具有抗反射和高反射涂层的基于波导的显示器制造技术

技术编号:18737369 阅读:95 留言:0更新日期:2018-08-22 05:43
近眼或平视显示系统包括显示引擎、至少两个光学波导,以及在至少一个波导的至少一个主表面上的相应的涂层。至少一个这样的涂层对于在波导的特定波长范围内且以低于相对于法线的低阈值角的角度入射在波导的其上置有所述涂层的一个主表面上的光来说具有低反射比,而对于在波导的特定波长范围内且以高于相对于法线的高阈值角的角度入射在其上置有所述涂层的所述主表面上的光来说具有高反射比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有抗反射和高反射涂层的基于波导的显示器背景各种类型的计算、娱乐和/或移动设备可用透明或半透明显示器来实现,设备的用户可以透过该透明或半透明显示器来查看周围环境。此类设备(可以被称为透视、混合现实显示设备系统或增强现实(AR)系统)使得用户能够透视设备的透明或半透明显示器以查看周围环境,并且还能够看见虚拟对象(例如,文本、图表、视频等)的图像,这些虚拟对象被生成以供显示以表现为周围环境的一部分和/或表现为覆盖在周围环境上。这些设备(可以被实现为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴近眼显示设备,或被实现为平视显示器,但不限于此)通常利用光学波导将例如由显示引擎产生的图像复制到一位置处,设备的用户能够查看该位置处的图像作为增强现实环境中的虚拟图像。由于这仍然是一项新兴技术,因此存在与利用波导和/或其他光学结构向用户显示虚拟对象的图像相关联的某些挑战。概述在此所述的某些实施例涉及近眼或平视显示系统,所述系统包括显示引擎、具有至少两个光学波导的波导组件,以及在至少一个光学波导的至少一个主表面上的相应涂层。至少一个这样的涂层对于在波导的特定波长范围内且在波导的所述涂层置于其上的主表面上以低于相对于具有所述涂层的主表面的法线的低阈值角的一个角度(例如不超过25度)入射的光而言具有低反射比(例如不超过百分之二)。另外,至少一个这样的涂层对于在波导的特定波长范围内的在所述涂层置于其上的主表面上以高于相对于具有所述涂层的主表面的法线的高阈值角的一个角度(例如至少30度)入射的光而言具有高反射比(例如至少为百分之五十)。这样的涂层可以有利地允许对应于现实世界图像的外部光通过所述波导,以使得用户可以观看由正使用所述波导显示的虚拟图像所增强的现实世界图像。所述涂层的另一个益处是它可以减少现实世界图像的重像的存在或强度。所述涂层还能有利地减少虚拟图像强度中的整体损耗、减少所观看的虚拟图像中的暗点、减少(虚拟图像的)重像、并且一般地说,减少完整图像内容中的(与虚拟图像相关联的)一些内容的损耗,否则如果光在经由TIR从输入耦合器行进到输出耦合器的同时非期望地从波导泄漏出来则可能发生所述损耗。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征,亦非旨在用作辅助确定要求保护的主题的范围。附图简述图1A、1B和1C分别是可用于将与入瞳相关联的图像复制到经扩展的出瞳的示例性波导的前视图、俯视图和侧视图。图2是参考图1A、1B和1C介绍的包括多个波导的示例性显示系统的侧视图,并且还示出了显示引擎,该显示引擎生成包括由相应输入耦合器耦合进入波导的角内容的图像,并且还示出了正在查看眼动范围(eyebox)内邻近波导的输出耦合器的图像的眼睛。图3是示出对于以相对于波导的主表面的法线的以波长为函数的不同角度行进的光在涂敷有宽带抗反射(AR)涂层的波导的玻璃-空气介质分界处的反射百分比(%)的图表。图4是根据本专利技术技术的实施例的显示系统的侧视图,其中,所述显示系统的每个光学波导的主表面涂敷有相应的涂层,所述涂层被配置为对于相对于法线的低角度具有低反射比,而相对于法线的高角度则具有高反射比。图5是示出在具有涂层的光学波导的玻璃-空气介质分界处的反射百分比(%)的图表,所述涂层被配置为对于相对于法线的低角度具有低反射比,而相对于法线的高角度则具有高反射比图6A示出了一种示例性涂层,包括在光学波导的主表面上的两种不同材料的交替层。图6B示出了一种示例性涂层,包括在光学波导的主表面上的三种不同材料的交替层。图7是被用于概述根据本专利技术技术的某些实施例的方法的高级流程图。详细描述本专利技术技术的某些实施例涉及包括光源组装件、成像设备和波导组装件的近眼或平视显示系统。光源组装件可包括例如红、绿和/或蓝光发射元件,该红、绿和/或蓝光发射元件被配置成分别产生对应红波长范围内的红光、对应绿波长范围内的绿光、和对应蓝波长范围内的蓝光。作为更具体的示例,一个或多个红光发射元件可以产生在红色波长范围(例如从600nm到650nm)内的光;一个或多个绿光发射元件可以产生在绿色波长范围(例如从500nm到550nm)内的光;而一个或多个蓝光发射元件可以产生在蓝色波长范围(例如从430nm到480nm)内的光。成像设备可以使用由光源组装件(其也可以被更简洁地称为光源)产生的光来产生图像。波导组装件可以将对应于图像的光从入瞳传输到出瞳,在出瞳处可查看图像。如以下更详细描述的,在波导组装件的一个或多个光学波导内行进的光可以从一个或多个所述波导中漏出,这可以导致在所观看的图像中的强度、暗点中的整体损耗,并且更一般地导致在完整图像内容中的一些内容的损耗。而且,如果泄漏的光在相邻的波导上入射,则所泄漏的光可能被折射入相邻的波导,并且此后从相邻的波导折射出来,在某种意义上导致不期望的重像。在此所述的本专利技术技术的某些实施例可以消减从一个或多个波导中漏出的光量,如下将描述的。然而,在描述这样的实施例的细节之前,参考图1和2描述示例性的波导和包括波导的示例性显示系统。在之后的描述中,相同的标号或参考标记贯穿全文将被用来指代相同的部分或元件。另外,三位标号中的第一位或四位标号中的前两位标识了该标号首次出现的附图。图1A、1B和1C分别是可用于将与入瞳相关联的图像复制到经扩展的出瞳的示例性平面光学波导100的前视图、俯视图和侧视图。如此处所使用的,术语“入瞳”指代对应于图像的光穿过而被覆盖在一个或多个波导的一个或多个输入耦合器上的孔径。如此处所使用的,术语“出瞳”指代对应于图像的光穿过而从一个或多个波导的一个或多个输出耦合器出射的孔径。平面光学波导100在下文中常常被更简洁地称为光学波导100或甚至更简洁地被称为波导100。如下文参考图2更详细地讨论的,波导100正被用来复制以及可能还扩展的图像可以使用包括光源组装件和成像设备的显示引擎来生成。参考图1A、1B和1C,平面光学波导100包括具有输入耦合器112和输出耦合器116的块基板106。输入耦合器112被配置成将与关联于入瞳的图像相对应的光耦合进入波导的块基板106。输出耦合器116被配置成将与关联于入瞳的图像相对应的光(在平面光学波导100中从输入耦合器112行进到输出耦合器116)耦合出波导100以使得光从出瞳被输出并且被成像。块基板106(可以由玻璃或光学塑料制成,但不限于此)包括第一主平面表面108以及与第一主平面表面108相对且平行的第二主平面表面110。第一主平面表面108可替换地被称为前侧主表面108(或更简单地前侧表面108),并且第二主平面表面110可替换地被称为背侧主表面110(或更简单地背侧表面110)。如术语“块”在此处所使用的,基板被认为是“块”基板,其中基板的厚度(其主表面之间)至少是该基板被用作其光学传输介质的光的波长的十倍(即10x)。例如,在光(基板被用作其光学传输介质的光)是具有620nm波长的红光的情况下,在基板的厚度(其主表面之间)至少是6200nm,即至少6.2μm的情况下,基板将被认为是块基板。根据某些实施例,块基板106在其主平面表面108与110之间具有至少25μm的厚度。在具体实施例中,块基板106具有在25μm到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置,包括:包括块基板、输入耦合器和输出耦合器的光学波导;所述光学波导的所述块基板包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面;所述光学波导的所述输入耦合器被配置为将在输入角度范围内且在第一波长范围内的光耦合入光学波导的块基板中;所述光学波导的输出耦合器被配置为将在输出角度范围内且在第一波长范围内的至少部分地经由全内反射(TIR)从所述输入耦合器穿过所述光学波导行进至所述输出耦合器的光从所述光学波导的所述块基板中耦合出;在所述光学波导的所述第一和第二主表面之一上的涂层;所述涂层被配置为对于在所述第一波长范围内的在所述光学波导的所述块基板内行进且以低于相对于法线的低阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,具有低反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线;以及所述涂层被配置为对于在所述第一波长范围内的在所述光学波导的所述块基板内行进且以高于相对于所述法线的高阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,具有高反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.11 US 15/041,6641.一种装置,包括:包括块基板、输入耦合器和输出耦合器的光学波导;所述光学波导的所述块基板包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面;所述光学波导的所述输入耦合器被配置为将在输入角度范围内且在第一波长范围内的光耦合入光学波导的块基板中;所述光学波导的输出耦合器被配置为将在输出角度范围内且在第一波长范围内的至少部分地经由全内反射(TIR)从所述输入耦合器穿过所述光学波导行进至所述输出耦合器的光从所述光学波导的所述块基板中耦合出;在所述光学波导的所述第一和第二主表面之一上的涂层;所述涂层被配置为对于在所述第一波长范围内的在所述光学波导的所述块基板内行进且以低于相对于法线的低阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,具有低反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线;以及所述涂层被配置为对于在所述第一波长范围内的在所述光学波导的所述块基板内行进且以高于相对于所述法线的高阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,具有高反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线。2.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述低反射比为不超过百分之2;所述低阈值角度为相对于所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线不超过25度;所述高反射比为至少百分之50;以及所述高阈值角度为相对于所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线至少30度。3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述涂层包括具有在1.3和2.2之间的不同折射率的两种或更多种不同材料的交替层。4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述具有在1.3和2.2之间的不同折射率的两种或更多种不同材料的交替层中的至少一些具有彼此不同的厚度,所述厚度被选择以提供:对于在所述第一波长范围内的以低于相对于所述法线的所述低阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,不超过百分之2的低反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线,以及对于在所述第一波长范围内的以高于相对于所述法线的高阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,至少百分之50的高反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线。5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述涂层包括:二氧化硅和二氧化钛的交替层;二氧化硅和氧化铝的交替层;或二氧化硅、二氧化钛和氧化铝的交替层。6.如权利要求1-5中的任一项所述的装置,其特征在于:所述低反射比为不超过百分之2;所述低阈值角度为相对于所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线不超过25度;所述高反射比为至少百分之75;以及所述高阈值角度为相对于所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线至少30度。7.如权利要求1-5中的任一项所述的装置,其特征在于,在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的所述一个主表面上的所述涂层具有优先极化取向,允许所述涂层对于在第一波长范围内的在所述光学波导的块基板内行进且以低于相对于所述法线不超过25度的所述低阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,具有不超过百分之2的低反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线;并且允许在所述光学波导的第一和第二主表面中的所述主表面上的涂层对于在所述第一波长范围内的在所述光学波导的块基板内行进且以高于相对于所述法线至少30度的所述高阈值角度的角度入射在所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面上的光来说,具有至少百分之50的高反射比,所述法线是所述光学波导的所述第一和第二主表面中的其上置有所述涂层的所述一个主表面的法线。8.如权利要求1-5中的任一项所述的装置,其特征在于,所述第一波长范围包括红色波长范围、绿色波长范围或蓝色波长范围之一。9.如权利要求1-5中的任一项所述的装置,其特征在于,所述第一波长范围包括绿色波长范围和蓝色波长范围这两者。10.如权利要求1-5中的任一项所述的装置,其特征在于,所述光学波导包括第一光学波导,并且所述涂层包括第一涂层,并且其中所述装置还包括:显示引擎,被配置为产生在所述第一波长范围内的光和在与所述第一波长范围不同的第二波长范围内的光的图像,并且其中:邻近所述第一光学波导的第二光学波导,所述第二光学波导包括块基板、输入耦合器和输出耦合器;所述第二光学波导的所述块基板包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面;所述第二光学波导的所述输入耦合器被配置为将由所述显示引擎产生的所述图像的在所述输入角度范围内且在所述第二波长范围内的光耦合入所述第二光学波导的所述块基板;所述第二光学波导的所述输出耦合器被配置为将所述图像的在所述输出角度范围内且在所述第二波长范围内的至少部分地经由TIR从所述输入耦合器穿过所述第二光学波导行进至所述输出耦合器的光从所述第二光学波导的所述块基板中耦合出;以及其中,所述第一涂层在所述第一光学波导的所述第一和第二主表面的最接近所述第二光学波导的一个主表面上。11.如权利要求10所述的装置,其特征在于:由所述显示引擎产生的所述图像还包括在与所述第一和第二波长范围不同的第三波长范围内的光;所述第一和第二光学波导是波导组装件的部分,所述波导组装件还包括相邻所述第二光学波导安置的第三光学波导;所述第三光学波导包括块基板、输入耦合器和输出耦合器;所述第三光学波导的所述输入耦合器被配置为将由所述显示引擎产生的所述图像的在所述输入角度范...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·A·沃尔T·瓦柳斯P·皮蒂拉K·奥卡
申请(专利权)人:微软技术许可有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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