体全息光栅及其制备方法以及显示装置与流程

本技术涉及显示领域，具体地，涉及体全息光栅及其制备方法以及显示装置。

背景技术：

1、衍射光栅是一种具有周期性空间结构或光学性能的衍射光学元件，对入射光波具有振幅和位相调制作用，其主要功能是实现复色光的空间分离，在光谱仪器、天文学、计量学、集成光学、信息处理、光通信和大功率激光系统等诸多领域得到了广泛的应用。从光栅分光性质上，可分为薄光栅(面光栅)和体光栅，前者入射能量在各级衍射峰上均有分布，而后者的的入射能量主要集中在一级衍射峰上(理论一级衍射效率可达100％)，因此体光栅在需要高衍射效率的场景下具有巨大的优势和潜力。目前制备体光栅的材料体系主要有h-pdlc(全息聚合物分散液晶)、光致聚合物、卤化银和重铬酸盐等四种。但光致聚合物、卤化银和重铬酸盐三个体系的折射率调制度较小(一般在0.05以下)，不利于光栅视场角(fov)的提高。而h-pdlc高折射率调制度(可达0.1-0.3)特性使得其成为高fov光栅的最佳选择。体光栅的衍射特性决定了当多种颜色的光线同方向入射体光栅时，其只能对特定波长的光线发生衍射，其余波长均透射。因此为了实现多波长的衍射，不得不对光栅进行多层叠加设计，不但增加了制造成本，也增大了器件的体积和重量，不利于器件的小型化和轻型化。因此，目前的体全息光栅仍需进一步改进。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、在本发明的一个方面，提出了一种体全息光栅，包括相对设置的第一基板和第二基板；封框胶，所述封框胶设置在所述第一基板和所述第二基板之间，所述封框胶、所述第一基板和所述第二基板限定出容纳空间；液晶层，所述液晶层设置在所述容纳空间内，所述液晶层包括多个周期结构和液晶，所述周期结构与所述液晶形成光栅，至少部分所述光栅的光栅方向不相同，多个所述周期结构在第一方向上同层设置，所述第一方向为所述第一基板的厚度方向，在第二方向上，至少部分所述周期结构存在交叠区域，所述第二方向与所述第一方向相交。由此，单层液晶层内包括多种具有不同光栅方向的光栅，可同时对多种波长的光进行衍射。同时，减小体全息光栅的体积和重量，更加有利于器件的小型化和轻薄化。

3、根据本发明的一些实施例，至少部分所述周期结构在所述第二方向上重叠设置。

4、根据本发明的一些实施例，所述周期结构包括第一周期结构和第二周期结构，所述第一周期结构和所述第二周期结构在所述第二方向上重叠设置。由此，多种波长的光照射到重叠区域，可至少对两种波长的光进行衍射，提高衍射效果。

5、根据本发明的一些实施例，所述体全息光栅包括：第一导电层，所述第一导电层设置在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧；第二导电层，所述第二导电层设置在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧，所述液晶层设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间。

6、在本发明的另一个方面，提出了一种制备体全息光栅的方法，包括提供第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板相对设置；在所述第一基板和所述第二基板之间形成封框胶，所述封框胶、所述第一基板和所述第二基板限定出容纳空间；在所述容纳空间内形成液晶层，所述液晶层包括多个周期结构和液晶，所述周期结构与所述液晶形成光栅，至少部分所述光栅的光栅方向不相同，多个所述周期结构在第一方向上同层设置，在第二方向上，至少部分所述周期结构存在交叠区域，所述第一方向为所述第一基板的厚度方向，所述第二方向与所述第一方向相交。由此，制备的体全息光栅可在单层内形成具有不同光栅方向的光栅，实现多种波长的光同时进行衍射。同时，减小体全息光栅的体积和重量，更加有利于器件的小型化和轻薄化。

7、根据本发明的一些实施例，形成所述液晶层的方法包括：向所述容纳空间内加入浆料，所述浆料包括液晶、多种可聚合单体以及所述可聚合单体的引发剂，多种可聚合单体的引发波长均不同，或多种可聚合单体的引发波长相同但聚合速率不同；对所述浆料进行多次干涉曝光。由此，依次形成具有不同光栅方向的光栅。

8、根据本发明的一些实施例，所述可聚合单体包括第一可聚合单体和第二可聚合单体，所述第一可聚合单体和所述第二可聚合单体分别独立地包括非液晶性可聚合单体和液晶性的可聚合单体的至少之一。

9、根据本发明的一些实施例，当所述第一可聚合单体和/或所述第二可聚合单体包括所述液晶性可聚合单体时，所述液晶性可聚合单体满足：所述液晶性可聚合单体的常光折射率与液晶的常光折射率不同；或所述液晶性可聚合单体的非常光折射率与液晶的非常光折射率不同；或所述液晶性可聚合单体的常光折射率与液晶的常光折射率相同，所述液晶性可聚合单体的非常光折射率与液晶的非常光折射率相同，所述液晶性可聚合单体的分子取向与液晶的取向不同。由此，液晶性可聚合单体形成的光栅与液晶共同构筑的光栅周期可以对特定波长的光进行衍射。

10、根据本发明的一些实施例，对所述浆料进行第一次干涉曝光，以形成第一周期结构，对含有所述第一周期结构的浆料进行第二次干涉曝光，以形成第二周期结构，所述第二次干涉曝光时两干涉光束夹角的平分线方向与所述第一次干涉曝光时两干涉光束夹角的平分线方向不同。由此，形成两种光栅方向的光栅，以对两种波长的光进行衍射。

11、根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧形成第一导电层，在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧形成第二导电层，对所述液晶性可聚合单体进行干涉曝光前，对所述第一导电层和所述第二导电层进行通电。由此，提高液晶性可聚合单体形成的周期结构的各向异性。

12、根据本发明的一些实施例，所述非液晶性可聚合单体包括非液晶性丙烯酸酯类可聚合单体，所述液晶性可聚合单体包括液晶性丙烯酸酯类可聚合单体和液晶性环氧类可聚合单体中的至少之一；

13、可选的，所述非液晶性丙烯酸酯类可聚合单体包括不饱和聚酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、多烯硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯、乙烯基醚类中的至少之一；

14、可选的，所述液晶性丙烯酸酯类可聚合单体包括

15、

16、中的至少一种，其中，

17、a4、a5、g4、g5分别独立地包括c1-c16烷基、c1-c16烷氧基、c1-c16硅氧烷基中的至少一种；

18、j4、j5、l4、l5、m4、m5分别独立地包括芳香族环或脂肪族环中的至少一种；

19、x4、x5、y4、y5、z4、z5均为0-4中的任一整数；

20、q4、q5、r4、r5、t4、t5包括分别独立地包括卤素、氰基、甲基、甲氧基中的至少一种；

21、k4、k5、m4、m5、n4、n5均为0-4中的任一整数；

22、d4、d5、e4、e5分别独立地包括酯基、炔基、亚甲基、氮氮双键、醚键中的至少一种或直接相连；r包括丙烯酸酯基团或丙烯酸甲酯基团中的至少一种；

23、可选的，所述液晶性环氧类可聚合单体包括

24、

25、中的至少之一，其中，

26、a1、a2、g1、g2分别独立地包括c1-c16烷基、c1-c16烷氧基和c1-c16硅氧烷基中的至少一种；

27、j1、j2、l1、l2、m1、m2分别独立地包括芳香族环或脂肪族环中的至少一种；

28、x1、x2、y1、y2、z1、z2均为0-4中的任一整数；

29、q1、q2、r1、r2、t1、t2分别独立地包括卤素、氰基、甲基、甲氧基中的至少一种；

30、k1、k2、m1、m2、n1、n2均为0-4中的任一整数；

31、d1、d2、e1、e2分别独立地包括酯基、炔基、亚甲基、氮氮双键、醚键中的至少一种或直接相连。

32、在本发明的又一个方面，提出了一种显示装置，包括前述的体全息光栅或前述的方法所制备的体全息光栅。