CN115981005A

CN115981005A - Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统

Info

Publication number: CN115981005A
Application number: CN202211724699.7A
Authority: CN
Inventors: 陶金; 马青
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-04-18

Abstract

MicroLED光波导AR眼镜的全彩化显示系统涉及光学成像技术领域，解决了现有体积大且存在色散的问题，影响显示图像的效果的问题，系统包括蓝色MicroLED显示芯片、投影透镜、耦入光栅、光波导、耦出光栅和颜色转换阵列薄膜；蓝色MicroLED显示芯片和耦入光栅分设在投影透镜的两侧，耦入光栅位于光波导的输入端上，耦出光栅的一侧连接光波导的输出端，另一侧上设有颜色转换阵列薄膜；所述颜色转换阵列薄膜的阵列单元为子像素单元，子像素单元包括红色量子点、绿色量子点和空白子像素点。本发明减小了系统的体积和重量，克服了色散的缺点，提高了全彩图显示效果的清晰度。

Description

Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统。

背景技术

增强现实(AR)与虚拟现实(VR)是近年来广受关注的科技领域，它们的近眼显示系统都是将显示器上的像素，通过一系列光学成像元件形成远处的虚像并投射到人眼中。不同之处在于，AR眼镜需要透视(see-through)，既要看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息，所以成像系统不能挡在视线前方。这就需要多加一个或一组光学组合器(opticalcombiner)，通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体，互相补充，互相“增强”。

AR设备的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成。微型显示屏现今多采用micro-LED。由于在AR眼镜中，要想光在传输的过程中无损失无泄漏，波导只负责传输图像，可以理解为“平行光进，平行光出”，所以光学元件多采用光波导。同时利用光波导，可以将显示屏和成像系统远离眼镜移到额头顶部或者侧面，这极大降低了光学系统对外界视线的阻挡，并且使得重量分布更符合人体工程学，从而改善了设备的佩戴体验。

对于AR眼镜来说，除了显示效果外，体积和重量是尤为重要的指标。传统MicroLED光波导AR眼镜的结构，如图1，采用红色Micro LED显示芯片1、蓝色Micro LED显示芯片2和绿色Micro LED显示芯片3作为光源，因此需要设置合光棱镜4将三色光合束，经过光波导7后耦出到人眼。这种全彩化显示系统的体积较大；需要传播红绿蓝三种颜色的光，因此存在一定的色散，影响显示图像的效果。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，包括蓝色Micro LED显示芯片、投影透镜、耦入光栅、光波导、耦出光栅和颜色转换阵列薄膜；蓝色Micro LED显示芯片和耦入光栅分设在投影透镜的两侧，耦入光栅位于光波导的输入端上，耦出光栅的一侧连接光波导的输出端，另一侧上设有颜色转换阵列薄膜；所述颜色转换阵列薄膜的阵列单元为子像素单元，子像素单元包括红色量子点、绿色量子点和空白子像素点。

本发明的有益效果是：

本发明Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统省略了合光棱镜，减小了光机结构的整体体积和重量。仅采用一片Micro LED显示芯片，降低了全彩化显示系统的成本，且通过采用蓝光Micro LED芯片保证了本发明的低功耗。光波导只需传播蓝光，克服了色散的缺点，提高了全彩图显示效果的清晰度。

附图说明

图1为传统Micro LED光波导AR眼镜的结构示意图。

图2为本发明的Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统的结构图。

图3为本发明的Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统的颜色转换阵列薄膜的结构图。

图中：1、红色Micro LED显示芯片，2、蓝色Micro LED显示芯片，3、绿色Micro LED显示芯片，4、合光棱镜，5、投影透镜，6、耦入光栅，7、光波导，8、耦出光栅，9、人眼，10、颜色转换阵列薄膜，11、红色量子点，12、绿色量子点，13、空白子像素点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

Micro LED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，如图2，包括蓝色Micro LED显示芯片、投影透镜5、耦入光栅6、光波导7、耦出光栅8和颜色转换阵列薄膜10。蓝色Micro LED显示芯片设置在投影透镜5的一侧，耦入光栅6设置在投影透镜5的另一侧。耦入光栅6和耦出光栅8相对设置，耦入光栅6位于光波导7的输入端上，耦出光栅8位于光波导7的输出端上。耦出光栅8的一侧连接光波导7的输出端，另一侧上设有颜色转换阵列薄膜10。颜色转换阵列薄膜10的阵列单元为子像素单元，如图3子像素单元包括红色量子点11、绿色量子点12和空白子像素点13。红色量子点11用于将从耦出光栅8出射的蓝光转换成红光；绿色量子点12用于将从耦出光栅8出射的蓝光转换成绿光；空白子像素点13用于透过蓝光，保持从耦出光栅8出射的蓝光。

上述子像素单元中的红色量子点11、绿色量子点12和空白子像素点13的面积相同。

蓝色Micro LED显示芯片发出的蓝光经投影透镜5准直后入射到耦入光栅6，经过耦入光栅6耦合到光波导7输入端，经过光波导7传输至光波导7输出端，再经耦出光栅8耦出到颜色转换阵列薄膜10上，入射到颜色转换阵列薄膜10上的蓝光经红色量子点11发出红光、经绿色量子点12发出绿光、经空白子像素点13输出蓝光，通过颜色转换阵列薄膜10实现全彩色显示，人眼9能够观察到全彩图像。

本实施方式中光波导7采用衍射光波导中的表面浮雕光栅，但不限于该种衍射光波导，也不限于衍射光波导。

与传统结构相比，本发明省略了合光棱镜4，因此减小了光机结构的整体体积。省略了合光棱镜4、绿光Micro LED显示芯片和红光Micro LED显示芯片，减轻了光机结构的重量。本发明将原来三片Micro LED显示芯片减少为一片，降低了全彩化显示系统的成本。由于其材料体系、外延生长工艺及芯片制作工艺较成熟，蓝光Micro LED芯片相比于绿光Micro LED显示芯片和红光Micro LED显示芯片具有更高的光电转换效率，这保证了本发明的低功耗。本发明中，光波导7只需传播蓝光，克服了色散的缺点，提高了全彩图显示效果的清晰度。本发明通过在光波导7偶出结构上设置颜色转化阵列，实现全彩化显示，且能够实现单色百万尼特的亮度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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

1.MicroLED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，其特征在于，包括蓝色MicroLED显示芯片、投影透镜、耦入光栅、光波导、耦出光栅和颜色转换阵列薄膜；蓝色MicroLED显示芯片和耦入光栅分设在投影透镜的两侧，耦入光栅位于光波导的输入端上，耦出光栅的一侧连接光波导的输出端，另一侧上设有颜色转换阵列薄膜；所述颜色转换阵列薄膜的阵列单元为子像素单元，子像素单元包括红色量子点、绿色量子点和空白子像素点。

2.如权利要求1所述的MicroLED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，其特征在于，所述蓝色MicroLED显示芯片发出的蓝光能够依次经投影透镜准直后入射到耦入光栅，经过耦入光栅耦合到光波导输入端，经过光波导传输至光波导输出端，再经耦出光栅耦出到颜色转换阵列薄膜上，蓝光经红色量子点发出红光、经绿色量子点发出绿光、经空白子像素点输出蓝光。

3.如权利要求1所述的MicroLED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，其特征在于，所述子像素单元中的红色量子点、绿色量子点和空白子像素的面积相同。

4.如权利要求1所述的MicroLED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，其特征在于，所述光波导采用衍射光波导。

5.如权利要求4所述的MicroLED光波导AR眼镜的全彩化显示系统，其特征在于，所述光波导采用表面浮雕光栅。