TWI805221B - Optical module and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本申請涉及增強現實及虛擬實境領域,具體而言,涉及光學組件及顯示裝置。The present application relates to the field of augmented reality and virtual reality, in particular, to an optical component and a display device.
擴增實境(Augmented Reality,AR)中,將光耦合進入光波導的玻璃基底中,藉由全反射原理將光傳輸到眼睛前方再釋放影像資訊。其中紅綠藍三色光需分別耦合到具有有機彩色濾光片的三層光波導中,使每一層光波導只針對某一個顏色耦合,改善出瞳位置的顏色均勻性,減小彩虹效應。In Augmented Reality (AR), light is coupled into the glass substrate of the optical waveguide, and the light is transmitted to the front of the eye by the principle of total reflection to release image information. Among them, the red, green and blue three-color light needs to be coupled into the three-layer optical waveguide with organic color filters, so that each layer of optical waveguide is only coupled to a certain color, improving the color uniformity of the exit pupil position and reducing the rainbow effect.
目前使用的有機彩色濾光片會因光源的光強度較大而隨時間損耗裂解,加重光損;當有機彩色濾光片隨時間逐漸裂解,為保持導光效果需使用光強更強的光源,導致功耗增大。The currently used organic color filters will be cracked over time due to the high light intensity of the light source, which will increase the light loss; when the organic color filter gradually cracks over time, it is necessary to use a light source with stronger light intensity to maintain the light guiding effect , resulting in increased power consumption.
本申請第一方面提供一種光學組件,以解決有機濾光片隨著使用過程逐漸裂解從而光波導功效降低的問題。所述光學組件包括第一透光基板、第一耦入光柵、第一耦出光柵以及第一濾光膜。所述第一透光基板用於傳導第一波段的光。所述第一透光基板包括相對的第一表面以及第二表面,所述第二表面包括間隔設置的第一出光區及第二出光區。所述第一耦入光柵及所述第一耦出光柵間隔設置於所述第一表面,所述第一耦入光柵在所述第一透光基板上的投影落入所述第一出光區,所述第一耦出光柵在所述第一透光基板上的投影落入所述第二出光區。所述第一濾光膜設置於所述第一出光區,用於濾除所述第一波段的光。所述第一濾光膜包括多層無機膜。其中,自所述第一耦入光柵入射至所述第一透光基板的所述第一波段的光,傳導至所述第一濾光膜後被濾除而無法在所述第一出光區出射,傳導至所述第一耦出光柵後,經所述第一耦出光柵繞射並在所述第二出光區出射。The first aspect of the present application provides an optical component to solve the problem that the organic optical filter is gradually cracked during use, thereby reducing the efficiency of the optical waveguide. The optical assembly includes a first light-transmitting substrate, a first in-coupling grating, a first out-coupling grating, and a first filter film. The first light-transmitting substrate is used to transmit light in the first wavelength band. The first light-transmitting substrate includes a first surface and a second surface opposite to each other, and the second surface includes a first light-emitting area and a second light-emitting area arranged at intervals. The first in-coupling grating and the first out-coupling grating are arranged at intervals on the first surface, and the projection of the first in-coupling grating on the first light-transmitting substrate falls into the first light-out region , the projection of the first outcoupling grating on the first light-transmitting substrate falls into the second light-out region. The first filter film is arranged in the first light exit area, and is used for filtering out the light in the first wavelength band. The first filter film includes a multi-layer inorganic film. Wherein, the light of the first wavelength band incident on the first light-transmitting substrate from the first coupling grating is filtered out after being transmitted to the first filter film so that it cannot enter the first light-exit area. After being transmitted to the first outcoupling grating, it is diffracted by the first outcoupling grating and emerges in the second light out region.
相比先前的有機高分子濾光片,所述第一濾光膜為多層無機膜,具有更高的裂解溫度(裂解溫度Td>450℃),裂解速度較慢,更為耐用;藉由調整膜堆結構改變濾光範圍,更容易調整光色;光譜特性更為陡峭,出光顏色更純。Compared with the previous organic polymer filter, the first filter film is a multi-layer inorganic film, which has a higher cracking temperature (cracking temperature Td > 450°C), slower cracking speed, and more durable; by adjusting The membrane stack structure changes the filtering range, making it easier to adjust the light color; the spectral characteristics are steeper, and the light color is purer.
本申請第二方面提供一種顯示裝置,包括光源,以及如前所述的光學組件,所述光源設置於所述光學組件的一側,所述光源發出的光經過所述光學組件後到達觀察位置。The second aspect of the present application provides a display device, including a light source, and the aforementioned optical assembly, the light source is arranged on one side of the optical assembly, and the light emitted by the light source reaches the observation position after passing through the optical assembly .
相比先前技術,所述顯示裝置提高出射光線顏色純度,改善觀察位置的顏色均勻性;透光率更高,平均透光率達到95%以上;在AR領域具有更廣泛的適用性,光源可以為有機高分子濾光片不適用的光源,例如微型發光二極體光源、微型有機發光二極體光源及量子點發光二極體。光源亦可以為有機高分子濾光片不適用的顯示裝置,例如數位光處理投影機、矽基液晶顯示面板。Compared with the previous technology, the display device improves the color purity of the outgoing light and improves the color uniformity of the observation position; the light transmittance is higher, and the average light transmittance reaches more than 95%; it has wider applicability in the AR field, and the light source can be It is a light source that organic polymer filters are not suitable for, such as micro-light emitting diode light sources, micro-organic light-emitting diode light sources and quantum dot light-emitting diodes. The light source can also be a display device for which an organic polymer filter is not suitable, such as a digital light processing projector and a silicon-based liquid crystal display panel.
下面將結合本申請實施例中的圖式,對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例係本申請一部分實施例,而不是全部的實施例。The technical solutions in the embodiments of the present application will be clearly and completely described below in combination with the drawings in the embodiments of the present application. Obviously, the described embodiments are part of the embodiments of the present application, not all of them.
除非另有定義,本文所使用的所有的技術及科學術語與屬於本申請的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中於本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的,不是旨在於限制本申請。Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the technical field of the application. The terms used herein in the description of the application are only for the purpose of describing specific embodiments, and are not intended to limit the application.
在擴增實境(Augmented Reality,AR)及虛擬實境(Virtual Reality,VR)領域,從彩色光源發出的光經光學組件傳導至人眼觀察的位置。光學組件基於全內反射原理傳導光線,利用濾光組件分離不同波段的光,以提高觀察位置的顏色均勻性。這類光學組件亦可以應用於穿戴裝置,例如VR眼鏡、AR眼鏡。In the augmented reality (Augmented Reality, AR) and virtual reality (Virtual Reality, VR) fields, the light emitted from the color light source is transmitted to the position observed by human eyes through optical components. Optical components conduct light based on the principle of total internal reflection, and use filter components to separate light in different wavelength bands to improve color uniformity at the observation position. Such optical components can also be applied to wearable devices, such as VR glasses and AR glasses.
為能進一步闡述本申請達成預定目的所採取的技術手段及功效,以下結合圖式及較佳實施方式,對本申請做出如下詳細說明。In order to further explain the technical means and functions adopted by this application to achieve the intended purpose, the following detailed description of this application will be given in conjunction with the drawings and preferred implementation modes.
本申請提供一種光學組件,其中以多層無機膜為濾光組件,提升了出光效果的同時延長了光學組件的使用壽命。The present application provides an optical component, in which a multilayer inorganic film is used as a filter component, which improves the light extraction effect and prolongs the service life of the optical component.
實施例一Embodiment one
請參閱圖1,本實施例提供一種光學組件100。光學組件100包括第一透光基板110、第二透光基板120以及第三透光基板130。所述第一透光基板110用於傳導第一波段的光119;所述第二透光基板120用於傳導第二波段的光129;所述第三透光基板130用於傳導第三波段的光139。所述第一波段、所述第二波段以及所述第三波段兩兩之間互不重疊。第一透光基板110、第二透光基板120以及第三透光基板130的材料例如為玻璃。Referring to FIG. 1 , this embodiment provides an
所述第一透光基板110包括相對的第一表面111以及第二表面112,所述第二表面112包括間隔設置的第一出光區113及第二出光區114。於所述第一表面111間隔設置有第一耦入光柵115及第一耦出光柵116。所述第一耦入光柵115在所述第一透光基板110上的投影落入所述第一出光區113。所述第一耦出光柵116在所述第一透光基板110上的投影落入所述第二出光區114。於所述第一出光區113設置有第一濾光膜117,用於濾除所述第一波段的光119。本實施例中,所述第一出光區113為所述第二表面112上略大於所述第一耦入光柵115的投影的區域。所述第二出光區114為所述第二表面112上略大於所述第一耦出光柵116的投影的區域。其他實施例中,所述第一出光區113可為所述第一耦入光柵115在所述第二表面112上的投影區域。所述第二出光區114可為所述第一耦出光柵116在所述第二表面112上的投影區域。The first light-transmitting
所述第二透光基板120包括相對的第三表面121以及第四表面122,所述第四表面122包括間隔設置的第三出光區123及第四出光區124。於所述第三表面121間隔設置有第二耦入光柵125及第二耦出光柵126。所述第二耦入光柵125在所述第二透光基板120上的投影落入所述第三出光區123。所述第二耦出光柵126在所述第二透光基板120上的投影落入所述第四出光區124。於所述第三出光區123設置有第二濾光膜127,用於濾除所述第二波段的光129。本實施例中,所述第三出光區123為所述第四表面122上略大於所述第二耦入光柵125的投影的區域。所述第四出光區124為所述第四表面122上略大於所述第二耦出光柵126的投影的區域。其他實施例中,所述第三出光區123可為所述第二耦入光柵125在所述第四表面122上的投影區域。所述第四出光區124可為所述第二耦出光柵126在所述第四表面122上的投影區域。The second light-transmitting
所述第三透光基板130包括相對的第五表面131以及第六表面132,所述第六表面132包括間隔設置的第五出光區133及第六出光區134。於所述第五表面131間隔設置有第三耦入光柵135及第三耦出光柵136。所述第三耦入光柵135在所述第三透光基板130上的投影落入所述第五出光區133。所述第三耦出光柵136在所述第三透光基板130上的投影落入所述第六出光區134。本實施例中,所述第五出光區133為所述第六表面132上略大於所述第三耦入光柵135的投影的區域。所述第六出光區134為所述第六表面132上略大於所述第三耦出光柵136的投影的區域。其他實施例中,所述第五出光區133可為所述第三耦入光柵135在所述第六表面132上的投影區域。所述第六出光區134可為所述第三耦出光柵136在所述第六表面132上的投影區域。The third light-transmitting
來自光源600的光線經所述第一耦入光柵115繞射,入射至所述第一透光基板110,並在所述第一透光基板110內傳播。當光線傳導至所述第一出光區113後,由於所述第一濾光膜117的阻止作用,所述第一波段的光119被濾除而無法在所述第一出光區113出射。所述第一波段的光119傳導至所述第一耦出光柵116,經所述第一耦出光柵116繞射並在所述第二出光區114出射,後到達觀察位置500。自所述第一出光區113出射的光線經所述第二耦入光柵125繞射,入射至所述第二透光基板120,並在所述第二透光基板120內傳播。當光線傳導至所述第三出光區123後,由於所述第二濾光膜127的阻止作用,所述第二波段的光129被濾除而無法在所述第三出光區123出射。所述第二波段的光129傳導至所述第二耦出光柵126,經所述第二耦出光柵126繞射並在所述第四出光區124出射,後到達所述觀察位置500。自所述第三出光區123出射的光線經所述第三耦入光柵135繞射,入射至所述第三透光基板130,並在所述第三透光基板130內傳播。當所述第三波段的光139傳導至所述第三耦出光柵136,經所述第三耦出光柵136繞射並在所述第六出光區134出射後到達所述觀察位置500。The light from the
所述第一波段的光119為藍光,所述第二波段的光129為綠光,所述第三波段的光139為紅光。優選地,所述第一波段為400nm~470nm,所述第二波段為500nm~550nm,所述第三波段為600nm~650nm。The light 119 of the first waveband is blue light, the
圖1示出了所述第一濾光膜117的局部放大101。所述第一濾光膜117包括多層無機膜。優選地,所述第一濾光膜117為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:(0.5HL0.5H)
m。其中,0.5H代表厚度為1/8波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。L代表厚度為1/4波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。m代表週期數。本實施例中,H為TiO
2,L為SiO
2,m為7。所述第一濾光膜117設置於所述第一出光區113的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
FIG. 1 shows a
請參閱圖2,所述第一濾光膜117為長波通濾光膜,波長大於參考波長的光能通過,波長小於參考波長的光不能通過。所述第一濾光膜117對於波長>500nm的光,透光率大於90%;對於波長<450nm的光,透光率小於5%。是故,所述第二波段(500nm~550nm)及所述第三波段(600nm~650nm)的光能夠通過所述第一濾光膜117,且具有90%以上的透光率。所述第一波段(400nm~470nm)的光在所述第一濾光膜117中的透光率小於30%。特別地,波長在400nm~450nm的光在所述第一濾光膜117中的透光率小於5%。特別地,波長在400nm~410nm的光在第一濾光膜117中的透光率幾乎為零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第一濾光膜117用於濾除所述第一波段的光119,指的所述第一波段的光119在所述第一濾光膜117中的透過率小於特定值(如,30%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 2 , the
所述第二濾光膜127包括多層無機膜。優選地,所述第二濾光膜127為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:(0.5HL0.5H)
7。其中,0.5H代表厚度為1/8波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。L代表厚度為1/4波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。本實施例中,H為ZnS,L為Na
3AlF
6,7為週期數。所述第二濾光膜127設置於所述第三出光區123的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖3,所述第二濾光膜127為長波通濾光膜,波長大於參考波長的光能通過,波長小於參考波長的光不能通過。所述第二濾光膜127對於波長>600nm的光,透光率大於90%;對於波長<550nm的光,透光率小於5%。是故,所述第三波段(600nm~650nm)的光能夠通過所述第二濾光膜127,且具有90%以上的透光率。所述第二波段(500nm~550nm)的光在所述第二濾光膜127中的透光率小於5%。所述第一波段(400nm~470nm)的光在所述第一濾光膜117中的透光率小於30%。特別地,波長在420nm~500nm的光在第二濾光膜127中的透光率幾乎為零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第二濾光膜127用於濾除所述第二波段的光129,指的所述第二波段的光129在所述第二濾光膜127中的透過率小於特定值(如,5%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 3 , the
在本實施例中,所述第一濾光膜117減少了從所述第一透光基板110出射的藍光,減少了藍光對綠光及紅光的干擾。所述第二濾光膜127減少了從所述第二透光基板120出射的綠光,減少了對紅光的干擾。所述光學組件100減少了三種光色之間的互相干擾,避免彩虹效應。相比有機高分子濾光片,所述第一濾光膜117以及所述第二濾光膜127為多層無機膜,具有更高的裂解溫度(裂解溫度Td>450℃),裂解速度較慢,更為耐用;藉由選擇第一濾光膜及/或第二濾光膜中的高折射率介電質膜與低折射率介電質膜的材料,即可改變濾光範圍,更容易調整濾光光色;光譜特性更為陡峭,出光顏色更純。In this embodiment, the
實施例二Embodiment two
請參閱圖4,本實施例提供一種光學組件200,光學組件200包括第一透光基板210、第二透光基板220以及第三透光基板230。所述第一透光基板210包括相對的第一表面211以及第二表面212,所述第二表面212包括間隔設置的第一出光區213及第二出光區214。所述第二透光基板220包括相對的第三表面221以及第四表面222,所述第四表面222包括間隔設置的第三出光區223及第四出光區224。所述第三透光基板230包括相對的第五表面231以及第六表面232,所述第六表面232包括間隔設置的第五出光區233及第六出光區234。Referring to FIG. 4 , the present embodiment provides an
光學組件200與實施例一的光學組件100的區別在於,所述第二出光區214設置有第三濾光膜218,所述第四出光區224設置有第四濾光膜228。所述第三濾光膜218用於濾除所述第二波段的光229以及所述第三波段的光239,所述第四濾光膜228用於濾除所述第三波段的光239。The difference between the
來自光源600的光線經第一耦入光柵215繞射,入射至第一透光基板210,並在第一透光基板210內傳播。當光線傳導至第一出光區213後,由於第一濾光膜217的阻止作用,第一波段的光219被濾除而無法在所述第一出光區213出射。所述第一波段的光219傳導至第一耦出光柵216,經所述第一耦出光柵216繞射並在第二出光區214出射,後到達觀察位置500。由於所述第三濾光膜218的阻止作用,僅有所述第一波段的光219從所述第二出光區214出射。自所述第一出光區213出射的光線經第二耦入光柵225繞射,入射至第二透光基板220,並在所述第二透光基板220內傳播。當光線傳導至所述第三出光區223後,由於第二濾光膜227的阻止作用,所述第二波段的光229被濾除而無法在所述第三出光區223出射。所述第二波段的光229傳導至第二耦出光柵226,經所述第二耦出光柵226繞射並在第四出光區224出射,後到達所述觀察位置500。由於所述第四濾光膜228的阻止作用,僅有所述第一波段的光219以及所述第二波段的光229從所述第四出光區224出射。自所述第三出光區223出射的光線經第三耦入光柵235繞射,入射至第三透光基板230,並在所述第三透光基板230內傳播。當所述第三波段的光239傳導至第三耦出光柵236,經所述第三耦出光柵236繞射並在所述第六出光區234出射,後到達所述觀察位置500。The light from the
所述第一波段的光219為藍光,所述第二波段的光229為綠光,所述第三波段的光239為紅光。優選地,所述第一波段為400nm~470nm,所述第二波段為500nm~550nm,所述第三波段為600nm~650nm。The light 219 of the first waveband is blue light, the
所述第三濾光膜218包括多層無機膜。優選地,所述第三濾光膜218為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:1.5(0.5LH0.5L)
8×2.0(0.5LH0.5L)
8×(0.5HL0.5H)
8。其中,0.5L代表厚度為1/8波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。H代表厚度為1/4波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。在本實施例中,L為Na
3AlF
6,H為TiO
2,8為週期數,1.5以及2.0為調變倍數。所述第三濾光膜218設置於所述第二出光區214的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖5,所述第三濾光膜218為帶通濾光膜,波長在一定範圍內的光能通過,波長在一定範圍外的光不能通過。所述第三濾光膜218對於波長430nm~470nm的光,透過率大於90%,波長<420nm的光及波長>500nm的光,透光率小於5%。是故,所述第一波段(400nm~470nm)的光大部分能夠通過所述第三濾光膜218,且具有90%以上的透光率。所述第二波段(500nm~550nm)的光以及所述第三波段(600nm~650nm)的光在所述第三濾光膜218中的透光率接近於零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第三濾光膜218用於濾除所述第二波段的光229以及所述第三波段的光239,是指所述第二波段的光229以及所述第三波段的光239在所述第三濾光膜218中的透過率小於特定值(如,5%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 5 , the
所述第四濾光膜228包括多層無機膜。優選地,所述第四濾光膜228為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:(0.5LH0.5L)
7。其中,H代表厚度為1/4波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。0.5L代表厚度為1/8波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。在本實施例中,L為Na
3AlF
6,H為TiO
2,7為週期數。所述第四濾光膜228設置於所述第四出光區224的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖6,所述第四濾光膜228為短波通濾光膜,波長小於參考波長的光能通過,波長大於參考波長的光不能通過。所述第四濾光膜228對於波長<550nm的光,透過率大於70%;對於波長>600nm的光,透過率小於5%。是故,所述第一波段(400nm~470nm)的光以及所述第二波段(500nm~550nm)的光能夠通過所述第四濾光膜228,且具有70%以上的透光率。所述第三波段(600nm~650nm)的光在所述第四濾光膜228中的透光率接近於零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第四濾光膜228用於濾除所述第三波段的光239,是指所述第三波段的光239在所述第四濾光膜228中的透過率小於特定值(如,5%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 6 , the
在本實施例中,所述第一濾光膜217減少了從所述第一透光基板210出射的藍光,減少了藍光對綠光及紅光的干擾。所述第二濾光膜227減少了從所述第二透光基板220出射的綠光,減少了對紅光的干擾。所述第三濾光膜218減少了從所述第一透光基板210出射的綠光及紅光,使藍光的出光顏色更純。所述第四濾光膜228減少了從所述第二透光基板220出射的紅光,使綠光的出光顏色更純。所述光學組件200減少了三種光色之間的互相干擾,避免彩虹效應,增加了每一種光色的純度,提高了成像效果。特別地,波長450nm的藍光到達觀察位置500時透光率達到92.5%;波長532nm的綠光到達觀察位置500時透光率達到95.2%;波長628nm的紅光到達觀察位置500時透光率達到91.8%。相比有機高分子濾光片,所述第一濾光膜217、所述第二濾光膜227、所述第三濾光膜218以及所述第四濾光膜228為多層無機膜,具有更高的裂解溫度(裂解溫度Td>450℃),裂解速度較慢,更為耐用;藉由選擇第一濾光膜、第二濾光膜、第三濾光膜以及第四濾光膜中的高折射率介電質膜與低折射率介電質膜的材料,即可改變濾光範圍,更容易調整濾光光色;光譜特性更為陡峭,出光顏色更純。In this embodiment, the
實施例三Embodiment three
請參閱圖7,本實施例提供一種光學組件300,包括第一透光基板310、第二透光基板320以及第三透光基板330。所述第一透光基板310包括相對的第一表面311以及第二表面312,所述第二表面312包括間隔設置的第一出光區313及第二出光區314。於所述第一表面311間隔設置有第一耦入光柵315及第一耦出光柵316。所述第一出光區313設置有第一濾光膜317。所述第二透光基板320包括相對的第三表面321以及第四表面322,所述第四表面322包括間隔設置的第三出光區323及第四出光區324。於所述第三表面321間隔設置有第二耦入光柵325及第二耦出光柵326。所述第三出光區323設置有第二濾光膜327。所述第三透光基板330包括相對的第五表面331以及第六表面332,所述第六表面332包括間隔設置的第五出光區333及第六出光區334。所述第五表面331間隔設置有第三耦入光柵335及第三耦出光柵336。Please refer to FIG. 7 , the present embodiment provides an
光學組件300與實施例一的光學組件100的區別在於,光學組件300中,第一濾光膜317以及第二濾光膜327為短波通濾光膜。所述第一濾光膜317用於濾除第一波段的光319,所述第二濾光膜327用於濾除第二波段的光329。所述第一波段的光319為紅光,所述第二波段的光329為綠光,所述第三波段的光339為藍光。優選地,所述第一波段為600nm~650nm,所述第二波段為500nm~550nm,所述第三波段為400nm~450nm。The difference between the
所述第一濾光膜317包括多層無機膜。優選地,所述第一濾光膜317為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:(0.5LH0.5L)
7。其中,H代表厚度為1/4波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。0.5L代表厚度為1/8波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。在本實施例中,L為Na
3AlF
6,H為TiO
2,7為週期數。所述第一濾光膜317設置於所述第一出光區313的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖8,所述第一濾光膜317對於波長<550nm的光,透過率大於70%;對於波長>600nm的光,透過率小於5%。是故,所述第三波段(400nm~470nm)的光以及所述第二波段(500nm~550nm)的光能夠通過所述第一濾光膜317,且具有70%以上的透光率。所述第一波段(600nm~650nm)的光在所述第一濾光膜317中的透光率接近於零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第一濾光膜317用於濾除所述第一波段的光319,是指所述第一波段的光319在所述第一濾光膜317中的透過率小於特定值(如,5%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 8 , the
所述第二濾光膜327包括多層無機膜。優選地,所述第二濾光膜327為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:1.25(0.5LH0.5L)
7(0.5LH0.5L)
7。其中,H代表厚度為1/4波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。0.5L代表厚度為1/8波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。在本實施例中,L為Na
3AlF
6,H為TiO
2,7為週期數,1.25為調變倍數。所述第二濾光膜327設置於所述第三出光區323的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖9,所述第二濾光膜327對於波長<460nm的光,透過率大於90%;對於波長>475nm的光,透過率小於5%。是故,所述第三波段(400nm~470nm)的光大部分能夠通過所述第二濾光膜327,且具有90%以上的透光率。所述第一波段(600nm~650nm)的光以及所述第二波段(500nm~550nm)的光在所述第二濾光膜327中的透光率接近於零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第二濾光膜327用於濾除所述第二波段的光329,是指所述第二波段的光329在所述第二濾光膜327中的透過率小於特定值(如,5%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 9 , the transmittance of the
在本實施例中,所述第一濾光膜317減少了從所述第一透光基板310出射的紅光,減少了紅光對綠光及藍光的干擾。所述第二濾光膜327減少了從所述第二透光基板320出射的綠光,減少了對藍光的干擾。所述光學組件300減少了三種光色之間的互相干擾,避免彩虹效應。相比有機高分子濾光片,所述第一濾光膜317以及所述第二濾光膜327為多層無機膜,具有更高的裂解溫度(裂解溫度Td>450℃),裂解速度較慢,更為耐用;藉由選擇第一濾光膜及/或第二濾光膜中的高折射率介電質膜與低折射率介電質膜的材料,即可改變濾光範圍,更容易調整濾光光色;光譜特性更為陡峭,出光顏色更純。In this embodiment, the
實施例四Embodiment Four
請參閱圖10,本實施例提供一種光學組件400,光學組件400包括第一透光基板410、第二透光基板420以及第三透光基板430。所述第一透光基板410包括相對的第一表面411以及第二表面412,所述第二表面412包括間隔設置的第一出光區413及第二出光區414。所述第二透光基板420包括相對的第三表面421以及第四表面422,所述第四表面422包括間隔設置的第三出光區423及第四出光區424。所述第三透光基板430包括相對的第五表面431以及第六表面432,所述第六表面432包括間隔設置的第五出光區433及第六出光區434。Referring to FIG. 10 , the present embodiment provides an
光學組件400與實施例三的光學組件300的區別在於,所述第二出光區414設置有第三濾光膜418,所述第四出光區424設置有第四濾光膜428。所述第三濾光膜418用於濾除所述第二波段的光429以及所述第三波段的光439,所述第四濾光膜428用於濾除所述第三波段的光439。The difference between the
來自光源600的光線經第一耦入光柵415繞射,入射至第一透光基板410,並在所述第一透光基板410內傳播。當光線傳導至第一出光區413後,由於第一濾光膜417的阻止作用,第一波段的光419被濾除而無法在所述第一出光區413出射。所述第一波段的光419傳導至第一耦出光柵416,經所述第一耦出光柵416繞射並在第二出光區414出射,後到達觀察位置500。由於所述第三濾光膜418的阻止作用,僅有所述第一波段的光419從所述第二出光區414出射。自所述第一出光區413出射的光線經第二耦入光柵425繞射,入射至第二透光基板420,並在所述第二透光基板420內傳播。當光線傳導至所述第三出光區423後,由於所述第二濾光膜427的阻止作用,所述第二波段的光429被濾除而無法在所述第三出光區423出射。所述第二波段的光229傳導至第二耦出光柵426,經所述第二耦出光柵426繞射並在所述第四出光區424出射,後到達所述觀察位置500。由於所述第四濾光膜428的阻止作用,僅有所述第一波段的光419以及所述第二波段的光429從所述第四出光區424出射。自所述第三出光區423出射的光線經第三耦入光柵435繞射,入射至第三透光基板430,並在所述第三透光基板430內傳播。當所述第三波段的光439傳導至第三耦出光柵436,經所述第三耦出光柵436繞射並在所述第六出光區434出射,後到達所述觀察位置500。The light from the
所述第一波段的光419為紅光,所述第二波段的光429為綠光,所述第三波段的光439為藍光。優選地,所述第一波段為600nm~650nm,所述第二波段為500nm~550nm,所述第三波段為400nm~450nm。The light 419 of the first waveband is red light, the
所述第三濾光膜418包括多層無機膜。優選地,所述第三濾光膜418為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:1.5(0.5LH0.5L)
8×2.3(0.5LH0.5L)
8×(0.5HL0.5H)
8。其中,0.5L代表厚度為1/8波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。H代表厚度為1/4波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。在本實施例中,L為Na
3AlF
6,H為TiO
2,8為週期數,1.5以及2.3為調變倍數。所述第三濾光膜418設置於所述第二出光區414的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖11,所述第三濾光膜418為帶通濾光膜,波長在一定範圍內的光能通過,波長在一定範圍外的光不能通過。所述第三濾光膜418對於波長605nm~640nm的光,透過率大於90%,波長<580nm的光及波長>680nm的光,透光率小於5%。是故,所述第一波段(600nm~650nm)的光大部分能夠通過所述第三濾光膜418,且具有90%以上的透光率。所述第二波段(500nm~550nm)的光以及所述第三波段(400nm~450nm)的光在所述第三濾光膜418中的透光率接近於零。需要說明的是,本申請實施例中,所述第三濾光膜418用於濾除所述第二波段的光429以及所述第三波段的光439,是指所述第二波段的光429以及所述第三波段的光439在所述第三濾光膜418中的透過率小於特定值(如,5%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 11 , the
所述第四濾光膜428包括多層無機膜。優選地,所述第四濾光膜428為多層介電質膜,由高折射率介電質膜與低折射率介電質膜交替設置,膜堆結構為:(0.5HL0.5H)
7。其中,0.5H代表厚度為1/8波長的高折射率層,可以為ZrO
2、TiO
2、Nb
2O
5、ZnO、ZnS等。L代表厚度為1/4波長的低折射率層,可以為Al
2O
3、SiO
2、Si
3N
4、SiON、Na
3AlF
6等。本實施例中,H為TiO
2,L為SiO
2,7為週期數。所述第四濾光膜428設置於所述第四出光區424的方式不受限制,可以為熱蒸鍍、電子槍蒸鍍、鐳射蒸鍍、濺鍍等方式。
The
請參閱圖12,所述第四濾光膜428為長波通濾光膜,波長大於參考波長的光能通過,波長小於參考波長的光不能通過。所述第四濾光膜428對於波長>500nm的光,透光率大於90%;對於波長<450nm的光,透光率小於5%。是故,所述第二波段(500nm~550nm)及所述第一波段(600nm~650nm)的光能夠通過所述第四濾光膜428,且具有90%以上的透光率。所述第三波段(400nm~470nm)的光在所述第四濾光膜428中的透光率小於30%。特別地,波長在400nm~450nm的光在所述第四濾光膜428中的透光率小於5%。需要說明的是,本申請實施例中,所述第四濾光膜428用於濾除所述第三波段的光439,指的所述第三波段的光439在所述第四濾光膜428中的透過率小於特定值(如,30%),並非指嚴格的完全不透過。Please refer to FIG. 12 , the
在本實施例中,所述第一濾光膜417減少了從所述第一透光基板410出射的紅光,減少了紅光對綠光及藍光的干擾。所述第二濾光膜427減少了從所述第二透光基板420出射的綠光,減少了對藍光的干擾。所述第三濾光膜418減少了從所述第一透光基板410出射的綠光及藍光,使紅光的出光顏色更純。所述第四濾光膜428減少了從所述第二透光基板420出射的藍光,使綠光的出光顏色更純。所述光學組件400減少了三種光色之間的互相干擾,避免彩虹效應,增加了每一種光色的純度,提高了成像效果。特別地,波長450nm的藍光到達觀察位置500時透光率達到88.9%;波長532nm的綠光到達觀察位置500時透光率達到95.2%;波長628nm的紅光到達觀察位置500時透光率達到92.5%。相比有機高分子濾光片,所述第一濾光膜417、所述第二濾光膜427、所述第三濾光膜418以及所述第四濾光膜428為多層無機膜,具有更高的裂解溫度(裂解溫度Td>450℃),裂解速度較慢,更為耐用;藉由選擇第一濾光膜、第二濾光膜、第三濾光膜以及第四濾光膜中的高折射率介電質膜與低折射率介電質膜的材料,即可改變濾光範圍,更容易調整濾光光色;光譜特性更為陡峭,出光顏色更純。In this embodiment, the
其他變形例Other modifications
上述實施例一至實施例四,以光學組件包括層疊的三個透光基板為例進行說明,其他變形例中,光學組件中透光基板的數量可以為一個、兩個或大於三個。例如,其他變形例中,透光基板的數量為一個,光學組件可只包括圖1中的第一透光基板110、位於第一透光基板110的第一表面111上的第一耦入光柵115及第一耦出光柵116、及位於第二表面112上的第一濾光膜117。自第一耦入光柵115入射至第一透光基板110的第一波段的光119,傳導至第一濾光膜117後被濾除而無法在第一出光區113出射。第一波段的光119傳導至第一耦出光柵116後,經第一耦出光柵116繞射並在第二出光區114出射後,直接進入觀察位置。The first to fourth embodiments described above are described by taking the optical assembly including three laminated light-transmitting substrates as an example. In other modification examples, the number of light-transmitting substrates in the optical assembly may be one, two or more than three. For example, in other modified examples, the number of light-transmitting substrates is one, and the optical assembly may only include the first light-transmitting
再一變形例中,透光基板的數量為兩個,光學組件包括圖1中的第一透光基板110、位於第一透光基板110的第一表面111上的第一耦入光柵115及第一耦出光柵116、位於第二表面112上的第一濾光膜117。光學組件還包括圖1中的第三透光基板130、位於第三透光基板130的第五表面131上的第三耦入光柵135及第三耦出光柵136。從第一濾光膜117出射的光經第三耦入光柵135進入第三透光基板130傳播至第三耦出光柵136後,在第六出光區134出射後到達觀察位置500,從第二出光區114出射的光經第三耦出光柵136、第三透光基板130後,在第六出光區134出射後到達觀察位置500。In yet another modified example, the number of light-transmitting substrates is two, and the optical components include the first light-transmitting
請參閱圖13,本申請一實施例提供一種顯示裝置700,包括光源600,以及如前所述的光學組件100(200、300、400),所述光源600設置於所述光學組件100(200、300、400)的一側,所述光源600發出的光經過所述光學組件100後到達觀察位置500。其中,顯示裝置700中的,光學組件100(200、300、400)亦可替換為其他變形例的光學組件。Please refer to FIG. 13 , an embodiment of the present application provides a
所述顯示裝置700提高出射光線顏色純度,改善觀察位置的顏色均勻性;透光率更高,平均透光率達到95%以上;在AR/VR領域具有更廣泛的適用性,光源600可以為有機高分子濾光片不適用的光源,例如微型發光二極體光源、微型有機發光二極體光源及量子點發光二極體。光源600亦可以為有機高分子濾光片不適用的顯示裝置,例如數位光處理投影機、矽基液晶顯示面板。所述顯示裝置700可以應用於穿戴裝置,例如VR眼鏡、AR眼鏡。The
以上實施方式僅用以說明本申請的技術方案而非限制,儘管參照較佳實施方式對本申請進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本申請的技術方案進行修改或等同替換,而不脫離本申請技術方案的精神及範圍。The above embodiments are only used to illustrate the technical solutions of the present application without limitation. Although the present application has been described in detail with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art should understand that the technical solutions of the present application can be modified or equivalently replaced. Without departing from the spirit and scope of the technical solution of the present application.
100、200、300、400:光學組件 110、210、310、410:第一透光基板 120、220、320、420:第二透光基板 130、230、330、430:第三透光基板 111、211、311、411:第一表面 112、212、312、412:第二表面 113、213、313、413:第一出光區 114、214、314、414:第二出光區 115、215、315、415:第一耦入光柵 116、216、316、416:第一耦出光柵 117、217、317、417:第一濾光膜 121、221、321、421:第三表面 122、222、322、422:第四表面 123、223、323、423:第三出光區 124、224、324、424:第四出光區 125、225、325、425:第二耦入光柵 126、226、326、426:第二耦出光柵 127、227、327、427:第二濾光膜 131、231、331、431:第五表面 132、232、332、432:第六表面 133、233、333、433:第五出光區 134、234、334、434:第六出光區 135、235、335、435:第三耦入光柵 136、236、336、436:第三耦出光柵 218、418:第三濾光膜 228、428:第四濾光膜 119、219、319、419:第一波段的光 129、229、329、429:第二波段的光 139、239、339、439:第三波段的光 101:局部放大 500:觀察位置 600:光源 700:顯示裝置 L:低折射率層 H:高折射率層 m:週期數100, 200, 300, 400: Optical components 110, 210, 310, 410: the first transparent substrate 120, 220, 320, 420: the second transparent substrate 130, 230, 330, 430: the third transparent substrate 111, 211, 311, 411: the first surface 112, 212, 312, 412: second surface 113, 213, 313, 413: the first light exit area 114, 214, 314, 414: the second light exit area 115, 215, 315, 415: the first coupling-in grating 116, 216, 316, 416: the first outcoupling grating 117, 217, 317, 417: the first filter film 121, 221, 321, 421: the third surface 122, 222, 322, 422: the fourth surface 123, 223, 323, 423: the third light exit area 124, 224, 324, 424: the fourth light output area 125, 225, 325, 425: the second coupling grating 126, 226, 326, 426: the second outcoupling grating 127, 227, 327, 427: the second filter film 131, 231, 331, 431: the fifth surface 132, 232, 332, 432: the sixth surface 133, 233, 333, 433: the fifth light output area 134, 234, 334, 434: the sixth light exit area 135, 235, 335, 435: the third coupling grating 136, 236, 336, 436: the third outcoupling grating 218, 418: the third filter film 228, 428: the fourth filter film 119, 219, 319, 419: light in the first band 129, 229, 329, 429: light in the second waveband 139, 239, 339, 439: light in the third waveband 101: Partial zoom-in 500: Observation position 600: light source 700: display device L: low refractive index layer H: high refractive index layer m: number of cycles
圖1為本申請實施例一的光學組件的結構示意圖。FIG. 1 is a schematic structural diagram of an optical component according to
圖2為本申請實施例一的第一濾光膜的透光率特性圖。FIG. 2 is a characteristic diagram of light transmittance of the first filter film according to
圖3為本申請實施例一的第二濾光膜的透光率特性圖。FIG. 3 is a characteristic diagram of light transmittance of a second filter film according to
圖4為本申請實施例二的光學組件的結構示意圖。FIG. 4 is a schematic structural diagram of an optical assembly according to Embodiment 2 of the present application.
圖5為本申請實施例二的第三濾光膜的透光率特性圖。FIG. 5 is a characteristic diagram of light transmittance of the third filter film according to the second embodiment of the present application.
圖6為本申請實施例二的第四濾光膜的透光率特性圖。FIG. 6 is a characteristic diagram of light transmittance of the fourth filter film according to the second embodiment of the present application.
圖7為本申請實施例三的光學組件的結構示意圖。FIG. 7 is a schematic structural diagram of an optical assembly according to Embodiment 3 of the present application.
圖8為本申請實施例三的第一濾光膜的透光率特性圖。FIG. 8 is a characteristic diagram of light transmittance of the first filter film according to the third embodiment of the present application.
圖9為本申請實施例三的第二濾光膜的透光率特性圖。FIG. 9 is a characteristic diagram of light transmittance of the second filter film according to the third embodiment of the present application.
圖10為本申請實施例四的光學組件的結構示意圖。FIG. 10 is a schematic structural diagram of an optical assembly according to Embodiment 4 of the present application.
圖11為本申請實施例四的第三濾光膜的透光率特性圖。FIG. 11 is a characteristic diagram of light transmittance of the third filter film according to the fourth embodiment of the present application.
圖12為本申請實施例四的第四濾光膜的透光率特性圖。FIG. 12 is a characteristic diagram of light transmittance of a fourth filter film according to Embodiment 4 of the present application.
圖13為本申請一實施例的顯示裝置的結構示意圖。FIG. 13 is a schematic structural diagram of a display device according to an embodiment of the present application.
100:光學組件 100: Optical components
110:第一透光基板 110: the first transparent substrate
120:第二透光基板 120: the second transparent substrate
130:第三透光基板 130: the third transparent substrate
111:第一表面 111: first surface
112:第二表面 112: second surface
113:第一出光區 113: The first light exit area
114:第二出光區 114: Second light exit area
115:第一耦入光柵 115: The first coupling into the grating
116:第一耦出光柵 116: The first outcoupling grating
117:第一濾光膜 117: The first filter film
121:第三表面 121: third surface
122:第四表面 122: The fourth surface
139:第三波段的光 139: Light in the third waveband
101:局部放大 101: Partial zoom-in
500:觀察位置 500: Observation position
123:第三出光區 123: The third light exit area
124:第四出光區 124: The fourth light output area
125:第二耦入光柵 125: The second coupling grating
126:第二耦出光柵 126: The second outcoupling grating
127:第二濾光膜 127: Second filter film
131:第五表面 131: fifth surface
132:第六表面 132: sixth surface
133:第五出光區 133: Fifth light area
134:第六出光區 134: The sixth light area
135:第三耦入光柵 135: The third coupling grating
136:第三耦出光柵 136: The third outcoupling grating
119:第一波段的光 119: Light in the first band
129:第二波段的光 129: Light in the second band
600:光源 600: light source
L:低折射率層 L: low refractive index layer
H:高折射率層 H: high refractive index layer
m:週期數 m: number of cycles
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