[發明專利]一種二維光柵及其形成方法、光波導及近眼顯示設備

在審

• 申請號: 202210292322.2
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114660692A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 郭曉明;宋強;馬國斌
• 申請（專利權）人: 深圳瓏璟光電科技有限公司
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B6/124;G02B6/34;G02B27/00;G02B27/01
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 許銓芬

本發明實施例涉及光學器件領域，公開了一種二維光柵及其形成方法、光波導及近眼顯示設備，該二維光柵包括沿水平方向和豎直方向周期性平鋪排列在波導基底表面的重復單元，重復單元包括沿第一水平線設置的第一凹陷部/凸起部和第二凹陷部/凸起部和沿第二水平線設置的第三凹陷部/凸起部，第一凹陷部/凸起部和第二凹陷部/凸起部呈軸對稱設置，水平方向上相鄰兩個重復單元中、緊挨的第一凹陷部/凸起部和第二凹陷部/凸起部構成的組合結構呈水滴形，第三凹陷部/凸起部呈倒置水滴形，且第三凹陷部/凸起部為軸對稱圖形，可以根據對光線耦出效率的需求在光波導上刻蝕形成，具有較高的調節自由度，易于加工，實現更好的出瞳/視場均勻性。

技術領域

本發明實施例涉及光學器件技術領域，特別涉及一種二維光柵及其形成方法、光波導及近眼顯示設備。

背景技術

增強現實(Augmented Reality，AR)技術是將虛擬信息與現實世界相互融合的技術，以增強現實眼鏡為代表的增強現實技術目前在各個行業開始興起，尤其在安防和工業領域，其大大改進了信息交互方式。目前比較成熟的增強現實技術中的光學顯示方案主要分為棱鏡方案、birdbath方案、自由曲面方案和光波導(Lightguide)方案，前三種方案體積較大，限制了其在智能穿戴方面，即增強現實眼鏡方面的應用，光波導方案是目前增強現實眼鏡中最佳的光學顯示方案。

光波導方案又分為幾何波導方案、浮雕光柵波導方案和體全息波導方案，其中，幾何波導方案是使用陣列的鍍膜半透半反射鏡來達到虛擬信息的顯示，但是該方案的視場和眼動范圍受限，而且陣列鏡片會給畫面帶來條紋效果，所以幾何波導方案無法給人眼呈現最佳的顯示效果。體全息波導方案目前在大規模量產上受到了限制。浮雕光柵波導方案由于納米壓印的便利性是目前研究最多的技術方案，具有大視場和大眼動范圍的優勢。

其中，目前浮雕光柵波導的方案路徑主要有基于一維光柵的光波導方案和基于二維光柵的光波導方案，二維光柵波導分為耦入區域和耦出區域，耦出區域使用二維光柵結構兼顧了擴展和耦出的功能。

在實現本發明實施例過程中，發明人發現以上相關技術中至少存在如下問題：目前基于二維光柵結構的光波導方案中，在耦出區域使用的二維光柵結構通常為圓柱結構和菱形結構，這兩種結構可調節參數較少，所以不利于耦出效率的調節。

發明內容

本申請實施例提供了一種二維光柵及其形成方法、光波導及近眼顯示設備。

本發明實施例的目的是通過如下技術方案實現的：

為解決上述技術問題，第一方面，本發明實施例中提供了一種二維光柵，包括沿水平方向和豎直方向周期性平鋪排列在波導基底表面的重復單元，所述重復單元包括沿第一水平線設置的第一凹陷部和第二凹陷部，以及沿第二水平線設置的第三凹陷部，所述第一水平線和所述第二水平線為平行于所述水平方向的兩條虛擬線，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部沿所述重復單元的中心軸呈軸對稱設置，所述中心軸為能夠將所述重復單元平分且垂直于所述第一水平線和所述第二水平線的虛擬軸線，水平方向上相鄰兩個所述重復單元中、緊挨的第一凹陷部和第二凹陷部構成的組合結構呈水滴形，所述第三凹陷部呈倒置水滴形，且所述第三凹陷部為以所述中心軸為對稱軸的軸對稱圖形。

在一些實施例中，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部尺寸相同，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部在豎直方向上的特征尺寸小于所述第三凹陷部在豎直方向上的特征尺寸，所述第三凹陷部在水平方向上的特征尺寸小于所述第三凹陷部在豎直方向上的特征尺寸。

在一些實施例中，所述重復單元沿水平方向的周期為200nm-2μm。

在一些實施例中，所述重復單元在豎直方向上的周期為10nm-1μm。

在一些實施例中，所述重復單元的表面鍍設有金屬氧化膜，所述金屬氧化膜的厚度為10nm-200nm。