彩色光波导结构和彩色显示装置的制作方法

本发明涉及衍射光学设备，具体而言，涉及一种彩色光波导结构和彩色显示装置。

背景技术：

1、随着衍射光学领域的不断发展，虚拟现实(vr)、增强现实(ar)和混合现实(mr)已经逐渐进入人们的生活中。其中，在ar增强现实方面，光波导技术是不可缺少的一门关键技术，也是目前主流的ar显示方案。

2、随着微显示技术的发展，micro-led以其高亮度，和小尺寸的有点，在ar显示领域具有非常大的优势，较目前市面上lcos和dlp光机不同，micro-led光机可以对三色分别调节，甚至可以三个光机口分别输出三色图像光。这对ar波导的设计又提升了设计自由度。在彩色光波导结构的设计中，经常采用3个光机对应3个以上耦入光栅的3片式或3个以上片式的彩色光波导结构，虽然采用3个micro-led光源，其工作状态可以单独调节，但是该彩色光波导结构采用的片数过多，或导致最终ar眼镜产品整体较为笨重，难以实现轻量化，同时影响用户体验感。由于波导片表面有光栅结构而导致透过率下降，因此三片式结构的波导透过率普遍偏低，而且远离人眼的波导片由于光线经穿过其他两片波导片才能进入人眼，因此相比于靠近人眼的两片波导片来讲，效率较低，且难提升，彩色显示效果会大打折扣。

3、也就是说，现有技术中的彩色光波导结构存在难以实现轻量化、透过率低、彩色显示效果难提升的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种彩色光波导结构和彩色显示装置，以解决现有技术中的彩色光波导结构存在难以实现轻量化、透过率低、彩色显示效果难提升的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种彩色光波导结构，包括波导片、耦入区和耦出区：波导片为两片；耦入区包括耦入光栅，耦入光栅呈长条形，两个波导片上均设置有耦入区，不同波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少部分重合。

3、进一步地，两片波导片分别为第一波导片和第二波导片，第一波导片相对于第二波导片靠近人眼设置，第二波导片上的耦入光栅与第一波导片上的耦入光栅投影重合的部分用于耦入绿光。

4、进一步地，第一波导片上的耦入光栅的周期小于第二波导片上的耦入光栅的周期。

5、进一步地，第一波导片上的耦入光栅的个数为一个，第二波导片上的耦入光栅的个数为一个，第一波导片上的耦入光栅与第二波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少一部分错开设置；第一波导片上的耦入光栅与第二波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少另一部分重合设置。

6、进一步地，第一波导片和第二波导片上的耦入区均呈矩形，第一波导片上的耦入光栅为第一耦入光栅，第二波导片上的耦入光栅为第二耦入光栅。

7、进一步地，第一耦入光栅沿其所在的矩形的耦入区的一条对角线的方向延伸，第二耦入光栅沿其所在的矩形的耦入区的一条边的方向延伸。

8、进一步地，第一耦入光栅沿其延伸方向被分为第一区和第二区，第二耦入光栅沿其延伸方向被分为第三区和第四区，第一区和第三区在第一波导片上的投影错开，第二区和第四区在第一波导片上的投影重合，第一区用于将红光耦入第一波导片中，第二区用于将绿光耦入第一波导片中，第三区用于将蓝光耦入第二波导片中，第四区用于将绿光耦入第二波导片中。

9、进一步地，两个波导片上均设置有耦出区，同一个波导片上的耦入区和耦出区在波导片上的投影间隔设置，第二区相对于第一区靠近耦出区设置，第三区和第四区靠近其所在的矩形的耦入区靠近耦出区的一条边设置；或者第一区相对于第二区靠近耦出区设置，第三区和第四区靠近其所在的矩形的耦入区远离耦出区的一条边设置。

10、进一步地，两个波导片上均设置有耦出区，同一个波导片上的耦入区和耦出区分别位于波导片的不同侧的表面，且同一个波导片上的耦入区和耦出区在波导片上的投影间隔设置。

11、进一步地，耦入区位于其所在的波导片朝向人眼的一侧表面上，耦出区位于其所在的波导片远离人眼的一侧表面上。

12、根据本发明的另一方面，提供了一种彩色显示装置，包括：光机，光机为三个，三个光机分别用于发射红光、蓝光和绿光；上述的彩色光波导结构。

13、应用本发明的技术方案，彩色光波导结构包括波导片、耦入区和耦出区，波导片为两片；耦入区包括耦入光栅，耦入光栅呈长条形，两个波导片上均设置有耦入区，不同波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少部分重合。

14、本申请仅采用两片波导片进行叠合就实现了彩色显示，减少了波导片的使用片数，减轻了彩色光波导结构的整体重量，实现了轻量化和轻薄化，提升了用户体验；同时节约了成本。同时，采用两片波导片的彩色光波导结构与传统三片式相比透过率明显提升，同时避免光线在被分散到三片波导片中，本申请使得彩色光线仅在两片波导片中进行衍射传输，大大提升了衍射效率，进而提升了彩色显示效果。耦入光栅呈长条形，两个波导片上均设置有耦入区，不同波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少部分重合，通过合理规划耦入光栅的形状，有利于不同波导片上的耦入光栅的传输光的合理规划，同时通过不同波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少部分重合，使得重合部分的光栅能够实现同一个颜色在其所在的波导片上的传输，可有效避免波导片之间的串扰所引起的显示不均匀现象，提升显示均匀性；同时这样设置缩小了耦入光栅在其所在的波导片上的占用面积，进一步缩小了波导片的尺寸，有利于实现小型化。

技术特征：

1.一种彩色光波导结构，包括波导片、耦入区(40)和耦出区(90)，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的彩色光波导结构，其特征在于，两片所述波导片分别为第一波导片(10)和第二波导片(20)，所述第一波导片(10)相对于所述第二波导片(20)靠近人眼(30)设置，所述第二波导片(20)上的所述耦入光栅与所述第一波导片(10)上的所述耦入光栅投影重合的部分用于耦入绿光。

3.根据权利要求2所述的彩色光波导结构，其特征在于，所述第一波导片(10)上的所述耦入光栅的周期小于所述第二波导片(20)上的所述耦入光栅的周期。

4.根据权利要求2所述的彩色光波导结构，其特征在于，所述第一波导片(10)上的所述耦入光栅的个数为一个，所述第二波导片(20)上的所述耦入光栅的个数为一个，

5.根据权利要求4所述的彩色光波导结构，其特征在于，所述第一波导片(10)和所述第二波导片(20)上的耦入区(40)均呈矩形，所述第一波导片(10)上的所述耦入光栅为第一耦入光栅，所述第二波导片(20)上的耦入光栅为第二耦入光栅。

6.根据权利要求5所述的彩色光波导结构，其特征在于，所述第一耦入光栅沿其所在的矩形的所述耦入区(40)的一条对角线的方向延伸，所述第二耦入光栅沿其所在的矩形的所述耦入区(40)的一条边的方向延伸。

7.根据权利要求6所述的彩色光波导结构，其特征在于，所述第一耦入光栅沿其延伸方向被分为第一区(50)和第二区(60)，所述第二耦入光栅沿其延伸方向被分为第三区(70)和第四区(80)，所述第一区(50)和所述第三区(70)在所述第一波导片(10)上的投影错开，所述第二区(60)和所述第四区(80)在所述第一波导片(10)上的投影重合，所述第一区(50)用于将红光耦入所述第一波导片(10)中，所述第二区(60)用于将绿光耦入所述第一波导片(10)中，所述第三区(70)用于将蓝光耦入所述第二波导片(20)中，所述第四区(80)用于将绿光耦入所述第二波导片(20)中。

8.根据权利要求7所述的彩色光波导结构，其特征在于，两个所述波导片上均设置有所述耦出区(90)，同一个所述波导片上的所述耦入区(40)和所述耦出区(90)在所述波导片上的投影间隔设置，

9.根据权利要求1所述的彩色光波导结构，其特征在于，两个所述波导片上均设置有所述耦出区(90)，同一个所述波导片上的所述耦入区(40)和所述耦出区(90)分别位于所述波导片的不同侧的表面，且同一个所述波导片上的所述耦入区(40)和所述耦出区(90)在所述波导片上的投影间隔设置。

10.根据权利要求9所述的彩色光波导结构，其特征在于，所述耦入区(40)位于其所在的所述波导片朝向人眼(30)的一侧表面上，所述耦出区(90)位于其所在的所述波导片远离人眼(30)的一侧表面上。

技术总结
本发明提供了一种彩色光波导结构和彩色显示装置。彩色光波导结构包括波导片、耦入区和耦出区：波导片为两片；耦入区包括耦入光栅，耦入光栅呈长条形，两个波导片上均设置有耦入区，不同波导片上的耦入光栅在其中一个波导片上的投影至少部分重合。本发明解决了现有技术中的彩色光波导结构存在难以实现轻量化、透过率低、彩色显示效果难提升的问题。

技术研发人员：尹正坤,高一峰,熊羚鹤,张晴雯,汪杰,陈远
受保护的技术使用者：舜宇奥来半导体光电（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13