CN113985519B - 一种光波导器件、显示装置和显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光波导器件、显示装置和显示设备，包括光波导介质体、第一偏振反射层和光学结构层；光波导介质体包括相对的第一表面和第二表面，第一偏振反射层设置在第一表面上，光学结构层设置在第二表面上；光波导介质体用于传播光线，该光线包括第一偏振光；第一偏振反射层用于反射第一偏振光、透射第二偏振光；光学结构层用于将以预设角度入射的第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层，将以其他角度入射的第一偏振光反射至第一偏振反射层。由于第二偏振光的出射区域，不再被限制在不具有反射膜层的区域，因此，增大了光波导器件的出光范围。

Description

一种光波导器件、显示装置和显示设备

技术领域

本申请实施例涉及光学显示技术领域，具体涉及一种光波导器件、显示装置和显示设备。

背景技术

光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导因其轻薄优势，已经成为近眼显示装置的重要组成元件。但是，目前大部分的光波导元件都是利用全反射原理进行光线传播的。虽然可以在光波导元件表面形成反射膜，使得不满足全反射条件的光线，能够通过反射膜的反射继续在光波导元件内传播，避免光线从光波导元件出射影响显示效果，但是，这样又会导致光波导元件内的光线，只能在不具有反射膜的区域出射，形成显示图像，极大地限制了光线的出射范围。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光波导器件、显示装置和显示设备，以增大光波导器件的出光范围。

为解决上述问题，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面公开了一种光波导器件，包括光波导介质体、第一偏振反射层和光学结构层；所述光波导介质体包括相对的第一表面和第二表面，所述第一偏振反射层设置在所述第一表面上，所述光学结构层设置在所述第二表面上；

所述光波导介质体用于传播光线，所述光线包括第一偏振光；

所述第一偏振反射层用于反射所述第一偏振光、透射第二偏振光，所述第二偏振光与所述第一偏振光的偏振方向垂直；

所述光学结构层用于将以预设角度入射的所述第一偏振光转换为所述第二偏振光，并将所述第二偏振光反射至所述第一偏振反射层，将以其他角度入射的所述第一偏振光反射至所述第一偏振反射层。

本发明第二方面公开了一种显示装置，包括微图像源和如上任一项所述的光波导器件；所述微图像源用于向所述光波导器件出射图像显示所需的光线，所述光线包括第一偏振光。

本发明第三方面公开了一种显示设备，包括如上所述的显示装置。

本发明实施例提供的光波导器件、显示装置和显示设备，由于光学结构层能够将以预设角度入射的第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层，而第一偏振反射层又能够透射第二偏振光，因此，以预设角度入射的第一偏振光转换成的第二偏振光，能够从光波导器件出射，形成显示图像。

由于光学结构层能够将以其他角度入射的第一偏振光反射至第一偏振反射层，而第一偏振反射层又能够反射第一偏振光，因此，以其他角度入射的第一偏振光能够在光学结构层和第一偏振反射层之间不断反射，使得以其他角度入射的第一偏振光不会从光波导器件出射，干扰图像的显示。

可以看出，本发明实施例中的第一偏振反射层的所有区域都能够反射以其他角度入射的第一偏振光、透射以预设角度入射的第一偏振光转换成的第二偏振光，基于此，本发明实施例中，第二偏振光的出射区域，不再被限制在不具有反射膜层的区域，从而增大了光波导器件的出光范围，进而增大了包括该光波导器件的显示装置和显示设备的图像显示范围。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种利用全反射原理进行光线传播的光波导元件的结构示意图；

图2为另一种光波导元件的结构示意图；

图3为本发明一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图4为本发明一个实施例提供的光波导器件的立体结构示意图；

图5为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图6为本发明另一些实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图7为本发明一个实施例提供的全息反射层的曝光方式示意图；

图8为本发明另一实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图9为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图10为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图11为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图12为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图13为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图14为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图15为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图16为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图；

图17为本发明一个实施例提供的显示装置的剖面结构示意图；

图18为本发明一个实施例提供的显示装置的剖面结构示意图。

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。

正如背景技术，目前大部分的光波导元件都是利用全反射原理进行光线传播的。如图1所示，图1为一种利用全反射原理进行光线传播的光波导元件的结构示意图，入射光线被反射膜11反射至光波导介质10内，使得入射光线在光波导介质10表面的反射角大于全反射临界角，使得光线在光波导介质10内传播并在到达特定区域后出射，进行图像的显示。但是，若光波导介质10内的光线的反射角小于或等于全反射临界角，则光线会从光波导介质10中出射，这些出射的光线会对进行图像显示的光线造成干扰，影响图像显示效果。

如图2所示，图2为另一种光波导元件的结构示意图，虽然可以在光波导介质20表面形成反射膜21，使得不满足全反射条件的光线，能够通过反射膜21的反射继续在光波导介质20内传播，避免光线从光波导介质20出射，影响图像显示效果。但是，光线只能在具有反射膜21的区域传播，在不具有反射膜21的区域出射，即光线只能在不具有反射膜21的区域出射，形成显示图像，这样就极大地限制了光线的出射范围。

基于此，本发明实施例提供了一种光波导器件、显示装置和显示设备，以通过在光波导介质体的第一表面设置第一偏振反射层，在光波导介质体的第二表面设置光学结构层，并使第一偏振反射层反射第一偏振光、透射第二偏振光，使光学结构层将以预设角度入射的第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层，将以其他角度入射的第一偏振光反射至第一偏振反射层，使得第二偏振光的出射区域，不再被限制在不具有反射膜层的区域，从而增大了光波导器件的出光范围，进而增大了包括该光波导器件的显示装置和显示设备的图像显示范围。

作为本发明实施例公开内容的一种可选实现，本发明实施例提供了一种光波导器件，用于实现光线的传输。如图3所示，图3为本发明一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，该光波导器件包括光波导介质体31、第一偏振反射层32和光学结构层33。

其中，光波导介质体31包括相对的第一表面S1和第二表面S2，第一偏振反射层32设置在第一表面S1上，光学结构层33设置在第二表面S2上。

光波导介质体31用于传播光线，该光线包括第一偏振光。第一偏振反射层32用于反射第一偏振光、透射第二偏振光，其中第二偏振光与第一偏振光的偏振方向垂直。如，第一偏振光为p偏振光，第二偏振光为s偏振光，或者，第一偏振光为s偏振光，第二偏振光为p偏振光。

光学结构层33用于将以预设角度入射的第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层32，将以其他角度入射的第一偏振光反射至第一偏振反射层32。

如图3所示，第一偏振光从光波导介质体31入射至第一偏振反射层32之后，被第一偏振反射层32反射至光学结构层33。若第一偏振光入射至光学结构层33的角度为预设角度α，则光学结构层33会将第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层32，使得第二偏振光从第一偏振反射层32出射至外界。

若第一偏振光入射至光学结构层33的角度为其他角度，其他角度是指除预设角度α之外的角度，光学结构层33会将第一偏振光反射至第一偏振反射层32。之后，第一偏振反射层32会再次反射第一偏振光，使得以其他角度入射的第一偏振光在第一偏振反射层32和光学结构层33之间不断反射，从而使得以其他角度入射的第一偏振光不会从光波导器件出射。

需要说明的是，本发明实施例中的预设角度α是一角度范围。若第一偏振光入射至光学结构层33的角度在该角度范围内，则该角度为预设角度α；若第一偏振光入射至光学结构层33的角度不在该角度范围内，则该角度为其他角度。其中，α=ω±t，ω为某一特定角度，0≤t≤15°。

还需要说明的是，本发明实施例中仅以从光波导介质体31出射的第一偏振光先入射至第一偏振反射层32为例进行说明，但是，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，从光波导介质体31出射的第一偏振光也可以先入射至光学结构层33，在此不再赘述。

也就是说，本发明实施例中，由于光学结构层33能够将以预设角度α入射的第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层32，而第一偏振反射层32又能够透射第二偏振光，因此，以预设角度α入射的第一偏振光转换成的第二偏振光，能够从光波导器件出射，形成显示图像。

由于光学结构层33能够将以其他角度入射的第一偏振光反射至第一偏振反射层32，而第一偏振反射层32又能够反射第一偏振光，因此，以其他角度入射的第一偏振光能够在光学结构层33和第一偏振反射层32之间不断反射，使得以其他角度入射的第一偏振光不会从光波导器件出射，干扰图像的显示。

可以看出，本发明实施例中的第一偏振反射层32的所有区域都能够反射以其他角度入射的第一偏振光、透射以预设角度α入射的第一偏振光转换成的第二偏振光，基于此，本发明实施例中，第二偏振光的出射区域，不再被限制在不具有反射膜层的区域，从而增大了光波导器件的出光范围。

本发明一些实施例中，如图3所示，第一表面S1和第二表面S2所在的平面具有第一夹角β，且该第一夹角β为锐角，以改变再次传播到第一偏振反射层32或光学结构层33的第一偏振光的入射角度。

也就是说，由于第一表面S1和第二表面S2所在的平面具有第一夹角β，因此，可以使第一偏振光被第一偏振反射层32反射后，再次入射到光学结构层33的角度发生改变，使第一偏振光被光学结构层33反射后，再次入射到第一偏振反射层32的角度发生改变。

第一偏振光在第一偏振反射层32和光学结构层33之间多次反射后，若入射至光学结构层33的第一偏振光的角度改变为预设角度α，则第一偏振光会被光学结构层33转换为第二偏振光，并反射至第一偏振反射层32，进而被第一偏振反射层32透射至外界，从而进一步提高了第一偏振光的利用率，增加了显示图像的亮度，提高了显示效果。

需要说明的是，本发明实施例中并不仅限于第一表面S1和第二表面S2具有第一夹角β，在另一些实施例中，第一表面S1和第二表面S2也可以相互平行，在另一些实施例中，第一夹角β也可以大于或等于90度。只要通过调整入射至光波导介质体31的第一偏振光的角度，使得以预设角度α入射至光学结构层33的第一偏振光会被转换为第二偏振光，并通过第一偏振反射层32透射至外界，使得以其他角度入射至光学结构层33的第一偏振光，会在第一偏振反射层32和光学结构层33之间不断反射即可。

本发明一些实施例中，如图4所示，图4为本发明一个实施例提供的光波导器件的立体结构示意图，上述图3为图4所示的光波导器件沿切割线AA’的剖面结构示意图，光波导介质体31的形状为三棱柱，第一偏振反射层32设置在三棱柱的第一表面S1上，光学结构层33设置在三棱柱的第二表面S2上，第一表面S1和第二表面S2的夹角为第一夹角β。

本发明一些实施例中，包括第一偏振光的光线可以通过表面S3从外界入射至光波导介质体31。其中，表面S3与第一表面S1和第二表面S2两两相交。当然，在另一些实施例中，根据光波导器件的实际应用情况，光线也可以从除第一表面S1、第二表面S2和表面S3之外的两个表面入射至光波导介质体31，在此不再赘述。

当然，本发明实施例中的光波导介质体31的形状并不仅限于三棱柱，在另一些实施例中，光波导介质体31的形状还可以为四棱柱、五棱柱或其他不规则的形状等。

如图5所示，图5为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光波导介质体31的形状为四棱柱，第一偏振反射层32和光学结构层33分别设置在延长线夹角为第一夹角β的第一表面S1和第二表面S2上。

需要说明的是，图3至图5中仅以第一表面S1和第二表面S2都是平面为例进行说明，但是，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，第一表面S1和第二表面S2还可以为弧面或曲面等，只要第一表面S1能够将光线反射至第二表面S2，第二表面S2能够将光线反射至第一表面S1即可，在此不再赘述。

本发明一些实施例中，光学结构层33还用于将外界光线中的第二偏振光透射至第一偏振反射层32，以使外界光线中的第二偏振光透过光波导器件。其中，外界光线是光波导器件所处环境中的环境光。也就是说，采用该光波导器件的显示装置可以透射背景光，可以实现虚实结合的显示方式。

在上述实施例的基础上，本发明一些实施例中，如图6所示，图6为本发明另一些实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光学结构层包括第一相位延迟层331、全息反射层332、第二相位延迟层333和第二偏振反射层334。

其中，第一相位延迟层331、全息反射层332、第二相位延迟层333和第二偏振反射层334依次设置在第二表面S2上。第一相位延迟层331和第二相位延迟层333都用于对光线进行相位延迟。并且，偏振光经过第一相位延迟层331和第二相位延迟层333后偏振态不变，第一偏振光偶数次经过第一相位延迟层331或第二相位延迟层333后转换为第二偏振光，第二偏振光偶数次经过第一相位延迟层331或第二相位延迟层333后转换为第一偏振光。全息反射层332用于反射以预设角度α入射的光线、透射以其他角度入射的光线。第二偏振反射层334用于反射第一偏振光、透射第二偏振光。

如图6所示，入射至光学结构层33的第一偏振光，经过第一相位延迟层331之后入射至全息反射层332。若第一偏振光以预设角度α入射至全息反射层332，则全息反射层332会反射第一偏振光，使得第一偏振光再次经过第一相位延迟层331。由于第一偏振光两次经过第一相位延迟层331，因此，第一偏振光被转换为第二偏振光，并出射至第一偏振反射层32，再经过第一偏振反射层32透射至外界。

若第一偏振光以其他角度入射至全息反射层332，则全息反射层332会透射第一偏振光，使得第一偏振光经过第二相位延迟层333后入射至第二偏振反射层334。由于第一偏振光经过第一相位延迟层331和第二相位延迟层333后偏振态不变，即仍为第一偏振光，因此，第二偏振反射层334反射第一偏振光，使得第一偏振光经过第二相位延迟层333入射至全息反射层332，被全息反射层332透射后，经过第一相位延迟层331。由于第一偏振光再次经过第一相位延迟层331和第二相位延迟层333后偏振态不变，因此，第一相位延迟层331将第一偏振光出射至第一偏振反射层32。

由于第二偏振反射层334反射第一偏振光、透射第二偏振光，因此，外界光线中的第二偏振光会透过第二偏振反射层334入射至第二相位延迟层333，经过第二相位延迟层333后入射至全息反射层332，以预设角度α入射至全息反射层332的第二偏振光被反射回外界，以其他角度入射至全息反射层332的第二偏振光被透射至第一相位延迟层331。由于经过第一相位延迟层331和第二相位延迟层333后第二偏振光的偏振态不变，因此，第二偏振光被第一偏振反射层32透射至外界。基于此，外界光线可以从右向左穿透光波导器件，实现虚实结合的显示方式。

本发明一些实施例中，第一相位延迟层331包括1/4波长相位延迟层，该1/4波长相位延迟层可以为1/4波片，第二相位延迟层333包括3/4波长相位延迟层，该3/4波长相位延迟层可以为3/4波片。

第一偏振光经过第一相位延迟层331后相位被延迟1/4个波长，经过第二相位延迟层333后相位再被延迟3/4个波长。也就是说，第一偏振光经过第一相位延迟层331和第二相位延迟层333后相位差为一个波长，因此，第一偏振光的偏振态不变。第一偏振光偶数次经过第一相位延迟层331或第二相位延迟层333后，相位差为1/2个波长，因此，第一偏振光转换为第二偏振光。

当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，第一相位延迟层331包括1/4波长相位延迟层，第二相位延迟层333也包括1/4波长相位延迟层，但第二相位延迟层333与第一相位延迟层331的相位延迟方向相反。第一偏振光经过第一相位延迟层331后相位被延迟1/4个波长，经过第二相位延迟层333后相位被提前1/4个波长，使得第一偏振光经过第一相位延迟层331和第二相位延迟层333后相位差为0，使得第一偏振光的偏振态不变。

需要说明的是，本发明一些实施例中，第一偏振光和第二偏振光都为线偏振光。并且，第一相位延迟层331和第二相位延迟层333用于将线偏振光转换为圆偏振光，或，将圆偏振光转换为线偏振光。如，第一偏振光经过第一相位延迟层331后被转换为圆偏振光，圆偏振光经过第一相位延迟层331或第二相位延迟层333后再次被转换为线偏振光。

本发明一些实施例中，全息反射层332是根据全息术原理制成的衍射光学膜层。其中，可以通过设计全息反射层332的衍射图案设计光线的入射、反射和透射关系，使得全息反射层332具有角度选择性，即，使得全息反射层332能够反射预设角度α的光线，透射其他角度的光线。

需要说明的是，在制作全息反射层332时，通常采用点光源发出的物光和参考光对全息反射层332进行曝光。本发明一些实施例中，可以采用具有RGB三色波长的光对全息反射层332进行整体曝光，使得全息反射层332能够反射以预设角度α入射的光线中的红光、绿光和蓝光，使得全息反射层332反射的红光、绿光和蓝光能够混合形成显示图像所需的各种灰度的光。

当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，如图7所示，图7为本发明一个实施例提供的全息反射层的曝光方式示意图，全息反射层332包括阵列排布的多个反射区域7，每个反射区域7都包括相邻设置的第一子反射区7R、第二子反射区7G和第三子反射区7B，并且，多个第一子反射区7R、第二子反射区7G或第三子反射区7B也呈阵列排布。并且，第一子反射区7R用于反射光线中的红光，第二子反射区7G用于反射光线中的绿光，第三子反射区7B用于反射光线中的蓝光。

需要说明的是，图7中仅以子反射区的形状为六边形为例进行说明，但本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，子反射区的形状还可以为三角形、矩形或圆形等。其中，每个子反射区的尺寸大小可以为0.5mm~0.6mm。

还需要说明的是，在另一些实施例中，光学结构层33也可以不将外界光线透射至第一偏振反射层32，也就是说，采用该光波导器件的显示装置并不能透射背景光，即不能实现虚实结合的显示。在一些可选示例中，可以将第二偏振反射层334替换为全波长反射层，使得外界光线都被全波长反射层反射，从而不能进入光波导器件。

此外，在另一些实施例中，光波导器件还可以包括透光控制层，以通过透光控制层控制外界光线是否透过光波导器件。其中，透光控制层可以包括液晶光阀、电子开关或液晶雾化膜等。

本发明一些实施例中，如图8所示，图8为本发明另一实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，透光控制层34设置在光学结构层33背离光波导介质体31的一侧。

其中，在第一状态下，透光控制层34透射外界光线，使外界光线入射至光学结构层33，在第二状态下，透光控制层34阻挡外界光线，使外界光线不能入射至光学结构层33。

例如，透光控制层34为液晶光阀时，在第一状态下，液晶光阀开启，使得光线能够穿透液晶光阀，在第二状态下，液晶光阀关闭，使得光线不能穿透液晶光阀。

需要说明的是，本发明实施例中，还可以通过调整入射至光波导介质体31的光线的方向或角度，和/或，调整光波导器件的方向或角度，调整第二偏振光的出射方向，以使光波导器件能够满足实际应用中对出光方向或出光角度的需求。

如图8所示，光波导器件的方向可以为第一表面S1垂直水平面的方向，使得第二偏振光沿垂直于第一表面S1的方向出射，即从第一偏振反射层32出射的第二偏振光的出射方向与第一表面S1垂直。

在另一些实施例中，如图9所示，图9为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光波导器件的方向还可以为第二表面S2垂直水平面的方向，使第二偏振光沿垂直于第二表面S2的方向出射，即第一偏振反射层32出射的第二偏振光的出射方向与第二表面S2垂直。

由于在一些实施例中第一表面S1和第二表面S2的夹角为锐角，因此，第二偏振光经过第一偏振反射层32出射后，方向会发生偏移。基于此，本发明一些实施例中，光波导器件还包括光学矫正体，该光学矫正体用于矫正第一偏振反射层32出射的至少部分第二偏振光的出射方向。

如图10所示，图10为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光学矫正体35设置在第一偏振反射层32背离光波导介质体31的一侧，以对第一偏振反射层32出射的全部第二偏振光的出射方向进行矫正，使得第二偏振光的出射方向为所需的方向。

或者，如图11所示，图11为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光学矫正体35设置在光学结构层33背离光波导介质体31的一侧，以对第一偏振反射层32出射的部分第二偏振光的出射方向进行矫正，这里的部分第二偏振光是外界光线中透过光波导器件的第二偏振光。

本发明一些实施例中，光学矫正体35与光波导介质体31的折射率相同，并且，如图10或11所示，光学矫正体35包括第三表面S3和第四表面S4，第三表面S3和第四表面S4所在的平面具有第二夹角θ，第二夹角θ与第一夹角β相等。并且，第三表面S3与第一表面S1平行设置，第四表面S4与第二表面S2平行设置，以使外界环境中的第二偏振光穿透光波导器件之后，传播方向基本不变。需要说明的是，由于第一偏振反射层32和光学结构层33较薄，因此，光线在二者中折射导致的方向偏差可以忽略不计。

在上述任一实施例的基础上，本发明一些实施例中，光波导器件还包括偏振吸收层，该偏振吸收层用于吸收第一偏振光、透射第二偏振光。其中，偏振吸收层设置在第一偏振反射层32背离光波导介质体31的一侧，和/或，偏振吸收层设置在光学结构层33背离光波导介质体31的一侧。

需要说明的是，偏振吸收层的极性方向与第一偏振反射层32和第二偏振反射层334极性方向平行，以通过偏振吸收层吸收第一偏振光后，消除光的后向反射，避免第一偏振反射层32或第二偏振反射层334反射外界光线中的第一偏振光，对出射的第二偏振光造成干扰。由于偏振吸收层透射第二偏振光，因此，偏振吸收层并不会影响光波导器件出射和透射第二偏振光。

此外，本发明实施例中的光波导器件结构可以有效抑制界面反射光，该界面反射光也可以称为零级光。虽然每个界面都会产生界面反射光，但是，对于折射率比较接近的两个膜层的界面而言，界面反射光很弱，难以被人眼察觉，因此，可以忽略不计。如光波导介质体31与第一相位延迟层331交界面的反射光、第一相位延迟层331与全息反射层332交界面的反射光、全息反射层332与第二相位延迟层333交界面的反射光以及第二相位延迟层333与第二偏振反射层334交界面的反射光等。

但是，对于与空气接触的界面而言，界面反射光较强，需要消除这个界面反射光带来的干扰。以第二偏振反射层334与空气的接触的界面为例，从光波导介质体31出射的第一偏振光经过第一相位延迟层331、全息反射层332和第二相位延迟层333到达第二偏振反射层334与空气的交界面后仍为第一偏振光，即第二偏振反射层334与空气的交界面的界面反射光为第一偏振光，该界面反射光被反射后再次经过第二相位延迟层333、全息反射层332和第一相位延迟层331，仍为第一偏振光，该第一偏振光会被第一偏振反射层32反射，也就是说，该界面反射光会在第一偏振反射层32和第二偏振反射层334之间不断反射，不会出射至外界，干扰图像的显示。

需要说明的是，虽然第一偏振反射层32和第二偏振反射层334会反射第一偏振光，但是，其具有一定的反射率，仍会有少量第一偏振光会从第一偏振反射层32透射出去。而本发明实施例中，通过在第一偏振反射层32背离光波导介质体31的一侧设置偏振吸收层，使得偏振吸收层吸收掉少量透射出去的第一偏振光，可以进一步地抑制界面反射光。并且，设置偏振吸收层之后，与空气接触的界面为偏振吸收层的表面，由于偏振吸收层对第一偏振光的反射率较低，因此，可以进一步减少与空气接触的界面产生的界面反射光，从而可以进一步抑制界面反射光。

本发明一些实施例中，如图12所示，图12为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，偏振吸收层36设置在第一偏振反射层32背离光波导介质体31的一侧表面，以及光学结构层33背离光波导介质体31的一侧表面。

当然，本发明并不仅限于此，如图13所示，图13为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，偏振吸收层36还可以设置在光学结构层33和光学矫正体35之间。或者，如图14所示，图14为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，偏振吸收层36还可以设置在第一偏振反射层32和光学矫正体35之间。

或者，如图15所示，图15为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光学矫正体35位于光学结构层33和偏振吸收层36之间，或者说，偏振吸收层36还可以设置在光学矫正体35背离光学结构层33的一侧表面。或者，如图16所示，图16为本发明另一个实施例提供的光波导器件的剖面结构示意图，光学矫正体35位于第一偏振反射层32和偏振吸收层36之间，或者说，偏振吸收层36还可以设置在光学矫正体35背离第一偏振反射层32的一侧表面。

作为本发明实施例公开内容的另一种可选实现，本发明实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括如上任一实施例提供的光波导器件和微图像源。其中，微图像源用于向光波导器件出射图像显示所需的光线，该光线包括第一偏振光。

本发明实施例中，可以通过设定微图像源出射光线的角度，使得图像显示所需的第一偏振光都以预设角度入射至光学结构层33。其中，以其他角度入射的光包括环境光等杂散光。

如图17所示，图17为本发明一个实施例提供的显示装置的剖面结构示意图，微图像源40向光波导器件中的光波导介质体31出射图像显示所需的光线，之后，光线中的第一偏振光被第一偏振反射层32反射至光学结构层33。若第一偏振光入射至光学结构层33的角度为预设角度α，则光学结构层33会将第一偏振光转换为第二偏振光，并将第二偏振光反射至第一偏振反射层32，使得第二偏振光从第一偏振反射层32出射至外界的人眼中，人眼可以看到出射的第二偏振光形成的虚像。

若第一偏振光入射至光学结构层33的角度为其他角度，光学结构层33会将第一偏振光反射至第一偏振反射层32，第一偏振反射层32会再次反射第一偏振光，使得以其他角度入射的第一偏振光在第一偏振反射层32和光学结构层33之间不断反射，从而使得以其他角度入射的第一偏振光不会从光波导器件出射，干扰图像的显示。

需要说明的是，本发明一些实施例中，光学结构层33中的全息反射层具有屈光作用，可以对图像进行放大，因此，人眼可以看到放大后的图像，从而可以提升观看效果。

本发明一些实施例中，如图18所示，图18为本发明另一个实施例提供的显示装置的剖面结构示意图，光波导器件可以透射外界光线中的第二偏振光，因此，人眼不仅可以看到第二偏振光形成的虚拟图像，还可以看到现实物体反射的第二偏振光，即可以透过显示装置看到现实物体，从而可以看到虚实结合的图像。

基于此，本发明实施例中的显示装置可以是增强现实（AR）显示装置或虚拟现实（VR）显示装置等。并且，本发明实施例中的显示装置还可以为近眼显示装置。

本发明实施例中，微图像源包括激光图像源、LED图像源、OLED图像源或micro-LED图像源等。微图像源最优选为激光图像源，该激光图像源显示的图像为激光光源图像包括激光照明的LCD图像或者激光照明的微型投影仪投射在扩散膜上的投影实像。

次优选为自发光微图像源，该自发光微图像源显示的图像包括OLED微显示器显示的图像或者micro-LED显示的微显示图像。其中，可以在微图像源与光波导器件之间附加一个窄带滤光片，以对微图像源出射至光波导器件的光线进行过滤，提高显示效果。

最次选为非相干微图像源，该非相干微图像源显示的图像包括LED照明的LCD图像、不带窄带滤光片的OLED微显示器显示的图像或者micro-LED显示器显示的微显示图像。

作为本发明实施例公开内容的另一种可选实现，本发明实施例还提供了一种显示设备，该显示设备包括如上任一实施例提供的显示装置。本发明实施例的显示设备包括但不仅限于智能手机、平板电脑、智能电视、近眼显示设备如VR眼镜或AR眼镜等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种光波导器件，其特征在于，包括光波导介质体、第一偏振反射层和光学结构层；

所述光波导介质体包括相对的第一表面和第二表面，所述第一偏振反射层设置在所述第一表面上，所述光学结构层设置在所述第二表面上；

所述光波导介质体用于传播光线，所述光线包括第一偏振光；

所述第一偏振反射层用于反射所述第一偏振光、透射第二偏振光，所述第二偏振光与所述第一偏振光的偏振方向垂直；

所述光学结构层用于将以预设角度入射的所述第一偏振光转换为所述第二偏振光，并将所述第二偏振光反射至所述第一偏振反射层，将以其他角度入射的所述第一偏振光反射至所述第一偏振反射层。

2.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面所在的平面具有第一夹角，所述第一夹角为锐角，以改变再次传播到所述第一偏振反射层或所述光学结构层的第一偏振光的入射角度。

3.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述光学结构层还用于将外界光线中的第二偏振光透射至所述第一偏振反射层，以使所述外界光线中的第二偏振光透过所述光波导器件。

4.根据权利要求3所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括透光控制层；所述透光控制层设置在所述光学结构层背离所述光波导介质体的一侧；

在第一状态下，所述透光控制层透射外界光线，使所述外界光线入射至所述光学结构层；在第二状态下，所述透光控制层阻挡所述外界光线，使所述外界光线不能入射至所述光学结构层。

5.根据权利要求3或4所述的光波导器件，其特征在于，所述光学结构层包括第一相位延迟层、全息反射层、第二相位延迟层和第二偏振反射层；

所述第一相位延迟层、所述全息反射层、所述第二相位延迟层和所述第二偏振反射层依次设置在所述第二表面上；

所述第一相位延迟层和所述第二相位延迟层都用于对光线进行相位延迟；其中，所述第一偏振光经过所述第一相位延迟层和所述第二相位延迟层后偏振态不变，所述第一偏振光偶数次经过所述第一相位延迟层或所述第二相位延迟层后转换为所述第二偏振光；

所述全息反射层用于反射以所述预设角度入射的光线、透射以所述其他角度入射的光线；

所述第二偏振反射层用于反射所述第一偏振光、透射所述第二偏振光。

6.根据权利要求5所述的光波导器件，其特征在于，所述第一相位延迟层包括1/4波长相位延迟层；

所述第二相位延迟层包括3/4波长相位延迟层；

或者，所述第二相位延迟层包括1/4波长相位延迟层，但所述第二相位延迟层与所述第一相位延迟层的相位延迟方向相反。

7.根据权利要求5所述的光波导器件，其特征在于，所述全息反射层仅反射以所述预设角度入射的光线中的红光、绿光和蓝光。

8.根据权利要求7所述的光波导器件，其特征在于，所述全息反射层包括阵列排布的多个反射区域；

每个所述反射区域都包括第一子反射区、第二子反射区和第三子反射区；所述第一子反射区用于反射所述光线中的红光；所述第二子反射区用于反射所述光线中的绿光；所述第三子反射区用于反射所述光线中的蓝光。

9.根据权利要求2所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括光学矫正体；

所述光学矫正体设置在所述第一偏振反射层或所述光学结构层背离所述光波导介质体的一侧；所述光学矫正体用于矫正所述第一偏振反射层出射的至少部分第二偏振光的出射方向。

10.根据权利要求9所述的光波导器件，其特征在于，所述光学矫正体与所述光波导介质体的折射率相同；

所述光学矫正体包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面所在的平面具有第二夹角，所述第二夹角与所述第一夹角相等；

并且，所述第三表面与所述第一表面平行设置，所述第四表面与所述第二表面平行设置。

11.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述光波导器件还包括偏振吸收层；

所述偏振吸收层设置在所述第一偏振反射层背离所述光波导介质体的一侧，和/或，所述偏振吸收层设置在所述光学结构层背离所述光波导介质体的一侧；

所述偏振吸收层用于吸收所述第一偏振光、透射所述第二偏振光。

12.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，从所述第一偏振反射层出射的第二偏振光的出射方向与所述第二表面垂直，或者，从所述第一偏振反射层出射的第二偏振光的出射方向与所述第一表面垂直。

13.一种显示装置，其特征在于，包括微图像源和如权利要求1~12任一项所述的光波导器件；所述微图像源用于向所述光波导器件出射图像显示所需的光线，所述光线包括第一偏振光。

14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述微图像源包括激光图像源、LED图像源、OLED图像源或micro-LED图像源。

15.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求13或14所述的显示装置。

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