[发明专利]一种周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用

说明书

本发明公开了一种周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用，该周期渐变光栅显示波导包括：前表面和后表面，前表面上设置有光栅结构，光栅结构的周期和倾斜角沿水平方向在像素级上离散变化。该制作方法包括：计算光线在光栅波导上的出射位置；计算光栅倾斜角；计算光栅周期；根据各参数制作周期渐变光栅显示波导。该应用用于彩色显示，包括：多层依次叠加的周期渐变光栅显示波导。该应用还用于扩展出瞳，包括：每相邻两层错开一个出瞳大小的多层周期渐变光栅显示波导。本发明的周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用，精度和衍射效率高，轮廓清晰，可实现大的视场角。

技术领域

本发明涉及光栅波导显示技术领域，特别涉及一种周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用。

背景技术

光栅波导由于具有角度和波长选择性，传统不渐变的光栅波导，整个光栅面只对一种波长的一个入射角发生高衍射，一般在获得高衍射率的同时，难以获得较大的角度带宽。

为了解决上述问题，有人提出了渐变体全息光栅，其是在全息记录材料上记录光栅条纹，光栅条纹的周期与倾斜角单调连续变化。渐变可以改善传统不渐变光栅波导的视场限制，但是其也存在一定的缺点：(1)其是利用干涉条纹来显影定型的，边缘不清晰，会有毛刺，精度和效率会低很多；(2)其光栅条纹的周期和倾斜角单调连续变化，实际制作中很难做到连续变化，这样会导致衍射效率低下，视场角受限。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种周期渐变光栅显示波导及其制作方法与应用，光栅的周期和倾斜角在像素级上离散变化，每个像素对应的长度上周期和倾斜角是单一固定的，精度和衍射效率高，轮廓清晰，可实现大的视场角。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种周期渐变光栅显示波导，其包括：前表面和后表面，所述前表面上设置有光栅结构，在水平方向上，所述光栅结构的光栅数量与像源像素数量相匹配，所述光栅的周期和倾斜角沿水平方向在像素级上离散变化。

较佳地，所述光栅为全息波导光栅或倾斜浮雕厚光栅。

较佳地，所述后表面为玻璃平面。

较佳地，所述光栅显示波导呈长方体形。

本发明还提供一种周期渐变光栅显示波导的制作方法，其包括以下步骤：

S11：根据要求的出瞳距离Eye-relief，结合基底材料的参数n、d_h计算人眼视场角中每个α_out的光线在光栅波导上的出射位置P；

S12：根据各个视场的入射光线角度α_in、出射光线角度α_out、出射位置P及光栅波导材料折射率n计算各位置处光栅结构的光栅倾斜角θ；

S13：根据各个视场的入射光线角度α_in、出射光线角度α_out、出射位置P、入射光线波长λ、光栅波导材料折射率n及光栅的倾斜角θ计算各位置处浮雕光栅的光栅周期d₀；

S14：根据上述各参数制作周期渐变光栅显示波导。

较佳地，所述步骤14中的制作周期渐变光栅显示波导的方法为纳米打印或压印。

较佳地，所述步骤S13和步骤S14之间还包括：

S15：优化各个像素对应光栅显示波导的厚度。

较佳地，所述步骤S15中的优化方法为利用经典耦合波理论优化。

本发明还提供一种周期渐变光栅显示波导的应用，用于彩色显示，其包括：包括多层依次叠加的周期渐变光栅显示波导，每层所述周期渐变光栅显示波导对应一种入射波长；所述周期渐变光栅显示波导为上述所述的周期渐变光栅显示波导。