波导型显示装置的制作方法

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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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)。

2、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。

3、提供了具有增加的焦深的波导型显示装置。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、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。

17、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。

18、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。

19、输出耦合器可以在波导的弯曲表面上。

20、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。

21、所述多个第一衍射光栅元件可以被纳米压印在波导上。

22、波导可以透射对应于外部环境的光。

23、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。

24、显示装置可以包括近眼显示装置。

技术特征：

1.一种显示装置，包括：

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：

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，

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

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。

技术总结
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。

技术研发人员：李彰健,文锡壹
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13