光波导系统及其的制造方法与流程

本发明涉及衍射光学设备，具体而言，涉及一种光波导系统及其的制造方法。

背景技术：

1、目前，在近眼显示设备(ned)和抬头显示设备(hud)中，光波导系统是比较关键的成像部件。光波导系统中的光栅的性能、质量和特性决定最终输出图像的质量，为了得到更高的衍射效率，通常需要设置特定的光栅形状。但是目前高衍射效率的光栅由于其形状比较特殊，在制造工艺上难以实现或者工艺复杂性较高，导致生产效率较低，不利于批量生产。

2、也就是说，现有技术中的光波导系统存在高衍射效率和高生产效率难以同时兼顾的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种光波导系统及其的制造方法，以解决现有技术中的光波导系统存在高衍射效率和高生产效率难以同时兼顾的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光波导系统，包括：基底；阶梯光栅结构，阶梯光栅结构设置在基底上，阶梯光栅结构包括多层光栅层，多层光栅层沿远离基底的方向依次叠置，且多层光栅层中的相邻两个光栅层之间错位设置；填充结构，填充结构设置在基底具有阶梯光栅结构的一侧表面，且阶梯光栅结构被填充结构包覆。

3、进一步地，阶梯光栅结构为多个，多个阶梯光栅结构呈周期性设置，同一个周期内的阶梯光栅结构相同，多个阶梯光栅结构等间隔设置在基底上，且相邻两个阶梯光栅结构之间的间隙被填充结构填充。

4、进一步地，填充结构包括多层填充层，填充层的层数与光栅层的层数相等，且多层填充层与多层光栅层一一对应。

5、进一步地，阶梯光栅结构与填充结构之间的折射率差大于等于0.1且小于等于1.5。

6、进一步地，多层光栅层中的相邻两层光栅层的同一侧在基底上的距离l大于0mm且小于等于500nm。

7、进一步地，沿远离基底的方向依次叠置的多层光栅层沿同一方向依次错位设置；或者沿远离基底的方向依次叠置的多层光栅层中的至少部分沿不同方向错位设置。

8、进一步地，一个阶梯光栅结构的各层光栅层均是连续设置的；或者一个阶梯光栅结构的多层光栅层中的至少一层光栅层由第一部分和第二部分组成，且第一部分和第二部分在基底上的投影间隔设置。

9、进一步地，至少部分填充层的厚度与对应的部分光栅层的厚度相等，多层填充层中最远离基底的一层填充层的厚度大于对应的光栅层的厚度。

10、进一步地，一个阶梯光栅结构由四层光栅层组成。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种光波导系统的制造方法，制造方法用于制造上述的光波导系统，制造方法包括：步骤s1：获取光波导系统的基底，在基底的一侧表面上设置压印胶水，通过纳米压印或光刻工艺形成阶梯光栅结构的第一光栅层；步骤s2：采用光学胶通过旋转涂布或空白压印的方式在基底上形成填充结构的第一填充层，第一填充层与第一光栅层沿与基底平行的方向交替设置且厚度相等，然后进行紫外固化处理；步骤s3：在第一光栅层远离基底的一侧且与第一光栅层相错第一距离的位置通过纳米压印或光刻工艺形成阶梯光栅结构的第二光栅层；步骤s4：采用光学胶通过旋转涂布或空白压印的方式形成填充结构的第二填充层，第二填充层与第二光栅层沿与基底平行的方向交替设置且厚度相等，然后进行紫外固化处理，重复步骤s3至步骤s4，以形成阶梯光栅结构的多层光栅层和填充结构的多层填充层，且最后一层填充层的厚度大于最后一层光栅层的厚度。

12、进一步地，制造方法还包括位于步骤s4后的步骤s5：采用腐蚀性溶剂溶解掉填充结构，以使得基底上仅保留阶梯光栅结构。

13、应用本发明的技术方案，光波导系统包括基底、阶梯光栅结构和填充结构，阶梯光栅结构设置在基底上，阶梯光栅结构包括多层光栅层，多层光栅层沿远离基底的方向依次叠置，且多层光栅层中的相邻两个光栅层之间错位设置；填充结构设置在基底具有阶梯光栅结构的一侧表面，且阶梯光栅结构被填充结构包覆。

14、通过合理设置阶梯光栅结构的形状，使得阶梯光栅结构具有高衍射效率，进而大大提高光波导系统的整体衍射效率，使得输出的图像画面更加均匀、亮度更高，保证用户的良好体验。填充结构用于对阶梯光栅结构形成保护同时为阶梯光栅结构的衍射提供条件，保证阶梯光栅结构的使用可靠性。另外，将阶梯光栅结构设置成多层光栅层错位叠置的结构形式，在保证衍射效率的同时在加工工艺上更利于实现，有利于降低加工难度，提高生产效率，能够大批量、大规模生产。

技术特征：

1.一种光波导系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述阶梯光栅结构(20)为多个，多个所述阶梯光栅结构(20)呈周期性设置，同一个周期内的所述阶梯光栅结构(20)相同，多个所述阶梯光栅结构(20)等间隔设置在所述基底(10)上，且相邻两个所述阶梯光栅结构(20)之间的间隙被所述填充结构(30)填充。

3.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述填充结构(30)包括多层填充层，所述填充层的层数与所述光栅层的层数相等，且多层所述填充层与多层所述光栅层一一对应。

4.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述阶梯光栅结构(20)与所述填充结构(30)之间的折射率差大于等于0.1且小于等于1.5。

5.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，多层所述光栅层中的相邻两层所述光栅层的同一侧在所述基底(10)上的距离l大于0mm且小于等于500nm。

6.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，一个所述阶梯光栅结构(20)的各层所述光栅层均是连续设置的；或者一个所述阶梯光栅结构(20)的多层所述光栅层中的至少一层所述光栅层由第一部分(241)和第二部分(242)组成，且所述第一部分(241)和所述第二部分(242)在所述基底(10)上的投影间隔设置。

8.根据权利要求3所述的光波导系统，其特征在于，至少部分所述填充层的厚度与对应的部分所述光栅层的厚度相等，多层所述填充层中最远离所述基底(10)的一层所述填充层的厚度大于对应的所述光栅层的厚度。

9.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，一个所述阶梯光栅结构(20)由四层所述光栅层组成。

10.一种光波导系统的制造方法，其特征在于，所述制造方法用于制造权利要求1至9中任一项所述的光波导系统，所述制造方法包括：

技术总结
本发明提供了一种光波导系统及其的制造方法。光波导系统包括：基底；阶梯光栅结构，阶梯光栅结构设置在基底上，阶梯光栅结构包括多层光栅层，多层光栅层沿远离基底的方向依次叠置，且多层光栅层中的相邻两个光栅层之间错位设置；填充结构，填充结构设置在基底具有阶梯光栅结构的一侧表面，且阶梯光栅结构被填充结构包覆。本发明解决了现有技术中的光波导系统存在高衍射效率和高生产效率难以同时兼顾的问题。

技术研发人员：高一峰,张晴雯,尹正坤,沈健,陈远
受保护的技术使用者：舜宇奥来微纳光电信息技术（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8