CN116203668A - 波导型显示装置 - Google Patents

Abstract

一种显示装置包括：波导；输入耦合器，在波导上并被配置为将包含图像的光引入到波导中；以及输出耦合器，在波导上并被配置为将在波导中行进的光输出到波导的外部，其中输出耦合器包括多个第一衍射光栅元件，所述多个第一衍射光栅元件彼此分开布置并被配置为衍射在波导中行进的光当中的处于第一波长带的第一光部分。

Description

波导型显示装置

技术领域

本公开涉及波导型显示装置，更具体地，涉及具有扩展的焦深的波导型显示装置。

背景技术

虚拟现实是指使用户能够在由计算机创建的虚拟世界中具有逼真体验的技术。增强现实是指用于将虚拟图像与真实世界的物理环境或空间组合的技术。用于实现虚拟现实或增强现实的近眼显示器被配置为通过组合光学图像和立体图像而在空间中再现虚拟图像。分辨率和处理是这种近眼显示器的关键因素。

近眼显示装置通过使用能够将光的方向改变为预期方向的非常薄的波导和非常薄的衍射光学器件来提供光源的图像信息，因此可以具有小体积。除了具有非常小的厚度之外，衍射光学器件还可以对于以特定角度入射并具有特定波长的光具有选择性。基于上述特性，衍射光学器件可以被设计为在仅操纵在波导内行进的光的同时，透射来自真实对象的光。

发明内容

通过全反射在波导内传播的光在被输出耦合器衍射的同时，作为平行光线输出，因此包括这种波导的显示装置可以提供宽的眼动范围(eyebox)。

然而，因为平行光线具有无限的深度位置，所以具有正常视力的人可能无法清楚地观看由平行光线形成的图像。

提供了具有增加的焦深的波导型显示装置。

另外的方面将部分地在以下描述中阐述，并将部分地自该描述明显，或者可以通过实践本公开的实施方式而获知。

根据本公开的一方面，一种显示装置包括：波导；在波导上的输入耦合器，该输入耦合器被配置为将对应于图像的光引入到波导中；以及在波导上的输出耦合器，该输出耦合器被配置为将在波导内行进的光输出到波导的外部，其中输出耦合器包括彼此分开布置的多个第一衍射光栅元件，所述多个第一衍射光栅元件被配置为衍射在波导内行进的光当中的处于第一波长带的第一光部分，以及其中所述多个第一衍射光栅元件当中的相邻的第一衍射光栅元件之间的间隙大于所述多个第一衍射光栅元件中的每个的宽度和长度。

相邻的第一衍射光栅元件之间的间隙可以是所述多个第一衍射光栅元件中的每个的宽度和长度中的至少一个的约两倍至约五倍。

所述多个第一衍射光栅元件中的每个的宽度和长度中的至少一个可以为约100μm至约2mm。

所述多个第一衍射光栅元件可以被布置为使得布置在输出耦合器的中心区域中的相邻的第一衍射光栅元件之间的节距小于布置在输出耦合器的外围区域中的相邻的第一衍射光栅元件之间的节距。

布置在输出耦合器的中心区域中的每个第一衍射光栅元件的厚度可以大于布置在输出耦合器的外围区域中的每个第一衍射光栅元件的厚度。

所述多个第一衍射光栅元件中的每个可以将第一光部分衍射成多个衍射级，使得第一光部分在多个方向上输出。

由输出耦合器衍射的光当中的入射在用户瞳孔上的光束的尺寸可以小于用户瞳孔的尺寸。

输出耦合器还可以包括：彼此分开布置的多个第二衍射光栅元件，所述多个第二衍射光栅元件被配置为衍射在波导内行进的光当中的处于不同于第一波长带的第二波长带的第二光部分；以及彼此分开布置的多个第三衍射光栅元件，所述多个第三衍射光栅元件被配置为衍射在波导内行进的光当中的处于不同于第一波长带和第二波长带的第三波长带的第三光部分。

所述多个第一衍射光栅元件、所述多个第二衍射光栅元件和所述多个第三衍射光栅元件可以交替且重复地布置。

所述多个第一衍射光栅元件当中的每个第一衍射光栅元件与所述多个第二衍射光栅元件当中的相应的相邻第二衍射光栅元件之间的间隙可以小于所述多个第一衍射光栅元件和所述多个第二衍射光栅元件中的每个的宽度。

所述多个第一衍射光栅元件、所述多个第二衍射光栅元件和所述多个第三衍射光栅元件中的每个衍射光栅元件可以与波导直接接触。

所述多个第一衍射光栅元件、所述多个第二衍射光栅元件和所述多个第三衍射光栅元件中的每个衍射光栅元件可以被配置为衍射红光、绿光或蓝光。

输出耦合器还可以包括彼此分开布置的多个第四衍射光栅元件，所述多个第四衍射光栅元件被配置为衍射第一光部分，其中所述多个第一衍射光栅元件以第一视角输出第一光部分，所述多个第四衍射光栅元件可以以不同于第一视角的第二视角输出第一光部分。

所述多个第一衍射光栅元件可以被配置为将第一光部分衍射成0级和正衍射级，使得第一光部分以第一视角输出，所述多个第四衍射光栅元件被配置为将第一光部分衍射成0级和负衍射级，使得第一光部分以第二视角输出。

输出耦合器可以在波导的弯曲表面上。

所述多个第一衍射光栅元件中的至少一个可以具有圆形截面形状、椭圆形截面形状和多边形截面形状当中的任何一种。

所述多个第一衍射光栅元件可以被纳米压印在波导上。

波导可以透射对应于外部环境的光。

显示装置还可以包括图像模块，该图像模块被配置为将对应于图像的光提供到输入耦合器。

显示装置可以包括近眼显示装置。

附图说明

本公开的某些实施方式的以上及其它方面、特征和优点将由以下结合附图的描述更加明白，附图中：

图1是示意性地示出根据一实施方式的波导型显示装置的视图；

图2A是示出根据一实施方式的其中衍射光栅元件以变化的节距布置的输出耦合器的视图；

图2B是示出根据一实施方式的其中衍射光栅元件具有不同厚度的输出耦合器的视图；

图3是示出根据一比较例的包括板形输出耦合器的光学耦合器的视图；

图4A和图4B是示出入射在瞳孔上的光场与焦深之间的关系的视图；

图5是示出根据一实施方式的包括波长选择性输出耦合器的光学耦合器的视图；

图6是示出根据一实施方式的包括波长选择性输出耦合器的光学耦合器的视图；

图7是示出根据一实施方式的包括能够提供不同视角的输出耦合器的光学耦合器的视图；

图8和图9是示出根据各种实施方式的能够选择波长并提供不同视角的输出耦合器的布置的视图；

图10是示出根据一实施方式的包括弯曲波导的光学耦合器的视图；

图11是示出根据一实施方式的一类近眼显示装置的视图；以及

图12是根据一实施方式的显示装置的框图。

具体实施方式

现在将详细参照其示例在附图中示出的实施方式，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。就此而言，实施方式可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于在此阐述的描述。因此，下面通过参照附图仅描述实施方式，以说明方面。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列举项目的任何和所有组合。当在元素列表之后时，诸如“中的至少一个”的表述修饰整个元素列表，而不修饰该列表中的个别元素。

在下文中，将参照附图描述示例实施方式。实施方式的以下描述是为了具体说明技术思想，而不应被解释为限制本公开的范围。可由本领域普通技术人员容易地从实施方式进行的修改或改变应被解释为包括在本公开的范围内。

在实施方式的以下描述中，诸如“由……构成”、“由……形成”、“包括”、“包含”、“包括……的”和“包含……的”的表述或术语不应被解释为总是包括所有指定的元件、工艺或操作，而是可以被解释为不包括指定的元件、工艺或操作中的一些，或被解释为进一步包括其它元件、工艺或操作。在本公开中，诸如“单元”或“模块”的术语可以用来表示具有至少一种功能或操作并用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现的单元。

此外，尽管使用诸如“第一”和“第二”的术语来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。

在以下描述中，当一元件被称为“在”另一元件“之上”或“上”时，它可以在与该另一元件接触的同时直接在该另一元件的上侧、下侧、左侧或右侧，或者可以在该另一元件的上侧、下侧、左侧或右侧之上而不与该另一元件接触。现在将参照附图描述实施方式，但是这些实施方式仅是示例。

图1是示意性地示出根据一实施方式的波导型显示装置1(例如，显示装置)的视图。波导型显示装置1可以是近眼显示装置。

参照图1，波导型显示装置1可以包括：图像模块10，被配置为提供“对应于图像的光”(在下文中，它可以被简称为“图像”或“光”)；以及光学耦合器20，被配置为通过将从图像模块10提供的对应于图像的光与对应于真实环境的光组合来提供光。

图像模块10可以提供对应于图像的光。图像模块10可以响应于电信号来输出对应于图像的光。图像模块10可以包括例如LCD、硅上液晶(LCoS)、OLED显示器或LED显示器。

光学耦合器20可以包括：波导22，在该波导22中对应于图像的光在被全内反射的同时进行传播，并且该波导22透射对应于外部环境的光；输入耦合器24，对应于图像并来自图像模块10的光通过该输入耦合器24被引入到波导22中；以及输出耦合器26，对应于图像并在波导22内行进的光通过该输出耦合器26被输出到波导22的外部。

在波导22中，对应于图像的光可以通过全反射传播。波导22可以包括透明构件，诸如玻璃构件或透明塑料构件。

入射在输入耦合器24上的对应于图像的光被输入耦合器24衍射，使得对应于图像的光可以在波导22中沿波导22的长度方向(例如，沿图1所示的y方向)传播。对应于图像的光可以垂直地或倾斜地入射在输入耦合器24上。输入耦合器24可以是被配置为衍射入射图像的衍射光学器件或全息光学器件。

当在波导22中传播的对应于图像的光入射在输出耦合器26上时，输出耦合器26衍射该光并将其输出到位于波导22外部的用户的眼睛。在波导22内全内反射的光可以作为平行光线从输出耦合器26输出，因此波导型显示装置1可以形成宽的眼动范围。

根据一实施方式，输出耦合器26可以具有针孔阵列结构。由于针孔阵列结构，输出耦合器26的孔径可以减小。当输出耦合器26的孔径小时，输出耦合器26可以具有扩展的焦深。

根据一实施方式，输出耦合器26可以包括彼此分开并被配置为衍射入射光的多个衍射光栅元件200。衍射光栅元件200当中的相邻的衍射光栅元件之间的间隙d可以大于每个衍射光栅元件200的宽度w和长度。当在波导22内传播的光入射在衍射光栅元件200上时，衍射光栅元件200可以通过将光衍射成多个衍射级而在多个方向上输出光。

入射光从衍射光栅元件200衍射并输出，因此衍射光栅元件200可以用作对光的孔径。衍射光栅元件200彼此分开，并且相邻的衍射光栅元件200之间的间隙d大于每个衍射光栅元件200的宽度w和长度，使得输出耦合器26可以具有包括一组小针孔的针孔阵列结构。

相邻的衍射光栅元件200之间的间隙d可以是每个衍射光栅元件200的宽度w和长度中的至少一个的约两倍至约五倍。例如，每个衍射光栅元件200的宽度w和长度中的至少一个可以为约100μm至约2mm，并且相邻的衍射光栅元件200之间的间隙d可以为约300μm至约10mm。

根据一实施方式，衍射光栅元件200中的至少一个可以具有圆形或椭圆形截面形状，或具有多边形截面形状，诸如四边形或六边形截面形状。用户的瞳孔E的截面形状是圆形的，因此衍射光栅元件200的截面形状可以是圆形的。或者，衍射光栅元件200可以具有六边形截面形状，在这种情况下，衍射光栅元件200之间的间隙d可以是恒定的。然而，实施方式不限于此。衍射光栅元件200可以具有各种截面形状，例如，衍射光栅元件200可以具有彼此不同的截面形状。

衍射光栅元件200之间的节距P(间隙d和宽度w之和)可以是恒定的，或者可以取决于在输出耦合器26中的位置而变化。

图2A是示出根据一实施方式的其中衍射光栅元件200a以变化的节距布置的输出耦合器26a的视图。参照图2A，布置在输出耦合器26a的中心区域中的相邻的衍射光栅元件200a之间的节距P1可以不同于布置在输出耦合器26a的外围区域中的相邻的衍射光栅元件200a之间的节距P2。例如，布置在输出耦合器26a的中心区域中的相邻的衍射光栅元件200a之间的节距P1可以小于布置在输出耦合器26a的外围区域中的相邻的衍射光栅元件200a之间的节距P2。或者，衍射光栅元件200a之间的节距P可以在从输出耦合器26a的外围区域到中心区域的方向上逐渐减小。

一般地，输出耦合器26a被制造为使得输出耦合器26a的中心和用户的瞳孔E可以彼此对准，因此，当布置在输出耦合器26a的中心区域中的相邻的衍射光栅元件200a之间的节距P1小于布置在输出耦合器26a的外围区域中的相邻的衍射光栅元件200a之间的节距P2时，输出耦合器26a的衍射效率可以是高的。

图2B是示出包括具有不同厚度的衍射光栅元件200b的输出耦合器26b的视图。参照图2B，布置在输出耦合器26b的中心区域中的每个衍射光栅元件200b的厚度t1可以不同于布置在输出耦合器26b的外围区域中的每个衍射光栅元件200b的厚度t2。例如，布置在输出耦合器26b的中心区域中的每个衍射光栅元件200b的厚度t1可以大于布置在输出耦合器26b的外围区域中的每个衍射光栅元件200b的厚度t2。或者，衍射光栅元件200b的厚度t可以在从输出耦合器26b的外围区域到中心区域的方向上逐渐增大。一般地，当衍射光栅元件200b的厚度t在输出耦合器26b的中心区域中比在输出耦合器26b的其它区域中大时，输出耦合器26b的衍射效率可以是高的。

根据一实施方式，可以将衍射光栅元件200纳米压印在波导22上。在这种情况下，因为将衍射光栅元件200纳米压印在波导22上，所以可以容易地制造光学耦合器20。

图3是示出根据一比较例的包括板形输出耦合器300的光学耦合器的视图。参照图3，因为输出耦合器300具有板形，所以从输出耦合器300衍射的光的相同场分量彼此平行地行进。此外，对应于图像的光入射在用户的整个瞳孔E上，因此焦深非常小。因此，用户可能认出对应于该光的图像在无限深度(或距离)处被再现。即，可以认为图像聚焦在无限远处。

一般地，用户不容易观察到聚焦在无限远处的图像。即，聚焦到无限远处的图像可具有较差的锐度(sharpness)。因此，在相关技术的波导型显示装置中，光学透镜可以附接到波导的前面或后面。例如，凹透镜可以设置在波导和用户眼睛之间，以将图像的深度从无限远带到有限距离。为了将有限距离设置得更短，更强有力的凹透镜即更厚的凹透镜可能是必要的。

此外，因为凹透镜甚至减小对应于外部前景的光的焦距，所以用户还可能认出尺寸减小状态或畸变状态下的外部前景。因此，可以在波导和外部前景之间进一步布置能够抵消凹透镜的屈光力的凸透镜，以补偿外部前景的尺寸减小或畸变。即，因为一对凹透镜和凸透镜布置在光学耦合器的波导的两侧，所以光学耦合器可能又厚又重。

图4A和图4B是示出入射在瞳孔E上的光场与焦深之间的关系的视图。

焦深D可以根据覆盖瞳孔E的光场而变化。参照图4A，从输出耦合器输出的相同光场可以入射在瞳孔E的整个区域上。因为瞳孔E的其上入射光的区域大，所以聚焦的光的角度分量α1大，从而导致小的焦深D1。

相反，参照图4B，从输出耦合器输出的相同光场可以仅入射在瞳孔E的一部分上。因为相同光场入射在瞳孔E的一部分上，所以聚焦的光的角度分量α2小。随着角度分量α2减小，焦深D2可以增加。

返回参照图1，具有针孔阵列结构的输出耦合器26可以被构造为使得光可以仅入射在瞳孔E的一部分上。因为光仅入射在瞳孔E的一部分上，所以焦深D可以增加，因此用户可以感觉到由具有针孔阵列结构的输出耦合器26衍射的图像在比无限远短的距离处被再现。

具有针孔阵列结构的输出耦合器26可以被构造为根据光的波长来衍射光。图5是示出根据一实施方式的包括波长选择性输出耦合器26c的光学耦合器的视图。参照图5，波长选择性输出耦合器26c可以包括在波导22上的多个第一衍射光栅元件200R、多个第二衍射光栅元件200G和多个第三衍射光栅元件200B，其中第一衍射光栅元件200R可以被配置为衍射并输出入射光当中的处于第一波长带的第一光部分，第二衍射光栅元件200G可以被配置为衍射入射光当中的处于第二波长带的第二光部分，第三衍射光栅元件200B可以被配置为衍射入射光当中的处于第三波长带的第三光部分。第一至第三波长带可以彼此不同。例如，第一至第三光部分可以分别是红光、绿光和蓝光。

根据一实施方式，第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B可以彼此分开。即，每个第一衍射光栅元件200R可以与每个其它第一衍射光栅元件200R分开，每个第二衍射光栅元件200G可以与每个其它第二衍射光栅元件200G分开，每个第三衍射光栅元件200B可以与每个其它第三衍射光栅元件200B分开。

根据一实施方式，第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B可以在一个方向上逐一交替地布置。例如，第一衍射光栅元件200R、第二衍射光栅元件200G和第三衍射光栅元件200B可以在波导22的长度方向和宽度方向上重复地布置。第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B可以被布置为每个都与波导22接触。图5示出了第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B彼此分开。然而，实施方式不限于此。例如，第二衍射光栅元件200G可以与第一衍射光栅元件200R和第三衍射光栅元件200B接触。

第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B可以以与参照图1描述的方式和结构相同的方式和结构布置。

例如，相邻的第一衍射光栅元件200R之间的间隙可以大于每个第一衍射光栅元件200R的宽度和长度。相邻的第一衍射光栅元件200R之间的间隙可以是每个第一衍射光栅元件200R的宽度和长度中的至少一个的约两倍至约五倍。例如，每个第一衍射光栅元件200R的宽度和长度中的至少一个可以为约100μm至约2mm，并且相邻的第一衍射光栅元件200R之间的间隙可以为约300μm至约10mm。例如，每个第一衍射光栅元件200R与相邻的第二和第三衍射光栅元件200G和200B之间的间隙可以小于第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B中的每个的宽度。

根据一实施方式，第一衍射光栅元件200R中的至少一个可以具有圆形或椭圆形截面形状，或者具有多边形截面形状，诸如四边形或六边形截面形状。第一衍射光栅元件200R可以以恒定的节距布置。然而，实施方式不限于此。布置在波长选择性输出耦合器26c的中心区域中的相邻的第一衍射光栅元件200R之间的节距可以不同于布置在波长选择性输出耦合器26c的外围区域中的相邻的第一衍射光栅元件200R之间的节距。例如，布置在波长选择性输出耦合器26c的中心区域中的相邻的第一衍射光栅元件200R之间的节距可以小于布置在波长选择性输出耦合器26c的外围区域中的相邻的第一衍射光栅元件200R之间的节距。例如，相邻的第一衍射光栅元件200R之间的节距可以在从波长选择性输出耦合器26c的外围区域到中心区域的方向上逐渐减小。

此外，布置在波长选择性输出耦合器26c的中心区域中的第一衍射光栅元件200R的厚度可以不同于布置在波长选择性输出耦合器26c的外围区域中的第一衍射光栅元件200R的厚度。例如，布置在波长选择性输出耦合器26c的中心区域中的第一衍射光栅元件200R的厚度可以大于布置在波长选择性输出耦合器26c的外围区域中的第一衍射光栅元件200R的厚度。例如，第一衍射光栅元件200R的厚度可以在从波长选择性输出耦合器26c的外围区域到中心区域的方向上逐渐增大。

第二衍射光栅元件200G和第三衍射光栅元件200B可以以与第一衍射光栅元件200R相同的方式和结构布置，因此其描述将被省略。

因为第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B中的每个以波长选择性方式来衍射第一至第三光部分中的一个，所以入射在用户的瞳孔(E)上的第一光部分的尺寸可以小于瞳孔E的尺寸，并且第二和第三光部分的尺寸中的每个也可以小于瞳孔E的尺寸。因此，第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B可以通过增加焦深而提高图像的锐度。

此外，因为针孔阵列结构(例如，对应于第一衍射光栅元件200R的针孔阵列结构)的空间填充有除了在增加焦深方面起作用之外还在不同波长带中起作用的其它针孔阵列结构(例如，对应于第二和第三衍射光栅元件200G和200B的针孔阵列结构)，所以光学耦合器的尺寸不会由于第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B的布置而增大。

图6是示出根据一实施方式的包括波长选择性输出耦合器26d的光学耦合器的视图。将图6与图5进行比较，第一至第三衍射光栅元件200R、200G和200B可以在波导22的厚度方向上依次布置。这会增大光学耦合器的体积，但是可以进一步提高图像的锐度。

图7是示出根据一实施方式的包括能够提供不同视角的输出耦合器26e的光学耦合器的视图。参照图7，输出耦合器26e可以包括：多个第四衍射光栅元件200P，彼此分开并被配置为以第一视角衍射光；以及多个第五衍射光栅元件200N，彼此分开并被配置为以不同于第一视角的第二视角衍射光。例如，第四衍射光栅元件200P可以将光衍射成0级和正衍射级(例如，+1级)，第五衍射光栅元件200N可以将光衍射成0级和负衍射级(例如，-1级)。在这种情况下，对于不同的视角可以不同地形成衍射光栅元件，因此可以容易地制造输出耦合器26e。输出耦合器26e具有用于每个视角的针孔阵列结构，因此可以增加焦深。

图8和图9是示出根据各种实施方式的能够选择波长并提供不同视角的输出耦合器26f和26g的布置的视图。

参照图8，输出耦合器26f可以具有双层结构。例如，输出耦合器26f可以包括：第一输出耦合器310，与波导22接触地被提供并被配置为以第一视角衍射光；以及第二输出耦合器320，设置在第一输出耦合器310上并被配置为以第二视角衍射光。此外，第一输出耦合器310可以包括：衍射光栅元件200RP，被配置为衍射处于第一波长带的第一光部分；衍射光栅元件200GP，被配置为衍射处于第二波长带的第二光部分；以及衍射光栅元件200BP，被配置为衍射处于第三波长带的第三光部分。第二输出耦合器320可以包括：衍射光栅元件200RN，被配置为衍射处于第一波长带的第一光部分；衍射光栅元件200GN，被配置为衍射处于第二波长带的第二光部分；以及衍射光栅元件200BN，被配置为衍射处于第三波长带的第三光部分。

此外，参照图9，输出耦合器26g可以具有三层结构。例如，输出耦合器26g可以包括：第三输出耦合器330，在该第三输出耦合器330中被配置为以第一视角衍射入射在波导22上的光当中的处于第一波长带的第一光部分的衍射光栅元件200RP与被配置为以第二视角衍射入射在波导22上的光当中的处于第一波长带的第一光部分的衍射光栅元件200RN交替地布置；第四输出耦合器340，在该第四输出耦合器340中被配置为以第一视角衍射入射在第三输出耦合器330上的光当中的处于第二波长带的第二光部分的衍射光栅元件200GP与被配置为以第二视角衍射入射在第三输出耦合器330上的光当中的处于第二波长带的第二光部分的衍射光栅元件200GN交替地布置；以及第五输出耦合器350，在该第五输出耦合器350中被配置为以第一视角衍射入射在第四输出耦合器340上的光当中的处于第三波长带的第三光部分的衍射光栅元件200BP与被配置为以第二视角衍射入射在第四输出耦合器340上的光当中的处于第三波长带的第三光部分的衍射光栅元件200BN交替地布置。

图10是示出根据一实施方式的包括弯曲的波导22a的光学耦合器的视图。参照图10，波导22a可以是弯曲的。当如例如图3的比较例所示的板形输出耦合器设置在弯曲的波导22a上时，由该板形输出耦合器衍射的光线可能无法彼此平行地行进。结果，图像模糊会增加。

然而，在一实施方式中，具有针孔阵列结构的输出耦合器26可以设置在弯曲的波导22a上，因此，由具有针孔阵列结构的输出耦合器26衍射的光线可以彼此相对平行地行进。因此，图像模糊可以减少。

上述波导型显示装置1可以是近眼显示装置。例如，近眼显示装置可以应用于头戴式显示器(HMD)。近眼显示装置可以是眼镜型显示装置或护目镜型显示装置。图11是示出根据一实施方式的一类近眼显示装置的视图。

近眼显示装置可以与智能电话结合(或连接)地操作。

图12是示出根据一实施方式的显示装置2的框图。参照图12，显示装置2可以包括：从设备S，包括图像模块10、光学耦合器20和第一通信单元410；以及主设备M，包括第二通信单元420和处理器430。图像模块10和光学耦合器20与上面描述的那些相同，并且其描述将被省略。

从设备S可以是可穿戴设备，诸如近眼显示装置，主设备M可以是与可穿戴设备分离的电子设备，诸如移动电话或计算机。

控制命令可以通过第一通信单元410和第二通信单元420从处理器430提供到图像模块10。第一通信单元410和第二通信单元420可以包括短距离无线通信单元、移动通信单元等。

可以将通过处理器430来控制图像模块10的方法实现为软件程序，该软件程序包括存储在使用计算机可读的存储介质中的指令。计算机是能够读取存储在存储介质中的指令并根据上述实施方式使用这些指令来执行操作的设备，并且可以包括上述实施方式的任何显示装置。

如上所述，根据以上实施方式中的一个或更多个，波导型显示装置包括具有针孔阵列结构的输出耦合器，因此可以提供增加的焦深。因此，从波导输出的图像可以是清晰的。

应理解，在这里描述的实施方式应仅被认为是描述性的，而不是出于限制的目的。对每个实施方式内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其它实施方式中的其它类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

本申请基于2021年12月1日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0170363号韩国专利申请并要求其优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体合并于此。

Claims (20)

1.一种显示装置，包括：

波导；

在所述波导上的输入耦合器，所述输入耦合器被配置为将对应于图像的光引入到所述波导中；以及

在所述波导上的输出耦合器，所述输出耦合器被配置为将在所述波导内行进的光输出到所述波导的外部，

其中所述输出耦合器包括彼此分开布置的多个第一衍射光栅元件，所述多个第一衍射光栅元件被配置为衍射在所述波导内行进的光当中的处于第一波长带的第一光部分，以及

其中所述多个第一衍射光栅元件当中的相邻的第一衍射光栅元件之间的间隙大于所述多个第一衍射光栅元件中的每个的宽度和长度。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中相邻的第一衍射光栅元件之间的所述间隙是所述多个第一衍射光栅元件中的每个的所述宽度和所述长度中的至少一个的两倍至五倍。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件中的每个的所述宽度和所述长度中的至少一个为100μm至2mm。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件被布置为使得布置在所述输出耦合器的中心区域中的相邻的第一衍射光栅元件之间的节距小于布置在所述输出耦合器的外围区域中的相邻的第一衍射光栅元件之间的节距。

5.根据权利要求1所述的显示装置，其中布置在所述输出耦合器的中心区域中的每个第一衍射光栅元件的厚度大于布置在所述输出耦合器的外围区域中的每个第一衍射光栅元件的厚度。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件中的每个将所述第一光部分衍射成多个衍射级，使得所述第一光部分在多个方向上输出。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其中由所述输出耦合器衍射的光当中的入射在用户瞳孔上的光束的尺寸小于所述用户瞳孔的尺寸。

8.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述输出耦合器还包括：

彼此分开布置的多个第二衍射光栅元件，所述多个第二衍射光栅元件被配置为衍射在所述波导内行进的光当中的处于不同于所述第一波长带的第二波长带的第二光部分；以及

彼此分开布置的多个第三衍射光栅元件，所述多个第三衍射光栅元件被配置为衍射在所述波导内行进的光当中的处于不同于所述第一波长带和所述第二波长带的第三波长带的第三光部分。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件、所述多个第二衍射光栅元件和所述多个第三衍射光栅元件交替且重复地布置。

10.根据权利要求8所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件当中的每个第一衍射光栅元件与所述多个第二衍射光栅元件当中的相应的相邻第二衍射光栅元件之间的间隙小于所述多个第一衍射光栅元件和所述多个第二衍射光栅元件中的每个的宽度。

11.根据权利要求8所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件、所述多个第二衍射光栅元件和所述多个第三衍射光栅元件中的每个衍射光栅元件与所述波导直接接触。

12.根据权利要求8所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件、所述多个第二衍射光栅元件和所述多个第三衍射光栅元件中的每个衍射光栅元件被配置为衍射红光、绿光或蓝光。

13.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述输出耦合器还包括彼此分开布置的多个第四衍射光栅元件，所述多个第四衍射光栅元件被配置为衍射所述第一光部分，

其中所述多个第一衍射光栅元件以第一视角输出所述第一光部分，以及

其中所述多个第四衍射光栅元件以不同于所述第一视角的第二视角输出所述第一光部分。

14.根据权利要求13所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件被配置为将所述第一光部分衍射成0级和正衍射级，使得所述第一光部分以所述第一视角输出，以及

其中所述多个第四衍射光栅元件被配置为将所述第一光部分衍射成0级和负衍射级，使得所述第一光部分以所述第二视角输出。

15.根据权利要求13所述的显示装置，其中所述输出耦合器在所述波导的弯曲表面上。

16.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件中的至少一个具有圆形截面形状、椭圆形截面形状和多边形截面形状当中的任何一种。

17.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多个第一衍射光栅元件被纳米压印在所述波导上。

18.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述波导透射对应于外部环境的光。

19.根据权利要求1所述的显示装置，还包括图像模块，所述图像模块被配置为将所述对应于图像的光提供到所述输入耦合器。

20.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置包括近眼显示装置。

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