CN115079410A - 显示模组及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种显示模组及显示装置，包括光波导，第一液晶光栅和第二液晶光栅，光波导具有光线耦入区和光线耦出区，第一液晶光栅设置在光波导背离光线耦入区的一面，第一液晶光栅用于控制光波导中全部颜色的入射光为全反射；第二液晶光栅设置在光波导背离光线耦出区的一面，第二液晶光栅用于控制光波导中全部颜色的出射光汇聚至一点。根据本申请实施例提供的技术方案，通过在光波导上设置第一液晶光栅和第二液晶光栅，通过第一液晶光栅调节入射光使得入射光满足光波导的全反射条件，通过第二液晶光栅调节入射光，使得入射光出射时重新汇聚到一点，实现光波导中所有颜色的光线均能实现全反射，不会出现漏出光波导的光线，减少色差。

Description

显示模组及显示装置

技术领域

本发明一般涉及显示技术领域，尤其涉及显示模组及显示装置。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术通过计算机技术将虚拟信息混合到真实世界的环境中，使真实环境和虚拟画面实时地呈现到同一个画面，可以实现真实世界信息和虚拟世界信息的叠加，从而使用户具有身临其境的沉浸感。虚拟现实(VirtualReality，简称VR)技术将完全虚拟的世界投影在使用者眼前，使用户有完全的沉浸感。

目前AR/VR显示装置主要以头戴式为主。为了满足长期佩戴的舒适性，AR显示装置需要足够的轻薄化，在多种AR显示技术中，全息光波导技术以结构简单且体积小的平板波导作为光的传播媒质，并利用光栅元件作为光路折叠器件，利于实现AR显示装置的轻薄化。然而，受平板波导全反射条件以及光栅元件自身的衍射特性的限制，在实现彩色显示时，R、G、B三原色因波长不同，在波导中的光路有差异，从而导致显示画面存在一定的色差。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种显示模组及显示装置。

第一方面，提供一种显示模组，包括：光波导，第一液晶光栅和第二液晶光栅，所述光波导具有光线耦入区和光线耦出区，

所述第一液晶光栅设置在所述光波导背离所述光线耦入区的一面，所述第一液晶光栅用于控制所述光波导中全部颜色的入射光为全反射；

所述第二液晶光栅设置在所述光波导背离所述光线耦出区的一面，所述第二液晶光栅用于控制光波导中全部颜色的出射光汇聚至一点。

作为可实现的方式，所述第一液晶光栅具体设置在入射光第一次折射的位置处。

作为可实现的方式，所述第二液晶光栅具体设置在所述入射光最后一次折射的位置处。

作为可实现的方式，不同颜色的光线对应所述第一液晶光栅和所述第二液晶光栅的光栅周期不尽相同。

作为可实现的方式，所述光波导设有所述光线耦入区的一侧设有微显示器，所述微显示器分时驱动RGB画面。

作为可实现的方式，所述微显示器刷新频率大于180Hz。

作为可实现的方式，所述光线耦入区设有光线耦入***，所述光线耦入***远离所述光波导的一侧设有光线准直***，用于将入射光收拢准直射入所述光线耦入区。

作为可实现的方式，所述光线耦出区的直径大于等于人眼可视范围宽度L，

为人眼瞳孔直径，d为出瞳距离，θ为分辨视域。

作为可实现的方式，所述光线耦入***为耦入光栅，所述光线耦出区设有耦出光栅。

第二方面，提供一种显示装置，包括上述显示模组。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过在光波导上设置第一液晶光栅和第二液晶光栅，通过第一液晶光栅调节入射光使得入射光满足光波导的全反射条件，通过第二液晶光栅调节入射光，使得入射光出射时重新汇聚到一点，实现光波导中所有颜色的光线均能实现全反射，不会出现漏出光波导的光线，减少色差。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实施例中提供的显示模组结构示意图；

图2为本实施例中提供的显示模组光线走向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，本实施例提供一种显示模组，包括：光波导2，第一液晶光栅4和第二液晶光栅5，所述光波导2具有光线耦入区和光线耦出区，

所述第一液晶光栅4设置在所述光波导2背离所述光线耦入区的一面，所述第一液晶光栅4用于控制所述光波导2中全部颜色的入射光为全反射；

所述第二液晶光栅5设置在所述光波导2背离所述光线耦出区的一面，所述第二液晶光栅5用于控制光波导2中全部颜色的出射光汇聚至一点。

本实施例通过在光波导2上设置第一液晶光栅4和第二液晶光栅5，通过第一液晶光栅4调节入射光使得入射光满足光波导2的全反射条件，通过第二液晶光栅5调节入射光，使得入射光出射时重新汇聚到一点，实现光波导2中所有颜色的光线均能实现全反射，不会出现漏出光波导2的光线，减少色差。

在采用了全息光波导技术的AR或者VR显示装置中，光波导2具有入光区和出光区，当光线进入光波导2后，衍射光线的衍射角，即图1中的b1或者b2或者b3角需要满足光波导2的全反射条件，即上述衍射角需要大于该光线在光波导2内发生全反射的临界角，该衍射光线才能在光波导2内以全反射的方式传播。但是由于入射光的波长不同，经衍射后进入光波导2的光线的衍射角度不尽相同，不同颜色的光线进入光波导2，在相同入射角的情况下，不同衍射的光线的衍射角度不同，让他1中所示，红色光线的衍射角最大，蓝色光线的衍射角最小，若某一光线的衍射角小于全反射临界角时，该光线就无法满足光波导2的全反射条件，从而漏出光波导2，使得颜色发生偏差；

本实施例中首先通过在与光线耦入区域相对的一面设置第一液晶光栅4，当光线经过光线耦入区进入光波导2后，第一液晶光栅4根据不同波长的光线调节不同的光栅周期，使得所有波长的光线的反射角度均大于全反射临界角，满足光波导2的全反射条件，使得所有波长的光线在光波导2内全反射传播，减小色差；

同时，在与光线耦出区域相对的一面设置第二液晶光栅5，在光线经过该光线耦出区域之前，第二液晶光栅5通过设定光栅调节参数，使得不同颜色的光线的衍射后的反射角发生变化，使得经过光线耦出区域后的不同颜色的光线能够重新汇聚，进一步的减小色差。

进一步的，第一液晶光栅4具体设置入射光第一次折射的位置处。

本实施例中通过设置第一液晶光栅4对入射光的第一次折射进行角度的改变，使得不同颜色的光线的衍射后的反射角均能大于全反射临界角，因此，第一液晶光栅4设置在入射光第一次折射的位置，保证对所有入射光均进行角度调整。

进一步的，第二液晶光栅5具体设置在入射光最后一次折射的位置处。

本实施例中通过设置第二液晶光栅5对经过光线耦出区之前的光线进行衍射角度的改变，使得所有光线能汇聚在一点，因此，第二液晶光栅5设置在入射光最后一个折射的位置。

进一步的，不同颜色的光线对应第一液晶光栅4和第二液晶光栅5的光栅周期不尽相同。

在相同入射角的情况下，不同颜色的光线的衍射角不同，因此，需要对不同颜色的光线的衍射后的反射角进行调整，对应的第一液晶光栅4和第二液晶光栅5的光栅周期也需要设置的不相同，若设定光线的入射角为a1，衍射角为a2，上述两角度需要满足光栅方程：sina1±sina2＝kλ/d，其中λ为光波长，d为光栅周期，k为衍射级次，根据上述光栅方程对第一液晶光栅4和第二液晶光栅5的光栅周期进行确定。

进一步的，光波导2设有所述光线耦入区的一侧设有微显示器6，所述微显示器6分时驱动RGB画面。

本实施例中的微显示器6是通过分时驱动的方式进行驱动，利用人眼的视觉暂留效应，实现单层波导的彩色显示，并且还能减小显示的色差。如图2所示为本实施例中显示模组的光线走线示意图，从上之下依次为红色光、绿色光和蓝色光，首先在时刻1，微显示器6显示红色画面，假设红色光线入射角为a1，经过耦入光栅1后，衍射角为b1，经过第一液晶光栅4之后，衍射角为c1，经过第二液晶光栅5之后，衍射角为d1；在时刻2，微显示器6显示绿色画面，假设绿色光线入射角为a2，经过耦入光栅1后，衍射角为b2，经过第一液晶光栅4之后，衍射角为c2，经过第二液晶光栅5之后，衍射角为d2；在时刻3，微显示器6显示蓝色画面，假设蓝色光线入射角为a3，经过耦入光栅1后，衍射角为b3，经过第一液晶光栅4之后，衍射角为c3，经过第二液晶光栅5之后，衍射角为d3。根据人眼视觉暂留效应，三色光图像最后在人眼叠加成彩色图像。

进一步的，为了保证人眼所观察的到的图像的完整性，微显示器6刷新频率大于180Hz。本实施例中的微显示器6件可以DLP，也可以是LCOS硅基液晶显示屏，或者是OLED显示屏，也可以是Micro-LED屏，也可以是高分辨率的液晶屏。在此，对屏幕的类型不做要求，对显示器件的分辨率和亮度等不做严格要求，但是希望高PPI、亮度高的微型显示屏幕，使得屏幕显示内容能够清晰的在近眼显示。

进一步的，所述光线耦入区设有光线耦入***，所述光线耦入***远离所述光波导2的一侧设有光线准直***，用于将入射光收拢准直射入所述光线耦入区。

本实施例中的光线耦入区域的尺寸优选的设置为预微显示屏的尺寸一致。优选的在微显示屏射出光线后经过光线准直***，准直出光到达光线耦入***，通过光线耦入***将准直光耦入到光波导2内。

其中，准直***可以是微透镜阵列准直，也可以是动态二元透镜准直，还可以是微纳结构进行光线控制进行准直；其中，微透镜准直需要与像素一一对应，且轻薄和微型化。一般地，单个透镜很难达到准直的效果，所以目前用到的基本都是透镜组完成光线准直，透镜组一般批量加工、体积、重量等上会给AR眼镜的量产和普及瘦一些影响。微纳结构实现光线管控也可以实现准直，比如牛眼结构或者超透镜(Meta-Lens)等，但是相对而言，稳定性和批量生产又是重大挑战，因此，目前列为未来可发展的方向。另外一种是利用二元微透镜阵列，如菲涅尔透镜对入射光进行准直，但是一般地，菲涅尔透镜的加工成本和精度又相对较高，微型化是问题，因此本方案推荐采用液晶菲涅尔透镜，即通过在液晶材料上加载不同电压，形成类似菲涅尔透镜的效果；采用该菲涅尔透镜时，该透镜的直径需要设置的与微显示屏的显示区域的对角线长度或者直径一直，以便将微显示屏中所有的显示光信息进行准直。

进一步的，所述光线耦入***为耦入光栅1，所述光线耦出区设有耦出光栅3。

随后光线经过光线耦入***耦入至光波导2中，该光线耦入***形式多样，本实施例中优选的采用光栅作为耦入的方式，在光线耦入区设置耦入光栅1，该耦入光栅1可以是全息光栅，也可以是浮雕光栅。

光线在光波导2中传播后射出光波导2，在射出之前经过光线耦出区，该耦出区的形式可以设置多样，本实施例中优选的在光波导2出射光的位置设置耦出光栅3实现上述功能。

进一步的，所述光线耦出区的直径大于等于人眼可视范围宽度L，

为人眼瞳孔直径，d为出瞳距离，θ为分辨视域。

人眼的视角是因人而异，一般地，映在人眼视网膜上的图像，只有中心部分能分辨清楚，这叫分辨视域，约15度。从十几度到30度之间则称为有效视域，观众能立刻看清物体和动作，还不到需要转动头部才能辨别清楚的程度，但分辨能力已经下降了。超过水平方向视野角(2*θ-)30度的周边部分称为诱导视野，俗称眼睛的余光。因此：人眼在固定一个位置观察时，假设人眼瞳孔直径为

(一般为2-8mm)，出瞳距离d(一般为12-16mm)，则可视范围可以求得：

因此，出光区域直径应该至少与L相同，才能满足人眼观察中心点画面清晰的需求，非中心区域和边缘区域由于人眼观察特征，可以逐渐模糊处理。

本实施例中通过分时快速驱动RGB画面的方式，通过耦入***耦入和光波导2传输以及在耦出***出瞳后，根据人眼响应时间的极限，实现单层波导彩色显示的目的。

本实施例还提供一种显示装置，包括上述显示模组。

本实施例中的显示装置不仅可以应用与VR或者AR领域，还可扩展使用至MR或者车载显示、混合显示等显示领域，也可以应用到轻薄化的近眼显示和光场显示等领域。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种显示模组，其特征在于，包括：光波导，第一液晶光栅和第二液晶光栅，所述光波导具有光线耦入区和光线耦出区，

所述第一液晶光栅设置在所述光波导背离所述光线耦入区的一面，所述第一液晶光栅用于控制所述光波导中全部颜色的入射光为全反射；

所述第二液晶光栅设置在所述光波导背离所述光线耦出区的一面，所述第二液晶光栅用于控制光波导中全部颜色的出射光汇聚至一点。

2.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，所述第一液晶光栅具体设置在入射光第一次折射的位置处。

3.根据权利要求2所述的显示模组，其特征在于，所述第二液晶光栅具体设置在所述入射光最后一次折射的位置处。

4.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，不同颜色的光线对应所述第一液晶光栅和所述第二液晶光栅的光栅周期不尽相同。

5.根据权利要求1所述的显示模组，其特征在于，所述光波导设有所述光线耦入区的一侧设有微显示器，所述微显示器分时驱动RGB画面。

6.根据权利要求5所述的显示模组，其特征在于，所述微显示器刷新频率大于180Hz。

7.根据权利要求5所述的显示模组，其特征在于，所述光线耦入区设有光线耦入***，所述光线耦入***远离所述光波导的一侧设有光线准直***，用于将入射光收拢准直射入所述光线耦入区。

8.根据权利要求6所述的显示模组，其特征在于，所述光线耦出区的直径大于等于人眼可视范围宽度L，

为人眼瞳孔直径，d为出瞳距离，θ为分辨视域。

9.根据权利要求6所述的显示模组，其特征在于，所述光线耦入***为耦入光栅，所述光线耦出区设有耦出光栅。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的显示模组。

Images