[发明专利]一种偏振复用高衍射效率波导显示器件

说明书

本发明公开了一种偏振复用高衍射效率波导显示器件，包括入耦合装置、出耦合装置以及双层波导。入耦合装置和出耦合装置位于双层波导的内侧；入耦合装置由层叠设置的左旋圆偏光入耦合光栅和右旋圆偏光入耦合光栅构成，出耦合装置为左旋圆偏光出耦合光栅或者由层叠设置的左旋圆偏光出耦合光栅与右旋圆偏光出耦合光栅构成。其中，左旋偏光入耦合光栅与右旋圆偏光入耦合光栅的形状大小相同，且光栅周期相同；左旋圆偏光出耦合光栅与右旋圆偏光出耦合光栅的形状大小相同，且光栅周期相同。本发明运用偏振复用双层光栅波导结构，相较于传统的结构具有空间利用率高、衍射效率高的特点，应用于近眼显示时可实现高衍射效率的图像传输。

技术领域

本发明涉及一种偏振复用高衍射效率波导显示器件，用于AR可穿戴设备中实现高衍射效率的图像传输能力、增强虚拟图像与实际场景图像的对比度。

背景技术

AR技术是使现实场景与虚拟图像相互综合，形成虚实结合的一项较新的技术内容，观察者可以通过AR设备感受沉浸式体验。为解决AR设备中光耦合器件较为厚重的问题，一些利用全息光学组件的反射式或衍射式的光耦合结构已经被提出。其中，利用衍射光栅作为光耦合器件的方案最为普遍，相较于几何光学组件更为轻便，并且衍射光栅具有角度选择性和波长选择性，能够让光在波导介质中进行全反射传播。液晶偏振全息体光栅(PVG)具有较大的折射率调制度，相较于传统的全息体光栅(HVG)能够提供较大的波长带宽与角度带宽，具有较为广泛的应用前景。

在AR设备的图像显示过程中，由波导显示器件的效率较低，常使用黑色墨镜作为背景，减少环境光的透过率，用以减少现实场景光的亮度，增强现实场景光与虚拟图像光的对比度。由于PVG对于偏振光具有严格的选择性，波导显示器件的出射光亮度较入射光更低，让观察者的沉浸感减弱，光耦合器件的衍射效率需要进一步的提高。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种偏振复用高衍射效率波导显示器件，增大波导器件的衍射效率，提高显示亮度。

技术方案：一种偏振复用高衍射效率波导显示器件，包括入耦合装置、出耦合装置以及双层波导；所述入耦合装置和出耦合装置位于双层波导的内侧；所述入耦合装置由层叠设置的左旋圆偏光入耦合光栅和右旋圆偏光入耦合光栅构成，所述出耦合装置为左旋圆偏光出耦合光栅或者由层叠设置的左旋圆偏光出耦合光栅与右旋圆偏光出耦合光栅构成；其中，所述左旋偏光入耦合光栅与右旋圆偏光入耦合光栅的形状大小相同，且光栅周期相同；用θ_l和θ_r分别表示左旋圆偏光入耦合光栅和右旋圆偏光入耦合光栅矢量与波导表面法线之间的夹角，θ_l和θ_r大小相同，且与法线的位置方向相同；所述左旋圆偏光出耦合光栅与右旋圆偏光出耦合光栅的形状大小相同，且光栅周期相同。

进一步的，所述左旋偏光入耦合光栅与右旋圆偏光入耦合光栅之间留有空隙，所述左旋圆偏光出耦合光栅与右旋圆偏光出耦合光栅之间留有空隙。

有益效果：本发明使用了偏振全息体光栅作为波导的耦合装置，相较于传统的全息体光栅，具有衍射效率高，波长带宽与角度带宽大的优势。偏振复用的应用使入耦合光栅能够对线偏光进行高效衍射，省略显示器件中1/4波片的使用，减少器件的复杂程度，增强稳定性。

为保持出耦合光栅兼顾实际环境的呈现与虚拟图像的显示，采用单一偏振的左旋圆偏振光出耦合光栅。

本发明可应用于近眼显示，增强传输图像的亮度与对比度。

附图说明

图1为实施例1的偏振复用波导显示器件；

图2为实施例2的偏振复用波导显示器件；

图3为PVG的结构；

图4为PVG构成的入耦合装置；

图5为PVG构成的单层出耦合装置；

图6为PVG构成的双层出耦合装置。