[发明专利]衍射光波导及其光栅结构以及显示设备

说明书

本申请公开了一种衍射光波导、光栅结构和显示设备。光栅结构的栅线的排布周期为T并具有顶端窄、底端宽的截面轮廓，该截面轮廓包括5个特征点，其在截面中具有坐标(0,0)、(L2,H2)、(L3,H3)、(L4,H4)、(L5,0)，并满足：0.2T≤L2L3L4≤L5≤T；L3≤0.8T；L3‑L2≥0.1T；L4≥0.8T；0≤H2≤λ；0.2λ≤H3≤λ；0.6λ≤H4≤1.8λ；max(H2,H3)≤H4；‑0.6λ≤H3‑H2≤0.6λ；0.6λ≤H3+H2≤1.8λ；0.5λ/T≤H3/L3≤2λ/T，λ为波长。根据本发明实施例，通过控制特征点参数实现截面轮廓调节，显著提升光学效果并增加设计和调控自由度。

技术领域

本发明涉及基于衍射的显示技术，特别是用于显示的衍射光波导、光栅结构及具有衍射光波导的显示设备。

背景技术

随着科学技术的发展，AR(Augmented Reality)增强现实技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众。衍射光波导是目前实现AR显示的一个主流方案，其中在波导基底上设置有波导光栅，波导光栅包括耦入光栅和耦出光栅。耦入光栅将载有图像信息的入射光耦入波导基底中。耦出光栅一边对载有图像信息的光进行传播和扩展，一边将光从波导基底中耦出，形成耦出光场。眼睛接收耦出光场的光，从而可以例如观察到入射光所载图像。

然而，基于衍射光波导的图像显示存在亮度不足、均匀性偏差的问题。用于衍射光波导的耦入光栅结构的对此有显著影响。现有的衍射光波导中耦入光栅通常采用两种光栅结构，即矩形光栅和闪耀光栅。矩形光栅的光耦合效率总体偏低，获得的光场在视场范围内均匀性差；闪耀光栅的光耦合效率和均匀性相对于矩形光栅都能够实现较大提升，但是仍然不足以解决基于衍射光波导的图像显示的问题。特别是闪耀光栅在光耦合效率上存在的极限。此外，目前已有的波导光栅特别是耦入光栅的设计方案具有自由度不高、光耦合效率较低、均匀性难以控制、设计产品加工难度大等诸多缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于显示的衍射光波导、光栅结构及具有衍射光波导的显示设备，以至少部分地克服了现有技术中的不足。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于显示的衍射光波导，包括波导基板和设置在所述波导基板上的耦入光栅，所述耦入光栅用于将光束耦合到所述波导基板中以使之通过全内反射在所述波导基板中传播，其包括光栅结构，所述光栅结构其包括布置在一平面中的多条栅线，所述多条栅线在所述平面中沿第一方向以周期T排列并沿垂直于第一方向的第二方向延伸，其中，

所述多条栅线中的至少部分栅线各自在垂直于第二方向的横截面中具有顶端窄、底端宽的截面轮廓，所述截面轮廓包括沿所述第一方向依次出现的5个特征点，即第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点和第五特征点，所述特征点为所述截面轮廓的曲率极大值所在点；

在以第一特征点为原点，以第一方向为第一坐标轴L，并且以垂直于所述平面的方向为第二坐标轴H的坐标系中，第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点和第五特征点分别具有坐标(0, 0)、(L2, H2)、(L3, H3)、(L4, H4) 和(L5, 0)，并且满足以下关系：

0.2T≤L2L3L4≤L5≤T；

L3≤0.8T；L3-L2≥0.1T；L4≥0.8T；

0≤H2≤λ；0.2λ≤H3≤λ；0.6λ≤H4≤1.8λ；

max(H2, H3)≤H4；

-0.6λ≤H3-H2≤0.6λ；0.6λ≤H3+H2≤1.8λ；以及

0.5λ/T≤H3/L3≤2λ/T，其中λ为光栅结构的工作波长。

优选地，所述光栅结构还满足以下关系：

L4≥0.9T；