CN214586086U - 光波导组件、显示系统及显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光波导组件、显示系统及显示设备。光波导组件包括光波导单元，所述光波导单元包括第一表面和与所述第一表面平行的第二表面；在所述第一表面和所述第二表面的同一面上或不同面上设有耦入区域和耦出区域；其中，除所述第一表面和第二表面之外的其余表面上镀有高反射膜；光线从所述光波导单元的耦入区域耦入所述光波导单元，并从所述光波导单元的耦出区域射出。相较于现有技术，本申请在光波导的边缘设有高反射膜，将杂散光反射回光波导中，再次到达耦出区域，在抑制杂散光的同时，改善了耦出区域出射光线的亮度均匀性。

Description

光波导组件、显示系统及显示设备

技术领域

本申请涉及光波导技术领域，具体涉及一种光波导组件、显示系统及显示设备。

背景技术

现有的光波导结构光路，主要由耦入光栅、光波导、耦出光栅构成。光线以特定角度入射到耦入光栅，经过耦入光栅的作用进入光波导发生全反射，然后一部分光线到达耦入光栅耦出进入人眼，一部分光线继续发生全反射到达光波导的边缘浪费掉，形成杂散光。

目前，耦入光栅的衍射效率通常可以达到50％甚至更高，而耦出光栅由于扩瞳的原因，所以衍射效率很低，通常在5％，这就导致到达光波导边界形成的杂散光能量很高。

现有技术方案中，通常是在光波导的边缘涂抹吸收材料，将这部分杂散光吸收掉，降低杂散光的影响，但是与此同时也使光线能量造成了极大的浪费。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种光波导组件、显示系统及显示设备，以能够降低杂散光的不良影响。

本申请第一方面提供一种光波导组件，包括：光波导单元；其中，

所述光波导单元包括第一表面和与所述第一表面平行的第二表面；在所述第一表面和所述第二表面的同一面上或不同面上设有耦入区域和耦出区域；

其中，除所述第一表面和第二表面之外的其余表面上镀有高反射膜；

光线从所述光波导单元的耦入区域耦入所述光波导单元，并从所述光波导单元的耦出区域射出。

可选的，所述高反射膜包括金属膜、氧化膜或有机物。

可选的，所述光波导单元为长方体结构。

可选的，所述光波导组件还包括：耦入单元和耦出单元；所述耦入单元设在所述光波导单元的耦入区域，所述耦出单元设在所述光波导单元的耦出区域。

可选的，所述耦入单元和所述耦出单元均为衍射光栅。

本申请第二方面提供一种显示系统，所述显示系统包括显示单元与本申请第一方面所述的光波导组件；

所述显示单元发出的光线经由所述耦入单元从所述耦入区域耦入所述光波导单元，光线在所述光波导单元中传播后从所述耦出区域传出后进入所述耦出单元，光线经过所述耦出单元后传输至人眼。

本申请第三方面提供一种显示设备，包括本申请第二方面所述的显示系统。

可选的，所述显示设备包括增强现实设备。

本申请第一方面提供的光波导组件，包括：光波导单元；所述光波导单元包括第一表面和与所述第一表面平行的第二表面；在所述第一表面和所述第二表面的同一面上或不同面上设有耦入区域和耦出区域；其中，除所述第一表面和第二表面之外的其余表面上镀有高反射膜；光线从所述光波导单元的耦入区域耦入所述光波导单元，并从所述光波导单元的耦出区域射出。相较于现有技术，本申请在光波导的边缘设有高反射膜，将杂散光反射回光波导中，再次到达耦出区域，在抑制杂散光的同时，改善了耦出区域出射光线的亮度均匀性。

本申请第二方面提供的显示系统和第三方面提供的显示设备，由于采用了本申请第一方面提供的光波导组件，因而也可以抑制显示系统中的杂散光，同时改善显示图像的亮度均匀性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了相关技术中给出的一种光波导组件的结构示意图；

图2示出了本申请的一些实施方式所提供的一种光波导组件的截面图；

图3示出了本申请的一些实施方式所提供的一种光波导组件的俯视图；

图4示出了本申请的一些实施方式所提供的一种具体的光波导组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参考图1，其中的光波导单元边缘未作任何处理。如图1所示，光波导中光线的传输方向就是衍射光波导的扩瞳方向。光线在光波导中传输到耦出光栅时，一部分光线会从耦出光栅耦出到人眼中，另一部分光线会继续在波导片中进行全反射，直至到达波导片边缘出射形成杂散光。由于耦出光栅是均匀光栅，在扩瞳的过程中，光线入射到耦出光栅上的能量会越来越少，导致耦出光线能量会越来越低，从而出现如图1中所示的出射图像的亮度会越来越低。

(图中黑色圆点代表图像，从左至右颜色由深到浅，代表图像亮度越来越低)

光波导边缘未作任何处理时，会有很大一部分光线能量从光波导边缘出射，成为杂散光，造成了光线能量极大的浪费，并且会对测试和实际产品造成很大的影响。

请参考图2和图3，图2示出了本申请的一些实施方式所提供的一种光波导组件的截面图，图3示出了本申请的一些实施方式所提供的一种光波导组件的俯视图，如图2、3所示，该光波导组件，包括：光波导单元100(该光波导单元也可以称为波导片)；

光波导单元100包括第一表面和与第一表面平行的第二表面；在第一表面和第二表面的同一面上或不同面上设有耦入区域和耦出区域；

例如，第一表面上设有耦入区域，第二表面上设有耦出区域；或者，第一表面上设有耦出区域，第二表面上设有耦入区域；或者，耦入区域和耦出区域均设于第一表面上；或者，耦入区域和耦出区域均设于第二表面上。

光波导单元100上除第一表面和第二表面之外的其余表面上镀有高反射膜。

如图2、3所示，光波导单元100的第一表面上设有耦入区域110，与第一表面平行的第二表面上设有耦出区域120，除第一表面和第二表面之外的其余表面上镀有高反射膜130；

值得一提的是，本申请中的耦入区域及耦出区域还可以同时设在第一表面上或者第二表面上。

光线从光波导单元的耦入区域110进入光波导单元，并从光波导单元的耦出区域120射出。

根据本申请的一些实施方式中，如图3所示，光波导单元100为长方体结构。示例性的，耦入区域110设于其底表面，耦出区域120设于其顶表面，其余侧面上均镀有高反射膜。

根据本申请的一些实施方式中，如图4所示，上述光波导组件还包括：耦入单元200和耦出单元300。耦入单元200设在光波导单元的耦入区域110，耦出单元300设在光波导单元的耦出区域120。

其中，耦入单元200用于将光线耦入光波导单元100中，光线在光波导单元100中传输后从耦出单元300耦出。

根据本申请的一些实施方式中，耦入单元200和耦出单元300均为衍射光栅，例如表面浮雕光栅和体全息光栅。当然还可以是其它类型的光栅，本申请在此不做限定。

根据本申请的一些实施方式中，上述各实施方式中的高反射膜包括金属膜、氧化膜或有机物。用户可以根据实际情况选用，本申请在此不做限定。高反射膜的镀制方法采用现有的方法即可，加工方便。

基于上述各实施方式，对本申请提供的光波导组件的工作过程介绍如下：

具体的，如图4所示，在光波导单元100的四周侧面镀高反射膜之后，光线传输到光波导单元100边缘时(图中实线光线，用I1表示)会被高反射膜全部反射回光波导单元100(图中虚线光线，用I2表示)。根据反射定律，入射角等于反射角，所以反射光线I2可以继续在光波导单元100中进行全反射。反射光线I2传输到耦出单元300时，由于光栅的衍射特性，同样会有光线能量经过耦出单元300耦合出射到人眼之中，这样就极大地提升了光波导组件整体的衍射效率。并且由于反射光线I2的传输方向与I1相反，由I2光线耦合出射的光线能量就如图4中第二行黑色圆点所示。

图中第一行黑色圆点代表I1耦出形成的图像，从左至右颜色由深到浅，代表图像亮度越来越低；图中第二行黑色圆点代表I2耦出形成的图像，从右至左颜色由深到浅，代表图像亮度越来越低。第一行图像和第二行图像互补，能够有效补偿由于光波导扩瞳带来的出射光线亮度不均匀的情况，从而使光波导的出射光线亮度相对均匀。

反射光线I2会在光波导单元100中一直反射到耦入单元200所在的耦入区域110。由于耦入单元200只对正入射的光线进行响应，所以I2不会经过耦入单元200出射，不会形成杂散光。并且在耦入单元200的边界同样会镀高反射膜，所以I2会被再次反射回光波导单元100中，再次到达耦出单元300所在的耦入区域120，这样多次反复，能够有效抑制光波导中杂散光的传播，提升光波导整体的衍射效率，并且改善出射光线亮度均匀性。本申请提供的光波导组件易于加工，非常适合量产。

本申请还提供一种显示系统，该显示系统包括显示单元与本申请前述实施例提供的光波导组件；

显示单元发出的光线经由耦入单元从耦入区域耦入光波导单元，光线在光波导单元中传播后从耦出区域传出后进入耦出单元，光线经过耦出单元后传输至人眼。

具体的，如图4所示，显示单元(未示出)发出的光线经由耦入单元200从耦入区域110耦入光波导单元100，在光波导单元100的四周侧面镀高反射膜之后，光线传输到光波导单元100边缘时(图中实线光线，用I1表示)会被高反射膜全部反射回光波导单元100(图中虚线光线，用I2表示)。根据反射定律，入射角等于反射角，所以反射光线I2可以继续在光波导单元100中进行全反射。反射光线I2传输到耦出单元300时，由于光栅的衍射特性，同样会有光线能量经过耦出单元300耦合出射到人眼之中，这样就极大地提升了光波导组件整体的衍射效率。并且由于反射光线I2的传输方向与I1相反，由I2光线耦合出射的光线能量就如图4中第二行黑色圆点所示。

图中第一行黑色圆点代表I1耦出形成的图像，从左至右颜色由深到浅，代表图像亮度越来越低；图中第二行黑色圆点代表I2耦出形成的图像，从右至左颜色由深到浅，代表图像亮度越来越低。第一行图像和第二行图像互补，能够有效补偿由于光波导扩瞳带来的出射光线亮度不均匀的情况，从而使光波导的出射光线亮度相对均匀。

反射光线I2会在光波导单元100中一直反射到耦入单元200所在的耦入区域110。由于耦入单元200只对正入射的光线进行响应，所以I2不会经过耦入单元200出射，不会形成杂散光。并且在耦入单元200的边界同样会镀高反射膜，所以I2会被再次反射回光波导单元100中，再次到达耦出单元300所在的耦入区域120，这样多次反复，能够有效抑制光波导中杂散光的传播，提升光波导整体的衍射效率，并且改善出射光线亮度均匀性。

本申请实施例提供的显示系统，由于采用了本申请前述实施例提供的光波导组件，因而也可以抑制显示系统中的杂散光，同时改善了显示图像的亮度均匀性。

本申请还提供一种显示设备，包括：本申请上述实施例提供的显示系统。该显示设备可以为增强现实设备(即AR设备，例如AR头盔)。

本申请实施例提供的显示设备，由于采用了本申请前述实施例提供的光波导组件，因而也可以抑制显示系统中的杂散光，同时改善了显示图像的亮度均匀性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种光波导组件，其特征在于，包括：光波导单元；其中，

所述光波导单元包括第一表面和与所述第一表面平行的第二表面；在所述第一表面和所述第二表面的同一面上或不同面上设有耦入区域和耦出区域；

其中，除所述第一表面和第二表面之外的其余表面上镀有高反射膜；

光线从所述光波导单元的耦入区域耦入所述光波导单元，并从所述光波导单元的耦出区域射出。

2.根据权利要求1所述的光波导组件，其特征在于，所述光波导组件还包括：耦入单元和耦出单元；

所述耦入单元设在所述光波导单元的耦入区域，所述耦出单元设在所述光波导单元的耦出区域。

3.根据权利要求2所述的光波导组件，其特征在于，所述耦入单元和所述耦出单元均为衍射光栅。

4.根据权利要求3所述的光波导组件，其特征在于，所述高反射膜包括金属膜、氧化膜或有机物。

5.根据权利要求4所述的光波导组件，其特征在于，所述光波导单元为长方体结构。

6.一种显示系统，其特征在于，所述显示系统包括显示单元与如权利要求2-5中任一项所述的光波导组件；

所述显示单元发出的光线经由所述耦入单元从所述耦入区域耦入所述光波导单元，光线在所述光波导单元中传播后从所述耦出区域传出后进入所述耦出单元，光线经过所述耦出单元后传输至人眼。

7.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求6所述的显示系统。

8.根据权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备包括增强现实设备。

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