CN207301393U - 一种光波导显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光波导显示设备，包括光扫描装置、放大镜组和光波导，所述光波导具有光耦合结构和光线出射面；所述光扫描装置出射的扫描光线经过所述放大镜组后，被所述光耦合结构耦合至所述光波导中，再从所述光线出射面出射。由于在光扫描装置出射的扫描光线经过放大镜组，再被耦合到光波导后再出射的过程中，扫描光线仅会被耦合过程中的耦合效率和在光波导传播过程中的吸收效率影响，无需受到偏振处理和滤色处理，这样从光扫描装置中光源出射的光线一般会有60％以上的光线从光波导中出射，与液晶显示器相比，明显提高了光利用率，解决现有技术中存在的液晶显示器的光利用率较低的技术问题，从而实现了节能环保的技术效果。

Description

一种光波导显示设备

技术领域

本实用新型涉及光波导领域，尤其涉及一种光波导显示设备。

背景技术

目前的液晶显示器包括LCD和LED等类型，被广泛应用于家庭电视和商业办公等领域。液晶显示器的结构大致可以分为背光光源模组和液晶面板模组，控制液晶面板模组通过或遮蔽背光光源模组发出的光线，从而能够呈现出图像供用户观看。

液晶显示器中的背光光源模组包括光源、导光板、扩散板、棱镜片等组件，光源发出的光线一般只有38％左右的光线能够从背光光源模组中出射，进入到液晶面板模组中，进入液晶面板模组的光线在经过液晶面板模组中的偏光片、彩色滤光膜色彩层等结构后，以及在受到液晶面板模组的开口率影响后，最后只有约6％的光线能够从液晶显示器出射，光利用率较低。

可以看出，现有技术中存在液晶显示器的光利用率较低的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种光波导显示设备，用以解决现有技术中存在的液晶显示器的光利用率较低的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了一种光波导显示设备，包括光扫描装置、放大镜组和光波导，所述光波导具有光耦合结构和光线出射面；

所述光扫描装置出射的扫描光线经过所述放大镜组后，被所述光耦合结构耦合至所述光波导中，再从所述光线出射面出射。

可选地，所述光波导为楔形波导，所述楔形波导中厚度较厚的一端具有所述光耦合结构。

可选地，所述光波导为平板波导，所述光线出射面设置有微棱镜阵列、微反射镜阵列或衍射微结构。

可选地，所述光扫描装置包括光源和光扫描单元；所述光源包括红光发光单元、绿光发光单元、蓝光发光单元和合光装置，所述合光装置用于将所述红光发光单元、所述绿光发光单元和所述蓝光发光单元各自出射的光线组合在一起；所述光源出射的光线被所述光扫描单元按照预设的扫描方式进行偏转。

可选地，所述光扫描单元为扫描光纤或MEMS振镜。

可选地，在所述光扫描单元为扫描光纤时，所述光扫描装置还包括光耦合单元，所述光耦合单元用于将所述光源出射的光线耦合入所述扫描光纤中。

可选地，在所述光扫描单元为扫描光纤时，所述扫描光纤的入射端设置有透镜结构。

可选地，所述光线出射面设置有背投屏幕。

可选地，所述光波导上与所述光线出射面相对的另一面设置有电致变色板。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

由于在光扫描装置出射的扫描光线经过放大镜组，再被耦合到光波导后再出射的过程中，扫描光线仅会被耦合过程中的耦合效率和在光波导传播过程中的吸收效率影响，无需受到偏振处理和滤色处理，这样从光扫描装置中光源出射的光线一般会有60％以上的光线从光波导中出射，与液晶显示器相比，明显提高了光利用率，解决现有技术中存在的液晶显示器的光利用率较低的技术问题，从而实现了节能环保的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的光波导显示设备的模块图；

图2A为本实用新型实施例提供的光波导显示设备的第一种实现方式的结构图；

图2B为本实用新型实施例提供的在光波导上通过贴附的方式设置微棱镜阵列的示意图；

图2C为本实用新型实施例提供的在光波导上通过刻蚀的方式设置微反射镜阵列的示意图；

图3为透镜光纤的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种光波导显示设备，用以解决现有技术中存在的液晶显示器的光利用率较低的技术问题。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的光波导显示设备的模块图，如图1所示，该光波导显示设备包括光扫描装置101、放大镜组102和光波导103，光波导103具有光耦合结构1031和光线出射面1032；光扫描装置101出射的扫描光线经过放大镜组102后，被光耦合结构1031耦合至光波导103中，再从光线出射面1032出射，图1中箭头方向为扫描光线的传播方向。

光波导103是引导光线在其中传播的介质装置，光线在光波导103中传播的过程中，只要光线发生反射时满足全反射条件，全反射条件也即入射角大于临界角，即能够发生全反射，若光线发生反射时不满足全反射条件，则不会再发生全反射，而是会从光波导103中出射。

可以看出，由于在光扫描装置101出射的扫描光线经过放大镜组102，再被耦合到光波导103后再出射的过程中，扫描光线仅会被耦合过程中的耦合效率和在光波导103传播过程中的吸收效率影响，无需受到偏振处理和滤色处理，这样从光扫描装置101中光源1011出射的光线一般会有60％以上的光线从光波导103中出射，与液晶显示器相比，明显提高了光利用率，解决现有技术中存在的液晶显示器的光利用率较低的技术问题，从而实现了节能环保的技术效果。

在接下来的部分中，将结合附图，详细介绍上述技术方案。

请参考图2A，图2A为本实用新型实施例提供的光波导显示设备的结构图，如图2A所示，该光波导显示设备包括光扫描装置101、放大镜组102和光波导103，其中，光波导103具体可以为楔形波导，楔形波导中厚度较厚的一端具有光耦合结构1031，如图2A所示，光耦合结构1031具体为一个斜面，楔形波导中厚度较薄的一端具有光线出射面1032。

如图2A所示，光扫描装置101出射的光线经过放大镜组102后，被光耦合结构1031耦合后即会在楔形波导中发生全反射，直到反射至楔形波导较薄的部分后，不再满足“入射角大于临界角”这一全反射条件之后，即会从光线出射面1032出射。

请继续参考图2B，图2B为本实用新型实施例提供的在光波导上通过贴附的方式设置微棱镜阵列的示意图，这样，如图2B所示，平板波导在通过贴附的方式设置微棱镜阵列后，使得在平板波导中进行全反射的光线在该处不再发生全反射，而是从该处出射，该处也即光线出射面1032。

请参考图2C，图2C为本实用新型实施例提供的在光波导上通过刻蚀的方式设置微反射镜阵列的示意图，如图2C所示，光波导103具体为平板波导，平板波导的一端设置有光耦合结构1031，与图2A中所示的光耦合结构1031一致，光耦合结构1031具体为一个斜面，平板波导的另一端可以通过刻蚀的方式设置微反射镜阵列，这样，通过微反射镜阵列改变平板波导该处的全反射条件，使得在平板波导中进行全反射的光线在该处不再发生全反射，而是从该处出射，该处也即光线出射面1032。需要说明的是，图2C中所示的虽然是微反射镜阵列，但该微反射镜阵列在该处所起的作用为破坏平板波导在该处的全反射条件，扫描光线仍然会从微反射镜阵列出射，而不会从该处反射，在此就不再赘述了。

在其他实施例中，还可以在平板波导上设置衍射微结构来改变该处的全反射条件，衍射微结构例如可以是衍射光栅、二元光学元件等等，在此不做限制，平板波导设置衍射微结构之后，使得在平板波导中进行全反射的光线在该处不再发生全反射，而是从该处出射，该处也即光线出射面1032。当然，在实际应用中，可以通过设置多层衍射微结构的方式，来避免设置衍射微结构所带来的色散现象，在此就不再赘述。

需要说明的是，在本实施例中，光扫描装置101和光线出射面1032位于光波导103的同一侧，在其他实施例中，光扫描装置101和光线出射面1032位于光波导103的不同侧，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述。

当然，在其他实施例中，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，通过在平板波导上设置其他合适的结构来改变平板波导在该处的全反射条件，以满足实际情况的需要，在此不做限制。

在具体实施过程中，请继续参考图2A，如图2A所示，光扫描装置101包括光源1011和光扫描单元1012，光源1011包括红光发光单元10111、绿光发光单元10112、蓝光发光单元10113和合光单元10114，合光单元10114用于将红光发光单元10111、绿光发光单元10112和蓝光发光单元10113各自出射的光线组合在一起，光源1011出射的光线被光扫描单元1012按照预设的扫描方式进行扫描。

在具体实施过程中，红光发光单元10111具体可以是红色激光光源1011或红色LED光源1011，绿光发光单元10112具体可以是绿色激光光源1011或绿色LED光源1011，蓝光发光单元10113具体可以是蓝色激光光源1011或蓝色LED光源1011，在此不做限制；在本实施例中，合光单元10114包括设置于红光发光单元10111的出射端的红光合光单元101141、设置于绿光发光单元10112的出射端的绿光合光单元101142和设置于蓝光发光单元10113的出射端的蓝光合光单元101143，请继续参考图2A和图2B，如图2A和图2B所示，在本实施例中，红光合光单元101141具体为设置于红光发光单元10111的出射端的反红光滤色片，绿光合光单元101142具体为设置于绿光发光单元10112的出射端的透红光反绿光滤色片，蓝光合光单元101143具体为设置于蓝光发光单元10113的出射端的反红绿光透蓝光滤色片，这样，通过反红光滤色片、透红光反绿光滤色片和反红绿光透蓝光滤色片即能够将红光发光单元10111、绿光发光单元10112或蓝光发光单元10113各自出射的光线组合在一起，在其他实施例中，根据红光发光单元10111、绿光发光单元10112和蓝光发光单元10113之间的光路设计的不同，合光装置中各个合光单元10114的反射光或透射光的特性也会相应不同，在此不做限制。

在具体实施过程中，光扫描单元1012具体可以为扫描光纤或MEMS(英文：Micro-Electro-Mechanical System；中文：微机电系统)振镜。扫描光纤是指能够实现扫描功能的光纤，在实际应用中，可以将光纤贴附在压电陶瓷上，压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，利用压电效应，改变施加在压电陶瓷上的电压，从而驱动光纤进行振动，或者也可以在光纤的扫描端部涂覆磁性金属层，再在光纤外部设置电磁场，通过改变电磁场的大小、方向等等，从而驱动光纤进行振动，在此不做限制；MEMS振镜可以是2个一维振镜或者1个二维振镜，通过改变输入MEMS振镜的电信号，即能够驱动MEMS振镜进行振动，在此就不再赘述了。

在光扫描单元1012具体为扫描光纤时，光扫描装置101还包括光耦合单元1013，光耦合单元1013用于将光源1011出射的光线耦合到扫描光纤中，请继续参考图2A、图2B和图2C，如图2A、图2B和图2C所示，在本实施例中，光耦合单元1013具体为准直透镜。

为了简要地说明本实用新型实施例中的技术方案，图2B和图2C仅示出了光纤1012、放大镜组102和光波导103，光波导显示设备的其他结构清参考图2A，在此就不再赘述了。

在另一实施例中，扫描光纤的入射端设置有透镜结构，也即该扫描光纤具体为透镜光纤(lensed fiber)，扫描光纤可以通过烧结或者研磨等方式在光纤一端形成球形、楔形或锥形等透镜，提高扫描光纤的数值孔径，从而提高扫描光纤的收光率，这样即无需再设置光耦合单元，请参考图3，图3为透镜光纤的结构示意图，如图3所示，透镜光纤的入射端设置有球形的透镜结构10121。

在实际应用中，可以通过控制扫描光纤的振动，或者控制MEMS振镜的偏转，使得从扫描光纤或者MEMS振镜出射的光线被光扫描单元1012能够按照预设的扫描方式进行偏转，预设的扫描方式可以是栅格式扫描、李萨茹扫描或者螺旋式扫描等等，在此不做限制。

针对一幅待扫描图像，光扫描单元1012按照预设的扫描方式将光源1011出射的光线进行偏转，并且在扫描到待扫描图像上的每一个像素点时，光源1011出射与该像素点对应色彩的光线，这样，根据人眼的暂留效应，用户即能够获得该待扫描图像的视觉体验，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，为了保证光扫描单元1012在扫描待扫描图像上的像素点时，光源1011能够出射该像素点对应色彩的光线，光扫描装置101还包括图像控制器1014，图像控制器103分别与光源1011、光扫描单元1012相连，一方面控制光扫描装置1012按照预设的扫描方式进行扫描，另一方面控制光源1011出射待扫描图像中对应色彩的光线，从而保证能够正确地扫描出待扫描图像。

在实际应用中，图像控制器1014可以是单独的处理芯片，也可以集成在光波导显示设备中的其他处理芯片中，本领域所属的技术人员能够根据实际情况进行选择，以满足实际情况的需要，在此不做限制。

在具体实施过程中，如图2A、图2B和图2C所示，由于光线从光波导103出射的方向已经确定，这样会导致整个光波导显示设备的可视角度较小，所以本实用新型实施例提供的光波导显示设备还包括背投屏幕104，该背投屏幕104设置在光波导103的光线出射面1032，背投屏幕104具体可以是散射膜等等，这样，光线在从光线出射面1032出射之后，即能够在背投屏幕104的作用下，形成散射光，扩大光线从背投屏幕104出射后的角度，从而扩大光标显示设备的可视角度，在此就不再赘述了。

在实际应用中，背投屏幕104可以采用PVC等高透光性材料制成，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，光波导显示设备可以为智能手机、平板电脑等等，由于光波导103为透明光波导103，所以光源1011出射的光线在通过透明光波导103后再进入用户的眼睛，用户即能够获得光波导显示设备提供的图像的视觉体验，并且光波导显示设备背后侧的环境光线也能够透射过透明光波导103而进入用户的眼睛，从而能够向用户提供一种新的奇趣超控体验，特别适用于增强现实(英文：Augmented Reality；简称：AR)领域。

在具体实施过程中，如前，在光波导103为透明光波导103时，环境光线能够透射过透明光波导103而进入人眼，但在环境光线的强度较高时，会造成光波导显示设备的对比度下降，因此，请继续参考图2A、图2B和图2C，如图2A、图2B和图2C所示，本实用新型实施例提供的光波导显示设备还包括电致变色板105，电致变色板105设置在光波导103上与光线出射面1032相对的另一面。

电致变色是指材料的光学属性如反射率、透过率或吸收率等在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化现象，在本实施例中，需要电致变色板105的透过率在外加电场的作用下发生变化，使得强度较高的环境光线不会透射过透明光波导103而进入人眼，从而提高光波导显示设备的对比图，提高用户的视觉体验。

在实际应用中，电致变色板105可以采用无机电致变色材料或有机电致变色材料制成：无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等，在此不做限制。

在实际应用中，可以通过设置电致变色板驱动器来调整施加在电致变色板105上的外加电场，从而改变电致变色板105内部分子对光的吸收能力，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

由于在光扫描装置101出射的扫描光线经过放大镜组102，再被耦合到光波导103后再出射的过程中，扫描光线仅会被耦合过程中的耦合效率和在光波导103传播过程中的吸收效率影响，无需受到偏振处理和滤色处理，这样从光扫描装置101中光源1011出射的光线一般会有60％以上的光线从光波导103中出射，与液晶显示器相比，明显提高了光利用率，解决现有技术中存在的液晶显示器的光利用率较低的技术问题，从而实现了节能环保的技术效果。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种光波导显示设备，其特征在于，包括光扫描装置、放大镜组和光波导，所述光波导具有光耦合结构和光线出射面；

所述光扫描装置出射的扫描光线经过所述放大镜组后，被所述光耦合结构耦合至所述光波导中，再从所述光线出射面出射。

2.如权利要求1所述的光波导显示设备，其特征在于，所述光波导为楔形波导，所述楔形波导中厚度较厚的一端具有所述光耦合结构。

3.如权利要求1所述的光波导显示设备，其特征在于，所述光波导为平板波导，所述光线出射面设置有微棱镜阵列、微反射镜阵列或衍射微结构。

4.如权利要求1所述的光波导显示设备，其特征在于，所述光扫描装置包括光源和光扫描单元；所述光源包括红光发光单元、绿光发光单元、蓝光发光单元和合光装置，所述合光装置用于将所述红光发光单元、所述绿光发光单元和所述蓝光发光单元各自出射的光线组合在一起；所述光源出射的光线被所述光扫描单元按照预设的扫描方式进行偏转。

5.如权利要求4所述的光波导显示设备，其特征在于，所述光扫描单元为扫描光纤或MEMS振镜。

6.如权利要求5所述的光波导显示设备，其特征在于，在所述光扫描单元为扫描光纤时，所述光扫描装置还包括光耦合单元，所述光耦合单元用于将所述光源出射的光线耦合入所述扫描光纤中。

7.如权利要求5所述的光波导显示设备，其特征在于，在所述光扫描单元为扫描光纤时，所述扫描光纤的入射端设置有透镜结构。

8.如权利要求1所述的光波导显示设备，其特征在于，所述光线出射面设置有背投屏幕。

9.如权利要求1或8所述的光波导显示设备，其特征在于，所述光波导上与所述光线出射面相对的另一面设置有电致变色板。