转效率的最大值，R
min
为所述入射角小于或等于所述第二角度并且大于或等于所述第三角度时所述衍射偏转效率的最小值。4.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于，所述第三角度与所述第二角度的差值大于10度。5.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述第一角度为30至35度。6.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，包括多个所述光栅。7.根据权利要求6所述的光波导，其特征在于，所述光栅的数量为N，N为大于1的整数，将所述N个光栅按照光路的走向顺序编号，序号在后的所述光栅的反射效率大于序号在前的所述光栅的反射效率，或者序号在后
的所述光栅的所述衍射偏转效大于序号在前的所述光栅的所述衍射偏转效率。8.根据权利要求7所述的光波导，其特征在于，第k个所述光栅具有反射效率R
k
和透射效率T
k
，或者第k个所述光栅具有衍射偏转效率R
k
和透射效率T
k
，k为大于或等于1并且小于或等于N的整数，每一个所述光栅具有各自的效率系数s2，其中光束到达第i个所述光栅的效率系数s2
i
根据以下公式计算：，其中，i为大于1并且小于或等于N的整数，j为整数，第一个所述光栅的效率系数s21为其反射效率或衍射偏转效率R1，所述光波导配置为使得N个所述效率系数s2的最大值与N个所述效率系数s2的最小值的差除以N个所述效率系数s2的最大值与N个所述效率系数s2的最小值的和的商小于或等于0.33。9.根据权利要求6所述的光波导，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，隋磊，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：