一种衍射扩束装置和显示设备的制作方法

本申请涉及虚拟显示，具体涉及一种衍射扩束装置和显示设备。

背景技术：

1、一种已知的显示设备(图10)，包括光学引擎eng1和衍射扩束装置epe0。显示设备可以通过衍射扩展由光学引擎eng1提供的光束来显示虚像。衍射扩束装置epe0提供放大的视盒box1，用于观察显示的虚像。衍射扩束装置epe0通过对输入光in1的光束进行衍射扩展来形成输出光out1。当输出光out1的输出光束照射到观看者的眼睛eye1时，观看者可以看到显示的虚像。

2、已知的输出耦合元件doex可以通过波导板sub0的第一主表面srf1将光束b3p1,t-1衍射到预期的观看者eye1。然而，一些已知的输出耦合元件doex也可以通过波导板sub0的第二主表面srf2衍射输出光束b3p1,r-1。通过第二主表面srf2的导波光的衍射可能会降低显示到视盒box1的虚像的亮度。此外，通过第二个主表面srf2衍射的光被引导远离视盒box1，并且不能被预期的第一观察者观察到，而是可能会照射到第二个观看者的眼睛eye2上。通过第二主表面srf2的导波光的衍射还可以允许从第二视盒box2观看显示的虚像。衍射到第二视盒box2的光可能会干扰第二观看者和/或可能向第二观看者泄露机密信息。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种衍射扩束装置和显示设备，能够实现图像光的单向输出，提高图像亮度并实现隐私保护。

2、本申请实施例的一方面，提供了一种衍射扩束装置，包括波导板，所述波导板包括相互平行的第一主表面和第二主表面；在所述波导板上形成有用于将输入光耦入所述波导板中形成导波光的衍射输入耦合结构，以及用于衍射扩展所述导波光以形成输出光出射的衍射输出耦合结构；

3、反射元件，位于所述波导板上、并与所述衍射输出耦合结构的位置对应，用于反射所述衍射输出耦合结构衍射出射的部分所述输出光；所述反射元件反射的部分所述输出光，以及所述衍射输出耦合结构输出的另一部分所述输出光均从所述波导板的所述第一主表面或所述第二主表面单面输出。

4、可选地，所述衍射输入耦合结构和所述衍射输出耦合结构位于所述波导板的内部或所述第一主表面上或所述第二主表面上。

5、可选地，述反射元件位于所述第一主表面上或所述第二主表面上。

6、可选地，沿所述第一主表面到所述第二主表面的方向上，所述反射元件的投影覆盖所述衍射输出耦合结构的投影。

7、可选地，沿所述第一主表面到所述第二主表面的方向上，所述反射元件的投影覆盖所述衍射输入耦合结构和所述衍射输出耦合结构的投影。

8、可选地，所述反射元件包括镀设于所述波导板的所述第一主表面或所述第二主表面上的多层介质反射膜。

9、可选地，所述反射元件对可见光波段具有至少为50％的反射率。

10、可选地，还包括中间衍射耦合结构，所述中间衍射耦合结构位于所述波导板上、所述衍射输入耦合结构和所述衍射输出耦合结构之间；

11、所述中间衍射耦合结构用于将所述衍射输入耦合结构衍射形成的导波光衍射扩展形成第二导波光，所述第二导波光通过所述衍射输出耦合结构形成所述输出光。

12、可选地，所述中间衍射耦合结构位于所述波导板的内部或所述第一主表面上或所述第二主表面上。

13、本申请实施例的另一方面，提供了一种显示设备，包括：包括用于出射输入光的光学引擎，以及设置于所述光学引擎出光侧的前述的衍射扩束装置。

14、本申请实施例提供的衍射扩束装置和显示设备，衍射输入耦合结构将输入光耦合到波导板中形成导波光，波导板将导波光引导分配到衍射输出耦合结构，衍射输出耦合结构通过将导波光衍射出波导板来形成输出光。当输出光的输出光束照射到用户的眼睛上时，用户可以观察到显示的虚像；通过光栅衍射的方式实现初始图像光的耦合输入和耦合输出，形成扩展的图像光束；反射元件将传输到波导板的某一个主平面的图像光反射到另外一个主平面，实现图像光的单向输出，提高显示亮度及私密性，此外单侧的耦合输出还可以减少光学引擎的功耗。

技术特征：

1.一种衍射扩束装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的衍射扩束装置，其特征在于，所述衍射输入耦合结构和所述衍射输出耦合结构位于所述波导板的内部或所述第一主表面上或所述第二主表面上。

3.根据权利要求2所述的衍射扩束装置，其特征在于，所述反射元件位于所述第一主表面上或所述第二主表面上。

4.根据权利要求3所述的衍射扩束装置，其特征在于，沿所述第一主表面到所述第二主表面的方向上，所述反射元件的投影覆盖所述衍射输出耦合结构的投影。

5.根据权利要求3所述的衍射扩束装置，其特征在于，沿所述第一主表面到所述第二主表面的方向上，所述反射元件的投影覆盖所述衍射输入耦合结构和所述衍射输出耦合结构的投影。

6.根据权利要求1所述的衍射扩束装置，其特征在于，所述反射元件包括镀设于所述波导板的所述第一主表面或所述第二主表面上的多层介质反射膜。

7.根据权利要求1所述的衍射扩束装置，其特征在于，所述反射元件对可见光波段具有至少为50％的反射率。

8.根据权利要求1至7任一项所述的衍射扩束装置，其特征在于，还包括中间衍射耦合结构，所述中间衍射耦合结构位于所述波导板上、所述衍射输入耦合结构和所述衍射输出耦合结构之间；

9.根据权利要求8所述的衍射扩束装置，其特征在于，所述中间衍射耦合结构位于所述波导板的内部或所述第一主表面上或所述第二主表面上。

10.一种显示设备，其特征在于，包括用于出射输入光的光学引擎，以及设置于所述光学引擎出光侧的如权利要求1至9任一项所述的衍射扩束装置。

技术总结
本申请提供一种衍射扩束装置和显示设备，涉及虚拟显示技术领域，包括波导板，波导板包括相互平行的第一主表面和第二主表面；在波导板上形成有用于将输入光耦入波导板中形成导波光的衍射输入耦合结构，以及用于衍射扩展导波光以形成输出光出射的衍射输出耦合结构；反射元件，位于波导板上、并与衍射输出耦合结构的位置对应，用于反射衍射输出耦合结构衍射出射的部分输出光；反射元件反射的部分输出光，以及衍射输出耦合结构输出的另一部分输出光均从波导板的第一主表面或第二主表面单面输出。通过将传输到波导板的某一个主平面的图像光反射到另外一个主平面，实现图像光的单向输出，提高显示亮度及私密性。

技术研发人员：朱良富,朱以胜
受保护的技术使用者：深圳市光途显示科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15