CN220232008U - 衍射元件和ar显示结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种衍射元件和AR显示结构。衍射元件包括基底、衍射光栅结构、第一纳米压印光学胶结构和第二光学胶层，衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构均为多个，多个衍射光栅结构和多个第一纳米压印光学胶结构交替设置在基底的一侧表面上，以使得至少相邻的两个第一纳米压印光学胶结构之间的间隙填充有一个衍射光栅结构，第二光学胶层盖设在衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构远离基底的一侧表面上，以使得基底和第二光学胶层将衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构夹设在其中。本实用新型解决了现有技术中的衍射元件存在衍射效率难以提升的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学成像设备技术领域，具体而言，涉及一种衍射元件和AR显示结构。
背景技术
在AR显示领域中，衍射元件作为各类型的AR显示结构中至关重要的组成部分逐渐被市场所关注。
一般地，通常使用衍射元件进行光线的耦入、扩瞳及耦出，衍射元件通常使用纳米压印的方式制作衍射光栅结构，目前制作的衍射光栅结构所用的纳米压印光学胶材料的折射率为通常为1.1-2.0范围，其衍射效率受限于材料本身难以提升，为了提高效率，经常在衍射光栅结构上设置增强层，例如公开号为CN114217438A的专利。通常增强层设置为TiO2效果最佳，在耦入光栅处设置增强层可以提高微投光机传输出的光进入耦入衍射元件的效率，在耦出光栅处设置增强层，有望解决显示图像的中间亮条的问题。但是即使设置了增强层，衍射光栅结构的材料仍为纳米压印光学胶，而光学胶的折射率往往达不到波导设计所需的高折射率特点，因此衍射元件的衍射效率受限于材料的折射率。
也就是说，现有技术中的衍射元件存在衍射效率难以提升的问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种衍射元件和AR显示结构，以解决现有技术中的衍射元件存在衍射效率难以提升的问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种衍射元件，包括基底、衍射光栅结构、第一纳米压印光学胶结构和第二光学胶层，衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构均为多个，多个衍射光栅结构和多个第一纳米压印光学胶结构交替设置在基底的一侧表面上，以使得至少相邻的两个第一纳米压印光学胶结构之间的间隙填充有一个衍射光栅结构，第二光学胶层盖设在衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构远离基底的一侧表面上，以使得基底和第二光学胶层将衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构夹设在其中。
进一步地，衍射光栅结构的高度与第一纳米压印光学胶结构的高度相等，以使得第二光学胶层朝向基底的一侧表面同时与衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构接触。
进一步地，衍射光栅结构的底面、侧面和顶面分别与基底、第一纳米压印光学胶结构和第二光学胶层接触。
进一步地，衍射光栅结构的折射率大于第一纳米压印光学胶结构的折射率，且衍射光栅结构的折射率大于第二光学胶层的折射率，第一纳米压印光学胶结构与第二光学胶层之间的折射率差不大于0.1。
进一步地，第一纳米压印光学胶结构具有残胶层，残胶层与基底的表面连接，残胶层的厚度不大于10nm。
进一步地，衍射光栅结构为TiO2光栅结构或者Nb2O5光栅结构。
进一步地，第二光学胶层在基底上的投影完全覆盖基底。
进一步地，衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构均倾斜于基底设置，且衍射光栅结构的倾斜角度与第一纳米压印光学胶结构的倾斜角度相同。
进一步地，衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构均垂直于基底设置。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种AR显示结构，包括上述的衍射元件。
应用本实用新型的技术方案，衍射元件包括基底、衍射光栅结构、第一纳米压印光学胶结构和第二光学胶层，衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构均为多个，多个衍射光栅结构和多个第一纳米压印光学胶结构交替设置在基底的一侧表面上，以使得至少相邻的两个第一纳米压印光学胶结构之间的间隙填充有一个衍射光栅结构，第二光学胶层盖设在衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构远离基底的一侧表面上，以使得基底和第二光学胶层将衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构夹设在其中。
多个衍射光栅结构和多个第一纳米压印光学胶结构交替设置在基底的一侧表面上，以使得至少相邻的两个第一纳米压印光学胶结构之间的间隙填充有一个衍射光栅结构，这样设置相邻的衍射光栅结构和第一纳米压印光学胶结构之间是无缝接触的，使得各衍射光栅结构的侧面均与第一纳米压印光学胶结构接触，从而使得至少两个第一纳米压印光学胶结构能够将二者之间填充的衍射光栅结构限位其中，从而保证衍射光栅结构的位置、形状的稳定性，有利于保证衍射光栅结构的使用效果；设置第二光学胶层，一方面为衍射光栅的顶面提供保护，从而避免外界污物对衍射光栅结构的顶面造成污染而影响其衍射性能；另一方面，第二光学胶层和第一纳米压印光学胶结构包覆衍射光栅结构，以保证衍射光栅结构的衍射条件，进一步突破工艺限制和材料限制，选用相对于传统压印形成的光学胶材料的衍射光栅的折射率更高的高折射率材料作为本申请的衍射光栅结构的材料，克服材料所带来的衍射效率提升困难的问题，大大提升了本申请的衍射元件的衍射效率，使得本申请的衍射元件具有衍射效率较高、显示均匀性好、显示质量更高的优点。
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衍射元件在制作过程中处于第一步的示意图；
图2示出了本实用新型的衍射元件在制作过程中处于第二步的示意图；
图3示出了本实用新型的衍射元件在制作过程中处于第三步的示意图；
图4示出了本实用新型的一种可选实施例的衍射元件的结构示意图；
图5示出了本实用新型的另一种可选实施例的衍射元件的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、基底；20、第一纳米压印光学胶结构；30、衍射光栅材料；40、衍射光栅结构；50、第二光学胶层。
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衍射元件存在衍射效率难以提升的问题，本实用新型提供了一种衍射元件和AR显示结构。
如图1至图5所示，衍射元件包括基底10、衍射光栅结构40、第一纳米压印光学胶结构20和第二光学胶层50，衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20均为多个，多个衍射光栅结构40和多个第一纳米压印光学胶结构20交替设置在基底10的一侧表面上，以使得至少相邻的两个第一纳米压印光学胶结构20之间的间隙填充有一个衍射光栅结构40，第二光学胶层50盖设在衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20远离基底10的一侧表面上，以使得基底10和第二光学胶层50将衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20夹设在其中。
多个衍射光栅结构40和多个第一纳米压印光学胶结构20交替设置在基底10的一侧表面上，以使得至少相邻的两个第一纳米压印光学胶结构20之间的间隙填充有一个衍射光栅结构40，这样设置相邻的衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20之间是无缝接触的，使得各衍射光栅结构40的侧面均与第一纳米压印光学胶结构20接触，从而使得至少两个第一纳米压印光学胶结构20能够将二者之间填充的衍射光栅结构40限位其中，从而保证衍射光栅结构40的位置、形状的稳定性，有利于保证衍射光栅结构40的使用效果；设置第二光学胶层50，一方面为衍射光栅的顶面提供保护，从而避免外界污物对衍射光栅结构40的顶面造成污染而影响其衍射性能；另一方面，第二光学胶层50和第一纳米压印光学胶结构20包覆衍射光栅结构40，以保证衍射光栅结构40的衍射条件，进一步突破工艺限制和材料限制，选用相对于传统压印形成的光学胶材料的衍射光栅的折射率更高的高折射率材料作为本申请的衍射光栅结构40的材料，克服材料所带来的衍射效率提升困难的问题，大大提升了本申请的衍射元件的衍射效率，使得本申请的衍射元件具有衍射效率较高、显示均匀性好、显示质量更高的优点。
需要说明的是，多个衍射光栅结构40之间的高度是相等的，多个第一纳米压印光学胶结构20的高度是相等的。
具体的，第一纳米压印光学胶结构20为纳米压印结构。也就是说，第一纳米压印光学胶结构20的材料为纳米压印光刻胶，同时第二光学胶层50的材料也为纳米压印光刻胶，因此可以采用纳米压印方法将第一纳米压印光学胶结构20形成于基底10的表面，以便于后续更高折射率的衍射光栅结构40的设置，保证衍射光栅结构40的结构稳定性。同时，使用纳米压印光刻胶可以形成第一纳米压印光学胶结构20的特定形状，以便后续衍射光栅材料填充其间隙，形成高折射率的具有特定性状的衍射光栅结构40。
如图4和图5所示，衍射光栅结构40的高度与第一纳米压印光学胶结构20的高度相等，且衍射光栅结构40远离基底10的一侧表面为平面，第一纳米压印光学胶结构20远离基底10的一侧表面为平面，以使得多个衍射光栅结构40远离基底10的一侧表面与多个第一纳米压印光学胶结构20远离基底10的一侧表面平齐，进一步使得第二光学胶层50朝向基底10的一侧表面同时与衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20接触，使得第一纳米压印光学胶结构20和第二光学胶层50包覆衍射光栅结构40，以保证衍射光栅结构40具备衍射条件，保证衍射光栅结构40的衍射效率。
具体的，衍射光栅结构40的折射率大于第一纳米压印光学胶结构20的折射率，且衍射光栅结构40的折射率大于第二光学胶层50的折射率，衍射光栅结构40为高折射率材料，以保证衍射光栅结构40的高折射率特性，有利于提升本申请的衍射元件的衍射效率；同时使得第一纳米压印光学胶结构20和第二光学胶层50不会影响衍射光栅结构40的衍射条件，保证使用稳定性。同时第一纳米压印光学胶结构20与第二光学胶层50之间的折射率差不大于0.1。
具体的，衍射光栅结构40为TiO2光栅结构或者Nb2O5光栅结构。由于TiO2光栅结构和者Nb2O5光栅结构的折射率均不小于2.0，采用TiO2光栅结构或者Nb2O5光栅结构作为本申请的衍射光栅结构40，保证了衍射光栅结构40的高折射率特点，保证高衍射效率，由于TiO2光栅结构或者Nb2O5光栅结构材料本身的特性，难以通过直接压印的方式设置在基底10上，因此采用第一纳米压印光学胶结构20和第二光学胶层50包覆衍射光栅结构40的方式制作高折射率的衍射光栅结构40。
具体的，衍射光栅结构40的底面、侧面和顶面分别与基底10、第一纳米压印光学胶结构20和第二光学胶层50接触。基底10、第一纳米压印光学胶结构20和第二光学胶层50不仅能够对衍射光栅结构40形成限位，以保证衍射光栅结构40的结构稳定性，保证衍射效果；还能避免外界污物粘附衍射光栅结构40的表面，避免影响衍射光栅结构40对光线的衍射传输。
如图4和图5所示，第二光学胶层50在基底10上的投影完全覆盖基底10。这样设置使得第一纳米压印光学胶结构20和衍射光学胶结构的顶面均能与第二光学胶层50粘接，有利于保证第二光学胶层50能够对第一纳米压印光学胶结构20和衍射光学胶结构形成保护，同时使得第一纳米压印光学胶结构20、衍射光学胶结构、第二光学胶层50和基底10能够形成一个稳定整体，保证衍射元件的稳定性。
如图4所示，在本申请的一个可选实施例中，衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20均倾斜于基底10设置，且衍射光栅结构40的倾斜角度与第一纳米压印光学胶结构20的倾斜角度相同。此处需要说明的是，衍射光栅结构40的倾斜角度取决于第一纳米压印光学胶结构20的倾斜角度，衍射光栅结构40的形状取决于其所在的相邻两个第一纳米压印光学胶结构20之间间隙的形状。当第一纳米压印光学胶结构20为具有特定倾斜角度的结构时，以便于衍射光栅材料填充其间隙，以形成具有特定倾斜角度的高折射率的衍射光栅结构40。
如图5所示，衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20均垂直于基底10设置。当第一纳米压印光学胶结构20为垂直与基底10的结构时，以便于衍射光栅材料填充其间隙，以形成垂直于基底10的高折射率的衍射光栅结构40。
如图1至图4所示，描述了本申请的衍射元件的制作过程。以倾斜于基底10的设置的衍射光栅结构40进行举例，本申请的衍射元件的制作方法包括：
第一步：在基底10上涂布光学胶，采用带有结构形状的母版或子板对光学胶进行压印、脱模，形成多个第一纳米压印光学胶结构20，参考图1；
此处需要说明的是，纳米压印工艺在加工第一纳米压印光学胶结构20后，会在基底10的表面上留有残留层(残胶未在附图中画出，但本领域技术人员可以理解)，残胶层的厚度不大于10nm。残胶层是因为第一纳米压印光学胶结构20加工工艺留有的一层结构。
第二步，在相邻两个第一纳米压印光学胶结构20之间的间隙中生长TiO2、Nb2O5中的一种或多种，使其相邻两个第一纳米压印光学胶结构20之间的间隙被衍射光栅材料30无孔洞填充，所采用的生长方法包括但不限于化学气相沉积法、物理气相沉积法和原子层沉积法，参考图2；
第三步，通过腐蚀或化学机械抛光的工艺方式，去除衍射光栅材料30高于第一纳米压印光学胶结构20的部分，以使得衍射光栅结构40的高度与第一纳米压印光学胶结构20的高度相等，从而形成本申请的衍射光栅结构40，参考图3；
第四步，在衍射光栅结构40和第一纳米压印光学胶结构20远离基底10的一侧表面上旋转涂布光学胶，再通过空白母版压印的方式形成第二光学胶层50，从而形成本申请的衍射元件，参考图4。
采用上述方法能够制造出多种具有高折射率的衍射光栅结构40，以突破工艺限制提升本申请的衍射元件的衍射效率。当然，采用上述方法也能制作出如图5所示垂直于基底10的衍射光栅结构40的衍射元件。
本实用新型还提供了一种AR显示结构，AR显示结构包括上述的衍射元件。具有上述的衍射元件的AR显示结构具有高衍射效率，显示效果更好。可选的，AR显示结构可以是AR眼镜。
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)
1.一种衍射元件，其特征在于，包括基底(10)、衍射光栅结构(40)、第一纳米压印光学胶结构(20)和第二光学胶层(50)，
所述衍射光栅结构(40)和所述第一纳米压印光学胶结构(20)均为多个，多个所述衍射光栅结构(40)和多个所述第一纳米压印光学胶结构(20)交替设置在所述基底(10)的一侧表面上，以使得至少相邻的两个所述第一纳米压印光学胶结构(20)之间的间隙填充有一个所述衍射光栅结构(40)，所述第二光学胶层(50)盖设在所述衍射光栅结构(40)和所述第一纳米压印光学胶结构(20)远离所述基底(10)的一侧表面上，以使得所述基底(10)和所述第二光学胶层(50)将所述衍射光栅结构(40)和所述第一纳米压印光学胶结构(20)夹设在其中。
2.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，所述衍射光栅结构(40)的高度与第一纳米压印光学胶结构(20)的高度相等，以使得第二光学胶层(50)朝向所述基底(10)的一侧表面同时与所述衍射光栅结构(40)和所述第一纳米压印光学胶结构(20)接触。
3.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，所述衍射光栅结构(40)的底面、侧面和顶面分别与所述基底(10)、所述第一纳米压印光学胶结构(20)和所述第二光学胶层(50)接触。
4.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，所述衍射光栅结构(40)的折射率大于所述第一纳米压印光学胶结构(20)的折射率，且所述衍射光栅结构(40)的折射率大于所述第二光学胶层(50)的折射率，所述第一纳米压印光学胶结构(20)与所述第二光学胶层(50)之间的折射率差不大于0.1。
5.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，所述第一纳米压印光学胶结构(20)具有残胶层，所述残胶层与所述基底(10)的表面连接，所述残胶层的厚度不大于10nm。
6.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，所述衍射光栅结构(40)为TiO2光栅结构或者Nb2O5光栅结构。
7.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，所述第二光学胶层(50)在所述基底(10)上的投影完全覆盖所述基底(10)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的衍射元件，其特征在于，所述衍射光栅结构(40)和所述第一纳米压印光学胶结构(20)均倾斜于所述基底(10)设置，且所述衍射光栅结构(40)的倾斜角度与所述第一纳米压印光学胶结构(20)的倾斜角度相同。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的衍射元件，其特征在于，所述衍射光栅结构(40)和所述第一纳米压印光学胶结构(20)均垂直于所述基底(10)设置。
10.一种AR显示结构，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的衍射元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |