【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增强现实，特别是涉及一种体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备。
技术介绍
1、近年来，虽然增强现实(英文augmented reality，简称ar)中衍射光波导的技术日趋成熟，但衍射光波导的效率和均匀性仍然是波导设计关注的热点。
2、目前，体全息光栅作为优秀的光学耦合器件，有着效率高、响应带宽宽以及可复用等特点，并且工艺简单，成本低，生产效率高，具有较大的市场潜力。此外，由于大部分外界环境光能够直接透过体全息光栅，因此体全息光栅具有良好的透明度，这在增强现实
的优势明显。
3、然而，由于体全息光栅具有良好的入射光波长选择性和入射角度选择性，使得其对角度和波长满足布拉格条件的入射光的衍射效率很高(理论效率接近100％)，因此沿着波导内的光线传输方向，在现有的体全息光栅波导内传输的光线强度会随着光线耦出而快速衰减，使得经由体全息光栅的不同区域耦出的光线强度差异较大，导致现有的体全息光栅波导的显示亮度的均匀性较差，严重影响近眼显示设备的显示效果。
技术实现思路
1、本专利技术的一个优势在于提供一种体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备，其能够解决光线在波导基底内传输时因传输光强衰减而造成耦出光强不均匀问题。
2、本专利技术的另一个优势在于提供一种体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备，其中，在本专利技术的一个实施例中，所述体全息光栅波导能够提升显示亮度的均匀性，改善近眼显示设备的显示效果。
3、本专利技术的另一
4、本专利技术的另一个优势在于提供一种体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备，其中，在本专利技术的一个实施例中，所述体全息光栅波导能够通过光栅厚度的变化调节体全息转折光栅上不同区域的衍射效率，使得所述体全息转折光栅能够衍射转折光线以光强均匀地传播至所述体全息耦出光栅，有助于提升整体显示均匀性。
5、本专利技术的另一个优势在于提供一种体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备，其中为了达到上述目的，在本专利技术中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本专利技术成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备，同时还增加了所述体全息光栅波导及其制造方法和近眼显示设备的实用性和可靠性。
6、为了实现本专利技术的上述至少一个优势或其他优点和目的，本专利技术提供了一种体全息光栅波导，包括：
7、波导基底，所述波导基底具有耦入区域和耦出区域，用于将图像光从所述耦入区域传输至所述耦出区域；
8、耦入元件，所述耦入元件被对应地设置于所述波导基底的所述耦入区域，用于将图像光从所述耦入区域耦入所述波导基底；以及
9、体全息耦出光栅，所述体全息耦出光栅被对应地设置于所述波导基底的所述耦出区域，用于将图像光从所述耦出区域耦出所述波导基底；其中所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向增加。
10、根据本申请的一个实施例，所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向逐渐增加。
11、根据本申请的一个实施例，所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向阶梯式增加。
12、根据本申请的一个实施例，所述体全息耦出光栅中相邻的两个台阶部位之间的厚度差在100nm至20um之间。
13、根据本申请的一个实施例，所述体全息耦出光栅中厚度最大部位的纵向周期个数小于10。
14、根据本申请的一个实施例，所述体全息耦出光栅的厚度范围在100nm至100um之间。
15、根据本申请的一个实施例，所述体全息耦出光栅包括取向层和液晶层，所述取向层位于所述液晶层和所述波导基底之间，所述液晶层由掺杂手性材料的液晶分组组成，以呈现三维旋转结构。
16、根据本申请的一个实施例，所述波导基底进一步具有位于所述耦入区域和所述耦出区域之间光路中的扩瞳区域；所述体全息光栅波导进一步包括扩瞳元件，所述扩瞳元件被对应地设置于所述波导基底的所述扩瞳区域。
17、根据本申请的一个实施例，所述扩瞳元件为体全息转折光栅；所述体全息转折光栅的厚度沿着所述扩瞳区域处的图像光传输方向逐渐增加或阶梯式增加。
18、根据本申请的一个实施例，所述耦入元件为体全息耦入光栅。
19、根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种近眼显示设备，包括：
20、显示光机；和
21、上述任一所述的体全息光栅波导，所述体全息光栅波导位于所述显示光机的投射侧。
22、根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种体全息光栅波导的制造方法，包括步骤：
23、旋涂取向层溶液于波导基底的耦出区域，以固化并曝光形成体全息耦出光栅的取向层；
24、喷涂液晶混合物溶液于该取向层，并光照固化以形成该体全息耦出光栅中厚度不均的液晶层，使得该体全息耦出光栅的厚度沿着该耦出区域处的图像光传输方向增加；以及
25、设置耦入元件于该波导基底的耦入区域。
26、根据本申请的一个实施例，所述液晶混合物溶液由溶剂、液晶材料、手性材料以及光引发剂混合而成。
27、根据本申请的一个实施例，所述旋涂取向层溶液于波导基底的耦出区域，以固化并曝光形成体全息耦出光栅的取向层的步骤，包括步骤：
28、配制by溶液作为该取向层溶液；
29、旋涂该取向层溶液于该耦出区域；
30、烘烤该取向层溶液，以形成固定于该耦出区域的取向层半成品；以及
31、在该取向层半成品冷却后，对该取向层半成品进行偏振全息曝光，以获得该取向层。
32、根据本申请的一个实施例，所述体全息光栅波导的制造方法进一步包括步骤：
33、设置扩瞳元件于该波导基底的扩瞳区域。
34、根据本申请的一个实施例，所述设置扩瞳元件于该波导基底的扩瞳区域的步骤，包括步骤：
35、旋涂取向层溶液于该扩瞳区域，以固化并曝光形成体全息转折光栅的取向层；和
36、喷涂液晶混合溶液于该取向层，并光照固化以形成该体全息转折光栅中厚度不均的液晶层，使得该体全息转折光栅的厚度沿着所述扩瞳区域处的图像光传输方法逐渐增加或阶梯式增加。
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1.体全息光栅波导，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向阶梯式增加。
4.根据权利要求3所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅中相邻的两个台阶部位之间的厚度差在100nm至20um之间。
5.根据权利要求2至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅中厚度最大部位的纵向周期个数小于10。
6.根据权利要求2至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅的厚度范围在100nm至100um之间。
7.根据权利要求1至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅包括取向层和液晶层，所述取向层位于所述液晶层和所述波导基底之间，所述液晶层由掺杂手性材料的液晶分组组成，以呈现三维旋转结构。
8.根据权利要求1至4中任一所述的体全息光栅
9.根据权利要求8所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述扩瞳元件为体全息转折光栅；所述体全息转折光栅的厚度沿着所述扩瞳区域处的图像光传输方向逐渐增加或阶梯式增加。
10.根据权利要求1至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述耦入元件为体全息耦入光栅。
11.近眼显示设备，其特征在于，包括：
12.体全息光栅波导的制造方法，其特征在于，包括步骤：
13.根据权利要求12所述的体全息光栅波导的制造方法，其特征在于，所述液晶混合物溶液由溶剂、液晶材料、手性材料以及光引发剂混合而成。
14.根据权利要求12所述的体全息光栅波导的制造方法，其特征在于，所述旋涂取向层溶液于波导基底的耦出区域，以固化并曝光形成体全息耦出光栅的取向层的步骤，包括步骤：
15.根据权利要求12至14中任一所述的体全息光栅波导的制造方法，其特征在于，所述体全息光栅波导的制造方法进一步包括步骤：
16.根据权利要求15所述的体全息光栅波导的制造方法，其特征在于，所述设置扩瞳元件于该波导基底的扩瞳区域的步骤，包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.体全息光栅波导，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅的厚度沿着所述耦出区域处的图像光传输方向阶梯式增加。
4.根据权利要求3所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅中相邻的两个台阶部位之间的厚度差在100nm至20um之间。
5.根据权利要求2至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅中厚度最大部位的纵向周期个数小于10。
6.根据权利要求2至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅的厚度范围在100nm至100um之间。
7.根据权利要求1至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述体全息耦出光栅包括取向层和液晶层，所述取向层位于所述液晶层和所述波导基底之间，所述液晶层由掺杂手性材料的液晶分组组成，以呈现三维旋转结构。
8.根据权利要求1至4中任一所述的体全息光栅波导，其特征在于，所述波导基底进一步具有位于所述耦入区域和所述耦出区域之间光路中的扩瞳区域；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹正坤，夏乐乐，高一峰，陈远，
申请(专利权)人：舜宇奥来半导体光电上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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