一种波导显示系统和显示装置的制作方法

1.本发明实施例涉及光波导技术领域，尤其涉及一种波导显示系统和显示装置。


背景技术：

2.基于光波导(平面玻璃基板)的近眼显示模组，依靠介质内的光线全反射原理，在波导片内部对光线进行横向传输，从而增大投影模组和人眼视线轴之间的距离，提高近眼显示模组的佩戴舒适度。为了提升光波导近眼显示模组的视场角，可以将波导片多层叠加，每一层形成视场中不同区域的画面，多层波导拼接为一个画面，其中一种方式是使用不同的屏幕显示不一样的内容，最终进行调试拼接，缺点在于增加了屏幕数量，占用空间较大，成本也高。另一种方式是使用偏振分光棱镜进行同幅画面分层导入，两层波导片导入的图片信息是一样的，根据分层原理，每一层需要显示同一幅画面的不同部分，最终形成拼接效果，但没有显示的部分的光线就形成浪费，对最终的入眼亮度造成影响，降低系统整体效率。


技术实现要素：

3.本发明提供一种波导显示系统和显示装置，以实现在对画面进行划分的基础上，还可以提升光能利用效率。
4.为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种波导显示系统，包括：
5.第一波导片和第二波导片，所述第一波导片包括第一耦入单元，所述第二波导片包括第二耦入单元，其中，所述第一耦入单元和所述第二耦入单元位于同侧；
6.所述第一耦入单元用于耦入光线至所述第一波导片，所述光线中一部分在所述第一波导片中发生全反射后进入所述第一波导片中传输，另一部分发生反射和折射，形成反射光线和折射光线，所述折射光线经所述第一波导片的下表面入射至所述第二耦入单元，所述第二耦入单元用于耦入所述折射光线至所述第二波导片，所述折射光线在所述第二波导片中发生全反射后进入所述第二波导片中传输。
7.根据本发明的一个实施例，所述第一耦入单元耦入光线至所述第一波导片中，其中一部分所述光线入射至所述第一波导片中的入射角大于或等于所述第一波导片的全反射角；另一部分所述光线入射至所述第一波导片中的入射角小于所述第一波导片的全反射角。
8.根据本发明的一个实施例，所述第二耦入单元包括第一反射镜，所述第一反射镜用于反射所述折射光线至所述第二波导片中，并调整所述折射光线入射至所述第二波导片中的入射角。
9.根据本发明的一个实施例，所述第一反射镜反射所述折射光线至所述第二波导片中的入射角大于或等于所述第二波导片的全反射角。
10.根据本发明的一个实施例，所述第一反射镜为阵列排布的反射镜。
11.根据本发明的一个实施例，所述波导显示系统还包括：第二反射镜，所述第二反射
镜位于所述第一波导片的上表面，所述第二反射镜用于反射所述反射光线至所述第一波导片的下表面。
12.根据本发明的一个实施例，所述第一波导片还包括第一耦出单元，所述第一耦出单元包括阵列排布的界面，所述第一耦出单元用于耦出一部分所述光线。
13.根据本发明的一个实施例，所述第二波导片还包括第二耦出单元，所述第二耦出单元包括阵列排布的界面，所述第二耦出单元用于耦出另一部分所述光线的折射光线。
14.为实现上述目的，本发明另一方面实施例还提出了一种显示装置，包括如前所述的波导显示系统；
15.还包括：投影系统，所述投影系统用于出射光线至所述波导显示系统。
16.根据本发明实施例提出的波导显示系统和显示装置，其中，所述波导显示系统包括：第一波导片和第二波导片，所述第一波导片包括第一耦入单元，所述第二波导片包括第二耦入单元，其中，所述第一耦入单元和所述第二耦入单元位于同侧；所述第一耦入单元用于耦入光线至所述第一波导片，所述光线中一部分在所述第一波导片中发生全反射后在所述第一波导片中传输，另一部分发生反射和折射，形成反射光线和折射光线，所述折射光线经所述第一波导片的下表面入射至所述第二耦入单元，所述第二耦入单元用于耦入所述折射光线至所述第二波导片，所述折射光线在所述第二波导片中发生全反射后进入第二波导片中传输。从而，可以实现对画面的划分，并且画面划分比较干净，效率较高，另外还可以提升光能利用效率。
附图说明
17.图1是现有技术中波导显示系统的结构示意图；
18.图2是现有技术中另一种波导显示系统的结构示意图；
19.图3是现有技术中又一种波导显示系统的结构示意图；
20.图4是本发明实施例提出的波导显示系统的结构示意图；
21.图5是本发明实施例提出的波导显示系统的成像示意图；
22.图6是本发明一个实施例提出的波导显示系统的结构示意图；
23.图7是本发明另一个实施例提出的波导显示系统的结构示意图；
24.图8是本发明又一个实施例提出的波导显示系统的结构示意图；
25.图9是本发明再一个实施例提出的波导显示系统的结构示意图；
26.图10是本发明实施例还提出的显示装置的方框示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
28.图1是现有技术中波导显示系统的结构示意图。如图1所示，该波导显示系统包括第一图像显示器51、第一准直器52、第一波导片53、第二图像显示器54、第二准直器55和第二波导片56，其中，第一图像显示器51显示第一子图像并发出第一光束，第一光束经过第一准直器52处理后变成准直光，然后耦入第一波导片53中，最终形成从第一波导片53中耦出
的第一耦出光束，该第一耦出光束到达人眼视网膜完成对第一子图像的成像，第二图像显示器54显示第二子图像并发出第二光束，第二光束经过第二准直器55处理后变成准直光，然后耦入第二波导片56中，最终形成从第二波导片56中耦出的第二耦出光束，该第二耦出光束到达人眼视网膜完成对第二子图像的成像。
29.图2是现有技术中另一种波导显示系统的结构示意图。如图2所示，该波导显示系统包括第一图像显示器61、第一准直器62、第一波导片63、第二图像显示器64、第二准直器65和第二波导片66，其中，第一图像显示器61显示第一子图像并发出第一光束，第一光束经过第一准直器62处理后变成准直光，然后耦入第一波导片63中，最终形成从第一波导片63中耦出的第一耦出光束，该第一耦出光束到达人眼视网膜完成对第一子图像的成像，第二图像显示器64显示第二子图像并发出第二光束，第二光束经过第二准直器65处理后变成准直光，然后耦入第二波导片66中，最终形成从第二波导片66中耦出的第二耦出光束，该第二耦出光束到达人眼视网膜完成对第二子图像的成像。
30.其中，图1和图2所示的实施例，缺点在于增加了屏幕数量，占用空间较大，成本也高。
31.图3是现有技术中又一种波导显示系统的结构示意图。如图3所示，该波导显示系统包括图像显示器71、第一分光单元72、偏振调制单元73、准直单元74、第二分光单元75、第一棱镜76、第二棱镜77、第一波导片78和第二波导片79，其中，图像显示器71依次显示第一子图像和第二子图像，在显示第一子图像时发出第一光束，显示第二子图像时发出第二光束；第一分光单元72将第一光束和第二光束分光处理成p
‑
偏振光；偏振调制单元73直接透射p
‑
偏振光的第一光束，并使p
‑
偏振光的第二光束偏转成为s
‑
偏振光后再透射；准直单元74将p
‑
偏振光的第一光束和s
‑
偏振光的第二光束处理成准直光；第二分光单元75直接透射成为准直光且为p
‑
偏振光的第一光束，并反射成为准直光且为s
‑
偏振光的第二光束；第一棱镜76将成为准直光且为p
‑
偏振光的第一光束耦入第一波导基片78；第二棱镜77将成为准直光且为s
‑
偏振光的第二光束耦入第二波导基片79。
32.图3中所示的实施例中，两层波导片导入的图片信息是一样的，根据分层原理，每一层需要显示同一幅画面的不同部分，最终形成拼接效果，但没有显示的部分的光线就形成浪费，对最终的入眼亮度造成影响，降低系统整体效率。
33.图4是本发明实施例提出的波导显示系统的结构示意图。如图4所示，该波导系统100包括：
34.第一波导片101和第二波导片102，所述第一波导片101包括第一耦入单元103，所述第二波导片102包括第二耦入单元104，其中，所述第一耦入单元103和所述第二耦入单元103位于同侧；
35.所述第一耦入单元103用于耦入光线至所述第一波导片101，所述光线中一部分在所述第一波导片101中发生全反射后所述第一波导片101中传输，另一部分发生反射和折射，形成反射光线和折射光线，所述折射光线经所述第一波导片101的下表面入射至所述第二耦入单元104，所述第二耦入单元104用于耦入所述折射光线至所述第二波导片102，所述折射光线在所述第二波导片102中发生全反射后进入所述第二波导片102中传输。
36.需要说明的是，所述第一耦入单元103耦入光线至所述第一波导片101中，其中一部分所述光线入射至所述第一波导片101中的入射角大于或等于所述第一波导片101的全
反射角；另一部分所述光线入射至所述第一波导片101中的入射角小于所述第一波导片101的全反射角。
37.也就是说，所述第一耦入单元103耦入的光线中包括两部分，其中一部分光线的入射角大于或等于所述第一波导片101的全反射角，另一部分光线的入射角小于所述第一波导片101的全反射角。入射角大于或等于所述第一波导片101的全反射角的光线在所述第一波导片101中发生全反射，并进入所述第一波导片101中传输。入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线在所述第一波导片101中发生反射和折射，形成反射光线和折射光线，折射光线经过第二波导片102的第二耦出单元104耦入至第二波导片102，并在第二波导片102中传输。从而，第一波导片101和第二波导片102以第一波导片101的全反射角为界，将耦入的光线分为两部分，最终，由这两部分光线分别进行成像，形成两幅图像(如图5所示)，最后拼接在一起，这样，在减少光学器件的基础上(无需使用两个显示屏)，仍然可以实现画面的划分，并且最终成像所用的光束仅在全反射角处有重叠(如图5中的中间线)，在其他地方均无重叠，所有的光线均用于成像，提升了光线利用效率。
38.根据本发明的一个实施例，如图6所示，所述第二耦入单元104包括第一反射镜105，所述第一反射镜105用于反射所述折射光线至所述第二波导片102中，并调整所述折射光线入射至所述第二波导片102中的入射角。
39.根据本发明的一个实施例，所述第一反射镜105反射所述折射光线至所述第二波导片102中的入射角大于或等于所述第二波导片102的全反射角。
40.需要说明的是，所述第一反射镜105可以调整所述折射光线入射至第二波导片102的下表面的入射角度，实际操作过程中，所述第一反射镜105的安装角度可以根据所述折射光线入射至所述第二波导片102的下表面的入射角度的要求，以及所述折射光线入射至所述第一反射镜105的角度来定，仅需满足所述折射光线入射至所述第二波导片102的下表面的入射角度大于或等于所述第二波导片102的全反射角即可。由此，折射光线进入所述第二波导片102之后，在所述第二波导片102内部发生全反射，在所述第二波导片102中进行传输。基于此，较大程度上利用了入射角小于第一波导片101的全反射角的光线的折射光线进行成像，提升了光能利用率。
41.根据本发明的一个实施例，如图7所示，所述第一反射镜105为阵列排布的反射镜。
42.其中，图7中在所述第二耦入单元中包括三个第一反射镜105。可以理解的是，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线第一次在第一波导片101的下表面发生折射，形成第一折射光线，第一折射光线经过所述第一反射镜105(三个中的右边的第一反射镜)反射至所述第二波导片102；另外，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线第一次在第一波导片101的下表面发生反射，形成第一反射光线，第一反射光线入射至第一波导片101的上表面，并经第一波导片101的上表面进行反射，入射至第一波导片101的下表面，再次发生折射，形成第二折射光线，第二折射光线经过所述第一反射镜105(三个中的中间的第一反射镜)反射至所述第二波导片102；依次类推，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线在第一波导片101中发生反射，并在第一波导片101的下表面发生折射，折射光线均通过第一反射镜105进入第二波导片102。需要说明的是，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线在第一波导片101中发生反射，几次之后，光能量损失较大，再之后的折射光线的能量几乎可以忽略。因此，一般在第二波导片102的第二耦入单元104中只设
置三到五个第一反射镜105。
43.根据本发明的一个实施例，如图8所示，所述波导显示系统100还包括：第二反射镜106，所述第二反射镜106位于所述第一波导片101的上表面，所述第二反射镜106用于反射所述反射光线至所述第一波导片101的下表面。
44.可以理解的是，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线在第一波导片101中发生反射，为了避免能量损耗，即为了避免光线在第一波导片101的上表面发生折射，在第一波导片101的上表面设置第二反射镜106，第二反射镜106使得反射光线均再发生反射，而无折射(透射)，从而，进一步提升了光能利用率。需要说明的是，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线在第一波导片101中发生反射，几次之后，光能量损失较大，再之后的反射光线的能量几乎可以忽略。因此，仅在第一波导片101的第一耦入单元103中设置第二反射镜106。
45.另外，也可以在第一波导片101的上表面涂覆反光涂层等来避免反射光线透射。
46.根据本发明的一个实施例，如图9所示，所述第一波导片101还包括第一耦出单元107，所述第一耦出单元107包括阵列排布的界面，所述第一耦出单元107用于耦出一部分所述光线。
47.可以理解的是，入射角大于或等于所述第一波导片101的全反射角的光线在第一波导片101中发生全反射，经过第一波导片101传导，进入第一耦出单元107，经过第一耦出单元107中的界面反射，形成第一耦出光束。所述第一耦出单元107用于耦出一部分所述光线是指，第一耦出单元107耦出的是入射角大于或等于所述第一波导片101的全反射角的光线。
48.根据本发明的一个实施例，如图9所示，所述第二波导片101还包括第二耦出单元108，所述第二耦出单元108包括阵列排布的界面，所述第二耦出单元108用于耦出另一部分所述光线的折射光线。
49.可以理解的是，入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线在第一波导片101中发生反射和折射，折射光线经过第二波导片102传导，进入第二耦出单元108，经过第二耦出单元108中的界面反射，形成第二耦出光束。所述第二耦出单元108用于耦出另一部分所述光线是指，第二耦出单元108耦出的是入射角小于所述第一波导片101的全反射角的光线，在第一波导片101的下表面发生折射的折射光线。
50.需要说明的是，在耦出部分，第一耦出光束的方向与第二耦出光束的方向不同。并且耦出部分中设置的阵列排布的界面的反面可以涂布涂层，防止经过界面透射的光经过波导片后再反射至界面，然后再通过该界面反射至下一界面的正面，耦出光束中掺杂由界面反射的光的光线，从而可以进一步提升图像的清晰度。
51.基于此，本发明实施例提出的波导显示系统不但可以显著增大视场角，而且可以提升光能利用率，避免光能的浪费。另外，减少了显示器的使用数量，节约了成本。并且画面划分比较干净，效率较高，尤其是第二波导片102中的画面，根据全反射的原理，符合全反射条件的光线无法导出第一波导片101，因此符合全反射条件的光线在第二波导片102中不会出现。对于第一波导片101，部分不符合全反射角的光线存在部分反射返回该第一波导片101，可以通过图9多次耦出的方式进行效率提升。
52.图10是本发明实施例还提出的显示装置的方框示意图。如图10所示，该显示装置
200包括如前所述的波导显示系统100；
53.还包括：投影系统300，所述投影系统300用于出射光线至所述波导显示系统100；所述波导显示系统100耦出的光线到达人眼视网膜完成成像。
54.综上所述，根据本发明实施例提出的波导显示系统和显示装置，其中，所述波导显示系统包括：第一波导片和第二波导片，所述第一波导片包括第一耦入单元，所述第二波导片包括第二耦入单元，其中，所述第一耦入单元和所述第二耦入单元位于同侧；所述第一耦入单元用于耦入光线至所述第一波导片，所述光线中一部分在所述第一波导片中发生全反射后进入第一波导片中传输，另一部分发生反射和折射，形成反射光线和折射光线，所述折射光线经所述第一波导片的下表面入射至所述第二耦入单元，所述第二耦入单元用于耦入所述折射光线至所述第二波导片，所述折射光线在所述第二波导片中发生全反射后进入第二波导片中传输。从而，可以实现对画面的划分，并且画面划分比较干净，效率较高，另外还可以提升光能利用效率。
55.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。