一种光波导、近眼显示装置的制作方法

本发明涉及显示，特别是涉及一种光波导、近眼显示装置。

背景技术：

1、随着“元宇宙热”所带来的ar/vr等虚拟现实技术的蓬勃发展，近眼显示器引起了人们广泛的关注，在商品广告、移动购物、多屏互动、位置导航及游戏等领域广泛应用。

2、表面浮雕光栅(srg)衍射光波导方案由于其易于量产、性能优异被认为是未来最具有潜力的主流近眼显示器制备方案。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识做出的：

2、现有技术中的表面浮雕光栅衍射光波导技术在彩色显示方面存在诸多问题，如红光、绿光和蓝光的混光在经过蓝色波导片时均会发生不同程度的耦入，从而造成色域不足等问题，且存在光栅衍射效率较低的问题。为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种光波导，对耦入结构进行设计以实现光栅的单波段响应。

3、所述光波导包括：

4、波导片，所述波导片包括依次层叠设置的第一波导片、第二波导片和第三波导片；

5、耦入光栅，所述耦入光栅包括设置于所述第一波导片的第一部分的第一耦入光栅、设置于所述第二波导片的第一部分的第二耦入光栅和设置于所述第三波导片的第一部分的第三耦入光栅，每个耦入光栅对应耦入一种颜色的光；

6、耦出光栅，所述耦出光栅包括设置于所述第一波导片的第二部分的第一耦出光栅、设置于所述第二波导片的第二部分的第二耦出光栅和设置于所述第三波导片的第二部分的第三耦出光栅；

7、高折射率层，所述高折射率层包括设置于所述第一耦入光栅远离所述第一波导片一侧的第一高折射率层和设置于所述第二耦入光栅远离所述第二波导片一侧的第二高折射率层。

8、本实施例采用多层结构光栅波导，将红绿蓝三色光分别耦合到三层波导里面，通过对光栅结构进行设计实现了光栅的单波段响应，使得每一层波导只传导单一颜色的光，对应的耦入、耦出光栅只针对某一个颜色而优化，克服了衍射元件带来的色散问题，提高了全彩显示的颜色均匀度；并且，相对于传统的耦入结构，本申请中的耦入光栅上方设置有高折射率膜层，实现了对特定波长的光产生共振衍射，而对其他波长的光的衍射效率为零或近乎为零，本申请中的耦入光栅结构具有窄波长带宽，并提升了对光的衍射效率，进一步提高了近眼显示装置的光效。

9、在一些可选的实施例中，所述耦入光栅为矩形光栅；

10、所述高折射率层的厚度大于等于150nm并且小于等于300nm；

11、所述矩形光栅的周期大于等于200nm并且小于等于400nm；

12、所述矩形光栅的高度大于等于100nm并且小于等于400nm；

13、所述矩形光栅的占空比大于等于0.1并且小于等于0.9。

14、在一些可选的实施例中，所述耦入光栅为异形光栅；

15、所述高折射率层的厚度大于等于20nm并且小于等于100nm；

16、所述异形光栅的周期大于等于200nm并且小于等于400nm；

17、所述异形光栅的高度大于等于140nm并且小于等于400nm；

18、所述异形光栅的占空比大于等于0.1并且小于等于0.9。

19、本申请中的耦入光栅采用异形光栅，其上方设置有高折射率膜层，通过对耦入光栅的形状设计降低了结构整体厚度同时实现了对特定波长的光产生共振衍射，而对其他波长的光的衍射效率为零或近乎为零，本申请中的耦入光栅结构具有窄波长带宽，并提升了对光的衍射效率，进一步提高了近眼显示装置的光效。

20、在一些可选的实施例中，所述异形光栅包括第二矩形光栅以及梯形光栅，其中，各第二矩形光栅的底部靠近其对应的波导片，所述梯形光栅设置于所述第二矩形光栅的顶部；

21、所述第二矩形光栅的高度大于等于100nm并且小于等于300nm；

22、所述梯形光栅的高度大于等于40nm并且小于等于100nm；

23、所述梯形光栅的光栅角度大于等于40°并且小于等于80°。

24、在一些可选的实施例中，所述波导片的折射率小于所述高折射率层的折射率大于所述波导片的折射率并且大于所述耦入光栅的折射率。

25、在一些可选的实施例中，所述高折射率层的折射率大于等于2并且小于等于4；

26、所述耦入光栅的折射率大于等于1.5并且小于等于1.9；

27、所述波导片的折射率大于等于1.5并且小于等于2。

28、在一些可选的实施例中，所述光波导还包括，

29、保护片，所述保护片包括设置于所述第一波导片的第三部分的第一保护片、设置于所述第二波导片的第三部分的第二保护片和设置于所述第三波导片的第三部分的第三保护片；

30、各波导片的第三部分位于第一部分和第二部分之间。

31、在一些可选的实施例中，所述高折射率层还包括设置于所述第三耦入光栅远离所述第三波导片的第三高折射率层。

32、在一些可选的实施例中，所述高折射率层直接暴露在空气或真空中。

33、本实施例通过在所述耦入光栅的表面设置高折射率层，并将高折射率层暴露在空气或真空中，通过高低折射率差去除目标波段之外的光线，实现了单色耦入，对对应波长范围的入射光实现共振衍射，提升了光波导的衍射效率。

34、本发明第二方面提供一种近眼显示装置，所述近眼显示装置包括本发明第一方面提供的所述光波导。

35、本发明的有益效果如下：

36、本发明针对目前现有的问题，制定一种光波导以及近眼显示装置，本发明提供的所述光波导采用多层结构光栅波导，将红绿蓝三色光分别耦合到三层波导里面，通过对光栅结构进行设计实现了光栅的单波段响应，使得每一层波导只传导单一颜色的光，对应的耦入、耦出光栅只针对某一个颜色而优化，克服了衍射元件带来的色散问题，提高了全彩显示的颜色均匀度；并且，相对于传统的耦入结构，本申请中的耦入光栅上方设置有高折射率层，通过折射率差滤除对目标波段之外的光线，实现了对特定波段的光的共振衍射，而对其他波长的光的衍射效率为零或近乎为零，具有窄波长带宽的特点，提升了对光的衍射效率，进一步提高了近眼显示装置的光效。

技术特征：

1.一种光波导，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于，

5.根据权利要求2-4任一项所述的光波导，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的光波导，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，

10.一种近眼显示装置，其特征在于，

技术总结
本发明公开一种光波导、近眼显示装置。在一个具体示例中，光波导包括波导片，波导片包括依次层叠设置的第一波导片、第二波导片和第三波导片；耦入光栅，包括设置于第一波导片的第一部分的第一耦入光栅、设置于第二波导片的第一部分的第二耦入光栅和设置于第三波导片的第一部分的第三耦入光栅，每个耦入光栅对应耦入一种颜色的光；耦出光栅，包括设置于第一波导片的第二部分的第一耦出光栅、设置于第二波导片的第二部分的第二耦出光栅和设置于第三波导片的第二部分的第三耦出光栅；高折射率层，高折射率层包括设置于第一耦入光栅远离第一波导片一侧的第一高折射率层和设置于第二耦入光栅远离第二波导片一侧的第二高折射率层。

技术研发人员：张栋梁,郭康,张笑,宋梦亚,李多辉,段正,陈宏,孙永旗,谷新,冯鸿博
受保护的技术使用者：京东方科技集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31