CN110208896A - 一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕 - Google Patents

一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕，目的在于解决现有平板透镜中出现重影降低用户体验的问题，其包括第一层光吸收层、第二层全反射层、第五层光吸收层、第四层全反射层以及第三层光波导层。本发明一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕通过第一层光吸收层、第二层全反射层、第四层全反射层以及第五层光吸收层将超过特定角度的光吸收，而小于特定角度的光反射，从而避免大角度光产生的重影，在一定成度上提升了用户视觉体验。

Description

一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕
技术领域
本发明涉及光学领域，具体而言，本发明涉及一种新型光波导及应用 新型光波导的屏幕。
背景技术
随着成像显示技术的发展，对成像的特性要求不断提高。既要求有较 高的解像，保证观察画面清晰度的同时，还需要满足小畸变要求。现有的 成像技术，主要采用球面、非球面、菲涅尔等透镜成像，受视场和孔径的 限制，其存在球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差等光学像差，在对大 视场、大孔径成像时，存在大像差，像面不清晰，显示受限很大。
申请号201721714921.X的中国实用新型专利公开了一种单列多排等 效负折射率平板透镜，包括分别具有两个光学面的一对玻璃窗口，以及位 于两个玻璃窗口之间的两组光波导阵列，该光波导阵列由45°斜向布置的 单列多排且横截面为矩形的光波导组成，两组光波导阵列相互对应部分的 波导方向相互垂直。在此基础上，本发明进行了进一步改进。
发明内容
为了解决现有平板透镜中出现重影降低用户体验的问题，本发明提供 了一种消除重影提升用户体验的新型光波导及应用新型光波导的屏幕。
方案一：
为实现上述目的，本发明提供一种新型光波导，其包括下表面为磨砂 面的第一层光吸收层、贴合在所述第一层光吸收层的下表面的第二层全反 射层、上表面为磨砂面的第五层光吸收层、贴合在所述第五层光吸收层上 表面的第四层全反射层以及位于所述第二层全反射层与所述第四层全反 射层之间的第三层光波导层，其中，
第一层光吸收层厚度h1为0.2mm；
第二层全反射层折射率n2满足如下条件：1.35<n2<1.5，且第二层全反 射层厚度h2满足如下条件：0.01mm<h2<0.1mm；
第三层光波导层折射率为n3且第三层光波导层厚度0.1<h3<4mm；
第四层全反射层折射率n4满足如下条件：1.35<n4<1.5，且第四层全反 射层厚度h4满足如下条件：0.01mm<h4<0.1mm；
第五层光吸收层厚度h5满足如下条件：0.001mm<h5<1mm；
第二层全反射层折射率n2、第四层全反射层折射率n4以及第三层光 波导层折射率n3满足如下条件：
式中，θ为物方光线相对于所述第三层光波导层的通光面表面法线形 成的夹角。
优选地，所述第三层光波导层折射率为n3>1.46。
优选地，所述新型光波导的横截面为矩形且截面宽度为W、截面长度 为H，所述截面宽度为W、截面长度为H满足如下条件：0.1mm<W<5mm， 0.1mm<H<5mm。
方案二：
为实现上述目的，本发明还提供一种应用新型光波导的屏幕，所述应 用新型光波导的屏幕包括第一玻璃窗口、第二玻璃窗口、第一光波导阵列 以及与所述第一光波导阵列适应设置的第二光波导阵列，其中，所述第一 玻璃窗口、第二玻璃窗口相对设置且均具有两个光学面；所述第一光波导 阵列与所述第一玻璃窗口、所述第二光波导阵列与所述第二玻璃窗口之间 通过第二粘剂接合，所述第一玻璃窗口远离所述第一光波导阵列的一侧以及所述第二玻璃窗口远离所述第二光波导阵列一侧分别设置有增透膜；所 述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列分别包括至少一个光波导阵列 单元，所述光波导阵列单元包括斜向设置的至少一块新型光波导且所述第 一光波导阵列和所述第二光波导阵列中相对应部分的波导方向相互垂直； 所述光波导阵列单元中的各新型光波导与其相邻的新型光波导之间存在 两个交接面，各交接面之间由第一粘剂接合；所述新型光波导为方案一所述的新型光波导。
优选地，所述第一粘剂为光敏胶或者热敏胶且其厚度大于0.001毫米； 所述第二粘剂为光敏胶或者热敏胶。
优选地，所述第一光波导阵列截面为矩形；所述第一光波导阵列包括 第一子光波导阵列单元、第二子光波导阵列单元、第三子光波导阵列单元、 第四子光波导阵列单元、第五子光波导阵列单元、第六子光波导阵列单元、 第七子光波导阵列单元以及第八子光波导阵列单元，所述第一子光波导阵 列单元、第三子光波导阵列单元、第四子光波导阵列单元、第五子光波导 阵列单元、第六子光波导阵列单元以及第八子光波导阵列单元截面为直角三角形，所述第二子光波导阵列单元和所述第七子光波导阵列单元截面为 正方形，所述第二子光波导阵列单元的四个外侧边分别与所述第一子光波 导阵列单元的斜边、所述第三子光波导阵列单元的直角边、所述第五子光 波导阵列单元的直角边和所述第六子光波导阵列单元的斜边相固定；所述 第七子光波导阵列单元的四个外侧边分别与所述第三子光波导阵列单元 的另一直角边、所述第四子光波导阵列单元的斜边、所述第八子光波导阵列单元的斜边和所述第六子光波导阵列单元的另一直角边相固定。
优选地，所述第二子光波导阵列单元和所述第七子光波导阵列单元分 别由斜向设置的至少一条条状新型光波导组成。
优选地，所述第一子光波导阵列单元、第三子光波导阵列单元、第四 子光波导阵列单元、第五子光波导阵列单元、第六子光波导阵列单元以及 第八子光波导阵列单元中分别包括至少一条斜向设置的斜向新型光波导， 所述斜向新型光波导与所述第二子光波导阵列单元或者所述第七子光波 导阵列单元中的条状新型光波导通过光敏胶或者热敏胶相拼接；所述斜向 新型光波导和所述条状新型光波导的横截面的截面宽度和截面长度均相等。
与现有技术相比，本发明一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕具 有如下有益效果：
本发明一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕通过第一层光吸收 层、第二层全反射层、第四层全反射层以及第五层光吸收层将超过特定角 度的光吸收，而小于特定角度的光反射，从而避免大角度光产生的重影， 在一定成度上提升了用户视觉体验。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面 的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描 述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例一种新型光波导的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一种新型光波导的截面结构示意图；
图3为本发明实施例一种新型光波导中物方光线入射第三层光波导 层的光路示意图；
图4为本发明另一实施例一种应用新型光波导的屏幕的整体结构示 意图；
图5为图4中S处的放大结构示意图；
图6为本发明另一实施例一种应用新型光波导中的第一光波导阵列 和第二光波导阵列配合结构示意图；
图7为本发明另一实施例一种应用新型光波导中第一光波导阵列包 括八块光波导阵列单元的结构示意图；
图8为图7中的八块光波导阵列单元拼接后的第一光波导阵列结构的 截面结构示意图。
图中标识说明：
10、新型光波导；101、第一层光吸收层；102、第二层全反射层；103、 第三层光波导层；104、第四层全反射层；105、第五层光吸收层；
20、第一玻璃窗口；40、第二玻璃窗口；60、第一粘剂；80、第二粘 剂；
1、第一光波导阵列；11、第一子光波导阵列单元；12、第二子光波 导阵列单元；13、第三子光波导阵列单元；14、第四子光波导阵列单元；15、第五子光波导阵列单元；16、第六子光波导阵列单元；17、第七子光 波导阵列单元；18、第八子光波导阵列单元；3、第二光波导阵列。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似 功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本 发明，而不能解释为对本发明的限制。
请参阅图1-图8，本发明实施例提供一种新型光波导10，其包括下表 面为磨砂面的第一层光吸收层101、贴合在第一层光吸收层101的下表面 的第二层全反射层102、上表面为磨砂面的第五层光吸收层105、贴合在 第五层光吸收层105上表面的第四层全反射层104以及位于第二层全反射 层102与第四层全反射层104之间的第三层光波导层103，其中，第一层 光吸收层101厚度h1为0.2mm；第二层全反射层102折射率n2满足如下 条件：1.35<n2<1.5，且第二层全反射层102厚度h2满足如下条件： 0.01mm<h2<0.1mm；第三层光波导层103折射率为n3且第三层光波导层 103厚度h3为0.8mm；第四层全反射层104折射率n4满足如下条件： 1.35<n4<1.5，且第四层全反射层104厚度h4满足如下条件： 0.01mm<h4<0.1mm；第五层光吸收层105厚度h5满足如下条件： 0.001mm<h5<1mm；第二层全反射层102折射率n2、第四层全反射层104 折射率n4相同以及第三层光波导层103折射率n3满足如下条件：
式中，θ为物方光线相对于第三层光波导层103的通光面表面法线形 成的夹角。
在一些实施方式中，第一层光吸收层101和第五层光吸收层105的材 料为HWB850。
在一些实施方式中，第三层光波导层103材料包括H-K9L、B270、 PMMA等。
优选地，第三层光波导层103采用光学玻璃制成，且第三层光波导层 103折射率为n3>1.46。
在一些实施方式中，第三层光波导层103折射率为1.51。
在一些实施方式中，第二层全反射层102和第四层全反射层104为介 质膜，也就是特定折射率光学胶。当然，用户也可以根据实际需要将其设 置为铝膜，本发明实施例对此不做限制。
优选地，新型光波导10的横截面为矩形，且截面宽度为W、截面长 度为H，且截面宽度为W、截面长度为H满足如下条件：0.1mm<W<5mm， 0.1mm<H<5mm。
基于同本发明实施例一种新型光波导相同的发明构思，本发明还提供 一种应用新型光波导的屏幕，其包括第一玻璃窗口20、第二玻璃窗口40、 第一光波导阵列1以及与第一光波导阵列1适应设置的第二光波导阵列3， 其中，
第一玻璃窗口20、第二玻璃窗口40相对设置且均具有两个光学面； 第一光波导阵列1与第一玻璃窗口20、第二光波导阵列3与第二玻璃窗 口40之间通过第二粘剂80接合，第一玻璃窗口20远离第一光波导阵列 1的一侧以及第二玻璃窗口40远离第二光波导阵列3一侧分别设置有增 透膜；
第一光波导阵列1和第二光波导阵列3分别包括至少一个光波导阵列 单元，该光波导阵列单元包括斜向设置的至少一块新型光波导10且第一 光波导阵列1和第二光波导阵列3中相对应部分的波导方向相互垂直；光 波导阵列单元中的各新型光波导10与其相邻的新型光波导10之间存在两 个交接面，各交接面之间由第一粘剂60接合。
优选地，第一粘剂60为光敏胶或者热敏胶且其厚度大于0.001毫米。 第二粘剂80为光敏胶或者热敏胶。
考虑到第一光波导阵列1和第二光波导阵列3除了新型光波导10排 布方向不一致，其他结构基本相同，下面仅以第一光波导阵列1中的新型 光波导10为例进行解释说明，应当理解的是，该说明解释的效力及于第 二光波导阵列3中的新型光波导10。
示例地，图7示出了包括八块光波导阵列单元的的第一光波导阵列1 的结构示意图，如图7所示，第一光波导阵列1截面为矩形，其包括第一 子光波导阵列单元11、第二子光波导阵列单元12、第三子光波导阵列单 元13、第四子光波导阵列单元14、第五子光波导阵列单元15、第六子光 波导阵列单元16、第七子光波导阵列单元17以及第八子光波导阵列单元 18，其中，第一子光波导阵列单元11、第三子光波导阵列单元13、第四 子光波导阵列单元14、第五子光波导阵列单元15、第六子光波导阵列单 元16以及第八子光波导阵列单元18截面为直角三角形，第二子光波导阵 列单元12和第七子光波导阵列单元17截面为正方形，第二子光波导阵列 单元12的四个外侧边分别与第一子光波导阵列单元11的斜边、第三子光 波导阵列单元13的直角边、第五子光波导阵列单元15的直角边和第六子 光波导阵列单元16的斜边相固定；第七子光波导阵列单元17的四个外 侧边分别与第三子光波导阵列单元13的另一直角边、第四子光波导阵列 单元14的斜边、第八子光波导阵列单元18的斜边和第六子光波导阵列单 元16的另一直角边相固定。
在一些实施方式中，第二子光波导阵列单元12和第七子光波导阵列 单元17分别由斜向设置的至少一条条状新型光波导组成。第一子光波导 阵列单元11、第三子光波导阵列单元13、第四子光波导阵列单元14、第 五子光波导阵列单元15、第六子光波导阵列单元16以及第八子光波导阵 列单元18中分别包括至少一条斜向设置的斜向新型光波导，斜向新型光 波导与第二子光波导阵列单元12或者第七子光波导阵列单元17中的条状 新型光波导通过光敏胶或者热敏胶相拼接且斜向新型光波导和条状新型 光波导的横截面的截面宽度和截面长度均相等。这样，第一子光波导阵列 单元11、第二子光波导阵列单元12、第三子光波导阵列单元13、第四子 光波导阵列单元14、第五子光波导阵列单元15、第六子光波导阵列单元 16、第七子光波导阵列单元17以及第八子光波导阵列单元18内的新型光 波导10的排列使得第一光波导阵列1整体呈现图8形状。
值得注意的是，第一子光波导阵列单元11、第三子光波导阵列单元 13、第四子光波导阵列单元14、第五子光波导阵列单元15、第六子光波 导阵列单元16以及第八子光波导阵列单元18内部的具体排列可以采用形 状规则的新型光波导10或者形状不规则的新型光波导10，本发明实施例 对此不做限制。
为了进一步理解本发明实施例一种新型光波导10，下面结合应用新 型光波导的屏幕为例进行解释说明：
在现有技术中处于正交布置的光波导，其对物方光线形成对称聚焦的 同时还会伴随A、B、C等杂光束的产生，这些杂光束在一定情况下可重 叠至像方成像点OX，形成重影，进而影响成像效果。而A、B、C等杂光 束的产生与物方光线相对于新型光波导10侧面通光面表面法线形成的夹 角θ有关，且θ角也与像面成像视角ω*有关。
在一些实施方式中，通常当θ角超过25°时，重影光将开始形成。本 实施例以控制θ小于25°为例进行解释，通过新型光波导10中的第一层光 吸收层101、第二层全反射层102、第四层全反射层104以及第五层光吸 收层105将超过25°的光吸收，小于25°的光反射，从而避免大角度光产 生的重影。
值得注意的是，当需要增大该应用新型光波导的屏幕的像面成像视角 ω*，并允许产生部分重影光时，可通过公式(1)改变第二层全反射层102 折射率n2和第四层全反射层104折射率n4增大到所需要的θ角，从而达 到控制出射光视角的作用。
与现有技术相比，本发明实施例一种新型光波导及应用新型光波导的 屏幕具有如下有益效果：
本发明实施例一种新型光波导及应用新型光波导的屏幕通过第一层 光吸收层101、第二层全反射层102、第四层全反射层104以及第五层光 吸收层105将超过特定角度的光吸收，而小于特定角度的光反射，从而避 免大角度光产生的重影，在一定成度上提升了用户视觉体验。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型光波导，其特征在于，所述新型光波导包括下表面为磨砂面的第一层光吸收层、贴合在所述第一层光吸收层的下表面的第二层全反射层、上表面为磨砂面的第五层光吸收层、贴合在所述第五层光吸收层上表面的第四层全反射层以及位于所述第二层全反射层与所述第四层全反射层之间的第三层光波导层，其中，
第一层光吸收层厚度h1为0.2mm；
第二层全反射层折射率n2满足如下条件：1.35<n2<1.5，且第二层全反射层厚度h2满足如下条件：0.01mm<h2<0.1mm；
第三层光波导层折射率为n3且第三层光波导层厚度0.1mm<h3<4mm；
第四层全反射层折射率n4满足如下条件：1.35<n4<1.5，且第四层全反射层厚度h4满足如下条件：0.01mm<h4<0.1mm；
第五层光吸收层厚度h5满足如下条件：0.001mm<h5<1mm；
第二层全反射层折射率n2、第四层全反射层折射率n4以及第三层光波导层折射率n3满足如下条件：
式中，θ为物方光线相对于所述第三层光波导层的通光面表面法线形成的夹角。
2.如权利要求1所述的新型光波导，其特征在于，所述第三层光波导层折射率为n3>1.46。
3.如权利要求1所述的新型光波导，其特征在于，所述新型光波导的横截面为矩形且截面宽度为W、截面长度为H，所述截面宽度为W、截面长度为H满足如下条件：0.1mm<W<5mm，0.1mm<H<5mm。
4.一种应用新型光波导的屏幕，其特征在于，所述应用新型光波导的屏幕包括第一玻璃窗口、第二玻璃窗口、第一光波导阵列以及与所述第一光波导阵列适应设置的第二光波导阵列，其中，所述第一玻璃窗口、第二玻璃窗口相对设置且均具有两个光学面；所述第一光波导阵列与所述第一玻璃窗口、所述第二光波导阵列与所述第二玻璃窗口之间通过第二粘剂接合，所述第一玻璃窗口远离所述第一光波导阵列的一侧以及所述第二玻璃窗口远离所述第二光波导阵列一侧分别设置有增透膜；所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列分别包括至少一个光波导阵列单元，所述光波导阵列单元包括斜向设置的至少一块新型光波导且所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列中相对应部分的波导方向相互垂直；所述光波导阵列单元中的各新型光波导与其相邻的新型光波导之间存在两个交接面，各交接面之间由第一粘剂接合；所述新型光波导为权利要求1-3任意一项所述的新型光波导。
5.如权利要求4所述的应用新型光波导的屏幕，其特征在于，所述第一粘剂为光敏胶或者热敏胶且其厚度大于0.001毫米；所述第二粘剂为光敏胶或者热敏胶。
6.如权利要求4所述的应用新型光波导的屏幕，其特征在于，所述第一光波导阵列截面为矩形；所述第一光波导阵列包括第一子光波导阵列单元、第二子光波导阵列单元、第三子光波导阵列单元、第四子光波导阵列单元、第五子光波导阵列单元、第六子光波导阵列单元、第七子光波导阵列单元以及第八子光波导阵列单元，所述第一子光波导阵列单元、第三子光波导阵列单元、第四子光波导阵列单元、第五子光波导阵列单元、第六子光波导阵列单元以及第八子光波导阵列单元截面为直角三角形，所述第二子光波导阵列单元和所述第七子光波导阵列单元截面为正方形，所述第二子光波导阵列单元的四个外侧边分别与所述第一子光波导阵列单元的斜边、所述第三子光波导阵列单元的直角边、所述第五子光波导阵列单元的直角边和所述第六子光波导阵列单元的斜边相固定；所述第七子光波导阵列单元的四个外侧边分别与所述第三子光波导阵列单元的另一直角边、所述第四子光波导阵列单元的斜边、所述第八子光波导阵列单元的斜边和所述第六子光波导阵列单元的另一直角边相固定。
7.如权利要求6所述的应用新型光波导的屏幕，其特征在于，所述第二子光波导阵列单元和所述第七子光波导阵列单元分别由斜向设置的至少一条条状新型光波导组成。
8.如权利要求7所述的应用新型光波导的屏幕，其特征在于，所述第一子光波导阵列单元、第三子光波导阵列单元、第四子光波导阵列单元、第五子光波导阵列单元、第六子光波导阵列单元以及第八子光波导阵列单元中分别包括至少一条斜向设置的斜向新型光波导，所述斜向新型光波导与所述第二子光波导阵列单元或者所述第七子光波导阵列单元中的条状新型光波导通过光敏胶或者热敏胶相拼接；所述斜向新型光波导和所述条状新型光波导的横截面的截面宽度和截面长度均相等。
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