CN112987179A - 波导制备方法、波导及增强现实显示装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种波导制备方法、波导及增强现实显示装置。所述波导制备方法包括：提供波导基板，所述波导基板的表面具有至少一个凹陷部；在所述凹陷部内形成光栅；以及将保护基板固定于所述波导基板，所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅。本申请的波导制备方法制备出来的波导中的光栅收容于凹陷部内，不容易受到挤压而损坏。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种波导制备方法、波导及增强现实显示装置。
背景技术
随着技术的发展，增强现实(Augmented Reality，AR)显示装置，比如AR眼镜，既能看到外部真实的世界也需要看到虚拟的图像。真实场景和虚拟信息融合为一体，相互补强，相互“增强”。然，增强现实显示装置中波导上的光栅往往会被损坏，从而影响增强现实显示装置的寿命。
发明内容
本申请第一方面提供了一种波导制备方法，所述波导制备方法包括：
提供波导基板，所述波导基板的表面具有至少一个凹陷部；
在所述凹陷部内形成光栅；以及
将保护基板固定于所述波导基板，所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅。
本申请第二方面提供一种波导，所述波导包括：
波导基板，所述波导基板的表面具有至少一个凹陷部；
光栅，所述光栅设置于所述凹陷部内；
粘结件；
保护基板，所述保护基板通过所述粘结件与所述波导基板固定，且所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅。
本申请第三方面还提供一种增强现实显示装置，所述增强现实显示装置包括如第二方面所述的波导。
相较于相关技术，本申请提供的波导制备方法通过在波导基板的表面形成凹陷部，在所述凹陷部内形成光栅，因此，所述光栅的至少部分收容于所述凹陷部内，所述光栅可受到所述凹陷部的保护。当所述保护基板受力的情况下，所述光栅发生倒伏、坍塌及变形的几率减小，从而使得制备出来的具有光栅的波导基板的性能较好。当具有所述光栅的波导应用于增强现实显示装置中时，可避免所述保护基板受到的外界压力传导至所述光栅导致的增强现实显示装置显示异常，进而延长所述增强现实显示装置的寿命。另外，由于所述光栅设置于所述凹陷部内，在所述光栅的厚度及所述波导基板的厚度一定的情况下，可使得具有所述光栅的波导基板的厚度较薄。此外，由于在所述波导基板上设置了所述凹陷部，因此，相较于不设置凹陷部而直接在所述波导基板的表面上设置光栅的情况而言，本申请具有光栅的波导基板的质量较轻。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的波导制备方法的流程图。
图2为一实施方式图1中S110所包括的步骤示意图。
图3为S111对应的结构示意图。
图4为S112对应的结构示意图。
图5为S130对应的结构示意图。
图6为一实施方式中S130所包括的步骤S131的具体流程图。
图7为S150所包括的流程示意图。
图8为S151对应的结构示意图。
图9为S152对应的结构示意图。
图10为本申请另一实施方式提供的波导制备方法的流程图。
图11为S170对应的结构示意图。
图12为本申请另一实施方式提供的波导制备方法的流程图。
图13为经过S140之后对应的结构示意图。
图14为本申请实施方式提供的波导10制备方法的流程图对应的最终结构图。
图15为本申请又一实施方式提供的波导制备方法的流程图。
图16为本申请一实施方式提供的波导的示意图。
图17为本申请另一实施方式提供的波导的示意图。
图18为本申请又一实施方式提供的波导的示意图。
图19为本申请再一实施方式提供的波导的示意图。
图20为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在本文中提及“实施例”或“实施方式”意味着，结合实施例或实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请中出现的术语“第一”、“第二”仅仅用于描述的目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，图1为本申请一实施方式提供的波导制备方法的流程图。所述波导制备方法包括但不仅限于包括S110、S130、及S150；S110、S130、及S150详细介绍如下。
S110、提供波导基板110，所述波导基板110的表面111具有至少一个凹陷部113。
所述波导基板110的材料主要为丙烯酸酯体系的有机材料、玻璃，所述波导基板110的厚度可以为0.7mm或者，0.7mm左右。所述波导基板110的折射率的范围为1.7-2.0。
所谓波导基板110，也称为波导、光波导、介质光波导、或波导片，是引导光线在其中传播的介质。光波导通常包括两大类：一类是集成光波导，包括平面(薄膜)介质光波导和条形介质光波导，它们通常都是光电集成器件(或系统)中的一部分，所以叫作集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常称为光纤(光学纤维)。通常情况下，波导由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光线(光频电磁波)的导行结构。光线在波导内传输时，会在光波导110内发生全反射，使得光线被限制在波导内传播。
当所述光波导被应用在增强现实(Augmented Reality，AR)显示装置中时，光波导方案包含几何光波导方案与衍射光波导。衍射光波导又可分为全息衍射光波导与浮雕衍射光波导。浮雕衍射光波导方案具有体积小、轻薄及易于佩戴的优点，将成为未来增强现实显示装置1的主流方案之一。
从结构上，光波导10方案分为单色方案及彩色方案，单色方案一般采用单片波导基板110，而彩色通常会采用2片或3片波导基板110实现彩色，换而言之，波导基板110上面通常包含2-3个衍射光栅实现光线的耦入、转折及耦出。在本实施方式的示意图中，以所述波导基板110上设置2个光栅120为例进行示意。
所述凹陷部113，所述凹陷部113的底壁低于所述表面111，因此，所述凹陷部113也可称为凹槽、镂空部。
在一实施方式中，请参阅图2，图2为一实施方式图1中S110所包括的步骤示意图。所述S110包括S111及S112，S111及S112详细描述如下。
S111，提供波导基板110，在所述波导基板110的表面111涂覆光刻胶510。请参阅图3，图3为S111对应的结构示意图。
S112，对所述预设区域的光刻胶进行曝光、显影及蚀刻工艺，以形成所述波导基板110，且在所述预设区域处形成所述凹陷部113。请参阅图4，图4为S112对应的结构示意图。在本实施方式的示意图总，以所述凹陷部113的数目为两个为例进行示意。
S130、在所述凹陷部113内形成光栅120。请参阅图5，图5为S130对应的结构示意图。为了方便示意光栅120的结构，在本实施方式的示意图中，以截面图为例进行示意。
在一实施方式中，请参阅图6，图6为一实施方式中S130所包括的步骤S131的具体流程图。
S130具体包括：S131，压印所述凹陷部113的底壁，以在所述凹陷部113内形成所述光栅120。
具体地，在一实施方式中，可采用纳米压印技术在所述凹陷部113的底壁上形成浮雕光栅120。所述光栅120可以为但不仅限于为用作所述增强现实显示装置1中的耦入光栅及耦出光栅。所述光栅120可以为一维光栅，光栅120的形貌可采用二元光栅、闪耀光栅、倾斜光栅或其他光栅。当所述光栅120为一维光栅时，所述光栅120的周期范围可以为：200-500nm，所述光栅120的占空比可以为：0.2-0.8。如果采用二维光栅设计方案，当所述光栅120为耦出光栅时，则采用二维光栅，采用柱状、菱形或者其他结构，周期约：200-500nm，高度：50nm-1um。
通常情况下，所述光栅120的高度小于或等于所述凹陷部113的深度。可以理解地，在其他实施方式中，所述光栅120的高度大于所述凹陷部113的深度。在本实施方式的示意图中，以所述光栅120的高度小于所述凹陷部113的深度为例进行示意。
S150、将保护基板140固定于所述波导基板110，所述保护基板140对应所述凹陷部113设置且覆盖所述光栅120。
具体地，在一实施方式中，S150包括但不仅限于包括S151及S152；S151及S152详细介绍如下。请参阅图7，图7为S150所包括的流程示意图。
S151，将粘结件130设置于所述波导基板110的所述表面111，且环绕所述凹陷部113。请参阅图8，图8为S151对应的结构示意图。
所述粘结件130可以为但不仅限于为压敏胶(Pressure Sensitive Adhesive，PSA)或紫外固化胶、热固化胶、有机树脂等。
在本实施方式中，所述粘结件130设置于所述保护基板140的所述表面111的边缘，所述粘结件130的宽度(即，波导基板110及保护基板140边缘叠合的宽度)为1um-100um,粘结件130的高度为30um-500um。所述粘结件130的宽度及高度的选择，可使得所述粘结件130能够将波导基板110和保护基板140牢固地粘结在一起，且使得波导基板110和保护基板140之间粘结的面积较小，以避免所述粘结件130对经由所述保护基板140入射至所述光栅120的光线造成过多遮挡。
S152，将所述保护基板140的边缘部141通过所述粘结件130固定于所述波导基板110上，所述保护基板140的主体部142覆盖所述凹陷部113，且所述主体部142与所述波导基板110间隔设置，其中，所述边缘部141与所述主体部142相连。请参阅图9，图9为S152对应的结构示意图。
在本实施方式中，所述边缘部141环绕在所述主体部142的外周侧，且所述边缘部141及所述主体部142为一体结构。所述边缘部141的宽度略大于或等于粘结件130的宽度。所述边缘部141的设置，可使得波导基板110和保护基板140之间粘结的面积较小，以避免所述粘结件130对经由所述保护基板140入射至所述光栅120的光线造成过多遮挡。
在本实施方式中，所述主体部142与所述波导基板110之间间隔设置。换而言之，所述主体部142与所述波导基板110之间具有间隙。当用户按压到所述保护基板140的主体部142时，由于所述主体部142与所述波导基板110之间具有间隙，从而给了所述主体部142变形的空间，减小甚至避免将所述光栅120压坏。
相较于相关技术，本申请提供的波导10制备方法通过在波导基板110的表面111形成凹陷部113，在所述凹陷部113内形成光栅120，因此，所述光栅120的至少部分收容于所述凹陷部113内，所述光栅120可受到所述凹陷部113的保护。当所述保护基板140受力的情况下，所述光栅120发生倒伏、坍塌及变形的几率减小，从而使得制备出来的具有光栅120的波导基板110的性能较好。当具有所述光栅120的波导10应用于增强现实显示装置1中时，可避免所述保护基板140受到的外界压力传导至所述光栅120导致的增强现实显示装置1显示异常，进而延长所述增强现实显示装置1的寿命。另外，由于所述光栅120设置于所述凹陷部113内，在所述光栅120的厚度及所述波导基板110的厚度一定的情况下，可使得具有所述光栅120的波导基板110的厚度较薄。此外，由于在所述波导基板110上设置了所述凹陷部113，因此，相较于不设置凹陷部113而直接在所述波导基板110的表面111上设置光栅120的情况而言，本申请具有光栅120的波导基板110的质量较轻。
请参阅图10，图10为本申请另一实施方式提供的波导制备方法的流程图。所述波导10制备方法包括但不仅限于包括S110、S130、S150及S170；其中，S110、S130及S150请参阅前面描述，在此不再赘述，S170详细介绍如下。
S110、提供波导基板110，所述波导基板110的表面111具有至少一个凹陷部113。
S130、在所述凹陷部113内形成光栅120。
S150、将保护基板140固定于所述波导基板110，所述保护基板140对应所述凹陷部113设置且覆盖所述光栅120。
S170、在所述波导基板110的侧面112形成遮光层150，其中，所述侧面112与所述表面111相连。请参阅图11，图11为S170对应的结构示意图。
所述遮光层150可以为但不仅限于为遮光油墨，遮光树脂等。所述遮光层150可防止环境光进入波导基板110中形成鬼影等异常现象，导致显示干扰。
请参阅图12，图12为本申请另一实施方式提供的波导制备方法的流程图。所述波导10制备方法包括但不仅限于包括S110、S130、S140、S150及S170；其中，S110、S130、S150及S170请参阅前面描述，在此不再赘述，S140位于S130及S150之间，S140详细介绍如下。
S140，在所述光栅120的表面111形成光学功能层160。
所述光学功能层160可以为但不仅限于为反射层，所述光学功能层160的材料为Al、TiO2、Zr2O3或者HfO2材料，所述光学功能层160的厚度范围为：20nm-80nm。
请参阅图13及图14，图13为经过S140之后对应的结构示意图；图14为本申请实施方式提供的波导10制备方法的流程图对应的最终结构图。
可以理解地，请参阅图15，图15为本申请又一实施方式提供的波导制备方法的流程图。在本实施方式中，所述波导10制备方法包括S110、S130、S140、及S150，S110、S130、S140、及S150请参阅前面描述，在此不再赘述。
本申请实施方式还提供了一种波导10，所述波导10可以由前面任意实施方式介绍的波导10制备方法制备而成，所述波导10制备方法也可制备本申请提供的波导10的任意一种。接下来对本申请各个实施方式提供的波导10进行详细介绍。
请参阅图16，图16为本申请一实施方式提供的波导的示意图。所述波导10包括波导基板110、光栅120、粘结件130及保护基板140。所述波导基板110的表面111具有至少一个凹陷部113。所述光栅120设置于所述凹陷部113内。所述保护基板140通过所述粘结件130与所述波导基板110固定，且所述保护基板140对应所述凹陷部113设置且覆盖所述光栅120。
所述波导基板110、所述凹陷部113、所述光栅120、所述粘结件130及所述保护基板140请参阅前面描述，在此不再赘述。
相较于相关技术，本申请提供的波导10的波导基板110的表面111上具有凹陷部113，所述光栅120设置于所述凹陷部113内，所述光栅120可受到所述凹陷部113的保护。当所述保护基板140受力的情况下，所述光栅120发生倒伏、坍塌及变形的几率减小，从而使得具有光栅120的波导10的性能较好。当具有所述光栅120的波导10应用于增强现实显示装置1中时，可避免所述保护基板140受到的外界压力传导至所述光栅120导致的增强现实显示装置1显示异常，进而延长所述增强现实显示装置1的寿命。另外，由于所述光栅120设置于所述凹陷部113内，在所述光栅120的厚度及所述波导基板110的厚度一定的情况下，可使得具有所述光栅120的波导基板110的厚度较薄。此外，由于在所述波导基板110上设置了所述凹陷部113，因此，相较于不设置凹陷部113而直接在所述波导基板110的表面111上设置光栅120的情况而言，本申请具有光栅120的波导10的质量较轻。
具体地，在本实施方式中，所述保护基板140包括边缘部141及主体部142。所述边缘部141通过所述粘结件130固定于所述波导基板110。所述主体部142与所述边缘部141相连，所述主体部142至少部分覆盖所述凹陷部113，且所述主体部142与所述波导基板110间隔设置。
在本实施方式中，所述边缘部141环绕在所述主体部142的外周侧，且所述边缘部141及所述主体部142为一体结构。所述边缘部141的宽度略大于或等于粘结件130的宽度。所述边缘部141的设置，可使得波导基板110和保护基板140之间粘结的面积较小，以避免所述粘结件130对经由所述保护基板140入射至所述光栅120的光线造成过多遮挡。
请参阅图17，图17为本申请另一实施方式提供的波导的示意图。在本实施方式中，所述波导10包括波导基板110、光栅120、粘结件130及保护基板140。所述波导基板110、所述光栅120、所述粘结件130及所述保护基板140请参阅前面描述在此不再赘述。此外，在本实施方式中，所述波导10还包括遮光层150。所述遮光层150设置于所述波导基板110的侧面112，其中，所述侧面112与所述表面111相连。
所述遮光层150请参阅前面波导10制备方法中的描述，在此不再赘述。
请参阅图18，图18为本申请又一实施方式提供的波导的示意图。在本实施方式中，所述波导10包括波导基板110、光栅120、粘结件130、保护基板140、遮光层150及功能层160。所述波导基板110、所述光栅120、所述粘结件130、所述保护基板140、所述遮光层150请参阅前面描述，在此不再赘述。所述功能层160设置于所述光栅120的表面111。所述功能层160请参阅前面波导10制备方法中的描述，在此不再赘述。
请参阅图19，图19为本申请再一实施方式提供的波导的示意图。在本实施方式中，所述波导10包括波导基板110、光栅120、粘结件130、保护基板140及功能层160。所述波导基板110、所述光栅120、所述粘结件130、所述保护基板140及所述功能层160请参阅前面描述，在此不再赘述。
本申请实施方式还提供了一种增强现实显示装置1。请参阅图20，图20为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。所述增强现实显示装置1包括前面任意实施方所述的波导10。
所述增强现实显示装置1可以为AR眼镜，也可以应用在汽车等具有挡风玻璃的设备上。在本实施方式的示意图中，以所述增强显示显示装置1为AR眼镜为例进行示意。
在本实施方式中，增强现实显示装置1包括佩戴框30。所述佩戴框30具有间隔设置的两个视窗区310，所述两个视窗区310的至少一个视窗区310设置有具有所述光栅120的所述波导10。
当所述两个视窗区310中的一个视窗区310设置有具有所述光栅120的所述波导10时，所述一个视窗区310可使人眼看到虚拟影像，而增强显示显示装置中的耦入光栅本身又可以透过环境光线，从而使得一个视窗区310可实现增强现实的效果。当两个视窗区310均设置有耦出光栅时，所述两个视窗区310可实现增强现实的效果。在本实施方式的示意图中以所述两个视窗区310均设置有具有所述光栅120的波导10为例进行示意。在本实施方式中，当光栅120为耦入光栅时，标记为120a；当光栅120为耦出光栅时，标记为120b。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (11)
1.一种波导制备方法，其特征在于，所述波导制备方法包括：
提供波导基板，所述波导基板的表面具有至少一个凹陷部；
在所述凹陷部内形成光栅；以及
将保护基板固定于所述波导基板，所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅。
2.如权利要求1所述的波导制备方法，其特征在于，所述将保护基板固定于所述波导基板，所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅，包括：
将粘结件设置于所述波导基板的所述表面，且环绕所述凹陷部；
将所述保护基板的边缘部通过所述粘结件固定于所述波导基板上，所述保护基板的主体部覆盖所述凹陷部，且所述主体部与所述波导基板间隔设置，其中，所述边缘部与所述主体部相连。
3.如权利要求2所述的波导制备方法，其特征在于，在所述将保护基板固定于所述波导基板，所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅之后，所述波导制备方法还包括：
在所述波导基板的侧面形成遮光层，其中，所述侧面与所述表面相连。
4.如权利要求1所述的波导制备方法，其特征在于，所述提供波导基板，所述波导基板的表面具有至少一个凹陷部，包括：
提供波导基板，在所述波导基板的表面上涂覆光刻胶；以及
对所述预设区域的光刻胶进行曝光、显影及蚀刻工艺，以形成所述波导基板，且在所述预设区域处形成所述凹陷部。
5.如权利要求1所述的波导制备方法，其特征在于，所述在所述凹陷部内形成光栅，包括：
压印所述凹陷部的底壁，以在所述凹陷部内形成所述光栅。
6.如权利要求1所述的波导制备方法，其特征在于，在所述凹陷部内形成光栅；及所述将保护基板固定于所述波导基板，所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅之间，所述波导制备方法还包括：
在所述光栅的表面形成光学功能层。
7.一种波导，其特征在于，所述波导包括：
波导基板，所述波导基板的表面具有至少一个凹陷部；
光栅，所述光栅设置于所述凹陷部内；
粘结件；
保护基板，所述保护基板通过所述粘结件与所述波导基板固定，且所述保护基板对应所述凹陷部设置且覆盖所述光栅。
8.如权利要求7所述的波导，其特征在于，所述保护基板包括：
边缘部，所述边缘部通过所述粘结件固定于所述波导基板；以及
主体部，所述主体部与所述边缘部相连，所述主体部至少部分覆盖所述凹陷部，且所述主体部与所述波导基板间隔设置。
9.如权利要求8所述的波导，其特征在于，所述波导还包括：
遮光层，所述遮光层设置于所述波导基板的侧面，其中，所述侧面与所述表面相连。
10.如权利要求7所述的波导，其特征在于，所述波导还包括：
功能层，所述功能层设置于所述光栅的表面。
11.一种增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置包括如权利要求7-10任意一项所述的波导。
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