用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备与流程

本发明涉及近眼显示，特别是涉及一种用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备。

背景技术：

1、近年来，微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能。而随着投影显示技术的不断发展和市场需求，可穿戴的微透镜系统越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(augmented reality,ar)、近眼显示(near-eye display,ned)等领域。

2、目前，市场上存在多种ar光学系统方案，但真正能够面向消费者的近眼显示设备仍存在很多不足，如亮度低、视场角小、尺寸大、成本高或设备笨重等。虽然基于自发光显示芯片作为图像显示源的折反式birdbath光学架构(简称bb光学架构)在控制成本、减小体积以及降低难度上具有一定的优势而备受青睐，但基于此种架构的近眼显示方案却存在光效偏低的问题。

3、如图1所示，传统的折反式光学系统1p通常由图像显示器10p、成像透镜20p、凹面反射镜30p(镀膜分光比r＝60％，t＝40％)以及平面半反镜40p(镀膜分光比r＝50％，t＝50％)组成。这样，经由图像显示器10p发出的图像光线经成像透镜20p后：首先，其中一半(50％)光线会被平面半反镜40p反射以传播至凹面反射镜30p，且另一半(50％)光线会透过平面半反镜40p而被损失掉；之后，其中一部分(60％)光线会被凹面反射镜30p反射以再次传播至该平面半反镜40p，且另一部分(40％)光线会透过该凹面反射镜30p而被损失掉；最后，其中一部分(50％)光线会透过该平面半反镜40p以到达人眼，且另一部分(50％)光线会被该平面半反镜40p反射而被损失掉。与此同时，环境光线能够先后部分地透过凹面反射镜30p和平面半反镜40p到达人眼，使得用户获得ar体验。

4、然而，现有的该折反式光学系统1p只有将近15％(50％*60％*50％)左右的光能利用率，极为偏低，严重影响ar设备的实用性。

技术实现思路

1、本发明的一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备，其能够提高光能利用率，大幅地提升ar设备的实用性，便于普及和推广。

2、本发明的另一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述近眼显示设备能够采用胆甾相液晶器件来替代现有bb光学架构中的平面半反镜，实现大幅地提高光学系统的光能利用率。

3、本发明的另一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述近眼显示设备能够采用全息光学元件来替换现有bb光学架构中的凹面反射镜，不能能够进一步提高光能利用率，而且还能够避免图像泄露，保护用户的使用隐私。

4、本发明的另一个优势在于提供一种用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备，同时还增加了所述用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备的实用性和可靠性。

5、为了实现本发明的上述至少一优势或其他优点和目的，本发明提供了一种近眼显示设备，包括：

6、图像投射器，用于投射第一圆偏振光；

7、胆甾相液晶器件，所述胆甾相液晶器件被设置于所述图像投射器的投射侧，用于反射来自所述图像投射器的第一圆偏振光，并透射第二圆偏振光，其中该第二圆偏振光的旋转方向相反于该第一圆偏振光的旋转方向；以及

8、透视反射元件，所述透视反射元件被设置于所述胆甾相液晶器件的反射侧，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件，进而透过所述胆甾相液晶器件。

9、根据本技术的一个实施例，该图像投射器包括用于发射图像光的图像源、用于调制光线的成像透镜以及位于所述图像源和所述成像透镜之间光路中的圆偏振器件，所述成像透镜位于所述圆偏振器件和所述胆甾相液晶器件之间的光路中。

10、根据本技术的一个实施例，所述图像源为用于发射线偏振图像光的偏振显示元件；所述圆偏振件为被贴附于所述偏振显示元件的显示面的四分之一波片，用于将来自所述偏振显示元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

11、根据本技术的一个实施例，所述图像源为用于发射自然图像光的非偏振显示元件；所述圆偏振件包括四分之一波片和位于所述非偏振显示元件和所述四分之一波片之间光路中的起偏元件；所述起偏元件用于将来自所述偏振显示元件的自然图像光转换成线偏振图像光以传播至所述四分之一波片；所述四分之一波片用于将来自所述起偏元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

12、根据本技术的一个实施例，该透视反射元件为凹面反射镜或菲涅尔透镜。

13、根据本技术的一个实施例，该透视反射元件为体全息光学元件，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光全部反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件。

14、根据本技术的一个实施例，所述胆甾相液晶器件包括透光基板、叠置于所述透光基板的取向层以及叠置于所述取向层的液晶层；所述取向层位于所述透光基板和所述液晶层之间，用于使所述液晶层中的液晶分子按照预定取向进行排布，以反射沿预定角度入射的第一圆偏振光。

15、根据本技术的一个实施例，所述胆甾相液晶器件的所述取向层采用摩擦取向技术或偏振光取向技术进行制备。

16、根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了一种用于制造胆甾相液晶器件的装置，包括：

17、光源投射器，用于投射平行光；

18、平行光分束器，所述平行光分束器被设置于所述光源投射器的投射侧，用于将来自所述光源投射器的一路平行光分束成沿参考光光路传播的参考光和沿物光光路传播的物光；

19、参考光系统，所述参考光系统被设置于所述平行光分束器的参考光光路，用于调制来自所述平行光分束器的参考光，以形成具有第一圆偏振态的参考光入射至取向层基材的表面；以及

20、物光系统，所述物光系统被设置于所述平行光分束器的物光光路，用于调制来自所述平行光分束器的物光，以形成具有第二圆偏振态的物光入射至该取向层基材的表面，其中该第二圆偏振态的旋向相反于该第一圆偏振态的旋向，使该参考光和该物光在该取向层基材处进行偏振干涉记录，以在该取向层基材的表面旋涂液晶后形成胆甾相液晶器件。

21、根据本技术的一个实施例，所述物光系统包括沿着所述平行光分束器的物光光路依次排布的物光相位延迟件、物光反射镜以及物光成像透镜；所述物光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的物光以形成具有第一圆偏振态的物光而传播至所述物光反射镜；所述物光反射镜用于反射具有第一圆偏振态的物光以形成具有第二圆偏振态的物光而传播至所述物光成像透镜；所述物光成像透镜用于调制具有第二圆偏振态的物光以在形成物光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

22、根据本技术的一个实施例，所述参考光系统包括沿着所述平行光分束器的参考光光路依次排布的参考光相位延迟件、参考光反射镜以及参考光成像透镜；所述参考光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的参考光以形成具有第二圆偏振态的参考光而传播至所述参考光反射镜；所述参考光反射镜用于反射具有第二圆偏振态的参考光以形成具有第一圆偏振态的参考光而传播至所述参考光成像透镜；所述参考光成像透镜用于调制具有第一圆偏振态的参考光以在形成参考光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

23、根据本技术的一个实施例，所述光源投射器包括激光器、位于所述激光器和所述平行光分束器之间光路中的针孔滤波器以及位于所述针孔滤波器和所述平行光分束器之间的准直镜。

24、根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了一种用于制造胆甾相液晶器件的方法，包括步骤：

25、分别将一束平行光分束成一路参考光和一路物光；

26、将该路参考光调制成具有第一圆偏振态的参考光以入射至取向层基材的表面；

27、将该路物光调制成具有第二圆偏振态的物光以入射至该取向层基材的表面，其中该第二圆偏振态的旋向相反于该第一圆偏振态的旋向；

28、通过该取向层基材记录具有第一圆偏振态的参考光与具有第二圆偏振态的物光进行偏振干涉的信息；以及

29、旋涂液晶于该取向层基材的表面，以形成胆甾相液晶器件。

技术特征：

1.近眼显示设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，该图像投射器包括用于发射图像光的图像源、用于调制光线的成像透镜以及位于所述图像源和所述成像透镜之间光路中的圆偏振器件，所述成像透镜位于所述圆偏振器件和所述胆甾相液晶器件之间的光路中。

3.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述图像源为用于发射线偏振图像光的偏振显示元件；所述圆偏振件为被贴附于所述偏振显示元件的显示面的四分之一波片，用于将来自所述偏振显示元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

4.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述图像源为用于发射自然图像光的非偏振显示元件；所述圆偏振件包括四分之一波片和位于所述非偏振显示元件和所述四分之一波片之间光路中的起偏元件；所述起偏元件用于将来自所述偏振显示元件的自然图像光转换成线偏振图像光以传播至所述四分之一波片；所述四分之一波片用于将来自所述起偏元件的线偏振图像光转换成该第一圆偏振光。

5.根据权利要求1至4中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，该透视反射元件为凹面反射镜或菲涅尔透镜。

6.根据权利要求1至4中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，该透视反射元件为体全息光学元件，用于将经由所述胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光全部反射成该第二圆偏振光以返回所述胆甾相液晶器件。

7.根据权利要求1至4中任一所述的近眼显示设备，其特征在于，所述胆甾相液晶器件包括透光基板、叠置于所述透光基板的取向层以及叠置于所述取向层的液晶层；所述取向层位于所述透光基板和所述液晶层之间，用于使所述液晶层中的液晶分子按照预定取向进行排布，以反射沿预定角度入射的第一圆偏振光。

8.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述胆甾相液晶器件的所述取向层采用摩擦取向技术或偏振光取向技术进行制备。

9.用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，所述物光系统包括沿着所述平行光分束器的物光光路依次排布的物光相位延迟件、物光反射镜以及物光成像透镜；所述物光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的物光以形成具有第一圆偏振态的物光而传播至所述物光反射镜；所述物光反射镜用于反射具有第一圆偏振态的物光以形成具有第二圆偏振态的物光而传播至所述物光成像透镜；所述物光成像透镜用于调制具有第二圆偏振态的物光以在形成物光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

11.根据权利要求9所述的用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，所述参考光系统包括沿着所述平行光分束器的参考光光路依次排布的参考光相位延迟件、参考光反射镜以及参考光成像透镜；所述参考光相位延迟件用于调制来自该平行光分束器的参考光以形成具有第二圆偏振态的参考光而传播至所述参考光反射镜；所述参考光反射镜用于反射具有第二圆偏振态的参考光以形成具有第一圆偏振态的参考光而传播至所述参考光成像透镜；所述参考光成像透镜用于调制具有第一圆偏振态的参考光以在形成参考光中间实像之后入射至该取向层基材的表面。

12.根据权利要求9至11中任一所述的用于制造胆甾相液晶器件的装置，其特征在于，所述光源投射器包括激光器、位于所述激光器和所述平行光分束器之间光路中的针孔滤波器以及位于所述针孔滤波器和所述平行光分束器之间的准直镜。

13.用于制造胆甾相液晶器件的方法，其特征在于，包括步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于制造胆甾相液晶器件的装置及方法和近眼显示设备，其能够提高光能利用率，大幅地提升AR设备的实用性，便于普及和推广。该近眼显示设备包括：图像投射器，用于投射第一圆偏振光；胆甾相液晶器件，该胆甾相液晶器件被设置于该图像投射器的投射侧，用于反射来自该图像投射器的第一圆偏振光，并透射第二圆偏振光，其中该第二圆偏振光的旋转方向相反于该第一圆偏振光的旋转方向；以及透视反射元件，该透视反射元件被设置于该胆甾相液晶器件的反射侧，用于将经由该胆甾相液晶器件反射的第一圆偏振光反射成该第二圆偏振光以返回该胆甾相液晶器件，进而透过该胆甾相液晶器件。

技术研发人员：陆飞,郝希应
受保护的技术使用者：舜宇光学（浙江）研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23