CN220983546U - 一种体全息光栅、光波导和显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种体全息光栅、光波导和显示装置。体全息光栅包括第一基底、第二基底以及位于第一基底和第二基底之间的光栅层；光栅层包括沿平行于光栅层所在平面的方向依次交替周期排列的富液晶区和富聚合物区，富液晶区中的液晶分子的长轴方向与入射光方向平行；入射光为体全息光栅应用时，入射至体全息光栅中的光线。通过此种设置方式，可使得液晶分子的转向统一，避免出现因液晶分子转向不同而造成的光栅折射率不可控的问题。另外，还可使富液晶区和富聚合物区存在较大的折射率差，由此提高体全息光栅的衍射效率，保证体全息光栅装置的显示效果。

Description

一种体全息光栅、光波导和显示装置

技术领域

本实用新型实施例涉及光波导技术领域，尤其涉及一种体全息光栅、光波导和显示装置。

背景技术

增强现实技术(Augmented Reality，AR)是一种视觉体验和人机交互方式的革新，是将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。为了能够得到较为真实的虚拟与现实相结合的系统，AR设备的光学显示系统尤其重要。AR设备的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成。

目前市场上的AR设备采用的光学显示系统一般为微型显示屏和光学元件(包括棱镜、自由曲面、BirdBath和光波导)的组合。目前光学显示系统中光学元件应用较多的是光波导方案，光波导方案包括表面浮雕光栅波导方案和体全息光栅光波导方案，体全息光栅光波导就是采用体全息光栅代替表面浮雕光栅。

但是现有的体全息光栅由于其富液晶区内的各液晶分子的转向不一，从而导致该光栅的折射率调制量较小且不可控，进而使得体全息光栅的衍射效率较低，影响成像效果。

实用新型内容

本实用新型提供一种体全息光栅、光波导和显示装置，以增强光栅的衍射效率，提升成像效果。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种体全息光栅，包括第一基底、第二基底以及位于第一基底和第二基底之间的光栅层；

光栅层包括沿平行于光栅层所在平面的方向依次交替周期排列的富液晶区和富聚合物区，富液晶区中的液晶分子的长轴方向与入射光方向平行；入射光为体全息光栅应用时，入射至体全息光栅中的光线。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种光波导，包括耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，耦入光栅、转折光栅和耦出光栅中均包括本实用新型第一方面提供的体全息光栅；

耦入光栅中的液晶分子的长轴方向与入射至光波导的光线方向平行，转折光栅中的液晶分子的长轴方向与耦入光栅传播至转折光栅的光线方向平行，耦出光栅中的液晶分子的长轴方向与转折光栅传播至耦出光栅的光线方向平行。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种显示装置，包括本实用新型第二方面提供的光波导。

本实用新型实施例中，体全息光栅包括第一基底、第二基底以及位于第一基底和第二基底之间的光栅层；光栅层包括沿平行于光栅层所在平面的方向依次交替周期排列的富液晶区和富聚合物区，富液晶区中的液晶分子的长轴方向与入射光方向平行；入射光为体全息光栅应用时，入射至体全息光栅中的光线。通过此种设置方式，可使得液晶分子的转向统一，避免出现因液晶分子转向不同而造成的光栅折射率不可控的问题。另外，还可使富液晶区和富聚合物区存在较大的折射率差，由此提高体全息光栅的衍射效率，保证体全息光栅装置的显示效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种体全息光栅的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种体全息光栅的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种光波导的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种光波导的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种转折光栅的剖面结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的再一种光波导的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的再一种光波导的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

此外，在本实用新型的描述中，术语“中央”、“中心”、“上”、“下”、左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本实用新型实施例提供的一种体全息光栅的结构示意图，可参考图1，体全息光栅包括第一基底1、第二基底2以及位于第一基底1和第二基底2之间的光栅层3；光栅层3包括沿平行于光栅层3所在平面的方向依次交替周期排列的富液晶区31和富聚合物区32，富液晶区31中的液晶分子4的长轴方向与入射光方向平行；入射光为体全息光栅应用时，入射至体全息光栅中的光线。

具体地，如图1所示，第一基底1和第二基底2均可为透明玻璃基底，第一基底1和第二基底2之间为光栅层3，光栅层3为周期性排列的光栅结构，具体为沿平行于第一基底1(或第二基底2)所在平面方向的依次交替设置的多个富液晶区31和多个富聚合物区32。富聚合物区32中为聚合物材料，富液晶区31中为液晶分子4，富聚合物区32和富液晶区31交替排列形成亮暗干涉条纹。

其中，值得提出的是，本实用新型实施例中，可在制备体全息光栅时令富液晶区31中的液晶分子4的朝向固定，使得体全息光栅中的液晶分子4与基底之间的夹角固定。如此，可使液晶分子4的转向统一，避免出现因液晶分子4转向不同而造成的光栅折射率不可控的问题。

更进一步的，本实用新型还提出，可设置液晶分子4的长轴方向与入射至体全息光栅内的光线的入射方向平行。本领域技术人员可知，当入射光的方向与液晶分子4的长轴方向平行时，富液晶区31对光线的折射率较大，从而使得富液晶区31和富聚合物区32存在较大的折射率差，由此可提高体全息光栅的衍射效率，保证体全息光栅装置的显示效果。

一般情况下，体全息光栅的制备工艺是先在第一基底1和第二基底2中间的空间灌入液晶原材料，液晶原材料可为包括UV单体/齐聚物、光引发剂组合物、液晶的混合溶液。随后对液晶原材料进行曝光，在曝光过程中，UV单体/齐聚物向相干亮区扩散并发生聚合反应生成聚合物，形成富聚合物区32；液晶向暗区扩散，形成富液晶区31，最终获得富聚合物区32与富液晶区31呈周期性排列的光栅结构。本实用新型中，可在曝光过程中可在第一基底1与第二基底2之间形成一固定方向的电场，在该电场的作用下，液晶分子4转至一固定角度，使得最终体全息光栅中液晶分子4的朝向固定。

其中，施加的电场方向与最终液晶分子4的转向角度有关，工作人员在制备体全息光栅之前，可根据该体全息光栅的实际应用需求确定最终入射光的目标方向，进而根据确定的入射光的目标方向设计液晶分子4的朝向，使得液晶分子4的长轴方向与入射光的目标方向平行。上述步骤的具体实施方式可由本领域技术人员根据实际情况设置，本实用新型实施例对此不赘述也不限定。

可选的，当第一基底1和第二基底2之间仅设置有光栅层3时，第一基底1和第二基底2之间的距离d1即为光栅层3的高度，也即光栅的高度，光栅的高度对光栅衍射效率有影响，在实际应用过程中，本领域技术人员可根据实际需求设置第一基底1和第二基底2之间的距离，本实用新型实施例对此不作限定。示例性的，在一些实施例中，可设置第一基底1和第二基底2之间的距离d1为0.1～50微米，但不限于此。

本实用新型实施例中，体全息光栅包括第一基底、第二基底以及位于第一基底和第二基底之间的光栅层；光栅层包括沿平行于光栅层所在平面的方向依次交替周期排列的富液晶区和富聚合物区，富液晶区中的液晶分子的长轴方向与入射光方向平行；入射光为体全息光栅应用时，入射至体全息光栅中的光线。通过此种设置方式，可使得液晶分子的转向统一，避免出现因液晶分子转向不同而造成的光栅折射率不可控的问题。另外，还可令富液晶区和富聚合物区存在较大的折射率差，由此可提高体全息光栅的衍射效率，保证体全息光栅装置的显示效果。

可选的，可继续参考图1，可定义光栅层3中的一个富液晶区31与一个富聚合物区32形成一个周期光栅结构5；周期光栅结构5在周期排列方向上的长度为0.1～1微米，和/或，富液晶区31在周期排列方向上的长度与一个周期光栅结构5的长度的比值为0.1～0.9。

具体地，一个周期光栅结构5也可理解为周期性光栅的一个周期，周期光栅结构5排列的方向即为周期排列方向。作为可选实施例，可设置一个周期光栅结构5在周期排列方向的尺寸为0.1～1微米，但不限于此，实际应用时，本领域技术人员可根据实际需求设置。周期光栅结构5在周期排列方向的尺寸可称为光栅周期，也即，本实施例中，体全息光栅的光栅周期可为0.1～1微米。

另外，可定义富液晶区31在周期排列方向的长度与一个周期光栅结构5在该方向上的长度之比为周期光栅结构5的占空比。本实施例中，可设置周期光栅结构5的占空比在0.1～0.9范围内，具体数值可由本领域技术人员根据实际需求设置。

可选的，图2为本实用新型实施例提供的另一种体全息光栅的结构示意图，可参考图2，在一些实施例中，第一基底1与光栅层3之间还包括胶层6，和/或，第二基底2与光栅层3之间还包括胶层6。

如图2所示，本实施例中，可在第一基底1(和/或第二基底2)与光栅层3之间增加胶层6，由于胶层6具有一定厚度，沿体全息光栅的厚度方向，胶层6会占用第一基底1和第二基底2之间一定的空间，由此使得光栅层3在该方向上的尺寸变小，也即光栅层3的高度(也即光栅的高度)减小。实际应用时，本领域技术人员可根据实际需求调整胶层6的厚度，进而实现光栅高度的调节。图2示出了在第一基底1与光栅层3之间设置胶层6，实际不限于此。

其中，胶层6的材料可为本领域技术人员可知的任意材料，本实用新型实施例对此不限定也不赘述。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种光波导，光波导由本实用新型任意实施例提供的体全息光栅构成，图3为本实用新型实施例提供的一种光波导的结构示意图，可参考图3，光波导包括耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9，耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9中均包括上述实施例中的体全息光栅。其中，耦入光栅7中的液晶分子的长轴方向与入射至光波导的光线方向平行，转折光栅8中的液晶分子的长轴方向与耦入光栅7传播至转折光栅8的光线方向平行，耦出光栅9中的液晶分子的长轴方向与转折光栅8传播至耦出光栅9的光线方向平行。

图3为光波导的俯视结构示意图，光波导整体可看作是多个体全息光栅的集成。在光波导厚度方向，各体全息光栅共用相同的第一基底1和相同的第二基底2。光波导制备时，可先提供包括第一基底1和第二基底2的液晶空盒，液晶空盒为中空结构，随后可在液晶空盒的不同区域制备不同结构的光栅层。光栅层即为上述实施例所述的富液晶区和富聚合物区依次交替排列而成的周期性光栅结构。不同结构的光栅层及其两侧的第一基底1和第二基底2即形成不同的体全息光栅。

具体地，如图3所示，光波导可由耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9构成，耦入光栅7所在区域即为光波导的耦入区域，转折光栅8所在区域即为光波导的转折区域，耦出光栅9所在区域即为光波导的耦出区域。微投影仪入射的光首先进入耦入光栅7，进入耦入光栅7的光线传播至转折光栅8，转折光栅8用于改变光的传播方向，在转折光栅8的作用下，光线发生转向并继续传播至耦出光栅9，最后经由耦出光栅9进入人眼。

本实施例中，可将耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9的结构均按照上述实施例中进行设置。也即，对于耦入光栅7来说，其富液晶区中的液晶分子的长轴方向与微投影仪中发出的光线的入射方向平行，也即与入射至光波导中的光线方向平行。对于转折光栅8来说，其富液晶区中的液晶分子的长轴方向与耦入光栅7传播至转折光栅8的光线方向平行。对于耦出光栅9来说，其富液晶区中的液晶分子的长轴方向与转折光栅8传播至耦出光栅9的光线方向平行。如此，使得各光栅区域均可具有较高的衍射效率，提升光波导的出光效果。

其中，本实用新型不限定耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9在光波导中的排布方式，本领域技术人员可根据实际需求设置。

可选的，在一些实施例中，可设置耦入光栅7的富液晶区31的各液晶分子4的长轴与第一基底1之间的夹角范围为30～90°。转折光栅8的富液晶区的各液晶分子的长轴与第一基底1之间的夹角范围为30～75°。耦出光栅9的富液晶区的各液晶分子的长轴与第一基底1之间的夹角范围为30～75°。以满足微投影仪与体全息光波导的各种搭配角度使用，例如，微投影仪垂直入射耦入光栅7(即入射光为90°)时，耦入光栅7中的富液晶区31的各液晶分子4的长轴与第一基底1之间的夹角为90°，转折光栅8和耦出光栅9的液晶分子长轴与第一基底1之间的夹角则在满足耦入光栅7、转折光栅8、耦出光栅9三个光栅的光栅矢量为零的条件下，适应性的在上述角度范围内选择合适的角度即可；同理，微投影仪是以60°入射至耦入光栅7时，则耦入光栅7中的富液晶区31的各液晶分子4的长轴与第一基底1之间的夹角为60°，转折光栅8和耦出光栅9的液晶分子长轴与第一基底1之间的夹角对应设计。

可选的，图4为本实用新型实施例提供的另一种光波导的结构示意图，可参考图4，在可能的实施例中，耦入光栅7包括沿第一方向X排列的第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72，第一方向X平行于第一基底1所在平面；第一耦入光栅区71包括第一耦入光栅层(图中未示出)，第二耦入光栅区72包括第二耦入光栅层(图中未示出)；第一耦入光栅层和第二耦入光栅层中周期光栅结构的排列周期不同，或者，第一耦入光栅层和第二耦入光栅层以第一平面(图中未示出)为对称面呈镜像对称，第一平面与第一基底1垂直，且第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72的分界线s落入第一平面；转折光栅8包括第一转折光栅区81和第二转折光栅区82，第一转折光栅区81位于第一耦入光栅区71背离第二耦入光栅区72的一侧，第二转折光栅区82位于第二耦入光栅区72背离第一耦入光栅区71的一侧；耦出光栅9设置在转折光栅8的第一侧8a，第一侧8a与转折光栅8朝向耦入光栅7的一侧邻接。

具体地，如图4所示，本实施例中，可进一步将耦入光栅划分为沿第一方向X排列的两个分区，也即第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72，第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72可以二者的分界线为轴呈对称分布。其中，可定义第一耦入光栅区71中的光栅层为第一耦入光栅层、第二耦入光栅区72中的光栅层为第二耦入光栅层。

周期光栅结构的排列周期是指其在周期排列方向的尺寸，也即上文中提到的光栅周期，在一种可选实施方式中，可设置第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72的光栅周期不同。其中，可设置第一耦入光栅层的光栅周期在380nm以上，第二耦入光栅层的光栅周期在380nm以下，以此，使得第一耦入光栅区71主要用于传播红绿光，第二耦入光栅区72主要用于传输蓝绿光。如此，可利用光波导传输彩色画面，提升光波导的集成度，使得光波导的结构紧凑。

在另一种可选的实施例中，可设置第一耦入光栅层和第二耦入光栅层为对称结构，也即第一耦入光栅区71中光栅的结构与第二耦入光栅区72中光栅的结构对称，使得第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72可传输不同级次的光线，提高光线的利用率，增加光线在第一方向X的传播范围，进而增加视场角。

上述两种第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72的具体结构可由本领域技术人员根据实际需求设置，本实用新型对此不赘述也不限定。其中，第一耦入光栅区71和第二耦入光栅区72均为耦入光栅7的不同区域，也即第一耦入光栅区71的光栅和第二耦入光栅区72的光栅一体设置，耦入光栅7为一体结构。

继续参考图4，针对上述耦入光栅7的分区设置方式，转折光栅8可包括第一转折光栅区81和第二转折光栅区82，第一转折光栅区81和第二转折光栅区82可为不同的子转折光栅，也即第一转折光栅区81的光栅和第二转折光栅区82中的光栅互相独立设置，其中，第一转折光栅区81和第二转折光栅区82可设置在耦入光栅7沿第一方向X的两侧。第一转折光栅区81靠近第一耦入光栅区71设置，第二转折光栅区82靠近第二耦入光栅区72设置。第一转折光栅区81用于转折第一耦入光栅区71出射的光线，第二转折光栅区82用于转折第二耦入光栅区72出射的光线。

其中，第一转折光栅区81中光栅的结构与第一耦入光栅区71中光栅的结构匹配，第二转折光栅区82中光栅的结构与第二耦入光栅区72中光栅的结构匹配。例如，假设第一耦入光栅区71为传输红绿光对应的光栅结构，第二耦入光栅区72为传输蓝绿光对应的光栅结构，则第一转折光栅区81同样为传输红绿光对应的光栅结构，第二转折光栅区82同样为传输蓝绿光对应的光栅结构。

继续参考图4，本实施例中，耦出光栅9可不进行分区设置，耦出光栅9可位于第一转折光栅区81和第二转折光栅区82的同一侧，假设在第二方向Y上做投影，耦出光栅9与第一转折光栅区81、第二转折光栅区82和耦入光栅7均存在投影交叠区域，第二方向Y与第一方向X相交。第一转折光栅区81出射的光线经耦出光栅9射出，第二转折光栅区82出射的光线经耦出光栅9射出。

可选的，图5为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图，可参考图5，本实施例中，耦入光栅7和耦出光栅9可不进行分区设置，转折光栅8包括至少两个转折光栅区。至少两个转折光栅区包括第三转折光栅区83和第四转折光栅区84，第三转折光栅区83位于耦入光栅7的一侧，第四转折光栅区84位于第三转折光栅区83背离耦入光栅7的一侧；耦出光栅9设置在转折光栅8的第一侧8a，第一侧8a与转折光栅8朝向耦入光栅7的一侧邻接；第三转折光栅区83中的液晶分子的折射率小于第四转折光栅区84中的液晶分子的折射率；或者，第三转折光栅区83中的光栅层的高度小于第四转折光栅区84中的光栅层的高度。

具体地，如图5所示，本实施例中，转折光栅8为一体结构，转折光栅8整体位于耦入光栅7的一侧，转折光栅8的至少两个转折光栅区沿耦入光栅7指向转折光栅8的方向排列。以转折光栅8包括第三转折光栅区83和第四转折光栅区84为例，第三转折光栅区83靠近耦入光栅7设置，第四转折光栅区84位于第三转折光栅区83背离耦入光栅7的一侧。耦入光栅7出射的光线先进入第三转折光栅区83，在第三转折光栅区83中，部分光线发生转向射至耦出光栅9，另一部分光线继续沿原方向传播进入第四转折光栅区84，射入第四转折光栅区84的光线中，部分光线发生转向射至耦出光栅9，另一部分沿原方向继续传播。

从耦入光栅7射出的光线中，部分光线到最终从耦出光栅9射出所经历的光程不同，因此经历的衍射和反射次数也会不同，导致光能损失不同，为得到光强相同的出射光束，从而实现均匀、连续的图像效果。本实施例可设置不同转折光栅区的衍射效率不同。

具体地，可以理解的是，随着光线在各转折光栅区的传播，光线的能量是逐渐减少的，以图5为例，图5所示实线箭头示意光线传输路径，由于射入第三转折光栅区83的光线部分转向，导致射向第四转折光栅区84的光线的能量降低。因此，可适当降低距离耦入光栅7较近的转折光栅区的衍射效率，并提升距离耦入光栅7较远的转折光栅区的衍射效率，以降低距离耦入光栅7较近的转折光栅区出射的光线能量、提升距离耦入光栅7较远的转折光栅区出射的光线能量，使得不同转折光栅区最终出射的光线的能量趋于一致，最终成像效果更加均匀。

示例性的，以转折光栅包括两个转折光栅区为例，本实用新型提供了以下三种实现不同转折光栅区衍射效率差异化设置的具体方案。

第一种方案，可设置第三转折光栅区83中的液晶分子的折射率小于第四转折光栅区84中的液晶分子的折射率。使得第四转折光栅区84中富液晶区和富聚合物区的折射率差较大，提高第四转折光栅区84的衍射效率。此处所说的液晶分子的折射率是指各类型的液晶分子自身的折射率，也即各种材料的液晶分子的折射率。

第二种方案，可设置第三转折光栅区83中的光栅层的高度小于第四转折光栅区84中的光栅层的高度，通过增加光栅的高度达到提升衍射效率的目的。

进一步可选的，图6为本实用新型实施例提供的一种转折光栅的剖面结构示意图，可参考图6，当第三转折光栅区83中的光栅层3的高度小于第四转折光栅区84中的光栅层3的高度时，第三转折光栅区83中的光栅层3与第一基底1和/或第二基底2之间存在第一胶层61，第四转折光栅区84中的光栅层与第一基底1和/或第二基底2之间存在第二胶层62，第一胶层61的厚度大于第二胶层62的厚度。

具体地，上文中有所提及，可通过在第一基底1(和/或第二基底2)与光栅层之间增加胶层，达到调节光栅层高度的目的。为实现不同转折光栅区中光栅层高度的差异化设置，可令第三转折光栅区83中的第一胶层61的厚度大于第四转折光栅区84中的第二胶层62的厚度。使得第三转折光栅区83中的光栅层3高度小于第四转折光栅区84中的光栅层3高度。图6中示出了在第一基底1与光栅层3之间设置胶层，实际不限于此。

当转折光栅8包括三个及以上的转折光栅区时，各转折光栅区均可按照上述方式设置，本实用新型实施例不再赘述。

可选的，图7为本实用新型实施例提供的再一种光波导的结构示意图，可参考图7，本实施例中，耦入光栅7和转折光栅8可不进行分区设置，耦出光栅9包括至少两个耦出光栅区。至少两个耦出光栅区包括第一耦出光栅区91和第二耦出光栅区92；第一耦出光栅区91位于转折光栅8的第一侧8a，第一侧8a与转折光栅8朝向耦入光栅7的一侧邻接；第二耦出光栅区92位于第一耦出光栅区91背离转折光栅8的一侧；第一耦出光栅区91中的液晶分子的折射率小于第二耦出光栅区92中的液晶分子的折射率；或者，第一耦出光栅区91中的光栅层的高度小于第二耦出光栅区92中的光栅层的高度。

具体地，如图7所示，本实施例中，耦出光栅9为一体结构，耦出光栅9整体位于转折光栅8的一侧，耦出光栅9的至少两个耦出光栅区沿转折光栅8指向耦出光栅9的方向排列。以耦出光栅9包括第一耦出光栅区91和第二耦出光栅区92为例，第一耦出光栅区91靠近转折光栅8设置，第二耦出光栅区92位于第一耦出光栅区91背离转折光栅8的一侧。转折光栅8出射的光线先进入第一耦出光栅区91，在第一耦出光栅区91中，部分光线从光波导中射出，另一部分光线继续沿原方向传播进入第二耦出光栅区92，射入第二耦出光栅区92的光线中，部分光线发生转向射至耦出光栅9，另一部分沿原方向继续传播。

与上述实施例转折光栅8的分区原理相同，本实施例中，可适当降低距离转折光栅8较近的耦出光栅区的衍射效率，并提升距离转折光栅8较远的耦出光栅区的衍射效率，以降低距离转折光栅8较近的耦出光栅区出射的光线能量、提升距离转折光栅8较远的耦出光栅区出射的光线能量，使得不同耦出光栅区最终出射的光线的能量趋于一致，提升成像均匀性。

同样的，实现不同耦出光栅区衍射效率差异化设置的具体方案包括以下三种。第一种方案，可设置第一耦出光栅区91中的液晶分子的折射率小于第二耦出光栅区92中的液晶分子的折射率，使得第二耦出光栅区92中富液晶区和富聚合物区的折射率差较大，提高第二耦出光栅区92的衍射效率。第二种方案，可设置第一耦出光栅区91中的光栅层的高度小于第二耦出光栅区92中的光栅层的高度，通过增加光栅的高度达到提升衍射效率的目的。

进一步地，当第一耦出光栅区91中的光栅层的高度小于第二耦出光栅区92中的光栅层的高度时，第一耦出光栅区91中的光栅层与第一基底和/或第二基底之间存在第三胶层(图中未示出)，第二耦出光栅区92中的光栅层与第一基底和/或第二基底之间存在第四胶层(图中未示出)，第三胶层的厚度大于第四胶层的厚度。

具体地，与上述实施例中相似，为实现不同耦出光栅区中光栅层高度的差异化设置，可令第一耦出光栅区91中的第三胶层的厚度大于第二耦出光栅区92中的第四胶层的厚度。使得第一耦出光栅区91中的光栅层高度小于第二耦出光栅区92中的光栅层高度。

可选的，在一些实施例中，当转折光栅包括分为第三转折光栅区和第四转折光栅区时，可设置第三转折光栅区中的液晶分子的折射率为1.510～1.623，第四转折光栅区中的液晶分子的折射率为1.624～1.746。

相应的，当耦出光栅包括第一耦出光栅区和第二耦出光栅区时，可设置第一耦出光栅区中的液晶分子的折射率为1.510～1.623，第二耦出光栅区中的液晶分子的折射率为1.624～1.746。

当耦出光栅9包括三个及以上的耦出光栅区时，各耦出光光栅区均可按照上述方式设置，本实用新型实施例不再赘述。

可选的，图8为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图，可参考图8，在其他实施例中，耦入光栅7和转折光栅8可不进行分区设置，耦出光栅9包括至少两个耦出光栅区。至少两个耦出光栅区可包括第三耦出光栅区93和第四耦出光栅区94；第三耦出光栅区93和第四耦出光栅区94位于转折光栅8的同一侧。第三耦出光栅区93和第四耦出光栅区94的具体结构可与上述第一耦出光栅区91和第二耦出光栅区92的结构相似，此处不再详细说明。

可选的，图9为本实用新型实施例提供的再一种光波导的结构示意图，图10为本实用新型实施例提供的又一种光波导的结构示意图，可参考图9和图10，在其他实施例中，耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9中的至少两个可进行分区设置。例如图9所示实施例中，耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9均进行分区设置，图10所示实施例中，耦入光栅7不进行分区设置，转折光栅8和耦出光栅9进行分区设置。

关于耦入光栅7、转折光栅8和耦出光栅9分区设置的方案远不限于此，本实用新型不再一一详细介绍，任意光栅分区的方案均在本实用新型实施例保护的技术方案范围内。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种显示装置，显示装置包括本实用新型任意实施例提供的光波导，显示装置还包括微型显示屏。对于光波导和微型显示屏的具体组合方式，本实用新型实施例不作限定，显示装置可为AR-HUD(抬头显示，Head UpDisplay，HUD)或AR眼镜，但不限于此。

一般情况下，AR-HUD的体积大于AR眼镜的体积，AR-HUD中光波导的整体面积应大于AR眼镜中光波导的面积。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种体全息光栅，其特征在于，包括第一基底、第二基底以及位于所述第一基底和所述第二基底之间的光栅层；

所述光栅层包括沿平行于所述光栅层所在平面的方向依次交替周期排列的富液晶区和富聚合物区，所述富液晶区中的液晶分子的长轴方向与入射光方向平行；所述入射光为所述体全息光栅应用时，入射至所述体全息光栅中的光线。

2.根据权利要求1所述的体全息光栅，其特征在于，所述光栅层中的一个所述富液晶区与一个所述富聚合物区形成一个周期光栅结构；

所述周期光栅结构在周期排列方向上的长度为0.1～1微米，和/或，所述富液晶区在所述周期排列方向上的长度与一个所述周期光栅结构的长度的比值为0.1～0.9。

3.根据权利要求1所述的体全息光栅，其特征在于，所述第一基底与所述光栅层之间还包括胶层，和/或，所述第二基底与所述光栅层之间还包括胶层。

4.一种光波导，其特征在于，包括耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅中均包括上述权利要求1～3任一项所述的体全息光栅；

所述耦入光栅中的液晶分子的长轴方向与入射至所述光波导的光线方向平行，所述转折光栅中的液晶分子的长轴方向与所述耦入光栅传播至所述转折光栅的光线方向平行，所述耦出光栅中的液晶分子的长轴方向与所述转折光栅传播至所述耦出光栅的光线方向平行。

5.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述耦入光栅包括沿第一方向排列的第一耦入光栅区和第二耦入光栅区，所述第一方向平行于所述第一基底所在平面；所述第一耦入光栅区包括第一耦入光栅层，所述第二耦入光栅区包括第二耦入光栅层；所述第一耦入光栅层和所述第二耦入光栅层中周期光栅结构的排列周期不同，或者，所述第一耦入光栅层和所述第二耦入光栅层以第一平面为对称面呈镜像对称，所述第一平面与所述第一基底垂直，且所述第一耦入光栅区和所述第二耦入光栅区的分界线落入所述第一平面；

所述转折光栅包括第一转折光栅区和第二转折光栅区，所述第一转折光栅区位于所述第一耦入光栅区背离所述第二耦入光栅区的一侧，所述第二转折光栅区位于所述第二耦入光栅区背离所述第一耦入光栅区的一侧；

所述耦出光栅设置在所述转折光栅的第一侧，所述第一侧与所述转折光栅朝向所述耦入光栅的一侧邻接。

6.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述转折光栅包括至少两个转折光栅区，至少两个所述转折光栅区包括第三转折光栅区和第四转折光栅区，所述第三转折光栅区位于所述耦入光栅的一侧，所述第四转折光栅区位于所述第三转折光栅区背离所述耦入光栅的一侧；

所述耦出光栅设置在所述转折光栅的第一侧，所述第一侧与所述转折光栅朝向所述耦入光栅的一侧邻接；

所述第三转折光栅区中的液晶分子的折射率小于所述第四转折光栅区中的液晶分子的折射率；或者，所述第三转折光栅区中的光栅层的高度小于所述第四转折光栅区中的光栅层的高度。

7.根据权利要求6所述的光波导，其特征在于，所述第三转折光栅区中的液晶分子的折射率为1.510～1.623，所述第四转折光栅区中的液晶分子的折射率为1.624～1.746。

8.根据权利要求6所述的光波导，其特征在于，当所述第三转折光栅区中的光栅层的高度小于所述第四转折光栅区中的光栅层的高度时，所述第三转折光栅区中的光栅层与所述第一基底和/或所述第二基底之间存在第一胶层，所述第四转折光栅区中的光栅层与所述第一基底和/或所述第二基底之间存在第二胶层，所述第一胶层的厚度大于所述第二胶层的厚度。

9.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述耦出光栅包括至少两个耦出光栅区，至少两个所述耦出光栅区包括第一耦出光栅区和第二耦出光栅区；

所述第一耦出光栅区位于所述转折光栅的第一侧，所述第一侧与所述转折光栅朝向所述耦入光栅的一侧邻接；所述第二耦出光栅区位于所述第一耦出光栅区背离所述转折光栅的一侧；

所述第一耦出光栅区中的液晶分子的折射率小于所述第二耦出光栅区中的液晶分子的折射率；或者，所述第一耦出光栅区中的光栅层的高度小于所述第二耦出光栅区中的光栅层的高度。

10.根据权利要求9所述的光波导，其特征在于，所述第一耦出光栅区中的液晶分子的折射率为1.510～1.623，所述第二耦出光栅区中的液晶分子的折射率为1.624～1.746。

11.根据权利要求9所述的光波导，其特征在于，当所述第一耦出光栅区中的光栅层的高度小于所述第二耦出光栅区中的光栅层的高度时，所述第一耦出光栅区中的光栅层与所述第一基底和/或所述第二基底之间存在第三胶层，所述第二耦出光栅区中的光栅层与所述第一基底和/或所述第二基底之间存在第四胶层，所述第三胶层的厚度大于所述第四胶层的厚度。

12.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求4～11任一项所述的光波导。