[发明专利]一种显示装置、系统和显示方法

说明书

本发明公开了一种显示装置、系统和显示方法，显示装置包括波导基底，所述波导基底具有相对的第一表面、第二表面；所述第一表面和/或第二表面上涂覆有粘接层；设于所述粘接层的第一衍射光学输入元件、第二衍射光学输入元件，与第一衍射光学输入元件相配合的第一衍射光学输出元件，以及与第二衍射光学输入元件相配合的第二衍射光学输出元件；所述第一衍射光学输入元件、第二衍射光学输入元件位于波导基底的光波输入区域；第一衍射光学输入元件，用于将入射角为θ1的第一光波耦合进入波导基底，第二衍射光学输入元件用于将入射角为θ2的第二光波耦合进入波导基底。可以实现大于30°的视场，实际使用中还可以有效将视场角拓展到45°或者更大。

技术领域

本发明涉及增强现实(AR)显示技术领域，尤其涉及一种显示装置、系统和显示方法。

背景技术

增强现实(AR)显示技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域，并且很有可能智能手机一样成为下一代主流显示手段。

常见的AR光学系统主要有以下几类：一、棱镜式：Google Glass上使用的光学方案，显示屏图像经过凹面反射镜准直再经过半透半反膜反射，最终投向人眼。这种方案一般视场20°以下，同时体积也比较大；二、自由曲面反射类：曲面反射类主要利用镜面反射的原理成像，在光传播路径的设计上，可采用Birdbath方式，或投影到镀膜曲面上进行反射(称为离轴反射)等光学方案。可以实现较大的视场，但是体积过于巨大，不适合长时间佩戴；

三、光波导类：这类方案被认为是最接近目前近视眼镜形态的方案，主要有几何光波导、表面浮雕型光波导、全息光波导三类。几何光波导因为本身工艺的复杂，造成了生产良率较低，单片光学模组成本较贵，同时大部分专利掌握在以色列公司LUMUS手中；表面浮雕型光波导所使用的蚀刻工艺可以采用半导体行业成熟的制造技术，所以大批量生产时良率较高，成本远低于几何光波导方案。半导体工艺与设计的要求，使得技术和资金壁垒很高；

全息光波导可以在曲面形状的单层镜片上进行曝光形成全息膜，所以可以生产出最接近传统有曲面的眼镜的AR产品。而且不需要大型的生产设备，成本只依赖玻璃和全息膜，可以做到最便宜的光波导方案。

综上，最有可能应用于消费级的AR光学方案是表面浮雕型光波导和全息光波导。而表面浮雕型光波导需要重资产投入，一般公司很难承受得起，所以全息光波导方案是最可能实现弯道超车的方案，但是该方案的缺点是全息光栅的角度选择性导致视场角受限，在30°左右，同时色度均匀性较差，单色30°波长差可达近50nm。。

因此，如何解决全息光栅的角度选择视场角受限及色度均匀性是本领域亟待解决的技术问题

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种显示装置、系统和显示方法，以增加整个视场中色度均匀性的方法，增加全息波导光学方案在AR技术中的竞争力。

根据本发明的一个方面，提供一种显示装置，包括

波导基底，所述波导基底具有相对的第一表面、第二表面；

所述第一表面和/或第二表面上涂覆有粘接层；

设于所述粘接层的第一衍射光学输入元件、第二衍射光学输入元件，与第一衍射光学输入元件相配合的第一衍射光学输出元件，以及与第二衍射光学输入元件相配合的第二衍射光学输出元件；

所述第一衍射光学输入元件、第二衍射光学输入元件位于波导基底的光波输入区域；第一衍射光学输入元件，用于将入射角为θ1的第一光波耦合进入波导基底，第二衍射光学输入元件用于将入射角为θ2的第二光波耦合进入波导基底，所述θ1的取值范围为a≤θ1≤b，所述θ2的取值范围为c≤θ2≤d，其中a、d相差大于30°，优选的a、d相差大于40°，最优选为a、d相差为40°-60°。