CN116097035A - 具有2层层叠的波导 - Google Patents

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Abstract

一种轻量化层叠光波导，其使用具有纳米结构格栅的两个塑料基板和夹在它们之间的单个玻璃基板。纳米结构格栅彼此面对，并各自封装在光波导内。两个塑料基板各自粘合固定至中心玻璃基板而不是彼此粘合固定，以提供足够的固定强度，并精确地建立和保持基板之间的空气间隙。塑料基板和玻璃基板的厚度被选择为使得层叠光波导是轻量化的，但是也具有充足的掉落性能。由于粘合剂将塑料基板黏合到玻璃基板，所以可高效地制造层叠光波导。

Description

具有2层层叠的波导
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月10日申请的、申请序列号为63/076,583的美国临时申请的优先权，其内容全部通过引用并入本文。
技术领域
本主题涉及用于显示器的光波导，诸如用于包括智能眼镜和头戴具的护目镜装置。
背景技术
光波导可使用可产生缺陷的技术来形成。
附图说明
附图仅通过举例而非限制的方式描绘了一个或更多个实现方式。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
图1示出了具有两个彼此固定的玻璃基板的层叠光波导；
图2示出了具有两个塑料基板的层叠光波导，每个塑料基板均固定至夹在塑料基板之间的一个玻璃基板；以及
图3示出了制造层叠光波导的方法的流程图。
具体实施方式
本公开包括使用具有纳米结构格栅的两个塑料基板和夹在它们之间的单个玻璃基板的轻量化层叠光波导的示例。纳米结构格栅彼此面对，并各自封装在光波导内。两个塑料基板各自粘合固定至中心玻璃基板而不是彼此粘合固定，以提供足够的固定强度，并精确地建立和保持基板之间的空气间隙。塑料基板和玻璃基板的厚度被选择为使得层叠光波导是轻量化的，但是也具有足够的掉落性能(drop performance)。由于粘合剂将塑料基板黏合到玻璃基板，所以可高效地制造层叠光波导。
示例的另外的目的、优点和新特征将部分地在以下说明中进行阐述，并且对于本领域技术人员而言在研究下述和附图时将部分地变得清楚，或者可通过示例的生产或操作来获知。本主题的目的和优点可通过所附权利要求中特别指出的方法、手段和组合来实现和获得。
在以下详细描述中，通过举例的方式阐述了许多具体细节，以便提供对相关教示的透彻理解。然而，对于本领域技术人员应当清楚的是，可在没有此类细节的情况下实践本教示。在其他示例中，在没有细节的情况下，已经以相对上位方式描述了众所周知的方法、过程、部件和电路，以避免不必要地混淆本教示的多个方面。
如本文所使用的术语“联接”是指将一个系统元件生成或提供的信号或光传递给另一联接元件的任何逻辑、光学、物理或电连接、链接等。除非另有描述，否则联接的元件或装置不一定直接彼此连接，并且可通过可修改、操纵或承载光或信号的中间部件、元件或传播介质分离。
护目镜装置、相关联的部件以及结合了眼睛扫描器和相机的任何完整装置(诸如在附图中的任意附图中所示)的取向，仅是通过举例的方式给出的，用于说明和讨论的目的。在针对特定可变光学处理应用的操作中，护目镜装置可被定向在适合于该护目镜装置的具体应用的任何其他方向上，例如上、下、侧向或任何其他定向。而且，在本文中使用的范围内，任何方向术语，例如，前、后、内、外、朝向、左、右、横向、纵向、上、下、上部、下部、顶部、底部和侧面，仅仅通过示例的方式使用，并且不限制任何光学装置或如根据本文中另外描述而构造的光学装置的部件的方向或方位。
现在详细参考在附图中示出并在下面讨论的示例。
参考图1，层叠光波导10可使用具有单个盖板基板16的两个玻璃基板12和14。层叠光波导10适合用作图像显示器，诸如用于包括智能眼镜和头戴具的护目镜的透视显示器。光学透明玻璃基板12和光学透明玻璃基板14以及盖板16中的每个，在它们的边缘处通过粘合剂18彼此间隔开，以形成空气间隙20和空气间隙22，以实现必要的光学层叠，并且出于可靠性目的封装光学纳米结构格栅24。从产品重量和掉落性能的角度来看，塑料基板是可期望的。然而，用塑料基板精确地模仿玻璃基板波导层叠10，在两个塑料基板之间引入层压问题，即，将两个“软”基板层压在一起，具有空气间隙，同时保持它们之间的恒定间隙。
参考图2，本公开提供了改进的层叠光波导30，以实现使用两个塑料基板32和34和单个“硬”玻璃盖板36的波导层叠，从而提供产品重量和可靠性上的优点。塑料基板32和塑料基板34的重量均比玻璃基板36更轻，以提供更轻的层叠光波导30。塑料基板32和塑料基板34中的每个，在它们的边缘处，通过粘合剂38粘结至夹在它们之间的玻璃盖板36的相对侧，从而在它们之间形成空气间隙40和空气间隙42，如图所示。塑料基板32和塑料基板34中的每个均是光学透明的，并且具有面向玻璃盖板36、且彼此面对的相应的光学纳米结构格栅44。这消除了将两个软塑料基板32和34彼此粘结的难题，两个软塑料基板32和34彼此粘结在在它们之间保持恒定空气间隙方面造成了难题，该空气间隙对于具有可接受的调制传递函数(MTF，modulation transfer function)的可接受的波导性能是必要的。软塑料基板32和软塑料基板34在各侧上各自被固定至硬玻璃基板36，可在制造中对其进行支撑。这种设计提供了“恒定厚度”的玻璃基板36，该玻璃基板36作为两个塑料基板之间的物理间隔物和支柱支配着间距，而不是将两个软基板32和34彼此相对叠置，两个软基板32和34彼此相对叠置会发生“翻动”，这可能导致层之间的间隙发生变化。
此外，本公开允许玻璃基板36与波导功能本身分离，因为玻璃基板36不包括光学纳米结构格栅24。这允许使用常规的化学强化玻璃用于玻璃基板36(例如，
Figure BDA0004118692040000031
玻璃)。这又使得能够将更薄的玻璃用于玻璃基板36，有助于降低产品重量，同时通过使用化学强化玻璃来保持产品掉落性能。
化学强化玻璃基板36还从掉落角度帮助产品性能，掉落角度是装置可掉落并且在功能上经受住掉落冲击的距离，因为一般的波导玻璃基板没有被化学强化，从产品掉落角度造成风险。此外，使波导结构32和波导结构34中的每个面向玻璃基板36并由粘合剂38密封，也能实现优秀的可靠性性能，并且纳米结构格栅44被封装在该层叠中且不暴露于环境中。
在一个示例中，玻璃基板36的厚度可在300微米与1000微米之间，并且每个塑料基板可具有在50微米与1000微米之间的厚度。粘合剂38的厚度可具有在50-100微米之间的厚度，并因此空气间隙40和空气间隙42的间距可在50-100微米之间。然而，不应推断对这些厚度的限制。这些尺寸被形成以提供良好的掉落性能，同时限制层叠光波导30的重量。
参考图3，示出了形成层叠光波导30的方法300的流程图。
在框302处，使用常规处理技术形成相应的塑料基板32和塑料基板34。相应的纳米结构格栅44提供用于光通过并形成图像显示的波导。玻璃基板36也形成，并且可以是化学强化玻璃，从掉落角度这进一步有助于产品性能。
在框304处，在基板的边缘处利用粘合剂38将塑料基板32固定至玻璃基板36。塑料基板32被定向成使得相应纳米结构格栅44面向玻璃基板36。粘合剂建立相应间隙42的厚度。
在框306处，在基板的边缘处利用粘合剂38将塑料基板34固定至玻璃基板36。塑料基板34也被定向成使得相应纳米结构格栅44面向玻璃基板36。粘合剂建立相应间隙40的厚度。
应当理解的是，本文所使用的术语和表达具有通常含义，除非本文另外阐述的具体含义，与相应的调查和研究领域相关的这些术语和表达一致。诸如第一和第二等之类的关系术语可仅用来将一个实体或动作与另一实体或动作区分开来，而不必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”、“包含(including)”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的包括，使得包括或包含一系列元件或步骤的过程、方法、物品或装置不仅仅包括那些元件或步骤，而且还可包括未明确列出的或对此类过程、方法、物品或装置固有的其他元件或步骤。在没有进一步限制的情况下，前面有“一个”或“一种”的元件不排除在包括该元件的过程、方法、物品或装置中存在另外的相同元件。
除非另外说明，否则在本说明书(包括在以下权利要求书中)中阐述的任何和所有测量、值、评级、位置、幅值、大小、以及其他规范都是近似的、不精确的。这些量值旨在具有与它们涉及的功能以及与它们所属领域常规的相一致的合理范围。例如，除非另有明确说明，参数值等可与所述量偏差多达±10％。
此外，在以上具体实施例中，可以看出，出于精简本公开的目的，各个特征在各个示例中被组合在一起。本公开的该方法不应被解释为反映所要求保护的示例需要比在每个权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求反映的，要保护的主题在于少于任何单个公开的示例的所有特征。因此，以下权利要求由此并入具体实施方式中，其中每个权利要求作为单独要求保护的主题而单独存在。
虽然前述内容已描述了所认为的最佳模式和其他示例，但应当理解的是，可在其中进行不同修改，且本文所公开的主题可以不同形式和示例实现，并且它们可应用于许多应用中，本文仅描述了其中的一些应用。所附权利要求旨在要求保护落入本概念的真正保护范围内的任何和所有修改和变化。

Claims (20)

1.一种层叠光波导，包括：
玻璃基板；
第一塑料基板，所述第一塑料基板具有第一光学结构，所述第一塑料基板固定至所述玻璃基板并与所述玻璃基板间隔开；以及
第二塑料基板，所述第二塑料基板具有第二光学结构，所述第二塑料基板固定至所述玻璃基板并与所述玻璃基板间隔开，使得所述玻璃基板介于所述塑料基板之间。
2.根据权利要求1所述的波导，其中，所述光学结构包括光学格栅。
3.根据权利要求2所述的波导，其中，所述光学结构彼此面对。
4.根据权利要求1所述的波导，其中，使用粘合剂将所述塑料基板均固定至所述玻璃基板。
5.根据权利要求1所述的波导，其中，所述塑料基板和所述玻璃基板均是光学透明的。
6.根据权利要求1所述的波导，还包括所述塑料基板与所述玻璃基板之间的空气间隙。
7.根据权利要求1所述的波导，其中，所述塑料基板比所述玻璃基板软。
8.根据权利要求1所述的波导，其中，所述塑料基板均比所述玻璃基板轻。
9.根据权利要求1所述的波导，其中，所述玻璃基板被化学硬化。
10.根据权利要求9所述的波导，其中，所述玻璃基板的厚度在50至100微米之间。
11.一种处理层叠光波导的方法，包括：
将第一塑料基板固定至玻璃基板，所述第一塑料基板具有第一光学结构，所述第一塑料基板与所述玻璃基板间隔开；以及
将第二塑料基板固定至所述玻璃基板，所述第二塑料基板具有第二光学结构，所述第二塑料基板与所述玻璃基板间隔开，使得所述玻璃基板介于所述塑料基板之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学结构包括光学格栅。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光学结构彼此面对。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述固定包括使用粘合剂将所述塑料基板固定至所述玻璃基板。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述塑料基板和所述玻璃基板均是光学透明的。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述塑料基板和所述玻璃基板之间形成空气间隙。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述塑料基板比所述玻璃基板软。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述塑料基板均比所述玻璃基板轻。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述玻璃基板被化学硬化。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述玻璃基板的厚度在50至100微米之间。
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