几何波导照明器和基于该几何波导照明器的显示器的制作方法

本公开涉及照明器、视觉显示设备以及相关部件和模块。

背景技术：

1、视觉显示器向一位或多位观看者提供信息，这些信息包括静止图像、视频、数据等。视觉显示器在各种领域有所应用，仅举几例，这些领域包括娱乐、教育、工程、科学、专业培训、广告。一些视觉显示器(例如，电视机)向多位用户显示图像，而一些视觉显示系统(例如，近眼显示器(near-eye display，ned))旨在供单个用户使用。

2、人工现实系统通常包括被配置成向用户呈现内容的ned(例如，头戴式设备(headset)或一副眼镜)。近眼显示器可以显示虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象的图像进行组合，如在虚拟现实(virtual reality，vr)应用、增强现实(augmented reality，ar)应用或混合现实(mixed reality，mr)应用中那样。例如，在ar系统中，用户可以通过透视“组合器”部件来观看与周围环境叠加的虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(computer-generated image，cgi))。可穿戴显示器的组合器通常对外部光是透明的，但包括一些光路由光学器件以将显示光引导到用户的视场中。

3、因为hmd或ned的显示器通常佩戴在用户的头部上，所以具有沉重电池的大型、体积庞大且笨重、不平衡和/或沉重的显示设备对于用户穿戴来说将是麻烦的且是不舒适的。头戴式显示设备可以受益于紧凑且高效的部件。特别地，使用反射式或透射式显示面板来生成要显示给佩戴者的影像的头戴式显示设备可以受益于用于照亮显示面板的紧凑且高效的光源和照明器。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种用于显示面板的照明器，该照明器包括：光导，该光导用于通过从该光导的相对的第一外表面和第二外表面的一系列内反射使光束沿该光导的长度维度传播，其中，该第一表面和该第二表面由垂直于该长度维度的光导厚度维度分开；以及该光导内部的第一多个倾斜部分体反射器，该第一多个倾斜部分体反射器用于使该光束的部分沿该光导的该长度维度通过该第一表面耦出，耦出的光束部分形成用于照亮该显示面板的输出光束。

2、在一些实施例中，该第一多个倾斜部分体反射器中的倾斜部分反射器可以包括偏振选择性反射器，这些偏振选择性反射器用于反射第一偏振的光并透射正交的第二偏振的光。

3、在一些实施例中，该照明器还可以包括线性透射式偏振器，该线性透射式偏振器设置在该光导的该第二表面附近并且被配置成透射该第二偏振的光。

4、在一些实施例中，这些倾斜部分体反射器可以从该光导的该第一表面延伸到该第二表面。

5、在一些实施例中，该照明器还可以包括位于该光导上游的漫射器，该漫射器用于在预定义的光锥内散射该光束。

6、在一些实施例中，该光锥的顶角可以小于4度。

7、在一些实施例中，该照明器还包括部分反射器，该部分反射器被埋置在该光导中并且设置在该第一多个倾斜部分体反射器上游的光路中、与相对的该第一外表面和该第二外表面相距一定距离并与相对的该第一外表面和该第二外表面平行，该部分反射器用于分离该光束，从而增加由该第一多个倾斜部分体反射器从该光导耦出的该光束的部分的空间密度。

8、在一些实施例中，该照明器还可以包括第二多个倾斜部分体反射器，该第二多个倾斜部分体反射器设置在该光导内部、在该第一多个倾斜部分体反射器的上游，该第二多个倾斜部分体反射器用于沿着该光导的宽度维度扩展该光束以获得经扩展的光束并且用于将该经扩展的光束朝向该第一多个倾斜部分体反射器引导。

9、在一些实施例中，该照明器还可以包括可倾斜反射器，该可倾斜反射器位于该光导上游的光路中，该可倾斜反射器用于改变该光束到该光导上的入射角。

10、在一些实施例中，存在以下中的至少一者：该光导厚度可以小于0.5mm；位于该光导的相对的该第一外表面与该第二外表面之间的该第一多个倾斜部分体反射器中的倾斜部分体反射器的宽度可以小于0.7mm；或者该第一多个倾斜部分体反射器中的至少一些倾斜部分体反射器的反射率可以大于50％。

11、在一些实施例中，该第一多个倾斜部分体反射器中的倾斜部分体反射器可以在0.5度内彼此平行，并且其中，该第一多个倾斜部分体反射器中的至少一些倾斜部分体反射器相对于彼此成至少0.2度的角度。

12、根据本公开的另一个方面，提供了一种显示设备，该显示设备包括：显示面板，该显示面板包括衬底和由该衬底支承的像素阵列；以及光导，该光导用于照亮该显示面板的该像素阵列，该光导包括相对的第一外表面和第二外表面、以及多个倾斜部分体反射器，该第一外表面和该第二外表面用于在该光导中引导光束，该多个倾斜部分体反射器以与该第一表面和该第二表面成锐角在该第一表面与该第二表面之间延伸，该多个倾斜部分体反射器用于将该光束的部分从该光导反射出来，以照射到该显示面板的该像素阵列上。

13、在一些实施例中，该显示设备还可以包括位于该像素阵列下游的眼用透镜(ocular lens)，其中，该眼用透镜被配置成将由该显示面板显示的空间域中的图像转换为该眼用透镜下游的角域中的图像，以供该眼用透镜下游的用户眼睛观察。

14、在一些实施例中，该像素阵列可以是反射式像素阵列；并且该光导设置在该显示面板与该眼用透镜之间；其中，在操作中，由该多个倾斜部分体反射器反射的该光束的部分照射到该反射式像素阵列上，由此被反射，通过该光导传播回来，并且照射到该眼用透镜上。

15、在一些实施例中，该反射式像素阵列可以被配置成可控地将照射光束部分的偏振从第一偏振态调谐到正交的第二偏振态；并且这些倾斜反射器是偏振选择性的，并且被配置成反射该第一偏振态的光并且透射该第二偏振态的光。

16、在一些实施例中，该显示设备还可以包括位于该光导与该眼用透镜之间的线性透射式偏振器。

17、在一些实施例中，该像素阵列可以包括透射式像素阵列；并且该显示面板设置在该光导与该眼用透镜之间；其中，在操作中，由偏振选择性的多个倾斜反射器反射的光束部分传播穿过该衬底，穿过该透射式像素阵列，并且照射到该眼用透镜上。

18、在一些实施例中，该显示设备还可以包括聚焦元件，该聚焦元件用于由该聚焦元件下游的耦出的光部分形成光点阵列，使得在操作中，由于泰伯效应(talbot effect)在该透射式像素阵列处形成光功率密度峰值阵列。

19、根据本公开的另一个方面，提供了一种用于照亮显示面板的方法，该方法包括：通过来自光导的相对的第一外表面和第二外表面的一系列内反射，使光束沿长度维度在该光导中传播；使用该光导内部的多个倾斜部分体反射器，使该光束的部分沿着该光导的该长度维度通过该第一表面耦出；以及由耦出的光束部分形成用于照亮该显示面板的输出光束。

20、在一些实施例中，该显示面板可以是反射式显示面板，并且该方法还包括：通过该反射式显示面板来反射该输出光束；以及使由该反射式显示面板反射的该输出光束传播穿过该光导。

21、应当理解的是，本文中描述为适合于结合到本公开的一个或多个方面或一个或多个实施例中的任何特征旨在可推广到本公开的任何和所有方面、以及任何和所有实施例。本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求书和附图可以理解本公开的其它方面。前文的一般描述和下文的具体实施方式仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。