[发明专利]亮度改善的波导显示器

说明书

本发明涉及一种衍射波导显示元件，该衍射波导显示元件包括：具有第一表面和与第一表面相反的第二表面的波导本体(13)；用于将在波导本体内部传播的光耦合出波导本体的在上述第一表面上的出耦合光学元件；以及在上述第二表面上的窄带反射器元件(21)。本发明还涉及一种包括这种元件的显示设备。

技术领域

本发明涉及衍射波导显示器。特别地，本发明涉及这种显示器中的改善的出耦合布置。

背景技术

头戴式显示器(HMD)和平视显示器(HUD)可以使用波导技术来实现。可以使用衍射光栅将光耦合到波导、重定向到波导中或耦合出波导。在一种常规的显示器设计中，光从投影仪被引导到入耦合光栅，该入耦合光栅将入射光的波长衍射到波导中，在该波导中，光经由全内反射朝向出耦合光栅传播。出耦合光栅将光衍射出波导，从而将最初显示的图像再现到入耦合光栅。

衍射光导的出耦合光栅通常将光朝向用户的眼睛出耦合，而且还以相反的方向朝向世界一侧出耦合。当二进制光栅用作出耦合器时，尤其会发生这种情况。朝向世界一侧出耦合的光可以通过反射镜(诸如基于Al或Ag的反射镜)被反射回眼睛。在最佳情况下，反射镜可以使虚拟图像的亮度加倍，并且还可以增加用户的隐私。已知解决方案的缺点是，对于某些解决方案，反射镜会大大降低光导的透视透射率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的至少一些缺点，并且提供一种新颖的显示元件，该显示元件具有改善的亮度并且适合于透视应用。

本发明基于将诸如电介质多层反射器之类的窄带反射器用作反射镜。由于围绕用户的环境光通常具有连续的光谱，因此窄带反射器可以被设计为具有足够的透视透射率，特别地是至少50％的透射率。

特别地，如果入耦合到波导的光仅包含一个或更多个窄光谱峰值，并且窄带反射器的一个或更多个反射波段被设置为与入耦合的波长峰值相对应，则实现了亮度和环境透光率两者的改善。

特别地，本发明的特征在于独立权利要求中所述的内容。

因此，根据一个方面，本发明提供了一种衍射波导显示元件，该衍射波导显示元件包括

-波导本体，其具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，

-出耦合衍射光学元件，其位于所述第一表面上，用于将在波导本体内部传播的光耦合出波导本体以及

-窄带反射器元件，其位于所述第二表面上，与出耦合衍射光学元件对准。

因此，本发明对于使用具有窄光谱带宽(特别是FWHM20nm，诸如FWHM10nm)的光源的投影仪特别有用。最明显的选择是激光光源，但光谱过滤的LED和具有窄发射光谱的磷光体LED也适用。

根据第二方面，本发明提供一种透视显示器，该透视显示器包括：上述类型的波导显示元件；以及包括具有输出波长的至少一个窄带光源的窄带投影仪，其中激光投影仪被配置为：将要显示的图像耦合到波导本体以在其中传播，并且还部分地直接从出耦合光栅并且部分地通过来自反射器元件的反射而射出波导本体而到达显示器的用户的眼睛。

本发明提供了显著的益处。首先，它解决了改善亮度或虚像的问题，同时保持了将环境光高效地传递到用户眼睛的能力。

而且改善了用户的隐私，因为一个或更多个图像形成波长仅被定向到显示器的用户侧。这与HMD特别相关。

而且，减少了投影仪光与周围环境的耦合，这对于诸如车辆HUD和飞机HUD之类的HUD尤其重要。

从属权利要求涉及本发明的选定实施方式。

在一些实施方式中，反射器元件是单波段反射器元件，而在替代实施方式中，它是多波段反射器元件，诸如具有单独的红色、绿色和蓝色反射率峰值的RGB反射器元件。