波导显示装置的制作方法

1.本公开内容要求于2021年9月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0129963号的申请日的权益，其内容通过引用整体并入本文。
2.本公开内容涉及波导显示装置。具体地，本公开内容涉及用于校正曲面反射失真的波导显示装置。


背景技术：

3.图1a示出了常规波导显示器的实例。
4.在常规波导显示器中，通过衍射光学元件1入射到光学波导中的光通过内反射在衍射光学元件2的方向上传播。通过内反射传播的光从衍射光学元件2发射出，并被观察者的眼睛识别。从衍射光学元件2发射出的光的角度与入射角相同，为此，衍射光学元件1和衍射光学元件2的衍射光栅彼此对称。
5.如图1b所示，当将常规波导显示器应用于平视显示器时，通过衍射光学元件2发射出的光(图像)在弯曲的物体(曲面反射器)例如车辆的挡风玻璃上被反射，然后观察者可以用他/她的眼睛识别从曲面反射器反射的图像。
6.然而，当通过衍射光学元件2发射出的图像被曲面反射器反射时，由于曲面反射器的曲面反射失真，图像失真，这导致使观察者无法识别清晰的图像的问题。
7.例如，由于曲面反射的失真，通过衍射光学元件2发射出的图像以与图像输入到衍射光学元件1的角度不同的角度入射到观察者的眼睛上。此外，由于通过衍射光学元件2发射出的图像根据使图像反射的曲面反射器上的位置以不同的角度从曲面反射器反射，因此观察者根据观察位置以不同的角度观察输出的(反射的)图像。
8.结合波导显示器的原理，曲面反射的失真根据观察者的观察视点和位置以不同的形式出现，因此，上述问题不能通过简单地校正输入到衍射光学元件1的图像来解决。


技术实现要素：

9.技术问题
10.本公开内容的一个目的是提供能够校正曲面反射失真的波导显示装置。
11.然而，本公开内容要解决的目的不限于上述问题，并且本领域技术人员从以下描述中将清楚地理解除上述之外的问题。
12.技术方案
13.根据本公开内容的一个方面，提供了用于校正曲面反射失真的波导显示装置，所述波导显示装置包括：波导，所述波导用于引导从外部输入的光；第一衍射光学元件，所述第一衍射光学元件设置在波导处并且使从外部输入的光衍射到波导的内部；和第二衍射光学元件，所述第二衍射光学元件设置在波导处并且使由波导引导的光衍射以朝向位于外部的曲面反射器的方向输出多束衍射光，其中第二衍射光学元件具有与曲面反射器的曲率对应的衍射光栅的结构，使得衍射光在曲面反射器的不同位置处以彼此平行的方向被反射。
14.有益效果
15.根据本公开内容的一个实施方案的波导显示装置具有校正曲面反射失真的效果，从而提供更清晰的图像。
16.本公开内容的效果不限于上述效果，但是本领域技术人员从本说明书和附图中将清楚地理解除上述之外的效果。
附图说明
17.图1a示出了用于说明常规波导显示器的实例的图。
18.图1b示出了用于说明常规波导显示器通过曲面反射来提供图像的情况的实例的图。
19.图2示出了用于说明根据本公开内容的波导显示装置的配置的图。
20.图3示出了用于说明根据本公开内容的衍射元件的记录方法的实例的图。
21.图4示出了用于说明和比较常规波导显示器和根据本公开内容的波导显示装置之间的图像清晰度的图。
22.*附图标记
23.200：波导显示装置
24.210：波导220：第一衍射光学元件
25.230：第二衍射光学元件
具体实施方式
26.当一部分“包含”或“包括”一个部件时，除非明确相反地说明，否则其意指不是所述部分排除其他的部件，而是所述部分还可以包括其他的部件。
27.在整个说明书中，当一个构件被描述为位于另一构件“上”时，这不仅包括所述构件与另外的构件接触的情况，而且还包括在这两个构件之间存在另一构件的情况。
28.在整个该说明书中，短语“a和/或b”是指“a和b、或者a或b”。
29.本公开内容是校正曲面反射失真的波导显示装置200。根据本公开内容的波导显示装置200可以用于使图像通过来自挡风玻璃的反射而被观察者或使用者识别的车辆hud系统中。此外，根据本公开内容的波导显示装置200不仅可以用于车辆hud系统中，而且还可以用于使图像通过来自弯曲物体的反射被识别的各种应用中。
30.根据本公开内容的波导显示装置200的配置示于图2中。如图2所示，波导显示装置200可以通过包括波导210、设置在波导210处的第一衍射光学元件220、和设置在波导210处的第二衍射光学元件230来配置。
31.波导210可以执行通过内反射引导从外部(光源)输入的光的功能。波导210可以在其中设置有用于内反射的反射表面。
32.根据一个实施方案，波导210可以由平板形成。当波导本身形成有曲率时，出现以下问题：输入到波导的光的角度和波长、波导的曲率变化、曲率反射器的曲率等全部都必须考虑到，以减少从波导输出到外部的光的曲面反射失真。另一方面，在本公开内容中，由于波导210的上表面和下表面形成为平板形状并且从波导210输出到外部的光的角度是均匀的，因此具有可以只考虑与曲面反射器的曲率对应的角度的优点。
33.从光源输入的光可以是特定的图像，并且在这种情况下，光源可以为液晶显示(lcd)面板、数字微镜器件(digital micromirror device，dmd)、有机发光二极管(oled)面板等。在下文中，将从光源输入的光称为“输入图像”。
34.第一衍射光学元件220可以使从光源输入的光，即输入图像，衍射到波导210的内部(内侧)。第一衍射光学元件220具有衍射光栅结构，并且可以通过由衍射光栅结构引起的衍射现象使输入图像衍射到波导210的内部。
35.根据一个实施方案，第一衍射光学元件220可以实现为全息光学元件。当第一衍射光学元件220被实现为全息光学元件时，可以实现高衍射效率和窄带频率特性。
36.通过第一衍射光学元件220衍射到波导210中的输入图像可以通过内反射朝向第二衍射光学元件230传播。也就是说，衍射到内部的输入图像可以通过内反射在第二衍射光学元件230的方向上被引导通过波导210的内部。
37.第二衍射光学元件230可以使被引导的输入图像衍射，并且将衍射光输出到外部。第二衍射光学元件230也具有衍射光栅结构，并且可以通过由衍射光栅结构引起的衍射现象将衍射光输出到外部。
38.根据一个实施方案，第二衍射光学元件230可以实现为全息光学元件。当第二衍射光学元件230被实现为全息光学元件时，可以实现高衍射效率和窄带频率特性。
39.第一衍射光学元件220可以设置在波导210的在光源所在的方向上的一个表面上。第二衍射光学元件230可以设置在波导210的在曲面反射器所在的方向上的一个表面上。因此，第一衍射光学元件220和第二衍射光学元件230可以根据光源和曲面反射器的位置设置在同一表面或不同表面上。
40.多束衍射光可以从第二衍射光学元件230上的各个位置朝向位于外部的曲面反射器的方向输出。衍射光可以从曲面反射器上的不同位置反射。
41.根据一个实施方案，曲面反射器可以位于波导210外部并且与波导210间隔开。也就是说，曲面反射器与本公开内容的包括波导210、第一衍射光学元件220、和第二衍射光学元件230的波导显示装置分开形成，并且可以任意安装与先前安装的曲面反射器的曲率对应的波导显示装置。
42.反射的衍射光传播的方向可以受各衍射光被反射的各个点(曲面反射器)的曲率影响。在这方面，由于根据本公开内容的波导显示装置200是用于校正曲面反射失真的装置，因此从曲面反射器的各个点反射的衍射光应以彼此平行的方向传播。
43.为此，第二衍射光学元件230可以具有与曲面反射器的曲率对应的衍射光栅结构。在此，与曲面反射器的曲率对应的衍射光栅的结构可以指使从曲面反射器反射的衍射光以彼此平行的方向传播的衍射光栅的节距和衍射光栅的倾斜角中的一者或更多者。因此，第二衍射光学元件230对于发射衍射光的各个位置可以具有不同的衍射光栅结构，并且不同的衍射光栅结构可以是与曲面反射器的曲率对应的结构。
44.参照图1a和1b描述的常规波导显示器被配置成使得衍射元件1的入射角对应于衍射元件2的发射角，以及衍射元件1的发射角对应于衍射元件2的入射角。相比之下，根据本公开内容的波导显示装置200被配置成使得从第二衍射光学元件230输出的衍射光基于曲面反射器的曲率对于各个位置以不同角度被衍射，并且不同的角度对应于从曲面反射器反射的衍射光以彼此平行的方向传播的角度。
45.例如，如图2所示，从第二衍射光学元件230的各个位置发射出的衍射光可以具有各自不同的发射角，以及第二衍射光学元件230可以具有衍射光栅结构使得衍射光具有各自不同的发射角。
46.由于这些结构特征，根据本公开内容的波导显示装置200可以校正曲面反射失真，从而提供更清晰的图像。
47.图3是用于说明根据本公开内容的衍射元件220和230的衍射光栅的记录方法的实例的图。在图3中，描述将集中在其中衍射元件220和230被实现为全息光学元件的实例中。
48.为了校正曲面反射失真(为了使反射的衍射光以彼此平行的方向传播)，从第二衍射光学元件230输出的各衍射光被曲面反射器反射的各个位置的高度必须是恒定的。
49.如图3的(a)所示，“各个反射位置的高度是恒定的”可以意指各个反射位置相对于波导显示装置200的相对高度是恒定的。为了使各衍射光从曲面反射器反射的各个位置的高度是恒定的，可以进行将波导显示装置200旋转成与曲面反射器平行的过程。
50.如图3的(b)所示，可以在第一衍射光学元件220上进行形成能够通过向第一衍射光学元件220照射记录光束而使输入图像衍射到波导210的内部的衍射光栅结构的过程。
51.此外，如图3的(c)所示，可以在第二衍射光学元件230上进行形成能够通过向第二衍射光学元件230照射记录光束而使由波导210引导的衍射光衍射到外部(朝向曲面反射器的方向)的衍射光栅结构的过程。
52.由于第二衍射光学元件230必须具有允许从曲面反射器反射的衍射光以彼此平行的方向传播的衍射光栅结构，因此可以以与曲面反射器的曲率对应的发射角照射用于产生第二衍射光学元件230的衍射光栅结构的记录光束。
53.图4示出了用于说明和比较常规波导显示器和根据本公开内容的波导显示装置200之间的图像清晰度的图。
54.图4的(a)示出了当使从常规波导显示器输出的衍射光在曲面反射器上反射时拍摄的图像。如图4的(a)所示，曲面反射失真在常规波导显示器中没有被校正，因此在双目观察期间出现诸如图像失真、重影出现等的问题。
55.图4的(b)示出了当使从根据本公开内容的波导显示装置200输出的衍射光在曲面反射器上反射时拍摄的图像。如图4的(b)所示，根据本公开内容的波导显示装置200校正了曲面反射失真，因此，既没有图像失真，也没有重影问题，结果与常规波导显示器相比可以提供更清晰的图像。
56.在上文中，已经参照各实施方案详细描述了本公开内容。然而，根据本公开内容的实施方案可以以各种不同的形式修改。也就是说，提供本说明书的实施方案是为了向本公开内容所属领域的普通技术人员更完整地说明本公开内容。
57.本公开内容不限于本文中描述的实施方案，并且本公开内容所属领域的技术人员在本公开内容和所附权利要求的技术构思的等效范围内可以做各种修改。