具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的光波导结构存在显示效果不均匀的问题，本发明的主要目的在于提供一种光波导结构和显示装置。

如图1至图12所示，光波导结构包括光波导片、耦入光栅10、转折光栅20、耦出光栅30和匀光膜层40，耦入光栅10设置在光波导片上，耦入光栅10将外部光源组件发出的光耦入光波导片内；转折光栅20用于接收耦入光栅10的光；耦出光栅30用于接收转折光栅20的光；匀光膜层40为一个或多个，且转折光栅20和耦出光栅30中的至少一个上设置有匀光膜层40，匀光膜层40具有多个匀光区，多个匀光区中的至少两个匀光区的厚度和/或材料不同，以使各匀光区对光的匀光效果不同。

通过设置光波导片，使得光波导片为耦入光栅10、转折光栅20和耦出光栅30提供了设置位置，提高了耦入光栅10、转折光栅20和耦出光栅30的使用可靠性，同时有利于光在光波导片中的稳定传输。耦入光栅10设置在光波导片上，以使耦入光栅10能够将外部光源组件发出的光大部分耦入至光波导片内，保证耦入效率。进而使转折光栅20能够接收耦入光栅10的大部分光，以使得转折光栅20实现对光的扩瞳传输，进而将放大的光传输至耦出光栅30处，进而耦出光栅30将光耦出光波导片，使得耦出光栅30所耦出的光能够大部分进入人眼进行成像，以保证光波导片的成像完整性和稳定性。

另外，通过设置材料和/或厚度不同的匀光区，以使匀光区能实现材料调制和/或膜厚调制，以使匀光区能够实现对其所在的光栅进行光栅衍射效率调制，以调节对应光栅不同位置内的衍射效率，以避免成像画面出现部分过亮部分过暗的不均匀的情况，使得本申请的光波导结构在不增加加工成本和工艺难度的前提下，大大提高了显示均匀性，同时节约了成本，增加了生产效率。

需要说明的是，多个匀光区中的至少两个匀光区的厚度不同；或者，多个匀光区中的至少两个匀光区的材料不同；或者，多个匀光区中的至少两个匀光区的厚度和材料都不同；可根据具体情况进行设置。当然，匀光膜层40可仅设置在转折光栅20上，或者仅设置在耦出光栅30上，或者转折光栅20和耦出光栅30上均设置有匀光膜层40，可根据实际情况进行选择。

如图1和图2所示。图1中展示的现有技术中的光波导结构，图2中展示的是图1中的光波导结构的成像效果图。由于不同视场角，不同波长的光经耦入光栅10进入光波导片后，由于其传输路径的不同，经过光栅衍射次数也不相同。使得现有技术中的光波导结构的显示效果呈现不均匀的现象，如图1所示，为传统三分区光栅的布局。如图2所示，光经光波导片的传输，由于路径不同，导致眼盒50范围内一部分视场角耦出时仍具有较大能量，而部分视场角由于在光波导片中多次衍射损失，导致耦出时只剩很少能量，以使眼盒50内的成像画面出现亮暗不均匀的情况。

具体的，转折光栅20具有多个子转折光栅区21，耦出光栅30具有多个子耦出光栅区31，匀光膜层40设置在转折光栅20上且匀光膜层40的多个匀光区与至少部分子转折光栅区21一一对应，也就是说，由于转折光栅20的至少部分子转折光栅区21的衍射效率是不同的，以使部分子转折光栅区21的衍射出现不均匀的情况，可仅在衍射效率不均匀的部分子转折光栅区21上设置一一对应的多个匀光区，由于多个匀光区的厚度或材料不同，以使不同匀光区所达到的调制效果不同，以使的转折光栅20整体的衍射效率达到一致。匀光膜层40设置在耦出光栅30上且匀光膜层40的多个匀光区与至少部分子耦出光栅区31一一对应。当耦出光栅30的部分耦出光栅30的衍射不均匀或差异较大时，可仅在衍射效率不均匀的部分子耦出光栅区31上设置一一对应的多个匀光区，由于多个匀光区的厚度或材料不同，以使不同匀光区所达到的调制效果不同，以使的耦出光栅30整体的衍射效率达到一致。

当然，转折光栅20的多个子转折光栅区21上均一一对应设置有多个匀光区，耦出光栅30的多个子耦出光栅区31上均一一对应设置有多个匀光区，以使一个匀光膜层40覆盖整个转折光栅20，另一个匀光膜层40完全覆盖整个耦出光栅30，这样也是可以的，可根据实际情况进行设置。

如图3所示，转折光栅20位于耦入光栅10的一侧，耦出光栅30位于转折光栅20的一侧，且耦入光栅10的中心和转折光栅20的中心的连线与耦出光栅30的中心和转折光栅20的中心的连线垂直。这样设置规划了光波导片上耦入光栅10、转折光栅20和耦出光栅30的排布方式，规划了光的传输方向，保证光波导结构能够稳定成像。多个子转折光栅区21沿第一方向60顺次排列，多个子耦出光栅区31沿第二方向70顺次排列，第一方向60与第二方向70之间具有夹角，夹角为直角。如图3所示，第一方向60与耦入光栅10的栅线延伸方向垂直，第二方向70与耦出光栅30的栅线延伸方向垂直，也就是说，多个子转折光栅区21由左到右顺次排列，多个子耦出光栅区31由上到下顺次排列。

在图中未示出的一个实施例中，第一方向与第二方向之间的夹角也可为锐角。也就是说，第一方向与耦入光栅10的栅线延伸方向不是垂直的，而是呈锐角或钝角的；第二方向与耦出光栅30的栅线延伸方向不是垂直的，而是呈锐角或钝角的。也就是说，本实施例中的第一方向相比于图3中的第一方向60向下倾斜或向上倾斜，本实施例中的第二方向相比于图3中的第二方向70向左倾斜或向右倾斜。

需要说明的是，上述第一方向60和第二方向70均为直线方向。

在图中未示出的实施例中，耦入光栅10上设置有另一个匀光膜层40，耦入光栅10沿第一方向60被分为多个子耦入光栅区，另一个匀光膜层40的多个匀光区与至少部分子耦入光栅区一一对应。在实际应用中，耦入光栅10上也可进行分区镀膜的方式，以调制耦入光栅10的衍射效率。

具体的，当多个匀光区的厚度不同，转折光栅20和耦出光栅30上均设置有匀光膜层40时，转折光栅20靠近耦入光栅10的一侧上的匀光区的厚度大于转折光栅20远离耦入光栅10的一侧上的匀光区的厚度；耦出光栅30靠近转折光栅20的一侧上的匀光区的厚度大于耦出光栅30远离转折光栅20的一侧上的匀光区的厚度。这样设置通过匀光区厚度的不同，实现对应光栅的衍射效率的调制，以使最终成像达到均匀显示的目的。

如图4所示的具体实施例中，图中所示为转折光栅20沿第一方向60的截面图，也是耦出光栅30沿第二方向70的截面图。由图中可知，转折光栅20上匀光膜层40的多个匀光区的厚度沿远离耦入光栅10的方向逐渐减小，且转折光栅20远离耦入光栅10的一侧的匀光区的厚度为零；耦出光栅30上的匀光膜层40的多个匀光区的厚度沿远离转折光栅20的方向逐渐减小，且耦出光栅30远离转折光栅20的一侧的匀光区的厚度为零。多个子转折光栅区21和多个子耦出光栅区31，通过计算优化，得到对应区域所需匀光区的厚度，通过分区镀膜的方式进行调制，使得光波导结构最终耦出如图5中所示的均匀强度的光场分布。在本实施例中，各匀光区的材料是相同的，当然也可是不同的，可根据具体情况进行选择。

在图6所示的具体实施例中，图中光栅可以是转折光栅20，也可以是耦出光栅30。图中光栅上的匀光膜层40的多个匀光区的厚度是相同的，多个匀光区的材料是不同的，这样通过匀光区材料调制的方式实现对应光栅衍射效率的合理分配，同样能够实现均匀的显示效果。

具体的，转折光栅20为一维光栅或二维光栅；耦出光栅30为一维光栅或二维光栅；其中，一维光栅为矩形光栅、倾斜光栅、台阶光栅和闪耀光栅中的一种，二维光栅为圆柱形光栅和金字塔形光栅中的一种。可根据具体情况设置。

需要说明的是，上述闪耀光栅为一种刻槽面与光栅法线不平行，即在两者之间存在一个小夹角，具有闪耀特性的光栅。锯齿型光栅为最理想的闪耀光栅，锯齿型光栅的横截面上为锯齿形的结构来进行衍射。上述倾斜光栅是一种光栅的平面与光栅切向呈一定倾角的光栅。上述矩形光栅是一种横截面上为矩形的结构来进行衍射的光栅。

具体的，匀光膜层40的折射率大于等于1.4且小于等于4.9。匀光膜层40的厚度大于等于10纳米且小于等于2微米，将匀光膜层40的厚度限制在10纳米到2微米的范围内，避免匀光膜层40厚度过薄，增加制作难度影响匀光效果，同时避免匀光膜层40厚度过厚增加光波导结构整体厚度，影响小型化。

具体的，匀光区的材料包括二氧化硅、掺杂二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铈、氧化铝、五氧化二钽、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铈、氧化铝、五氧化二钽、氧化铍、氟化钙、氟化铈、氟化铬、氟化镧、氟化锶、氟化镱、硅、掺杂硅、二氧化钛、二氧化铬、氧化铝、五氧化二钽、铝氮氧化物、锗、掺杂锗、氧化铪、氧化镁、氧化钕、氧化镨、氧化钪、硒化锌、硫化锌、氧化锆中的一种。

需要说明的是，匀光膜层40的多个匀光区可采用蒸镀或原子沉积的方式设置在对应光栅上。

如图7所示的具体实施例中，图中光栅可以是转折光栅20也可以是耦出光栅30，光栅的类型为倾斜光栅，通过在倾斜光栅上镀不同厚度的匀光区已达到调制的作用，图中倾斜光栅为左倾角θ2为67°，θ1为57°，顶部占空比L/P为47.3％，高度H为315nm，周期为390nm，通过设置匀光膜层40，发现光栅效率在垂直入射情况下有较大改变。如图8所示分别模拟了镀不同厚度Al₂O₃膜和不同厚度HfO₂膜对应的1级衍射效率的情况，图中可以看出，随着膜厚度的增加，1级衍射效率从高到低有显著变化，而且两种材料对于光栅效率调制能力也不相同。因此验证了通过镀不同厚度匀光区的方法可以实现光栅效率的调制，且不同材料不同厚度的匀光区，对于光栅衍射效率的调制作用也不同。

如图7所示，光波导片中垂直入射的箭头表示的是0级衍射方向，向右倾斜的箭头为1级衍射方向。

如图9所示，对于传统矩形光栅也可以采用镀膜调制的方式，在矩形光栅的基础上通过设置匀光膜层40进行调制，可以大大降低加工成本，并有效提高衍射性能。如图10所示，矩形光栅的匀光膜层40采用原子沉积的方式设置，导致匀光膜层40形成图10所示结构，但随着多个匀光区厚度的变化同样对光栅效率有很好的调制作用。

如图11所示，为在台阶光栅上设置匀光膜层40的示意图。如图12所示，为在闪耀光栅上设置匀光膜层40的示意图。匀光膜层40的多个匀光区可以是厚度不同，也可以是材料不同。

显示装置包括光源组件和上述的光波导结构，光源组件向光波导结构发射光，光波导结构将光耦出至人眼中。本申请的光波导结构具有调制能力强、成本低、工艺难度小和显示效果均匀的优点。显示装置可应用在AR头戴式设备上，也可应用在车载HUD显示设备上。本申请的显示装置在简单光波导结构的基础上，通过分区镀不同厚度膜或不同材料膜调制的方法实现光栅效率调制。该方法没有增加光栅本身制造难度，特别是在纳米压印过程中母版加工的成本和难度。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。