CN110764265A - 一种近眼导光组件、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种近眼导光组件、显示装置,涉及显示技术领域,可减小近眼导光组件的体积和重量,增大近眼导光组件的视场角。近眼导光组件包括光波导板和光线耦出元件。光波导板,具有入光区和出光区。光波导板用于将由入光区入射的光线,在光波导板中进行全反射。光线耦出元件,设置于光波导板的出光区,且包括间隔设置的多个亚波长的微纳结构。微纳结构用于将光波导板中入射至出光区的光线以预设相位耦出,以使得光线耦出元件对耦出的光线进行汇聚。显示装置包括近眼导光组件。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域,尤其涉及一种近眼导光组件和显示装置。
背景技术
随着虚拟现实(virtual reality,VR)和增强现实(augmented reality,AR)技术的发展,对近眼导光组件提出更高的要求。
传统的光波导近眼导光组件多采用光栅元件进行光线的耦入和耦出,受衍射原理的限制,器件的视场角非常有限,而且器件的体积和重量较大。
发明内容
本申请的实施例提供一种近眼导光组件、显示装置,可减小近眼导光组件的体积和重量,增大近眼导光组件的视场角。
为达到上述目的,本申请的实施例采用如下技术方案:
本申请实施例的第一方面提供一种近眼导光组件,包括光波导板和光线耦出元件。光波导板,具有入光区和出光区。光波导板用于将由入光区入射的光线,在光波导板中进行全反射。光线耦出元件,设置于光波导板的出光区,且包括间隔设置的多个亚波长的微纳结构。微纳结构用于将光波导板中入射至出光区的光线以预设相位耦出,以使得光线耦出元件对耦出的光线进行汇聚。本申请实施例提供的近眼导光组件,光线耦出元件包括多个亚波长的微纳结构,是一种二维器件,厚度薄、体积小、重量轻。而且,可对微纳结构的结构参数进行设计,在界面上引入相位梯度,在亚波长范围内操控光场,通过增大近眼导光组件的出光口径实现大视角。
可选的,微纳结构耦出光线的相位φt满足公式:
其中,(x,y)为微纳结构在光线耦出元件所在平面内,距离光线耦出元件中心的坐标。f为光线耦出元件的焦距,λd为光波导板中入射至微纳结构的光线的波长。通过调控微纳结构的形状尺寸符合上述相位公式,使入射光线汇聚。
可选的,微纳结构在光波导板上的垂直投影为圆形或正方形。光线耦出元件中,具有耦出光线相位不同的两个微纳结构,分别在光波导板上的垂直投影的面积不同。微纳结构为对称结构,对入射光线的偏振不依赖。
可选的,光波导板中入射至出光区的光线为圆偏振光。微纳结构在光波导板上的垂直投影为长方形。任意两个微纳结构在光波导板上的垂直投影的面积相同。光线耦出元件中,具有耦出光线相位不同的两个微纳结构,分别在光波导板上的垂直投影的倾斜角度不同。
可选的,微纳结构的倾斜角度θnf(x,y)满足公式:
可选的,近眼导光组件还包括第一圆偏振片、第二圆偏振片。第一圆偏振片设置于光波导板的入光区。第二圆偏振片设置于光波导板的出光区,且位于光线耦出元件远离光波导板的一侧。第一圆偏振片的偏振态与第二圆偏振片的偏振态垂直。
可选的,近眼导光组件还包括第三圆偏振片。第三圆偏振片位于光波导板远离光线耦出元件的一侧,且与光线耦出元件的位置相对应。第三圆偏振片的偏振态与第二圆偏振片的偏振态平行。
可选的,光线耦出元件在光波导板上的垂直投影的面积S1、第二圆偏振片在光波导板上的垂直投影的面积S2,及第三圆偏振片在光波导板上的垂直投影的面积S3满足:S3<S1≤S2。通过选择圆偏振片的尺寸大小,使更多的光线能够进入人眼。
本申请实施例的第二方面提供一种显示装置,包括显示器和本申请实施例的第一方面提供的近眼导光组件。近眼导光组件位于显示器的出光侧,且近眼导光组件中光波导板的入光区与显示器的位置相对应。该显示装置具有与前述实施例提供的近眼导光组件相同的技术效果,此处不再赘述。
可选的,显示装置还包括光准直器和光耦入层。光准直器,位于显示器和光波导板之间,用于对显示器出射的光线进行准直处理。光耦入层,与光准直器分别位于光波导板的两侧,且用于接收光准直器出射的光线,并向光波导板中出射大于光波导板的全反射临界角的光线。对入射光线进行准直化处理,便于对光线的调控,使更多的光线耦入光波导板。设置光耦入层,便于光线耦入光波导板,使显示器的位置可根据实际需要进行设置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种显示装置的示意图;
图2为本申请实施例提供的一种智能眼镜的示意图;
图3a为本申请另一实施例提供的一种显示装置的示意图;
图3b为本申请另一实施例提供的另一种显示装置的示意图;
图4为本申请实施例提供的一种显示装置的视场角的示意图;
图5为本申请实施例提供的另一种显示装置的示意图;
图6为本申请另一实施例提供的一种显示装置的示意图;
图7a为本申请实施例提供的一种圆柱形微纳结构的示意图;
图7b为本申请实施例提供的一种方柱形微纳结构的示意图;
图8为本申请实施例提供的另一种微纳结构的示意图;
图9a为本申请实施例提供的一种近眼导光组件的示意图;
图9b为本申请实施例提供的另一种近眼导光组件的示意图;
图10a为本申请实施例提供的偏振光的传输状态示意图;
图10b为本申请实施例提供的环境光的传输状态示意图;
图11为本申请实施例提供的微纳结构的制备过程示意图。
附图标记:
10-显示器;20-近眼导光组件;30-人眼;21-光波导板;22-光线耦出元件;211-入光区;212-出光区;221-微纳结构;111-红光;112-绿光;113-蓝光;40-光准直器;50-光耦入层;23-第一圆偏振片;24-第二圆偏振片;231-第一偏振态圆偏光;232-第一正交偏振态圆偏光;25-第三圆偏振片;251-第二偏振态圆偏光;232-第二正交偏振态圆偏光;222-衬底;60-光刻胶;220-微纳结构材料。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
以下,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
此外,本申请中,“上”、“下”、“左”、“右”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的,应当理解到,这些方向性术语可以是相对的概念,它们用于相对于的描述和澄清,其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。
本申请提供一种显示装置,可应用于增强现实(augmented reality,AR)或虚拟现实(virtual reality,VR)领域。如图1所示,显示装置包括显示器10。该显示器10用于产生显示画面。
在一些实施例中,显示器10可以为,微型发光二极管(micro light emittingdiode,Micro LED)显示器、微型有机发光二极管(micro organic light emitting diode,micro-OLED)显示器、液晶显示器(liquid crystal display,LCD)、激光显示器(laserdisplay)等,本申请对显示器10的具体类型不作限制,只要能够显示画面即可。
此外,上述显示装置还包括如图1所示的近眼导光组件20。该近眼导光组件20位于显示器10的出光侧。人眼30可以与显示器10位于近眼导光组件20的同一侧,且该人眼30与该近眼导光组件20的距离很近(例如18~30mm)。该近眼导光组件20用于将显示器10发出的光线引导至人眼30,从而能够实现近眼显示。
基于此,在本申请的一些实施例中,上述显示装置可以为智能眼镜。在此情况下,如图2所示,近眼导光组件20可以作为智能眼镜的镜片,显示器10设置于眼镜的镜腿上。
以下对本申请一些实施例提供的近眼导光组件20的具体结构进行详细说明。
如图3a所示,近眼导光组件20包括光波导板21和光线耦出元件22。光波导板21具有入光区211和出光区212。光波导板21的入光区211与显示器10的位置相对应,用于接收显示器10入射的光线。光波导板21用于将由入光区211入射的光线,在光波导板21中进行全反射,以使得光线在传输过程中不发生损失。
需要说明的是,光波导板21的入光区211是指外部光线从该区域入射进光波导板21的区域。例如,如图3a所示,显示器10的光线从光波导板21的左侧入射,从而左侧为光波导板21的入光区211。或者,如图3b所示,显示器10的光线从光波导板21的左侧正下方入射,从而左侧正下方为光波导板21的入光区211。
光波导板21的出光区212是指光波导板21内的光线经该区域出射至外部的区域。如图3a所示,光线从光波导板21的右侧正下方出射,从而右侧正下方为光波导板21的出光区212。
此外,光线耦出元件22设置于光波导板21的出光区212。光线耦出元件22包括间隔设置的多个亚波长的微纳结构221,微纳结构221用于将光波导板21中入射至出光区212的光线以预设相位耦出,以使得光线耦出元件22对耦出的光线进行汇聚,到达人眼,在远处呈现虚像。
需要说明的是,微纳结构221是指具有微米或纳米尺寸的微小结构。多个微纳结构211按照特定方式排布可以对入射光的光场分布进行控制,打破折射光学中的光程限制,实现相位、振幅和偏振等物理量的突变。微纳结构221间隔设置是指微纳结构221按照预设间距设置。微纳结构221将光波导板21中入射至出光区212的光线以预设相位耦出,是指为了使光线按照特定路径传播,光线在经过光线耦出元件22时应具有某个特定的相位,通过对微纳结构221进行设计,使光线经过光线耦出元件22后发生相位突变,具有相应的特定相位,从而按照特定传播路径进行传播。
本申请实施例提供的光线耦出元件22包括多个亚波长的微纳结构221,是一种二维器件,厚度薄、体积小、重量轻。而且,可对微纳结构221的结构参数进行设计,在界面上引入相位梯度,在亚波长范围内操控光场,使入射光线按照预设相位耦出,可实现红、绿、蓝光束的同时聚焦与成像。一些相关技术中,可以采用衍射光栅将近眼导光组件中导光板内的光线耦出,由于衍射光栅受衍射原理的限制,因此近眼导光组件的视场角(field of view,FOV)最大为50~70°,增大视场角会出现严重的色度不均匀和彩虹条纹。而且,为了避免串色问题,采用多层光栅来分别耦出红、绿、蓝三色,导致器件体积和重量较大。因此本申请相对于用衍射光栅将导光板内的光线耦出的方案而言,采用光线耦出元件22能够解决近眼导光组件体积和重量较大的问题。
由上述可知,本申请提供的光线耦出元件22可通过设计微纳结构221的排布和结构特征,使经过的光线具有预设相位,按照预设的路径传播,从而可使更大范围的光线经光线耦出元件22后汇聚,可增大光线耦出元件22的出光口径。
如图4所示,近眼导光组件的视场角可表示为:
FOV=2tan-1(D/2d) (1)
其中,公式(1)中D为光线耦出元件22的出光口径;d为出瞳距离(光线耦出元件22到人眼30的距离)。在此情况下,在出瞳距离d一定的情况下,增大光线耦出元件22的出光口径D可提高视场角FOV。
本申请实施例提供的光线耦出元件22可通过微纳结构221的设计,使经过的光线按照预设的路径传播,使更大范围的光线经过光线耦出元件22发生汇聚,这样一来,可增大出光口径D,从而增大视场角。而且,如图3a所示,可通过微纳结构221的调控,使红111、绿112、蓝113光束同时聚焦,避免因出光口径D增大而出现的色差现象。
在此基础上,为了使显示器10发出的光线更多的耦入光波导板21,发生全反射,在本申请的一些实施例中,如图5所示,显示装置还包括光准直器40,光准直器40位于显示器10和光波导板21之间,用于对显示器10出射的光线进行准直处理,使显示器出射的光线按照相同的方向传播。
在一些实施例中,如图5所示,经准直化的光线可以以一定的角度入射光波导板21,当入射角大于全反射临界角时,可在光波导内进行全反射。
在一些实施例中,为了使经光准直器40准直处理后的光线能够按照特定角度耦入光波导板21并在光波导板21内发生全反射,如图6所示,显示装置还包括光耦入层50。
示例的,上述光耦入层50可以为衍射光栅、体光栅、反射器件、超材料光偏折器等,本申请对此不作限制。
光耦入层50与光准直器40分别光波导板21的两侧,用于接收光准直器40出射的光线,并向光波导板21中出射大于光波导板21全反射临界角的光线,使入射光线在光波导板21中进行全反射。这样一来,显示器10可不必按特定角度设置,可根据实际需要设置显示器10的位置,减小显示装置所占的体积。
由上述可知,本申请提供的显示装置,显示器10发出的光线经光准直器40准直处理,再经光耦入层50,以大于光波导板21的全反射临界角的角度入射至光波导板21,并在光波导板21内发生全反射,到达出光区212,光线耦出元件22中的微纳结构221可使光线按照预设相位耦出光波导板21,进而汇聚至人眼30,使人眼能够观察到显示器10显示的画面信息。
以下对上述微纳结构221的设置方式进行详细说明。
为了使得经过光线耦出元件22的光线能够汇聚,光线耦出元件22中的微纳结构221耦出光线的相位φt需满足透镜相位公式:
其中,(x,y)为微纳结构221在光线耦出元件22所在平面内,距离光线耦出元件中心的坐标。f为光线耦出元件22所构成的透镜的焦距。λd为光波导板中入射至微纳结构221的光线的波长。
基于此,可设计光线耦出元件22中每个位置上的微纳结构221的形状、尺寸和排布方式,使光线耦出元件22表面各坐标的微纳结构221对入射光的相位进行调控,使出射光按照公式2所得到的预设相位出射,即可实现光线的汇聚。
以下对微纳结构221具体设置方式进行举例说明。
在本申请的一些实施例中,提供一种上述光线耦出元件22,其微纳结构221为对称结构,这种对称结构对入射光的偏振态不依赖,对任何偏振态光线的相位均可进行调控。
示例的,如图7a所示,微纳结构221为圆柱,微纳结构221在光波导板21上的垂直投影为圆形。或者为如图7b所示的方柱,微纳结构221在光波导板21上的垂直投影为正方形。
在光线耦出元件22表面不同位置,微纳结构221具有不同的尺寸,即,具有耦出光线相位不同的两个微纳结构221,分别在光波导板21上的垂直投影的面积不同,这样一来,光线在经过不同的微纳结构221后,具有不同的相位。
本申请一些实施例中,微纳结构221的尺寸在10~600nm。示例的,当微纳结构221为圆柱时,微纳结构221在光波导板21上的垂直投影的圆的直径范围为10~600nm。当微纳结构221为方柱时,微纳结构221在光波导板21上的垂直投影的正方形的边长范围为10~600nm。微纳结构221的宽深比为1:1~6:1。微纳结构221的尺寸可根据实际需要进行调整。
或者,在本申请的另一些实施例,上述光线耦出元件22,其微纳结构221为非对称结构,通过微纳结构211的排布角度调控入射光的相位。在此情况下,可对圆偏振光进行调控,光波导板21中入射至光线耦出元件22的光线需要圆偏振光。
示例的,如图8所示,光线耦出元件22中的微纳结构221为长方体,微纳结构221在光波导板21上的垂直投影为长方形,且任意两个微纳结构221的形状相同,任意两个微纳结构221在光波导板21上的垂直投影的面积相同。而且,具有耦出光线相位不同的两个微纳结构221,分别在光波导板21上的垂直投影的倾斜角度不同。
由于圆偏振入射电磁波在与各向异性结构相互作用后,出射电磁场除了含原有偏振态电磁波外,还产生了正交偏振态电磁波,且正交偏振态电磁波携带了2θ的附加几何相位,其中θ为各向异性结构的偏转角。
为了使光线耦出元件22中的微纳结构221耦出光线的相位满足公式2的透镜相位公式,进而发生汇聚,每个微纳结构221的倾斜角θnf(x,y)需满足:
其中,(x,y)为微纳结构221在光线耦出元件22所在平面内,距离光线耦出元件中心的坐标。θnf(x,y)为坐标(x,y)处的微纳结构221在光线耦出元件22所在平面垂直投影的长方形的长边与x轴之间的夹角。f为光线耦出元件22所构成的透镜的焦距。λd为光波导板中入射至微纳结构221的光线的波长。
为了使入射光线能够以圆偏振光入射,在本申请的一些实施例中,如图9a所示,近眼导光组件20还包括第一圆偏振片23、第二圆偏振片24。第一圆偏振片23设置于光波导板21的入光区211。第二圆偏振片24设置于光波导板21的出光区212,且位于光线耦出元件22远离光波导板21的一侧。其中,第一圆偏振片23的偏振态与第二圆偏振片24的偏振态垂直。
这样一来,显示器10发出的光线经过第一圆偏振片23后,变为第一偏振态圆偏光,进入光波导板21,在光波导板21内发生全反射,到达光线耦出元件22。如图10a所示,第一偏振态圆偏光231经过光线耦出元件22耦出,第一偏振态圆偏光231除了包含原偏振态的光以外,还产生了第一正交偏振态圆偏光232。由于第一圆偏振片23的偏振态与第二圆偏振片24的偏振态垂直,第一偏振态圆偏光231经过第二圆偏振片24时被过滤。第一正交偏振态圆偏光232可通过第二圆偏振片24,且由于第一正交偏振态圆偏光232经过光线耦出元件22时携带2θ的附加几何相位,满足公式2的透镜相位公式,因此第一正交偏振态圆偏光232通过光线耦出元件22后汇聚,进入人眼。
在一些实施例中,为了实现增强现实功能,如图9b所示,近眼导光组件20还包括第三圆偏振片25。第三圆偏振片25位于光波导板21远离光线耦出元件22的一侧,且与光线耦出元件22的位置相对应。第三圆偏振片25的偏振态与第二圆偏振片24的偏振态平行。
这样一来,如图10b所示,环境光穿过第三圆偏振片25后,变为第二偏振态圆偏光251,第二偏振态圆偏光251经过光线耦出元件22后,第二偏振态圆偏光251除了包含原偏振态的光以外,还产生了第二正交偏振态圆偏光252。由于第三圆偏振片25的偏振态与第二圆偏振片24的偏振态平行,所以第二偏振态圆偏光251可通过第二圆偏振片24,而第二正交偏振态圆偏光252被第二圆偏振片24过滤。第二偏振态圆偏光251携带的环境光的信息与第一正交偏振态圆偏光携带的显示器的显示画面结合,入射至人眼,实现了增强现实功能。
本申请对圆偏振片的固定方式不作限制,示例的,可以采用胶材将圆偏振片粘贴在光波导板21上。
为了使更多的光线能够进入人眼,在本申请的一些实施例中,当光线耦出元件22在光波导板21上的垂直投影的面积S1,第二圆偏振片24在光波导板21上的垂直投影的面积S2,第三圆偏振片25在光波导板21上的垂直投影的面积S3,则S1、S2、S3的关系满足:S3<S1≤S2。
为了实现上述光线耦出元件22对光的相位的调制,光线耦出元件22的设置方式主要包括步骤S101~S103。
S101,确定入射光线的波长,并根据波长确定光线耦出元件22的相位分布。
S102,采用电磁仿真软件,确定光线耦出元件22中每一位置的微纳结构221的结构、尺寸。
S103,根据步骤S102中的仿真结果,制备对应的光线耦出元件22。
以下对本申请提供的光线耦出元件22的制备方法进行说明,光线耦出元件22的制备方法包括步骤S201~S205。
S201,如图11中的(a)所示,在衬底222上涂覆光刻胶60。
S202,如图11中的(b)所示,对光刻胶60进行图案化,可采用电子束曝光(electronbeam lithography,EBL)或者极紫外光刻(extreme ultraviolet lithography,EUV)以确保曝光精度。
S203,如图11中的(c)所示,微纳结构材料220沉积。采用原子层沉积(atomiclayer deposition,ALD)或者金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapordeposition,MOCVD)进行微纳结构材料220的沉积。
S204,如图11中的(d)所示,采用反应离子刻蚀(reactive ion etching,RIE)的方法去除表面多余的材料。
S205,如图11中的(e)所示,将光刻胶60去除,即可得到具有微纳结构221的光线耦出元件。
上述微纳结构材料220可以为Si、GaN、GaP、TiO2等,保证具有较强的电磁耦合效应的同时,具有高的透过率。
衬底材料222可以为石英、玻璃、蓝宝石,确保具有高的透过率。
微纳结构221可在衬底材料222上制备完成后,贴附到光波导板21表面。也可以以光波导板21为衬底,直接在光波导板21上以上述制备流程制备微纳结构221,待制备完成后再进行后续光路的搭建,这样一来,可使近眼导光组件的结构更加轻薄。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术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所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种近眼导光组件,其特征在于,包括:
光波导板,具有入光区和出光区;所述光波导板用于将由所述入光区入射的光线,在所述光波导板中进行全反射;
光线耦出元件,设置于所述光波导板的出光区,且包括间隔设置的多个亚波长的微纳结构;所述微纳结构用于将所述光波导板中入射至所述出光区的光线以预设相位耦出,以使得所述光线耦出元件对耦出的光线进行汇聚。
3.根据权利要求2所述的近眼导光组件,其特征在于,所述微纳结构在所述光波导板上的垂直投影为圆形或正方形;
所述光线耦出元件中,具有耦出光线相位不同的两个所述微纳结构,分别在所述光波导板上的垂直投影的面积不同。
4.根据权利要求2所述的近眼导光组件,其特征在于,所述光波导板中入射至所述出光区的光线为圆偏振光;
所述微纳结构在所述光波导板上的垂直投影为长方形;任意两个所述微纳结构在所述光波导板上的垂直投影的面积相同;
所述光线耦出元件中,具有耦出光线相位不同的两个所述微纳结构,分别在所述光波导板上的垂直投影的倾斜角度不同。
6.根据权利要求4或5所述的近眼导光组件,其特征在于,所述近眼导光组件还包括第一圆偏振片、第二圆偏振片;
所述第一圆偏振片设置于所述光波导板的入光区;
所述第二圆偏振片设置于所述光波导板的出光区,且位于所述光线耦出元件远离所述光波导板的一侧;
所述第一圆偏振片的偏振态与所述第二圆偏振片的偏振态垂直。
7.根据权利要求6所述的近眼导光组件,其特征在于,所述近眼导光组件还包括第三圆偏振片;
所述第三圆偏振片位于所述光波导板远离所述光线耦出元件的一侧,且与所述光线耦出元件的位置相对应;
所述第三圆偏振片的偏振态与所述第二圆偏振片的偏振态平行。
8.根据权利要求7所述的近眼导光组件,其特征在于,所述光线耦出元件在所述光波导板上的垂直投影的面积S1、所述第二圆偏振片在所述光波导板上的垂直投影的面积S2,及所述第三圆偏振片在所述光波导板上的垂直投影的面积S3满足:S3<S1≤S2。
9.一种显示装置,其特征在于,包括显示器以及如权利要求1-8任一项所述的近眼导光组件;
所述近眼导光组件位于所述显示器的出光侧,且所述近眼导光组件中光波导板的入光区与所述显示器的位置相对应。
10.根据权利要求9所述的显示装置,其特征在于,所述显示装置还包括:
光准直器,位于所述显示器和所述光波导板之间,用于对所述显示器出射的光线进行准直处理;
光耦入层,与所述光准直器分别位于所述光波导板的两侧,且用于接收所述光准直器出射的光线,并向所述光波导板中出射大于所述光波导板的全反射临界角的光线。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111458880A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-07-28 | 三生万物(北京)人工智能技术有限公司 | 一种波导光场显示装置和头戴式增强现实眼镜 |
WO2021189271A1 (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示器件及显示装置 |
WO2023001153A1 (zh) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | 歌尔光学科技有限公司 | 波导结构和头戴显示设备 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107505717A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-12-22 | 四川大学 | 基于全息光学元件的集成成像头盔3d显示装置 |
CN108205198A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-26 | 张家港康得新光电材料有限公司 | 近眼光场显示装置 |
CN109656026A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-04-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种大视场角的全息光波导显示装置及方法 |
CN110352377A (zh) * | 2017-03-03 | 2019-10-18 | 微软技术许可有限责任公司 | 用于显示波导的超表面光学耦合元件 |
-
2019
- 2019-11-13 CN CN201911105951.4A patent/CN110764265A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110352377A (zh) * | 2017-03-03 | 2019-10-18 | 微软技术许可有限责任公司 | 用于显示波导的超表面光学耦合元件 |
CN107505717A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-12-22 | 四川大学 | 基于全息光学元件的集成成像头盔3d显示装置 |
CN108205198A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-26 | 张家港康得新光电材料有限公司 | 近眼光场显示装置 |
CN109656026A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-04-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种大视场角的全息光波导显示装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
窦恺华: "基于超表面的多波长聚焦透镜研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021189271A1 (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示器件及显示装置 |
CN111458880A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-07-28 | 三生万物(北京)人工智能技术有限公司 | 一种波导光场显示装置和头戴式增强现实眼镜 |
WO2023001153A1 (zh) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | 歌尔光学科技有限公司 | 波导结构和头戴显示设备 |
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