衍射光波导及显示模组的制作方法

    技术2026-02-10  1


    本发明涉及显示,特别是涉及一种衍射光波导及显示模组。


    背景技术:

    1、增强现实(ar)显示是观察者在观看外界真实物体的同时,叠加在真实环境中的图像或者数据等信息也可被观看,因此被广泛应用于各个领域,尤其在军事领域及消费领域。究其原因,增强现实显示提供了传统显示设备不具备的与真实环境无障碍的实时实地交互的功能,给用户带来了全新的视觉体验。但因此增强现实显示中首要的问题就是如何减少显示设备的体积和重量,并提供足够的亮度、视场角,实现设备轻便化和高空间分辨率、高角分辨率的增虚实融合呈现效果。

    2、增强现实显示光学技术发展至今,主要方案大致分为共轴侧视棱镜方案、阵列式半透膜波导方案、自由曲面方案、衍射光波导方案等,不同方案所具备的显示性能不同。目前众多巨头包括微软、meta、apple、google、snap等均采用较为主流的衍射光波导技术方案,衍射光波导是利用光栅的衍射特性来设计“光路”,让光在设计好的路径上传播,将微投影系统发出的光导入人眼。而此类方案主要的优势是体积小、轻薄,而基于衍射光波导的增强现实显示模组延续了超小的体积优势,更有助于穿戴式显示集成与汽车抬头显示的前装。

    3、传统的衍射光波导的方案,采用耦入-转折-耦出的光传导设计,通过衍射扩瞳的理论方法,实现大眼盒显示。如图1所示,传统的一种衍射光波导100’包括波导基底110’,波导基底110’包括耦入区域111’和耦出区域112’。其中,衍射光波导100’的整个耦出区域112’为一种参数相同的光栅结构,当入射光线沿图1中箭头方向从耦入区域111’耦合进入波导基底110’,并在波导基底110’内传导时,第一次经过耦出区域112,并被耦出区域112’的光栅结构衍射出射的光能最强,继此之后,每一次的出射光的能量逐步减弱。这是因为耦出区域112’仅为一种光栅结构,具备相同的衍射效率,而每经过一次衍射之后,可以继续传导的总能量必然衰减,而相同的衍射效率必然会导致下次的出射能量降低,这会导致人眼在透过波导移动观察时,眼盒范围内的能量不均匀带来的明显图像亮暗。因此,传统的衍射光波导在针对耦出区域的部分,由于衍射效率的控制不均,常常会导致眼盒范围内不同观察图像亮度不均匀的问题。


    技术实现思路

    1、基于此,有必要针对如何提升眼盒范围内不同观察图像亮度均匀性的问题,提供一种衍射光波导及显示模组。

    2、一种衍射光波导,所述衍射光波导包括波导基底,所述波导基底包括耦入区域和耦出区域,所述耦入区域用于将图像光线耦入至所述波导基底内,所述耦出区域用于将在所述波导基底内传导的图像光线耦出;所述耦出区域设有光栅结构,所述光栅结构包括若干光栅单元;

    3、其中,自所述耦入区域向所述耦出区域的方向为第一方向,所述耦出区域包括沿所述第一方向依次设置的至少两个子区域,每个所述子区域内设置有若干光栅单元,且靠近所述耦入区域的子区域内的若干光栅单元的密度小于远离所述耦入区域的子区域内的若干光栅单元的密度。

    4、应用本发明技术方案的衍射光波导,图像光线在有光栅结构的区域进行衍射透射,而在无光栅结构的波导基底内部进行全反射传导,这部分经过全反射传导的光线会保留所有的能量,在下一次接触到有光栅结构的区域时发生衍射透射,从而释放部分能量,从而均衡眼盒范围内的耦出效率,实现衍射光波导的扩瞳均匀,因此能够提升眼盒范围内不同观察图像亮度均匀性,有利于广泛应用。

    5、在一个可行的实现方式中,相邻所述光栅单元之间的距离大于50μm且小于4mm。

    6、在一个可行的实现方式中,所述耦出区域内,若干所述光栅单元的密度沿所述第一方向递增。

    7、在一个可行的实现方式中,每个所述子区域内,若干所述光栅单元的结构和周期均相同。

    8、在一个可行的实现方式中,每个所述子区域内,在垂直于所述第一方向的方向上,若干所述光栅单元的密度沿远离所述耦入区域的方向递增。

    9、在一个可行的实现方式中,所述耦出区域包括沿所述第一方向依次设置的第一子区域、第二子区域和第三子区域,所述第一子区域内的相邻两个光栅单元之间的间隙为200μm~400μm,所述第二子区域内的相邻两个光栅单元之间的间隙为100μm~200μm,所述第三子区域内的光栅单元完全覆盖所述第三子区域。

    10、在一个可行的实现方式中,所述至少两个子区域的尺寸相同。

    11、在一个可行的实现方式中,所述光栅单元的形状选自圆形、三角形、正方形与长方形中的至少一种。

    12、一种显示模组,包括上述任一的衍射光波导。

    13、本发明技术方案的显示模组包括上述任一的衍射光波导,当图像光线从耦入区域耦入至波导基底内,之后在波导基底内传导并从耦出区域耦出,图像光线的传导过程中,在有光栅结构的区域进行衍射透射,而在无光栅结构的波导基底内部进行全反射传导,这部分经过全反射传导的光线会保留所有的能量,在下一次接触到有光栅结构的区域时发生衍射透射,从而释放部分能量,从而均衡眼盒范围内的耦出效率,实现衍射光波导的扩瞳均匀,因此能够提升眼盒范围内不同观察图像亮度均匀性,有利于广泛应用。

    14、在一个可行的实现方式中,所述显示模组为抬头显示模组或者增强现实可穿戴显示模组。



    技术特征:

    1.一种衍射光波导,其特征在于,所述衍射光波导包括波导基底,所述波导基底包括耦入区域和耦出区域,所述耦入区域用于将图像光线耦入至所述波导基底内,所述耦出区域用于将在所述波导基底内传导的图像光线耦出;所述耦出区域设有光栅结构,所述光栅结构包括若干光栅单元;

    2.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,相邻所述光栅单元之间的距离大于50μm且小于4mm。

    3.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,所述耦出区域内,若干所述光栅单元的密度沿所述第一方向递增。

    4.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,每个所述子区域内,若干所述光栅单元的结构和周期均相同。

    5.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,每个所述子区域内,在垂直于所述第一方向的方向上,若干所述光栅单元的密度沿远离所述耦入区域的方向递增。

    6.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,所述耦出区域包括沿所述第一方向依次设置的第一子区域、第二子区域和第三子区域,所述第一子区域内的相邻两个光栅单元之间的间隙为200μm~400μm,所述第二子区域内的相邻两个光栅单元之间的间隙为100μm~200μm,所述第三子区域内的光栅单元完全覆盖所述第三子区域。

    7.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,所述至少两个子区域的尺寸相同。

    8.根据权利要求1所述的衍射光波导,其特征在于,所述光栅单元的形状选自圆形、三角形、正方形与长方形中的至少一种。

    9.一种显示模组,其特征在于,包括权利要求1~8中任一项所述的衍射光波导。

    10.根据权利要求9所述的显示模组,其特征在于,所述显示模组为抬头显示模组或者增强现实可穿戴显示模组。


    技术总结
    本发明涉及一种衍射光波导及显示模组。衍射光波导包括波导基底,波导基底包括耦入区域和耦出区域,耦入区域用于将图像光线耦入至波导基底内,耦出区域用于将在波导基底内传导的图像光线耦出;耦出区域设有光栅结构,光栅结构包括若干光栅单元;自耦入区域向耦出区域的方向为第一方向,耦出区域包括沿第一方向依次设置的至少两个子区域,每个子区域内设置有若干光栅单元,且靠近耦入区域的子区域内的若干光栅单元的密度小于远离耦入区域的子区域内的若干光栅单元的密度。应用本发明技术方案的衍射光波导,能够均衡眼盒范围内的耦出效率,实现衍射光波导的扩瞳均匀,因此能够提升眼盒范围内不同观察图像亮度均匀性,有利于广泛应用。

    技术研发人员:罗明辉,杨明,李瑞彬,朱平,袁裴裴,乔文,陈林森
    受保护的技术使用者:苏州苏大维格科技集团股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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