光波导组件和显示装置的制作方法

1.本技术涉及光学领域，特别涉及一种光波导组件。


背景技术：

2.在现有技术中，光线能够在光波导主体内通过全反射沿正确的路径传播从而到达光耦出器件，并最终经过光耦出器件出射，但是，在实际使用时，光波导主体的玻璃面有可能附着上诸如水滴之类的干扰物，原本会在光波导主体-空气交界面上发生全反射的光线可能会在光波导主体-水滴交界面上不再满足光线的全反射条件，光线会发生透射从而进入水滴中，而水滴的表面形貌难以预估，这会导致光线的后续传播轨迹不可控，水滴的存在使得光线的传播轨迹被完全打乱，在光耦出器件-空气交界面的干扰物也会打乱从光耦出器件出射的光线，因此，干扰物的存在导致光波导组件和显示装置的成像效果稳定性差。


技术实现要素：

3.本技术提供一种光波导组件和显示装置以解决现有技术中的光波导组件和显示装置成像效果稳定性差的技术问题。
4.为解决上述问题，本技术提供一种光波导组件，包括：
5.光波导主体，包括相对设置的第一表面和第二表面；
6.光耦出器件，设置于所述第一表面；以及
7.第一保护层，覆盖所述第一表面，所述第一保护层的折射率小于所述光波导主体的折射率。
8.其中，所述第一保护层还覆盖所述光耦出器件。
9.其中，所述光波导组件具有光传播区域，所述光耦出器件位于所述光传播区域内。
10.其中，所述第一保护层覆盖所述光传播区域。
11.其中，所述光波导组件还包括光耦入器件，所述光耦入器件设置于所述第一表面，且位于所述光传播区域内，所述第一保护层还覆盖所述光耦入器件。
12.其中，所述光波导组件还包括光折转器件，所述光折转器件设置于所述第一表面，且位于所述光传播区域内，所述第一保护层还覆盖所述光折转器件。
13.其中，所述第一保护层的折射率小于等于1.2。
14.其中，所述第一保护层为固化胶。
15.其中，所述光波导组件还包括第二保护层，所述第二保护层至少覆盖所述第一保护层。
16.其中，所述第二保护层为钢化膜。
17.本技术还提供一种显示装置，包括如前所述的光波导组件。
18.本技术实施例的有益效果是：本技术提供一种光波导组件和显示装置，所述光波导组件包括光波导主体、光耦出器件和第一保护层，所述光波导主体包括相对设置的第一表面和第二表面，所述光耦出器件设置于所述第一表面，所述第一保护层覆盖所述第一表
面，所述第一保护层的折射率小于所述光波导主体的折射率，使得光线在所述光波导主体和所述第一保护层之间的界面发生全反射，同时，由于设置了所述第一保护层，从而在所述光波导主体和外界环境之间形成隔离层，即使有干扰物的存在，也不会对光线在所述光波导主体和所述第一保护层之间的界面发生的全反射产生影响，因此，本技术所提供的光波导组件和显示装置具有良好的成像效果稳定性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
20.图1是本技术所提供的光波导组件的第一种实施方式的侧视结构示意图；
21.图2是本技术所提供的光波导组件的第二种实施方式的侧视结构示意图；
22.图3是本技术所提供的光波导组件的第三种实施方式的侧视结构示意图；
23.图4是本技术所提供的光波导组件的第四种实施方式的俯视结构示意图；
24.图5是本技术所提供的光波导组件的第四种实施方式的侧视结构示意图；
25.图6是本技术所提供的光波导组件的第五种实施方式的侧视结构示意图；
26.图7是本技术所提供的光波导组件的第六种实施方式的侧视结构示意图；
27.图8是本技术所提供的显示装置的第一种实施方式的结构示意图；
28.图9是本技术所提供的显示装置的第二种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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技术和简化描述，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，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术
人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
34.请参阅图1，图1是本技术所提供的光波导组件的第一种实施方式的侧视结构示意图。本技术提供一种光波导组件。所述光波导组件100包括光波导主体101、光耦出器件102和第一保护层103。
35.所述光波导主体101是引导光线在其中传播的介质装置。所述光波导主体101由透明介质构成，例如，铌酸锂(linbo3)、
ⅲ‑ⅴ
族半导体化合物、二氧化硅(sio2)、绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)、聚合物或玻璃等。
36.所述光波导主体101包括相对设置的第一表面101a和第二表面101b。光线通过在所述光波导主体101的所述第一表面101a和所述第二表面101b发生全反射。
37.全内反射，又称全反射(total internal reflection，tir)，是一种光学现象。当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时，如果入射角大于某一临界角时，折射光线将会消失，所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质。
38.全反射仅仅可能发生在当光线从较高折射率的介质(也称为光密介质)进入到较低折射率的介质(也称为光疏介质)的情况下，例如，当光线从玻璃进入空气时会发生，但当光线从空气进入玻璃则不会。
39.所述光耦出器件102设置于所述第一表面101a。光线在所述光波导主体101内发生全反射后传播到所述光耦出器件102，经过所述光耦出器件102后出射。所述光耦出器件102可以为光栅。
40.所述第一保护层103设置于所述第一表面101a。所述第一保护层103可以为固化胶。所述固化胶可以为光固化胶或热固化胶。所述第一保护层103的折射率小于所述光波导主体101的折射率。需要说明的是，所述固化胶只要固化后形成的所述第一保护层103的折射率小于所述光波导主体101的折射率即可使得光线在所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面时发生全反射。
41.由于在所述光波导主体101的所述第一表面101a覆盖了一层由低折射率材料(例如，低折射率固化胶)组成的所述第一保护层103，使光线经过所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面时依旧发生全反射，即光线不会进入所述第一保护层103的内部。光线经过多次全反射向耦出区域传播，最终入射到所述光耦出器件102上并从所述光耦出器件102出射。而由于光线不会进入所述第一保护层103的内部，所述第一保护层103上的干扰物对光线的传播轨迹不会产生干扰。
42.所述第一保护层103为低折射率材料保护层，所述低折射率材料保护层的额外引入不会影响原有光波导组件的设计，仅会增大光线全反射的临界角，也即缩小能够在所述光波导组件100内传播的光线的理论最大视场角(field of view，fov)，因而无需对光波导组件100的原设计做出更改，因而本实施例可以应用在绝大多数现有的光波导组件100的成品上。
43.在所述光波导组件100的实际使用中，附着于所述光波导主体101表面的干扰物多为水滴，因此，所述第一保护层103的折射率不仅小于所述光波导主体101的折射率，所述第一保护层103的折射率还小于水的折射率可以尽可能的提升光线在所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面发生全反射的效果。在一些实施例中，所述第一保护层103的折射率可以小于等于1.2。具体的，所述第一保护层103的折射率可以为1.03，1.05，1.09，1.1，1.12，1.15，1.17，1.2等。
44.假设所述光波导主体101的折射率为n1，所述第一保护层103的折射率为n2，根据临界角方程，光线在所述光波导主体101和空气之间的界面发生全反射的条件为入射角≥arcsin(1/n1)，在所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面上发生全反射的条件为入射角≥arcsin(n2/n1)。由于所述第一保护层103的折射率大于1，故所述第一保护层103的引入会不可避免地增大光线全反射的临界角。为了避免引入的保护层破坏原有光波导组件设计中光线的全反射条件，需要降低所述第一保护层103的折射率使其尽可能接近1。例如，可以选用折射率为1.1的固化胶作为所述第一保护层103，此时所述第一保护层103的引入仅会小幅度增大光线全反射临界角，而在目前的光波导组件设计中，光线在光波导主体表面上的入射角与光线全反射的临界角之间仍留有一定的余量，故小幅度的增大全反射的临界角并不会破坏原有光波导组件设计中光线的全反射条件。
45.请参阅图2，图2是本技术所提供的光波导组件的第二种实施方式的侧视结构示意图。第二种实施方式与第一种实施方式的不同之处在于：所述第一保护层103除了覆盖所述第一表面101a，还覆盖所述光耦出器件102，使得光线在所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面发生全反射，同时，由于设置了所述第一保护层103，从而在所述光波导主体101和外界环境之间以及在所述光耦出器件102和外界环境之间形成隔离层，即使有干扰物的存在，也不会对光线在所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面发生的全反射产生影响以及不会对所述光耦出器件102和所述第一保护层103之间的界面产生影响。
46.请参阅图3，图3是本技术所提供的光波导组件的第三种实施方式的侧视结构示意图。第三种实施方式与第一种实施方式的不同之处在于：所述光波导组件100还包括光耦入器件104。所述光耦入器件104设置于所述第一表面101a。光线由所述光耦入器件104进入所述光波导主体101，经由所述光波导主体101内部全反射后到达所述光耦出器件102，再由所述光耦出器件102出射。所述光耦入器件104可以为光栅。
47.请参阅图4和5，图4是本技术所提供的光波导组件的第四种实施方式的俯视结构示意图，图5是本技术所提供的光波导组件的第四种实施方式的侧视结构示意图。
48.第四种实施方式和第二种实施方式的不同之处在于：所述光波导组件100具有光传播区域a。所述光传播区域a包括光线在所述光波导主体101内发生全反射的区域。所述光耦出器件102位于所述光传播区域a内。所述第一保护层103覆盖所述光传播区域a，从而确
保了光线在所述光波导主体101内的全反射都发生在所述光波导主体101和所述第一保护层103之间的界面，同时，尽可能地减少了所述第一保护层103的面积，减少了材料的消耗和所述光波导组件100的体积和质量。
49.在制造过程中，可以先在所述光波导主体101的所述第二表面101b设置掩膜，所述掩膜具有镂空部，所述镂空部对应于将设置所述第一保护层103的区域，通过涂布、旋涂、丝网印刷等方式，在所述镂空部设置所述第一保护层103，然后可以先对所述第一保护层103进行固化后除去所述掩膜，或者，也可以先除去所述掩膜再对所述第一保护层103进行固化，具体步骤顺序在此不做限制，可根据实际生产需要灵活设置。
50.所述光波导组件100还包括光耦入器件104。所述光耦入器件104设置于所述第一表面101a。所述第一保护层103还覆盖所述光耦入器件104。光线由所述光耦入器件104进入所述光波导主体101，经由所述光波导主体101内部全反射后到达所述光耦出器件102，再由所述光耦出器件102出射。所述光耦入器件104可以为光栅。所述光耦入器件104位于所述光传播区域a内，从而可以使得由所述光耦入器件104进入所述光波导主体101内部的光线全部发生全反射。
51.所述光波导组件100还包括光折转器件105。所述光折转器件105设置于所述第一表面101a。所述第一保护层103还覆盖所述光折转器件105。所述光折转器件105位于所述光传播区域a内。光线由所述光耦入器件104进入所述光波导主体101，在光线在所述光波导主体101内发生全反射的过程中，所述光折转器件105可以调整所述光线的传播路径，从而实现光线在所述光波导主体101内的路径规划，光线经由所述光波导主体101内部全反射后到达所述光耦出器件102，再由所述光耦出器件102出射。所述光折转器件105可以为透镜。
52.请参阅图6，图6是本技术所提供的光波导组件的第五种实施方式的侧视结构示意图。第五种实施方式和第三种实施方式的不同之处在于：所述光波导组件100还包括第二保护层106。所述第二保护层106至少覆盖所述第一保护层103。所述第二保护层106用于对所述第一保护层103提供保护，例如，可以保护所述第一保护层103不被划伤或腐蚀，可以能够防止清洗擦拭所述光波导组件100时对所述第一保护层103的破坏，也可以避免所述第一保护层103被氧化，还可以防止所述第一保护层103脱落。所述第二保护层106为透明材料。在一些实施例中，所述第二保护层106为钢化膜。在本实施例中，所述第二保护层106不仅覆盖所述第一保护层103，还覆盖了所述光耦出器件102和所述光耦入器件104，因此，所述第二保护层106还对所述光耦出器件102和所述光耦入器件104的表面进行了保护，同时避免干扰物对所述光耦出器件102和所述光耦入器件104的干扰。当所述光波导组件100具有所述光折转器件105时，所述第二保护层106还覆盖所述光折转器件105。
53.请参阅图7，图7是本技术所提供的光波导组件的第六种实施方式的侧视结构示意图。第六种实施方式和第四种实施方式的不同之处在于：所述光波导组件100还包括第二保护层106。所述第二保护层106覆盖所述第一保护层103。所述第二保护层106用于对所述第一保护层103提供保护，例如，可以保护所述第一保护层103不被划伤或腐蚀，可以能够防止清洗擦拭所述光波导组件100时对所述第一保护层103的破坏，也可以避免所述第一保护层103被氧化，还可以防止所述第一保护层103脱落。
54.请参阅图8-9，图8是本技术所提供的显示装置的第一种实施方式的结构示意图，图9是本技术所提供的显示装置的第二种实施方式的结构示意图。本技术还提供一种显示
装置1000。所述显示装置1000包括如前所述的光波导组件100。如图8所示，所述显示装置1000可以为显示器，如图9所示，所述显示装置1000可以为增强现实的眼镜。需要说明的是，本技术所提供的显示装置1000的具体实施方式并不拘泥于图8-9所示，还包括其他可以实施的具体实施方式，例如、电话手表、投影仪、手机等。
55.增强现实(augmented reality，ar)是一种实时采集现实世界信息，并将虚拟信息、图像等与现实世界相结合的显示技术，有望成为继个人电脑、智能手机后的新一代信息交互终端，具有广阔的市场规模和想象空间。ar硬件显示系统通常包含微型光机(optical engine)和光学组合器(optical combiner)两部分。其中，所述光学组合器的作用是将实际环境光线和图像光线进行组合，使得人眼同时能够观察到环境和光机产生的图像信息。所述光学组合器更大程度上决定了ar显示装置的整体形态，目前市场上比较成熟的方案包括棱镜、自由曲面、birdbath以及光波导方案，前三种方案在体积、视场角、透明度上并不能使ar眼镜成为轻量化的产品，而且影响穿戴体验感。而光波导可以解决视场角和体积之间的天然矛盾，不论从光学效果、外观形态，和量产前景来说，光波导都具备非常好的发展潜力。
56.本技术提供一种光波导组件和显示装置，所述光波导组件包括光波导主体、光耦出器件和第一保护层，所述光波导主体包括相对设置的第一表面和第二表面，所述光耦出器件设置于所述第一表面，所述第一保护层覆盖所述第一表面，所述第一保护层的折射率小于所述光波导主体的折射率，使得光线在所述光波导主体和所述第一保护层之间的界面发生全反射，同时，由于设置了所述第一保护层，从而在所述光波导主体和外界环境之间形成隔离层，即使有干扰物的存在，也不会对光线在所述光波导主体和所述第一保护层之间的界面发生的全反射产生影响，因此，本技术所提供的光波导组件和显示装置具有良好的成像效果稳定性。
57.以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。