光波导、光波导组件以及显示设备的制作方法

本申请涉及光学，具体涉及一种光波导、光波导组件以及显示设备。

背景技术：

1、增强现实(augmented reality，ar)是一种实时采集现实世界信息，并将虚拟信息、图像等与现实世界相结合的显示技术，有望成为继个人电脑、智能手机后的新一代信息交互终端，具有广阔的市场规模和想象空间。ar硬件显示系统通常包含微型光机(opticalengine)和光学组合器(optical combiner)两部分。其中，光学组合器的作用是将实际环境光线和图像光线进行组合，使得人眼同时能够观察到环境和光机产生的图像信息。光学组合器更大程度上决定了ar显示装置的整体形态，目前市场上比较成熟的方案有棱镜、自由曲面、birdbath以及光波导方案，前三种方案在体积、视场角、透明度上并不能使ar眼镜成为轻量化的产品，而且影响穿戴体验感。而光波导可以解决视场角和体积之间的天然矛盾。

2、光波导的厚度是一个重要的参数，为了满足轻量化的要求，通常光波导的厚度不能太厚，厚度的增大可能会导致人眼在特定区域无法接收到耦出光线的情况。而过低的厚度可能会使得光线耦入光波导后经过一次全反射后再次出射到耦入区内，此时会有部分光线通过透射离开光波导，导致整体光波导的耦入效率下降。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提出一种光波导、光波导组件以及显示设备，以改善上述至少一项技术问题。本申请通过以下技术方案来实现上述目的。

2、第一方面，本申请实施方式提供了一种光波导，光波导包括耦入区、耦出区以及相对的第一面和第二面，耦入区用于耦入光线，并使光线在第一面与第二面之间全内反射传输后经耦出区耦出，第一面包括依次连接的第一子面、第二子面以及第三子面，第一子面、第三子面以及第二面相互平行，第二子面和第二面的距离由第一子面向第三子面的方向减小，第二子面位于耦入区与耦出区之间，耦入区和耦出区沿第一子面向第三子面的方向分布，同一光线在第二子面的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变。

3、在一种实施方式中，光波导还包括全息光学器件，全息光学器件覆盖于第二子面，全息光学器件用于使同一光线的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变。

4、在一种实施方式中，光波导还包括超表面，超表面覆盖于第二子面，超表面用于使同一光线的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变。

5、在一种实施方式中，光波导还包括全息光学器件或者超表面，全息光学器件和超表面均用于使同一光线的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变；第二子面包括相连接的第一过渡面和两个第二过渡面，第一过渡面位于两个第二过渡面之间，且与第二面平行，第一过渡面和第二过渡面呈夹角设置，两个第二过渡面均覆盖有全息光学器件或者超表面。

6、在一种实施方式中，光波导还包括吸光层；第二子面包括相连接的第一过渡面和两个第二过渡面，第一过渡面位于两个第二过渡面之间，且与第二面平行，第一过渡面和第二过渡面呈夹角设置，两个第二过渡面均覆盖有吸光层。

7、在一种实施方式中，第一过渡面和第二过渡面之间呈90度夹角。

8、在一种实施方式中，第二子面包括相连接的多个第一过渡面和多个第二过渡面，多个第一过渡面和多个第二过渡面交替排布。

9、在一种实施方式中，第一过渡面的面积大于第二过渡面的面积。

10、第二方面，本申请实施方式提供了一种光波导组件，光波导组件包括耦入元件、耦出元件以及上述任一实施方式中的光波导，耦入元件位于耦入区，耦出元件位于耦出区。

11、第三方面，本申请实施方式提供了一种显示设备，显示设备包括光源以及上述实施方式中的光波导组件，耦入元件用于耦入光源出射的光线。

12、本申请实施方式提供的光波导、光波导组件以及显示设备中，光波导包括耦入区、耦出区以及相对的第一面和第二面，耦入区用于耦入光线，并使光线在第一面与第二面之间全内反射传输后经耦出区耦出。第一面包括依次连接的第一子面、第二子面以及第三子面，第一子面、第三子面以及第二面相互平行，有助于使得光线在第一子面、第二面以及第三子面入射角和反射角相同。第二子面和第二面的距离由第一子面向第三子面的方向减小，第二子面位于耦入区与耦出区之间。如此，使得光波导中第二子面和第二面之间的厚度以及第三子面和第二子面的厚度小于第一子面和第二子面之间的厚度，缩小光波导的体积，减轻了光波导的重量，使得光波导向轻量化的设计靠拢。耦入区和耦出区沿第一子面向第三子面的方向分布。如此，使得耦入区可以位于光波导厚度较厚的一侧，从而使得光线经耦入区进入光波导后，延长了光线从耦入区到达与耦入区相对的表面的垂直距离，使得光线在光波导内经过一次反射后可以位于耦入区外，提升了光波导的耦入效率。同一光线在第二子面的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变。如此，第二子面作为第一子面和第三子面之间的过渡斜面，同一光线在第二子面的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变，使得第二子面不会改变光线在光波导内的传播路径，确保了光线能够在光波导内沿正确的路径传播从而到达耦出区耦出，最后进入人眼。

技术特征：

1.一种光波导，其特征在于，包括耦入区、耦出区以及相对的第一面和第二面，所述耦入区用于耦入光线，并使光线在所述第一面与所述第二面之间全内反射传输后经所述耦出区耦出，所述第一面包括依次连接的第一子面、第二子面以及第三子面，所述第一子面、所述第三子面以及所述第二面相互平行，所述第二子面和所述第二面的距离由所述第一子面向所述第三子面的方向减小，所述第二子面位于所述耦入区与所述耦出区之间，所述耦入区和所述耦出区沿所述第一子面向所述第三子面的方向分布，同一光线在所述第二子面的入射光线和出射光线的方向矢量在所述第二面的投影距离不变。

2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光波导还包括全息光学器件，所述全息光学器件覆盖于所述第二子面，所述全息光学器件用于使同一光线的入射光线和出射光线的方向矢量在所述第二面的投影距离不变。

3.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光波导还包括超表面，所述超表面覆盖于所述第二子面，所述超表面用于使同一光线的入射光线和出射光线的方向矢量在所述第二面的投影距离不变。

4.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光波导还包括全息光学器件或者超表面，所述全息光学器件和所述超表面均用于使同一光线的入射光线和出射光线的方向矢量在所述第二面的投影距离不变；

5.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光波导还包括吸光层；

6.根据权利要求5所述的光波导，其特征在于，所述第一过渡面和所述第二过渡面之间呈90度夹角。

7.根据权利要求6所述的光波导，其特征在于，所述第二子面包括相连接的多个第一过渡面和多个第二过渡面，多个所述第一过渡面和多个所述第二过渡面交替排布。

8.根据权利要求7所述的光波导，其特征在于，所述第一过渡面的面积大于所述第二过渡面的面积。

9.一种光波导组件，其特征在于，包括：

10.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括：

技术总结
本申请提供了一种光波导、光波导组件以及显示设备，光波导包括耦入区、耦出区以及相对的第一面和第二面，耦入区用于耦入光线，并使光线在第一面与第二面之间全内反射传输后经耦出区耦出，第一面包括依次连接的第一子面、第二子面以及第三子面，第一子面、第三子面以及第二面相互平行，第二子面和第二面的距离由第一子面向第三子面的方向减小，第二子面位于耦入区与耦出区之间，耦入区和耦出区沿第一子面向第三子面的方向分布，同一光线在第二子面的入射光线和出射光线的方向矢量在第二面的投影距离不变。从而提升了光波导的耦入效率，缩减了光波导的体积和重量，实现了轻量化设计。

技术研发人员：亓新波,赵鹏,严子深,李屹
受保护的技术使用者：深圳光峰科技股份有限公司
技术研发日：20230301
技术公布日：2024/1/14