【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于衍射光波导的显示技术，特别是防漏光的衍射光波导装置以及具有该防漏光衍射光波导装置的显示设备。
技术介绍
1、随着科学技术的发展，ar(augmented reality，增强现实)显示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。衍射光波导装置已广泛应用于ar显示中。衍射光波导具有轻薄、扩瞳能力强、易量产等优点，已成为ar显示设备的核心器件。
2、然而，现有的显示用衍射光波导装置还存在一些问题，例如在装置的视界侧存在较大的漏光。图1示意性地示出了衍射光波导装置在用于显示时的状态，其中：衍射光波导装置包括基板s和形成在基板上的耦入光栅1和耦出光栅2，耦入光栅1将来自光机le的载有图像信息的输入光束耦入到波导基板s中并使之向耦出光栅2传播，耦出光栅2用于将光(参见图1中实线箭头所示)从波导基板中向耦出侧(图1中所示眼睛e所在的一侧)耦出。然而，如图1中虚线箭头所示，仍然有部分光向与耦出侧相反的视界侧ws出射，从而造成上述漏光问题。这种漏光会造成较大的能量损失，同时也会泄露隐私，而且可能对周围人造成影响。
3、因此，亟待提供一种改善防漏光性能的衍射光波导装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种衍射光波导装置以及具有该衍射光波导装置的显示设备，其有效减弱了衍射光波导装置在视界侧的漏光。
2、根据本专利技术的一个方面，提供了
3、所述耦入光栅配置为通过衍射将来自所述波导基板外部的输入光束耦合到所述波导基板中并使之通过全反射被传播到所述耦出光栅；
4、所述耦出光栅包括形成在所述波导基板的一基板表面上的二维光栅结构，所述二维光栅结构包括在平行于所述基板表面的方向上伸展的结构表面以及沿该结构表面布置成阵列的多个光学单元结构，用于通过衍射将传播到其中的光在平行于所述基板表面的平面内扩展并同时从所述波导基板中耦出，其中所述光学单元结构为柱状结构并且形成有端面和连接在所述端面和所述结构表面之间的侧壁，其中，所述端面相对于所述基板表面倾斜。
5、有利地，所述二维光栅结构的所述多个光学单元结构的端面相对于所述基板表面的倾斜俯仰角在5°～25°范围内。优选地，所述倾斜俯仰角在10°～20°范围内。
6、根据本专利技术的不同实施例，所述柱状结构可以为柱状的凸起结构或柱状的凹孔结构，并且所述端面为所述凸起结构的顶面或所述凹孔结构的底面。
7、有利地，所述侧壁垂直于所述基板表面。
8、有利地，所述端面包括相对于所述基板表面倾斜的至少一个斜面，每一个所述斜面具有相应的倾斜方位，所述倾斜方位为垂直于所述斜面并且指向远离所述波导基板的一侧的射线在所述基板表面上的投影所指向的方向；并且
9、所述二维光栅结构包括第一区域，所述第一区域中的多个所述光学单元结构的端面包括具有相同的第一倾斜方位的斜面。
10、有利地，所述第一区域中的所述多个光学单元的所述端面相对于所述基板表面沿相同方向倾斜。
11、有利地，所述第一区域中的至少一个所述光学单元结构的端面包括多个斜面，并且所述多个斜面均具有所述第一倾斜方位。
12、有利地，所述阵列包括由所述多个光学单元结构排列形成的垂直于第一方向的多个行，所述多个行在所述第一方向上以预定间隔排列，所述光学单元结构在所述行中以周期p排列，并且所述多个行中相邻的两行中的所述光学单元结构在垂直于所述第一方向的方向上具有错位s＝p/n，其中1<n≤5，优选地n＝2；并且所述第一倾斜方位平行于所述第一方向。
13、有利地，所述耦出光栅为反射式耦出光栅，用于将在所述波导基板内通过全反射沿耦入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板朝向所述耦出光栅所在一侧的相反侧耦出，并且所述第一倾斜方位与所述耦入方向相同；或者
14、所述耦出光栅为透射式耦出光栅，用于将在所述波导基板内通过全反射沿耦入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板朝向所述耦出光栅所在一侧耦出，并且所述第一倾斜方位与所述耦入方向相反。
15、根据本专利技术的一些实施例，所述二维光栅结构还包括第二区域，所述第二区域中的多个所述光学单元结构的端面包括具有相同的第二倾斜方位的斜面，所述第二倾斜方位不同于所述第一倾斜方位。
16、根据本专利技术的一些实施例，所述二维光栅结构还可以包括位于所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域，所述第三区域中的多个所述光学单元结构的端面包括具有相同的第三倾斜方位的斜面，所述第三倾斜方位介于所述第一倾斜方位和所述第二倾斜方位之间。
17、作为替代或补充，所述二维光栅结构还可以包括位于所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域，所述第三区域中的每个所述光学单元结构的端面包括具有第一倾斜方位的斜面和具有第二倾斜方位的斜面两者。
18、有利地，所述端面的边缘上具有距离所述基板表面最远的第一点和距离所述基板表面最近的第二点，经过所述第一点和所述第二点并垂直于所述基板表面的虚拟平面与所述端面的交线上的各点在垂直于所述基板表面的高度方向上与所述第一点和所述第二点的连线的最大距离hi满足：hi≤h/3，h为所述第一点和所述第二点在所述高度方向上的距离。
19、有利地，所述端面的边缘上具有距离所述基板表面最远的第一点和距离所述基板表面最近的第二点，在经过所述第一点和所述第二点并垂直于所述基板表面的虚拟平面与所述端面的交线上，从所述第一点到所述第二点，各个点与所述基板表面的距离逐渐减小或持平。
20、有利地，所述二维光栅结构的所述多个光学单元结构的端面的每一个斜面相对于所述基板表面的倾斜俯仰角在5°～30°范围内。
21、有利地，所述光学单元结构在所述基板表面上的投影形状为在所述第一方向上伸长的纵长形状。
22、根据本专利技术的不同实施例，所述纵长形状可以为菱形、曲线菱形、双菱形、曲线双菱形或卵形。
23、所述光学单元结构在所述基板表面上的投影形状关于所述第一方向可以对称或不对称。
24、根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种显示设备，其包括如上所述的防漏光衍射光波导。
25、根据本专利技术的一些实施例，所述显示设备为近眼显示设备，并且包括镜片和用于将镜片保持为靠近眼睛的框架，所述镜片包括所述防漏光衍射光波导。
26、有利地，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
27、根据本专利技术实施例，防漏光衍射光波导装置的耦出光栅中，二维光栅结构的光栅单元结构被构造为具有相对于波导基板的表面倾斜的端面，从而形成对二维光栅的深度/高度方向的调制，有利于抑制视界侧的漏光以及提高衍射光波导向观察视窗的耦出效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种防漏光衍射光波导装置，包括波导基板和形成在所述波导基板上的耦入光栅和耦出光栅，其中
2.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构的所述多个光学单元结构的端面相对于所述基板表面的倾斜俯仰角在5°～25°范围内。
3.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述倾斜俯仰角在10°～20°范围内。
4.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述柱状结构为柱状的凸起结构或柱状的凹孔结构，并且所述端面为所述凸起结构的顶面或所述凹孔结构的底面。
5.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述侧壁垂直于所述基板表面。
6.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述端面包括相对于所述基板表面倾斜的至少一个斜面，每一个所述斜面具有相应的倾斜方位，所述倾斜方位为垂直于所述斜面并且指向远离所述波导基板的一侧的射线在所述基板表面上的投影所指向的方向；并且
7.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述第一区域中的所述多个光学单元的所述端面相对于所述基板表面沿相同方向
8.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述第一区域中的至少一个所述光学单元结构的端面包括多个斜面，并且所述多个斜面均具有所述第一倾斜方位。
9.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述阵列包括由所述多个光学单元结构排列形成的垂直于第一方向的多个行，所述多个行在所述第一方向上以预定间隔排列，所述光学单元结构在所述行中以周期P排列，并且所述多个行中相邻的两行中的所述光学单元结构在垂直于所述第一方向的方向上具有错位s＝P/n，其中1<n≤5；并且所述第一倾斜方位平行于所述第一方向。
10.如权利要求9所述的防漏光衍射光波导装置，其中，n＝2。
11.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述耦出光栅为反射式耦出光栅，用于将在所述波导基板内通过全反射沿耦入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板朝向所述耦出光栅所在一侧的相反侧耦出，并且所述第一倾斜方位与所述耦入方向相同；或者
12.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构还包括第二区域，所述第二区域中的多个所述光学单元结构的端面包括具有相同的第二倾斜方位的斜面，所述第二倾斜方位不同于所述第一倾斜方位。
13.如权利要求12所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构还包括位于所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域，所述第三区域中的多个所述光学单元结构的端面包括具有相同的第三倾斜方位的斜面，所述第三倾斜方位介于所述第一倾斜方位和所述第二倾斜方位之间。
14.如权利要求12所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构还包括位于所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域，所述第三区域中的每个所述光学单元结构的端面包括具有第一倾斜方位的斜面和具有第二倾斜方位的斜面两者。
15.如权利要求6-14中任一项所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述端面的边缘上具有距离所述基板表面最远的第一点和距离所述基板表面最近的第二点，经过所述第一点和所述第二点并垂直于所述基板表面的虚拟平面与所述端面的交线上的各点在垂直于所述基板表面的高度方向上与所述第一点和所述第二点的连线的最大距离Hi满足：Hi≤H/3，H为所述第一点和所述第二点在所述高度方向上的距离。
16.如权利要求6-14中任一项所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述端面的边缘上具有距离所述基板表面最远的第一点和距离所述基板表面最近的第二点，在经过所述第一点和所述第二点并垂直于所述基板表面的虚拟平面与所述端面的交线上，从所述第一点到所述第二点，各个点与所述基板表面的距离逐渐减小或持平。
17.如权利要求1-14中任一项所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构的所述多个光学单元结构的端面的每一个斜面相对于所述基板表面的倾斜俯仰角在5°～30°范围内。
18.如权利要求9所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述光学单元结构在所述基板表面上的投影形状为在所述第一方向上伸长的纵长形状。
19.如权利要求18所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述纵长形状为菱形、曲线菱形、双菱形、曲线双菱形或卵形。
20.如权利要求18所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述光学单元结构在所述基板表面上的投影形状关于所述第一方向对称或不对称。
21.一种显示设备，包括如权利要求1-20中任一项所述的防漏光衍射光波导。
22.如权...
【技术特征摘要】
1.一种防漏光衍射光波导装置，包括波导基板和形成在所述波导基板上的耦入光栅和耦出光栅，其中
2.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构的所述多个光学单元结构的端面相对于所述基板表面的倾斜俯仰角在5°～25°范围内。
3.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述倾斜俯仰角在10°～20°范围内。
4.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述柱状结构为柱状的凸起结构或柱状的凹孔结构，并且所述端面为所述凸起结构的顶面或所述凹孔结构的底面。
5.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述侧壁垂直于所述基板表面。
6.如权利要求1所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述端面包括相对于所述基板表面倾斜的至少一个斜面，每一个所述斜面具有相应的倾斜方位，所述倾斜方位为垂直于所述斜面并且指向远离所述波导基板的一侧的射线在所述基板表面上的投影所指向的方向；并且
7.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述第一区域中的所述多个光学单元的所述端面相对于所述基板表面沿相同方向倾斜。
8.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述第一区域中的至少一个所述光学单元结构的端面包括多个斜面，并且所述多个斜面均具有所述第一倾斜方位。
9.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述阵列包括由所述多个光学单元结构排列形成的垂直于第一方向的多个行，所述多个行在所述第一方向上以预定间隔排列，所述光学单元结构在所述行中以周期p排列，并且所述多个行中相邻的两行中的所述光学单元结构在垂直于所述第一方向的方向上具有错位s＝p/n，其中1<n≤5；并且所述第一倾斜方位平行于所述第一方向。
10.如权利要求9所述的防漏光衍射光波导装置，其中，n＝2。
11.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述耦出光栅为反射式耦出光栅，用于将在所述波导基板内通过全反射沿耦入方向传播到其中的光的至少一部分通过衍射从所述波导基板朝向所述耦出光栅所在一侧的相反侧耦出，并且所述第一倾斜方位与所述耦入方向相同；或者
12.如权利要求6所述的防漏光衍射光波导装置，其中，所述二维光栅结构还包括第二区域，所述第二区域中的多个所述光学单元结构的端面包括具有相同的第二倾斜方位的斜面，所述第二倾斜方位不同于所述第一倾斜方位。
13.如权利要求12...
【专利技术属性】
技术研发人员：范真涛，宋昱铭，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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。