波导显示器中的光重定向特征的制作方法

背景技术：

1、诸如头戴式显示器(head-mounted display，hmd)系统或平视显示器(heads-updisplay，hud)系统等人工现实系统通常包括近眼显示器(例如，呈头戴式设备(headset)的形式或一副眼镜的形式)，该近眼显示器被配置成经由电子显示器或光学显示器在用户双眼前方例如约10mm至20mm的范围内向用户呈现内容。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，用户可以通过例如透视透明的显示眼镜或显示透镜(通常被称为光学透视)来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(computer-generated image，cgi))和周围环境的图像这两者。

2、光学透视ar系统的一个示例可以使用基于波导的光学显示器，其中投射图像的光可以耦入波导(例如，透明衬底)中、在波导内传播、并在不同位置处从波导耦出。在一些实施方式中，投射图像的光可以使用衍射性光学元件(例如，体全息光栅和/或表面浮雕光栅)耦入波导中或从波导耦出。来自周围环境的光可以穿过波导的透视区域并且还到达用户的双眼。

技术实现思路

1、本公开总体上涉及一种近眼显示器用的基于光栅的波导显示器。更具体地，本文公开的是用于减少否则可能到达适眼区的、被无意衍射的显示光的技术。本文描述了包括设备、系统和方法等各种创造性实施例。

2、根据一些实施例，一种波导显示器可以包括：第一波导，该第一波导包括第一光栅和第二光栅，该第一光栅被配置成将显示光的第一部分耦入到该第一波导中并朝向该第二光栅；第二波导，该第二波导包括第三光栅和第四光栅，该第三光栅与该第一光栅对齐，并且该第三光栅被配置成将该显示光的第二部分耦入到该第二波导中并朝向该第四光栅；间隔件，该间隔件位于该第一波导与该第二波导之间，以在该第一波导与该第二波导之间形成气隙；以及光重定向结构或光吸收结构，该光重定向结构或光吸收结构位于该第一波导的表面或该第二波导的表面中的至少一者上，该光重定向结构或光吸收结构被配置成吸收来自第一角度范围的入射光或者将来自第一角度范围的入射光重定向成朝向该波导显示器的边缘，而不改变来自其它角度范围的入射光。

3、在该波导显示器的一些实施例中，来自该第一角度范围的入射光可以包括以下中的至少一者：该显示光的被该第一光栅衍射成朝向该第三光栅的一部分；该显示光的被该第二光栅衍射成朝向该第四光栅的一部分；该显示光的被该第一光栅衍射成朝向该第四光栅的一部分；或者该显示光的被该第一光栅、该第二光栅、该第三光栅或该第四光栅衍射成朝向该波导显示器的适眼区的一部分。

4、在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以包括纳米结构，该纳米结构包括纳米天线(nano-antenna)、纳米线(nanowire)、微棱柱(micro-prism)、微棱锥(micro-pyramid)、超表面(meta-surface)、超光栅(meta-grating)、具有亚微米间距(submicronpitch)的光栅、微百叶窗层(microlouver layer)、或它们的组合。在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以位于该波导显示器的透视区域之外。在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以至少部分地与该波导显示器的透视区域重叠。在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以是波长选择性的或偏振选择性的。在一些方面，该波导显示器可以包括不透明的光吸收材料层，该不透明的光吸收材料层位于该波导显示器边缘处以吸收由该光重定向结构或光吸收结构重定向的入射光。在一些方面，该波导显示器可以包括位于该波导显示器的边缘处的光捕获结构，该光捕获结构包括倾斜的边缘。

5、在一些方面，该第一波导可以包括第五光栅和第六光栅，其中该第二光栅可以被配置成将该显示光的第一部分衍射到该第五光栅，该第五光栅可以被配置成将该显示光的第一部分衍射到该第六光栅，并且该第六光栅可以被配置成将该显示光的第一部分衍射到该波导显示器的适眼区。在一些方面，该第一波导可以包括第一衬底、第二衬底、以及位于该第一衬底与该第二衬底之间的一个或多个光栅层，其中，该第一光栅和该第二光栅可以位于该一个或多个光栅层中。在一些方面，该显示光的第一部分可以包括针对第一视场且呈一种或多种颜色的显示光，并且该显示光的第二部分可以包括针对第二视场且呈一种或多种颜色的显示光。在一些方面，该第一光栅、该第二光栅、该第三光栅和该第四光栅可以包括多路复用的透射性体布拉格光栅或多路复用的反射性体布拉格光栅。

6、根据一些实施例，一种波导显示器可以包括：投射器，该投射器被配置成投射显示光；第一波导，该第一波导包括位于一个或多个全息材料层中的第一光栅和第二光栅，该第一光栅被配置成将该显示光的第一部分耦入到该第一波导中并朝向该第二光栅；第二波导，该第二波导包括第三光栅和第四光栅，该第三光栅与该第一光栅对齐，并且该第三光栅被配置成将该显示光的第二部分耦入到该第二波导中并朝向该第四光栅；以及光重定向结构或光吸收结构，该光重定向结构或光吸收结构位于该第一波导的表面或该第二波导的表面中的至少一者上，该光重定向结构或光吸收结构被配置成吸收来自第一角度范围的入射光或者将来自第一角度范围的入射光重定向成朝向该波导显示器的边缘，而不改变来自其它角度范围的入射光。

7、在该波导显示器的一些实施例中，来自该第一角度范围的入射光可以包括以下中的至少一者：该显示光的被该第一光栅衍射成朝向该第三光栅的一部分；该显示光的被该第二光栅衍射成朝向该第四光栅的一部分；该显示光的被该第一光栅衍射成朝向该第四光栅的一部分；或者该显示光的被该第一光栅、该第二光栅、该第三光栅或该第四光栅衍射成朝向该波导显示器的适眼区的一部分。

8、在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以包括纳米结构，该纳米结构包括纳米天线、纳米线、微棱柱、微棱锥、超表面、超光栅、具有亚微米间距的光栅、微百叶窗层、或它们的组合。在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以在该波导显示器的透视区域之外，或者至少部分地与该波导显示器的透视区域重叠。在一些方面，该光重定向结构或光吸收结构可以是波长选择性的或偏振选择性的。在一些方面，该波导显示器可以包括：位于该波导显示器的边缘处的不透明的光吸收材料层；或者位于该波导显示器的边缘处的光捕获结构，该光捕获结构包括倾斜的边缘。在一些方面，该第一波导可以包括第五光栅和第六光栅，其中该第二光栅可以被配置成将该显示光的第一部分衍射到该第五光栅，该第五光栅可以被配置成将该显示光的第一部分衍射到该第六光栅，并且该第六光栅可以被配置成将该显示光的第一部分衍射到该波导显示器的适眼区。在一些方面，该显示光的第一部分可以包括针对第一视场且呈一种或多种颜色的显示光，并且该显示光的第二部分可以包括针对第二视场且呈一种或多种颜色的显示光。

9、本
技术实现要素：
既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任意附图或所有附图、以及每个权利要求来理解本主题。在以下的说明书、权利要求书和附图中，将更详细地描述前述内容以及其它特征和示例。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在本公开的任何方面和所有方面和实施例中通用。根据本公开的说明书、权利要求和附图，本领域技术人员可以理解本公开的其它方面。前述的一般性描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求进行限制。