TW202109138A - 繞射光導板以及包括其之顯示器裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種繞射光導板，包含：光導單元，其導引光；輸入繞射光學元件，其接收自光源輸出的光且使所接收光繞射以在光導單元上經導引；以及兩個輸出繞射光學元件，安置於光導單元的預定區中且具有不同線性光柵圖案，其中兩個輸出繞射光學元件被配置為使得一個輸出繞射光學元件接收來自輸入繞射光學元件的光且允許所接收光經導向至另一輸出繞射光學元件，且兩個輸出繞射光學元件被配置為使得一個輸出繞射光學元件接收來自另一輸出繞射光學元件的光且允許所接收光自光導單元輸出。

Description

繞射光導板以及包括其之顯示器裝置
本揭露內容是關於繞射光導板以及包含其之顯示器裝置。
近年來，隨著對實施擴增實境（augmented reality；AR）、混合實境（mixed reality；MR）或虛擬實境（virtual reality；VR）的顯示單元的關注增加，已積極地研究實施上述實境的顯示單元。用於實施擴增實境、混合實境或虛擬實境的顯示單元包含基於光的波性使用繞射現象的繞射光導板。
圖1為示意性地示出根據先前技術的繞射光導板10的圖。
此繞射光導板10可包含光導單元11及多個繞射光學元件12至繞射光學元件14，所述多個繞射光學元件12至繞射光學元件14設置於光導單元11的一個側面或另一側面上且具有多個線性光柵圖案。特定言之，繞射光導板10可包含輸入繞射光學元件12、中間繞射光學元件13以及輸出繞射光學元件14。輸入繞射光學元件12接收經由微光源輸出元件P輸出的光且允許所述光在光導單元11上經導引。中間繞射光學元件13經由光導單元11光學耦合至輸入繞射光學元件12且允許自輸入繞射光學元件12接收到的光藉由繞射在第一方向（圖1中的x軸方向）上一維地延伸。輸出繞射光學元件14經由光導單元11光學耦合至中間繞射光學元件13且允許自中間繞射光學元件13接收到的光藉由繞射在第二方向（圖1中的y軸方向）上一維地延伸，使得光自光導單元11朝向使用者的瞳孔輸出。
由於經由微光源輸出元件P輸出至使用者的瞳孔的光的主要光學路徑呈輸入繞射光學元件12、中間繞射光學元件13、輸出繞射光學元件14以及使用者的瞳孔的次序，因此經由輸出繞射光學元件14自光導單元11輸出的光學影像的大小取決於由輸出繞射光學元件14佔據的面積。
然而，在根據先前技術的繞射光導板的情況下，由於單一輸入繞射光學元件12、單一中間繞射光學元件13以及單一輸出繞射光學元件14在光導單元11上彼此分離地安置，因此光導單元11上的由輸出繞射光學元件14佔據的面積不可避免地受限於除光導單元11上的由輸入繞射光學元件12及中間繞射光學元件13佔據的面積之外的面積，從而導致對輸出更大光學影像的限制以及由使用者的瞳孔的位置偏差造成的可見區的限制。
為瞭解決此類限制，可考慮具有圖2中示出的結構的繞射光導板。
圖2示出包含光導單元21、輸入繞射光學元件22以及具有不同線性光柵圖案且彼此接觸的兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24的繞射光導板。
圖3a為示意性地示出經由圖2中示出的繞射光導板的光學路徑的實例的平面圖，且圖3b為示意性地示出經由圖2中示出的繞射光導板的光學路徑的另一實例的平面圖。
光導單元21藉由使用全內反射在內部中導引光。
輸入繞射光學元件22可接收自光源輸出的光L1、光L1a以及光L1b且使所接收光L1、光L1a以及光L1b繞射以在光導單元21上經導引。
兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24可被配置為接收繞射光L2a及繞射光L2b且允許所接收光藉由繞射在一個維度上延伸。自輸入繞射光學元件22接收到的繞射光L2a及繞射光L2b的一部分可藉由穿過繞射光學元件23及繞射光學元件24繞射且因此具有更換的光學路徑，且所述繞射光L2a及所述繞射光L2b的其餘部分可全部反射至現存光學路徑。最初自輸入繞射光學元件22接收到的光可分為多個光束L3a及光束L3b，同時在沿特定方向隔開的點處多次繞射，且最終在一個維度上延伸。
繞射光學元件23可被配置為接收來自另一繞射光學元件24的延伸光L3b且允許所接收光L3b藉由繞射自光導單元21輸出，且繞射光學元件24可被配置為接收來自另一繞射光學元件23的延伸光L3a且允許所接收光L3a藉由繞射自光導單元21輸出。此外，繞射光學元件23可接收來自另一繞射光學元件24的延伸光L3b且藉由繞射使所接收光在一個維度上延伸，且繞射光學元件24可接收來自另一繞射光學元件23的延伸光L3a且藉由繞射使所接收光在一個維度上延伸。在此情況下，其中自藉由繞射光學元件24及繞射光學元件23延伸的光形成的多個光束L3b及光束L3a基於兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24中的每一者的光接收側C彼此間隔開的方向與其中藉由兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24延伸的多個光束L4b及光束L4a基於單一光束L3b及單一光束L3a彼此間隔開的方向相交，使得基於輸入繞射光學元件22自光源接收的光L1a及光L1b實現二維延伸。
繞射光學元件23可被配置為使得接收來自另一繞射光學元件24的延伸光L3b的光接收側C與繞射光學元件24的光接收側C接觸，且繞射光學元件24可被配置為使得接收來自另一繞射光學元件23的延伸光L3a的光接收側C與繞射光學元件23的光接收側C接觸。自光源輸出的光經由輸入繞射光學元件22、兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24以及另一繞射光學元件24及另一繞射光學元件23自光導單元21輸出，且因此自光導單元21輸出的光可分別由另一繞射光學元件24及另一繞射光學元件23收集以形成一個影像光（image light）。
亦即，兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24皆用作輸出繞射光學元件，使得有可能在高效地使用間隔的同時形成具有與使用如圖1中所示出的單一輸出繞射光學元件的情況相比更大的視角的影像光。
圖4為圖3a中示出的及/或圖3b中示出的沿著線III-III'截取的繞射光導板的截面圖。
經由兩個繞射光學元件23及繞射光學元件24繞射且自光導單元21輸出的光可相對於光導單元21的一個表面分別以預定出射角θ及出射角θ'輸出。在圖4中，由位於上部側上的繞射光學元件23繞射及輸出的光L4a可相對於光導單元21的一個表面以預定出射角θ向下傾斜地輸出，且由位於下部側上的繞射光學元件24繞射及輸出的光L4b可相對於光導單元21的一個表面以預定出射角θ'向上傾斜地輸出。
在與光導單元21的一個表面間隔開預定距離的位置處，由位於上部側上的繞射光學元件23繞射及輸出的光L4a以及由位於下部側上的繞射光學元件24繞射及輸出的光L4b形成彼此相交的相交區I。在與光導單元21的一個表面間隔開的距離為與使用者的瞳孔所位於的適瞳距（eye relief）相對應的距離的情況下，僅在使用者的瞳孔位於相交區I中時，使用者可在視覺上辨識正常影像光而非整個區域的暗部分。在使用者的瞳孔位於定位在相交區I上方的區A中時，由於由位於下部側上的繞射光學元件24繞射及輸出的光L4b在視覺上並不可由使用者辨識，因此由使用者在視覺上辨識的影像光的下部部分可基於線III-III'的橫截面而呈現暗色。另一方面，在使用者的瞳孔位於定位在相交區I下方的區B中時，由於由位於上部側上的繞射光學元件23繞射及輸出的光L4a在視覺上並不可由使用者辨識，因此由使用者在視覺上辨識的影像光的上部部分可基於線III-III'的橫截面而呈現暗色。
使用包含繞射光導板的顯示單元的使用者的瞳孔可根據使用者的個別身體特徵基於光導單元的一個側面上的豎直方向而不同地定位。因此，有必要提供一種繞射光導板的結構，在所述結構中，與眼部動作框（其中可在視覺上辨識正常影像光）有關的相交區I可形成為豎直細長的。
由於上文所描述的先前技術為發明人所擁有的用於推導本揭露內容的實施例的技術信息或在本揭露內容的推導過程中獲取的技術信息，因此在提交本揭露內容的申請之前，所述先前技術未必是向公眾揭露的公開已知技術。
技術問題
因此，本揭露內容提供能夠形成較大視角及眼部動作框的繞射光導板以及包含其的顯示器裝置。
本揭露內容待解決的問題不限於前述問題，且其他未提及的問題將由所屬領域的技術人員自以下描述清晰地理解。 技術解決方案
根據本揭露內容的一態樣的實施例包含：光導單元，被配置為導引光；輸入繞射光學元件，被配置為接收自光源輸出的光且使所接收光繞射以在光導單元上經導引；以及兩個輸出繞射光學元件，安置於光導單元的預定區中且具有不同線性光柵圖案， 其中兩個輸出繞射光學元件被配置為使得一個輸出繞射光學元件接收來自輸入繞射光學元件的光且允許所接收光藉由繞射經導向至另一輸出繞射光學元件， 兩個輸出繞射光學元件被配置為使得一個輸出繞射光學元件接收來自另一輸出繞射光學元件的光且允許所接收光藉由繞射自光導單元輸出，兩個輸出繞射光學元件彼此接觸而不在光導單元上形成彼此交疊的區，且具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件在中心區中在至少一個維度上交替地配置，所述中心區在預定區內具有至少預定寬度且自鄰近於輸入繞射光學元件的一側至其相對側分隔開較長距離。
在本發明實施例中，較佳地，兩個輸出繞射光學元件在中心區中在兩個維度上交替地配置。
在本發明實施例中，較佳地，兩個輸出繞射光學元件在預定區上方在兩個維度上交替地配置。
在本發明實施例中，較佳地，兩個輸出繞射光學元件中的每一者在兩個輸出繞射光學元件交替地配置的區中具有為4毫米或小於4毫米的寬度。
在本發明實施例中，較佳地，兩個輸出繞射光學元件中的每一者在兩個輸出繞射光學元件交替地配置的區中具有為4毫米或小於4毫米的長度。
在本發明實施例中，繞射光學元件中的每一者可包含以預定間距反覆地形成的線性光柵且具有由與線性光柵的間距成反比的大小及與線性光柵延伸的方向垂直的方向定義的光柵向量，且輸入繞射光學元件及兩個輸出繞射光學元件的光柵向量的總和可具有為0的值。
在本發明實施例中，輸入繞射光學元件及兩個輸出繞射光學元件中的每一者的光柵向量可具有相同大小。
在本發明實施例中，輸入繞射光學元件及兩個輸出繞射光學元件中的每一者的光柵向量可在其間形成60°的角。
在本發明實施例中，兩個輸出繞射光學元件可在光導單元上設置於相同平面上。
根據本揭露內容的一態樣的實施例提供一種顯示器裝置，包含：光源，被配置為輸出形成影像的影像光；以及根據本揭露內容的一態樣的實施例的繞射光導板。 有利效應
根據本揭露內容的實施例，延伸的影像光藉由兩個輸出繞射光學元件中的每一者自光導單元輸出，使得其有利之處為有可能形成與藉由使用僅單個繞射光學元件自光導單元輸出影像光的情況相比具有更大視角的影像光。
此外，由於具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件在中心區中在至少一個維度上交替地配置，所述中心區在預定區內具有至少預定寬度且自鄰近於輸入繞射光學元件的側至其相對側分隔開較長距離，因此有可能在與光導單元的一個表面間隔開適瞳距的位置處形成長眼部動作框，使得其有利之處為有可能提供一種能夠藉由使用根據本揭露內容的一實施例的繞射光導板而廣泛適合於具有各種身體條件的使用者的瞳孔的顯示器裝置。
本揭露內容將藉由結合附圖參考以下詳細描述而變得顯而易見。然而，本揭露內容的範疇不限於此等實施例且本揭露內容可以各種形式實現。下文所描述的實施例僅為使本揭露內容的揭露內容完善且輔助所屬領域的技術人員徹底瞭解本揭露內容在本揭露內容涉及的技術領域中的範疇而提供的實施例。僅由隨附申請專利範圍的範疇定義本揭露內容。本文中所使用的術語僅出於描述實施例的目的且並不意欲限制本揭露內容。除非上下文另外清晰指示，否則如本文中所使用，單數形式「一（a、an）」以及「所述」意欲亦包含複數形式。當在本文中使用時，術語「包括（comprises及/或comprising）」所陳述組件、步驟、操作及/或元件並不排除一或多個其他組件、步驟、操作及/或元件的存在或增加。諸如第一及第二的術語可用以描述各種組件，但組件不受術語限制。所述術語僅用於將一個組件與另一組件區分開來。
在本說明書中，術語「光導單元」可定義為藉由使用全內反射在內部中導引光的結構。全內反射的條件為光導單元的折射率需要大於鄰近於光導單元的表面的周圍介質的折射率。光導單元可由玻璃及/或塑膠材料形成，且可為透明或半透明的。光導單元可以板型以各種佈局形成。術語「板」意謂一種三維結構，所述三維結構在其相對側上在一個表面與另一表面之間具有預定厚度，且一個表面及另一表面可為實質上平坦平面，但一個表面及另一表面中的至少一者可在一個維度或兩個維度上形成為彎曲的。舉例而言，板型光導單元可在一個維度上彎曲，使得其一個表面及/或另一表面可具有與圓柱體的側表面中的一些相對應的形狀。然而，較佳地，藉由板型光導單元的彎曲形成的曲率具有足夠大以促進全內反射的曲率半徑，以便在光導單元上導引光。
在本說明書中，術語「繞射光學元件」可定義為用於在光導單元上藉由使光繞射來改變光學路徑的結構。「繞射光學元件」可指示光導單元上的在一個方向上對準的線性光柵配置在預定方向上以形成預定面積同時具有圖案的部分。
在本說明書中，術語「線性光柵」可指示光導單元的表面上的具有預定高度的突出形狀（亦即，壓花圖案）及/或光導單元的表面中的具有預定深度的凹槽形狀（亦即，凹紋圖案）。線性光柵的對準方向可自由地經設計以使得光學路徑可經由繞射光學元件進行的繞射而在預期方向上更換。
圖5為示意性地示出根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板的圖，圖6a至圖6c是包含在根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板的各種繞射光學元件中的光柵的平面圖，且圖7為示出包含在根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板的各種繞射光學元件中的光柵向量的組合的圖。
圖8a至圖8c是根據本揭露內容的一態樣的各種實施例的繞射光導板的平面圖，且圖9為沿著線IV-IV'截取的圖5中示出的繞射光導板的截面圖。
參考圖5至圖9，繞射光導板100可包含光導單元110、輸入繞射光學元件120以及兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140。
光導單元110可藉由使用全內反射在內部中導引光。
輸入繞射光學元件120可接收自光源輸出的光且使所接收光繞射以在光導單元110上經導引。
此輸入繞射光學元件120可安置於光導單元110的一個表面110a（例如圖5的左側面）上。
兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140可安置於光導單元110的一個表面110a或另一表面110b上的預定區S中。
兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140包含不同線性光柵圖案。
輸出繞射光學元件130可被配置為接收來自輸入繞射光學元件120的光且允許所接收光藉由繞射經導向至另一輸出繞射光學元件140，且輸出繞射光學元件140可被配置為接收來自輸入繞射光學元件120的光且允許所接收光藉由繞射經導向至另一輸出繞射光學元件130。此外，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140中的每一者可被配置為接收來自輸入繞射光學元件120的繞射光且藉由繞射使所接收光在一個維度上延伸。自輸入繞射光學元件120接收到的繞射光的一部分可藉由穿過繞射光學元件130及繞射光學元件140繞射且因此具有更換的光學路徑，且所述繞射光的其餘部分可全部反射至現存光學路徑。最初自輸入繞射光學元件120接收到的光可分為多個光束，同時在沿特定方向隔開的點處多次繞射，且最終在一個維度上延伸。
輸出繞射光學元件130可被配置為接收來自另一輸出繞射光學元件140的延伸光且允許所接收光藉由繞射自光導單元110輸出，且輸出繞射光學元件140可被配置為接收來自另一輸出繞射光學元件130的延伸光且允許所接收光藉由繞射自光導單元110輸出。此外，輸出繞射光學元件130可接收來自另一輸出繞射光學元件140的延伸光且藉由繞射使所接收光在一個維度上延伸，且輸出繞射光學元件140可接收來自另一輸出繞射光學元件130的延伸光且藉由繞射使所接收光在一個維度上延伸。在此情況下，其中藉由自輸入繞射光學元件120接收到的光形成的且藉由兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140延伸的多個光束彼此間隔開的方向與其中自另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130接收到的且藉由兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140延伸的多個光束彼此間隔開的方向相交，使得可將自藉由輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140延伸的多個光束輸出的光視為基於由輸入繞射光學元件120自光源接收的光而二維延伸。
由於製造製程的設計誤差及類似物，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140可在光導單元110上形成為彼此部分地交疊。
然而，較佳地，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140並不在光導單元110上形成彼此交疊的區。在光在一個輸出繞射光學元件上藉由繞射全反射且朝向另一輸出繞射光學元件行進的情況下，不論何時光遇到繞射光學元件上的間隔開的線性光柵圖案，所述光皆可能不沿著預期全反射路徑行進且其光學路徑可漸漸變形。因此，基於光導單元110的平面圖，防止兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140在不同區中與另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130交疊，使得有可能防止一個輸出繞射光學元件與由另一輸出繞射光學元件佔據的區過度交疊，藉此防止實際光學路徑與預期全反射路徑過度變形。
較佳地，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140分別與另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130接觸。自光源輸出的光經由輸入繞射光學元件120、兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140以及另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130自光導單元110輸出，且自光導單元110輸出的光，亦即，由另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130輸出的光經收集以形成一個影像光。因此，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140中的每一者需要與另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130接觸，使得輸出影像光並不經劃分。
在安置有兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140的預定區S中，可定義具有至少預定寬度（圖5的豎直方向上的寬度）且自側S1（其鄰近於輸入繞射光學元件120）至相對側S2分隔開較長距離的中心區M。在此中心區M中，具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可在至少一個維度上交替地配置。一維交替配置意謂兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'沿中心區M的縱向方向（圖5的左方向及右方向）交替地配置。
舉例而言，如圖8a中所示出，具有與安置於預定區S的上部側上的輸出繞射光學元件130的線性光柵圖案相同的線性光柵圖案的輸出繞射光學元件130'可首先在中心區M中配置於鄰近於輸入繞射光學元件120的側S1上，具有與安置於預定區S的下部側上的輸出繞射光學元件140的線性光柵圖案相同的線性光柵圖案的輸出繞射光學元件140'可緊靠輸出繞射光學元件130'配置，且接著不同的輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可依序且交替地配置。
具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可在中心區中在兩個維度上交替地配置。二維交替配置意謂兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'沿中心區M的寬度方向（圖5的豎直方向）以及中心區M的縱向方向（圖5的左方向及右方向）交替地配置。亦即，兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可以矩陣形式配置。
舉例而言，如圖8b中所示出，在中心區M中，具有與安置於預定區S的上部側上的輸出繞射光學元件130的線性光柵圖案相同的線性光柵圖案的輸出繞射光學元件130'以及具有與安置於預定區S的下部側上的輸出繞射光學元件140的線性光柵圖案相同的線性光柵圖案的輸出繞射光學元件140'可以m×n的矩陣形式在兩個維度上交替地配置。此處，m及n為正整數，且可根據光導板的大小經選擇為各種值。
具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可在整個預定區S中在兩個維度上交替地配置。二維交替配置意謂兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'沿預定區S的寬度方向（圖5的豎直方向）以及預定區S的縱向方向（圖5的左方向及右方向）交替地配置。亦即，兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可以矩陣形式配置。
舉例而言，如圖8c中所示出，在預定區S中，具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可以12×22的矩陣形式在兩個維度上交替地配置。
同時，由於製造製程的設計誤差及類似物，具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'可形成為在光導單元110上彼此部分地交疊。然而，如上文所描述，為了防止實際光學路徑與預期全反射路徑過度變形，較佳的為兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'並不在光導單元110上形成彼此交疊的區。另外，如上文所描述，較佳的為兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'中的每一者與另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130接觸，使得輸出影像光並不經劃分。
兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'中的每一者在兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'交替地配置的區中的寬度及/或長度較佳為4毫米或小於4毫米，且更佳為2毫米或小於2毫米。
此是為了防止經由鄰近地且交替地配置的兩個不同的輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'繞射且自光導單元110輸出的每一光經分離且在視覺上辨識，此是由於人瞳孔的大小在白天大體上平均為約2毫米且在夜晚平均為約4毫米。
雖然圖8a至圖8c示出不同的輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'具有相同寬度及/或長度，但本揭露內容不限於此，且交替地配置的不同的輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'中的每一者的大小可任意地變化。
參考圖9，在根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板100中，經由兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140繞射且自光導單元110輸出的光可相對於光導單元110的一個表面分別以預定出射角θ及出射角θ'輸出。在圖9中，由位於上部側上的輸出繞射光學元件130繞射及輸出的光L4a'可相對於光導單元110的一個表面以預定出射角θ向下傾斜地輸出，且由位於下部側上的輸出繞射光學元件140繞射及輸出的光L4b'可相對於光導單元110的一個表面以預定出射角θ'向上傾斜地輸出。
在光導單元110的中心區M中，由於兩個輸出繞射光學元件130'及輸出繞射光學元件140'在至少一個維度上交替地配置且混合，因此由具有與安置於上部側上的輸出繞射光學元件130的線性光柵圖案相同的線性光柵圖案的輸出繞射光學元件130'繞射及輸出的光L4a'以及由具有與安置於下部側上的輸出繞射光學元件140的線性光柵圖案相同的線性光柵圖案的輸出繞射光學元件140'繞射及輸出的光L4b'可在中心區M中混合。
因此，由光L4a'佔據的區大於由光L4a佔據的區，所述光L4a'由安置於上部側上的輸出繞射光學元件130及位於中心區M中且具有相同線性光柵圖案的輸出繞射光學元件130'繞射且相對於光導單元110的一個表面以預定出射角θ向下傾斜地輸出，所述光L4a由安置於上文所描述的繞射光導板20中的上部側上的輸出繞射光學元件23繞射且相對於光導單元21的一個表面以預定出射角θ向下傾斜地輸出。
此外，由光L4b'佔據的區大於由光L4b佔據的區，所述光L4b'由安置於下部側上的輸出繞射光學元件140及位於中心區M中且具有相同線性光柵圖案的輸出繞射光學元件140'繞射且相對於光導單元110的一個表面以預定出射角θ'向上傾斜地輸出，所述光L4b由安置於上文所描述的繞射光導板20中的下部側上的輸出繞射光學元件24繞射且相對於光導單元21的一個表面以預定出射角θ'向上傾斜地輸出。
因此，相交區I'可在豎直方向上具有比相交區I更長的長度，在所述相交區I'中，由安置於上部側上的輸出繞射光學元件130及位於中心區中且具有相同線性光柵圖案的輸出繞射光學元件130'繞射且相對於光導單元110的一個表面以預定出射角θ向下傾斜地輸出的光L4a'與由安置於下部側上的輸出繞射光學元件140及位於中心區中且具有相同線性光柵圖案的輸出繞射光學元件140'繞射且相對於光導單元110的一個表面以預定出射角θ'向上傾斜地輸出的光L4b'相交，在所述相交區I中，根據上文所描述的繞射光導板20的光L4a及光L4b彼此相交。
亦即，由於有可能在與光導單元110的一個表面間隔開適瞳距的位置處形成長相交區I'，因此其有利之處為有可能廣泛適合於具有各種身體條件的使用者的瞳孔。
繞射光學元件120、繞射光學元件130以及繞射光學元件140中的每一者可包含以預定間距P1至預定間距P3反覆地形成的線性光柵。此線性光柵可呈突出的突出部形式。
繞射光學元件120、繞射光學元件130以及繞射光學元件140可分別具有光柵向量V1至光柵向量V3，所述光柵向量V1至所述光柵向量V3由與線性光柵的間距P1至間距P3成反比的「大小」及與線性光柵延伸的方向垂直的「方向」定義。光柵向量V1至光柵向量V3的大小可由以下等式1定義。 等式1
Figure 02_image001
在以上等式1中，|V|指示繞射光學元件的光柵向量的大小且P指示繞射光學元件的線性光柵的間距。
輸入繞射光學元件120以及兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140的光柵向量V1至光柵向量V3的總和具有為0的值。
在此情況下，較佳地，輸入繞射光學元件120以及兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140的光柵向量V1至光柵向量V3具有相同大小且在其間形成60°的角。此是由於有可能藉由具有帶相同間距的光柵圖案的一個模具形成各別繞射光學元件120、繞射光學元件130以及繞射光學元件140中的全部。
作為一實施例，如圖6a中所示出，輸入繞射光學元件120可具有相對於平行於x軸的水平線H形成90°角的線性光柵。在兩個輸出繞射光學元件130與輸出繞射光學元件140之間，位於預定區S中的上部側上的輸出繞射光學元件130可具有相對於平行於X軸的水平線H形成-30°角（如圖6b中所示出）的線性光柵，且位於預定區S中的下部側上的輸出繞射光學元件140可具有相對於平行於X軸的水平線H形成+30°角（如圖6c中所示出）的線性光柵。由於各別線性光柵的間距P1至間距P3皆相同，因此繞射光學元件120、繞射光學元件130以及繞射光學元件140的光柵向量V1至光柵向量V3的大小皆相同。由於光柵向量V1至光柵向量V3的方向與各別線性光柵延伸的方向垂直，因此輸入繞射光學元件120的光柵向量V1的方向可平行於x軸方向，位於預定區S中的上部側上的輸出繞射光學元件130的光柵向量V2的方向可相對於x軸方向形成-120°的角，且位於預定區S中的下部側上的輸出繞射光學元件140的光柵向量V3的方向可相對於x軸方向形成+120°的角。因此，輸入繞射光學元件120以及兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140的各別光柵向量V1至光柵向量V3在其間形成60°的角，且各別光柵向量V1至光柵向量V3的總和具有為0的值。
較佳地，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140在光導單元110上設置於相同平面上。在本揭露內容的一實施例中，兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140設置於光導單元110的一個表面110a上。由於兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140被配置為並不在光導單元110上形成在同一平面上彼此交疊的區，因此在製造兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140時，提供具有能夠形成兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140的所有線性光柵的光柵圖案的一種模具，使得其有利之處為有可能同時形成兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140的線性光柵。
根據本揭露內容的另一態樣的顯示器裝置（未示出）可包含：光源（未示出），其輸出形成影像的影像光；以及根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板100。自光源輸出的影像光可輸入至輸入繞射光學元件120且由輸入繞射光學元件120繞射，且耦合至兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140。兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140可使所耦合及所接收光在一個維度上繞射及延伸，且一維延伸的光可藉由繞射耦合至另一輸出繞射光學元件140及另一輸出繞射光學元件130且自光導單元110輸出。延伸的影像光藉由兩個輸出繞射光學元件130及輸出繞射光學元件140中的每一者自光導單元110輸出，使得其有利之處為有可能形成與藉由使用僅單個繞射光學元件自光導單元110輸出影像光的情況相比具有更大視角的影像光。
另外，根據本揭露內容的一實施例，在於預定區S內具有至少預定寬度且自側S1（其鄰近於輸入繞射光學元件120）至相對側S2分隔開較長距離的中心區中，由於具有不同線性光柵圖案的兩個輸出繞射光學元件在至少一個維度上交替地配置，因此有可能在與光導單元110的一個表面間隔開適瞳距的位置處形成長相交區I'，使得其有利之處為有可能藉由廣泛地形成所謂眼部動作框而廣泛適合於具有各種身體條件的使用者的瞳孔。
圖10為示出自根據本揭露內容的比較實例的繞射光導板輸出的光的模擬結果的圖，且圖11為藉由擷取由根據本揭露內容的比較實例的繞射光導板輸出的影像而獲得的結果。
比較實例示出兩個輸出繞射光學元件豎直地分離配置的繞射光導板，但所述兩個輸出繞射光學元件並不沿光導單元的縱向方向交替地配置。
圖10的(a)為藉由模擬在光垂直於輸入繞射光學元件側入射時經由輸出繞射光學元件輸出的光的路徑而獲得的結果，且圖10的(b)為藉由模擬在光以5°的傾斜度豎直於輸入繞射光學元件側入射時經由輸出繞射光學元件輸出的光的路徑而獲得的結果。利用虛擬實驗室軟體（LightTrans）執行模擬。
在光垂直於輸入繞射光學元件側入射時，可見所述光是自安置有兩個輸出繞射光學元件的大部分區輸出。然而，在光以5°的傾斜度豎直於輸入繞射光學元件側入射時，可見沒有光自兩個輸出繞射光學元件的上部區的顯著部分輸出。
參考圖11，可見，由於實際上擷取經由根據比較實例的繞射光學元件輸出的影像，影像在兩個輸出繞射光學元件的上部區的顯著部分中呈現暗色。
圖12為示出自根據本揭露內容的一實施例的繞射光導板輸出的光的模擬結果的圖。
實施例是關於繞射光導板，所述繞射光導板中兩個輸出繞射光學元件在預定區中在兩個維度上交替地配置。
圖12的(a)為藉由模擬在光垂直於輸入繞射光學元件側入射時經由輸出繞射光學元件輸出的光的路徑而獲得的結果，且圖12的(b)為藉由模擬在光以5°的傾斜度豎直於輸入繞射光學元件側入射時經由輸出繞射光學元件輸出的光的路徑而獲得的結果。
在其中光垂直於輸入繞射光學元件側入射且其中光以5°的傾斜度豎直於輸入繞射光學元件側入射的兩種情況下，可見所述光是自安置有兩個輸出繞射光學元件的大部分區輸出。
雖然已相對於上文所描述的較佳實施例描述本揭露內容，但可在不脫離本揭露內容的標的物及範疇的情況下進行各種校正或修改。因此，隨附申請專利範圍將包含此類校正或修改，只要所述校正或修改屬於本揭露內容的標的物即可。
10、20、100:繞射光導板 11、21、110:光導單元 12、13、14、22、23、24、120、130、130'、140、140':繞射光學元件 110a、110b:表面 A、B:區 C:光接收側 H:水平線 I、I':相交區 III-III'、IX-IX:線 L1、L1a、L1b、L3a、L3b、L4a、L4a'、L4b、L4b':光 L2a、L2b:繞射光 M:中心區 P1、P2、P3:間距 S:預定區 S1、S2:側 V1、V2、V3:光柵向量 θ、θ':出射角
圖1為示意性地示出根據先前技術的繞射光導板的圖。 圖2示出包含光導單元、輸入繞射光學元件以及具有不同線性光柵圖案且彼此接觸的兩個繞射光學元件的繞射光導板。 圖3a為示意性地示出經由圖2中示出的繞射光導板的光學路徑的實例的平面圖。 圖3b為示意性地示出經由圖2中示出的繞射光導板的光學路徑的另一實例的平面圖。 圖4為圖3a中示出的及/或圖3b中示出的沿著線III-III'截取的繞射光導板的截面圖。 圖5為示意性地示出根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板的圖。 圖6a至圖6c是包含在根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板的各種繞射光學元件中的光柵的平面圖。 圖7為示出包含在根據本揭露內容的一態樣的繞射光導板的各種繞射光學元件中的光柵向量的組合的圖。 圖8a至圖8c是根據本揭露內容的一態樣的各種實施例的繞射光導板的平面圖。 圖9為沿著線IV-IV'截取的圖5中示出的繞射光導板的截面圖。 圖10為示出自根據本揭露內容的比較實例的繞射光導板輸出的光的模擬結果的圖。 圖11為藉由擷取由根據本揭露內容的比較實例的繞射光導板輸出的影像而獲得的結果。 圖12為示出自根據本揭露內容的一實施例的繞射光導板輸出的光的模擬結果的圖。
100:繞射光導板
110:光導單元
110a、110b:表面
120、130、140:繞射光學元件
M:中心區
S:預定區
S1、S2:側

Claims (11)

  1. 一種繞射光導板，包括： 光導單元，被配置為導引光； 輸入繞射光學元件，被配置為接收自光源輸出的光且使所接收的光繞射以在所述光導單元上經導引；以及 兩個輸出繞射光學元件，安置於所述光導單元的預定區中且具有不同線性光柵圖案， 其中所述兩個輸出繞射光學元件被配置為使得一個輸出繞射光學元件接收來自所述輸入繞射光學元件的所述光且允許所述所接收的光藉由繞射經導向至另一輸出繞射光學元件， 所述兩個輸出繞射光學元件被配置為使得一個輸出繞射光學元件接收來自另一輸出繞射光學元件的光且允許所述所接收的光藉由繞射自所述光導單元輸出，且 具有不同線性光柵圖案的所述兩個輸出繞射光學元件在中心區中在至少一個維度上交替地配置，所述中心區在所述預定區內具有至少預定寬度且自鄰近於所述輸入繞射光學元件的一側至其相對側分隔開較長距離。
  2. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述兩個輸出繞射光學元件彼此接觸而不在所述光導單元上形成彼此交疊的區。
  3. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述兩個輸出繞射光學元件在所述中心區中在兩個維度上交替地配置。
  4. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述兩個輸出繞射光學元件在所述預定區上方在兩個維度上交替地配置。
  5. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述兩個輸出繞射光學元件中的每一者在所述兩個輸出繞射光學元件交替地配置的區中具有4毫米或小於4毫米的寬度。
  6. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述兩個輸出繞射光學元件中的每一者在所述兩個輸出繞射光學元件交替地配置的區中具有4毫米或小於4毫米的長度。
  7. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述繞射光學元件中的每一者包含以預定間距反覆地形成的線性光柵且具有由與所述線性光柵的所述間距成反比的大小及與所述線性光柵延伸的方向垂直的方向定義的光柵向量，且 所述輸入繞射光學元件及所述兩個輸出繞射光學元件的所述光柵向量的總和具有0的值。
  8. 如請求項7所述之繞射光導板，其中所述輸入繞射光學元件及所述兩個輸出繞射光學元件中的每一者的所述光柵向量具有相同大小。
  9. 如請求項7所述之繞射光導板，其中所述輸入繞射光學元件及所述兩個輸出繞射光學元件中的每一者的所述光柵向量在其間形成60°的角。
  10. 如請求項1所述之繞射光導板，其中所述兩個輸出繞射光學元件在所述光導單元上設置於相同平面上。
  11. 一種顯示器裝置，包括： 光源，被配置為輸出形成影像的影像光；以及 如請求項1至請求項10中任一項所述之繞射光導板。
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