CN219737824U - 波导结构和显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种波导结构和显示装置。波导结构包括：基底层；光栅结构，光栅结构设置在所基底层的一侧表面上，光栅结构至少包括相对于基底层倾斜设置的倾斜光栅结构；低折射率透明胶层，低折射率透明胶层填充设置在基底层具有光栅结构的一侧，低折射率透明胶层在基底层上的投影完全覆盖基底层及光栅结构，低折射率透明胶层远离基底层的一侧表面为粘结面。本实用新型解决了现有技术中的波导结构存在叠合精度和光栅结构稳定性难以同时兼顾的问题。

Description

波导结构和显示装置

技术领域

本实用新型涉及光学显示设备技术领域，具体而言，涉及一种波导结构和显示装置。

背景技术

目前，现有的波导结构的组成包括玻璃基底层在玻璃基底的表面进行图形化加工得到的光栅结构。考虑到扩大波导结构的视场角的体验效果，在光学设计时会选择高折射率玻璃作为基底层，以高折射率胶水作为光栅图形化加工的材料。一般的成像设计方法布局是由耦入区域、出瞳扩展区域和耦出区域组成。基于提供光学成像更多的设计变量灵活性，目前许多光学设计者会在耦入区域设计倾斜光栅结构，这也使得光栅加工工艺面临更艰巨的挑战。另外，后续在与盖板镜片进行叠合的过程中，采用框贴实现与盖板镜片的叠合形式由于倾斜光栅结构易损坏的加工难题，增加了后续叠合加工的难度。

也就是说，现有技术中的波导结构存在叠合精度和光栅结构稳定性难以同时兼顾的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种波导结构和显示装置，以解决现有技术中的波导结构存在叠合精度和光栅结构稳定性难以同时兼顾的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种波导结构，包括：基底层；光栅结构，光栅结构设置在所基底层的一侧表面上，光栅结构至少包括相对于基底层倾斜设置的倾斜光栅结构；低折射率透明胶层，低折射率透明胶层填充设置在基底层具有光栅结构的一侧，低折射率透明胶层在基底层上的投影完全覆盖基底层及光栅结构，低折射率透明胶层远离基底层的一侧表面为粘结面。

进一步地，波导结构还包括盖板镜片，盖板镜片设置在低折射率透明胶层远离基底层的一侧表面上且与粘结面连接，以形成波导组件。

进一步地，低折射率透明胶层为UV胶层。

进一步地，低折射率透明胶层的折射率小于等于1.1；和/或低折射率透明胶层的粘度大于等于2000mPa·s。

进一步地，低折射率透明胶层的高度大于等于50μm且小于等于100μm，且低折射率透明胶层的高度大于光栅结构的高度。

进一步地，波导结构还包括第一墨层，第一墨层绕波导组件的外周侧面连续设置，以使波导组件的外周侧面被第一墨层覆盖。

进一步地，光栅结构包括耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅，至少耦入光栅为倾斜光栅结构，倾斜光栅结构与基底层之间的角度大于0度且小于90°。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种显示装置，包括：上述的波导结构，波导结构为两个，两个波导结构的低折射率透明胶层的两个粘结面彼此连接，以形成显示组件。

进一步地，两个波导结构的两个光栅结构之间的低折射率透明胶层一体成型设置。

进一步地，显示装置还包括第二墨层，第二墨层设置在显示组件的外周侧面上，且第二墨层绕显示组件的外周侧面连续设置，以使显示组件的外周侧面被第二墨层覆盖。

应用本实用新型的技术方案，波导结构包括基底层、光栅结构和低折射率透明胶层，光栅结构设置在所基底层的一侧表面上，光栅结构至少包括相对于基底层倾斜设置的倾斜光栅结构；低折射率透明胶层填充设置在基底层具有光栅结构的一侧，低折射率透明胶层在基底层上的投影完全覆盖基底层及光栅结构，低折射率透明胶层远离基底层的一侧表面为粘结面。

针对倾斜光栅结构容易损坏的加工难题，本申请通过设置低折射率透明胶层且使低折射率透明胶层在基底层上的投影完全覆盖基底层及光栅结构，使得低折射率透明胶层是一整层的且填充在光栅结构表面上的，一方面相对于传统框贴增加了粘结面的面积，提高了叠合强度和叠合精度，有利于后续与盖板镜片和其他结构进行胶接，保证了连接稳定性；另一方面使得低折射率透明胶层能够对光栅结构形成保护，避免后续在叠合和运输过程中光栅结构损坏的风险，尤其能够避免倾斜光栅结构损坏的情况，保证的光栅结构的稳定性，进一步保证了光栅结构的性能可靠性；另一方面，低折射率透明胶层由于其自身的低折射率特性，能够尽量减少光栅结构内传播光线的损失，有利于保证波导结构高效率的显示效果。

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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的一个可选实施例的波导结构的结构示意图；

图2示出了本实用新型的一个可选实施例的显示装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基底层；20、光栅结构；30、低折射率透明胶层；40、盖板镜片。

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实用新型。

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。

在本实用新型中，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实用新型。

为了解决现有技术中的波导结构存在叠合精度和光栅结构稳定性难以同时兼顾的问题，本实用新型提供了一种波导结构和显示装置。

如图1所示，波导结构包括基底层10、光栅结构20和低折射率透明胶层30，光栅结构20设置在所基底层10的一侧表面上，光栅结构20至少包括相对于基底层10倾斜设置的倾斜光栅结构；低折射率透明胶层30填充设置在基底层10具有光栅结构20的一侧，低折射率透明胶层30在基底层10上的投影完全覆盖基底层10及光栅结构20，低折射率透明胶层30远离基底层10的一侧表面为粘结面。

针对倾斜光栅结构容易损坏的加工难题，本申请通过设置低折射率透明胶层30且使低折射率透明胶层30在基底层10上的投影完全覆盖基底层10及光栅结构20，使得低折射率透明胶层30是一整层的且填充在光栅结构20表面上的，一方面相对于传统框贴增加了粘结面的面积，提高了叠合强度和叠合精度，有利于后续与盖板镜片40和其他结构进行胶接，保证了连接稳定性；另一方面使得低折射率透明胶层30能够对光栅结构20形成保护，避免后续在叠合和运输过程中光栅结构20损坏的风险，尤其能够避免倾斜光栅结构损坏的情况，保证的光栅结构20的稳定性，进一步保证了光栅结构20的性能可靠性；另一方面，低折射率透明胶层30由于其自身的低折射率特性，能够尽量减少光栅结构20内传播光线的损失，有利于保证波导结构高效率的显示效果。

如图1所示，波导结构还包括盖板镜片40，盖板镜片40设置在低折射率透明胶层30远离基底层10的一侧表面上且与粘结面连接，以形成波导组件。低折射率透明胶层30起到粘结的作用，以用于将盖板镜片40与基底层10具有光栅结构20的一侧表面胶接在一起，采用低折射率透明胶层30，一方面可以很好的实现光线在基底层10及光栅结构20内部的全反射，降低光效损失，另一方面增加粘结面的面积能够保证叠合强度。盖板镜片40的设置有利于对光栅结构20进一步形成保护，从而避免外部污物和灰尘进入对光线传输造成影响，盖板镜片40的材料为玻璃，此款玻璃兼容全幅及非全辐曲面镜片，对于平面玻璃通常采用强化玻璃。在本申请中，盖板镜片40的厚度大于0.4mm。

需要说明的是，本申请的基底层10的材料为透明高折射率玻璃，通过压印后在其表面形成光栅结构20，在叠合工艺过程中，以涂覆低折射率透明胶层30的结构作为下片，由上平台运输盖板镜片40到对准位置在保证一定间距下，由真空腔体抽取真空保证减少粘结面空气残留，同步进行固化完成全面叠合，此叠合方式优势在于增强叠合强度、降低光效损失同时保证组装后模组无异物进入波导结构造成外观不良。

具体的，低折射率透明胶层30在固化前为流动性较高材质，可为含纳米填料和溶剂的胶水。纳米填料一方面起到降低材料折射率的作用，另一方面保证叠合后定型稳定性。溶剂则是辅助材料填充至光栅结构20的间隙。树脂成分起到粘结的作用。在本申请的具体实施例中，低折射率透明胶层30为UV胶层，UV胶层在固化前有较高的流动性，其内部含溶剂，便于纳米压印结构填充，其内部的纳米填料可降低折射率，以保证低折射率特性了，UV胶层的固化方式为UV灯照射固化，固化方法便捷简单，可兼容量产设备。另外，UV胶层设置一整层且填充光栅结构20的间隙，并使用真空腔体抽取真空，实现与盖板镜片40的真空叠合，真空叠合可保证产品在叠合时，其内部大气压由边缘释放，避免叠合后鼓胀的情况，并减少UV胶层中的气泡残留，同时可防止异物进入盖板镜片40与光栅结构20之间的位置导致外观不良的情况。

具体的，低折射率透明胶层30的折射率小于等于1.1；低折射率透明胶层30的粘度大于等于2000mPa·s。我们通常定义折射率大于1.2为高折射率的范围，常规粘结剂折射率为1.4，折射率较高，本申请采用接近空气折射率的UV胶层进行填充粘结，且UV胶层的折射率小于等于1.1，用以实现粘结作用及满足基底层10和光栅结构20的全反射条件，以保证光线在基底层10和光栅结构20中的光效损失较少，能够忽略不计；通过约束UV胶层粘度要求大于等于2000mPa·s，保证能够保证粘结强度，实现稳定叠合。

具体的，低折射率透明胶层30的高度大于等于50μm且小于等于100μm，且低折射率透明胶层30的高度大于光栅结构20的高度。合理控制片低折射率透明胶层30的高度能够保证光线稳定在内部传输，排除因盖板镜片40的折射率过高，导致光栅结构20与盖板镜片40之间的相互干扰，同时因需要进行全面叠合，采用的胶水不可采用含微球材料，因此需考虑其厚度条件下对胶水均匀性的控制。为避免盖板镜片40过于靠近光栅结构20从而造成二者之间的干涉，UV胶层的厚度需大于50μm；为避免UV胶层厚度增加，其均匀性无法保证，UV胶层的厚度需小于100μm，本申请为保证视觉效果，UV胶水均匀性不采用微球进行保证。

具体的，波导结构还包括第一墨层，第一墨层绕波导组件的外周侧面连续设置，以使波导组件的外周侧面被第一墨层覆盖。可参考图1，也就是说波导组件的上表面和下表面不设置第一墨层，第一墨层仅设置在四周的侧面。由于第一墨层的不透光特性，第一墨层用于阻隔杂散光线进入波导组件中，避免外界光线由边缘进入，同时避免少部分内部传输光线从侧边泄露降低光效，保证成像品质。

如图1所示，光栅结构20包括耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅，至少耦入光栅为倾斜光栅结构，倾斜光栅结构与基底层10之间的角度大于0度且小于90°。光线由耦入光栅进入基底层10，在基底层10内部以全反射方式进行传播，再经过扩瞳光栅传输至耦出光栅位置处，由耦出光栅耦出至人眼进行显示，整体过程可最大限度降低光效损失，同时能够保证倾斜光栅结构的结构稳定性，保证光栅结构20的传输性能。

本申请的基底层10、低折射率透明胶层30和盖板镜片40和均为平面结构或者均为曲面结构，可根据实际情况进行设置，在保证波导结构的叠合工艺的条件下，兼容多种外形，以满足市场的多样化需求，如近视镜片的叠合作业。

如图2所示，本申请还提供了一种显示装置，显示装置包括上述的波导结构，波导结构为两个，两个波导结构的低折射率透明胶层30的两个粘结面彼此连接，以形成显示组件。也就是说，显示装置由上至下依次为基底层10、光栅结构20、低折射率透明胶层30、另一层光栅结构20和另一层基底层10，这样设置能够实现两个波导结构的稳定叠合的同时能够将光栅结构20保护在其中，以保证光栅结构20不受外界因素污染或损坏，保证光栅结构20的高衍射性能。

具体的，两个波导结构的两个光栅结构20之间的低折射率透明胶层30一体成型设置，也就是说两个波导结构的两层低折射率透明胶层30是一体成型的，相当于一整层，这样以便于降低叠合难度，提高叠合效率。

具体的，显示装置还包括第二墨层，第二墨层设置在显示组件的外周侧面上，且第二墨层绕显示组件的外周侧面连续设置，以使显示组件的外周侧面被第二墨层覆盖。可参考图2，也就是说显示组件的上表面和下表面不设置第二墨层，第二墨层仅设置在四周的侧面。由于第二墨层的不透光特性，第二墨层用于阻隔杂散光线进入显示组件中，避免外界光线由边缘进入，同时避免少部分内部传输光线从侧边泄露降低光效，保证成像品质。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

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。

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

Claims (10)

1.一种波导结构，其特征在于，包括：

基底层(10)；

光栅结构(20)，所述光栅结构(20)设置在所基底层(10)的一侧表面上，所述光栅结构(20)至少包括相对于所述基底层(10)倾斜设置的倾斜光栅结构；

低折射率透明胶层(30)，所述低折射率透明胶层(30)填充设置在所述基底层(10)具有所述光栅结构(20)的一侧，所述低折射率透明胶层(30)在所述基底层(10)上的投影完全覆盖所述基底层(10)及所述光栅结构(20)，所述低折射率透明胶层(30)远离所述基底层(10)的一侧表面为粘结面。

2.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述波导结构还包括盖板镜片(40)，所述盖板镜片(40)设置在所述低折射率透明胶层(30)远离所述基底层(10)的一侧表面上且与所述粘结面连接，以形成波导组件。

3.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述低折射率透明胶层(30)为UV胶层。

4.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，

所述低折射率透明胶层(30)的折射率小于等于1.1；和/或

所述低折射率透明胶层(30)的粘度大于等于2000mPa·s。

5.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述低折射率透明胶层(30)的高度大于等于50μm且小于等于100μm，且所述低折射率透明胶层(30)的高度大于所述光栅结构(20)的高度。

6.根据权利要求2所述的波导结构，其特征在于，所述波导结构还包括第一墨层，所述第一墨层绕所述波导组件的外周侧面连续设置，以使所述波导组件的外周侧面被所述第一墨层覆盖。

7.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述光栅结构(20)包括耦入光栅、扩瞳光栅和耦出光栅，至少所述耦入光栅为所述倾斜光栅结构，所述倾斜光栅结构与所述基底层(10)之间的角度大于0度且小于90°。

8.一种显示装置，其特征在于，包括：

权利要求1至7中任一项所述波导结构，所述波导结构为两个，两个所述波导结构的低折射率透明胶层(30)的两个粘结面彼此连接，以形成显示组件。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，两个所述波导结构的两个光栅结构(20)之间的所述低折射率透明胶层(30)一体成型设置。

10.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括第二墨层，所述第二墨层设置在所述显示组件的外周侧面上，且所述第二墨层绕所述显示组件的外周侧面连续设置，以使所述显示组件的外周侧面被所述第二墨层覆盖。