[发明专利]光波导和显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种光波导和显示设备，特别涉及一种显示设备，在该显示设备中，载像光入射到波导中，在两个正交的维度上展开，形成一个可视图像并从波导中释放。

背景技术

在本申请人早期的公开号为WO2010/119240的国际专利申请中描述了在显示设备中使用波导的公知形式，参考图4对其进行了描述。在该申请中的波导包括：输入衍射区域42，用于将载像光的输入光瞳44耦合到波导中，通过全内反射进行传播。输入光瞳44指向反射表面46，在该反射表面，朝向转向衍射区域48反射。转向衍射区域48通过与区域48多次交互作用在第一维50展开该光瞳，并将其转向到输出衍射区域52。输出衍射区域52在第二维54展开光瞳，并从具有出射光瞳56的波导中输出载像光。反射表面46的使用允许输入衍射区域42和转向衍射区域48由单一一个光栅58形成。反射表面46可以省略，虽然在该情况下每个衍射区域通过各自的光栅形成。

光栅58的凹槽的定位以60度向X轴倾斜，从而在输入区域42上入射的载像光被衍射并传播到反射表面46，并因此反射从而使主光束传播，并以相对于凹槽的法线呈60度的角度入射到旋转区域48的凹槽中(见插图A)。光线被部分衍射并且在第一维展开(在此为X维)，并通过波导传播到输出低衍射效率(2％～20％)的光栅52，该光栅在X方向上定位(凹槽)。衍射的光束垂直地入射到这个光栅上(见插图B)，并且部分衍射到波导之外，部分衍射在第二维上展开光瞳，此处为Y维，产生出射光瞳56。

上面所描述的波导设计典型实施方式是使用承载于波导表面的光栅52、58，或者使用面形(profile)如较早的专利申请中的如图5所示的用于转向区域48的闪耀光栅面形60的光栅以优化衍射效率。分析显示，有角度的转向衍射区域48，根据需要将光线导向输出衍射区域52，通常会旋转下述光的偏振，即，导向输出衍射区域52的衍射的光和继续传播产生多个进一步交互作用以在一个维上展开输入光瞳的光。

参见图5，不论是否通过反射表面46，主输入光束62显示为从输入衍射区域42(图5中未示出)导向转向衍射区域48。输入光束62具有第一偏振角，即，光线的偏振状态的改变可以通过参考与输入光束62的偏振状态相关的角度被识别出来，即使光线不必是平面偏振的。在与转向区域48的第一交互作用64中，光线的一部分66被导向输出衍射区域52(图5中未示出)，并且光线的一部分68沿着转向区域48继续传播。在第一交互作用64中，光线的部分66、68的偏振角在一个方向上旋转，例如顺时针方向，因此光线66、68的偏振角与输入光束62的偏振角不同。在与光栅48的第二交互作用70中，传播的光线68的一部分72导向输出衍射区域52，并且光线的一部分74沿着转向区域48继续传播。在第二交互作用70中，光线的部分72、74的偏振角以相同的方向旋转，例如顺时针方向。因此，光束72、74的偏振角通常与输入光束62和传播光束68的偏振角不同。在与光栅48的第三交互作用76中，传播光束74的一部分78导向输出衍射区域52，并且光线的一部分80沿着旋转区域继续传播。在第三交互作用76中，部分78、80的偏振角以相同的方向旋转，例如顺时针方向。因此，光束78、80的偏振角通常与输入光束62、传播光束68和传播光束74的偏振角不同，多个进一步的交互作用将发生在传播光束和光栅48之间，虽然只示出三个交互作用。相应地，导向输出衍射区域52的光束66、72、78的偏振角通常相互不同。在图4所示的实施例中，输出衍射区域52对光线的偏振敏感，从而具有一个偏振角的光束将比具有另一个偏振角的光束更优先地朝向观看者衍射。光束66、72、78构成了载像光在X维上光瞳的展开，并因此当光线从波导中输出，以不同亮度产生较亮或较黑的区域时，在出射光瞳56内可以产生垂直条纹。

发明内容

本发明提供一种光波导，其中在工作中，载像光在其中通过全内反射传播，所述波导包括：至少第一衍射区域和第二衍射区域，第一衍射区域设置成将沿着波导传播的载像光进行衍射，从而在第一维将其展开并将载像光转向第二衍射区域，第二衍射区域设置成将载像光进行衍射，从而在第二维将其展开并从波导中作为可视图像进行释放，其中第一衍射区域由嵌入在波导内的第一衍射光栅形成，当在光栅之上或以下从一个特定角度入射到光栅时，该衍射光栅被设置为呈现出与载像光基本相似的面形，从而通过与第一衍射区域连续的交互作用，载像光的偏振以基本上相似的量但以相反方向进行旋转，从而增加从波导释放的可视图像的亮度的均匀度。