CN114924413A - 光波导结构、光波导结构的制备方法及头戴显示设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种光波导结构、光波导结构的制备方法及头戴显示设备；其中，所述光波导结构包括层叠设置的至少一层光波导层，所述光波导层的材质为高分子材料，所述光波导层上设置有光栅结构；所述光波导层上覆盖有填充胶层，或者各个所述光波导层之间通过所述填充胶层胶合；所述光栅结构位于所述填充胶层之内；所述光栅结构的折射率大于所述填充胶层的折射率。
Description
技术领域
本公开实施例涉及光学系统技术领域，更具体地，本公开实施例涉及一种光波导结构、光波导结构的制备方及头戴显示设备。
背景技术
目前，光波导的主要形式包括几何光波导、表面浮雕光栅光波导以及全息光波导。上述形式的光波导大多都采用玻璃作为波导层和保护层的制作材料，而这导致整个光波导在重量上比较重，重量难以降低，这就会影响到形成的例如AR显示光学模组的重量，从而影响用户的使用体验感。
而且，现有光波导的制备方案都是先压印、再切割、最后叠合。因此，对叠合精度的要求很大，且一片一片进行叠合，这样极大地降低了叠合的速度，从而导致光波导的生产效率偏低。此外，现有的光波导在叠合之后，保护层与波导层之间通常存在空气间隙，这导致波导层上的光栅结构受保护的程度有限，进而造成整个光波导耐撞击的能力下降。
发明内容
本申请的目的在于提供一种光波导结构、光波导结构的制备方及头戴显示设备的新技术方案。
第一方面，本申请提供了一种光波导结构，所述光波导结构包括：
层叠设置的至少一层光波导层，所述光波导层的材质为高分子材料，所述光波导层上设置有光栅结构；
所述光波导层上覆盖有填充胶层，或者各个所述光波导层之间通过所述填充胶层胶合；
所述光栅结构位于所述填充胶层之内；
所述光栅结构的折射率大于所述填充胶层的折射率。
可选地，所述光波导层与所述光栅结构的折射率相匹配。
可选地，所述光波导结构还包括保护层，所述保护层的材质为高分子材料；
所述保护层覆盖在最上层的所述光波导层之上，所述保护层与最上层的所述光波导层之间通过所述填充胶层胶合。
可选地，所述光波导层的折射率大于所述保护层的折射率。
可选地，所述保护层具有第一表面和第二表面；
所述第一表面与所述填充胶层胶合，且所述第一表面设置为平面；
所述第二表面背离所述填充胶层，所述第二表面设置为平面、凹面和凸面中的任意一种。
可选地，所述光波导层上具有光入射区域和光出射区域；
所述光栅结构包括第一衍射光栅和第二衍射光栅；
所述第一衍射光栅设置于所述光入射区域，所述第一衍射光栅用于将入射光射入所述光波导层内，并在所述光波导层中传输；
所述第二衍射光栅设置于所述光出射区域，所述第二衍射光栅用于接收所述入射光，并将其射出。
可选地，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅中的至少一个为二元光栅、倾斜光栅、闪耀光栅、二维光栅和梯形光栅中的至少一种。
第二方面，本申请提供了一种如上所述的光波导结构的制备方法，该制备方法包括：
提供高分子材料制成至少一层光波导层；
在所述光波导层的一表面上形成压印层；
压印所述压印层，以在所述压印层上形成光栅结构；及
在所述光波导层上形成覆盖所述光栅结构的填充胶层，其中，所述光栅结构的折射率大于所述填充胶层的折射率。
可选地，所述制备方法还包括：
提供一高分子材料制成的保护层；
在所述保护层的一表面上涂覆低折射率的UV胶，所述低折射率的UV 胶的折射率小于所述光栅结构的折射率；
将所述光栅结构压印在所述低折射率UV胶内，待所述低折射率UV 胶固化之后，在所述保护层与所述光波导层之间形成所述填充胶层。
可选地，所述制备方法还包括：
在所述光波导层形成有所述光栅结构的表面上涂覆低折射率UV胶，所述低折射率的UV胶的折射率小于所述光栅结构的折射率，所述低折射率UV胶覆盖所述光栅结构；
提供一压平膜，用以对所述低折射率UV胶的表面进行匀压处理，其中，所述压平膜与所述低折射率UV胶相接触的表面具有抗粘层；
提供一高分子材料制成的保护层；及
将所述保护层压合在所述低折射率UV胶的表面上，待固化之后，在所述保护层与所述光波导层之间形成所述填充胶层。
可选地，所述光波导层包括多个光波导结构的晶圆，所述保护层包括多个保护结构的晶圆；
所述光波导结构的晶圆与所述保护结构的晶圆为一一对应设置；
在将所述保护层与所述光波导层胶合之前，将所述光波导结构的晶圆与所述保护结构的晶圆进行对位；
在将所述保护层与所述光波导层胶合之后，通过切割以获得多个独立的光波导结构。
第三方面，本申请提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括：
壳体；及
如上所述的光波导结构，所述光波导结构设置于所述壳体内。
根据本申请实施例，为显示光学模组提供了一种新的光波导结构设计方案，其中利用高分子材料制作其中的光波导层，这有助于减轻形成的光波导结构的整体重量，同时可以提升光波导结构的耐摔、耐碰撞性能，进而提高了光波导结构的使用安全性；而且，利用了低折射率的填充胶层包裹光波导层上的光栅结构，使得光栅结构的折射率与填充胶层的折射率存在差异，不仅能提高对光栅结构的保护效果，还能提升整个光波导结构的光学性能。
通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。
图1为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之一；
图2为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之二；
图3为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之三；
图4为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之四；
图5为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之五；
图6为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之六；
图7为本申请实施例提供的光波导结构的结构示意图之七；
图8为本申请实施例提供的光波导结构的制备方法流程图；
图9为本申请实施例1提供的光波导结构的制备方法流程图；
图10为本申请实施例2提供的光波导结构的制备方法流程图。
附图标记说明：
100、光波导层；110、光栅结构；111、第一衍射光栅；112、第二衍射光栅；200、填充胶层；300、保护层；310、第一表面；320、第二表面。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在AR(Augmented Reality，增强现实)显示模组/系统中，通常采用光波导作为核心的光学元件。光线可以在光波导内部依据全反射原理进行传输。其中，在光波导的表面设置有衍射光栅，衍射光栅可用于将光线耦合进入光波导内部，再将光线耦出光波导，进而显示成像。
本申请实施例提出的一种光波导结构，其可应用于近眼显示系统中。
如AR显示系统。进一步地，如AR头戴显示设备。
根据本申请的一个实施例，提供了一种光波导结构，如图1至图7所示，所述光波导结构包括有层叠设置的至少一层光波导层100，所述光波导层100的材质为高分子材料，所述光波导层100上设置有光栅结构110；
所述光波导层100上覆盖有填充胶层200，或者各个所述光波导层100 之间通过所述填充胶层200胶合；
所述光栅结构110位于所述填充胶层200之内；
所述光栅结构110的折射率大于所述填充胶层200的折射率。
需要说明的是，本申请的实施例中，光波导结构并不限于仅包括一层光波导层100，图1到图4仅示出的是一个例子。
本申请实施例提供的光波导结构也可以包括两层光波导层100，如图6 所示。
当然，本申请实施例提供的光波导结构还可以包括三层光波导层100，如图7所示。
也就是说，本申请实施例的光波导结构还可以包括两层或者两层以上的光波导层100，不同的光波导层100之间为依次层叠设置，相邻的两个光波导层100之间可通过填充胶层200胶合。
传统的光波导结构，其中的光波导层100通常采用如石英玻璃材料制作，这就导致形成的光波导结构的重量难以降低，而且玻璃材料受到冲击或者撞击之后容易产生破碎，导致整个光波导结构的强度和耐用性能均不佳。
本申请的实施例中，选择采用高分子材料来制作光波导层100。
由于高分子材料具有质量轻、耐冲击或者撞击性能较佳的特点，这不仅有助于降低形成的整个光波导结构的重量，还能够提升光波导结构的耐冲击或耐撞击性能，克服了现有相关技术中存在的缺陷问题。
例如，采用折射率为1.7的聚碳酸酯材料(Polycarbonate，PC材料，属于高分子材料)制作光波导层100，该聚碳酸酯材料的密度为 1.8g/cm3～1.20g/cm3。相比于传统的制作材料石英玻璃，石英石玻璃材料的密度为2.2g/cm3，这样，同体积的聚碳酸酯材料比石英玻璃材料在重量上可以轻大约45.5％，而且，聚碳酸酯材料的抗冲击性比石英玻璃材料要强，因此，安全性比石英玻璃材料更高。
本申请的实施例中，如图2所示，在光波导层100的表面上设置有光栅结构110，该光栅结构110为衍射光栅，其可用于将入射的光线耦合进入光波导层100内部，入射的光线在光波导层100内部进行传播，再将进入到光波导层100内部的入射光线进行耦出，以进行显示成像。
本申请的实施例中，如图1、图3至图7所示，在光波导层100上覆盖有填充胶层200，利用该填充胶层200完全包裹住光波导层100上设置的光栅结构110，这样，可以对光栅结构110起到良好的保护作用。当光波导结构受到冲击或者撞击时，就可以有效地保护光栅结构110。
如图6和图7所示，当光波导结构包括多层光波导层100时，相邻的两个光波导层100之间因具有填充胶层200，避免了相邻的两个光波导层 100之间形成空气间隔，从而可以对光栅结构110直接进行保护，极大提高了光波导结构的稳定性和耐用性。
本申请的实施例中，用于制作填充胶层200的胶水与用于制作光栅结构 110的胶水，二者存在折射率方面的不同，二者之间具体折射率差异。
具体地，光栅结构110的折射率设置为大于填充胶层200的折射率，这样，通过对光栅结构110的优化设计，以及光栅结构110和填充胶层200的折射率之间的折射率差值，可以实现对光波导结构的光学性能的优化。
例如，填充胶层200和光栅结构110均采用UV胶材料，光栅结构110的折射率大于填充胶层200的折射率。低折射率的填充胶层200相对于空气间隔而言，可以对光波导层100上的光栅结构110进行更好地保护，且能提升整个光波导结构的光学性能。
根据本申请实施例，为显示光学模组供了一种新的光波导结构设计方案，其中利用高分子材料来制作光波导层100，这有助于减轻形成的光波导结构的整体重量，同时可以提升光波导的耐摔、耐碰撞性能，进而提高了光波导结构的使用安全性；而且，还利用了低折射率的填充胶层200包裹光波导层100上的光栅结构110，使得光栅结构的折射率与填充胶层的折射率存在差异，该设计不仅能提高对光栅结构110的保护效果，还能提升整个光波导结构的光学性能。
在本申请的一些示例中，所述光波导层100与所述光栅结构110的折射率相匹配。
也就是说，本申请实施例的光波导结构中，光波导层100与其上设置的光栅结构110的折射率相同。
其中，光波导层100采用高分子材料制作，光波导层100可用于传输由光栅结构110衍射进入的特定级次的光信号。当光波导层100与光栅结构110的折射率设置为相匹配时，射入到光栅结构110内的入射光线能更好地、无折损的在光波导层100内进行传输，再经过光栅结构110射出。
需要说明的是，对于光波导层100和光栅结构110的折射率具体值可以根据光学显示模组的需要灵活设计，本申请实施例中在此不作具体限制。
在本申请的一些示例中，如图1、图3至图7所示，所述光波导结构100 还包括保护层300，所述保护层300的材质为高分子材料；所述保护层300 覆盖在最上层的所述光波导层100之上，所述保护层300与最上层的所述光波导层100之间通过所述填充胶层200胶合。
本申请实施例提供的光波导结构，其构架主要包括有：高分子材料制作的光波导层100、高分子材料制成的保护层300(Cover)、高折射率胶制成的光栅结构110以及低折射率胶制成的填充胶层200。
其中，光波导层100和保护层300二者均为高分子材料，这样，可以更加有效地降低整个光波导结构的重量。高分子材料的保护层300再配合填充胶层 200，就能更好地用于保护光波导层100上的光栅结构110，同时提高光波导结构的信赖性。
本申请实施例的光波导结构的衍射效率等光学性能可以由光栅结构110 的高折射率胶和填充胶层200的低折射率胶之间的折射率差决定。
此外，可以理解的是，如图1所示，当光波导结构仅包括一层光波导层 100时，保护层300通过填充胶层200与该层光波导层100胶合，保护层300 覆盖在该层光波导层100之上，保护层300和填充胶层200可共同保护光波导层100上的光栅结构110。此时，光波导层100与保护层300之间因具有填充胶层200而没有空气间隔，从而可以对光栅结构110进行更好地保护，极大提高了光波导结构的稳定性和耐用性。
如图6和图7所示，当光波导结构包括多个层叠设置的光波导层100时，相邻的两个光波导层100之间具有填充胶层200，此时，保护层300与位于最上层的光波导层100之间通过填充胶层200胶合。每一层光波导层100 上的光栅结构110均能得到良好的防护。
需要说明的是，当覆盖在光波导层100上的填充胶层200的强度较佳，即在固化之后足够坚硬时，且其高度尺寸设计的大于光栅结构110的高度尺寸时，可以省去保护层300。本领域技术人员可以根据具体的情况灵活调整是否在光波导结构内设置上述保护层300，本申请实施例中对此不作限制。
在本申请的一些示例中，所述光波导层100和所述保护层300的材质可以为聚碳酸酯材料(Polycarbonate，PC材料，属于高分子材料)。
在本申请的实施例中，光波导层100和保护层300的材质可以是相同的。当然，光波导层100和保护层300二者也可以设计为不同的高分子材料，本领域技术人员可以根据实际具体灵活选择，本申请实施例中对此不作限制。
光波导层100和保护层300的材质并不限于上述的聚碳酸酯材料，还可以为如PMMA材料等，只要是质量轻、强度高、耐冲击性好、透过率高的高分子材料，本申请实施例中对此不作限制。
此外，本申请实施例的光波导结构，其中的光栅结构110与保护层300 并非完全贴合在一起，二者之间应当存在一定的间隙。
在本申请的一些示例中，所述光波导层100的折射率大于所述保护层300的折射率。
例如，所述光波导层100和所述光栅结构110的折射率设置为1.7；所述填充胶层200的折射率设置为1.1；所述保护层300的折射率设置为1.5。
其中，可以选择折射率为1.5的聚碳酸酯材料作为保护层300，将其应用于光波导结构中同样具有轻便和安全的好处。
选择匹配光波导层100的折射率为1.7的UV胶(其是一种高折射率的 UV胶)作为光栅结构110的制作材料，填充胶层200可以选择折射率为1.1 的UV胶(其是一种低折射率的UV胶)制作，通过两种不同折射率的UV胶之间的折射率差的合理设计，可以实现衍射光波导结构的光学性能优化。
还需要说明的是，填充胶层200的折射率越低，且其与光栅结构110 的折射率之间的折射率差值越大，所形成的光波导结构的光学性能越佳。
例如，当填充胶层200的折射率与空气的折射率(折射率为1)接近时，可使得光波导结构的光学性能得到很好地优化，因此填充胶层200的折射率较为优选的是1.1。
在本申请的一些示例中，如图1、图3和图4所示，所述保护层300具有第一表面310和第二表面320；所述第一表面310可以与所述填充胶层 200胶合，所述第一表面310设置为平面；所述第二表面320背离所述填充胶层200，所述第二表面320可以设置为平面、凹面和凸面中的任意一种。
也就是说，高分材料制作的保护层300可以是平面结构，也可以是平凹结构，还可以是平凸结构，这样，可以适应不同的光焦度需求，扩大了光波导结构的适用范围。
此外，例如，如图5所示，光波导结构的光波导层100背离设置光栅结构 110的一表面可以设计为平面结构，也可以设计为凹面结构。
在本申请的一些示例中，如图2所示，所述光波导层100上具有光入射区域和光出射区域；所述光栅结构110包括第一衍射光栅111和第二衍射光栅112；所述第一衍射光栅111设置于所述光入射区域，所述第一衍射光栅111用于将入射光射入所述光波导层内，并在所述光波导层中传输；所述第二衍射光栅112设置于所述光出射区域，所述第二衍射光栅112用于接收所述入射光，并将其射出。
也就是说，光栅结构110包括两部分，一部分为第一衍射光栅111，另一部分为第二衍射光栅112，第一衍射光栅111可以为入射耦合器(IC)，可用于接收入射光线，第二衍射光栅112则可以为出射耦合器(OC)，可用于将在光波导层100中传输的光线耦出。
在本申请的实施例中，第一衍射光栅111和第二衍射光栅112的具体类型可以根据需要灵活选择。
在本申请的一些示例中，所述第一衍射光栅111和所述第二衍射光栅 112中的至少一个为二元光栅、倾斜光栅、闪耀光栅、二维光栅和梯形光栅中的至少一种。
根据本申请的另一个实施例，提供了一种光波导结构的制备方法，该制备方法可用于制作上述任一种光波导结构。
本申请实施例提供的光波导结构的制备方法，如图8至图10所示，该制备方法包括如下步骤：
步骤S1、提供高分子材料制成至少一层光波导层100。
其中，高分子材料制成的光波导层100如可以包括有多个高分子材料的光波导晶圆。
本申请的实施例中，光波导结构可以包括一层光波导层100，如图1 至图5所示。
当然，光波导结构还可以包括两层或者两层以上的光波导层100，不同的光波导层100为层叠设置，如图6和图7所示。
在传统的光波导结构中，光波导层100通常采用如石英玻璃材料制作，这就导致形成的光波导结构的重量难以降低(即重量较重)，而且玻璃材料在受到冲击或者撞击后容易产生破碎，导致光波导结构的强度和耐用性能均不佳。
而在本申请的实施例中，采用了高分子材料制作其中的光波导层100。由于高分子材料具有质量轻、耐冲击或者撞击性能较佳的特点，这不仅有助于降低形成的光波导结构的重量，还能够提升光波导结构的耐冲击或耐撞击性能。这就克服了现有相关技术中存在的缺陷问题。
例如，采用折射率为1.7的聚碳酸酯材料(Polycarbonate，PC材料，属于高分子材料)制作光波导层100，该聚碳酸酯材料的密度为 1.8g/cm3～1.20g/cm3。相比于传统的制作材料石英玻璃，石英石玻璃材料的密度为2.2g/cm3，这样，同体积的聚碳酸酯材料比石英玻璃材料在重量上可以轻大约45.5％；而且，聚碳酸酯材料的抗冲击性比石英玻璃材料要强，因此，安全性比石英玻璃材料更高。
需要说明的是，本申请实施例中的光波导层100并不限于采用上述的聚碳酸酯材料，还可以采用如PMMA材料等高分子材料制作，本申请实施例中对此不作限制。
步骤S2、如图9和图10，在所述光波导层100的一表面上形成压印层。
压印层如为形成在高分子材料的光波导层100上的一层高折射率UV 胶。
例如，该高折射率UV胶的折射率为1.7，其与高分子材料的光波导层 100的折射率设计为相同，此时，光波导层100的折射率为1.7。
在该步骤S2中，例如可以通过旋转涂匀胶的方式，在高分子材料的光波导层100的一表面上涂覆上述高折射率UV胶用以形成压印层。
步骤S3、压印所述压印层，以在所述压印层上形成光栅结构110。
经步骤S2，在高分子材料的光波导层100上已经形成了高折射率UV 胶，也即形成了压印层，在接下来的步骤S3中可以使用母模基于纳米压印技术在光波导层100上直接形成光栅结构110。
本申请的实施例中，在光波导层100的表面上形成有光栅结构110，该光栅结构110为衍射光栅，其可用于将入射光线耦合进入光波导层100之内，入射光线在光波导层100内部传播，之后再将进入到光波导层100内部的入射光线进行耦出，以进行显示成像。
可以理解的是，光栅结构110包括有第一衍射光栅111和第二衍射光栅112，分别接收射入的光线及将射入的光线进行射出。
步骤S4、在所述光波导层100上形成覆盖所述光栅结构110的填充胶层200，其中，所述光栅结构110的折射率大于所述填充胶层200的折射率。
在高分子材料的光波导层100上覆盖有至少一层填充胶层200，利用该填充胶层200完全包裹光波导层100上的光栅结构110，这样，可以对光栅结构110起到很好地保护作用。这样，当光波导结构受到冲击或者撞击时，可以有效地保护光栅结构110。
此外，当光波导结构包括多层光波导层100时，相邻的两个光波导层 100之间具有填充胶层200，这样，避免了相邻的两个光波导层100之间形成空气间隔，从而可以对光栅结构110直接进行保护，极大提高了光波导结构的稳定性和耐用性。
在该步骤S4中，例如，填充胶层200和光栅结构110均采用UV胶材料。
其中，填充胶层200为低折射率UV胶，其折射率如为1.1；光栅结构110 为高折射率UV胶，其折射率如为1.7；这样，二者之间的折射率差值较大。该设计能提升整个光波导结构的光学性能。
需要说明的是，本申请的实施例中，上述的高折射率UV胶指的是其折射率高于填充胶层200的折射率。
根据本申请实施例提供的光波导结构的制备方法，其中采用了先压印、再叠合，后切割的工艺，这与传统的制备步骤为先压印、再切割，后叠合的工艺顺序完全不同。
本申请实施例制备出的光波导结构，其构架可以降低衍射光栅光波导制备工艺中的叠合难度，提高了叠合效率，而且采用低折射率胶填充层200作为中间层，可以有效地保护光栅结构110，提高了光波导结构的稳定性。此外，高分子材料的光波导层100可以有效降低整个光波导结构的重量，提高光波导结构的安全性能。
本申请实施例提供的制备方法中，在光波导层100之上还覆盖有保护层300，光波导层100与保护层300之间可以通过填充胶层200胶合。可以通过两种不同的方案实现，在光波导层100上依次覆盖填充胶层200和保护层300，以下通过两个实施例进行说明。
实施例1
如图9所示，光波导结构的制备方法包括：
步骤910、提供高分子材料制成至少一层光波导层。
步骤920、在所述光波导层的一表面通过旋转涂匀胶的方式涂覆高折射率UV胶，用以在所述光波导层上形成压印层。
步骤930、使用母模基于纳米压印技术在光波导层上形成光栅结构。
步骤940、提供一高分子材料制成的保护层。
其中，该保护层的材料也为高分子材料。
例如，保护层为与光波导层相同的聚碳酸酯材料。
保护层的折射率低于光波导层的折射率。
该保护层的折射率如为1.5，光波导层的折射如为1.7。
其中，高分子材料制成的光波导层如可以包含多个光波导结构的高分子材料晶圆，后续可以通过切割形成多个独立的光波导。
步骤950、在所述保护层的一表面上涂覆低折射率的UV胶，所述低折射率的UV胶的折射率小于所述光栅结构的折射率。
该低折射率UV在经固化之后，就形成了上述的填充胶层，可用于胶合不同的光波导层，或者用于胶合光波导层与最上层的保护层，填充胶层还能够对光波导层上设置的光栅结构起到良好的保护作用。
在该步骤950中，可以通过旋转匀涂的方式将低折射率UV胶涂覆在保护层的一表面上，以在保护层上形成低折射率UV胶层。
步骤960、将所述光栅结构压印在所述低折射率UV胶内，待所述低折射率UV胶固化之后，在所述保护层与所述光波导层之间形成所述填充胶层。所述保护层与所述光波导层胶合。
低折射率UV胶在固化之前材质是柔软的。这样，可以将光波导层上固化好的光栅结构作为母版进行压印，光栅结构可轻松进入到保护层一表面上涂覆的低折射率UV胶之内，低折射率UV胶可以将该光栅结构完全包裹并保护起来。最后，将低折射率UV胶固化之后即可形成了填充胶层。
其中，填充胶层的折射率低于光栅结构的折射率，基于二者折射率方面的差异，就可以优化光波导结构的光学性能。
实施例2
如图10所示，光波导结构的制备方法包括：
步骤1010、提供高分子材料制成至少一层光波导层。
步骤1020、在所述光波导层的一表面通过旋转涂匀胶的方式涂覆高折射率UV胶，用以在所述光波导层上形成压印层。
在该步骤1020中可以先不对涂覆的高折射率UV胶进行固化处理。
步骤1030、使用母模基于纳米压印技术在光波导层上形成光栅结构。
步骤1040、在所述光波导层形成有所述光栅结构的表面上涂覆低折射率UV胶，所述低折射率的UV胶的折射率小于所述光栅结构的折射率，所述低折射率UV胶覆盖所述光栅结构；
提供一压平膜，用以对所述低折射率UV胶的表面进行匀压处理，其中，所述压平膜与所述低折射率UV胶相接触的表面具有抗粘层。
若涂覆的低折射率UV胶不均匀、不平整，则可以利用一压平膜对填充胶进行匀压处理。
需要说明的是，该压平膜具有一抗粘层，将该抗粘层与低折射率UV 胶相接触，抗粘层能避免压平膜与低折射率UV胶合在一起。
当完成步骤1040之后，通过抗粘层就可以轻松将压平膜从低折射率 UV胶上进行剥离，从而不会影响低折射率UV胶分布的均匀性和平整性。
可以理解的是，在步骤1040中，若所涂覆的低折射率UV胶是比较均匀且平整，则可以省去其中的压平膜的处理步骤。
步骤1050、将所述保护层压合在所述低折射率UV胶的表面上，待固化之后，在所述保护层与所述光波导层之间形成所述填充胶层。所述保护层与所述光波导层胶合。
其中，保护层的材料也为高分子材料。
例如，保护层为与光波导层相同材料的聚碳酸酯材料。
保护层的折射率低于光波导层的折射率。
保护层的折射率如为1.5，光波导层的折射如为1.7。
其中，高分子材料制成的光波导层如可以包括有多个高分子材料的光波导晶圆。
在本申请的一些示例中，光波导层可以是包括多个光波导结构的晶圆，保护层可以是包括多个保护结构(cover)的晶圆；光波导结构与保护结构 cover)的晶圆为一一对应设置；在将所述保护层与所述光波导层胶合之前，只需将光波导结构的晶圆与保护结构的晶圆进行对位；在将所述保护层与所述光波导层胶合之后，通过切割以获得多个独立的光波导结构。
现有光波导的制备方案都是先压印、再切割、最后叠合。这对叠合精度的要求很大，且一片一片进行叠合，这样极大地降低了叠合的速度，从而导致光波导的生产效率偏低。
但是，本申请与传统的方案不同，其过程为：先压印、再叠合、最后进行切割。该步骤设计可以降低光波导制备工艺中的叠合难度，提高叠合效率，也可以适当降低对位精度。最终，表现为可以提升光波导结构的生产效率。
而且，由低折射率UV胶填充的填充胶层作为中间层，其可以有效保护光波导层100上的光栅结构110，提高光波导结构的信赖性。高分子材料的光波导层100和保护层300可以有效降低光波导结构的重量，提高光波导结构的安全性能。
第三方面，本申请提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括：
壳体；及
如上所述的光波导结构，所述光波导结构设置于所述壳体内。
本申请实施例提供的头戴显示设备可以为增强现实设备，即AR设备，例如AR头盔、AR眼镜等。
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (12)
1.一种光波导结构，其特征在于，包括：
层叠设置的至少一层光波导层(100)，所述光波导层(100)的材质为高分子材料，所述光波导层(100)上设置有光栅结构(110)；
所述光波导层(100)上覆盖有填充胶层(200)，或者各个所述光波导层(100)之间通过所述填充胶层(200)胶合；
所述光栅结构(110)位于所述填充胶层(200)之内；
所述光栅结构(110)的折射率大于所述填充胶层(200)的折射率。
2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导层(100)与所述光栅结构(110)的折射率相匹配。
3.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导结构还包括保护层(300)，所述保护层(300)的材质为高分子材料；
所述保护层(300)覆盖在最上层的所述光波导层(100)之上，所述保护层(300)与最上层的所述光波导层(100)之间通过所述填充胶层(200)胶合。
4.根据权利要求3所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导层(100)的折射率大于所述保护层(300)的折射率。
5.根据权利要求3所述的光波导结构，其特征在于，所述保护层(300)具有第一表面(310)和第二表面(320)；
所述第一表面(310)与所述填充胶层(200)胶合，且所述第一表面(310)设置为平面；
所述第二表面(320)背离所述填充胶层(200)，所述第二表面(320)设置为平面、凹面和凸面中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导层(100)上具有光入射区域和光出射区域；
所述光栅结构(110)包括第一衍射光栅(111)和第二衍射光栅(112)；
所述第一衍射光栅(111)设置于所述光入射区域，所述第一衍射光栅(111)用于将入射光射入所述光波导层(100)内，并在所述光波导层(100)中传输；
所述第二衍射光栅(112)设置于所述光出射区域，所述第二衍射光栅(112)用于接收所述入射光，并将其射出。
7.根据权利要求6所述的光波导结构，其特征在于，所述第一衍射光栅(111)和所述第二衍射光栅(112)中的至少一个为二元光栅、倾斜光栅、闪耀光栅、二维光栅和梯形光栅中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的光波导结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供高分子材料制成至少一层光波导层；
在所述光波导层的一表面上形成压印层；
压印所述压印层，以在所述压印层上形成光栅结构；及
在所述光波导层上形成覆盖所述光栅结构的填充胶层，其中，所述光栅结构的折射率大于所述填充胶层的折射率。
9.根据权利要求8所述的光波导结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
提供一高分子材料制成的保护层；
在所述保护层的一表面上涂覆低折射率的UV胶，所述低折射率的UV胶的折射率小于所述光栅结构的折射率；
将所述光栅结构压印在所述低折射率UV胶内，待所述低折射率UV胶固化之后，在所述保护层与所述光波导层之间形成所述填充胶层。
10.根据权利要求8所述的光波导结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述光波导层形成有所述光栅结构的表面上涂覆低折射率UV胶，所述低折射率的UV胶的折射率小于所述光栅结构的折射率，所述低折射率UV胶覆盖所述光栅结构；
提供一压平膜，用以对所述低折射率UV胶的表面进行匀压处理，其中，所述压平膜与所述低折射率UV胶相接触的表面具有抗粘层；
提供一高分子材料制成的保护层；及
将所述保护层压合在所述低折射率UV胶的表面上，待固化之后，在所述保护层与所述光波导层之间形成所述填充胶层。
11.根据权利要求9或10所述光波导结构的制备方法，其特征在于，所述光波导层包括多个光波导结构的晶圆，所述保护层包括多个保护结构的晶圆；
所述光波导结构的晶圆与所述保护结构的晶圆为一一对应设置；
在将所述保护层与所述光波导层胶合之前，将所述光波导结构的晶圆与所述保护结构的晶圆进行对位；
在将所述保护层与所述光波导层胶合之后，通过切割以获得多个独立的光波导结构。
12.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：
壳体；及
如权利要求1-7中任一项所述的光波导结构，所述光波导结构设置于所述壳体内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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