CN114967220B - Ar镜片、制备方法、ar眼镜及ar系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种AR镜片、制备方法、AR眼镜及AR系统，所述AR镜片的制备方法，包括：提供第一玻璃板和第二玻璃板；在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之间制作调光结构，所述调光结构包括第一电极层、第二电极层以及设置于第一电极层和第二电极层之间的液晶分子层，所述液晶分子层用于在所述第一电极层和所述第二电极层之间产生的电场作用下控制光线的透过率；在所述第一玻璃板的远离所述调光结构的一侧压印形成衍射波导微纳结构，或者在所述第二玻璃板的远离所述调光结构的一侧压印形成衍射波导微纳结构。本申请实施例制备AR镜片的方法能够节省材料和制作成本，使结构更加轻薄，工艺更加简单，有利于降低镜片重量，提升用户体验。

Description

AR镜片、制备方法、AR眼镜及AR系统

技术领域

本申请属于增强现实技术领域，具体涉及一种AR镜片、制备方法、AR眼镜及AR系统。

背景技术

当前，虚拟增强现实AR近眼显示光学模组中，主要存在以微软、谷歌为代表的光波导技术方向，也存在以歌尔、联想、耐德佳为代表的自由曲面技术方向。前者能够实现1.5mm厚度的镜片，更接近于传统眼镜，更加轻便。后者技术相对成熟，主要以微显示硅基OLED和自由曲面光学镜片（或器件）构成，结构简单，除镜片厚度大于6mm以上处于技术劣势外，在光效利用、可靠性、成本等方面，优势突出。然而，不论是光波导技术还是自由曲面技术，现有AR光学模组，均面临户外环境复杂，显示亮度不足的问题。为了解决这一技术问题，通常是在镜片表面粘贴具有调光特征的光学器件，例如，采用光致变色和电致变色的调光结构，调光结构可以改变光线的透过率，从而能够解决显示亮度不足的问题。但调光结构一般通过胶膜粘接在波导镜片上，不仅工艺复杂，还导致镜片整体厚度、重量增加。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，可以节省材料和制作成本，使结构更加轻薄，工艺更加简单。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种AR镜片的制备方法，包括：

提供第一玻璃板和第二玻璃板；

在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之间制作调光结构，所述调光结构包括第一电极层、第二电极层以及设置于第一电极层和第二电极层之间的液晶分子层，所述液晶分子层用于在所述第一电极层和所述第二电极层之间产生的电场作用下控制光线的透过率；以及

在所述第一玻璃板的远离所述调光结构的一侧压印形成衍射波导微纳结构，或者在所述第二玻璃板的远离所述调光结构的一侧压印形成衍射波导微纳结构。

在一些实施例中，所述在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之间制作调光结构的步骤包括：

在所述第一玻璃板的一侧形成第一电极层；

在所述第二玻璃板的一侧形成第二电极层；

在所述第一电极层的远离所述第一玻璃板的一侧形成第一取向层；

在所述第二电极层的远离所述第二玻璃板的一侧形成第二取向层，所述第二取向层和所述第一取向层的取向相互垂直；

在所述第一取向层的远离所述第一电极层的一侧滴注液晶分子，形成液晶分子层；以及

将所述第一玻璃板的设有所述液晶分子层的一侧与所述第二玻璃板的具有所述第二电极层的一侧对盒设置，以形成调光结构。

在一些实施例中，在形成衍射波导微纳结构的步骤之前，所述方法还包括对所述第一玻璃板和/或所述第二玻璃板进行减薄处理的步骤。

在一些实施例中，在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之间制作调光结构的步骤之前，所述方法还包括在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板上制作柔性基底的步骤。

在一些实施例中，在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板上制作柔性基底的步骤包括：

在所述第一玻璃板的一侧制作第一柔性薄膜；以及

在所述第二玻璃板的一侧制作第二柔性薄膜，所述调光结构被制作在所述第一柔性薄膜和所述第二柔性薄膜之间。

在一些实施例中，在形成衍射波导微纳结构的步骤之后，所述方法还包括去除所述第一玻璃板和所述第二玻璃板中未形成衍射波导微纳结构的一个的步骤。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种AR镜片，包括：

第一玻璃板；

第二玻璃板，与所述第一玻璃板相对设置；

调光结构，形成在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之间；以及

衍射波导微纳结构，形成在所述第一玻璃板的远离所述调光结构的一侧。

在一些实施例中，所述AR镜片还包括：

第一柔性薄膜，形成在所述第一玻璃板的一侧；

第二柔性薄膜，形成在所示第二玻璃板的一侧并与所述第一柔性薄膜相对设置；

所述调光结构形成在所述第一柔性薄膜和所述第二柔性薄膜之间，所述第二玻璃板在所述第一玻璃板的背面形成衍射波导微纳结构之后剥离去除。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种AR眼镜，包括前述实施例中任一项实施例所述的AR镜片。

根据本申请实施例的第四方面，提供一种AR系统，包括：

前述实施例中任一项实施例所述的AR眼镜；以及

电子设备，所述电子设备适于向所述AR眼镜传输三维图像或视频数据。

本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本申请实施例的AR镜片，其衍射波导微纳结构直接制备在调光结构的玻璃基底表面，相比于现有将调光器件集成到光学镜片的工艺，省去了至少一层玻璃和粘接调光器件和光学镜片的胶膜，使得镜片结构更加轻薄，工艺更加简单，从而利用本申请实施例制备AR镜片的方法能够节省材料和制作成本，同时，有利于降低镜片重量，提升用户体验。

附图说明

图1是相关技术中一种AR镜片的结构示意图；

图2-图5是本申请一示例性实施例中一种AR镜片的制备过程；

图6-图10是本申请另一示例性实施例中一种AR镜片的制备过程；

图中，10、第一玻璃板；20、第二玻璃板；30、调光结构；31、第一电极层；32、第二电极层；33、液晶分子层；34、第一取向层；35、第二取向层；40、衍射波导微纳结构；50、第一柔性薄膜；60、第二柔性薄膜。

具体实施方式

在虚拟增强现实AR近眼显示光学模组中，均面临户外环境复杂，显示亮度不足的问题。现有技术中，将调光器件1集成到光学镜片2，可以改善上述问题，但在光学镜片表面集成调光器件涉及胶粘工艺，如图1所示，利用胶膜3将调光器件1粘接到光学镜片2上，不仅工艺复杂，而且导致镜片整体厚度、重量增加。

基于此，申请人提出本申请，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

本申请实施例的第一方面，提供一种AR镜片的制备方法，包括：提供第一玻璃板10和第二玻璃板20；在第一玻璃板10和第二玻璃板20之间制作调光结构30，调光结构30包括第一电极层31、第二电极层32以及设置于第一电极层31和第二电极层32之间的液晶分子层33，液晶分子层33用于在第一电极层31和第二电极层32之间产生的电场作用下控制光线的透过率；在第一玻璃板10的远离调光结构30的一侧压印形成衍射波导微纳结构40，或者在第二玻璃板20的远离调光结构30的一侧压印形成衍射波导微纳结构40。

根据上述方法制备的AR镜片，其衍射波导微纳结构40直接制备在调光结构30的玻璃基底表面，相比于现有将调光器件集成到光学镜片的工艺，省去了至少一层玻璃和粘接调光器件和光学镜片的胶膜，使得镜片结构更加轻薄，工艺更加简单，从而利用本申请实施例制备AR镜片的方法能够节省材料和制作成本，同时，有利于降低镜片重量，提升用户体验。

在一些具体实施例中，第一玻璃板10和第二玻璃板20相对设置，如图2所示。在具体实施时，本领域技术人员可以根据需要选取起显示及保护作用的第一玻璃板10和第二玻璃板20的材质，例如，第一玻璃板10和第二玻璃板20可以均采用显示面板用玻璃，厚度为0.3～0.7T。

在一些具体实施例中，第一电极层31和第二电极层32相对设置，如图3所示，其中，第一电极层31和第二电极层32具体充当控制液晶分子旋光性的电极，用于在其两者之间产生电场，以控制液晶分子层33的光线透过率。在具体实施时，第一电极层31、第二电极层32的材质和厚度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计，例如，第一电极层31和第二电极层32材质均为ITO，厚度均为30～150nm。

在一些具体实施例中，液晶分子具体为染料液晶分子，即液晶分子中掺杂二向色性染料分子。液晶分子层33的厚度可以由本领域技术人员根据实际情况灵活设计。示例性的，液晶分子层33的厚度可以为15～25μm，例如，液晶分子层33的厚度具体可以为15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm等。

需要说明的是，调光结构30中除了第一电极层31、第二电极层32和液晶分子层33之外，还可以包括其他层级结构，如平坦层、绝缘层等，具体可以参见相关技术，此处不做详述。

在一些具体实施例中，压印工艺的步骤包括：

1、模板的加工。一般使用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工出所需要的结构作为模板。由于电子的衍射极限远小于光子，因此可以达到远高于光刻的分辨率。

2、图样的转移。在待加工的材料表面涂上光刻胶，然后将模板压在其表面，采用加压的方式使图案转移到光刻胶上。

3、衬底的加工。用紫外光使光刻胶固化，移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面（第一玻璃板10或者第二玻璃板20的远离调光结构30的一侧），然后使用化学刻蚀的方法进行加工，完成后去除全部光刻胶，最终得到衍射波导微纳结构40。

在一些可选实施例中，在形成衍射波导微纳结构40的步骤之前，方法还包括对第一玻璃板10和/或第二玻璃板20进行减薄处理的步骤，如图4所示。其中，可以对第一玻璃板10和第二玻璃板20中的一个进行减薄处理，也可以对两者均做减薄处理，对此，在具体实施时，本领域技术人员可以根据厚度及重量要求进行灵活设计。

在一些具体实施例中，对第一玻璃板10和/或第二玻璃板20进行减薄处理的步骤包括：对玻璃板的背向调光结构30的一侧进行刻蚀；以及对玻璃板的刻蚀面进行研磨。其中，刻蚀工艺具体采用氢氟酸、碱金属或脂肪醇聚氧乙烯醚等化学试剂作为刻蚀液，对玻璃板进行腐蚀减薄。研磨程序在刻蚀结束后进行，旨在消除玻璃板刻蚀面的划痕和凸出部分，以使刻蚀面满足平整度要求。

在一些具体实施例中，在第一玻璃板10和所述第二玻璃板20之间制作调光结构30的步骤之前，还包括在第一玻璃板10和第二玻璃板20上制作柔性基底的步骤，如图6所示（柔性基底包括标记50和60）。

在一些具体实施例中，在第一玻璃板10和第二玻璃板20上制作柔性基底的步骤包括：在第一玻璃板10的一侧制作第一柔性薄膜50；以及在第二玻璃板20的一侧制作第二柔性薄膜60，调光结构30被制作在第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60之间，如图7所示。其中，第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60相对设置，第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60的材质和厚度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计。示例性的，第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60可以采用聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚碳酸酯薄膜等，在本实施例中，第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60优选为聚酰亚胺薄膜。

在一些具体实施例中，为了避免因增加柔性基底导致镜片厚度及重量增加，在形成衍射波导微纳结构40的步骤之后，该方法还包括去除第一玻璃板10和第二玻璃板20中未形成衍射波导微纳结构40的一个的步骤，如图9-10所示。在一些可选实施例时，衍射波导微纳结构40压印在第一玻璃板10上，待衍射波导微纳结构40压印在第一玻璃板10上后，激光剥离第二玻璃板20。需要注意的是，为了避免因增加柔性基底导致镜片厚度及重量增加，该方法中需要去除第一玻璃板10和第二玻璃板20中未形成衍射波导微纳结构40的一个，相应的，需要被去除的玻璃板则无需进行减薄处理。

如图2-5所示，具体地，根据本申请实施例的第一方面，提供一种AR镜片的制备方法，步骤包括：

步骤S110、提供第一玻璃板10和第二玻璃板20。

步骤S120、在第一玻璃板10和第二玻璃板20之间制作调光结构30，调光结构30包括第一电极层31、第二电极层32以及设置于第一电极层31和第二电极层32之间的液晶分子层33，液晶分子层33用于在第一电极层31和第二电极层32之间产生的电场作用下控制光线的透过率。

步骤S130、对第一玻璃板10和第二玻璃板20进行减薄处理。

步骤S140、在第一玻璃板10的远离调光结构30的一侧压印形成衍射波导微纳结构40，或者在第二玻璃板20的远离调光结构30的一侧压印形成衍射波导微纳结构40。在一些具体实施例中，在第一玻璃板10和第二玻璃板20之间制作调光结构30的步骤包括：

步骤S121、在第一玻璃板10的一侧形成第一电极层31。

步骤S122、在第二玻璃板20的一侧形成第二电极层32。

步骤S123、在第一电极层31的远离第一玻璃板10的一侧形成第一取向层34。

步骤S124、在第二电极层32的远离第二玻璃板20的一侧形成第二取向层35，第二取向层35和第一取向层34的取向相互垂直。

步骤S125、在第一取向层34的远离第一电极层31的一侧滴注液晶分子，形成液晶分子层33。

步骤S126、将第一玻璃板10的设有液晶分子层33的一侧与第二玻璃板20的具有第二电极层32的一侧对盒设置，以形成调光结构30。

其中，第一取向层34和第二取向层35相对设置，第一取向层34和第二取向层35具体通过光配向工艺来使两者的取向相互垂直，也即二者的预倾角相差90°。在具体实施时，第一取向层34和第二取向层35的材质和厚度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计。

其中，对盒设置的步骤包括：在第一玻璃板10和第二玻璃板20之间及液晶分子层33四周设置隔垫物；以及利用封边胶进行封边处理。

如图6-10所示，具体地，根据本申请实施例的第一方面，还提供另一种AR镜片的制备方法，包括：

步骤S210、提供第一玻璃板10和第二玻璃板20，第一玻璃板10的一侧设有第一柔性薄膜50，第二玻璃板20的一侧设有第二柔性薄膜60。

步骤S220、在第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60之间制作调光结构30，调光结构30包括第一电极层31、第二电极层32以及设置于第一电极层31和第二电极层32之间的液晶分子层33，液晶分子层33用于在第一电极层31和第二电极层32之间产生的电场作用下控制光线的透过率。

步骤S230、对第一玻璃板10进行减薄处理。

步骤S240、在第一玻璃板10的远离调光结构30的一侧压印形成衍射波导微纳结构40。

步骤S250、去除第二玻璃板20。

在一些具体实施例中，在第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60之间制作调光结构30的步骤包括：

步骤S221、在第一柔性薄膜50上形成第一电极层31。

步骤S222、在第二柔性薄膜60上形成第二电极层32。

步骤S223、在第一电极层31的远离第一柔性薄膜50的一侧形成第一取向层34。

步骤S224、在第二电极层32的远离第二柔性薄膜60的一侧形成第二取向层35，且第二取向层35和第一取向层34的取向相互垂直。

步骤S225、在第一取向层34的远离第一电极层31的一侧滴注液晶分子，形成液晶分子层33。

步骤S226、将第一玻璃板10的设有液晶分子层33的一侧与第二玻璃板20的具有第二电极层32的一侧对盒设置，以形成调光结构30。

其中，第一取向层34和第二取向层35相对设置，第一取向层34和第二取向层35具体通过光配向工艺来使两者的取向相互垂直，也即二者的预倾角相差90°。在具体实施时，第一取向层34和第二取向层35的材质和厚度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计。

其中，对盒设置的步骤包括：在第一玻璃板10和第二玻璃板20之间及液晶分子层33四周设置隔垫物；以及利用封边胶进行封边处理。

基于相同的发明构思，本申请实施例的第二方面，提供一种AR镜片，如图5所示，包括：第一玻璃板10；第二玻璃板20，与第一玻璃板10相对设置；调光结构30，形成在第一玻璃板10和第二玻璃板20之间；衍射波导微纳结构40，形成在第一玻璃板10的远离调光结构30的一侧。

本申请实施例的AR镜片，其衍射波导微纳结构40直接制备在调光结构30的玻璃基底表面，相比于现有将调光器件集成到光学镜片的工艺，省去了至少一层玻璃和粘接调光器件和光学镜片的胶膜，使得镜片结构更加轻薄，工艺更加简单，从而利用本申请实施例制备AR镜片的方法能够节省材料和制作成本，同时，有利于降低镜片重量，提升用户体验。具体实施同前述方法实施例所记载的内容，此处不再一一赘述。

基于相同的发明构思，本申请实施例的第二方面，还提供另一种AR镜片，如图10所示，包括：第一玻璃板10，与第二玻璃板20相对设置；第一柔性薄膜50，形成在第一玻璃板10的一侧；第二柔性薄膜60，形成在第二玻璃板20的一侧并与第一柔性薄膜50相对设置，第二玻璃板20在第一玻璃板10的背面形成衍射波导微纳结构40之后剥离去除；调光结构30，形成在第一柔性薄膜50和第二柔性薄膜60之间；衍射波导微纳结构40，形成在第一玻璃板10的远离调光结构30的一侧。

本申请实施例的AR镜片，其衍射波导微纳结构40直接制备在调光结构30的玻璃基底表面，相比于现有将调光器件集成到光学镜片的工艺，省去了至少一层玻璃和粘接调光器件和光学镜片的胶膜，使得镜片结构更加轻薄，工艺更加简单，从而利用本申请实施例制备AR镜片的方法能够节省材料和制作成本，同时，有利于降低镜片重量，提升用户体验。具体实施同前述方法实施例所记载的内容，此处不再一一赘述。

基于相同的发明构思，本申请实施例的第三方面，提供一种AR眼镜，包括前述实施例中任一项实施例的AR镜片。

基于相同的发明构思，本申请实施例的第四方面，提供一种AR系统。根据本申请的实施例，该AR系统包括：前面的AR眼镜；以及电子设备，电子设备适于向AR眼镜传输三维图像或视频数据。由此，该AR系统具有前面的AR眼镜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述，总的来说，该AR系统可以实现更好的仿真体验，在影音娱乐、导航、教育(培训)、组装、维修等领域具有广阔的应用前景。可以理解的是，该电子设备的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择，例如可以包括手机、平板、电脑、智能手表、包括游戏机等在内的影音设备、导航设备、无人机、摄像机等智能设备。其中，该AR眼镜可以与电子设备通过数据线连接来接收电子设备输出的三维图像或视频数据，也可以通过设置蓝牙模块、WIFI模块等智能模块实现与电子设备的无线数据传输，实现信息交互，由此可以达到更好的客户体验。

在本申请的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种AR镜片的制备方法，其特征在于，包括：

提供第一玻璃板和第二玻璃板；

在所述第一玻璃板的一侧制作第一柔性薄膜；

在所述第二玻璃板的一侧制作第二柔性薄膜；

在所述第一柔性薄膜和所述第二柔性薄膜之间制作调光结构，所述调光结构包括第一电极层、第二电极层以及设置于第一电极层和第二电极层之间的液晶分子层，所述液晶分子层用于在所述第一电极层和所述第二电极层之间产生的电场作用下控制光线的透过率；以及

在所述第一玻璃板的远离所述调光结构的一侧压印形成衍射波导微纳结构，或者在所述第二玻璃板的远离所述调光结构的一侧压印形成衍射波导微纳结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成衍射波导微纳结构的步骤之前，所述方法还包括对所述第一玻璃板和/或所述第二玻璃板进行减薄处理的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成衍射波导微纳结构的步骤之后，所述方法还包括去除所述第一玻璃板和所述第二玻璃板中未形成衍射波导微纳结构的一个的步骤。

4.一种AR镜片，其特征在于，包括：

第一玻璃板；

第二玻璃板，与所述第一玻璃板相对设置；

第一柔性薄膜，形成在所述第一玻璃板的一侧；

第二柔性薄膜，形成在所示第二玻璃板的一侧并与所述第一柔性薄膜相对设置；

调光结构，形成在所述第一柔性薄膜和所述第二柔性薄膜之间；以及

衍射波导微纳结构，形成在所述第一玻璃板的远离所述调光结构的一侧。

5.根据权利要求4所述的AR镜片，其特征在于，所述第二玻璃板在所述第一玻璃板的背面形成衍射波导微纳结构之后剥离去除。

6.一种AR眼镜，其特征在于，包括权利要求4或5所述的AR镜片。

7.一种AR系统，其特征在于，包括：

权利要求6所述的AR眼镜；以及

电子设备，所述电子设备适于向所述AR眼镜传输三维图像或视频数据。

Images