定向背光源制造技术

本发明专利技术公开一种光引导阀设备，其包括用于从局部光源提供大面积准直照明的至少一个透明阶梯式波导光学阀以及至少一个另外的照明源。阶梯式波导可为阶梯式结构，其中阶梯包括对于在第一前向方向上传播的引导光为隐藏的提取结构特征。保持在第二反向方向上传播的光可被所述结构特征折射、衍射或反射，以提供从所述波导的顶部表面离开的离散照明光束。此类受控照明可提供高效的多用户自动立体显示以及改善的2D显示功能性。来自单独照明源的光可穿过所述透明阶梯式波导光学阀以提供至少一种另外的照明功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】定向背光源
本专利技术整体涉及光调制装置的照明，并且更具体地讲，涉及用于从局部光源提供 大面积照明的光导，以便在2D、3D和/或自动立体显示装置中使用。
技术介绍
空间多路复用自动立体显示器通常使视差组件诸如双凸透镜状屏幕或视差屏障 与图像阵列对准，所述图像阵列被布置成空间光调制器例如IXD上的至少第一组像素和第 二组像素。视差组件将来自所述组像素中每组的光导向至各自不同的方向以在显示器前面 提供第一观察窗和第二观察窗。眼睛置于第一观察窗的观察者用来自第一组像素的光可看 到第一图像；而眼睛置于第二观察窗的观察者用来自第二组像素的光可看到第二图像。 与空间光调制器的原始分辨率相比，此类显示器具有降低的空间分辨率，并且此 夕卜，观察窗的结构由像素孔形状和视差组件成像功能决定。像素之间的间隙（例如对于电 极而言）通常产生不均匀的观察窗。不期望的是，当观察者相对于显示器横向移动时，此类 显示器呈现图像闪烁，因此限制了显示器的观察自由度。此类闪烁可通过使光学元件散焦 而减少；然而，此类散焦会导致增加的图像串扰水平并增加观察者的视觉疲劳。此类闪烁可 通过调整像素孔的形状而减少，然而，此类改变可降低显示器亮度并且可包括对空间光调 制器中的电子设备进行寻址。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了定向显示装置，该装置可包括透射空间光调制器。 透射空间光调制器可包括像素阵列以及至少两个定向背光源，所述像素阵列被布置用于调 制穿过所述像素阵列的光。所述至少两个定向背光源中的每一个可包括波导，该波导具有 输入端，用于沿着波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面，以及面向输入端的 用于将来自输入光的光反射回穿过该波导的反射端。第一引导表面可被布置用于通过全内 反射引导光，第二引导表面可具有多个光提取结构特征，所述光提取结构特征被取向为使 穿过波导引导的光在从反射端反射之后，在允许作为输出光穿过第一引导表面离开的方向 上反射。波导可被布置用于将源自跨输入端的横向方向上的不同输入位置的输入光导向进 入根据输入位置分布于横向方向的输出方向上的相应光学窗，定向背光源每个被布置用于 提供穿过所述空间光调制器的输出光。 定向背光源可被堆叠和/或平铺在空间光调制器后面，也就是说，空间光调制器 被布置在定向背光源与窗平面之间。在这种情况下，定向背光源可提供穿过空间光调制器 的不同区域的输出光。 本专利技术的实施例可实现光学窗特性的组合，其可包括但不限于增大的亮度、提高 的窗分辨率、横向和纵向操作、增大的观察自由度、不同颜色的定向照明的混合、增大的纵 向观察自由度和增大的显示尺寸。 平铺式布置方式可有利地针对给定的发光元件发光度实现增大的显示尺寸，同时 维持所需的图像亮度。另外，可与观察者跟踪显示控制系统协作扩展纵向观察自由度。另 夕卜，可在扫描式显示系统中减少串扰。另外，可减少观察窗的光学像差，从而增加横向观察 自由度，同时维持所需的图像串扰水平。另外，可减小显示器边框的大小。 在一个实施例中，定向背光源中的第一定向背光源和第二定向背光源可在垂直于 横向方向的方向上被平铺。换句话说，定向背光源可在波导光轴的方向上被平铺。另外，第 一定向背光源可具有反射端，并且第一定向背光源的反射端可与第二定向背光源重叠。另 夕卜，第三定向背光源也可在横向方向上被平铺。 在另一个实施例中，定向背光源可在横向方向上被平铺。换句话说，定向背光源可 在垂直于波导光轴的方向上被平铺。 在一些实施例中，定向背光源可由一块共同的材料形成。 有利地，包括在横向方向上被平铺的定向背光源的实施例可实现扩展的纵向观察 自由度。单独的定向背光源的宽度可小于空间光调制器的宽度，从几何学角度考虑，这实现 了相应定向背光源的增大的纵向观察自由度范围。单独的定向背光源可与观察者跟踪系统 协作，使得每个定向背光源可被布置用于将光导向观察者，使得显示设备的纵向观察自由 度与单独定向背光源的纵向观察自由度基本上相同。 定向背光源可被堆叠在空间光调制器后面。在这种情况下，定向背光源可每个提 供穿过空间光调制器的输出光，以及穿过定向背光源与空间光调制器中间的任何其他定向 背光源的输出光。定向背光源可围绕空间光调制器的近似法线取向，以使得定向背光源的 光学窗可彼此近似对准。定向背光源的光学窗可以相对于彼此成85至95度近似范围内的 角度延伸。另外，相应的定向背光源的第一引导表面可为基本上共面的。另外，第一引导表 面可为基本上共面的，无论定向背光源是否围绕空间光调制器的近似法线取向。 继续讨论这种情况，定向背光源可围绕空间光调制器的近似法线以相反取向布 置，其中每个定向背光源的输入端位于与另一个定向背光源的反射端相同的一侧上。定向 背光源的光学窗可彼此近似对准或可不彼此近似对准。相应的定向背光源的第一引导表面 可为基本上共面的或可不为基本上共面的。另外，所述两个定向背光源相向的引导表面中 的引导表面可以相反取向布置，其可在大体平行方向上延伸。 定向背光源可包括可在跨波导的横向方向上具有正光焦度的反射端，并且还可包 括作为其中一个引导表面的延伸的输入端，以及可被布置用于使输入光沿波导偏转的面向 输入端的稱合器。 每个定向背光源可包括光提取结构特征，所述光提取结构特征可为第二引导表面 的小平面。第二引导表面可具有与小平面交替的区域，所述区域可被布置用于将光导向穿 过波导而不提取光。在一个例子中，每个定向背光源的光提取结构特征可在跨波导的横向 方向上具有正光焦度。 就每个定向背光源来说，定向显示装置还可包括位于跨相应波导输入端的不同输 入位置处的光源阵列。在定向显示装置的一个例子中，定向背光源可围绕空间光调制器的 近似法线取向，使得定向背光源的光学窗可彼此近似对准，并且就每个定向背光源来说，光 源阵列可被布置用于输出不同颜色的光。 包括这种显示装置的定向显示设备还可包括控制系统，该控制系统可被布置用于 选择性地操作光源以将光导向进入对应于输出方向的观察窗。另外，该定向显示设备可为 自动立体显示设备，其中控制系统可被进一步布置用于控制显示装置显示时间多路复用的 左图像和右图像，并且还基本上同步显示以将所显示的图像导向进入位于近似对应于观察 者左眼和右眼的位置的观察窗。控制系统还可被布置用于将所显示的图像导向进入位于近 似对应于观察者左眼和右眼的位置的观察窗，这可主要取决于被检测到的观察者的位置。 该显示设备的控制系统可包括传感器系统，该传感器系统可被布置用于检测观察者相对于 显示装置的位置。传感器系统可被布置用于相对于空间光调制器的法线横向地和纵向地检 测观察者相对于显示装置的位置。控制系统可被布置用于将所显示的图像导向进入位于对 应于观察者左眼和右眼的位置的观察窗，这可主要取决于被检测到的观察者的位置。 以上描述可适用于单独的下列设备、修改形式和/或另外特征中的每者或全部， 或其任何组合，现在将描述它们。 有利地，本专利技术实施例的定向背光源可被布置成堆叠式布置方式。此类定向背光 源可被布置成对于来自外部光源的入射光为基本上透明的，所以可基本上对来自其他定向 背光源的光没有影响并且可被独立控制，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向显示装置，包括：透射空间光调制器，所述透射空间光调制器包括像素阵列，所述像素阵列被布置用于调制穿过所述像素阵列的光；以及至少两个定向背光源，每个所述定向背光源包括：波导，所述波导具有输入端、用于沿所述波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面，以及面向所述输入端的反射端，所述反射端用于将来自所述输入光的光反射回穿过所述波导，所述第一引导表面被布置用于通过全内反射引导光，所述第二引导表面包括多个光提取结构特征，所述光提取结构特征被取向为使在从所述反射端反射之后穿过所述波导引导的光，在允许作为输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上反射，所述波导被布置用于将源自跨所述输入端的横向方向上的不同输入位置的输入光导向进入根据所述输入位置分布于所述横向方向的输出方向上的相应光学窗，所述定向背光源每个被布置用于提供穿过所述空间光调制器的输出光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.18 US 61/649,136;2012.05.18 US 61/649,054;1. 一种定向显示装置，包括： 透射空间光调制器，所述透射空间光调制器包括像素阵列，所述像素阵列被布置用于 调制穿过所述像素阵列的光；以及 至少两个定向背光源，每个所述定向背光源包括： 波导，所述波导具有输入端、用于沿所述波导引导光的相对的第一引导表面和第二引 导表面，以及面向所述输入端的反射端，所述反射端用于将来自所述输入光的光反射回穿 过所述波导，所述第一引导表面被布置用于通过全内反射引导光，所述第二引导表面包括 多个光提取结构特征，所述光提取结构特征被取向为使在从所述反射端反射之后穿过所述 波导引导的光，在允许作为输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上反射，所述波导被 布置用于将源自跨所述输入端的横向方向上的不同输入位置的输入光导向进入根据所述 输入位置分布于所述横向方向的输出方向上的相应光学窗，所述定向背光源每个被布置用 于提供穿过所述空间光调制器的输出光。2. 根据权利要求1所述的定向显示装置，其中所述定向背光源被平铺在所述空间光调 制器后面，以便提供穿过所述空间光调制器的不同区域的输出光。3. 根据权利要求2所述的定向显示装置，其中所述定向背光源在垂直于所述横向方向 的方向上被平铺。4. 根据权利要求3所述的定向显示装置，其中所述定向背光源中的第一者的所述反射 端与第二定向背光源重叠。5. 根据权利要求3所述的定向显示装置，其中所述定向背光源包括具有基本上共面的 反射端的两个定向背光源。6. 根据权利要求5所述的定向显示装置，其中所述共面的反射端是基本上平坦的。7. 根据权利要求5所述的定向显示装置，其中所述共面的反射端每个包括在横向方向 上具有正光焦度的衍射反射器。8. 根据权利要求3至7中任一项所述的定向显示装置，其中所述定向背光源还在所述 横向方向上被平铺。9. 根据权利要求2所述的定向显示装置，其中所述定向背光源在所述横向方向上被平 铺。10. 根据权利要求2至9中任一项所述的定向显示装置，其中所述定向背光源的波导是 由一块共同的材料形成的。11. 根据权利要求1所述的定向显示装置，其中所述定向背光源被堆叠在所述空间光 调制器后面，并且每个提供穿过所述空间光调制器的输出光，以及穿过位于所述定向背光 源与所述空间光调制器中间的任何其他定向背光源的输出光。12. 根据权利要求11所述的定向显示装置，其中所述定向背光源围绕所述空间光调制 器的法线取向，使得由所述定向背光源提供的所述光学窗彼此近似对准。13. 根据权利要求11或12所述的定向显示装置，其中所述相应定向背光源的第一引导 表面是基本上共面的。14. 根据权利要求11至13中任一项所述的定向显示装置，其中所述定向背光源包括围 绕所述空间光调制器的法线以相反取向布置的两个定向背光源，其中每个定向背光源的所 述输入端位于与另一个定向背光源的所述反射端的相同的一侧上。15. 根据权利要求14所述的定向显示装置，其中以相反取向布置的所述两个定向背光 源的相向引导表面在大体平行的方向上延伸。16. 根据权利要求11所述的定向显示装置，其中所述定向背光源围绕所述空间光调制 器的法线取向，使得由所述定向背光源提供的所述光学窗以相对于彼此成85至95度范围 内的角度延伸。17. 根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中每个定向背光源的所述反 射端在跨所述波导的横向方向上具有正光焦度。18. 根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中每个定向背光源的所述光 提取结构特征在跨所述波导的横向方向上具有正光焦度。19. 根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中在每个定向背光源中，所述 第二引导表面具有阶梯式形状，所述阶梯式形状包括构成所述光提取结构特征的小平面以 及位于所述小平面之间的中间区域，所述中间区域被布置用于在不提取光的情况下将光导 向穿过所述波导。20. 根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中所述定向背光源中的至少 一者包括作为所述引导表面中一者的延伸的输入端，以及面向所述输入端并且被布置用于 沿所述波导偏转输入光的耦合器。21. 根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，就每个定向背光源来说，还包括 位于跨所述相应波导的输入端的不同输入位置处的光源阵列。22. 根据权利要求21所述的定向显示装置，其中所述至少两个定向背光源围绕所述空 间光调制器的法线取向，使得由所述定向背光源提供的所述光学窗彼此近似对准，并且就 每个定向背光源来说，所述光源阵列被布置用于输出不同颜色的光。23. 根据权利要求21或22所述的定向显示装置，还包括控制系统，所述控制系统被布 置用于选择性地操作所述光源以将光导向进入对应于所述输出方向的所述光学窗。24. 根据权利要求23所述的定向显示装置，所述定向显示装置为自动立体显示装置， 其中所述控制系统被进一步布置用于控制所述显示装置以显示时间多路复用的左图像和 右图像，并且同步地将所述显示的图像导向进入处在对应于观察者左眼和右眼位置的观察 窗。25. 根据权利要求24所述的定向显示装置，其中 所述控制系统还包括传感器系统，所述传感器系统被布置用于检测观察者相对于所述 显示装置的位置，并且 所述控制系统被布置用于根据被检测到的所述观察者的位置将所述显示的图像导向 进入处在对应于观察者左眼和右眼位置的观察窗。26. 根据权利要求25所述的定向显示装置，其中所述传感器系统被布置用于相对于所 述空间光调制器的法线横向地和纵向地检测观察者相对于所述显示装置的所述位置，并且 所述控制系统被布置用于根据所述被检测到的所述观察者的位置将所述显示的图像导向 进入处在对应于观察者左眼和右眼位置的观察窗。27. -种定向照明设备，包括： 用于引导和提取光的第一光提取元件，其中所述第一光提取元件包括： 第一光引导表面； 与所述第一光引导表面相对的第二光引导表面；以及 位于所述第一光引导表面与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·伍德盖特，M·G·鲁宾逊，J·哈罗德，M·H·舒克，
申请(专利权)人：瑞尔D股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US