[发明专利]一种基于液晶偏振体光栅的单层波导显示片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于液晶偏振体光栅的单层波导显示片：包括单层玻璃基板、直接布设在单层玻璃基板同侧的入耦合光栅和出耦合光栅，入耦合光栅将光束耦合进入光波导，并使光束在光波导中发生内全反射传输至出耦合光栅，在出耦合光栅处耦合出射，射入人眼；其制备方法为：先在涂覆有光取向膜的玻璃基板的出/入耦合区域进行第一次曝光，之后将玻璃基板旋转180°，在入/出耦合区域进行第二次曝光，在两次曝光完之后的基板上继续旋涂液晶聚合物，得到单层波导显示片。本发明提供的单层波导显示片玻璃基板由两片减少为一片，使波导的厚度和重量大大减小，提高了轻便性，同时很好地解决了玻璃边缘处漏光散射和厚度过大的问题，提高了光能传输效率。

技术领域

本发明涉及波导显示技术领域，具体涉及一种基于液晶偏振体光栅的单层波导显示片的制备方法。

背景技术

近期以来，“元宇宙”(metaverse)的概念受到热捧，其中meta意为超越，verse意为宇宙，即“超越宇宙”的概念：一个与现实世界平行运行的虚拟世界，人们可以在其中社交和工作。全球科技巨头谷歌、脸书、微软等公司纷纷布局元宇宙，并号称元宇宙将是互联网发展的下一个阶段，它代表着人类对未来科技发展和生活的美好愿景。增强现实(AugmentedReality，AR)技术作为元宇宙的关键技术，近年来已经取得了很多的技术积累，谷歌眼镜、微软HoloLens和华为VR Glass等新型显示器在教育、医疗、游戏娱乐等领域均得到了广泛的应用。

增强现实技术在教育、医疗、游戏娱乐等领域越来越被广泛应用。波导式增强现实技术因为其体积较小、轻便、出瞳可扩展等方面的优势，成为目前被广泛采用的增强现实显示系统技术方案。而波导耦合器件作为其中最关键的光学元件直接决定了波导显示系统的显示效果。液晶偏振体光栅(PVG)作为一种新型的波导耦合器件，因为其较大的角度响应带宽、高效率、低散射、高透光率、低噪音以及制备工艺简单的特点，最近也引起了相关领域研究人员的关注。

传统的基于PVG的双层波导显示片如图1所示(Yin K,Lin H Y,Wu S T.Chirpedpolarization volume grating for wide FOV and high efficiency waveguide-basedAR displays[J].Journal of the Society for Information Display,2020,28(4).)，传统的方法是将入耦合光栅2和出耦合光栅3分别制备在两块玻璃基板(4、5)上，再将制备有出、入耦合光栅的玻璃基板贴在第三块玻璃基板1上，传统方法的缺点是因为当光线在波导(玻璃基板)中全内反射传输时，全内反射可能发生在或接近于到黏贴处的边缘(edge)处，导致光能在边缘处的漏光和散射，从而使成像均匀性较差和清晰度降低。而且，这种方法需要两层三片玻璃，这不仅提高了制备成本，同时也使使波导的厚度和重量大大增加，不符合AR显示设备对轻便性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于液晶偏振体光栅的单层波导显示片及其制备方法，玻璃基板由两片减少为一片，使波导的厚度和重量大大减小，提高了轻便性，同时很好地解决了玻璃边缘处漏光散射和厚度过大的问题，提高了光能传输效率。

本发明提供如下技术方案：

一种基于液晶偏振体光栅(PVG)的单层波导显示片，所述单层波导显示片包括单层玻璃基板、直接布设在单层玻璃基板同侧的入耦合光栅和出耦合光栅，入耦合光栅将光束耦合进入光波导，并使光束在光波导中发生内全反射传输至出耦合光栅，在出耦合光栅处耦合出射，射入人眼。

本发明还提供了一种基于液晶偏振体光栅(PVG)的单层波导显示片的制备方法包括：在单层玻璃基板上先旋涂光取向膜，在涂覆有光取向膜的玻璃基板的出耦合区域进行第一次曝光，之后将玻璃基板旋转180°，在入耦合区域进行第二次曝光，出耦合区域、入耦合区域的曝光先后顺序可以调换。在所述两次曝光完之后的基板上继续旋涂液晶聚合物，将液晶聚合物放在紫外灯下固化后，即在出、入耦合区域分别形成出、入耦合PVG，此时即可得到基于液晶偏振体光栅的单层波导显示片。