体全息光栅及其制备方法、光波导结构、近眼显示装置制造方法及图纸

本申请提出了一种体全息光栅及其制备方法、光波导结构、近眼显示装置，以利于改善色偏和彩虹效应。体全息光栅包括感光基层以及阵列排布于所述感光基层上的多个光栅单元，所述光栅单元包括第一子光栅、第二子光栅以及第三子光栅。所述第一子光栅由第一相干光和第二相干光干涉形成，所述第一相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于53

【技术实现步骤摘要】
体全息光栅及其制备方法、光波导结构、近眼显示装置


[0001]本专利技术涉及显示
，特别是涉及一种体全息光栅及其制备方法、光波导结构、近眼显示装置。

技术介绍

[0002]虚拟现实(virtual reality，VR)以及扩增实境(augmented reality，AR)的相关光学技术，近年来不只备受全球关注，更是以相当快的速度发展；此外，在现实生活中亦展现多元的应用潜力，举凡娱乐、医学、家居乃至于军事等领域皆能看到藉由虚拟现实以及扩增实境技术所达成的产品或服务。
[0003]虚拟现实以及扩增实境的应用实例包括各类型的显示装置，例如：近眼显示装置(Near
‑
Eye Display，简称：NED)或是头戴式显示装置(Head
‑
Mounted Display，简称：HMD)。所谓近眼显示装置外形类似眼镜，亦可称为眼镜式显示器、影像眼镜或是头戴式显示装置，其主要可由一承载部以及安装于该承载部内的微型显示器及光学系统所构成。在近眼显示装置的光学系统中，想要让微型显示器输出的光在传输的过程中无损失无泄漏地传送到眼睛中接收，就需要让光在光学系统中的波导内以全反射的方式前进到眼睛中。
[0004]相关技术中，一种基于全像干涉技术制造的体积全像光栅波导显示方案，由于全息光栅的周期固定，而不同颜色光的波长不相同。波长越长，衍射角度越大，从而使得不同颜色光在全息光栅的衍射角不同。这样，不同颜色光在光波导内每完成一次全反射所经历的路程长度也会不同，因此反射的次数也不相同，最终在出瞳位置形成的光线分布和光效率不均，进而导致色散(color breakup，亦称为彩虹效应(rainbow effect)。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种体全息光栅及其制备方法、光波导结构、近眼显示装置，以利于改善色偏和彩虹效应。
[0006]本申请第一方面的实施例提出一种体全息光栅，包括感光基层以及阵列排布于所述感光基层上的多个光栅单元，所述光栅单元包括第一子光栅、第二子光栅以及第三子光栅，所述第一子光栅用于衍射红光，所述第二子光栅用于衍射绿光，所述第三子光栅用于衍射蓝光。其中，所述第一子光栅由第一相干光和第二相干光干涉形成，所述第一相干光和所述第二相干光的波长与所述红光的波长相同，所述第一相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于53
°
小于等于60
°
，所述第二相干光与所述感光基层的法线垂直；所述第二子光栅由第三相干光和第四相干光干涉形成，所述第三相干光和所述第四相干光的波长与所述绿光的波长相同，所述第三相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于48
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小于等于70
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，所述第四相干光与所述感光基层的法线垂直；所述第三子光栅由第五相干光和第六相干光干涉形成，所述第五相干光和所述第六相干光的波长与所述蓝光的波长相同，所述第五相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于45
°
小于等于80
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，所述第六相干光与所述感光基层的法线垂直。
[0007]在一些实施例中，所述第一子光栅和/或所述第二子光栅和/或所述第三子光栅在所述感光基层上的正投影为正方形，所述正方形的边长大于等于1μm，小于等于100μm。
[0008]在一些实施例中，所述感光基层的材料包括全息聚合物分散液晶、卤化银、重铬酸明胶、感光高分子中的至少一种。
[0009]本申请第二方面的实施例提出第一方面所述的体全息光栅的制备方法，包括：
[0010]提供感光基层；
[0011]采用第一相干光和第二相干光对所述感光基层干涉曝光，以形成第一子光栅，其中，所述第一相干光和所述第二相干光的波长与所述红光的波长相同，所述第一相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于53
°
小于等于60
°
，所述第二相干光与所述感光基层的法线垂直；
[0012]采用第三相干光和第四相干光对所述感光基层干涉曝光，以形成第二子光栅；其中，所述第三相干光和所述第四相干光的波长与所述绿光的波长相同，所述第三相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于48
°
小于等于70
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，所述第四相干光与所述感光基层的法线垂直；
[0013]采用第五相干光和第六相干光对感光基层干涉曝光，以形成第三子光栅，所述第一子光栅、所述第二子光栅以及所述第三子光栅构成一个光栅单元，所述光栅单元在所述感光基层上阵列排布，其中，所述第五相干光和所述第六相干光的波长与所述蓝光的波长相同，所述第五相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于45
°
小于等于80
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，所述第六相干光与所述感光基层的法线垂直。
[0014]本申请第三方面的实施例提出一种光波导结构，包括光波导以及间隔设于所述光波导同一侧面的第一体全息光栅和第二体全息光栅，所述第一体全息光栅和所述第二体全息光栅为第一方面所述的体全息光栅；所述第一体全息光栅配置为通过所述第一体全息光栅的所述第一子光栅、所述第二子光栅以及所述第三子光栅将对应颜色的光耦入至所述光波导中，所述第二体全息光栅配置为通过所述第二体全息光栅的所述第一子光栅、所述第二子光栅以及所述第三子光栅将对应颜色的光耦出所述光波导，所述光波导用于使耦入至其中的光产生全内反射，其中，所述红光、所述绿光以及所述蓝光在所述光波导内的全内反射次数相同。
[0015]在一些实施例中，所述光波导的厚度大于等于0.5mm，小于等于10mm。
[0016]在一些实施例中，所述光波导的长度大于等于50mm，小于等于80mm。
[0017]在一些实施例中，所述光波导包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；其中，所述第一体全息光栅和所述第二体全息光栅为反射式体全息光栅，所述第一体全息光栅和所述第二体全息光栅位于所述第一表面，外部光通过所述第二表面入射至所述第一体全息光栅；
[0018]在一些实施例中，所述第一体全息光栅和所述第二体全息光栅为透射式体全息光栅，所述第一体全息光栅和所述第二体全息光栅位于所述第一表面，外部光通过所述第一体全息光栅入射至所述光波导中。
[0019]在一些实施例中，所述第一相干光与所述感光基层的法线的夹角、所述第三相干光与所述感光基层的法线的夹角以及所述第五相干光与所述感光基层的法线的夹角均相同，所述第一体全息光栅和第二体全息光栅呈对称设置。
[0020]在一些实施例中，所述光波导包括沿其长度方向依次延伸的第一部段、第二部段和第三部段，所述第一体全息光栅设置于所述第一部段上，所述第二体全息光栅设置于所述第三部段上，所述第二部段包括层叠设置的第一光纤、第二光纤以及第三光纤；
[0021]所述第一光纤配置为供所述第一体全息光栅耦入的红光进行全内反射，所述第二光纤配置为供所述第一体全息光栅耦入的绿光进行全内反射，所述第三光纤配置为供所述第一体全息光栅耦入的蓝光进行全内反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体全息光栅，其特征在于，包括感光基层以及阵列排布于所述感光基层上的多个光栅单元，所述光栅单元包括第一子光栅、第二子光栅以及第三子光栅，所述第一子光栅用于衍射红光，所述第二子光栅用于衍射绿光，所述第三子光栅用于衍射蓝光；其中，所述第一子光栅由第一相干光和第二相干光干涉形成，所述第一相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于53
°
小于等于60
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，所述第二相干光与所述感光基层的法线垂直；所述第二子光栅由第三相干光和第四相干光干涉形成，所述第三相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于48
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小于等于70
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，所述第四相干光与所述感光基层的法线垂直；所述第三子光栅由第五相干光和第六相干光干涉形成，所述第五相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于45
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小于等于80
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，所述第六相干光与所述感光基层的法线垂直。2.根据权利要求1所述的体全息光栅，其特征在于，所述第一子光栅和/或所述第二子光栅和/或所述第三子光栅在所述感光基层上的正投影为正方形，所述正方形的边长大于等于1μm，小于等于100μm。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的体全息光栅的制备方法，其特征在于，包括：提供感光基层；采用第一相干光和第二相干光对所述感光基层干涉曝光，以形成第一子光栅，其中，所述第一相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于53
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小于等于60
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，所述第二相干光与所述感光基层的法线垂直；采用第三相干光和第四相干光对所述感光基层干涉曝光，以形成第二子光栅；其中，所述第三相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于48
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小于等于70
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，所述第四相干光与所述感光基层的法线垂直；采用第五相干光和第六相干光对所述感光基层干涉曝光，以形成第三子光栅，所述第一子光栅、所述第二子光栅以及所述第三子光栅构成一个光栅单元，所述光栅单元在所述感光基层上阵列排布，其中，所述第五相干光与所述感光基层的法线的夹角大于等于45
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小于等于80
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，所述第六相干光与所述感光基层的法线垂直。4.一种光波导结构，其特征在于，包括光波导以及间隔设于所述光波导同一侧面的第一体全息光栅和第二体全息光栅，所述第一体全息光栅和所述第二体全息光栅为权利要求1
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2中任一项所述的体全息光栅；所述第一体全息光栅配置为通过所述第一体全息光栅的所述第一子光栅、所述第二子光栅以及所述第三子光栅将对应颜色的光耦入至所述光波导中，所述第二体全息光栅配置为通过所述第二体全息光栅的所述第一子光栅、所述第二子光栅以及所述第三子光栅将对应颜色的光耦出所述光波导，所述光波导用于使耦入至其中的光产生全内反射，其中，所述红光、所述绿光以及所述蓝光在所述光波导内的全内反射次数相同。5.根据权利要求4所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导的厚度大于等于0.5mm，小于等于10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄皓坚，
申请(专利权)人：业成科技成都有限公司业成光电无锡有限公司英特盛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：