具有硅上单色液晶显示器的设备的制作方法

具有硅上单色液晶显示器的设备
1.相关申请
2.本技术要求2019年5月20日提交的美国申请第62/850,510号和2020年5月14日提交的美国申请第15/931,778号的优先权。美国申请第62/850,510号和美国申请第15/931,778号的内容为了所有目的通过引用被全部并入本文。
技术领域
3.本技术大体上涉及头戴式显示设备，更具体地说，涉及具有硅上液晶(lcos)显示器的头戴式显示设备。
4.背景
5.头戴式显示设备(本文也称为头戴式显示器)作为向用户提供视觉信息的手段越来越受欢迎。例如，头戴式显示设备用于虚拟现实、混合现实和增强现实操作。
6.需要提供高亮度图像以增强用户对虚拟现实和/或增强现实的体验的重量轻且尺寸紧凑的头戴式显示系统。然而，通常提供高亮度和高图像质量的显示系统具有高功耗，这又减少了操作时间和电池寿命，并增加了与能量存储(例如电池)相关的尺寸和重量。
7.概述
8.通过所公开的包括单色lcos显示器的显示设备，减少或消除了与传统多色显示设备相关的上述缺陷和其他挑战。
9.根据一些实施例，一种方法包括将具有第一颜色的单色照明光投射到硅上液晶显示设备上，从而从硅上液晶显示设备获得具有第一颜色的单色图像光。该方法还包括从不同于硅上液晶显示设备的显示面板接收至少具有不同于第一颜色的第二颜色的图像光，并且组合单色图像光和图像光以向眼睛投射。
10.根据一些实施例，一种设备包括硅上液晶显示设备，其被配置为接收具有第一颜色的单色照明光并提供单色图像光。该设备还包括不同于硅上液晶显示设备的显示面板。显示设备被配置为提供具有至少不同于第一颜色的第二颜色的图像光。该设备还包括波导，该波导被配置为组合单色图像光和图像光，用于向眼睛投射。
11.附图简述
12.为了更好地理解所描述的各个实施例，应当结合以下附图来参考下面的实施例的描述，在所有附图中，相同的附图标记指示相应的部件。
13.图1是根据一些实施例的显示设备的透视图。
14.图2是根据一些实施例的包括显示设备的系统的框图。
15.图3是根据一些实施例的显示设备的等轴视图(isometric view)。
16.图4a是示出根据一些实施例的显示系统的示意图。
17.图4b是示出根据一些实施例的显示系统的示意图。
18.图4c是示出根据一些实施例的显示系统的示意图。
19.图5a是示出根据一些实施例的lcos显示设备的示意图。
20.图5b是示出根据一些实施例的lcos显示设备的示意图。
21.图5c是示出根据一些实施例的lcos显示设备的示意图。
22.图6a和图6b是示出根据一些实施例的显示面板的示意图。
23.除非另有说明，否则这些图不是按比例绘制的。
24.详细描述
25.多色(polychromatic)(例如，多色(multicolor))显示器，例如发光显示器(例如，发光二极管(led)显示器或微led(microled)显示器)，可能遭受由特定颜色分量产生的挑战，该特定颜色分量比其他颜色分量具有更低的效率。例如，在微led显示器中，红色的效率低于蓝色和绿色。反射空间光调制器(例如，硅上液晶(lcos)显示器)，当被配置用于多色显示器时，也会遭受效率损失。此外，传统的多色显示器也可能遭受颜色分离(color break
‑
up)。这种显示器通常需要复杂的光学组件来产生和混合颜色。
26.如本文所述，为单个颜色分量(例如，红色)配置的单色(例如，单个颜色)反射空间光调制器比多色反射空间光调制器具有更高的效率。这种单色反射空间光调制器可以与用于其他颜色分量(例如，蓝色和绿色)的显示元件相结合，以实现高效率的显示系统。此外，单色lcos显示器和一个或更多个发光显示器的组合有助于混合不同颜色的光，消除或减少了对大而复杂的照明系统的需求。此外，单色反射空间光调制器可以以低分辨率投影光学器件工作，而不会显著降低投影图像质量，这允许使用更宽范围的投影透镜。
27.现在将参考实施例，其示例在附图中示出。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对各种所描述的实施例的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施各种所描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的各个方面。
28.还应当理解，尽管在某些情况下，术语第一、第二等在本文用于描述各种元素，但这些元素不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，第一显示器可以被称为第二显示器，并且类似地，第二显示器可以被称为第一显示器，而不脱离所描述的各种实施例的范围。第一显示器和第二显示器都是显示器，但是它们不是同一个显示器。
29.在本文各种所描述的实施例的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不旨在是限制性的。如在各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。还应当理解，本文使用的术语“和/或”指的是并包括一个或更多个相关列出项目的任何和所有可能的组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(comprises)”和/或“包含(comprises)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。术语“示例性的”在本文中是在“用作示例、实例或说明”的意义上使用的，而不是在“代表同类中最好”的意义上使用的。
30.图1示出了根据一些实施例的显示设备100。在一些实施例中，显示设备100被配置为佩戴在用户的头上(例如，通过具有眼镜(spectacles)或眼镜(eyeglasses)的形式，如图1所示)或作为将由用户佩戴的头盔的一部分被包括。当显示设备100被配置成佩戴在用户的头上或者作为头盔的一部分被包括时，显示设备100被称为头戴式显示器。替代地，显示设备100被配置用于在固定位置处放置在用户的一只或两只眼睛附近，而不是头戴式的(例
如，显示设备100被安装在诸如汽车或飞机的交通工具中，用于放置在用户的一只或两只眼睛前面)。如图1所示，显示设备100包括显示器110。显示器110被配置用于向用户呈现视觉内容(例如，增强现实内容、虚拟现实内容、混合现实内容或其任意组合)。
31.在一些实施例中，显示设备100包括本文参考图2所描述的一个或更多个部件。在一些实施例中，显示设备100包括图2中未示出的附加部件。
32.图2是根据一些实施例的系统200的框图。图2所示的系统200包括显示设备205(其对应于图1所示的显示设备100)、成像设备235和输入接口240，它们各自耦合到控制台210。虽然图2示出了包括一个显示设备205、成像设备235和输入接口240的系统200的示例，但在其他实施例中，系统200中可以包括任何数量的这些部件。例如，可以有多个显示设备205，每个显示设备205具有相关联的输入接口240，并且由一个或更多个成像设备235监控，其中每个显示设备205、输入接口240和成像设备235都与控制台210通信。在替代配置中，不同部件和/或附加部件可以被包括在系统200中。例如，在一些实施例中，控制台210经由网络(例如，互联网)连接到系统200，或者作为显示设备205的一部分是独立的(self
‑
contained)(例如，物理上位于显示设备205内部)。在一些实施例中，显示设备205用于通过添加现实环境的视图来创建混合现实。因此，这里描述的显示设备205和系统200可以传送增强现实、虚拟现实和混合现实。
33.在一些实施例中，如图1所示，显示设备205是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由显示设备205呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频或它们的某种组合。在一些实施例中，经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)来呈现音频，该外部设备从显示设备205、控制台210或两者接收音频信息并基于该音频信息来呈现音频数据。在一些实施例中，显示设备205使用户沉浸在增强环境中。
34.在一些实施例中，显示设备205还充当增强现实(ar)头戴式装置。在这些实施例中，显示设备205用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。此外，在一些实施例中，显示设备205能够在不同类型的操作之间循环。因此，基于来自应用引擎255的指令，显示设备205作为虚拟现实(vr)设备、增强现实(ar)设备、作为眼镜或其某种组合(例如，没有光学校正的眼镜、针对用户进行了光学校正的眼镜、太阳镜或其某种组合)来操作。
35.显示设备205包括电子显示器215、一个或更多个处理器216、眼睛跟踪模块217、调整模块218、一个或更多个定位器220、一个或更多个位置传感器225、一个或更多个位置照相机222、存储器228、惯性测量单元(imu)230、一个或更多个反射元件260或其子集或超集(例如，具有电子显示器215、一个或更多个处理器216和存储器228而没有任何其他列出的部件的显示设备205)。显示设备205的一些实施例具有不同于这里描述的那些模块的模块。类似地，功能可以以不同于这里描述的方式分布在模块中。
36.一个或更多个处理器216(例如，处理单元或核心)执行存储在存储器228中的指令。存储器228包括高速随机存取存储器，例如dram、sram、ddr ram或其他随机存取固态存储器设备；并且可以包括非易失性存储器，例如一个或更多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。存储器228或者替代地在存储器228内的非易失性存储器设备包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器228或存储器228的计算机可读存储介质存储用于在电子显示器215上显示一个或更多个图像的程序、模
块和数据结构、和/或指令。
37.电子显示器215根据从控制台210和/或处理器216接收的数据来向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器215可以包括单个可调整显示元件或多个可调整显示元件(例如，用户的每只眼睛对应一个显示器)。在一些实施例中，电子显示器215被配置成通过将图像投射到一个或更多个反射元件260上来向用户显示图像。
38.在一些实施例中，显示元件包括一个或更多个发光器件和相应的空间光调制器阵列。空间光调制器是电光像素阵列、光电像素阵列、动态调整由每个器件传输的光量的某种其他器件阵列、或它们的某种组合。这些像素被放置在一个或更多个透镜的后面。在一些实施例中，空间光调制器是lcd(液晶显示器)中基于液晶的像素阵列。发光器件的示例包括：有机发光二极管(oled)、有源矩阵有机发光二极管、发光二极管、能够放置在柔性显示器中的某种类型的器件、或它们的某种组合。发光器件包括能够生成用于图像生成的可见光(例如，红色、绿色、蓝色等)的器件。空间光调制器被配置成选择性地衰减单个发光器件、发光器件组、或它们的某种组合。替代地，当发光器件被配置成选择性地衰减单个发射器件和/或发光器件组时，显示元件包括这种发光器件的阵列，而没有单独的发射强度阵列(emission intensity array)。在一些实施例中，电子显示器215将图像投射到一个或更多个反射元件260，反射元件260将至少一部分光朝向用户的眼睛反射。
39.一个或更多个透镜将来自发光器件阵列的光(可选地通过发射强度阵列)引导到每个视窗(eyebox)内的位置，并最终到达用户视网膜的背面。视窗是位于显示设备205附近的用户(例如，佩戴显示设备205的用户)的眼睛所占据的区域，用于观看来自显示设备205的图像。在某些情况下，视窗被表示为10mm
×
10mm的正方形。在一些实施例中，一个或更多个透镜包括一个或更多个涂层，例如抗反射涂层。
40.在一些实施例中，显示元件包括红外(ir)检测器阵列，该ir检测器阵列检测从观看用户的视网膜、从角膜的表面、眼睛的晶状体或它们的某种组合逆反射(retro
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reflect)的ir光。ir检测器阵列包括一个ir传感器或多个ir传感器，该多个ir传感器中的每一个对应于观看用户的眼睛瞳孔的不同位置。在替代实施例中，也可以采用其他眼睛跟踪系统。如本文所用，ir是指波长范围为700nm至1mm的光，包括波长范围为750nm至1500nm的近红外(nir)。
41.眼睛跟踪模块217确定用户眼睛的每个瞳孔的位置。在一些实施例中，眼睛跟踪模块217指示电子显示器215用ir光(例如，经由显示元件中的ir发射器件)照亮视窗。
42.发射的ir光的一部分将穿过观看用户的瞳孔，并从视网膜朝向ir检测器阵列逆反射，该ir检测器阵列用于确定瞳孔的位置。替代地，离开眼睛表面的反射光也被用于确定瞳孔的位置。ir检测器阵列扫描逆反射，并在检测到逆反射时识别出哪些ir发射器件处于活动状态。眼睛跟踪模块217可以使用跟踪查找表和所识别的ir发射器件来确定每只眼睛的瞳孔位置。跟踪查找表将ir检测器阵列上接收到的信号映射到每个视窗中的位置(对应于瞳孔位置)。在一些实施例中，跟踪查找表是经由校准过程生成的(例如，用户看图像中的各个已知参考点，并且眼睛跟踪模块217将在看参考点时用户的瞳孔的位置映射到在ir跟踪阵列上接收到的相应信号)。如上面所提到的，在一些实施例中，系统200可以使用除了本文描述的嵌入式ir眼睛跟踪系统之外的其他眼睛跟踪系统。
43.调整模块218基于所确定的瞳孔位置生成图像帧。在一些实施例中，这将离散图像
发送到显示器，显示器将子图像平铺在一起，因此连贯的拼接图像将出现在视网膜的背面。调整模块218基于检测到的瞳孔位置调整电子显示器215的输出(即，生成的图像帧)。调整模块218指示电子显示器215的一些部分将图像光传递到所确定的瞳孔位置。在一些实施例中，调整模块218还指示电子显示器不要将图像光传递到除了所确定的瞳孔位置之外的位置。调整模块218可以例如，阻挡和/或停止其图像光落在所确定的瞳孔位置之外的发光器件、允许其他发光器件发射落入所确定的瞳孔位置内的图像光、平移和/或旋转一个或更多个显示元件、动态调整透镜(例如，微透镜)阵列中的一个或更多个有源透镜的曲率和/或屈光力(refractive power)、或者这些操作的某种组合。
44.可选的定位器220是相对于彼此并且相对于显示设备205上的特定参考点位于显示设备205上特定位置的对象。定位器220可以是发光二极管(led)、锥体棱镜(corner cube reflector)、反射标记(reflective marker)、与显示设备205的操作环境形成对比的一种类型的光源、或它们的某种组合。在定位器220是有源的(即，led或其他类型的发光器件)的实施例中，定位器220可以发射在可见光波段(例如，约500nm至750nm)中、在红外波段(例如，约750nm至1mm)中、在紫外波段(约100nm至500nm)中、电磁波谱的某个其他部分或其某种组合中的光。
45.在一些实施例中，定位器220位于显示设备205的外表面下面，该外表面对于由定位器220发射或反射的光的波长是透光的，或者足够薄而基本上不减弱由定位器220发射或反射的光的波长。此外，在一些实施例中，显示设备205的外表面或其他部分在光的波长的可见光波段中是不透光的。因此，定位器220可以在外表面下发射在ir波段中的光，该外表面在ir波段中是透光的，但在可见光波段中是不透光的。
46.imu 230是基于从一个或更多个位置传感器225接收的测量信号来生成校准数据的电子设备。位置传感器225响应于显示设备205的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器225的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一合适类型的传感器、用于imu 230的误差校正的一种类型的传感器、或者它们的某种组合。位置传感器225可以位于imu 230的外部、imu 230的内部或它们的一些组合。
47.基于来自一个或更多个位置传感器225的一个或更多个测量信号，imu 230生成第一校准数据，该第一校准数据指示相对于显示设备205的初始位置的显示设备205的估计位置。例如，位置传感器225包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，imu 230对测量信号进行快速采样，并从采样的数据计算显示设备205的估计位置。例如，imu 230在时间上对从加速度计接收的测量信号进行积分以估计速度向量，并在时间上对速度向量进行积分以确定显示设备205上参考点的估计位置。替代地，imu 230向控制台210提供所采样的测量信号，控制台210确定第一校准数据。参考点是可以用来描述显示设备205的位置的点。尽管参考点通常可以被定义为空间中的点；但是，在实践中，参考点被定义为显示设备205内的点(例如，imu 230的中心)。
48.在一些实施例中，imu 230从控制台210接收一个或更多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或更多个校准参数用于保持对显示设备205的跟踪。基于接收到的校准参数，imu 230可以调整一个或更多个imu参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些校准参
数使得imu 230更新参考点的初始位置，使得其对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差(drift error))导致参考点的估计位置随着时间的推移偏离参考点的实际位置。
49.成像设备235根据从控制台210接收的校准参数来生成校准数据。校准数据包括显示定位器220的所观察的位置的一个或更多个图像，这些位置由成像设备235可检测。在一些实施例中，成像设备235包括一个或更多个静止照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获包括一个或更多个定位器220的图像的任何其他设备、或它们的某种组合。此外，成像设备235可以包括一个或更多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。成像设备235被配置成可选地在成像设备235的视场中检测从定位器220发射或反射的光。在定位器220包括无源元件(例如，逆反射器(retroreflector))的实施例中，成像设备235可以包括照亮一些或所有定位器220的光源，这些定位器朝着成像设备235中的光源逆反射光。第二校准数据从成像设备235被传递到控制台210，并且成像设备235从控制台210接收一个或更多个校准参数以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、iso、传感器温度、快门速度、光圈等)。
50.在一些实施例中，显示设备205可选地包括一个或更多个反射元件260。在一些实施例中，电子显示设备205可选地包括单个反射元件260或多个反射元件260(例如，用户每只眼睛一个反射元件260)。在一些实施例中，电子显示设备215将计算机生成的图像投射到一个或更多个反射元件260上，反射元件260继而将图像朝向用户的一只眼睛或两只眼睛反射。计算机生成的图像包括静止图像、动画图像和/或它们的组合。计算机生成的图像包括看起来是二维和/或三维对象的对象。在一些实施例中，一个或更多个反射元件260是部分透光的(例如，一个或更多个反射元件260具有至少15％、20％、25％、30％、35％、50％、55％或50％的透射率)，这允许环境光的传输。在这样的实施例中，由电子显示器215投射的计算机生成的图像与透射的环境光(例如，透射的环境图像)叠加，以提供增强现实图像。
51.输入接口240是允许用户向控制台210发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入接口240可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、来自大脑信号的数据、来自人体其他部位的数据、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台210的任何其他合适的设备。由输入接口240接收到的动作请求可以被传送到控制台210，控制台210执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，输入接口240可以根据从控制台210接收到的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，提供触觉反馈，或者控制台210向输入接口240传送指令，使输入接口240在控制台210执行动作时生成触觉反馈。
52.控制台210根据从成像设备235、显示设备205和输入接口240中的一个或更多个接收的信息来向显示设备205提供媒体以呈现给用户。在图2所示的示例中，控制台210包括应用储存器245、跟踪模块250和应用引擎255。控制台210的一些实施例具有与结合图2描述的模块不同的模块。类似地，本文进一步描述的功能可以以不同于这里描述的方式分布在控制台210的部件当中。
53.当应用储存器245被包括在控制台210中时，应用储存器245存储由控制台210执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，该组指令当由处理器执行时被用来生成用于呈现
给用户的内容。由处理器基于应用生成的内容可以响应于经由显示设备205的移动或输入接口240而从用户接收的输入。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
54.当跟踪模块250被包括在控制台210中时，跟踪模块250使用一个或更多个校准参数来校准系统200，并且可以调整一个或更多个校准参数以降低显示设备205位置确定中的误差。例如，跟踪模块250调整成像设备235的焦点以获得在显示设备205上的被观察到的定位器的更准确的位置。此外，由跟踪模块250执行的校准还考虑从imu 230接收到的信息。此外，如果失去对显示设备205的跟踪(例如，成像设备235失去至少阈值数量的定位器220的视线)，则跟踪模块250重新校准部分或全部系统200。
55.在一些实施例中，跟踪模块250使用来自成像设备235的第二校准数据来跟踪显示设备205的移动。例如，跟踪模块250使用被观察的定位器根据第二校准数据和显示设备205的模型来确定显示设备205的参考点的位置。在一些实施例中，跟踪模块250还使用来自第一校准数据的位置信息来确定显示设备205的参考点的位置。此外，在一些实施例中，跟踪模块250可以使用第一校准数据、第二校准数据或其某种组合的部分来预测显示设备205的未来位置。跟踪模块250向应用引擎255提供显示设备205的估计位置或预测的未来位置。
56.应用引擎255执行在系统200内的应用，并从跟踪模块250接收显示设备205的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，应用引擎255确定要提供给显示设备205用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则应用引擎255为显示设备205生成反映(mirror)用户在增强环境中的移动的内容。另外，应用引擎255响应于从输入接口240接收到的动作请求来在控制台210上执行的应用内执行动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由显示设备205的视觉或听觉反馈或者经由输入接口240的触觉反馈。
57.图3是根据一些实施例的显示设备300的等轴视图。在一些其他实施例中，显示设备300是某种其他电子显示器(例如，数字显微镜、头戴式显示设备等)的一部分。在一些实施例中，显示设备300包括发光器件310和光学组件330，光学组件330可以包括一个或更多个透镜和/或其他光学部件。在一些实施例中，显示设备300还包括ir检测器阵列。
58.发光器件310朝向观看用户发射图像光和可选的ir光。发光器件310包括发射可见光的一个或更多个发光部件(并且可选地包括发射ir光的部件)。发光器件310可以包括例如led阵列、微led阵列、超发光led阵列、有机led(oled)阵列、垂直腔面发射激光器(vcsel)阵列或它们的某种组合。
59.在一些实施例中，发光器件310包括发射强度阵列(例如，透射空间光调制器)，其被配置为选择性地衰减从发光器件310发射的光。在一些实施例中，发射强度阵列由多个液晶单元或像素、发光器件组、或它们的某种组合组成。每个液晶单元(或者在一些实施例中，液晶单元组)是可寻址的，以具有特定的衰减水平。例如，在给定时间，一些液晶单元可以被设置为无衰减，而其他液晶单元可以被设置为最大衰减。以这种方式，发射强度阵列能够提供图像光和/或控制图像光的哪一部分被传递到光学组件330。在一些实施例中，显示设备300使用发射强度阵列来促进向用户的眼睛340的瞳孔350的位置提供图像光，并且最小化向视窗中的其他区域提供的图像光的量。
60.光学组件330包括一个或更多个透镜。光学组件330中的一个或更多个透镜从发光
器件310接收经修改的图像光(例如，衰减光)，并将经修改的图像光导向瞳孔350的位置。光学组件330可以包括附加的光学部件，例如滤色器、反射镜等。
61.可选的ir检测器阵列检测已经从眼睛340的视网膜、眼睛340的角膜、眼睛340的晶状体或其某种组合逆反射的ir光。ir检测器阵列包括单个ir传感器或多个ir敏感检测器(例如光电二极管)。在一些实施例中，ir检测器阵列与发光器件阵列310分离。在一些实施例中，ir检测器阵列被集成到发光器件阵列310中。
62.在一些实施例中，包括发射强度阵列的发光器件310构成显示元件。替代地，显示元件包括发光器件310(例如，当发光器件阵列310包括可单独调整的像素时)，而不包括发射强度阵列。在一些实施例中，显示元件另外包括ir阵列。在一些实施例中，响应于所确定的瞳孔350位置，显示元件调整发射的图像光，使得显示元件输出的光被一个或更多个透镜朝向所确定的瞳孔350位置(而不是朝向视窗中的其他位置)折射。
63.在一些实施例中，除了发光器件310之外，或者代替发光器件310，显示设备300包括与多个滤色器耦合的一个或更多个宽带光源(例如，一个或更多个白色led)。
64.在一些实施例中，显示设备300(或显示设备300的发光器件阵列310)包括反射空间光调制器(slm)，例如硅上液晶(lcos)空间光调制器。空间光调制器被配置为调制至少一部分照明光的振幅或相位，并输出调制光(例如，图像光)。在一些实施例中，lcos空间光调制器包括液晶。在一些实施例中，lcos空间光调制器包括铁电液晶。反射空间光调制器具有像素(或子像素)阵列，并且各个像素(或各个子像素)被单独控制以反射照射到其上的光(例如，像素被激活以反射照射到其上的光，或者被去激活以停止反射照射到其上的光)。
65.图4a是示出根据一些实施例的显示系统400的示意图。在一些实施例中，显示系统400对应于显示设备300。显示系统400被配置成投射光(例如，图像光)，用于向用户渲染基于虚拟现实和/或增强现实内容的图像。显示系统400包括显示器402和与显示器402不同且分离的显示器404(例如，显示面板)。
66.在一些实施例中，显示器402是被配置成投射第一波长范围(例如，对应于单一颜色的第一波长范围)的光的单色显示器。在一些实施例中，第一波长范围具有120nm或更窄、100nm或更窄、90nm或更窄、80nm或更窄、70nm或更窄、60nm或更窄、50nm或更窄、40nm或更窄、30nm或更窄、25nm或更窄、20nm或更窄、15nm或更窄、10nm或更窄、或5nm或更窄的光谱宽度。在一些实施例中，显示器402是单色反射空间光调制器，例如单色反射硅上液晶(lcos)。在一些实施例中，由显示器402投射的单色图像光(例如，图像光412
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1)对应于红光(例如，波长范围700
‑
635nm内的光)。在一些实施例中，显示器402包括发射窄光谱带宽(例如，激光)的光的光源或与其耦合或与带通滤波器或陷波滤波器耦合的光源，该带通滤波器或陷波滤波器具有窄光谱带宽(例如，120nm或更窄、100nm或更窄、90nm或更窄、80nm或更窄、70nm或更窄、60nm或更窄、50nm或更窄、40nm或更窄，30nm或更窄、25nm或更窄、20nm或更窄、15nm或更窄、10nm或更窄、或5nm或更窄的光谱宽度)。
67.显示器404不是反射空间光调制器显示器(例如，显示器404不是lcos显示器)，并且不包括反射空间光调制器。例如，显示器404是发光二极管(led)显示器、微led显示器、超发光led(sled)显示器、液晶显示器(lcd)、有机led(oled)显示器、有源矩阵oled(amoled)显示器、电致发光显示器(eld)、等离子显示器、量子点led(qled)显示器或除反射空间光调制器显示器之外的任何其他显示器。在一些实施例中，显示器404是发射型显示器(例如，对
于每个像素具有一个或更多个有源发光元件的显示器，例如oled显示器或微led显示器)。
68.显示器404被配置成投射包括一个或更多个波长范围的光(例如，波长范围500
‑
565nm内的绿光和/或波长范围450
‑
490内的蓝光)的图像光(例如，图像光414)。在一些实施例中，一个或更多个波长范围不同于显示器402投射的第一波长范围。在一些实施例中，一个或更多个波长范围不包括第一波长范围。在一些实施例中，具有第一波长范围的光不包括具有一个或更多个波长范围的光。在一些实施例中，第一波长范围和一个或更多个波长范围是互斥的(例如，第一波长范围甚至不与一个或更多个波长范围部分重叠，从而在第一波长范围和一个或更多个波长范围中的任何一个内没有公共波长)。
69.在一些实施例中，显示器402被配置为投射第一波长范围内的光，并且显示器404被配置为投射第二波长范围内的光和/或第三波长范围内的光中的至少一种，其中第一、第二和第三波长范围彼此不同。在一些实施例中，第一、第二和第三波长范围彼此不重叠。例如，第二波长范围或第三波长范围中的任何光都在第一波长范围内，尽管在一些实施例中，第一、第二和第三波长范围中的任何两个可以彼此部分重叠(例如，第一波长范围和第二波长范围可以具有共同的波长，尽管第一波长范围和第二波长范围彼此不同)。在一些实施例中，显示器402投射红光，显示器404投射绿光和/或蓝光。
70.在一些实施例中，由显示器402投射的图像光412具有第一分辨率，并且由显示器404投射的图像光414具有不同于第一分辨率的第二分辨率。在一些实施例中，第二分辨率高于第一分辨率。例如，对应于单色红光的图像光412具有比对应于绿光和/或蓝光的图像光414更低的分辨率(例如，图像光412具有1920
×
1080像素分辨率，而图像光414具有3840
×
2160像素分辨率，或者图像光412具有150ppi，而图像光414具有300ppi，或者图像光412具有20μm像素大小或像素间距，而图像光414具有5μm像素大小或像素间距)。
71.在一些实施例中，显示器404位于显示系统400的用户的眼睛340的视场中(例如，显示器404位于眼睛340的前面)。在一些实施例中，显示器404的光轴(例如，光轴404
‑
a)基本平行于眼睛340的光轴。在一些实施例中，显示器404和眼睛340具有基本上共同的光轴(例如，光轴404
‑
a)。例如，显示器404的光轴(例如，光轴404
‑
a)可以与眼睛340的光轴共线。显示器402和显示器404被配置成向用户眼睛的瞳孔(例如眼睛340的瞳孔350)提供不同的图像光(例如图像光414和412)。在一些实施例中，显示器402被定位成远离显示系统400的用户的眼睛340的视场(例如，显示器402被定位成远离眼睛340的视轴或显示器404的光轴，例如光轴404
‑
a)。在一些情况下，这有助于将显示系统400作为增强现实系统来操作。
72.在一些实施例中，从显示器402和显示器404投射的图像光重叠，用于向用户渲染多色图像(例如，当照射到眼睛340的瞳孔350上时，图像光412至少部分地与图像光414重叠)。
73.在一些实施例中，显示系统400还包括邻近显示器402定位(例如，在显示器402和显示器404之间)的波导406
‑
a(例如，光学波导)。显示器402与波导406
‑
a光学耦合，使得波导406
‑
a将图像光412从位于眼睛340的视场之外的显示器402传送到眼睛340的视场内的位置，用于向眼睛340投射。在一些实施例中，波导406
‑
a基本上垂直于显示器404的光轴404
‑
a定位。波导406
‑
a具有面向显示器402的表面406
‑
1和与表面406
‑
1相对的表面406
‑
2。
74.在一些实施例中，波导406
‑
a与一个或更多个输入耦合器(例如，输入耦合器408
‑
a)和一个或更多个输出耦合器(例如，输出耦合器410
‑
a)耦合。在一些实施例中，如图所示，
输入耦合器408
‑
a和输出耦合器410
‑
a与波导406
‑
a的表面406
‑
2耦合(例如，输入耦合器408
‑
a和输出耦合器410
‑
a与波导406
‑
a的表面406
‑
2直接接触)。一个或更多个输入耦合器和一个或更多个输出耦合器是反射元件或透射元件。例如，输入耦合器408
‑
a是与波导406
‑
a的表面406
‑
2耦合的反射输入耦合器，如图4a所示。在另一个示例中，输入耦合器是与波导406
‑
a的表面406
‑
1耦合的透射输入耦合器。在又一个示例中，输出耦合器410
‑
a或者是如图4a所示的与波导406
‑
a的表面406
‑
2耦合的反射输出耦合器，或者是与波导406
‑
a的表面406
‑
1耦合的透射输出耦合器。在一些实施例中，一个或更多个输入耦合器和一个或更多个输出耦合器包括一个或更多个反射器(例如，一个或更多个反射镜)、一个或更多个部分反射器(例如，一个或更多个部分反射镜)、一个或更多个光栅(例如，一个或更多个表面浮雕光栅、布拉格光栅或全息光栅)、一个或更多个可调液晶部件(例如，液晶光栅)或一个或更多个偏振选择光栅(例如，一个或更多个反射偏振器)。
75.在图4a中，显示器402被定位成向波导406
‑
a(例如，光学波导)投射图像光412
‑
1。在一些实施例中，显示器402投射基本平行于光轴404
‑
a的图像光412
‑
1(例如，显示器402具有基本平行于光轴404
‑
a的光轴)。图像光412
‑
1透射通过波导406
‑
a的表面406
‑
1，并被输入耦合器408
‑
a接收。输入耦合器408
‑
a将图像光412
‑
1的至少一部分重定向为图像光412
‑
2。由于输入耦合器408
‑
a的重定向，图像光412
‑
2以高于与波导406
‑
a相关联的临界角的入射角照射在波导406
‑
a的表面406
‑
1上。临界角指的是入射角，在该入射角以上，穿过较密集介质(例如波导406
‑
a)到达较不密集介质(例如波导406
‑
a外部的空气)的表面的光通过全内反射被反射(例如临界角是高于其发生全内反射的入射角)。由此，图像光412
‑
2在波导406
‑
a内经历全内反射，并经由全内反射的重复出现传播通过波导406
‑
a，如图4a中图像光412
‑
2的之字形(zig
‑
zagging)光路所示。
76.输出耦合器410
‑
a被定位成接收在波导406
‑
a内传播的图像光412
‑
2，并将图像光412
‑
2的至少一部分作为图像光412
‑
3重定向到离开波导406
‑
a朝向眼睛340的瞳孔350。尽管在图4a中仅示出了一个输出耦合器410
‑
a，但是显示系统400可以包括两个或更多个输出耦合器或者一个跨越大于瞳孔大小的区域的大输出耦合器。在一些实施例中，一个或更多个输出耦合器(包括输出耦合器410
‑
a)被配置为将图像光412
‑
2重定向到瞳孔350，同时还扩展显示系统400中的图像光412的集光率(etendue)。集光率是指光学系统中光的一种特性，它表征了光在面积和角度上是如何“散开”的。由于与一个或更多个输出耦合器的多次相互作用，图像光412
‑
1的原始输入光瞳面积通过复制而增加。
77.在一些实施例中，显示系统400包括两个或更多个显示器402和/或两个或更多个显示器404。例如，显示系统400包括一个显示器402(例如，一个lcos显示器)和两个显示器404(例如，两个led或微led显示器)。在一些实施例中，显示系统400被配置成投射红光，第一显示器404被配置成投射绿光，第二显示器404被配置成投射蓝光。
78.图4b是示出根据一些实施例的显示系统420的示意图。显示系统420类似于上面参考图4a描述的显示系统400，除了显示系统420包括显示器424而不是显示器404。在一些实施例中，显示器424类似于显示器404(例如，显示器424不是lcos显示器)，但是显示器424远离眼睛340的视场定位。在一些实施例中，显示器424与波导406
‑
b耦合。在一些实施例中，波导406
‑
b邻近并平行于波导406
‑
a定位。在一些实施例中，波导406
‑
b与一个或更多个输入耦合器(例如，输入耦合器408
‑
b)和一个或更多个输出耦合器(例如，输出耦合器410
‑
b)耦合。
在一些实施例中，显示器424被定位成向波导406
‑
b投射图像光414
‑
1。如图所示，输入耦合器408
‑
b被定位成接收光414
‑
1并将图像光414
‑
1的至少一部分重定向为图像光414
‑
2，使得图像光414
‑
2经由全内反射在波导406
‑
b内部传播。输出耦合器410
‑
b被定位成接收在波导406
‑
b内传播的图像光414
‑
2，并将图像光414
‑
2的至少一部分作为图像光414
‑
3重定向到眼睛340的瞳孔350。
79.在一些实施例中，显示系统420是增强现实或混合现实显示设备。如上所述，显示系统420被配置成从相应的显示器402和424向显示系统420的用户的眼睛340投射图像光412和414。波导406
‑
a和406
‑
b还被配置为光学组合器，以传输来自显示系统420外部的光(例如，对应于环境光的光426)。从显示系统420输出的图像光412和414与光426组合或重叠，以在用户的眼睛340中形成组合图像。结果，用户对用户周围环境的感知被显示系统420输出的图像增强。
80.在一些实施例中，单个显示器424提供第二颜色的光和第三颜色的光(例如，绿色和蓝色)。在一些实施例中，显示系统420包括两个或更多个显示器402和/或两个或更多个显示器424。例如，显示系统420可以包括一个显示器402(例如，一个lcos显示器)和两个显示器424(例如，两个led或微led显示器)，如图4c所示。在一些实施例中，显示器402被配置成投射红光，第一显示器424被配置成投射绿光，第二显示器424被配置成投射蓝光。
81.图4c是示出根据一些实施例的显示系统430的示意图。显示系统430类似于上面参考图4b描述的显示系统420，除了显示系统430包括类似于显示器424的附加显示器(例如，显示器434)。在图4c中，显示系统430与波导406
‑
b光学耦合。由显示器434投射的图像光414
‑
4的至少一部分被输入耦合器408
‑
c重定向，用于在波导406
‑
b内传播，并被输出耦合器410
‑
b重定向为朝向眼睛340的图像光414
‑
5。在一些实施例中，显示系统430还包括被配置为传输来自显示器434的光的附加波导，而不是使用用于传输来自显示器424的光和来自显示器434的光的相同的波导406
‑
b。在一些实施例中，附加波导邻近波导406
‑
a和406
‑
b定位，并与之平行。在一些实施例中，与一个或更多个输入耦合器和一个或更多个输出耦合器耦合的附加波导被定位成接收来自显示器434的图像光414
‑
4，并将该光作为图像光414
‑
6导向眼睛340。在一些实施例中，显示器424和显示器434被配置成投射具有不同颜色的光。例如，来自显示器424的图像光414
‑
1对应于绿光，来自显示器434的图像光414
‑
4对应于蓝光。
82.图5a
‑
图5c示出了用于投射单色图像光的lcos显示设备的示例的示意图。任何这样的lcos显示设备可以被实现为参考图4a
‑
图4c描述的显示系统400、420和430中的显示器402。注意，在图5a
‑
图5c中，光的偏振用不考虑相应光线传播方向的通用注释来注释(例如，不管光的传播方向如何，右旋圆偏振光都用逆时针箭头来注释，并且不管光的传播方向如何，左旋圆偏振光都用顺时针箭头来注释)。还应注意，图5a
‑
图5c是彼此独立描述的。例如，关于图5a描述的第一方向不一定是与关于图5b描述的第一方向相同的方向。
83.图5a是示出根据一些实施例的lcos显示设备500的示意图。在一些实施例中，lcos显示设备500对应于上面关于图4a描述的显示器402。lcos显示设备500包括单色光源(例如，光源502)、分束器(例如，包括反射偏振器510的分束器508)和lcos显示面板(例如，lcos 512)。
84.在一些实施例中，光源502包括一个或更多个led、一个或更多个微led、一个或更多个超发光led、一个或更多个有机led(oled)、一个或更多个垂直腔面发射激光器(vcsel)
或它们的一些组合。光源502被配置成投射具有单一颜色的照明光(例如，照明光514)。例如，光源502投射具有对应于红光的波长范围的光(例如，波长范围为635
‑
700nm的光)。
85.在一些实施例中，lcos显示设备500包括与光源502光学耦合的光导504。在一些实施例中，光导504是平面光导。在一些实施例中，光导504是锥形光导或抛物面光导(例如，复合抛物面聚光器)。在一些实施例中，光导504与光学提取元件506耦合或直接接触。在一些实施例中，光学提取元件506包括一个或更多个反射器(例如，一个或更多个反射镜或一个或更多个部分反射镜)、一个或更多个部分反射器(例如，一个或更多个部分反射镜)或一个或更多个提取特征。在一些实施例中，一个或更多个提取特征包括一个或更多个棱镜、一个或更多个菲涅耳结构、一个或更多个光栅(例如，一个或更多个表面浮雕光栅、一个或更多个布拉格光栅、或一个或更多个全息光栅)、或一个或更多个可调液晶部件(例如，液晶光栅)。在一些实施例中，一个或更多个提取特征嵌入或限定在光导504中。光导504被定位成接收从光源502投射的照明光514，并将照明光514的至少一部分重定向到分束器508。
86.在一些实施例中，分束器508具有立方体形状，并且光导504邻近分束器508的第一端面(facet)并与其光学耦合，并且lcos 512邻近分束器508的不同于第一端面的第二端面。在一些实施例中，lcos 512被定位成使得lcos 512的光轴基本平行于光源502的光轴。
87.分束器508包括反射偏振器510，其定位成不平行于分束器508的端面(例如，第一端面和第二端面)。在一些实施例中，反射偏振器510对角地位于分束器508内部。反射偏振器510被配置成反射具有特定偏振的光(例如，具有第一线性偏振、第一圆偏振或第一椭圆偏振的光)，同时透射具有不同于特定偏振的偏振的光。在图5a中，反射偏振器510接收具有第一圆偏振的照明光514，并将接收到的光514的至少一部分重定向到lcos 512。在反射时，具有第一圆偏振的光被转换成具有不同于(例如，正交于)第一圆偏振的第二圆偏振的光516(例如，第一圆偏振对应于左旋圆偏振，第二圆偏振对应于右旋圆偏振，反之亦然)。在一些实施例中，lcos 512被定位成接收具有第二圆偏振的照明光516。lcos 512调制照明光516的至少一部分的振幅或相位，并输出调制光(例如，图像光518)。由lcos 512输出的具有第二圆偏振的图像光518的至少一部分通过分束器508向波导406
‑
a传输。图像光518被与波导406
‑
a耦合的输入耦合器408
‑
a接收。输入耦合器408
‑
a重定向图像光518，使得图像光518经由全内反射继续在波导406
‑
a内传播。
88.在一些实施例中，照明光514是线性偏振的。在这样的实施例中，反射偏振器510被配置成反射具有特定线性偏振的光，并且透射不具有特定线性偏振的光(例如，具有与特定线性偏振正交的线性偏振的光)。lcos显示设备500还包括位于分束器508和lcos 512之间的延迟板(retarder plate)(例如，图5b所示的延迟板524，例如四分之一波片)。延迟板被配置成将线性偏振光变为圆偏振光，反之亦然。位于分束器508和lcos 512之间的延迟板将来自分束器508的具有第一线性偏振的照明光516转换成具有第一圆偏振的照明光。延迟板进一步将来自lcos 512的具有第二圆偏振的图像光转换成具有不同于第一线性偏振的第二线性偏振的图像光518。在一些实施例中，第二线性偏振正交于第一线性偏振，使得图像光518透射通过分束器508。
89.图5b是示出根据一些实施例的lcos显示设备520的示意图。lcos显示设备520类似于lcos显示设备500，除了在lcos显示设备520中，光源502和lcos 512位于波导406
‑
a的相对侧(例如，波导406
‑
a位于光源502和lcos 512之间)。例如，光源502面向波导406
‑
a的表面
406
‑
2，并且lcos 512面向波导406
‑
a的表面406
‑
1。光源502被配置为向lcos 512投射具有第一偏振(例如，第一线性偏振)的照明光514，使得照明光514穿过输入耦合器528和波导406
‑
a。
90.此外，图5b中的输入耦合器528是偏振选择性输入耦合器(例如，偏振选择性光栅)。偏振选择性输入耦合器被配置为重定向(例如，衍射、偏转或反射)具有特定偏振的光，同时透射具有不同于特定偏振的偏振的光。在一些实施例中，输入耦合器528是基于液晶的偏振选择元件(例如，包括胆甾醇型液晶的偏振选择光栅)、包括超表面(metasurface)的偏振选择元件、包括谐振结构化表面的偏振选择元件、包括连续手性层(continuous chiral layer)的偏振选择元件或包括双折射材料的偏振选择元件。例如，包括连续手性层的偏振选择元件可以对圆偏振光具有选择性。作为另一个示例，包括超表面或谐振结构的偏振选择元件可以对线偏振光或圆偏振光具有选择性。在图5b中，输入耦合器528透射具有第一线性偏振的照明光514，而不改变其方向或偏振。
91.在从光源502投射的照明光514是线性偏振的实施例中，lcos 512与延迟板(例如，延迟板524)光学耦合。延迟板524将具有第一线性偏振的照明光514转换成具有第一圆偏振的照明光。lcos 512接收具有第一圆偏振的照明光，并投射具有与第一圆偏振正交的第二圆偏振的图像光。延迟板524将图像光透射为具有与第一线性偏振正交的第二线性偏振的光518。具有第二线性偏振的图像光518然后被与波导406
‑
a耦合的输入耦合器528接收。输入耦合器528重定向图像光518的至少一部分，使得图像光518的至少一部分经由全内反射继续在波导406
‑
a内传播。在一些实施例中，照明光514具有圆偏振，并且延迟板524被省略。
92.在一些实施例中，lcos显示设备520还包括位于光源502和lcos 512之间的一个或更多个透镜(例如，一个或更多个透镜522)。在一些实施例中，一个或更多个透镜522被配置成聚焦来自lcos 512的图像光518。在一些实施例中，一个或更多个透镜522聚焦图像光518，使得由一个或更多个透镜522透射的图像光518比入射到一个或更多个透镜522上的图像光518更准直。在一些实施例中，一个或更多个透镜522准直图像光518。
93.图5c是示出根据一些实施例的lcos显示设备530的示意图。lcos显示设备530类似于lcos显示设备500，除了lcos显示设备530包括与lcos 512光学耦合的波导分束器532。波导分束器532位于lcos 512和波导406
‑
a之间。波导分束器包括与一个或更多个提取特征(例如，提取特征536)耦合的波导354。在一些实施例中，提取特征536邻近波导534的表面定位。在一些实施例中，提取特征536定位成与波导534的表面直接接触。在一些实施例中，提取特征536至少部分嵌入波导534内部。在一些实施例中，提取特征536包括一个或更多个棱镜、一个或更多个菲涅耳结构、一个或更多个全息光学元件、一个或更多个光栅如体布拉格光栅或一个或更多个表面浮雕光栅、或一个或更多个光方向转向膜。
94.在图5c中，光源502基本上垂直于lcos 512定位。光源502定位成投射照明光514，使得照明光514在波导534内传播。在一些实施例中，波导534与光导(例如，复合抛物面聚光器538或锥形波导)耦合。提取特征536的提取特征536
‑
1被定位成接收在波导534内部传播的照明光514，并且将照明光514的第一部分重定向为照明光514
‑
1，以朝向lcos 512离开波导534。照明光514的第二部分，即照明光514
‑
2，在波导534的表面经历全内反射，从而继续在波导534内传播。lcos 512被定位成接收照明光514
‑
1，并通过波导分束器532向波导406
‑
a投射图像光518。输入耦合器408
‑
a被定位成接收和重定向图像光518的至少一部分，使得
图像光518的至少一部分进入波导406
‑
a并经由全内反射在波导406
‑
a内传播。
95.图6a和图6b是示出根据一些实施例的显示面板600的示意图。可以选择显示面板的属性，例如包括像素(或子像素)亮度、像素几何形状和像素密度，使得显示器向用户提供明亮且均匀的图像。特别地，绿色通常以比其他颜色(例如红色和蓝色)更高的分辨率(例如，更高的像素密度)显示，因为人眼对绿色最敏感。在一些实施例中，选择图4a中的显示系统400的显示器402(例如，投射红光的lcos显示器)和显示器404(例如，投射绿光和蓝光的led或微led显示器)的显示属性，使得用户的眼睛340观察到的图像具有高图像质量(例如，高分辨率、高亮度和/或高均匀性)。在一些实施例中，优化包括应用像素渲染算法。在一些实施例中，投影不同颜色的显示器402和404的像素的形状、大小和/或亮度被优化。在一些实施例中，像素602对应于led或微led显示器的光发射器。例如，像素602对应于一个led或一个微led光发射器。在一些实施例中，像素602对应于lcos显示器的像素。例如，像素602对应于硅衬底上的一个液晶元件。
96.在一些实施例中，显示器402(例如，lcos显示器)和显示器404(例如，led或微led显示器)具有不同的像素密度，因此具有不同的像素分辨率。图6a示出了具有不同像素密度的像素阵列的示例显示面板600(例如，显示面板600
‑
1至600
‑
3)。像素密度是指由二维定义的区域内的不同像素的数量。像素密度通常以每英寸像素(ppi)为单位进行测量。例如，像素密度可以被计算为对角线像素的数量除以以英寸为单位的对角线尺寸。像素密度越高指示显示分辨率越高。如图所示，显示面板600
‑
1具有第一像素密度(例如，显示面板600的每个区域9个像素602
‑
1)，显示面板600
‑
2具有大于第一像素密度的第二像素密度(例如，显示面板600的每个区域25个像素602
‑
2)，并且显示面板600
‑
3具有大于第二像素密度的第三像素密度(例如，显示面板600的每个区域36个像素602
‑
3)。在一些实施例中，显示器402包括显示面板600
‑
1，显示器404包括显示面板600
‑
2和600
‑
3中的至少一个。
97.如图6a所示，在一些实施例中，显示面板600包括不同尺寸的像素。例如，显示面板600
‑
1具有第一尺寸的像素602
‑
1，显示面板600
‑
2具有小于第一尺寸的第二尺寸的像素602
‑
2，显示面板600
‑
3具有小于第二尺寸的第三尺寸的像素602
‑
3。在一些实施例中，作为投射红光的lcos显示器的显示器402包括具有最低分辨率(例如，比用于绿色或蓝色的显示面板的分辨率更低的分辨率)的显示面板600
‑
1，并且投射绿色和/或蓝色光的显示器404包括具有比显示面板600
‑
1更高分辨率的显示面板600
‑
2和/或显示面板600
‑
3。
98.在一些实施例中，显示面板600包括不同数量的像素。例如，显示面板600
‑
1具有第一数量的像素，显示面板600
‑
2具有大于第一数量的像素的第二数量的像素，并且显示面板600
‑
3具有大于第二数量的像素的第三数量的像素。
99.在一些实施例中，显示面板600包括具有不同形状的像素602。在一些实施例中，像素602具有正方形、矩形、菱形、多边形(例如三角形、五边形、六边形等)、圆形、椭圆形或其任意组合。在一些实施例中，显示面板的所有像素602具有共同的形状。在一些实施例中，显示面板包括具有两种或更多种不同形状的像素604。在一些实施例中，显示面板600的所有像素具有共同的形状。在一些实施例中，显示面板600具有两种或更多种不同形状的像素(例如，第一显示面板的像素具有第一形状，第二显示面板的像素具有不同于第一形状的第二形状，第三显示面板的像素具有不同于第一形状和/或第二形状的第三形状)。在图6b中，显示面板600
‑
4包括具有菱形形状的像素602
‑
4，显示面板600
‑
5包括具有矩形形状的像素
602
‑
5和具有圆形形状的像素602
‑
6的组合。在一些实施例中，作为单色lcos的显示器402包括具有菱形像素602
‑
4的显示面板600
‑
4，而不是lcos显示器的显示器404包括具有矩形像素602
‑
5和圆形像素602
‑
6的组合的显示面板600
‑
5。例如，像素602
‑
5输出蓝光，像素602
‑
6输出绿光。
100.图6a和图6b所示的像素几何形状是针对像素描述的，但是类似的几何形状可以用于子像素(例如，像素和子像素在本文可以互换使用)。在一些实施例中，像素也被称为子像素(例如，像素602
‑
5和602
‑
6可以被称为子像素)。在一些实施例中，特定显示面板的相应像素包括两个或更多个子像素。例如，像素可以包括两个子像素、三个子像素、四个子像素或五个子像素。在一些实施例中，像素的子像素具有不同的尺寸、不同的形状，和/或被配置成以不同的亮度投射不同的颜色。在一些实施例中，图6b中的像素602
‑
5和602
‑
6是像素604的子像素。
101.根据这些原理，我们现在转向某些实施例。
102.根据一些实施例，一种方法包括将具有第一颜色的单色照明光(例如，图5a中的照明光514)投射到硅上液晶显示设备(例如，lcos 512)上，从而从硅上液晶显示设备获得具有第一颜色的单色图像光(例如，图5a中对应于图4a中的图像光412的图像光518具有红色)。该方法还包括从不同于硅上液晶显示设备(例如，不是lcos的显示器404，例如微led显示器)的显示面板接收至少具有不同于第一颜色的第二颜色的图像光(例如，图4a中的图像光414)。该方法还包括组合单色图像光和图像光(至少具有第二颜色)，用于向眼睛(例如，眼睛340)投射。
103.在一些实施例中，至少具有第二颜色的图像光包括第二颜色的光和不同于第一颜色和第二颜色的第三颜色的光。例如，图4a中的图像光414具有蓝色和绿色分量。
104.在一些实施例中，单色照明光不包括具有第二颜色的光或具有第三颜色的光。例如，图4a中的图像光412和图5a中的照明光514可以是单色红光，其不包括蓝色或绿色的光。
105.在一些实施例中，至少具有第二颜色的图像光不包括第一颜色的光。例如，图4a中的图像光414不包括具有红色的光。
106.在一些实施例中，第一颜色是红色，第二颜色是蓝色，第三颜色是绿色。
107.在一些实施例中，从一个或更多个显示面板接收第二颜色的光和第三颜色的光。在一些实施例中，第二颜色的光和第三颜色的光从单个显示面板投射。例如，在图4b中，显示器424投射具有第二颜色(例如，绿色)的图像光和具有第三颜色(例如，蓝色)的光作为光414
‑
1的一部分。在一些实施例中，两种颜色从不同的显示面板投射。例如，在图4c中，显示器424投射具有第二颜色(例如，绿色)的图像光414
‑
1，并且显示器434投射具有第三颜色(例如，蓝色)的图像光414
‑
4。一个或更多个显示面板包括被配置为发射第二颜色的光的光源和被配置为发射第三颜色的光的光源。在一些实施例中，被配置为发射第二颜色的光的光源是被配置为发射第二颜色的光的微led，并且被配置为发射第三颜色的光的光源是被配置为发射第三颜色的光的微led。
108.在一些实施例中，硅上液晶显示设备包括第一数量的像素(例如，图4a中的显示器402对应于图6a中具有第一数量像素的显示面板600
‑
1)。被配置为发射第二颜色的光的光源具有不同于第一数量的第二数量的光发射器(例如，图4a中的显示器404对应于图6a中具有不同于第一数量的像素的第二数量的像素的显示面板600
‑
2)。被配置为发射第三颜色的
光的光源具有不同于第一数量或第二数量的第三数量的光发射器(例如，图4a中的显示器404对应于图6a中具有第三数量像素的显示面板600
‑
3，其中第三数量不同于第一数量和第二数量)。
109.在一些实施例中，硅上液晶显示设备的相应像素具有第一尺寸和第一形状(例如，图6b中的显示面板600
‑
4具有第一尺寸和菱形的像素602
‑
4)。被配置为发射第二颜色的光的光源的相应光发射器具有第二尺寸和第二形状(例如，图6b中的显示面板600
‑
5具有第二尺寸和矩形形状的像素602
‑
5)。被配置为发射第二颜色的光的光源的相应光发射器被配置为满足以下条件中的至少一个：第二尺寸不同于第一尺寸，第二形状不同于第一形状(例如，图6b)。被配置为发射第三颜色的光的光源的相应光发射器具有第三尺寸和第三形状(例如，图6b中的显示面板600
‑
5具有第三尺寸和圆形的像素602
‑
6)。被配置为发射第三颜色的光的光源的相应光发射器被配置为满足以下条件中的至少一个：第三尺寸不同于第一尺寸或第二尺寸，并且第三形状不同于第一形状或第二形状(例如，图6b)。
110.根据一些实施例，组合单色图像光和图像光包括将单色图像光耦合到波导中(例如，在图4a中图像光412耦合到波导406
‑
a中)。波导光学耦合到不同于硅上液晶显示设备的显示面板(例如，显示器404)。
111.根据一些实施例，设备包括硅上液晶显示设备，其被配置为接收(仅)具有第一颜色的单色照明光并提供单色图像光。例如，显示系统400包括显示器402，其是用于输出单色图像光的lcos显示设备。在一些实施例中，显示器402对应于包括lcos 512的lcos显示设备500，lcos 512接收单色照明光514并提供图5a中的单色图像光518。这种硅上液晶显示设备通过利用对于窄光谱带宽(例如，对应于第一颜色)具有高效率的光学部件而具有高效率。因此，通过消除使用用于多色光谱的硅上液晶显示设备的需要，提高了显示设备的效率。
112.该设备还包括不同于硅上液晶显示设备(例如，图4a中的显示器404)的显示面板。显示面板被配置为提供至少具有不同于第一颜色的第二颜色的图像光(例如，图像光414)。在一些实施例中，显示面板是微led显示器，其对于特定颜色(例如，红色)可能具有较低的效率。因此，通过组合被配置为发射不同颜色的不同类型的显示面板(例如，硅上液晶显示面板和微led显示面板)，其中每个显示面板对于不同的颜色具有更高的效率(例如，组合被配置用于硅上液晶显示器对其具有高效率的颜色的硅上液晶显示器和被配置用于微led显示器对其具有高效率的颜色的微led显示器)，显示设备的整体效率得以提高。
113.该设备还包括波导(例如，波导406
‑
a)，该波导被配置为组合单色图像光和图像光，用于向眼睛投射。
114.在一些实施例中，至少具有第二颜色的图像光包括第二颜色的光和不同于第一颜色和第二颜色的第三颜色的光。
115.在一些实施例中，单色照明光不包括具有第二颜色的光或具有第三颜色的光。
116.在一些实施例中，至少具有第二颜色的图像光不包括第一颜色的光。
117.在一些实施例中，第一颜色是红色，第二颜色是蓝色，第三颜色是绿色。
118.在一些实施例中，该设备还包括一个或更多个显示面板，该显示面板包括被配置为发射第二颜色的光的光源和被配置为发射第三颜色的光的光源(例如，图4b和图4c)。
119.在一些实施例中，被配置为发射第二颜色的光的光源是被配置为发射第二颜色的光的微led。被配置为发射第三颜色的光的光源是被配置为发射第三颜色的光的微led。
120.在一些实施例中，硅上液晶显示设备包括第一数量的像素，被配置为发射第二颜色的光的光源具有不同于第一数量的第二数量的光发射器，并且被配置为发射第三颜色的光的光源具有不同于第一数量或第二数量的第三数量的光发射器(例如，图6a)。
121.在一些实施例中，硅上液晶显示设备的相应像素具有第一尺寸和第一形状(例如，图6b)。被配置为发射第二颜色的光的光源的相应光发射器具有第二尺寸和第二形状。被配置为发射第二颜色的光的光源的相应光发射器被配置为满足以下至少一个：第二尺寸不同于第一尺寸和第二形状不同于第一形状。被配置为发射第三颜色的光的光源的相应光发射器具有第三尺寸和第三形状。被配置为发射第三颜色的光的光源的相应光发射器被配置为满足以下中的至少一个：第三尺寸不同于第一尺寸或第二尺寸，第三形状不同于第一形状或第二形状。
122.在一些实施例中，组合单色图像光和图像光包括将单色图像光耦合到波导中，该波导耦合到不同于硅上液晶显示设备(例如，图4a)的显示面板。
123.尽管各个附图示出了特定部件或特定部件组相对于一只眼睛的操作，但是本领域普通技术人员将理解，可以相对于另一只眼睛或两只眼睛执行类似的操作。为简洁起见，此处不再重复这些细节。
124.尽管一些不同的附图以特定的顺序示出了多个阶段，但是不依赖于顺序的阶段可以被重新排序，并且其他阶段可以被组合或分解。虽然具体提及了某种重新排序或其他分组，但是对于本领域普通技术人员来说，其他的重新排序或分组将是显而易见的，因此本文呈现的排序和分组并不是替代方案的穷举性列表。
125.为了解释的目的，已经参考具体实施例描述了前面的描述。然而，上述说明性讨论并不旨在是穷举的或将权利要求的范围限制到所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。例如，根据一些实施例，显示系统包括lcos显示器和不是lcos的显示器(例如，led或微led显示器)。lcos被配置用于投射单色图像光(例如，红光)。选择实施例是为了最好地解释权利要求书的基本原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最佳地使用具有各种修改的实施例，以适合预期的特定用途。