WO2022143227A1 - 复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备 - Google Patents

复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备 Download PDF

Info

Publication number
WO2022143227A1
WO2022143227A1 PCT/CN2021/139214 CN2021139214W WO2022143227A1 WO 2022143227 A1 WO2022143227 A1 WO 2022143227A1 CN 2021139214 W CN2021139214 W CN 2021139214W WO 2022143227 A1 WO2022143227 A1 WO 2022143227A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
relief structure
grating
refractive index
composite grating
slit
Prior art date
Application number
PCT/CN2021/139214
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
邓焯泳
Original Assignee
华为技术有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 华为技术有限公司 filed Critical 华为技术有限公司
Priority to US18/259,704 priority Critical patent/US20240069256A1/en
Priority to EP21913968.0A priority patent/EP4246038A4/en
Publication of WO2022143227A1 publication Critical patent/WO2022143227A1/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G02B5/1819—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present application relates to the technical field of gratings, and in particular, to a composite grating and a manufacturing method thereof, a diffractive optical waveguide and an electronic device.
  • the enhanced display device performs optical display through a diffractive optical waveguide.
  • the core element of the diffractive optical waveguide is a grating.
  • the grating is an optical element with a periodic structure that can divide light into different diffraction orders to achieve large-angle deflection of the light propagation direction.
  • the grating in the prior art cannot obtain good optical uniformity and imaging effect.
  • a composite grating in a first aspect, includes a first relief structure and a second relief structure, the first relief structure includes a plurality of first slits, the second relief structure includes a plurality of second slits, and the second relief structure is stacked on the inlet of the first relief structure.
  • the second slit faces away from the first relief structure, the surface of the first relief structure facing away from the second relief structure is the reference plane, and the direction in which the first slit extends and the direction in which the second slit extends are projected on the reference plane.
  • the included angle is 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees).
  • the extending direction of the first slit is the extending direction of the first slit in the longitudinal direction
  • the extending direction of the second slit is the extending direction of the second slit in the longitudinal direction
  • the first relief structure and the second The relief structures are all substantially plate-shaped, and the first relief structures and the second relief structures are arranged in layers, that is, the first relief structures and the second relief structures are arranged approximately in parallel.
  • a composite grating is formed by superimposing the first relief structure and the second relief structure, and the composite grating is equivalent to an asymmetrical two-dimensional grating, so that after the light reaches the composite grating, it is diffracted by the composite grating,
  • the diffraction direction can be modulated in a certain direction, and then the diffraction direction can be modulated in another direction when it passes through the second relief structure.
  • Part of the diffraction direction modulation is performed on the second relief structure to achieve light diffraction direction modulation and energy distribution in two different directions, improve the optical coupling efficiency of the light, effectively improve the uniformity of the brightness and chromaticity of the light, and improve the performance of the composite grating. imaging effects of electronic devices.
  • the included angle projected on the reference plane between the extending direction of the first slit and the extending direction of the second slit is 45 degrees to 60 degrees.
  • the projected angle ⁇ between the extending direction of the first slit and the extending direction of the second slit on the datum plane is 45 degrees to 60 degrees.
  • the second relief structure is partially embedded in the first slit to cooperate with the first relief structure.
  • the refractive index of the first relief structure and the refractive index of the second relief structure are both between 1.5 and 2.8, and the refractive index of the first relief structure is greater than the refractive index of the second relief structure.
  • the refractive indices of the first relief structure and the second relief structure are high, which can effectively improve the light efficiency and improve the imaging quality of the electronic device with the composite grating.
  • the refractive indices of the first relief structure and the second relief structure may also be greater than 2.8.
  • the electronic device 100 includes a frame 10 and an augmented reality component 20 mounted on the frame 10 .
  • an augmented reality component 20 mounted on the frame 10 .
  • there are two augmented reality components 20 and the two augmented reality components 20 are installed on the glasses frame 10 at intervals.
  • the number of enhanced display components 20 may also be one or more, which is not specifically limited in this application.
  • the structure of the augmented reality component 20 is described in detail by taking the augmented reality component 20 corresponding to the left eye of the user as an example.
  • the two augmented reality components 20 may only include one processor 24, and the processor 24 is coupled to the image transmitters 23 of the two augmented reality components 20 at the same time, so as to control the two image transmissions
  • the opening and closing of the device 23 is not specifically limited in this application.
  • the diffractive optical waveguide 21 is attached to the mirror frame 11 of the mirror frame 10 .
  • the diffractive optical waveguides 21 of the two augmented reality components 20 are arranged side by side along the X-axis direction.
  • the diffractive optical waveguides 21 of the two augmented reality components 20 are installed on the mirror frame 11 at intervals.
  • the diffractive optical waveguide 21 is mounted on the frame 111 of the mirror frame 11 .
  • the diffractive optical waveguide 21 includes an inner surface and an outer surface, and the inner surface of the diffractive optical waveguide 21 is the surface of the diffractive optical waveguide 21 facing the inside of the mirror frame 11 .
  • the diffractive optical waveguide 21 includes a waveguide substrate 211 , an in-coupling grating 212 and an out-coupling grating 213 .
  • the waveguide base 211 is mounted on the frame 111 .
  • One end of the waveguide base 211 is mounted on the first frame 111a of the frame 111, and is accommodated in the receiving cavity 113 of the first frame 111a.
  • the other end of the waveguide base 211 is mounted on the second frame 111 b of the frame 111 .
  • the waveguide base 211 includes an inner surface 211a and an outer surface 211b disposed opposite to each other.
  • the inner surface 211 a of the waveguide base 211 is the surface of the waveguide base 211 facing the inner side of the mirror frame 11 . That is, the outer surface 211 b of the waveguide base 211 is the surface of the waveguide base 211 facing the outside of the lens frame 11 .
  • the inner surface 211 a of the waveguide base 211 is the inner surface of the diffractive optical waveguide 21 .
  • the inner surface 211a includes a light incident area 211c and a light exit area 211d.
  • the light incident area 211c of the inner surface 211a is located in the receiving cavity 113 of the first frame 111a.
  • the light incident area 211c of the inner surface 211a is the area covered by the projection of the coupling-in grating 212 on the inner surface 211a. That is, the region of the inner surface 211 a of the diffractive optical waveguide 21 that is directly opposite to the coupling grating 212 is the light incident region 211 c of the inner surface 211 a.
  • the light outgoing area 211d and the light incoming area 211c of the inner surface 211a are spaced apart and located between the first frame 111a and the second frame 111b.
  • the light outgoing area 211d of the inner surface 211a is the area covered by the projection of the outcoupling grating 213 on the inner surface 211a. That is, the area of the inner surface 211a that is directly opposite to the outcoupling grating 213 is the light emitting area 211d of the inner surface 211a.
  • the optical system 22 and the image transmitter 23 are both located in the receiving cavity 113 of the first frame 111a, the image transmitter 23 is disposed opposite the diffractive optical waveguide 21, and the optical system 22 is located in the diffractive optical waveguide 21 and the image transmitter 23 between.
  • the optical system 22 is located on the side of the waveguide base 211 away from the coupling-in grating 212 . That is, the optical system 22 and the image emitter 23 and the coupling-in grating 212 are located on opposite sides of the waveguide, respectively.
  • the optical system 22 and the image emitter 23 face the light incident area 211c of the inner surface 211a. It can be understood that, when the coupling grating 212 is a transmission grating, the image emitter 23 and the coupling grating 212 are located on the same side of the waveguide base 211 .
  • the image transmitter 23 may also be located in the receiving cavity 113 of the temple 12 (that is, inside the temple 12 ), or the image transmitter 23 may also be partially located in the receiving cavity of the first frame 111 a
  • the cavity 113 is partially located in the accommodating cavity 113 of the temple 12, or the image transmitter 23 may not be located in the accommodating cavity 113 of the first frame 111a or the accommodating cavity 113 of the temple 12, and is directly exposed on the surface of the frame 111, as long as When the electronic device 100 is in use, it is sufficient that the user's sight is not blocked.
  • mini organic light-emitting diode mini organic light-emitting diode
  • micro light-emitting diode micro light-emitting diode
  • micro organic light-emitting diode micro organic light-emitting diode
  • QLED quantum dot light emitting diode
  • the image transmitter 23 may also be an image projector.
  • Image projectors include but are not limited to liquid crystal on silicon (LCOS), digital light processing (DLP), light emitting diode (LED), organic light-emitting diode (organic light-emitting diode) , OLED), quantum dot light emitting diodes (quantum dot light emitting diodes, QLED), active matrix organic light emitting diodes (active-matrix organic light emitting diodes, AMOLED), flexible light emitting diodes (flex light-emitting diodes, FLED), Opto-machines such as Mini LED, Micro OLED, Micro LED or laser micro electro mechanical systems (Laser MEMS).
  • LCOS liquid crystal on silicon
  • DLP digital light processing
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light-emitting diode
  • QLED quantum dot light emitting diodes
  • active matrix organic light emitting diodes active-matrix organic light emitting diodes, AMOLED
  • the processor 24 is located in the receiving cavity 113 of the first frame 111 a and is electrically connected to the image transmitter 23 , and the processor 24 is used to control the opening and closing of the image transmitter 23 .
  • the processor 24 may comprise one or more processing units.
  • the multiple processing units can be, for example, an application processor (application processor, AP), a modem processor, a graphics processor (graphics processing unit, GPU), an image signal processor (image signal processor, ISP), a controller, a video Codec, digital signal processor (digital signal processor, DSP), baseband processor, and/or neural-network processing unit (neural-network processing unit, NPU), etc.
  • different processing units may be independent devices, or may be integrated in one or more processors.
  • the processor 24 may be a central processing unit (central processing unit, CPU) of the electronic device 100 , or may be other processors of the electronic device 100 .
  • the display light L undergoes at least one total reflection in the waveguide substrate 211 and propagates toward the direction of the outcoupling grating 213 until it reaches the outcoupling grating 213 and is diffracted. After the display light L is diffracted, it propagates from the light exit region 211d of the inner surface 211a toward the inside of the diffracted optical waveguide 21, that is, toward the human eye, and can enter the human eye for imaging, so that the user can see the virtual scene carrying digital content. It can be understood that when the processor 24 turns off the image transmitter 23, that is, when the image transmitter 23 is in the off state, the image transmitter 23 does not project the display light L, and neither the display light L enters the human eye for imaging.
  • the coupling-in grating 212 and the coupling-out grating 213 may include one or more composite gratings.
  • the coupling-in grating 212 is a composite grating
  • the three-color (red, green, and blue) light from the image emitter 23 is diffracted through the composite grating.
  • the three-color (red, green, and blue) light from image emitter 23 is diffracted by the three composite gratings, each optimized for only one color, thereby It can improve the final color uniformity at the exit pupil position and reduce the rainbow effect.
  • the composite grating 30 includes a first relief structure 31 and a second relief structure 32.
  • the first relief structure 31 includes a plurality of first slits 310 arranged in parallel
  • the second relief structure 32 includes a plurality of second slits 320 arranged in parallel.
  • the second relief structure 32 is stacked on the light incident side of the first relief structure 31 , the second slit 320 faces away from the first relief structure 31 , and the surface of the first relief structure 31 facing away from the second relief structure 32 is the reference plane.
  • the included angle ⁇ projected on the reference plane between the extending direction D1 of the first slit 310 and the extending direction D2 of the second slit 320 is 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees).
  • the reference plane may also be perpendicular to any plane on which the thickness direction of the composite grating 30 is located, and the reference plane may be a virtual plane or a solid plane.
  • a composite grating 30 is formed by superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32.
  • the composite grating 30 is equivalent to an asymmetrical two-dimensional grating, so that the display light L ( FIG. 4 ) reaches the After the composite grating 30, diffracted by the composite grating 30, the display light L can undergo diffraction direction modulation in a certain direction when passing through the first relief structure 31, and then perform diffraction direction modulation in another direction when passing through the second relief structure 32, Or a part of the display light L can be modulated in the diffraction direction in the first relief structure 31, and the other part can be modulated in the diffraction direction in the second relief structure 32, so as to realize the modulation of the light diffraction direction and the energy distribution in two different directions, and improve the display light L.
  • the light coupling efficiency diffracted in the direction of the eyes effectively improves the uniformity of brightness and chromaticity of the display light L finally exiting to the eyes, and improves
  • first relief structure 31 and the second relief structure 32 By superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32 in this application, it can also be understood as superimposing two one-dimensional gratings, and limiting the included angle of the projection of the two slit extension directions of the two one-dimensional gratings on the reference plane ⁇ is 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees), forming a composite grating 30 equivalent to an asymmetric two-dimensional grating, with low processing difficulty, effectively improving the brightness and chromaticity of the display light L that finally exits to the eyes uniformity, and improve the imaging effect of the electronic device 100 .
  • the first relief structure 31 is a blazed grating. It can be understood that the entire first relief structure 31 is a blazed grating, or a part of the first relief structure 31 is a blazed grating. In the structure shown in FIG. 6 , the first relief structure 31 is a blazed grating.
  • a relief structure 31 is a blazed grating as a whole, the period of the first relief structure 31 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 and 0.9 between (0.1 and 0.9 inclusive).
  • the material of the first relief structure 31 is nano-imprint glue, or the material of the first relief structure 31 is titanium dioxide.
  • the nano-imprint glue is a high-refractive index nano-imprint glue, such as polyorganosiloxane, and the refractive index of the first relief structure 31 is greater than or equal to 1.5 and less than or equal to 1.5.
  • the first relief structure 31 may be formed through a nanoimprint process.
  • the refractive index of the first relief structure 31 is greater than or equal to 2.2 and less than or equal to 2.8.
  • the first relief structure 31 may be formed by a dry etching process.
  • the refractive index of the first relief structure 31 in this embodiment is high, which can effectively improve the light efficiency and improve the imaging quality of the electronic device 100 .
  • the second relief structure 32 it is the second part 322 that actually plays the role of dimming, and the second part 322 forms a one-dimensional grating in the composite grating 30 .
  • the second relief structure 32 has only the second portion 322 , and the second relief structure 32 is supported by the first slit provided in the first relief structure 31 by the intermediate layer.
  • the second relief structure 32 is a blazed grating. It can be understood that the second relief structure 32 is a blazed grating as a whole, or a part of the relief structure 32 is a blazed grating. In this embodiment, the second part 322 of the relief structure 32 is a blazed grating.
  • the period of the second portion 322 of the second relief structure 32 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 and 0.9 (including 0.1 and 0.9).
  • the first relief structure 31 is a blazed grating
  • the second relief structure 32 is an asymmetric grating such as a tilted grating.
  • the first relief structure 31 is an inclined grating
  • the second relief structure 32 is an asymmetric grating such as an inclined grating.
  • the first relief structure 31 is an oblique grating
  • the second relief structure 32 is an asymmetric grating such as a blazed grating.
  • the composite grating 30 may also have no substrate.
  • the composite grating 30 may further include a third relief structure, and the third relief structure is provided on the side of the second relief structure 32 facing away from the first relief structure 31 .
  • the number of the third relief structures may be one or more, and the third relief structures may be blazed gratings or inclined gratings.
  • the material of the third relief structure can be nano-imprint glue, titanium dioxide or other materials.
  • the refractive index of the third relief structure is between 1.5 and 2.8 (including 1.5 and 2.8), or the refractive index of the third relief structure is between 1.5 and 2.8. It can also be greater than 2.8.
  • the period, height and duty cycle of the third relief structure may be the same as or different from those of the first relief structure 31 (or the second relief structure 32 ), respectively.
  • the refractive index of the first relief structure 31 and the refractive index of the second relief structure 32 are the same or different, that is, the refractive index of the first relief structure 31 may be smaller than, equal to or greater than that of the second relief structure 32
  • the refractive index, the refractive index of the intermediate layer 34 is smaller than the refractive index of the first relief structure 31 .
  • the intermediate layer 34 and the second relief structure 32 have various matching modes.
  • the material of the first relief structure 31 may be nano-imprint glue or titanium dioxide.
  • the material of the intermediate layer 34 is nano-imprint glue
  • the surface of the intermediate layer 34 facing away from the first relief structure 31 is a plane
  • the second relief structure 32 is directly formed on the plane
  • the material of the second relief structure 32 can be nano-imprint glue, which can also be titanium dioxide.
  • the coating method can be electron beam evaporation, magnetron sputtering, atomic layer deposition and the like.
  • the intermediate layer 34 also serves as a template for forming the auxiliary second relief structure 32.
  • the material of the second relief structure 32 is titanium dioxide.
  • the second relief structure 32 is obtained by coating the intermediate layer 34.
  • the coating method can be electron beam evaporation, magnetic sputtering, atomic layer deposition, etc.
  • the materials of the first relief structure 31 and the second relief structure 32 in the present application are both titanium dioxide, and the refractive index of the first relief structure 31 and the second relief structure 32 are high, which can effectively improve the light efficiency and improve the electronic equipment. 100 image quality.
  • the first relief structure 31 and the second relief structure 32 are both formed by means of film coating, which is easier to implement than the dry etching process, and can improve the mass production of products.
  • the materials of the auxiliary layer 35 and the intermediate layer 34 are the same, so as to simplify the process flow and improve the production efficiency of the grating.
  • the materials of the first relief structure 31 and the second relief structure 32 may also be other materials with high refractive index and may be formed by coating.
  • FIG. 13 is a schematic flowchart of a manufacturing method for manufacturing the composite grating 30 shown in FIG. 5 according to an embodiment of the present application. As shown in FIG. 13 , the manufacturing method of the composite grating 30 includes the following S110 to S120.
  • FIG. 14 is a specific process flow diagram of the manufacturing method shown in FIG. 13 .
  • forming the first relief structure 31 specifically includes providing a substrate 33 on which the first relief structure 31 is formed.
  • the first relief structure 31 includes a plurality of first slits 310 arranged in parallel.
  • the material of the substrate 33 is glass, and the substrate 33 is used to carry the first relief structure 31 .
  • the material of the first relief structure 31 is nano-imprint glue.
  • the first relief structure 31 may be formed by a nanoimprint process. Specifically, the formation process of the first relief structure 31 is as follows: firstly, spin-coating the first imprint glue 31 ′ with a certain thickness on the substrate 33 , and then press the imprint template on the nano imprint device to the On the first embossing glue 31 ′, the embossing glue is cured by ultraviolet light, and the first relief structure 31 is obtained after demolding.
  • the nano-imprint glue is a high-refractive index nano-imprint glue, such as polyorganosiloxane
  • the refractive index of the first relief structure 31 is greater than or equal to 1.5 and less than or equal to 2.2
  • the refractive index of the substrate 33 is less than or equal to The refractive index of the first relief structure 31 .
  • the refractive index of the first relief structure 31 is high, which can effectively improve the light efficiency.
  • the first relief structure 31 is formed by a nano-imprinting process, the process is simple, and it is easy to realize mass production.
  • the first relief structure 31 is a blazed grating. It can be understood that the first relief structure 31 is a blazed grating as a whole, or a part of the first relief structure 31 is a blazed grating. In the structure shown in FIG. A relief structure 31 is a blazed grating as a whole.
  • the period of the first relief structure 31 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 and 0.9 (including 0.1 and 0.9).
  • the material for forming the first relief structure 31 is titanium dioxide, and the first relief structure 31 may be formed by a dry etching process or a coating process.
  • the first relief structure 31 may also be an asymmetric grating such as a tilted grating.
  • the material for forming the first relief structure 31 may be nano-imprint glue, and the first relief structure 31 may be formed by a nano-imprint process.
  • the material for forming the first relief structure 31 may also be titanium dioxide, and the first relief structure 31 may be formed by dry etching or coating process.
  • the second relief structure 32 includes a plurality of second slits 320, the second slits 320 face away from the first relief structure 31, the surface of the first relief structure 31 facing away from the second relief structure 32 is a reference plane, and the second slits 320 face away from the first relief structure 31.
  • the included angle ⁇ projected on the reference plane between the extending direction of the slit 320 and the extending direction of the first slit 310 is 10 degrees to 90 degrees.
  • the reference plane may also be the surface of the substrate facing or facing away from the first relief structure 310 .
  • the reference plane may also be perpendicular to any plane in which the thickness direction of the composite grating 30 is located, and the reference plane may be a virtual plane or a solid plane.
  • the light incident side of the first relief structure 31 is the side of the first relief structure 31 facing away from the substrate 33 .
  • the material of the second relief structure 32 is nano-imprint glue, and the second relief structure 32 can be formed by a nano-imprint process.
  • the second relief structure 32 may be formed on the side of the first relief structure 31 facing away from the substrate 33 .
  • a second embossing glue 32 ′ of a certain thickness is spin-coated on the side of the first relief structure 31 facing away from the substrate 33 , and then the second relief structure 32 is obtained through nano-imprinting, UV curing, demolding and other processes. to form the composite grating 30 .
  • the second relief structure 32 is formed by a nano-imprinting process, the process is simple, and it is easy to realize mass production.
  • the second relief structure 32 is partially embedded in the first slit 310 .
  • the second relief structure 32 includes a first portion 321 and a second portion 322 arranged in layers.
  • the first portion 321 is embedded in the first slit 310 of the first relief structure 31 to cooperate with the first relief structure 31 . It can be understood that, since the refractive indices of the second relief structure 32 and the first relief structure 31 are different, and the first portion 321 is embedded in the first slit 310 of the first relief structure 31 , it can also be considered that the first portion 321 is the same as the first portion 321 .
  • a relief structure 31 together forms a one-dimensional grating, and the first part 321 is also used to carry the second part 322 .
  • the second relief structure 32 it is the second part 322 that actually plays the role of dimming, and the second part 322 forms a one-dimensional grating in the composite grating 30 .
  • the second relief structure 32 has only the second portion 322 , and the second relief structure 32 is supported by the first slit provided in the first relief structure 31 by the intermediate layer.
  • the second relief structure 32 is a blazed grating. It can be understood that the second relief structure 32 is a blazed grating as a whole, or a part of the relief structure 32 is a blazed grating. In this embodiment, the second part of the relief structure 32 is a blazed grating. 322 is a blazed grating, the period of the second part 322 of the second relief structure 32 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 ⁇ 900nm. Between 0.9 (including 0.1 and 0.9).
  • the nano-imprint glue is a high-refractive index nano-imprint glue, such as polyorganosiloxane, and the refractive index of the second relief structure 32 is greater than or equal to 1.5 and less than or equal to 2.2.
  • the refractive index of the second relief structure 32 is smaller than that of the first relief structure 31 .
  • the refractive index of the second relief structure 32 in this embodiment is high, which can effectively improve the light efficiency and improve the imaging quality of the electronic device 100 including the composite grating 30 .
  • the test wavelength of all refractive index values of the first relief structure 31 and the second relief structure 32 is 587.56 nm.
  • the rotation of the nano-imprinting table can be controlled, or the clamps with different placement angles can be replaced, or the imprinting template can be replaced, so that the extending direction of the second slit 320 and the first slit 310 can be adjusted.
  • the included angle ⁇ projected by the extending direction on the reference plane is 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees). It can be understood that the included angle between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is equal to the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the substrate 33 .
  • the angle of the upper projection is 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees).
  • a composite grating 30 is formed by superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32, and the composite grating 30 is equivalent to an asymmetrical two-dimensional grating, so that after the light reaches the composite grating 30, it passes through The composite grating 30 is diffracted, and the light can be modulated in a certain direction when it passes through the first relief structure 31, and then modulated in another direction when it passes through the second relief structure 32, or the light can also be partially in the first relief structure 32.
  • the relief structure 31 modulates the diffraction direction, and the other part modulates the diffraction direction in the second relief structure 32, so as to realize the modulation of the light diffraction direction and the energy distribution in two different directions, improve the optical coupling efficiency of the light, and effectively improve the brightness and color of the light.
  • the degree of uniformity is improved, and the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 is improved.
  • first relief structure 31 and the second relief structure 32 By superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32 in this application, it can also be understood as superimposing two one-dimensional gratings, and limiting the included angle of the projection of the two slit extension directions of the two one-dimensional gratings on the reference plane ⁇ is 10 degrees to 90 degrees, forming a composite grating 30 equivalent to an asymmetric two-dimensional grating, with low processing difficulty, effectively improving the uniformity of brightness and chromaticity of the light finally emitted to the eyes, and improving the composite grating 30 including the composite grating 30 The imaging effect of the electronic device 100 .
  • the included angle ⁇ between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is 45 degrees to 60 degrees (including 45 degrees and 60 degrees).
  • the optical coupling efficiency of the light is maximized, and the brightness and brightness of the light are effectively improved.
  • the uniformity of chromaticity improves the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 .
  • FIG. 15 is a specific process flow chart of another embodiment of the manufacturing method shown in FIG. 13 .
  • FIG. 16 is a detailed process flow diagram of another embodiment of the manufacturing method shown in FIG. 13 .
  • FIG. 17 is a detailed process flow diagram of another embodiment of the manufacturing method shown in FIG. 13 .
  • the material of the second relief structure 32 may also be other materials than nano-imprint glue, such as titanium dioxide, and the refractive index of the second relief structure 32 may also be between 1.5-2.8 (including 1.5 and 2.8), or the refractive index of the second relief structure 32 may also be greater than 2.8.
  • the second relief structure 32 can be formed by a dry etching process, or can be obtained by coating a nano-imprint pattern, and the coating method can be electron beam evaporation, magnetron sputtering, atomic layer deposition, or the like.
  • the second relief structure 32 is formed by a coating method, which is easier to implement than a dry etching process, and can improve the mass production of products.
  • the period, height and duty ratio of the second relief structure 32 may also be different from those of the first relief structure 31 , respectively.
  • FIG. 18 is a schematic flowchart of another manufacturing method for manufacturing the composite grating 30 shown in FIG. 5 according to an embodiment of the present application. As shown in FIG. 18 , the manufacturing method of the composite grating 30 includes the following S210 to S220.
  • forming the first relief structure 31 specifically includes providing a substrate 33 on which the first relief structure 31 is formed.
  • the first relief structure 31 includes a plurality of first slits 310 arranged in parallel.
  • the material of the substrate 33 is glass, and the substrate 33 is used to carry the first relief structure 31 .
  • the material of the first relief structure 31 is titanium dioxide.
  • the first relief structure 31 may be formed by a dry etching process.
  • the formation process of the first relief structure 31 is as follows: first, a first plating layer 31 ′ is formed on the substrate 33 , and a first embossing glue 31 ′′ of a certain thickness is spin-coated on the surface of the first plating layer 31 ′ facing away from the substrate 33 , Then, through the nano-imprinting process, the imprinting template is pressed on the first imprinting glue 31" on the nano-imprinting device, and then the imprinting glue is cured by ultraviolet light, and the mask 311 of the first relief structure 31 is obtained after demolding, Then, the first relief structure 31 is obtained by dry etching the first plating layer 31 ′.
  • the refractive index of the first relief structure 31 is greater than or equal to 2.2 and less than or equal to 2.8.
  • the refractive index of the substrate 33 is smaller than or equal to the refractive index of the first relief structure 31 .
  • the refractive index of the first relief structure 31 in this embodiment is higher than the refractive index of the grating made of nano-imprint glue, which can more effectively improve the light efficiency.
  • the first relief structure 31 is a blazed grating. It can be understood that the entire first relief structure 31 is a blazed grating, or a part of the first relief structure 31 is a blazed grating. In the structure shown in FIG. 19 , the first relief structure 31 is a blazed grating. A relief structure 31 is a blazed grating as a whole. The period of the first relief structure 31 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 and 0.9 (including 0.1 and 0.9).
  • the material for forming the first relief structure 31 is nano-imprint glue, and the first relief structure 31 may be formed by a nano-imprint process.
  • the first relief structure 31 may also be an asymmetric grating such as a tilted grating.
  • the material for forming the first relief structure 31 may be nano-imprint glue, and the first relief structure 31 may be formed by a nano-imprint process.
  • the material for forming the first relief structure 31 may also be titanium dioxide, and the first relief structure 31 may be formed by dry etching or coating process.
  • the material of the first relief structure 31 may also be other materials than nano-imprint glue and titanium dioxide.
  • the refractive index of the first relief structure 31 may also be between 1.5 and 2.8 (including 1.5 and 2.8), or the refractive index of the first relief structure 31 may also be greater than 2.8.
  • the second relief structure 32 includes a plurality of second slits 320, the second slits 320 face away from the first relief structure 31, the surface of the first relief structure 31 facing away from the second relief structure 32 is a reference plane, and the second slits 320 face away from the first relief structure 31.
  • the included angle ⁇ projected on the reference plane between the extending direction of the slit 320 and the extending direction of the first slit 310 is 10 degrees to 90 degrees.
  • the reference plane may also be the surface of the substrate facing or facing away from the first relief structure 310 .
  • the reference plane may also be perpendicular to any plane in which the thickness direction of the composite grating 30 is located, and the reference plane may be a virtual plane or a solid plane.
  • step S120 the specific steps of forming the second relief structure 32 are the same as step S120 , please refer to step S110 , which will not be repeated here.
  • step S110 the included angle between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is equal to the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the substrate 33 .
  • the angle of the upper projection is the included angle between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane.
  • a composite grating 30 is formed by superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32, and the composite grating 30 is equivalent to an asymmetrical two-dimensional grating, so that after the light reaches the composite grating 30, it passes through The composite grating 30 is diffracted, and the light can be modulated in a certain direction when it passes through the first relief structure 31, and then modulated in another direction when it passes through the second relief structure 32, or the light can also be partially in the first relief structure 32.
  • the relief structure 31 modulates the diffraction direction, and the other part modulates the diffraction direction in the second relief structure 32, so as to realize the modulation of the light diffraction direction and the energy distribution in two different directions, improve the optical coupling efficiency of the light, and effectively improve the brightness and color of the light.
  • the degree of uniformity is improved, and the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 is improved.
  • first relief structure 31 and the second relief structure 32 By superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32 in this application, it can also be understood as superimposing two one-dimensional gratings, and limiting the included angle of the projection of the two slit extension directions of the two one-dimensional gratings on the reference plane ⁇ is 10 degrees to 90 degrees, forming a composite grating 30 equivalent to an asymmetric two-dimensional grating, with low processing difficulty, effectively improving the uniformity of brightness and chromaticity of the light finally emitted to the eyes, and improving the composite grating 30 including the composite grating 30 The imaging effect of the electronic device 100 .
  • the included angle ⁇ between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is 45 degrees to 60 degrees (including 45 degrees and 60 degrees).
  • the optical coupling efficiency of the light is maximized, and the brightness and brightness of the light are effectively improved.
  • the uniformity of chromaticity improves the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 .
  • FIG. 20 is a specific process flow chart of another embodiment of the manufacturing method shown in FIG. 18 .
  • the first relief structure 31 is a blazed grating
  • the second relief structure 32 may be an asymmetric grating such as a tilted grating.
  • the first relief structure 31 is an oblique grating
  • the second relief structure 32 may be an asymmetric grating such as an oblique grating.
  • the first relief structure 31 is an inclined grating
  • the second relief structure 32 may be an asymmetric grating such as a blazed grating.
  • the material of the second relief structure 32 may also be other materials than nano-imprint glue, such as titanium dioxide, and the refractive index of the second relief structure 32 may also be between 1.5-2.8 (including 1.5 and 2.8), or the refractive index of the second relief structure 32 may also be greater than 2.8.
  • the second relief structure 32 can be formed by a dry etching process, or can be obtained by coating a nano-imprint pattern, and the coating method can be electron beam evaporation, magnetron sputtering, atomic layer deposition, or the like.
  • the second relief structure 32 is formed by a coating method, which is easier to implement than a dry etching process, and can improve the mass production of products.
  • the period, height and duty ratio of the second relief structure 32 may also be different from those of the first relief structure 31 , respectively.
  • the manufacturing method of the composite grating 30 may further include forming a third relief structure on the side of the second relief structure 32 facing away from the first relief structure 31 .
  • the number of the third relief structures may be one or more, and the third relief structures may be blazed gratings or inclined gratings.
  • the material of the third relief structure can be nano-imprint glue, titanium dioxide or other materials.
  • the refractive index of the third relief structure is between 1.5 and 2.8 (including 1.5 and 2.8), or the refractive index of the third relief structure is between 1.5 and 2.8. It can also be greater than 2.8.
  • the period, height and duty cycle of the third relief structure may be the same as or different from those of the first relief structure 31 (or the second relief structure 32 ), respectively.
  • FIG. 21 is a schematic flowchart of a manufacturing method for manufacturing the composite grating 30 shown in FIG. 10 according to an embodiment of the present application. As shown in FIG. 21 , the manufacturing method of the composite grating 30 includes the following S310 to S330.
  • step S110 the specific steps of forming the first relief structure 31 are the same as the step S110, please refer to the step S110, which will not be repeated here.
  • FIG. 22 is a specific process flow chart of the manufacturing method shown in FIG. 21 .
  • the refractive index of the intermediate layer 34 is smaller than the refractive index of the first embossing glue 31'.
  • an intermediate material layer of a certain thickness is spin-coated on the side of the first relief structure 31 facing away from the substrate 33 , and the intermediate layer 34 is formed after the intermediate material layer is cured.
  • the second relief structure 32 includes a plurality of second slits 320 , the second slits 320 face away from the first relief structure 31 , and the surface of the first relief structure 31 facing away from the second relief structure 32 is a reference plane.
  • the included angle ⁇ projected on the reference plane between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 is 10 degrees to 90 degrees.
  • the reference plane may also be the surface of the substrate facing or facing away from the first relief structure 310 .
  • the reference plane may also be perpendicular to any plane in which the thickness direction of the composite grating 30 is located, and the reference plane may be a virtual plane or a solid plane.
  • the second relief structure 32 is formed on the side of the intermediate layer 34 facing away from the first relief structure 31 .
  • the second relief structure 32 may be formed on the surface of the intermediate layer 34 facing away from the first relief structure 31 by a nano-imprint process, and the second relief structure 32 may also be formed on the intermediate layer by dry etching.
  • the second relief structure 32 may also be formed on the side of the intermediate layer 34 facing away from the first relief structure 31 by a coating process.
  • the second relief structure 32 is formed on the surface of the intermediate layer 34 facing away from the first relief structure 31 by a nanoimprint process.
  • the material of the second relief structure 32 is nano-imprint glue, and the second imprint glue 32' of a certain thickness is spin-coated on the surface of the intermediate layer 34 facing away from the first relief structure 31, and then the nano-imprint, ultraviolet
  • the second relief structure 32 is obtained by processes such as curing and demolding, so as to form the composite grating 30 .
  • the second relief structure 32 is formed by a nano-imprinting process, the process is simple, and it is easy to realize mass production.
  • the second relief structure 32 is a blazed grating. It can be understood that the second relief structure 32 is a blazed grating as a whole.
  • the period of the second relief structure 32 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 and 0.9 (including 0.1 and 0.9).
  • the refractive index of the second relief structure 32 is greater than or equal to 1.5 and less than or equal to 2.8.
  • the refractive index of the second relief structure 32 is smaller than or equal to the refractive index of the first relief structure 31 .
  • the refractive index of the second relief structure 32 in this embodiment is high, which can effectively improve the light efficiency and improve the imaging quality of the electronic device 100 using the composite grating 30 .
  • the test wavelength of all refractive index values of the first relief structure 31 and the second relief structure 32 is 587.56 nm.
  • the clamps with different placement angles or the imprint template can be replaced by controlling, so that the extension direction of the second slit 320 and the extension direction of the first slit 310 are projected on the reference plane.
  • the angle ⁇ ranges from 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees) to form the composite grating 30 . It can be understood that the included angle between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is equal to the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the substrate 33 .
  • the angle of the upper projection is equal to the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the substrate 33 .
  • a composite grating 30 is formed by superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32, and the composite grating 30 is equivalent to an asymmetrical two-dimensional grating, so that after the light reaches the composite grating 30, it passes through The composite grating 30 is diffracted, and the light can be modulated in a certain direction when passing through the first relief structure 31, and then modulated in another direction when it passes through the second relief structure 32, or a part of the light can also be modulated in the first relief structure 32.
  • the relief structure 31 is subjected to diffraction direction modulation, and the other part is subjected to diffraction direction modulation in the second relief structure 32 to achieve light diffraction direction modulation and energy distribution in two different directions, improve the optical coupling efficiency of light, and effectively improve the brightness and color of light.
  • the degree of uniformity is improved, and the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 is improved.
  • first relief structure 31 and the second relief structure 32 By superimposing the first relief structure 31 and the second relief structure 32 in this application, it can also be understood as superimposing two one-dimensional gratings, and limiting the included angle of the projection of the two slit extension directions of the two one-dimensional gratings on the reference plane ⁇ is 10 degrees to 90 degrees, forming a composite grating 30 equivalent to an asymmetric two-dimensional grating, with low processing difficulty, effectively improving the uniformity of brightness and chromaticity of the light finally emitted to the eyes, and improving the composite grating 30 including the composite grating 30 The imaging effect of the electronic device 100 .
  • step S210 the specific steps of forming the first relief structure 31 are substantially the same as step S210 , please refer to step S210 , which will not be repeated here.
  • the difference from step S210 is that the first relief structure 31 in the present application is an inclined grating.
  • the first relief structure 31 may also be an asymmetric grating such as a blazed grating.
  • the second relief structure 32 includes a plurality of second slits 320 , the second slits 320 face away from the first relief structure 31 , and the surface of the first relief structure 31 facing away from the second relief structure 32 is a reference plane.
  • the included angle ⁇ projected on the reference plane between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 is 10 degrees to 90 degrees.
  • the reference surface may also be the surface of the substrate facing or facing away from the first relief structure 310.
  • the reference plane may also be perpendicular to any plane in which the thickness direction of the composite grating 30 is located, and the reference plane may be a virtual plane or a solid plane.
  • the manufacturing method of the composite grating 30 may further include forming a third relief structure on the side of the second relief structure 32 facing away from the first relief structure 31 .
  • the number of the third relief structures may be one or more, and the third relief structures may be blazed gratings or inclined gratings.
  • the material of the third relief structure can be nano-imprint glue, titanium dioxide or other materials.
  • the refractive index of the third relief structure is between 1.5 and 2.8 (including 1.5 and 2.8), or the refractive index of the third relief structure is between 1.5 and 2.8. It can also be greater than 2.8.
  • the period, height and duty cycle of the third relief structure may be the same as or different from those of the first relief structure 31 (or the second relief structure 32 ), respectively.
  • forming the first relief structure 31 includes providing a substrate 33 , forming an auxiliary layer 35 on the substrate 33 , and forming the first relief structure 31 on the side of the auxiliary layer 35 facing away from the substrate 33 .
  • the first relief structure 31 includes a plurality of first slits 310 arranged in parallel.
  • the auxiliary layer 35 is a template for assisting the formation of the first relief structure 31 . Then, a first relief structure 31 is formed on the surface of the auxiliary layer 35 facing away from the substrate 33 through a coating process.
  • the coating material is titanium dioxide, and the coating method can be electron beam evaporation, magnetron sputtering, atomic layer deposition, electroplating and the like.
  • the second relief structure 32 is an inclined grating. It can be understood that the second relief structure 32 is an inclined grating as a whole. Since the intermediate layer 34 is located between the first relief structure 31 and the second relief structure 32 , it can be understood that the second slit 320 faces away from the first relief structure 31 .
  • the period of the second relief structure 32 is between 300nm and 900nm (including 300nm and 900nm), the height is between 50nm and 600nm (including 50nm and 600nm), and the duty ratio is between 0.1 and 0.9 (including 0.1 and 0.9).
  • the refractive index of the second relief structure 32 is greater than or equal to 1.5 and less than or equal to 2.8.
  • the clamps with different placement angles or the imprint template can be replaced by controlling, so that the extension direction of the second slit 320 and the extension direction of the first slit 310 are projected on the reference plane.
  • the angle ⁇ ranges from 10 degrees to 90 degrees (including 10 degrees and 90 degrees) to form the composite grating 30 . It can be understood that the included angle between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is equal to the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the substrate 33 .
  • the angle of the upper projection is equal to the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the substrate 33 .
  • the relief structure 31 is subjected to diffraction direction modulation, and the other part is subjected to diffraction direction modulation in the second relief structure 32 to achieve light diffraction direction modulation and energy distribution in two different directions, improve the optical coupling efficiency of light, and effectively improve the brightness and color of light.
  • the degree of uniformity is improved, and the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 is improved.
  • the included angle ⁇ between the extending direction of the second slit 320 and the extending direction of the first slit 310 on the reference plane is 45 degrees to 60 degrees (including 45 degrees and 60 degrees).
  • the optical coupling efficiency of the light is maximized, and the brightness and brightness of the light are effectively improved.
  • the uniformity of chromaticity improves the imaging effect of the electronic device 100 including the composite grating 30 .
  • the second relief structure 32 when the first relief structure 31 is a blazed grating, the second relief structure 32 may be an asymmetric grating such as a tilted grating. In yet another scenario of other embodiments, when the first relief structure 31 is an oblique grating, the second relief structure 32 may be an asymmetric grating such as a blazed grating. In yet another scenario of other embodiments, the material of the second relief structure 32 may also be other materials than titanium dioxide, and the refractive index of the second relief structure 32 may also be greater than 2.8. The second relief structure 32 may be formed through a dry etching process, or may be formed through a nanoimprint process. In yet another scenario of other embodiments, the period, height and duty ratio of the second relief structure 32 may also be different from those of the first relief structure 31 , respectively.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

一种复合光栅（30）、包括复合光栅（30）的衍射光波导（21）、以及包括衍射光波导（21）的电子设备（100）。还提供一种复合光栅（30）的制造方法。复合光栅（30）包括第一浮雕结构（31）和第二浮雕结构（32），第一浮雕结构（31）包括多个第一狭缝（310），第二浮雕结构（32）包括多个第二狭缝（320），第二浮雕结构（32）叠设于第一浮雕结构（31）的入光侧，第二狭缝（320）背向第一浮雕结构（31），第一浮雕结构（31）背向第二浮雕结构（32）的表面为基准面，第一狭缝（310）延伸的方向（D1）和第二狭缝（320）延伸的方向（D2）在基准面投影的夹角为10度～90度。复合光栅（30）具有良好的光学均匀性和成像效果。

Description

复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备
本申请要求于2020年12月29日提交中国专利局、申请号为202011608310.3、申请名称为“复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及光栅技术领域，特别涉及一种复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备。
背景技术
增强显示设备通过衍射光波导进行光学显示，衍射光波导的核心元件是光栅，光栅是一个具有周期结构的光学元件，可以将光分成不同的衍射级次，以实现光传播方向的大角度偏转。现有技术中的光栅无法获得良好的光学均匀性和成像效果。
发明内容
本申请提供一种复合光栅、包括该复合光栅的衍射光波导、以及包括该衍射光波导的电子设备，复合光栅具有良好的光学均匀性和成像效果。本申请还提供一种复合光栅的制造方法。
第一方面，提供了一种复合光栅。复合光栅包括第一浮雕结构和第二浮雕结构，第一浮雕结构包括多个第一狭缝，第二浮雕结构包括多个第二狭缝，第二浮雕结构叠设于第一浮雕结构的入光侧，第二狭缝背向第一浮雕结构，第一浮雕结构背向第二浮雕结构的表面为基准面，第一狭缝延伸的方向和第二狭缝延伸的方向在基准面投影的夹角为10度～90度(包括10度和90度)。
可以理解的是，第一狭缝延伸的方向为第一狭缝在长度方向延伸的方向，第二狭缝延伸的方向为第二狭缝在长度方向延伸的方向，第一浮雕结构和第二浮雕结构均大致呈板状，第一浮雕结构和第二浮雕结构层叠设置，即第一浮雕结构和第二浮雕结构大致平行设置。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构和第二浮雕结构叠加形成复合光栅，该复合光栅与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅之后，经复合光栅发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以一部分在第一浮雕结构进行衍射方向调制，另一部分在第二浮雕结构进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高具有该复合光栅的电子设备的成像效果。
一种可能的实现方式中，第一狭缝延伸的方向和第二狭缝延伸的方向在基准面投影的夹角为45度～60度。通过将第一狭缝延伸的方向和第二狭缝延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高具有该复合光栅的电子设备的成像效果。
一种可能的实现方式中，第二浮雕结构部分嵌设于第一狭缝内，以与第一浮雕结构配合。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构的折射率与第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，第一浮雕结构的折射率大于第二浮雕结构的折射率。第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率高，能有效提升光效率，提高具有该复合光栅的电子设备的成像质量。在其他实施例中，第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率还可以大于2.8。
一种可能的实现方式中，复合光栅还包括中间层，中间层设于第一浮雕结构与第二浮雕结构之间，第一浮雕结构的折射率与第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，中间层的折射率小于第一浮雕结构的折射率。其中，中间层可以用于间隔第一浮雕结构和第二浮雕结构，中间层还可以作为第二浮雕结构的模板。第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率高，能有效提升光效率，提高具有该复合光栅的电子设备的成像质量。在其他实施例中，第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率还可以大于2.8。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构和第二浮雕结构均为非对称光栅。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅；和/或，第二浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅。当然，在其他实施例中，第一浮雕结构和第二浮雕结构还可以是其他非对称光栅。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构的材料为纳米压印胶或二氧化钛；和/或，第二浮雕结构的材料为纳米压印胶或二氧化钛。其中，纳米压印胶为高折射率纳米压印胶，例如聚有机硅氧烷类，纳米压印胶和二氧化钛的折射率高，能有效提升光效率，提高具有该复合光栅的电子设备的成像质量。
一种可能的实现方式中，复合光栅还包括辅助层，辅助层设于第一浮雕结构背向第二浮雕结构的一侧，辅助层为辅助第一浮雕结构形成的模板。
一种可能的实现方式中，复合光栅还包括基板，基板位于第一浮雕结构背向第二浮雕结构的一侧。基板用于承载第一浮雕结构和第二浮雕结构。
一种可能的实现方式中，复合光栅还包括第三浮雕结构，第三浮雕结构设于第二浮雕结构背向第一浮雕结构的一侧。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构(或第二浮雕结构)的周期、高度及占空比相同或不同。
第二方面，提供了一种衍射光波导。衍射光波导包括波导基体及上述的复合光栅，复合光栅安装于波导基体的表面，以形成波导基体的耦入光栅和/或耦出光栅。具有该复合光栅的衍射光波导能够提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高具有该复合光栅的电子设备的成像效果。
第三方面，提供了一种电子设备。电子设备包括图像发射器和上述的衍射光波导，图像发射器发射的光线经衍射光波导传导。具有该衍射光波导的电子设备，能够提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高成像效果。
第四方面，提供了一种复合光栅的制造方法。制造方法包括：形成第一浮雕结构，其中，第一浮雕结构包括多个第一狭缝；在第一浮雕结构的入光侧形成第二浮雕结构，以构成复合光栅，其中，第二浮雕结构包括多个第二狭缝，第二狭缝背向第一浮雕结构，第一浮雕结构背向第二浮雕结构的表面为基准面，第二狭缝延伸的方向和第一狭缝延伸的方向在基准面投影的夹角为10度～90度(包括10度和90度)。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构和第二浮雕结构叠加形成复合光栅，该复合光栅与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅之后，经复合光栅发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以部分在第一浮雕结构进行衍射方向调制，另部分在第二浮雕结构进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅的电子设备的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一浮雕结构和第二浮雕结构叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅，加工难度低，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅的电子设备的成像效果。
一种可能的实现方式中，第一狭缝延伸的方向和第二狭缝延伸的方向的夹角为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第一狭缝延伸的方向与第二狭缝延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅的电子设备的成像效果。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构的折射率与第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，第一浮雕结构的折射率大于第二浮雕结构的折射率。第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率高，能有效提升光效率，提高具有该复合光栅的电子设备的成像质量。在其他实施例中，第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率还可以大于2.8。
一种可能的实现方式中，形成第二浮雕结构的步骤包括：在第一浮雕结构背向基板一侧形成中间层，在中间层背向第一浮雕结构一侧形成第二浮雕结构。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构的折射率与第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，中间层的折射率小于第一浮雕结构的折射率。其中，中间层可以用于间隔第一浮雕结构和第二浮雕结构，中间层还可以作为第二浮雕结构的模板。第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率高，能有效提升光效率，提高具有该复合光栅的电子设备的成像质量。在其他实施例中，第一浮雕结构和第二浮雕结构的折射率还可以大于2.8。
一种可能的实现方式中，通过纳米压印工艺、干法刻蚀工艺或镀膜工艺形成第一浮雕结构；和/或通过纳米压印工艺、干法刻蚀工艺或镀膜工艺形成第二浮雕结构。镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积、电镀等方式。相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构和第二浮雕结构均为非对称光栅。
一种可能的实现方式中，第一浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅；和/或第二浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅。当然，在其他实施例中，第一浮雕结构和第二浮雕结构还可以是其他非对称光栅。
一种可能的实现方式中，形成第一浮雕结构，包括：在基板上形成第一浮雕结构。基板用于承载第一浮雕结构。
一种可能的实现方式中，制造方法还包括在基板上形成辅助层，辅助层为辅助第一浮雕结构形成的模板，在辅助层背向基板的一侧形成第一浮雕结构。
一种可能的实现方式中，制造方法还包括：在第二浮雕结构背向第一浮雕结构的一侧形 成第三浮雕结构。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构(或第二浮雕结构)的周期、高度及占空比相同或不同。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图2是图1所示电子设备佩戴于用户头部的结构示意图；
图3是图2所示结构的简化结构示意图；
图4是图3所示结构中A区域的在一种实施例下的放大结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种复合光栅的结构示意图；
图6是图5所示结构在A-A方向的剖面结构示意图；
图7是图5所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图；
图8是图5所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图；
图9是图5所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图；
图10是图5所示的复合光栅的另一种实施例的结构示意图；
图11是图10所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图；
图12是图5所示的复合光栅的另一种实施例的结构示意图；
图13是本申请实施例提供的一种制造图5所示复合光栅的制造方法的流程示意图；
图14是图13所示的制造方法的具体工艺流程图；
图15是图13所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图；
图16是图13所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图；
图17是图13所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图；
图18是本申请实施例提供的另一种制造图5所示复合光栅的制造方法的流程示意图；
图19是图18所示的制造方法的具体工艺流程图；
图20是图18所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图；
图21是本申请实施例提供的一种制造图10所示的复合光栅的制造方法的流程示意图；
图22是图21所示的制造方法的具体工艺流程图；
图23是图21所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图；
图24是本申请实施例提供的一种制造图11所示的复合光栅的制造方法的流程示意图；
图25是图24所示的制造方法的具体工艺流程图；
图26是图24所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图；
图27是本申请实施例提供的一种制造图12所示的复合光栅的制造方法的流程示意图；
图28是图27所示的制造方法的具体工艺流程图；
图29是图27所示的另一实施方式的制造方法的具体工艺流程图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
为方便理解，下面先对本申请所涉及的技术术语进行解释和描述。
光栅，由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅，是一个具有周期结构的光学元件，可以将光分成不同的衍射级次，实现光传播方向的大角度偏转。
一维光栅，只在垂直栅线的方向有周期性变化，在平行栅线方向没有周期性变化的光栅结构。
二维光栅，在两个方向都呈现周期性变化的光栅结构。
闪耀光栅，也被称为小阶梯光栅，是设计的一种在特定衍射级别产生最大衍射效率的特定的反射或者透射衍射光栅结构。
倾斜光栅，其垂直于栅线方向的横截面形状为周期的平行四边形或非等腰的梯形。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。其中，“固定连接”是指彼此连接且连接后的相对位置关系不变。“转动连接”是指彼此连接且连接后能够相对转动。本申请实施例中所提到的方位用语，例如，“上”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请实施例，而不是指示或暗指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申请实施例的限制。“多个”是指至少两个。
本申请实施例提供一种电子设备100，用于佩戴在用户的头部。电子设备100可以为头戴显示设备，例如电子设备100可以为增强现实设备，比如增强现实(augmented reality，AR)眼镜、AR头盔、混合现实(mixrtual reality，MR)眼镜或MR头盔等将数字内容和现实场景结合在一起的电子产品。电子设备100还可以不佩戴在头部。或者电子设备100还可以不是增强现实设备。本申请以电子设备100是AR眼镜为例进行具体说明。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种电子设备100的结构示意图。
本实施例中，电子设备100包括镜架10以及安装于镜架10的增强现实组件20。其中，增强现实组件20有两个，两个增强现实组件20间隔安装于镜架10。当然，在其他实施例中，增强显示组件20的数量也可以是一个或多个，本申请对此不作具体限定。
镜架10包括镜框11以及与镜框11连接的镜腿12。其中，镜腿12有两个，两个镜腿12连接于镜框11的相对两端。需要说明的是，在其他实施例中，镜架10也可以包括镜框11和与镜框11连接的固定带，本申请对此不作具体限定。
镜框11包括两个边框111及连接于两个边框111之间的横梁112。每一边框111均包括远离横梁112的第一边框111a和与第一边框111a相对设置的第二边框111b。第一边框111a的内部设有收容腔，第一边框111a的收容腔用以收容电子设备的电子元器件。横梁112与两个边框111一体成型，以简化镜框11的成型工艺，增加镜框11的整体强度。其中，镜框11的材料包括且不限于金属、塑料、树脂或天然材料等。应当理解的是，镜框11不仅限于图1所示的全框型镜框，也可以为半框型或无框型镜框。
两个镜腿12转动连接于镜框11的相对两端。具体的，两个镜腿12分别转动连接于镜框11的两个边框111。其中，两个镜腿12分别连接于两个边框111的第一边框111a。在电子设备100处于展开状态(如图1所示)时，两个镜腿12通过相对镜框11转动至彼此相对，此时电子设备100的两个镜腿12可分别架设于用户的两个耳朵上，横梁112架设于用户的鼻梁上，以穿戴于用户的头部。在电子设备100处于折叠状态时，两个镜腿12通过相对镜框11 转动，至彼此至少部分地重叠且收容于镜框11的内侧，此时电子设备100可收纳起来。
可以理解的是，在其他实施例中，两个镜腿12可分别固定连接于两个边框111的第一边框111a，或者，两个镜腿12可与镜框11一体成型，即电子设备100始终处于展开状态，本申请对此不作具体限定。需要说明的是，镜腿12的内部也可以设有收容腔，镜腿12的收容腔也可以收容电子设备100的电子元器件。
需要说明的是，本申请提及电子设备100时所采用“内侧”、“外侧”等方位用词主要依据电子设备100被用户佩戴于头部时的方位进行阐述。电子设备100被用户佩戴时，以靠近用户头部为内侧，以远离用户头部为外侧，其并不形成对电子设备100与其他场景中的方位的限定。
请一并参阅图2和图3。图2是图1所示电子设备100佩戴于用户头部的结构示意图。图3是图2所示结构的简化结构示意图。
接下来，为了便于描述，如图2和图3所示，定义电子设备100的长度方向为X轴方向，电子设备100的宽度方向为Y轴方向，电子设备100的厚度方向为Z轴方向，且X方向、Y方向和Z方向彼此两两垂直。其中，X轴方向即为镜框11中一个边框111朝向另一个边框111的方向，Z轴方向即为镜框11朝向镜腿12的方向。
本实施例中，两个增强现实组件20的结构相同。具体的，两个增强现实组件20分别安装于镜框11的两个边框111。电子设备100穿戴于用户头部时，一个电子设备100对应于用户的左眼，另一个电子设备100对应于用户的右眼，此时用户的双眼可以通过两个电子设备100观看虚拟场景和真实场景。需要说明的是，在其他实施例中，两个电子设备100的结构也可以不同，本申请对此不作具体限定。
接下来，为了便于理解，以与用户的左眼相对应的增强现实组件20为例对增强现实组件20的结构进行具体描述。
请参阅图3和图4，图4是图3所示结构中A区域的在一种实施例下的放大结构示意图。
增强现实组件20包括衍射光波导21、光学***22、图像发射器23和处理器24。具体的，衍射光波导21、光学***22、图像发射器23和处理器24均安装于镜架10。处理器24耦合图像发射器23，用以控制图像发射器23的开启与关闭。
需要说明的是，在其他实施例中，两个增强现实组件20可仅包括一个处理器24，该处理器24同时耦合两个增强现实组件20的图像发射器23，用以控制两个图像发射器23的开启与关闭，本申请对此不做具体限定。
衍射光波导21安装于镜架10的镜框11。本实施例中，两个增强现实组件20的衍射光波导21沿X轴方向并排设置。具体的，两个增强现实组件20的衍射光波导21间隔安装于镜框11。其中，衍射光波导21安装于镜框11的边框111。衍射光波导21包括内表面和外表面，衍射光波导21的内表面为衍射光波导21朝向镜框11内侧的表面。即，衍射光波导21的外表面为衍射光波导21朝向镜框11外侧的表面。需要说明的是，在其他实施例中，衍射光波导21还可以通过添加其他部件形成将数字内容和现实场景结合在一起的器件。
具体的，衍射光波导21包括波导基体211、耦入光栅212和耦出光栅213。波导基体211安装于边框111。波导基体211的一端安装于边框111的第一边框111a，且收容于第一边框111a的收容腔113内。波导基体211的另一端安装于边框111的第二边框111b。波导基体211包括相背设置的内表面211a和外表面211b。其中，波导基体211的内表面211a为波导基体211朝向镜框11内侧的表面。即，波导基体211的外表面211b为波导基体211朝向镜框11外侧的表面。
本实施例中，耦入光栅212和耦出光栅213为反射式光栅，耦入光栅212安装于波导基体211的外表面211b，且位于第一边框111a的收容腔113内。耦出光栅213安装于波导基体211的外表面211b，与耦入光栅212间隔设置，且位于第一边框111a和第二边框111b之间。应当理解的是，耦入光栅212和耦出光栅213也可以为透射式光栅，此时耦入光栅212和耦出光栅213安装于波导基体211的内表面211a。
本实施例中，波导基体211的内表面211a即为衍射光波导21的内表面。内表面211a包括入光区域211c和出光区域211d。其中，内表面211a的入光区域211c位于第一边框111a的收容腔113内。具体的，内表面211a的入光区域211c为耦入光栅212在内表面211a的投影所覆盖的区域。即，衍射光波导21的内表面211a中与耦入光栅212正对的区域即为内表面211a的入光区域211c。
内表面211a的出光区域211d与入光区域211c间隔设置，且位于第一边框111a和第二边框111b之间。具体的，内表面211a的出光区域211d为耦出光栅213在内表面211a的投影所覆盖的区域。即，内表面211a中与耦出光栅213正对的区域即为内表面211a的出光区域211d。
本实施例中，光学***22和图像发射器23均位于第一边框111a的收容腔113内，图像发射器23与衍射光波导21相对设置，光学***22位于衍射光波导21和图像发射器23之间。具体的，光学***22位于波导基体211背离耦入光栅212的一侧。即，光学***22和图像发射器23与耦入光栅212分别位于波导的相对两侧。其中，光学***22和图像发射器23正对内表面211a的入光区域211c。可以理解的是，当耦入光栅212为透射式光栅时，图像发射器23和耦入光栅212位于波导基体211的同侧。
需要说明的是，在其他实施例中，图像发射器23也可以位于镜腿12的收容腔113(即镜腿12的内部)，或者，图像发射器23也可以部分位于第一边框111a的收容腔113，部分位于镜腿12的收容腔113，或者，图像发射器23也可以不位于第一边框111a的收容腔113或镜腿12的收容腔113内，直接外露于边框111的表面，只要在电子设备100使用时，不遮挡用户的视线即可。
其中，光学***22为透镜，透镜为一个。图像发射器23为显示屏，显示屏例如可以为有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)显示屏，有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体(active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED)显示屏，迷你有机发光二极管(mini organic light-emitting diode)显示屏，微型发光二极管(micro light-emitting diode)显示屏，微型有机发光二极管(micro organic light-emitting diode)显示屏，或量子点发光二极管(quantum dot light emitting diodes，QLED)显示屏。
当然，在其他实施例中，透镜还可以为两个或多个。或者，光学***22还可以包括棱镜，或同时包括棱镜和透镜。图像发射器23也可以是图像投影机。图像投影机包括且不限于硅基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)、数字光处理器(digital light processing,DLP)、发光二极管(light emitting diode，LED)、有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)、量子点发光二极管(quantum dot light emitting diodes，QLED)、主动矩阵有机发光二极体(active-matrix organic light emitting diode，AMOLED)、柔性发光二极管(flex light-emitting diode，FLED)、Mini LED、Micro OLED、Micro LED或激光微电子机械***(laser micro electro mechanical systems，Laser MEMS)等光机。
本实施例中，处理器24位于第一边框111a的收容腔113，且与图像发射器23电连接，处理器24用以控制图像发射器23的开启与关闭。其中，处理器24可以包括一个或多个处理 单元。多个处理单元例如可以为应用处理器(application processor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processing unit，GPU)，图像信号处理器(image signal processor，ISP)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。应当理解的是，处理器24可以为电子设备100的中央处理器(central processing unit，CPU)，也可以为电子设备100的其他处理器。
处理器24开启图像发射器23时，即图像发射器23处于开启状态时，图像发射器23发出的显示光线L透过光学***22，进入衍射光波导21。具体的，显示光线L垂直射向波导基体211的内表面211a，自内表面211a的入光区域211c垂直射向耦入光栅212，经由耦入光栅212耦入波导基体211。其中，耦入光栅212已将显示光线L的传播方向调整至满足全反射条件的状态。显示光线L在波导基体211内发生至少一次全反射并朝向耦出光栅213的方向传播，直至到达耦出光栅213发生衍射。显示光线L发生衍射后自内表面211a的出光区域211d朝向衍射光波导21内侧传播，即朝向人眼的方向传播，可进入人眼成像，以使用户能看到携带数字内容的虚拟场景。可以理解的是，处理器24关闭图像发射器23时，即图像发射器23及处于关闭状态时，图像发射器23不投射显示光线L，此时既没有显示光线L进入人眼成像。
本实施例中，耦入光栅212和耦出光栅213可以包括一个或多个复合光栅。例如，耦入光栅212为一个复合光栅时，来自图像发射器23的三色(红色、绿色和蓝色)光均通过该复合光栅发生衍射。耦入光栅212包括三个复合光栅时，来自图像发射器23的三色(红色、绿色和蓝色)光分别通过三个复合光栅发生衍射，每个复合光栅只针对某一个颜色而优化，从而可以改善最终在出瞳位置的颜色均匀性，减小彩虹效应。本实施例中，耦入光栅212和耦出光栅213的结构相同。需要说明的是，在其他实施例中，耦入光栅212和耦出光栅213的结构也可以不同，本申请对此不作具体限定。
接下来，为了便于理解，以耦出光栅213为例对耦出光栅213的一个复合光栅进行具体描述。
请参阅图5和图6，图5是本申请实施例提供的一种复合光栅30的结构示意图，图6是图5所示结构在A-A方向的剖面结构示意图。其中，图6只呈现了复合光栅30在剖面处的结构，除剖面处以外的结构未呈现。
复合光栅30包括第一浮雕结构31和第二浮雕结构32，第一浮雕结构31包括多个平行设置的第一狭缝310，第二浮雕结构32包括多个平行设置的第二狭缝320，第二浮雕结构32叠设于第一浮雕结构31的入光侧，第二狭缝320背向第一浮雕结构31，第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的表面为基准面，第一狭缝310延伸的方向D1和第二狭缝320延伸的方向D2在基准面投影的夹角θ为10度～90度(包括10度和90度)。当然，在其他实施例中，基准面还可以垂直于复合光栅30厚度方向所在的任何平面，基准面可以是虚拟的平面，也可以是实体的平面。
可以理解的是，第一狭缝310延伸的方向为第一狭缝310在长度方向延伸的方向，第二狭缝320延伸的方向为第二狭缝320在长度方向延伸的方向，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32均大致呈板状，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32层叠设置，即第一浮雕结构31和第二浮雕结构32大致平行设置。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加形成复合光栅30，该复合光栅30与非对称的二维光栅等效，以使显示光线L(图4)到达复合光栅30之后，经 复合光栅30发生衍射，显示光线L可以透过第一浮雕结构31时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构32时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者显示光线L还可以一部分在第一浮雕结构31进行衍射方向调制，另一部分在第二浮雕结构32进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高显示光线L往眼睛方向衍射的光耦合效率，有效提高最终出射到眼睛的显示光线L的亮度和色度的均匀性，提高电子设备100的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度(包括10度和90度)，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅30，加工难度低，有效提高最终出射到眼睛的显示光线L的亮度和色度的均匀性，提高电子设备100的成像效果。
一些实施例中，第一狭缝310延伸的方向D1和第二狭缝320延伸的方向D2在基准面投影的夹角θ为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第一狭缝310延伸的方向D1和第二狭缝320延伸的方向D2在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得显示光线L往眼睛方向衍射的光耦合效率达到最高，有效提高最终出射到眼睛的显示光线L的亮度和色度的均匀性，提高电子设备100的成像效果。
本实施例中，第一浮雕结构31为闪耀光栅，可以理解的是，第一浮雕结构31整体为闪耀光栅，或者第一浮雕结构31部分为闪耀光栅，如图6所示的结构中，第一浮雕结构31整体为闪耀光栅，第一浮雕结构31的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。第一浮雕结构31的材料为纳米压印胶，或者第一浮雕结构31的材料为二氧化钛。当第一浮雕结构31的材料为纳米压印胶时，纳米压印胶为高折射率纳米压印胶，例如聚有机硅氧烷类，第一浮雕结构31的折射率大于等于1.5且小于等于2.2。第一浮雕结构31可以通过纳米压印工艺形成。当第一浮雕结构31的材料为二氧化钛时，第一浮雕结构31的折射率为大于等于2.2且小于等于2.8。第一浮雕结构31可以通过干法刻蚀工艺形成。本实施例中的第一浮雕结构31的折射率高，能有效提升光效率，提高电子设备100的成像质量。
当然，在其他实施例的一种场景中，第一浮雕结构31还可以是倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的一种场景中，当第一浮雕结构31的材料为二氧化钛时，第一浮雕结构31还可以通过镀膜工艺形成。在其他实施例的另一种场景中，第一浮雕结构31的材料还可以是除纳米压印胶、二氧化钛以外的其他材料。第一浮雕结构31的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第一浮雕结构31的折射率还可以大于2.8。
本实施例中，第二浮雕结构32部分嵌设于第一狭缝310内。具体的，第二浮雕结构32包括层叠设置的第一部分321和第二部分322，第一部分321嵌设于第一浮雕结构31的第一狭缝310内，以与第一浮雕结构31配合。可以理解的是，由于第二浮雕结构32与第一浮雕结构31的折射率不同，且第一部分321嵌设于第一浮雕结构31的第一狭缝310内，也可以认为第一部分321与第一浮雕结构31共同形成一维光栅，第一部分321也用于承载第二部分322。第二浮雕结构32中实际起到调光作用的是第二部分322，第二部分322在复合光栅30中形成一维光栅。当然，在其他实施例中，如图10，第二浮雕结构32仅具有第二部分322，通过中间层设于第一浮雕结构31的第一狭缝来承载第二浮雕结构32。
第二浮雕结构32为闪耀光栅，可以理解的是，第二浮雕结构32整体为闪耀光栅，或者 浮雕结构32部分为闪耀光栅，本实施例中，浮雕结构32的第二部分322为闪耀光栅，第二浮雕结构32的第二部分322的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。第二浮雕结构32的第一部分321和第二部分322的材料均为纳米压印胶，纳米压印胶为高折射率纳米压印胶，例如聚有机硅氧烷类，第二浮雕结构32的折射率大于等于1.5且小于等于2.2。第二浮雕结构32可以通过纳米压印工艺形成。第二浮雕结构32的折射率小于第一浮雕结构31的折射率。本实施例中的第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高电子设备100的成像质量。其中，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的所有折射率值的测试波长均为587.56nm。请参阅图7-图9，图7是图5所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图。图8是图5所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图。图9是图5所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图。其中，图7和图9均只呈现了复合光栅30在剖面处的结构，除剖面处以外的结构未呈现。
当然，在其他实施例的一种场景中，如图7，第一浮雕结构31为闪耀光栅，第二浮雕结构32为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的另一种场景中，如图8，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，如图9，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32为闪耀光栅等非对称光栅。
在其他实施例的又一种场景中，第二浮雕结构32的材料还可以是除纳米压印胶以外的其他材料，例如二氧化钛，第二浮雕结构32的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第二浮雕结构32的折射率还可以大于2.8。第二浮雕结构32可以通过干法刻蚀工艺形成，或者可以通过纳米压印图形上做镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。第二浮雕结构32通过镀膜方式形成，相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。在其他实施例的再一种场景中，第二浮雕结构32的周期、高度及占空比也可以分别与第一浮雕结构31的周期、高度及占空比不同。
本实施例中，复合光栅30还包括基板33，基板33位于第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的一侧。基板33用于承载第一浮雕结构31和第二浮雕结构32。基板33朝向或背向第一浮雕结构31的表面也可以作为基准面。本实施例中，基板33的材料为玻璃，基板33的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。
在其他实施例中，复合光栅30还可以不具有基板。或者，复合光栅30还可以包括第三浮雕结构，第三浮雕结构设于第二浮雕结构32背向第一浮雕结构31的一侧。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构31(或第二浮雕结构32)的周期、高度及占空比相同或不同。
请参阅图10和图11，图10是图5所示的复合光栅的另一种实施例的结构示意图。图11是图10所示的复合光栅的另一种实施方式的结构示意图。其中，图10和图11只呈现了复合光栅30在剖面处的结构，除剖面处以外的结构未呈现。
本实施例和图5所示实施例大致相同，不同的是，本实施例中的复合光栅30还包括中间层34，中间层34设于第一浮雕结构31和第二浮雕结构32之间。第一浮雕结构31整体为闪耀光栅/倾斜光栅，第二浮雕结构32整体为闪耀光栅/倾斜光栅。本实施例中，第一浮雕结构31的折射率与第二浮雕结构32的折射率相同或不同，也就是说，第一浮雕结构31的折射率 可以小于、等于或大于第二浮雕结构32的折射率，中间层34的折射率小于第一浮雕结构31的折射率。
具体的，中间层34与第二浮雕结构32具有多种配合方式，一种实施方式中，如图10，第一浮雕结构31的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛。中间层34的材料为纳米压印胶，中间层34背向第一浮雕结构31的表面为平面，第二浮雕结构32直接形成于该平面上，第二浮雕结构32的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛。
另一实施方式中，如图11，第一浮雕结构31的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛。中间层34的材料为纳米压印胶，中间层34作为辅助第二浮雕结构32形成的模板，第二浮雕结构32的材料为二氧化钛，第二浮雕结构32通过在中间层34背向第一浮雕结构31的一侧镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。中间层34位于第一浮雕结构31和第二浮雕结构32之间，可以理解为第二狭缝320背向第一浮雕结构31。相比于上一实施方式中间层34仅间隔设置在第一浮雕结构31和第二浮雕结构32之间，本实施方式的中间层34还作为辅助第二浮雕结构32形成的模板，便于第二浮雕结构32的形成。且本实施方式中的第二浮雕结构32的材料为二氧化钛，第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高电子设备100的成像质量。
请参阅图12，图12是图5所示的复合光栅的另一种实施例的结构示意图。其中，图12只呈现了复合光栅30在剖面处的结构，除剖面处以外的结构未呈现。
本实施例和图11所示实施例大致相同，不同的是，本实施例中的复合光栅30还包括辅助层35，辅助层35设于第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的一侧，也就是说，辅助层35位于基板33和第一浮雕结构31之间。具体的，辅助层35的材料为纳米压印胶，辅助层35作为辅助第一浮雕结构31形成的模板，第一浮雕结构31的材料为二氧化钛，第一浮雕结构31通过在辅助层35上镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。同样中间层34也作为辅助第二浮雕结构32形成的模板，第二浮雕结构32的材料为二氧化钛，第二浮雕结构32通过在中间层34上镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。
也就是说，本申请中的第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的材料均为二氧化钛，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高电子设备100的成像质量。且第一浮雕结构31和第二浮雕结构32均通过镀膜方式形成，相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。其中，辅助层35和中间层34的材料相同，以便于简化工艺流程，提高光栅的生产效率。当然，在其他实施例中，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的材料还可以是其他高折射率且可以通过镀膜形式形成的材料。
请参阅图13，图13是本申请实施例提供的一种制造图5所示复合光栅30的制造方法的流程示意图。如图13所示，复合光栅30的制造方法包括如下的S110～S120。
S110：形成第一浮雕结构31。
请参阅图14，图14是图13所示的制造方法的具体工艺流程图。
具体的，形成第一浮雕结构31具体包括提供基板33，在基板33上形成第一浮雕结构31。其中，第一浮雕结构31包括多个平行设置的第一狭缝310。本实施例中，基板33的材料为玻璃，基板33用于承载第一浮雕结构31。第一浮雕结构31的材料为纳米压印胶。
如图14，第一浮雕结构31可以通过纳米压印工艺形成。具体的，第一浮雕结构31的形成过程为，首先在基板33上旋涂一定厚度的第一压印胶31’，然后通过纳米压印工艺，在纳米压印设备上把压印模板压到第一压印胶31’上，然后紫外光固化压印胶、脱模后得到第一 浮雕结构31。本实施例中，纳米压印胶为高折射率纳米压印胶，例如聚有机硅氧烷类，第一浮雕结构31的折射率大于等于1.5且小于等于2.2，基板33的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。第一浮雕结构31的折射率高，能有效提升光效率。第一浮雕结构31采用纳米压印工艺形成，工艺简单，易于实现量产。
本实施例中，第一浮雕结构31为闪耀光栅，可以理解的是，第一浮雕结构31整体为闪耀光栅，或者第一浮雕结构31部分为闪耀光栅，如图14所示的结构中，第一浮雕结构31整体为闪耀光栅。第一浮雕结构31的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。
当然，在其他实施例的一种场景中，形成第一浮雕结构31的材料是二氧化钛，第一浮雕结构31可以通过干刻工艺或镀膜工艺形成。在其他实施例的另一种场景中，第一浮雕结构31还可以是倾斜光栅等非对称光栅。当第一浮雕结构31为倾斜光栅时，形成第一浮雕结构31的材料可以是纳米压印胶，第一浮雕结构31可以通过纳米压印工艺形成。形成第一浮雕结构31的材料也可以是二氧化钛，第一浮雕结构31可以通过干法刻蚀或镀膜工艺形成。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31的材料还可以是除纳米压印胶、二氧化钛以外的其他材料。第一浮雕结构31的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第一浮雕结构31的折射率还可以大于2.8。
S120：在第一浮雕结构31的入光侧形成第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。其中，第二浮雕结构32包括多个第二狭缝320，第二狭缝320背向第一浮雕结构31，第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的表面为基准面，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度。当然，在其他实施例中，基准面还可以是基板朝向或背向第一浮雕结构310的表面。或者，基准面还可以垂直于复合光栅30厚度方向所在的任何平面，基准面可以是虚拟的平面，也可以是实体的平面。
具体的，请参阅图14，第一浮雕结构31的入光侧为第一浮雕结构31背向基板33的一侧。第二浮雕结构32的材料为纳米压印胶，第二浮雕结构32可以通过纳米压印工艺形成。第二浮雕结构32可以形成于第一浮雕结构31背向基板33的一侧。具体的，在第一浮雕结构31背向基板33的一侧旋涂上一定厚度的第二压印胶32’，然后通过纳米压印、紫外固化、脱模等工艺得到第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。第二浮雕结构32采用纳米压印工艺形成，工艺简单，易于实现量产。
本实施例中，第二浮雕结构32部分嵌设于第一狭缝310内。具体的，第二浮雕结构32包括层叠设置的第一部分321和第二部分322，第一部分321嵌设于第一浮雕结构31的第一狭缝310内，以与第一浮雕结构31配合。可以理解的是，由于第二浮雕结构32与第一浮雕结构31的折射率不同，且第一部分321嵌设于第一浮雕结构31的第一狭缝310内，也可以认为第一部分321与第一浮雕结构31共同形成一维光栅，第一部分321也用于承载第二部分322。第二浮雕结构32中实际起到调光作用的是第二部分322，第二部分322在复合光栅30中形成一维光栅。当然，在其他实施例中，如图22，第二浮雕结构32仅具有第二部分322，通过中间层设于第一浮雕结构31的第一狭缝来承载第二浮雕结构32。
本实施例中，第二浮雕结构32为闪耀光栅，可以理解的是，第二浮雕结构32整体为闪耀光栅，或者浮雕结构32部分为闪耀光栅，本实施例中，浮雕结构32的第二部分322为闪耀光栅，第二浮雕结构32的第二部分322的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。纳米压印胶为高折射率纳米压印胶，例如聚有机硅氧烷类，第二浮雕结构32的折射 率大于等于1.5且小于等于2.2。第二浮雕结构32的折射率小于第一浮雕结构31的折射率。本实施例中的第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高包含该复合光栅30的电子设备100的成像质量。其中，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的所有折射率值的测试波长均为587.56nm。
在形成第二浮雕结构32时，可以通过控制纳米压印工作台的旋转、或者更换放置角度不同的夹具、或者更换压印模板，以使第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90(包括10度和90度)。可以理解的是，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角等于第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基板33上投影的夹角。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加形成复合光栅30，该复合光栅30与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅30之后，经复合光栅30发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构31时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构32时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以部分在第一浮雕结构31进行衍射方向调制，另部分在第二浮雕结构32进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅30，加工难度低，有效提高最终出射到眼睛的光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
一些实施方式中，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
请参阅图15-图17，图15是图13所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图。图16是图13所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图。图17是图13所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图。
当然，在其他实施例的一种场景中，如图15所示，第一浮雕结构31为闪耀光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的另一种场景中，如图16所示，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，如图17所示，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为闪耀光栅等非对称光栅。
在其他实施例的又一种场景中，第二浮雕结构32的材料还可以是除纳米压印胶以外的其他材料，例如二氧化钛，第二浮雕结构32的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第二浮雕结构32的折射率还可以大于2.8。第二浮雕结构32可以通过干法刻蚀工艺形成，或者可以通过纳米压印图形上做镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。第二浮雕结构32通过镀膜方式形成，相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。在其他实施例的再一种场景中，第二浮雕结构32的周期、高度及占空比也可以分别与第一浮雕结构31的周期、高度及占空比不同。
在其他实施例中，复合光栅30的制造方法还可以包括在第二浮雕结构32背向第一浮雕结构31的一侧形成第三浮雕结构。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构31(或第二浮雕结构32)的周期、高度及占空比相同或不同。
请参阅图18，图18是本申请实施例提供的另一种制造图5所示复合光栅30的制造方法的流程示意图。如图18所示，复合光栅30的制造方法包括如下的S210～S220。
S210：形成第一浮雕结构31。
请参阅图19，图19是图18所示的制造方法的具体工艺流程图。
具体的，形成第一浮雕结构31具体包括提供基板33，在基板33上形成第一浮雕结构31。其中，第一浮雕结构31包括多个平行设置的第一狭缝310。本实施例中，基板33的材料为玻璃，基板33用于承载第一浮雕结构31。第一浮雕结构31的材料为二氧化钛。
如图19，第一浮雕结构31可以通过干法刻蚀工艺形成。具体的，第一浮雕结构31的形成过程为，首先在基板33上形成第一镀层31’，在第一镀层31’背向基板33的表面旋涂一定厚度的第一压印胶31”，然后通过纳米压印工艺，在纳米压印设备上把压印模板压到第一压印胶31”上，然后紫外光固化压印胶、脱模后得到第一浮雕结构31的掩膜311，然后通过干法刻蚀第一镀层31’得到第一浮雕结构31。本实施方式中，第一浮雕结构31的折射率为大于等于2.2且小于等于2.8。基板33的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。本实施方式中的第一浮雕结构31的折射率比材料为纳米压印胶的光栅的折射率更高，能更有效提升光效率。
本实施例中，第一浮雕结构31为闪耀光栅，可以理解的是，第一浮雕结构31整体为闪耀光栅，或者第一浮雕结构31部分为闪耀光栅，如图19所示的结构中，第一浮雕结构31整体为闪耀光栅。第一浮雕结构31的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。
当然，在其他实施例的一种场景中，形成第一浮雕结构31的材料是纳米压印胶，第一浮雕结构31可以通过纳米压印工艺形成。在其他实施例的另一种场景中，第一浮雕结构31还可以是倾斜光栅等非对称光栅。当第一浮雕结构31为倾斜光栅时，形成第一浮雕结构31的材料可以是纳米压印胶，第一浮雕结构31可以通过纳米压印工艺形成。形成第一浮雕结构31的材料也可以是二氧化钛，第一浮雕结构31可以通过干法刻蚀或镀膜工艺形成。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31的材料还可以是除纳米压印胶、二氧化钛以外的其他材料。第一浮雕结构31的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第一浮雕结构31的折射率还可以大于2.8。
S220：在第一浮雕结构31的入光侧形成第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。其中，第二浮雕结构32包括多个第二狭缝320，第二狭缝320背向第一浮雕结构31，第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的表面为基准面，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度。当然，在其他实施例中，基准面还可以是基板朝向或背向第一浮雕结构310的表面。或者，基准面还可以垂直于复合光栅30厚度方向所在的任何平面，基准面可以是虚拟的平面，也可以是实体的平面。
具体的，如图19，形成第二浮雕结构32的具体步骤和步骤S120相同，请参阅步骤S110，在此不在赘述。可以理解的是，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准 面投影的夹角等于第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基板33上投影的夹角。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加形成复合光栅30，该复合光栅30与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅30之后，经复合光栅30发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构31时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构32时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以部分在第一浮雕结构31进行衍射方向调制，另部分在第二浮雕结构32进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅30，加工难度低，有效提高最终出射到眼睛的光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
一些实施方式中，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
请参阅图20，图20是图18所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图。
当然，在其他实施例的一种场景中，第一浮雕结构31为闪耀光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的另一种场景中，如图20所示，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为闪耀光栅等非对称光栅。
在其他实施例的又一种场景中，第二浮雕结构32的材料还可以是除纳米压印胶以外的其他材料，例如二氧化钛，第二浮雕结构32的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第二浮雕结构32的折射率还可以大于2.8。第二浮雕结构32可以通过干法刻蚀工艺形成，或者可以通过纳米压印图形上做镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。第二浮雕结构32通过镀膜方式形成，相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。在其他实施例的再一种场景中，第二浮雕结构32的周期、高度及占空比也可以分别与第一浮雕结构31的周期、高度及占空比不同。
在其他实施例中，复合光栅30的制造方法还可以包括在第二浮雕结构32背向第一浮雕结构31的一侧形成第三浮雕结构。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构31(或第二浮雕结构32)的周期、高度及占空比相同或不同。
请参阅图21，图21是本申请实施例提供的一种制造图10所示的复合光栅30的制造方法的流程示意图。如图21所示，复合光栅30的制造方法包括如下的S310～S330。
S310：形成第一浮雕结构31。
具体的，形成第一浮雕结构31的具体步骤和步骤S110相同，请参阅步骤S110，在此不 在赘述。
S320：在第一浮雕结构31背向基板33一侧形成中间层34。
请参阅图22，图22是图21所示的制造方法的具体工艺流程图。
具体的，中间层34的折射率小于第一压印胶31’的折射率。如图22，在第一浮雕结构31背向基板33一侧旋涂一定厚度的中间材料层，中间材料层固化后形成中间层34。
S330：在第一浮雕结构31的入光侧形成第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。其中，第二浮雕结构32包括多个第二狭缝320，第二狭缝320背向第一浮雕结构31，第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的表面为基准面。第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度。当然，在其他实施例中，基准面还可以是基板朝向或背向第一浮雕结构310的表面。或者，基准面还可以垂直于复合光栅30厚度方向所在的任何平面，基准面可以是虚拟的平面，也可以是实体的平面。
具体的，在中间层34背向第一浮雕结构31一侧形成第二浮雕结构32。具体的，本实施例中，第二浮雕结构32可以通过纳米压印工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的表面，第二浮雕结构32也可以通过干法刻蚀形成于中间层34的表面，第二浮雕结构32还可以通过镀膜工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的一侧。
举例来说，如图22，第二浮雕结构32通过纳米压印工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的表面。具体的，第二浮雕结构32的材料为纳米压印胶，在中间层34背向第一浮雕结构31的表面旋涂上一定厚度的第二压印胶32’，然后通过纳米压印、紫外固化、脱模等工艺得到第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。第二浮雕结构32采用纳米压印工艺形成，工艺简单，易于实现量产。
本实施例中，第二浮雕结构32为闪耀光栅，可以理解的是，第二浮雕结构32整体为闪耀光栅。第二浮雕结构32的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。第二浮雕结构32的折射率大于等于1.5且小于等于2.8。第二浮雕结构32的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。本实施例中的第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高应用该复合光栅30的电子设备100的成像质量。其中，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的所有折射率值的测试波长均为587.56nm。
在形成第二浮雕结构32时，可以通过控制更换放置角度不同的夹具、或者更换压印模板，以使第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度(包括10度和90度)，以形成复合光栅30。可以理解的是，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角等于第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基板33上投影的夹角。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加形成复合光栅30，该复合光栅30与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅30之后，经复合光栅30发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构31时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构32时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以一部分在第一浮雕结构31进行衍射方向调制，另一部分在第二浮雕结构32进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一 浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅30，加工难度低，有效提高最终出射到眼睛的光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
一些实施方式中，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
请参阅图23，图23是图21所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图。
当然，在其他实施例的一种场景中，第一浮雕结构31为闪耀光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的另一种场景中，如图23，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为闪耀光栅等非对称光栅。
在其他实施例的又一种场景中，第二浮雕结构32的材料还可以是除纳米压印胶以外的其他材料，例如二氧化钛，第二浮雕结构32的折射率还可以大于2.8。第二浮雕结构32可以通过干法刻蚀工艺形成，或者可以通过纳米压印图形上做镀膜得到，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等。第二浮雕结构32通过镀膜方式形成，相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。在其他实施例的再一种场景中，第二浮雕结构32的周期、高度及占空比也可以分别与第一浮雕结构31的周期、高度及占空比不同。
在其他实施例中，复合光栅30的制造方法还可以包括在第二浮雕结构32背向第一浮雕结构31的一侧形成第三浮雕结构。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构31(或第二浮雕结构32)的周期、高度及占空比相同或不同。
请参阅图24，图24是本申请实施例提供的一种制造图11所示的复合光栅30的制造方法的流程示意图。如图24所示，复合光栅30的制造方法包括如下的S410～S430。
S410：形成第一浮雕结构31。
请参阅图25，图25是图24所示的制造方法的具体工艺流程图。
具体的，如图25，形成第一浮雕结构31的具体步骤和步骤S210大致相同，请参阅步骤S210，在此不在赘述。与步骤S210不同的是本申请中的第一浮雕结构31为倾斜光栅。当然，在其他实施例中，第一浮雕结构31还可以是闪耀光栅等非对称光栅。
S420：在第一浮雕结构31背向基板33一侧形成中间层34。
具体的，中间层34的折射率小于第一压印胶31’的折射率。请参阅图25，在第一浮雕结构31背向基板33的一侧旋涂一定厚度的中间材料层34’，中间材料层34’为纳米压印胶，然后通过纳米压印工艺，在纳米压印设备上把压印模板压到中间材料层34’上，然后紫外光固化中间材料层34’，脱模后形成中间层34，中间层34为辅助第二浮雕结构32形成的模板。
S430：在第一浮雕结构31的入光侧形成第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。其中，第二浮雕结构32包括多个第二狭缝320，第二狭缝320背向第一浮雕结构31，第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的表面为基准面。第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度。当然，在其他实施例中，基准面还可以是基板朝 向或背向第一浮雕结构310的表面。或者，基准面还可以垂直于复合光栅30厚度方向所在的任何平面，基准面可以是虚拟的平面，也可以是实体的平面。
具体的，在中间层34背向第一浮雕结构31一侧形成第二浮雕结构32。具体的，本实施例中，第二浮雕结构32可以通过纳米压印工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的表面，第二浮雕结构32也可以通过干法刻蚀形成于中间层34的表面，第二浮雕结构32还可以通过镀膜工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的一侧。
举例来说，如图25，第二浮雕结构32通过镀膜工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的一侧。具体的，第二浮雕结构32的材料为二氧化钛，中间层34为第二浮雕结构32的辅助图案，在中间层34背向第一浮雕结构31的一侧镀膜得到第二浮雕结构32，以构成复合光栅30，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积、电镀等方式。
本实施例中，第二浮雕结构32为倾斜光栅，可以理解的是，第二浮雕结构32整体为倾斜光栅。由于中间层34位于第一浮雕结构31和第二浮雕结构32之间，可以理解为第二狭缝320背向第一浮雕结构31。第二浮雕结构32的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。第二浮雕结构32的折射率大于等于1.5且小于等于2.8。第二浮雕结构32的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。本实施例中的第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高应用该复合光栅30的电子设备100的成像质量。其中，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的所有折射率值的测试波长均为587.56nm。
在形成第二浮雕结构32时，可以通过控制更换放置角度不同的夹具、或者更换压印模板，以使第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度(包括10度和90度)，以形成复合光栅30。可以理解的是，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角等于第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基板33上的投影的夹角。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加形成复合光栅30，该复合光栅30与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅30之后，经复合光栅30发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构31时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构32时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以一部分在第一浮雕结构31进行衍射方向调制，另一部分在第二浮雕结构32进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅30，加工难度低，有效提高最终出射到眼睛的光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。第二浮雕结构32通过镀膜方式形成，相比于干法刻蚀工艺，镀膜工艺更易实现，能提高产品的量产性。
一些实施方式中，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
请参阅图26，图26是图24所示的制造方法的另一实施方式的具体工艺流程图。
当然，在其他实施例的一种场景中，如图26，第一浮雕结构31为闪耀光栅，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的另一种场景中，第一浮雕结构31为闪耀光栅，第二浮雕结构32可以为闪耀光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31为倾斜光栅，第二浮雕结构32可以为闪耀光栅等非对称光栅。
在其他实施例的又一种场景中，第二浮雕结构32的材料还可以是除二氧化钛以外的其他材料，第二浮雕结构32的折射率还可以大于2.8。第二浮雕结构32可以通过干法刻蚀工艺形成，或者可以通过纳米压印工艺形成等。在其他实施例的再一种场景中，第二浮雕结构32的周期、高度及占空比也可以分别与第一浮雕结构31的周期、高度及占空比不同。
在其他实施例中，复合光栅30的制造方法还可以包括在第二浮雕结构32背向第一浮雕结构31的一侧形成第三浮雕结构。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构31(或第二浮雕结构32)的周期、高度及占空比相同或不同。
请参阅图27，图27是本申请实施例提供的一种制造图12所示的复合光栅30的制造方法的流程示意图。如图27所示，复合光栅30的制造方法包括如下的S510～S530。
S510：形成第一浮雕结构31。
请参阅图28，图28是图27所示的制造方法的具体工艺流程图。
具体的，形成第一浮雕结构31具体包括提供基板33，在基板33上形成辅助层35，在辅助层35背向基板33的一侧形成第一浮雕结构31。其中，第一浮雕结构31包括多个平行设置的第一狭缝310。在基板33上旋涂一定厚度的辅助胶层35’，辅助胶层35’为纳米压印胶，然后通过纳米压印工艺，在纳米压印设备上把压印模板压到辅助胶层35’上，然后紫外光固化辅助胶层35’，脱模后形成辅助层35，辅助层35为辅助第一浮雕结构31形成的模板。然后在辅助层35背向基板33的表面通过镀膜工艺形成第一浮雕结构31。镀膜材料为二氧化钛，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积、电镀等方式。
本实施例中，基板33的材料为玻璃，基板33用于承载第一浮雕结构31。第一浮雕结构31整体为倾斜光栅，第一浮雕结构31的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。
本实施方式中，第一浮雕结构31的折射率为大于等于2.2且小于等于2.8。基板33的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。辅助层35的折射率小于第一浮雕结构31的折射率。本实施方式中的第一浮雕结构31的折射率比材料为纳米压印胶的光栅的折射率更高，能更有效提升光效率。
当然，在其他实施例的一种场景中，第一浮雕结构31还可以是闪耀光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31的材料还可以是纳米压印胶，或除纳米压印胶、二氧化钛以外的其他材料。第一浮雕结构31的折射率还可以介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第一浮雕结构31的折射率还可以大于2.8。
S520：在第一浮雕结构31背向基板33一侧形成中间层34。
具体的，如图28，在第一浮雕结构31背向基板33一侧旋涂中间材料层34’，中间材料层34’可以为与辅助层35相同的纳米压印胶，然后通过纳米压印工艺，在纳米压印设备上把压印模板压到中间材料层34’上，然后紫外光固化中间材料层34’，脱模后形成中间层34， 中间层34为辅助第二浮雕结构32形成的模板。
S530：在第一浮雕结构31的入光侧形成第二浮雕结构32，以构成复合光栅30。其中，第二浮雕结构32包括多个第二狭缝320，第二狭缝320背向第一浮雕结构31，第一浮雕结构31背向第二浮雕结构32的表面为基准面，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度。当然，在其他实施例中，基准面还可以是基板朝向或背向第一浮雕结构310的表面。或者，基准面还可以垂直于复合光栅30厚度方向所在的任何平面，基准面可以是虚拟的平面，也可以是实体的平面。
具体的，如图28，在中间层34背向第一浮雕结构31一侧形成第二浮雕结构32。具体的，本实施例中，第二浮雕结构32通过镀膜工艺形成于中间层34背向第一浮雕结构31的一侧。其中，在中间层34的背向第一浮雕结构31的一侧镀膜得到第二浮雕结构32，以构成复合光栅30，镀膜材料为二氧化钛，镀膜方式可以是电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积、电镀等方式。
本实施例中，第二浮雕结构32为倾斜光栅，可以理解的是，第二浮雕结构32整体为倾斜光栅。由于中间层34位于第一浮雕结构31和第二浮雕结构32之间，可以理解为第二狭缝320背向第一浮雕结构31。第二浮雕结构32的周期在300nm～900nm之间(包括300nm和900nm)，高度在50nm～600nm之间(包括50nm和600nm)，占空比在0.1～0.9之间(包括0.1和0.9)。第二浮雕结构32的折射率大于等于1.5且小于等于2.8。第二浮雕结构32的折射率小于或等于第一浮雕结构31的折射率。本实施例中的第二浮雕结构32的折射率高，能有效提升光效率，提高应用该复合光栅30的电子设备100的成像质量。其中，第一浮雕结构31和第二浮雕结构32的所有折射率值的测试波长均为587.56nm。
在形成第二浮雕结构32时，可以通过控制更换放置角度不同的夹具、或者更换压印模板，以使第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度(包括10度和90度)，以形成复合光栅30。可以理解的是，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角等于第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基板33上投影的夹角。
也就是说，本实施例通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加形成复合光栅30，该复合光栅30与非对称的二维光栅等效，以使光线到达复合光栅30之后，经复合光栅30发生衍射，光线可以透过第一浮雕结构31时在某个方向进行衍射方向调制，然后在第二浮雕结构32时进行另外一个方向的衍射方向调制，或者光线还可以一部分在第一浮雕结构31进行衍射方向调制，另一部分在第二浮雕结构32进行衍射方向调制，以实现两个不同方向的光线衍射方向调制与能量分配，提高光线的光耦合效率，有效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
可以理解的是，相关技术中虽然提到了非对称的二维光栅这个概念，但是非对称的二维光栅加工非常复杂，工艺难度非常大，当前甚至连光栅母版都无法做出。本申请通过将第一浮雕结构31和第二浮雕结构32叠加，也可以理解为将两个一维光栅叠加，且限制两个一维光栅的两个狭缝延伸方向在基准面投影的夹角θ为10度～90度，形成与非对称的二维光栅等效的复合光栅30，加工难度低，有效提高最终出射到眼睛的光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
一些实施方式中，第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ为45度～60度(包括45度和60度)。通过将第二狭缝320延伸的方向和第一狭缝310延伸的方向在基准面投影的夹角θ限定为45度～60度，使得光线的光耦合效率达到最高，有 效提高光线的亮度和色度的均匀性，提高包括该复合光栅30的电子设备100的成像效果。
请参阅图29，图29是图27所示的另一实施方式的制造方法的具体工艺流程图。
当然，在其他实施例的一种场景中，如图29，第一浮雕结构31为闪耀光栅时，第二浮雕结构32可以为倾斜光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，第一浮雕结构31为倾斜光栅时，第二浮雕结构32可以为闪耀光栅等非对称光栅。在其他实施例的又一种场景中，第二浮雕结构32的材料还可以是除二氧化钛以外的其他材料，第二浮雕结构32的折射率还可以大于2.8。第二浮雕结构32可以通过干法刻蚀工艺形成，或者可以通过纳米压印工艺形成。在其他实施例的再一种场景中，第二浮雕结构32的周期、高度及占空比也可以分别与第一浮雕结构31的周期、高度及占空比不同。
在其他实施例中，复合光栅30的制造方法还可以包括在第二浮雕结构32背向第一浮雕结构31的一侧形成第三浮雕结构。第三浮雕结构的数量可以是一个，也可以是多个，第三浮雕结构可以是闪耀光栅，也可以是倾斜光栅。第三浮雕结构的材料可以是纳米压印胶，也可以是二氧化钛或其他材料，第三浮雕结构的折射率介于1.5～2.8之间(包括1.5和2.8)，或者第三浮雕结构的折射率还可以大于2.8。第三浮雕结构的周期、高度及占空可以分别与第一浮雕结构31(或第二浮雕结构32)的周期、高度及占空比相同或不同。
本申请中的保护范围不限于上述所列的所有实施例，不同实施例之间可以任意组合形成的实施例，也在本申请的保护范围内，也就是说，上述描述的多个实施例还可根据实际需要任意组合。
以上，仅为本申请的部分实施例和实施方式，本申请的保护范围不局限于此，任何熟知本领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (24)

  1. 一种复合光栅，其特征在于，所述复合光栅包括第一浮雕结构和第二浮雕结构，所述第一浮雕结构包括多个第一狭缝，所述第二浮雕结构包括多个第二狭缝，所述第二浮雕结构叠设于所述第一浮雕结构的入光侧，所述第二狭缝背向所述第一浮雕结构，所述第一浮雕结构背向所述第二浮雕结构的表面为基准面，所述第一狭缝延伸的方向和所述第二狭缝延伸的方向在所述基准面投影的夹角为10度～90度。
  2. 根据权利要求1所述的复合光栅，其特征在于，所述第一狭缝延伸的方向和所述第二狭缝延伸的方向在所述基准面投影的夹角为45度～60度。
  3. 根据权利要求1或2所述的复合光栅，其特征在于，所述第二浮雕结构部分嵌设于所述第一狭缝内。
  4. 根据权利要求3所述的复合光栅，其特征在于，所述第一浮雕结构的折射率与所述第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，所述第一浮雕结构的折射率大于所述第二浮雕结构的折射率。
  5. 根据权利要求1或2所述的复合光栅，其特征在于，所述复合光栅还包括中间层，所述中间层设于所述第一浮雕结构与所述第二浮雕结构之间，所述第一浮雕结构的折射率与所述第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，所述中间层的折射率小于所述第一浮雕结构的折射率。
  6. 根据权利要求1至5中任一项所述的复合光栅，其特征在于，所述第一浮雕结构和所述第二浮雕结构均为非对称光栅。
  7. 根据权利要求6所述的复合光栅，其特征在于，所述第一浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅；和/或，所述第二浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅。
  8. 根据权利要求1至7中任一项所述的复合光栅，其特征在于，所述第一浮雕结构的材料为纳米压印胶或二氧化钛；和/或，所述第二浮雕结构的材料为纳米压印胶或二氧化钛。
  9. 根据权利要求1至8中任一项所述的复合光栅，其特征在于，所述复合光栅还包括辅助层，所述辅助层设于所述第一浮雕结构背向所述第二浮雕结构的一侧，所述辅助层为辅助所述第一浮雕结构形成的模板。
  10. 根据权利要求1至9中任一项所述的复合光栅，其特征在于，所述复合光栅还包括基板，所述基板位于所述第一浮雕结构背向所述第二浮雕结构的一侧。
  11. 根据权利要求1至10中任一项所述的复合光栅，其特征在于，所述复合光栅还包括第三浮雕结构，所述第三浮雕结构设于所述第二浮雕结构背向所述第一浮雕结构的一侧。
  12. 一种衍射光波导，其特征在于，所述衍射光波导包括波导基体及权利要求1至11中任一项所述的复合光栅，所述复合光栅安装于所述波导基体的表面，以形成所述波导基体的耦入光栅和/或耦出光栅。
  13. 一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括图像发射器和权利要求12所述的衍射光波导，所述图像发射器发射的光线经所述衍射光波导传导。
  14. 一种复合光栅的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
    形成第一浮雕结构，其中，所述第一浮雕结构包括多个第一狭缝；
    在所述第一浮雕结构的入光侧形成第二浮雕结构，以构成复合光栅，其中，所述第二浮雕结构包括多个第二狭缝，所述第二狭缝背向所述第一浮雕结构，所述第一浮雕结构背向所述第二浮雕结构的表面为基准面，所述第二狭缝延伸的方向和所述第一狭缝延伸的方向在所述基准面投影的夹角为10度～90度。
  15. 根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述第一狭缝延伸的方向和所述第二狭缝延伸的方向在所述基准面投影的夹角为45度～60度。
  16. 根据权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，所述第一浮雕结构的折射率与所述第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，所述第一浮雕结构的折射率大于所述第二浮雕结构的折射率。
  17. 根据权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二浮雕结构的步骤包括：
    在所述第一浮雕结构背向所述基板一侧形成中间层，在所述中间层背向所述第一浮雕结构一侧形成所述第二浮雕结构。
  18. 根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述第一浮雕结构的折射率与所述第二浮雕结构的折射率均介于1.5～2.8之间，所述中间层的折射率小于所述第一浮雕结构的折射率。
  19. 根据权利要求14至18中任一项所述的制造方法，其特征在于，通过纳米压印工艺、干法刻蚀工艺或镀膜工艺形成所述第一浮雕结构；和/或通过纳米压印工艺、干法刻蚀工艺或镀膜工艺形成所述第二浮雕结构。
  20. 根据权利要求14至19中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第一浮雕结构和所述第二浮雕结构均为非对称光栅。
  21. 根据权利要求20所述的制造方法，其特征在于，所述第一浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅；和/或所述第二浮雕结构为闪耀光栅或倾斜光栅。
  22. 根据权利要求14至21中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述形成所述第一浮雕结构，包括：在基板上形成所述第一浮雕结构。
  23. 根据权利要求22所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括在所述基板上形成辅助层，所述辅助层为辅助所述第一浮雕结构形成的模板，在所述辅助层背向所述基板的一侧形成所述第一浮雕结构。
  24. 根据权利要求14至23中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在所述第二浮雕结构背向所述第一浮雕结构的一侧形成第三浮雕结构。
PCT/CN2021/139214 2020-12-29 2021-12-17 复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备 WO2022143227A1 (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/259,704 US20240069256A1 (en) 2020-12-29 2021-12-17 Composite Grating and Manufacturing Method Thereof, Diffraction Optical Waveguide, and Electronic Device
EP21913968.0A EP4246038A4 (en) 2020-12-29 2021-12-17 COMPOSITE GRATING AND PRODUCTION METHOD THEREOF, DIFFRACTIVE OPTICAL WAVEGUIDE AND ELECTRONIC DEVICE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011608310.3A CN114690297B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备
CN202011608310.3 2020-12-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022143227A1 true WO2022143227A1 (zh) 2022-07-07

Family

ID=82133225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2021/139214 WO2022143227A1 (zh) 2020-12-29 2021-12-17 复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240069256A1 (zh)
EP (1) EP4246038A4 (zh)
CN (1) CN114690297B (zh)
WO (1) WO2022143227A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116719169B (zh) * 2023-08-10 2024-01-05 北京亮亮视野科技有限公司 一种衍射光栅波导及增强现实显示设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589326A (zh) * 2006-12-28 2009-11-25 诺基亚公司 用于在二维上扩展出射光瞳的设备
CN103257383A (zh) * 2013-04-16 2013-08-21 华中科技大学 一种可变闪耀角的闪耀光栅和双闪耀光栅制备方法及产品
CN107615136A (zh) * 2015-04-08 2018-01-19 迪斯帕列斯有限公司 光学透视显示元件和使用这样的元件的设备
CN210166565U (zh) * 2020-01-20 2020-03-20 杭州光粒科技有限公司 基于复合结构浮雕光栅的ar眼镜波导
US20200158942A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-21 Magic Leap, Inc. Superimposed diffraction gratings for eyepieces

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100390875B1 (ko) * 1999-10-27 2003-07-10 (주)해빛정보 위상 회절 격자형 광 저대역 통과필터
DE10318105B4 (de) * 2003-03-21 2007-09-20 Ovd Kinegram Ag Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen
JP5339975B2 (ja) * 2008-03-13 2013-11-13 キヤノン株式会社 Ｘ線位相イメージングに用いられる位相格子、該位相格子を用いたｘ線位相コントラスト像の撮像装置、ｘ線コンピューター断層撮影システム
US9019615B2 (en) * 2012-06-12 2015-04-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Wide field-of-view virtual image projector
WO2016075540A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Neoopti Xpand Limited Methods and apparatus for super anaglyph stereoscopic vision
KR102617948B1 (ko) * 2015-03-05 2023-12-22 매직 립, 인코포레이티드 가상 및 증강 현실 시스템들 및 컴포넌트들을 위한 개선된 제조
CN107144904B (zh) * 2017-05-25 2019-06-04 北京理工大学 一种消色差光栅、消色差方法及近眼显示***
TWI645218B (zh) * 2017-07-20 2018-12-21 Benq Materials Corporation 光重導向膜
US10642057B2 (en) * 2017-07-20 2020-05-05 Benq Materials Corporation Light redirecting film and method for manufacturing the same
CN108680978B (zh) * 2018-03-19 2020-12-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于两个单脊光栅的5×5点阵衍射光栅
CN108387960A (zh) * 2018-03-22 2018-08-10 上海鲲游光电科技有限公司 可用于增强现实眼镜的多层结构光栅
CN110632689B (zh) * 2019-08-16 2021-11-16 诚瑞光学(常州)股份有限公司 表面浮雕光栅结构的制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101589326A (zh) * 2006-12-28 2009-11-25 诺基亚公司 用于在二维上扩展出射光瞳的设备
CN103257383A (zh) * 2013-04-16 2013-08-21 华中科技大学 一种可变闪耀角的闪耀光栅和双闪耀光栅制备方法及产品
CN107615136A (zh) * 2015-04-08 2018-01-19 迪斯帕列斯有限公司 光学透视显示元件和使用这样的元件的设备
US20200158942A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-21 Magic Leap, Inc. Superimposed diffraction gratings for eyepieces
CN210166565U (zh) * 2020-01-20 2020-03-20 杭州光粒科技有限公司 基于复合结构浮雕光栅的ar眼镜波导

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4246038A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN114690297A (zh) 2022-07-01
US20240069256A1 (en) 2024-02-29
EP4246038A4 (en) 2024-05-01
EP4246038A1 (en) 2023-09-20
CN114690297B (zh) 2024-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11435589B2 (en) Waveguide display device
TWI780294B (zh) 基於波導的近眼顯示器中具有減少彩虹紋的傾斜表面浮雕光柵、光柵耦合器或光學元件
EP3590003B1 (en) Metasurface optical coupling elements for a display waveguide
US10935730B1 (en) Waveguide display device
CN106842397B (zh) 一种树脂全息波导镜片及其制备方法、及三维显示装置
US10067347B2 (en) Waveguides with improved intensity distributions
CN107250881B (zh) 显示***
Ding et al. Waveguide-based augmented reality displays: perspectives and challenges
WO2007140708A1 (fr) Dispositif de projection et appareil électronique portable l'utilisant
TWI764135B (zh) 導光板、其製造方法、導光板模組及圖像顯示裝置
WO2021098374A1 (zh) 一种用于增强现实的光栅波导
JP2012194221A (ja) 偏光解消素子および投射型表示装置
JP2004038012A (ja) 映像表示装置
WO2020008949A1 (ja) 導光板、導光板モジュール、画像表示装置および導光板の製造方法
CN112213861A (zh) 一种轻薄型光波导ar光学成像***
WO2022143227A1 (zh) 复合光栅及其制造方法、衍射光波导和电子设备
CN117310984A (zh) 一种衍射光波导及其制备方法、增强现实设备
CN212569294U (zh) 适应不同瞳距的指向性显示片和显示***
WO2021190060A1 (zh) 增强现实显示光学器件、光学***、眼镜及hud显示***
JP2004361834A (ja) カラーホイール、およびそれを備えた分光装置並びに画像表示装置
CN114846386B (zh) 图像显示元件以及图像显示装置
CN213690115U (zh) 一种轻薄型光波导ar光学成像***
CN116203662B (zh) 一种窄带高反膜及增强现实镜片
JP7465826B2 (ja) 導光板、導光板モジュールおよび画像表示装置
WO2024051788A1 (zh) 光波导结构及其制作方法、光学组件和近眼显示设备

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21913968

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021913968

Country of ref document: EP

Effective date: 20230612

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18259704

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE