CN115144943A - 衍射光波导结构及其的制造方法和彩色衍射光波导 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种衍射光波导结构及其的制造方法和彩色衍射光波导。衍射光波导结构包括：高折射率层，高折射率层的至少一侧表面具有高折射率光栅结构；低折射率层，低折射率层设置在高折射率层上且位于高折射率层具有高折射率光栅结构的一侧，低折射率层朝向高折射率层的一侧具有低折射率光栅结构，高折射率光栅结构与低折射率光栅结构之间相互啮合设置；膜层，膜层设置在低折射率层上且位于远离高折射率层的一侧；盖板，盖板通过光学胶层与膜层连接，盖板位于膜层远离低折射率层的一侧。本发明解决了现有技术中的衍射光波导结构存在轻量化、轻薄化和性能稳定性难以同时兼顾的问题。

Description

衍射光波导结构及其的制造方法和彩色衍射光波导

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，具体而言，涉及一种衍射光波导结构及其的制造方法和彩色衍射光波导。

背景技术

随着光学元件领域的发展，增强现实眼镜产品逐渐进入人们的生活中。其中，在增强现实眼镜产品，衍射光波导结构是最重要的光学显示元件之一。目前的衍射光波导结构主要有两种：表面浮雕光栅衍射光波导和全息体光栅衍射光波导。

表面浮雕光栅衍射光波导结构通过在高折射率的玻璃基底的表面，加工出纳米级的光栅结构(包含直齿光栅、圆柱光栅、圆孔光栅、菱形柱状光栅、方形柱状光栅、闪耀光栅、台阶光栅、倾斜光栅、以及拓扑光栅等)；为了提高衍射光波导结构的光学性能，除了在高折射率玻璃基底的一面加工光栅结构(如图1)外，也会采用双面都加工光栅结构(如图2)的方法实现。

在实现了双面光栅结构的光波导之后，为了保护光波导表面纳米光栅结构，通常需要在光波导的两面通过框贴(边缘一圈叠合胶水)强化玻璃盖板保护光波导的光栅结构，因此，采用这种方案，会导致衍射光波导结构需要采用3片以上的玻璃来实现；如果是单色光波导，光波导本身具有1片高折射率玻璃，另外再增加2片强化盖板玻璃，玻璃总共需要3片；如果是彩色光波导，光波导本身需要1片～3片高折射率玻璃，另外再增加2片强化盖板玻璃，玻璃总共需要3片～5片。高折射率玻璃的特点密度大、重量重，不利于增强现实眼镜产品的轻量化。

另外，衍射光波导结构本身的高折射率玻璃和强化盖板玻璃数量的增加，也不利于增强现实眼镜产品的轻量化、轻薄化。现有技术中虽然提出了一种取消衍射光波导结构中玻璃基底的结构，减少了整体重量，但因为其中的高折射率层是注塑形成，加工难度极大，不利于制造和加工。同时采用该结构，使得衍射光波导结构的片与片之间，光波导与盖板之间，都需要留有空气间隙，不利于增强现实眼镜的轻薄化和产品的可靠性；同时因为空气间隙的存在，导致折射率变化界面过多，也会大大降低增强现实眼镜镜片的透过率。

也就是说，现有技术中的衍射光波导结构存在轻量化、轻薄化和性能稳定性难以同时兼顾的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种衍射光波导结构及其的制造方法和彩色衍射光波导，以解决现有技术中的衍射光波导结构存在轻量化、轻薄化和性能稳定性难以同时兼顾的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种衍射光波导结构，包括：高折射率层，高折射率层的至少一侧表面具有高折射率光栅结构；低折射率层，低折射率层设置在高折射率层上且位于高折射率层具有高折射率光栅结构的一侧，低折射率层朝向高折射率层的一侧具有低折射率光栅结构，高折射率光栅结构与低折射率光栅结构之间相互啮合设置；膜层，膜层设置在低折射率层上且位于远离高折射率层的一侧；盖板，盖板通过光学胶层与膜层连接，盖板位于膜层远离低折射率层的一侧。

进一步地，高折射率光栅结构为多个，多个高折射率光栅结构间隔设置；低折射率光栅结构为多个，多个低折射率光栅结构间隔设置；相邻两个高折射率光栅结构之间的空隙被低折射率光栅结构填充；和/或相邻两个低折射率光栅结构之间的空隙被高折射率光栅结构填充。

进一步地，高折射率层的两侧均具有高折射率光栅结构，衍射光波导结构包括多层低折射率层，多层低折射率层包括第一低折射率层和第二低折射率层，第一低折射率层和第二低折射率层分别设置在高折射率层的两侧。

进一步地，衍射光波导结构包括多层膜层，多层膜层包括第一膜层和第二膜层，第一膜层位于第一低折射率层远离高折射率层的一侧，第二膜层位于第二低折射率层远离高折射率层的一侧。

进一步地，衍射光波导结构包括多个盖板和多层光学胶层，多个盖板包括第一盖板和第二盖板，多层光学胶层包括第一光学胶层和第二光学胶层，第一盖板通过第一光学胶层与第一膜层连接，第二盖板通过第二光学胶层与第二膜层连接。

进一步地，低折射率光栅结构包括闪耀光栅、矩形光栅和斜齿光栅中的一种。

进一步地，低折射率层和/或低折射率光栅结构的折射率小于等于1.5；和/或高折射率层和/或高折射率光栅结构的折射率大于等于1.7。

进一步地，低折射率层的材料包括紫外光固化型光学透明胶水、加热固化型光学透明胶水中的一种；和/或高折射率层的材料包括紫外光固化型光学透明胶水、加热固化型光学透明胶水中的一种；和/或膜层为塑料膜层；和/或盖板的材料为玻璃。

进一步地，低折射率层的折射率与膜层的折射率相同。

进一步地，光学胶层的厚度小于等于250μm。

根据本发明的另一方面，提供了一种彩色衍射光波导，包括：上述的衍射光波导结构，衍射光波导结构为多个，多个衍射光波导结构叠加设置，相邻两个衍射光波导结构之间的盖板共用。

根据本发明的另一方面，提供了一种衍射光波导结构的制造方法，制造方法用于制造上述的衍射光波导结构，制造方法包括：步骤S1：获取膜层；步骤S2：在膜层的一侧表面上涂覆低折射率材料，然后经过压印工艺形成具有低折射率光栅结构的低折射率层；步骤S3：在膜层的另一侧表面上涂覆光学胶层并贴合盖板，以形成第一模块；步骤S4：重复步骤S1至步骤S3，以形成第二模块；步骤S5：在第一模块具有低折射率光栅结构的一侧涂布高折射率材料；步骤S6：将第二模块具有低折射率光栅结构的一侧与第一模块涂布高折射率材料的一侧贴合。

进一步地，在压印工艺中采用压印结构实现压印工艺，在步骤S1前还包括预安装步骤，包括：步骤S00：将压印结构的转轴放置在预设位置；步骤S01：将压印结构的压印辊轮母版放置在与转轴间隔的位置，且使得二者平行；步骤S03：将压印结构的第一转接轴和第二转接轴分别放置在压印辊轮母版的两侧，且使第二转接轴位于第一转接轴远离转轴的一侧，使转轴与第一转接轴之间具有第一预设距离。

进一步地，在预安装步骤和步骤S1之间还包括预备膜层步骤，包括：将膜层缠绕在转轴上，并使得膜层的一侧由转轴伸出；然后令膜层的伸出侧由第一转接轴的顶部绕经压印辊轮母版的底部再由第二转接轴的顶部伸出。

进一步地，在步骤S2的在膜层的一侧表面上涂覆低折射率材料的过程中，低折射率材料涂覆在位于转轴和第一转接轴之间的膜层上。

应用本发明的技术方案，衍射光波导结构包括高折射率层、低折射率层、膜层、光学胶层和盖板，高折射率层的至少一侧表面具有高折射率光栅结构；低折射率层设置在高折射率层上且位于高折射率层具有高折射率光栅结构的一侧，低折射率层朝向高折射率层的一侧具有低折射率光栅结构，高折射率光栅结构与低折射率光栅结构之间相互啮合设置；膜层设置在低折射率层上且位于远离高折射率层的一侧；盖板通过光学胶层与膜层连接，盖板位于膜层远离低折射率层的一侧。

低折射率层设置在高折射率层上且位于高折射率层具有高折射率光栅结构的一侧，低折射率层朝向高折射率层的一侧具有低折射率光栅结构，高折射率光栅结构与低折射率光栅结构之间相互啮合设置，这样设置使得高折射率光栅结构与低折射率光栅结构之间是相互填充且反向互补的，进一步使得低折射率层与高折射率层是无缝、无空隙连接的，有利于保证光线在低折射率层与高折射率层交界面的全反射，以保证光线的高效率稳定传输。膜层设置在低折射率层上且位于远离高折射率层的一侧，这样设置使得膜层和高折射率层将低折射率层夹设在中间，从而对低折射率光栅结构形成保护，以避免低折射率光栅结构破损的风险，保证了低折射率光栅结构的结构稳定性，进一步保证低折射率光栅结构能够稳定传输光线。盖板通过光学胶层与膜层连接，盖板位于膜层远离低折射率层的一侧，使得光学胶层起到连接盖板与膜层的作用，有利于保证盖板与膜层的胶接强度，保证连接稳定性。

另外，本申请的衍射光波导结构取消了对厚重和成本高的玻璃基底的使用，采用高折射率层代替玻璃基底，减少了衍射光波导结构中采用了玻璃片数，有效压缩了衍射光波导结构的整体厚度，保证了轻薄化，同时减轻了衍射光波导结构的整体重量，保证了轻量化，还有效降低了衍射光波导结构的加工成型难度，降低了成本，易于实现批量生产。本申请的衍射光波导结构中无空气间隙，也就是说高折射率层、低折射率层、膜层、光学胶层和盖板中的任意相邻两层之间均是无空隙、无缝连接的，提高了衍射光波导结构的光线透过率，有利于保证光线的全反射传输，同时增强了防水性，提高了衍射光波导结构的稳定性和可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的一种衍射光波导结构的结构示意图；

图2示出了现有技术中的另一种衍射光波导结构的结构示意图；

图3示出了本发明的一个可选实施例的衍射光波导结构的结构示意图；

图4示出了图3中的衍射光波导结构的制作流程示意图；

图5示出了本发明的衍射光波导结构的制造方法中的压印过程的状态图；

图6示出了本发明的一个可选实施例的彩色衍射光波导的结构示意图；

图7示出了图6中的彩色衍射光波导的制作流程示意图；

图8示出了图6中的彩色衍射光波导的制作流程示意图；

图9示出了图6中的彩色衍射光波导的制作流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、高折射率层；11、高折射率光栅结构；21、第一低折射率层；22、第二低折射率层；23、低折射率光栅结构；30、膜层；31、第一膜层；32、第二膜层；41、第一光学胶层；42、第二光学胶层；51、第一盖板；52、第二盖板；53、共用盖板；61、第一模块；62、第二模块；63、第三模块；71、转轴；72、压印辊轮母版；73、第一转接轴；74、第二转接轴；80、光栅结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1和图2所示，为现有技术中的衍射光波导结构的两种结构形式。如图1所示，为现有技术中的一种衍射光波导结构的结构示意图，该衍射光波导结构包括高折射率波导基底，高折射率波导基底的一侧表面加工光栅结构80。如图2所示，为现有技术中的另一种衍射光波导结构的结构示意图，该衍射光波导结构包括高折射率波导基底，高折射率波导基底的两侧表面均加工有光栅结构80。为了保护光栅结构80，通常需要框贴强化玻璃盖板来保护光栅结构80，这样会增加衍射光波导结构的整体片数和重量。

为了解决现有技术中的衍射光波导结构存在轻量化、轻薄化和性能稳定性难以同时兼顾的问题，本发明提供了一种衍射光波导结构及其的制造方法和彩色衍射光波导。

如图3所示，衍射光波导结构包括高折射率层10、低折射率层、膜层30、光学胶层和盖板，高折射率层10的至少一侧表面具有高折射率光栅结构11；低折射率层设置在高折射率层10上且位于高折射率层10具有高折射率光栅结构11的一侧，低折射率层朝向高折射率层10的一侧具有低折射率光栅结构23，高折射率光栅结构11与低折射率光栅结构23之间相互啮合设置；膜层30设置在低折射率层上且位于远离高折射率层10的一侧；盖板通过光学胶层与膜层30连接，盖板位于膜层30远离低折射率层的一侧。

低折射率层设置在高折射率层10上且位于高折射率层10具有高折射率光栅结构11的一侧，低折射率层朝向高折射率层10的一侧具有低折射率光栅结构23，高折射率光栅结构11与低折射率光栅结构23之间相互啮合设置，这样设置使得高折射率光栅结构11与低折射率光栅结构23之间是相互填充且反向互补的，进一步使得低折射率层与高折射率层10是无缝、无空隙连接的，有利于保证光线在低折射率层与高折射率层10交界面的全反射，以保证光线的高效率稳定传输。膜层30设置在低折射率层上且位于远离高折射率层10的一侧，这样设置使得膜层30和高折射率层10将低折射率层夹设在中间，从而对低折射率光栅结构23形成保护，以避免低折射率光栅结构23破损的风险，保证了低折射率光栅结构23的结构稳定性，进一步保证低折射率光栅结构23能够稳定传输光线。盖板通过光学胶层与膜层30连接，盖板位于膜层30远离低折射率层的一侧，使得光学胶层起到连接盖板与膜层30的作用，有利于保证盖板与膜层30的胶接强度，保证连接稳定性。

另外，本申请的衍射光波导结构取消了对厚重和成本高的玻璃基底的使用，采用高折射率层10代替玻璃基底，减少了衍射光波导结构中采用了玻璃片数，有效压缩了衍射光波导结构的整体厚度，保证了轻薄化，同时减轻了衍射光波导结构的整体重量，保证了轻量化，还有效降低了衍射光波导结构的加工成型难度，降低了成本，易于实现批量生产。本申请的衍射光波导结构中无空气间隙，也就是说高折射率层10、低折射率层、膜层30、光学胶层和盖板中的任意相邻两层之间均是无空隙、无缝连接的，提高了衍射光波导结构的光线透过率，有利于保证光线的全反射传输，同时增强了防水性，提高了衍射光波导结构的稳定性和可靠性。

需要说明的是，上述低折射率层远离高折射率层10的一侧表面为平面，这样设置便于低折射率层与膜层30的紧密连接，进而保证光学胶层和盖板依次稳定设置在膜层30上，以保证衍射光波导结构的层与层之间连接紧密性。

具体的，高折射率层10的两侧均具有高折射率光栅结构11，且每侧的高折射率光栅结构11均为多个，一侧的多个高折射率光栅结构11间隔设置；低折射率光栅结构23为多个，多个低折射率光栅结构23间隔设置；相邻两个高折射率光栅结构11之间的空隙被低折射率光栅结构23填充；相邻两个低折射率光栅结构23之间的空隙被高折射率光栅结构11填充。也就是说，多个低折射率光栅结构23与多个高折射率光栅结构11之间是相互啮合且反向互补的，这样设置在制造过程中使得高折射率层10的材料填充在相邻两个低折射率光栅结构23之间的空隙以形成高折射率光栅结构11，有利于二者之间的无空隙配合，有利于高折射率层10和低折射率层将光线按照设计的光路进行传输，使得光线发生衍射，从而实现光线的衍射传输。

如图3所示，衍射光波导结构包括多层低折射率层，多层低折射率层包括第一低折射率层21和第二低折射率层22，第一低折射率层21和第二低折射率层22分别设置在高折射率层10的两侧。衍射光波导结构包括多层膜层30，多层膜层30包括第一膜层31和第二膜层32，第一膜层31位于第一低折射率层21远离高折射率层10的一侧，第二膜层32位于第二低折射率层22远离高折射率层10的一侧。衍射光波导结构还包括多个盖板和多层光学胶层，多个盖板包括第一盖板51和第二盖板52，多层光学胶层包括第一光学胶层41和第二光学胶层42，第一盖板51通过第一光学胶层41与第一膜层31连接，第二盖板52通过第二光学胶层42与第二膜层32连接。综上，由图中所示，第一低折射率层21、第一膜层31、第一光学胶层41和第一盖板51沿远离高折射率层10的方向依次设置在高折射率层10的上表面上，第二低折射率层22、第二膜层32、第二光学胶层42和第二盖板52沿远离高折射率层10的方向依次设置在高折射率层10的下表面上。这样设置使得衍射光波导结构的层与层之间均是无空隙紧密连接的，也就是说本申请的衍射光波导结构为无空气间隙结构，保证了衍射光波导结构的防水性和性能稳定性。

另外，第一盖板51和第二盖板52的材料均为玻璃，通过在两侧设置第一盖板51和第二盖板52，有利于保证衍射光波导结构的结构强度，避免在运输和后续使用过程中衍射光波导结构破损的情况。

具体的，低折射率光栅结构23包括闪耀光栅、矩形光栅和斜齿光栅中的一种。这样设置使得低折射率光栅结构23是利用压印工艺实现的，这样有利于低折射率光栅结构23用作高折射率胶水填充在相邻低折射率光栅结构23之间的空隙中，以形成两侧具有的高折射率光栅结构11的高折射率层10。低折射率光栅结构23的具体结构和形状可根据实际情况进行设置，以保证低折射率光栅结构23的使用可靠性，需保证多个低折射率光栅结构23之间是间隔设置的，以为高折射率光栅结构11提供间隙，以保证多个低折射率光栅结构23与多个高折射率光栅结构11是相互啮合的，以保证高折射率层10与低折射率层之间是无缝、无空隙的紧密连接的形式。

具体的，低折射率层和低折射率光栅结构23的折射率均小于等于1.5，采用低折射率的材料，有利于在高折射率层10与低折射率层的交界面上更容易实现全反射，以实现光线的无损全反射传输，以保证光线的传输效率。高折射率层10和高折射率光栅结构11的折射率大于等于1.7，采用高折射率的材料，使得高折射率层10与低折射率层之间存在折射率差，有利于光线在高折射率层10与低折射率层的交界面上实现全反射。

需要说明的是，上述低折射率光栅结构23与高折射率光栅结构11的高度相同，以保证啮合连接的稳定性，另外在本申请的一个可选实施例中，低折射率光栅结构23与高折射率光栅结构11的形状可如图1和图2中的所示的光栅结构一样的长条形，也可以不同。

具体的，低折射率层为低折射率胶水层，高折射率层10为高折射率胶水层，膜层30为塑料膜层，具体的为塑料薄膜层。低折射率层的材料包括紫外光固化型光学透明胶水、加热固化型光学透明胶水中的一种，这样设置有利于低折射率层通过纳米压印技术在其表面实现稳定的光栅形貌，该光栅形貌也就是低折射率光栅结构23。高折射率层10的材料包括紫外光固化型光学透明胶水、加热固化型光学透明胶水中的一种，高折射率层10直接采用高折射率胶水实现，为了替代高折射率玻璃，减轻波导重量，同时降低了加工制造难度，有利于批量生产。塑料膜层为光学级透明塑料薄膜，如：PET、COP、PC等，这样设置有利于膜层30作为低折射率层压印时的基底，以对低折射率层起支撑作用，保证压印过程的稳定性。

具体的，低折射率层的折射率与膜层30的折射率相同。这样设置确保从固化后的低折射率层中衍射出的光线按照设计的光路传播，从而避免膜层30对光线衍射传播的影响，保证光线走势稳定，进一步增加光线传输效率。

如图3所示，光学胶层的材料是为透明的双面胶带或者是紫外固化的透明胶水；光学胶层的材料折射率与低折射率层的折射率相近，且光学胶层的厚度小于等于250μm。通过将光学胶层的厚度限制在250μm以下，在保证光学胶层的胶接强度、保证光学胶层能够实现膜层30与盖板的稳定连接的前提下，使得光学胶层较薄，有利于实现对衍射光波导结构的厚度的压缩，以保证轻薄化。

如图4和图5所示，提供了一种衍射光波导结构的制造方法，制造方法用于制造上述的衍射光波导结构，制造方法包括：

步骤S1：获取膜层30；

步骤S2：在膜层30的一侧表面上涂覆低折射率材料，然后经过压印工艺形成具有低折射率光栅结构23的低折射率层；

步骤S3：在膜层30的另一侧表面上涂覆光学胶层并贴合盖板，以形成第一模块61；

步骤S4：重复步骤S1至步骤S3，以形成第二模块62；

步骤S5：在第一模块61具有低折射率光栅结构23的一侧涂布足够厚度或体积的高折射率材料，高折射率材料为高折射率胶水；

步骤S6：将第二模块62具有低折射率光栅结构23的一侧与第一模块61涂布高折射率材料的一侧贴合，在贴合过程中，要保证第一模块61的低折射率光栅结构23与第二模块62的低折射率光栅结构23是对应的。贴合后，高折射率胶水在第一模块61和第二模块62的任意相邻两个低折射率光栅结构23之间的空隙填充满，形成两侧具有特定形状的高折射率光栅结构11的高折射率层10。通过对衍射光波导结构的优化，无需高折射率玻璃基板，无需留有空气间隙，能够有效降低衍射光波导结构的厚度和重量，同时提高衍射光波导结构的透过率，增强衍射光波导结构的稳定性、可靠性。本申请的衍射光波导结构的制造方法为一种基于纳米压印技术的、新的衍射光波导结构的加工实现方式。采用这种加工制造方法，大大降低了采用纳米压印技术大批量生产加工表面浮雕光栅的难度，节约了生产时间，提高了生产效率，同时有利于提高衍射光波导结构的生产良率。

需要说明的是，在上述步骤S3中，可在膜层30的另一侧表面上涂覆光学胶层然后贴合盖板；也可在盖板上涂覆光学胶层，然后贴在膜层30的另一侧表面上，两种方式均可。

综上，高折射率层10两侧的高折射率光栅结构11是通过利用高折射率胶水填充在相邻低折射率光栅结构23的空隙中形成的，而不是注塑或者直接压印形成的。使得采用本发明的制造方法生产衍射光波导结构，解决了采用纳米压印技术实现表面浮雕光栅时，光栅线宽和高度收缩率大的问题；采用该方法实现的表面浮雕光栅的线宽和高度收缩率均小于5％，远优于采用直接压印高折射率胶水的方案。

如图5所示，在压印工艺中采用压印结构实现压印工艺，在步骤S1前还包括预安装步骤，预安装步骤包括：

步骤S00：将压印结构的转轴71放置在预设位置；

步骤S01：将压印结构的压印辊轮母版72放置在与转轴71间隔的位置，且使得二者平行；

步骤S03：将压印结构的第一转接轴73和第二转接轴74分别放置在压印辊轮母版72的两侧，且使第二转接轴74位于第一转接轴73远离转轴71的一侧，使转轴71与第一转接轴73之间具有第一预设距离，同时使得转轴71、第一转接轴73和第二转接轴74位于同一高度，压印辊轮母版72的高度低于第一转接轴73设置。此时，转轴71、第一转接轴73、压印辊轮母版72和第二转接轴74均两两平行设置。

如图5所示，在预安装步骤和步骤S1之间还包括预备膜层30步骤，预备膜层30步骤包括：将膜层30缠绕在转轴71上，以将膜层30设置成绕转轴71缠绕多圈的卷状，并使得膜层30的一侧由转轴71伸出；然后使膜层30的伸出侧由第一转接轴73的顶部绕经压印辊轮母版72的底部再由第二转接轴74的顶部伸出。

具体的，在步骤S2的在膜层30的一侧表面上涂覆低折射率材料的过程中，低折射率材料涂覆在位于转轴71和第一转接轴73之间的伸展开的膜层30上。然后通过压印辊轮母版72对膜层30上的低折射率材料进行压印，同时进行UV固化，以在膜层30的一侧表面上形成具有低折射率光栅结构23的低折射率层。然后经过第二转轴71将压印好的带有低折射率光栅结构23的膜层30平整放置。采用该方法可以提高制作纳米光栅结构的效率。

当然，利用本发明的制造方法，可以得到不止上述中的衍射光波导结构，也可以是更多层，使用光学胶粘合即可。上述衍射光波导结构可实现单色的显示。当然也可采用上述制造方法制造多层的彩色衍射光波导，彩色衍射光波导可以实现彩色显示。

如图6所示，提供了一种彩色衍射光波导，彩色衍射光波导包括：上述的衍射光波导结构，衍射光波导结构为多个，多个衍射光波导结构叠加设置，相邻两个衍射光波导结构之间的盖板共用。在本申请的实施例中，采用两个衍射光波导结构，两个衍射光波导结构叠加设置且两个衍射光波导结构连接位置的盖板为共用的，也就是说，图6中的彩色衍射光波导一共采用了三个盖板，分别是位于上表面的第一盖板51、位于中间的共用盖板53和位于下表面的第二盖板52。

如图7至图9所示，为图6中的彩色衍射光波导的制造工序图。

如图7所示，制造图6中的彩色衍射光波导的方法包括：

步骤S1：获取膜层30；

步骤S2：在膜层30的一侧表面上涂覆低折射率材料，然后经过压印工艺形成具有低折射率光栅结构23的低折射率层；

步骤S3：在膜层30的另一侧表面上涂覆光学胶层并贴合盖板，以形成第一模块61；

步骤S4：重复步骤S1至步骤S3，以形成第二模块62；

步骤S5：在第一模块61具有低折射率光栅结构23的一侧涂布足够厚度或体积的高折射率材料，高折射率材料为高折射率胶水；

步骤S6：将第二模块62具有低折射率光栅结构23的一侧与第一模块61涂布高折射率材料的一侧贴合，形成一个衍射光波导结构。

如图8所示，步骤S7：获取另一个膜层30，在该膜层30的一侧表面上涂覆低折射率材料，然后经过压印工艺形成具有低折射率光栅结构23的低折射率层；在上述步骤S6加工好的一个衍射光波导结构的上表面上涂覆光学胶层，然后再粘贴具有低折射率光栅结构23的膜层30，使得膜层30通过光学胶层粘贴在共用盖板53上；

步骤S8：重复步骤S1至步骤S3，以形成第三模块63；

步骤S9：在步骤S7的形成的结构的上表面的低折射率光栅结构23上涂布足够厚度或体积的高折射率胶水，然后将第三模块63具有低折射率光栅结构23的一侧与步骤S7的形成的结构的涂布高折射率材料的一侧贴合，形成彩色衍射光波导。

综上，本申请的衍射光波导结构中的高折射率层10负责光线的全反射传输，高折射率层10上表面的高折射率光栅结构11负责光线的扩瞳传输，高折射率层10下表面的高折射率光栅结构11负责实现光线的耦出。第一低折射率层21上的低折射率光栅结构23和第二低折射率层22上的低折射率光栅结构23的作用为高折射率胶水提供空隙，以使得高折射率胶水填充在上下两层的相邻低折射率光栅结构23的空隙上。低折射率光栅结构23之所以采用低折射率材料，是因为如果选用高折射率材料，会使得光学性能下降或失效，选用低折射率材料可以保证光学性能。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种衍射光波导结构，其特征在于，包括：

高折射率层(10)，所述高折射率层(10)的至少一侧表面具有高折射率光栅结构(11)；

低折射率层，低折射率层设置在所述高折射率层(10)上且位于所述高折射率层(10)具有高折射率光栅结构(11)的一侧，所述低折射率层朝向所述高折射率层(10)的一侧具有低折射率光栅结构(23)，所述高折射率光栅结构(11)与所述低折射率光栅结构(23)之间相互啮合设置；

膜层(30)，所述膜层(30)设置在所述低折射率层上且位于远离所述高折射率层(10)的一侧；

盖板，所述盖板通过光学胶层与所述膜层(30)连接，所述盖板位于所述膜层(30)远离所述低折射率层的一侧。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导结构，其特征在于，所述高折射率光栅结构(11)为多个，多个所述高折射率光栅结构(11)间隔设置；所述低折射率光栅结构(23)为多个，多个所述低折射率光栅结构(23)间隔设置；

相邻两个所述高折射率光栅结构(11)之间的空隙被所述低折射率光栅结构(23)填充；和/或

相邻两个所述低折射率光栅结构(23)之间的空隙被所述高折射率光栅结构(11)填充。

3.根据权利要求1所述的衍射光波导结构，其特征在于，所述高折射率层(10)的两侧均具有高折射率光栅结构(11)，所述衍射光波导结构包括多层所述低折射率层，多层所述低折射率层包括第一低折射率层(21)和第二低折射率层(22)，所述第一低折射率层(21)和所述第二低折射率层(22)分别设置在所述高折射率层(10)的两侧。

4.根据权利要求3所述的衍射光波导结构，其特征在于，所述衍射光波导结构包括多层所述膜层(30)，多层所述膜层(30)包括第一膜层(31)和第二膜层(32)，所述第一膜层(31)位于所述第一低折射率层(21)远离所述高折射率层(10)的一侧，所述第二膜层(32)位于所述第二低折射率层(22)远离所述高折射率层(10)的一侧。

5.根据权利要求4所述的衍射光波导结构，其特征在于，所述衍射光波导结构包括多个所述盖板和多层所述光学胶层，多个所述盖板包括第一盖板(51)和第二盖板(52)，多层所述光学胶层包括第一光学胶层(41)和第二光学胶层(42)，所述第一盖板(51)通过所述第一光学胶层(41)与所述第一膜层(31)连接，所述第二盖板(52)通过所述第二光学胶层(42)与所述第二膜层(32)连接。

6.根据权利要求1所述的衍射光波导结构，其特征在于，所述低折射率光栅结构(23)包括闪耀光栅、矩形光栅和斜齿光栅中的一种。

7.根据权利要求1所述的衍射光波导结构，其特征在于，

所述低折射率层和/或所述低折射率光栅结构(23)的折射率小于等于1.5；和/或

所述高折射率层(10)和/或所述高折射率光栅结构(11)的折射率大于等于1.7。

8.根据权利要求1所述的衍射光波导结构，其特征在于，

所述低折射率层的材料包括紫外光固化型光学透明胶水、加热固化型光学透明胶水中的一种；和/或

所述高折射率层(10)的材料包括紫外光固化型光学透明胶水、加热固化型光学透明胶水中的一种；和/或

所述膜层(30)为塑料膜层；和/或

所述盖板的材料为玻璃。

9.一种彩色衍射光波导，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的衍射光波导结构，所述衍射光波导结构为多个，多个所述衍射光波导结构叠加设置，相邻两个所述衍射光波导结构之间的盖板共用。

10.一种衍射光波导结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法用于制造权利要求1至8中任一项所述的衍射光波导结构，所述制造方法包括：

步骤S1：获取膜层(30)；

步骤S2：在所述膜层(30)的一侧表面上涂覆低折射率材料，然后经过压印工艺形成具有低折射率光栅结构(23)的低折射率层；

步骤S3：在所述膜层(30)的另一侧表面上涂覆光学胶层并贴合盖板，以形成第一模块(61)；

步骤S4：重复所述步骤S1至所述步骤S3，以形成第二模块(62)；

步骤S5：在所述第一模块(61)具有所述低折射率光栅结构(23)的一侧涂布高折射率材料；

步骤S6：将所述第二模块(62)具有所述低折射率光栅结构(23)的一侧与所述第一模块(61)涂布所述高折射率材料的一侧贴合。

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