平板透镜及其制造方法、成像模组和空中显示装置与流程

本公开涉及显示，尤其涉及一种平板透镜及其制造方法、成像模组和空中显示装置。

背景技术：

1、可交互空中成像技术又称之为可交互空气成像技术、可交互全息空气影像技术等，是一种全新的显示、交互技术。可交互空中成像技术通过核心产品：等效负折射率平板透镜(简称平板透镜，dct-plate)，应用光场重构原理，将发散光线在平板透镜的法线侧面的空中重新汇聚，从而形成不需要介质承载的实像，实现空气成像(2d)，并根据场景需要可设置不同的影像呈现角度，结合交互技术可实现人与空中实像的直接交互。可交互空中成像技术无需使用类似vr的辅助显示设备即可将画面直接呈现在空中，也不需要通过任何承载介质，并且所成的像为实像，以区别于目前常见的“全息”呈现的虚像。该技术使显示技术从全息投影进阶到更高技术水平的空中成像，实现了显示技术的又一次显著进步。

2、然而，目前的等效负折射率平板透镜的成像区域存在多像素扭曲和图像畸变的问题，难以实现清晰的三维成像。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种平板透镜及其制造方法、成像模组和空中显示装置，能够减少成像区域出现多像素扭曲和图像畸变的问题，实现更加清晰的三维成像。

2、第一方面，本公开通过一实施例提供如下的技术方案：

3、一种平板透镜，包括：

4、光学基板，包括阵列排布的多个光波导单元，所述多个光波导单元与所述光学基板同层设置并一体化，每个所述光波导单元包括第一折射区和环绕所述第一折射区设置的第二折射区，所述第一折射区的折射率大于所述第二折射区的折射率；

5、黑矩阵，层叠设置在所述光学基板上；所述黑矩阵包括多个开口，一个开口用于露出一个所述第一折射区。

6、在一些实施例中，在远离所述第一折射区的方向上，所述第二折射区的折射率单调递减。

7、在一些实施例中，所述第二折射区包括n级子折射区，第一级子折射区环绕所述第一折射区设置，第i级子折射区环绕第i-1级子折射区设置，所述第i级子折射区的折射率低于所述第i-1级子折射区的折射率；n≥2且为整数，i的取值为2～n。

8、在一些实施例中，对每个所述光波导单元，所述第一折射区与所述第二折射区同轴设置，且所述第一折射区和所述第二折射区的轴线与所述光学基板的法线平行。

9、在一些实施例中，所述第一折射区具有靠近所述黑矩阵的第一表面，所述第二折射区具有靠近所述黑矩阵的第二表面，所有的所述第一表面和所有的所述第二表面的法线与所述光学基板的法线平行，且所有的所述第一表面与所有的所述第二表面共面。

10、在一些实施例中，所述黑矩阵在所述光学基板上的正投影与所述第二折射区重合。

11、在一些实施例中，所述光学基板的材质为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和亚克力中的任意一种；所述黑矩阵的材质为光刻胶或不透光的金属氧化物。

12、第二方面，基于同一发明构思，本公开通过一实施例提供如下技术方案：

13、一种平板透镜的制造方法，包括：

14、提供衬底；

15、在所述衬底中形成阵列排布的多个光波导单元，得到光学基板；每个所述光波导单元包括第一折射区和环绕所述第一折射区设置的第二折射区，所述第一折射区的折射率大于所述第二折射区的折射率；

16、在所述光学基板上形成黑矩阵；所述黑矩阵包括多个开口，一个开口用于露出一个所述第一折射区。

17、在一些实施例中，所述在所述衬底中形成阵列排布的多个光波导单元，包括：

18、基于所述多个光波导单元的布局，在所述衬底上形成掩膜，所述掩膜在所述衬底上的正投影与所有的所述第二折射区重合；

19、对包括所述掩膜的衬底进行离子注入，得到所述阵列排布的多个光波导单元；所述离子注入用于提高未被所述掩膜覆盖的所述衬底的折射率。

20、在一些实施例中，所述第二折射区包括n级子折射区，第一级子折射区环绕所述第一折射区设置，第i级子折射区环绕第i-1级子折射区设置，所述掩膜在所述衬底上的正投影与所述n级子折射区重合；n≥2且为整数，i为依次取值2至n的整数；

21、所述对包括所述掩膜的衬底进行离子注入，得到所述阵列排布的多个光波导单元，包括：

22、对包括所述掩膜的所述衬底进行n步离子注入处理，获得所述多个光波导单元；其中，第j步离子注入处理具体包括：

23、对所述衬底进行离子注入，然后去除部分所述掩膜以露出第j级子折射区的靠近所述掩膜一侧的表面；j为依次取值1至n的整数。

24、在一些实施例中，所述在所述衬底上形成掩膜，包括：

25、采用半色调掩膜方法在所述衬底上形成所述掩膜；其中，所述掩膜包括n级阶梯，第一级阶梯层叠在所述衬底上，第n级阶梯远离所述衬底，第k级阶梯在所述衬底上的正投影与所述第k级子折射区的对应区域重合，k为依次取值1至n的整数。

26、在一些实施例中，所述掩膜的材质为光刻胶、金属和氧化物中的任意一种。

27、第三方面，基于同一发明构思，本公开通过一实施例提供如下技术方案：

28、一种成像模组，包括第一方面实施例提供的平板透镜。

29、第四方面，基于同一发明构思，本公开通过一实施例提供如下技术方案：

30、一种空中显示装置，包括：

31、显示模组；

32、第三方面实施例提供的成像模组，所述成像模组设置在所述显示模组的出光侧。

33、通过本公开的一个或者多个技术方案，本公开具有以下有益效果或者优点：

34、本公开提供的平板透镜，其光学基板上包括阵列排布的多个光波导单元，每个光波导单元中的具有较高折射率的第一折射区和环绕第一折射区的、具有较低折射率的第二折射区形成折射率梯度下降的等效负折射率微透镜；一方面，得益于多个光波导单元是一体化的，避免了因为多个光波导单元拼接所导致的表面平行度不一致的问题，如此平板透镜具有更加平滑的表面，能够减少成像区域出现多像素扭曲和图像畸变的问题；另一方面，通过在第一折射区的周围形成黑矩阵作为视场控制单元，可阻挡或吸收超过设定入射角度或偏离预定路线的光线，防止这部分光线从第二折射区进入平板透镜造成的成像干扰，实现了物像方点对点的无像差成像；上述两方面的结合使本公开提供的平板透镜能够提供更加清晰的三维成像。

35、上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。

技术特征：

1.一种平板透镜，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，在远离所述第一折射区的方向上，所述第二折射区的折射率单调递减。

3.如权利要求2所述的平板透镜，其特征在于，所述第二折射区包括n级子折射区，第一级子折射区环绕所述第一折射区设置，第i级子折射区环绕第i-1级子折射区设置，所述第i级子折射区的折射率低于所述第i-1级子折射区的折射率；n≥2且为整数，i的取值为2～n。

4.如权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，对于每个所述光波导单元，所述第一折射区与所述第二折射区同轴设置，且所述第一折射区和所述第二折射区的轴线与所述光学基板的法线平行。

5.如权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，所述第一折射区具有靠近所述黑矩阵的第一表面，所述第二折射区具有靠近所述黑矩阵的第二表面，所有的所述第一表面和所有的所述第二表面的法线与所述光学基板的法线平行，且所有的所述第一表面与所有的所述第二表面共面。

6.如权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，所述黑矩阵在所述光学基板上的正投影与所述第二折射区重合。

7.如权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，所述光学基板的材质为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和亚克力中的任意一种；所述黑矩阵的材质为光刻胶或不透光的金属氧化物。

8.一种平板透镜的制造方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述在所述衬底中形成阵列排布的多个光波导单元，包括：

10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述第二折射区包括n级子折射区，第一级子折射区环绕所述第一折射区设置，第i级子折射区环绕第i-1级子折射区设置，所述掩膜在所述衬底上的正投影与所述n级子折射区重合；n≥2且为整数，i为依次取值2至n的整数；

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述在所述衬底上形成掩膜，包括：

12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述掩膜的材质为光刻胶、金属和氧化物中的任意一种。

13.一种成像模组，其特征在于，包括如权利要求1～7中任一项所述的平板透镜。

14.一种空中显示装置，其特征在于，包括：

技术总结本公开提供了一种平板透镜及其制造方法、成像模组和空中显示装置，其中的平板透镜包括：光学基板，包括阵列排布的多个光波导单元，多个光波导单元与光学基板同层设置并一体化，每个光波导单元包括第一折射区和环绕第一折射区设置的第二折射区，第一折射区的折射率大于第二折射区的折射率；黑矩阵，层叠设置在光学基板上；黑矩阵包括多个开口，一个开口用于露出一个第一折射区。该平板透镜能够实现更加清晰的三维成像。技术研发人员：宫奎,段献学,曹俊巧,王盛受保护的技术使用者：合肥京东方光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12