[发明专利]基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构、制备方法及AR可穿戴设备

权利要求书

1.一种基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构，其特征在于：采用以彩色偏振体光栅作为耦合装置的双层波导结构来实现全彩近眼显示，其中一层被用来传播蓝、绿色光束的蓝、绿色波导结构中使用了蓝、绿色的偏振体光栅作为耦合装置从而实现在波导中传输蓝色和绿色光束；另一层被用来传播红色光束的红色波导结构中使用了红色偏振体光栅作为耦合装置从而实现在波导中传输红色光束。

2.根据权利要求1所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构，其特征在于：蓝、绿色波导结构中的入耦合装置和出耦合装置均为蓝、绿色PVG，并且蓝、绿色波导结构中的入耦合装置和出耦合装置位于平面波导结构的镜面对称位置；相应地，红色波导结构中的入耦合装置和出耦合装置均为红色PVG，并且红色波导结构中第二入耦合装置和出耦合装置也位于平面波导结构的镜面对称位置。

3.根据权利要求1所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构，其特征在于：所述蓝、绿色波导结构包括蓝色波导层和绿色波导层两层。

4.根据权利要求3所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构，其特征在于：每两个波导层叠加在一起后在两个波导层之间存在着空气层。

5.根据权利要求3所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构，其特征在于：蓝色波导层的水平周期长度值和绿色波导层水平周期长度值相同，其满足布拉格衍射公式：

式(3)中，n_eff代表光栅所用的双折射材料的等效折射率；Λ_x代表光栅在x方向上的的水平周期长度；代表波导层中具有周期性的折射率平面的倾斜角；λ_B代表真空中的布拉格波长。

6.根据权利要求1所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一、将光取向材料溶于相应的溶剂后在干净的玻璃波导表面进行旋涂，加热一段时间后形成薄膜；

步骤二、两束偏振光在步骤一中形成的光取向材料薄膜上进行干涉曝光，并进一步形成光取向层；

步骤三、将含有液晶聚合物和手性材料的溶液地在步骤二中形成的取向层上，再将玻璃放在旋涂机上以一定的旋转速度旋转一定时间后停止；

步骤四、使用5J/cm²的紫外光在氮环境中进行紫外固化；

步骤五、重复步骤三和步骤四直到薄膜厚度达到100nm到1μm以保证形成光栅，此外，对于蓝、绿色波导结构首先旋涂和固化绿色的PVG厚度达到100nm～1μm，之后在绿色PVG层上直接旋涂和固定蓝色的波导层。

7.根据权利要求6所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构的制备方法，其特征在于：步骤二中的曝光环境需要满足温度为20℃～30℃之间、相对湿度保持在38以下。

8.根据权利要求6所述的基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构的制备方法，其特征在于：步骤二中曝光所使用的激光器能量控制在6J/cm²～10J/cm²。

9.一种AR可穿戴设备，其特征在于，采用如权利要求1～5中任一所述基于彩色偏振体光栅的全彩波导耦合近眼显示结构。