一种二维扩瞳的全息光波导结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及投影设备技术领域，具体涉及到一种二维扩瞳的全息光波导结构及其制作方法。全息光波导结构包括液晶空盒、耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，所述液晶空盒内设置有容纳腔，所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅设置在所述容纳腔中。本发明专利技术的光波导结构通过液晶空盒对耦入光栅、转折光栅和耦出光栅形成保护，光波导结构整体厚度较小，无需另外胶合波导片，可有效减小整个光波导结构的重量、体积和厚度，有利于实现轻量化、小型化和轻薄化；本发明专利技术的制作方法通过在液晶空盒的容纳腔中注入液晶材料，实现耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的制作，以省去了另外贴合光栅的这个过程，简化制作工艺，不需要额外增加盖板来保护光栅，节省了部件。节省了部件。节省了部件。

【技术实现步骤摘要】
一种二维扩瞳的全息光波导结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及投影设备
，具体涉及到一种二维扩瞳的全息光波导结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]光栅光波导显示技术是增强现实领域的主流发展方向，其原理是通过光栅的衍射将光线耦入镜片，光线在光波导镜片内以全反射的方式传播，遇到耦出光栅后衍射出光波导镜片并进入人眼。
[0003]现有设计中，光波导结构通过在全息干板上制作好光栅结构，再将制作好的光栅结构贴到波导片上，工艺相对复杂，结构整体较大，且制作过程光栅结构容易被污染；波导片贴合需要通过胶水或者折射率匹配液等，在两层波导之间使用胶水或折射率匹配液等方式来进行胶合时，胶合过程中胶水或匹配液的均匀性、气泡、灰尘等问题会导致光栅局部缺陷。因此，有必要对光波导的结构和制作工艺进行优化改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种二维扩瞳的全息光波导结构及其制作方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种二维扩瞳的全息光波导结构，用于扩展光束，包括液晶空盒、耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，所述液晶空盒内设置有容纳腔，所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅设置在所述容纳腔中，所述光束沿z轴方向经过所述液晶空盒的下侧面入射至所述耦入光栅上发生衍射，并以在所述液晶空盒的下侧面和上侧面之间发生全反射的方式沿x轴方向继续传播，并通过所述转折光栅完成x轴方向的光束扩展，同时当所述光束到达所述转折光栅的若干位置时，将发生转向沿y轴方向传播至所述耦出光栅上，通过所述耦出光栅完成y轴方向的光束扩展，在所述耦出光栅上完成耦合出瞳。
[0006]进一步的，所述液晶空盒为内部设置有所述容纳腔的第一波导片。
[0007]进一步的，所述液晶空盒包括第二波导片和第三波导片，所述第二波导片和所述第三波导片层叠设置并在之间留有间隙，以形成所述容纳腔。
[0008]进一步的，所述液晶空盒的侧部设置有灌晶口，所述灌晶口用于注入液晶材料形成所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅。
[0009]进一步的，所述转折光栅设置在所述耦入光栅的正右方，所述耦出光栅设置在所述转折光栅的正前方。
[0010]进一步的，所述转折光栅和耦出光栅均划分为多个子区域，所述转折光栅的衍射效率沿光束在x轴的传播方向依次递增，所述耦出光栅的衍射效率沿光束在y轴的传播方向依次递增。
[0011]进一步的，所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的形状均为矩形。
[0012]进一步的，所述耦入光栅的形状为圆形，所述转折光栅的形状为梯形。
[0013]本专利技术还提供了一种二维扩瞳的全息光波导结构的制作方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1，准备波导片原材料，通过所述波导片原材料制造液晶空盒；
[0015]步骤2，准备液晶原材料，向所述液晶空盒内灌入所述液晶原材料，利用等光强的双光束相干曝光技术在所述液晶空盒内进行分区域曝光，形成耦入光栅、转折光栅和耦出光栅；
[0016]步骤3，通过紫外线对所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅进行光固化操作，完成全息光波导结构的制作。
[0017]进一步的，在步骤1中，准备第一波导片，在所述第一波导片的中部开设容纳腔以及与容纳腔连通的灌晶口，以形成液晶空盒。
[0018]进一步的，在步骤1中，准备第二波导片、第三波导片和间隔件，将所述间隔件设置在所述第一波导片的上表面上，将所述第三波导片层叠在所述第二波导片的上表面上，所述间隔件隔开所述第二波导片和第三波导片以形成容纳腔，点胶固定所述第二波导片、间隔件和第三波导片，在点胶时至少留有一灌晶口。
[0019]进一步的，在步骤2中，所述液晶原材料为包括UV单体/齐聚物、光引发剂组合物、液晶的混合溶液，在曝光过程中，所述UV单体/齐聚物向相干亮区扩散并发生聚合反应生成聚合物，液晶向暗区扩散，形成聚合物与液晶呈周期性排列的全息聚合物分散液晶光栅。
[0020]进一步的，在曝光过程中，采用波长为532nm的曝光激光，单束光的光强为0.1
‑
5mW，曝光时长为5
‑
60s，通过调节曝光时长控制所述转折光栅和耦出光栅的衍射效率。
[0021]进一步的，在步骤3中，所述光固化操作采用波长为395nm的紫外光对所述耦入光栅、转折光栅和耦出光栅进行漂白，漂白光强为100mW/cm2，漂白时间300s。
[0022]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术至少包括以下有益效果：
[0023]1、本专利技术的光波导结构通过液晶空盒对耦入光栅、转折光栅和耦出光栅形成保护，光波导结构整体厚度较小，无需另外胶合波导片，可有效减小整个光波导结构的重量、体积和厚度，有利于实现轻量化、小型化和轻薄化；
[0024]2、本专利技术的光波导结构通过转折光栅完成x轴方向的光束扩展，通过耦出光栅完成y轴方向的光束扩展，最终，使光束在耦出端能够在x/y轴两个方向上得到扩展，达到二维扩瞳的效果；
[0025]3、本专利技术的制作方法通过在液晶空盒的容纳腔中注入液晶材料，实现耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的制作，以省去了另外贴合光栅的这个过程，简化制作工艺，不需要额外增加盖板来保护光栅，节省了部件，节约了成本；
[0026]4、本专利技术的制作方法制作过程简单，有效避免制作过程导致光栅局部缺陷，降低制作成本。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例一中一种二维扩瞳的全息光波导结构的立体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例一中一种二维扩瞳的全息光波导结构的光束传播的三视图；
[0029]图3为本专利技术实施例二中一种二维扩瞳的全息光波导结构的立体结构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例三中一种二维扩瞳的全息光波导结构的俯视示意图；
[0031]图5为本专利技术实施例四中一种二维扩瞳的全息光波导结构的制作方法的步骤流程图；
[0032]图6为本专利技术实施例五中一种二维扩瞳的全息光波导结构的制作方法中液晶空盒的制作结构示意图；
[0033]附图标记：1、液晶空盒；2、耦入光栅；3、转折光栅；4、耦出光栅；5、间隔件；11、容纳腔；12、第一波导片；13、第二波导片；14、第三波导片；15、灌晶口。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0036]具体实施例一：
[0037]参照图1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维扩瞳的全息光波导结构，用于扩展光束，其特征在于，包括液晶空盒(1)、耦入光栅(2)、转折光栅(3)和耦出光栅(4)，所述液晶空盒(1)内设置有容纳腔(11)，所述耦入光栅(2)、转折光栅(3)和耦出光栅(4)设置在所述容纳腔(11)中，所述光束沿z轴方向经过所述液晶空盒(1)的下侧面入射至所述耦入光栅(2)上发生衍射，并以在所述液晶空盒(1)的下侧面和上侧面之间发生全反射的方式沿x轴方向继续传播，并通过所述转折光栅(3)完成x轴方向的光束扩展，同时当所述光束到达所述转折光栅(3)的若干位置时，将发生转向沿y轴方向传播至所述耦出光栅(4)上，通过所述耦出光栅(4)完成y轴方向的光束扩展，在所述耦出光栅(4)上完成耦合出瞳。2.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述液晶空盒(1)为内部设置有所述容纳腔(11)的第一波导片(12)。3.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述液晶空盒(1)包括第二波导片(13)和第三波导片(14)，所述第二波导片(13)和所述第三波导片(14)层叠设置并在之间留有间隙，以形成所述容纳腔(11)。4.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述液晶空盒(1)的侧部设置有灌晶口(15)，所述灌晶口(15)用于注入液晶材料形成所述耦入光栅(2)、转折光栅(3)和耦出光栅(4)。5.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述转折光栅(3)设置在所述耦入光栅(2)的正右方，所述耦出光栅(4)设置在所述转折光栅(3)的正前方。6.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述转折光栅(3)和耦出光栅(4)均划分为多个子区域，所述转折光栅(3)的衍射效率沿光束在x轴的传播方向依次递增，所述耦出光栅(4)的衍射效率沿光束在y轴的传播方向依次递增。7.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述耦入光栅(2)、转折光栅(3)和耦出光栅(4)的形状均为矩形。8.根据权利要求1所述的一种二维扩瞳的全息光波导结构，其特征在于，所述耦入光栅(2)的形状为圆形，所述转折光栅(3)的形状为梯形。9.一种二维扩瞳的全息光波导结构的制作方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，孙瑛璐，
申请(专利权)人：江西联昊光电有限公司，
类型：发明
国别省市：