用于成像定向背光源的光学叠堆制造技术

本发明专利技术提供了一种成像定向背光源设备，所述成像定向背光源设备包括波导、光源阵列，用于从局部光源提供大面积导向照明。波导可包括阶梯式结构，其中阶梯还可包括提取特征结构，该提取特征结构光学隐藏至在第一前向方向上传播的引导光。在第二后向方向上传播的返回光可被特征结构折射、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。后反射器被布置成接收由特征结构透射的光并提供偏振再循环。观察窗通过使单独光源成像而形成，并因此限定系统元件和光线路径的相对位置。提供延迟叠堆排列以提高偏振再循环的效率，降低损坏的可见度以及减少视角的颜色变化。

Optical stacking for imaging directional backlight

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于成像定向背光源的光学叠堆
本公开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部件(诸如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在空间光调制器(例如LCD)上的至少第一组像素和至少第二组像素。视差部件将来自所述组像素中的每组像素的光导向到不同的相应方向，以在显示器前面提供第一观察窗和第二观察窗。观察者将眼睛置于第一观察窗中用来自第一组像素的光可看到第一图像；而将眼睛置于第二观察窗中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，并且此外，观察窗的结构由像素孔形状和视差部件成像功能决定。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，此类散焦导致图像串扰程度加大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使得对空间光调制器中的电子设备的寻址受到损害。
技术实现思路
根据本公开，定向照明设备可包括用于导向光的成像定向背光源、用于向成像定向背光源提供光的照明器阵列。成像定向背光源可包括用于引导光的波导。波导可包括第一光引导表面以及与第一光引导表面相对的第二光引导表面。显示器背光源通常采用波导和边缘发光源。某些成像定向背光源具有将照明导向穿过显示器面板到观察窗中的另外的能力。成像系统可在多个源和相应的窗图像之间形成。成像定向背光源的一个示例是可采用折叠式光学系统的光学阀，因此也可以是折叠式成像定向背光源的示例。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀，同时反向传播光可通过反射离开倾斜小平面而被提取，如美国专利号9,519,153中所述，该专利全文以引用方式并入本文。定向背光源提供穿过波导的照明，所述照明以波导内的多个方向成像至观察窗。来自输入端部处的光源并在波导内传播的发散光提供有减小的发散度，并且通常通过波导反射端处的弯曲反射镜而准直，并且通过弯曲光提取特征结构或透镜诸如菲涅耳透镜朝向观察窗成像。对轴向观察窗而言，准直光基本上平行于矩形形状的波导的边缘，因此光跨越波导的整个区域朝向观察窗输出。对于离轴位置而言，准直光的方向并不平行于矩形波导的边缘，但以非零的角度倾斜。因此，在准直光束的一个边缘和波导的相应边缘之间形成未被照明的(或空隙)外部(其可为三角形形状)。没有光从外部内导向至相应观察窗，并且显示器在该区域看起来黑暗。期望减少离轴观察位置的黑暗外部的出现，使得更多的波导区域可用于照明空间光调制器，从而有利地减小系统尺寸和成本。一般来讲，利用这种系统和相关的成像定向背光源系统，由于高角处的光晕，并非所有背光源区域均为可用的。对系统的修改可通过将光引入空隙区域而克服此限制。此类经修改的照明设备实施例可导致增加的亮度、局部独立照明和定向能力。根据本公开的第一方面，提供了一种定向显示装置，该定向显示装置包括：波导，该波导包括用于沿波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面以及在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的输入表面；光源阵列，该光源沿波导的输入表面设置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导中，该波导还包括反射端，该反射端用于沿波导反射回来自光源的输入光，该第二引导表面被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，并且该波导被布置成使光源在横向方向上成像，使得来自光源的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，输出方向取决于光源的输入位置分布；透射空间光调制器，该透射空间光调制器被布置成接收输出光，并且被布置成调制具有第一偏振态的输出光的第一偏振分量；反射偏振器，该反射偏振器被设置在波导的第一引导表面与空间光调制器之间，并且被布置成透射第一偏振分量并且反射作为阻隔光的该输出光的第二偏振分量，该第二偏振分量具有与第一偏振态正交的第二偏振态；和设置在第二引导表面后方的后反射器，该后反射器被布置成反射阻隔光以供应回空间光调制器，该后反射器包括在垂直于空间光调制器的法线的预定方向上延伸的成对的反射角小平面的线性阵列，使得后反射器将具有来自一对角小平面的双反射的阻隔光的偏振态转换成正交偏振态；一个或多个校正延迟片，该一个或多个校正延迟片包括设置在反射型偏振器和后反射器之间的双折射材料，该一个或多个校正延迟片被布置成提供一种净效应，所述净效应使入射在所述第一偏振分量和所述第二偏振分量上的所述第一偏振分量和所述第二偏振分量的相位相对地沿垂直于空间光调制器的方向偏移半个波长，该一个或多个校正延迟片的双折射材料具有在垂直于预定方向的方向上延伸的慢轴。有利的是，可増大垂直于预定方向的方向上的亮度并且提高显示效率。可减小视角的进一步颜色变化，并且可降低波纹的可见度和对光学元件的损坏。所述一个或多个校正延迟器可以是单个校正延迟器。成本便可有利地降低。校正延迟器可设置在波导和后反射器之间。有利的是，校正延迟器可减少后反射器与波导之间的损坏。校正延迟片可设置在反射型偏振器和波导之间。有利的是，可将校正延迟片附接到空间光调制器以减少损坏并増加延迟片平坦度，从而最小化图像色差。所述一个或多个校正延迟器可以是多个校正延迟片。有利的是，可优化色彩和亮度效率的调谐。所述多个校正延迟器可包括设置在波导和后反射器之间的校正延迟片和设置在反射型偏振器和波导之间的校正延迟片。有利的是，延迟器的平坦度可被优化，并且后反射器和波导之间的损坏减小。定向显示装置还可包括设置在反射偏振器和后反射器之间的调节延迟片，并且其可被布置成调节第二偏振分量的偏振态。有利的是，在具有不同于45度的电矢量传输方向角的输入偏振片的显示器中，例如在平面切换液晶显示器中，可实现有效偏振再循环。可提高宽操作模式下的图像对比度和视角。预定方向可为横向方向。第二偏振分量可在后反射器处时在与预定方向成45°角的方向反射时线性偏振。第一引导表面可被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面可包括光提取特征结构和在光提取特征结构之间的中间区域，该光提取特征结构被取向以反射光，该光被引导以允许作为输出光穿过第一引导表面射出的方向穿过波导，并且中间区域被布置成导向光穿过波导而不提取光。提取小平面可以是弯曲的，并且在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的波导的侧面之间的横向方向上具有正光焦度。反射端可具有横向正光焦度，该横向正光焦度在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的波导侧面之间延伸。所述成对的反射角小平面可以是弯曲的，并且在预定方向上具有光焦度。所述输入表面为与反射端相对的波导的端部。所述输入表面可为延伸离开反射端的波导的侧面的表面。根据本公开的第二方面，提供了一种定向显示设备，包括：根据第一方面的定向显示装置；和控制系统，该控制系统被布置成控制光源。本公开的任一方面均可以任何组合应用。本文的实施例可提供自动立体显示器，该自动立体显示器提供可允许定向观察和常规2D兼容性的广角观察。广角观察模式可用于观察者跟踪自动立体3D显示器、观察者跟踪2D显示器(例如用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定向显示装置，所述定向显示装置包括：波导，所述波导包括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在所述第一引导表面和所述第二引导表面之间延伸的输入表面；光源阵列，所述光源沿所述波导的所述输入表面设置在不同输入位置处并且被布置成将输入光输入到所述波导中，所述波导还包括反射端，所述反射端用于沿所述波导反射回来自所述光源的输入光，所述第二引导表面被布置成将所反射的输入光作为输出光偏转穿过所述第一引导表面，并且所述波导被布置成使所述光源在横向方向上成像，使得来自所述光源的所述输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，所述光学窗取决于所述光源的所述输入位置分布；透射空间光调制器，所述透射空间光调制器被布置成接收所述输出光，并且被布置成调制具有第一偏振态的所述输出光的第一偏振分量；反射偏振器，所述反射偏振器被设置在所述波导的所述第一引导表面与所述空间光调制器之间，并且被布置成透射所述第一偏振分量并且反射作为阻隔光的所述输出光的第二偏振分量，所述第二偏振分量具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态；以及后反射器，所述后反射器设置在所述第二引导表面后方，所述后反射器被布置成反射所述阻隔光以供应回所述空间光调制器，所述后反射器包括在垂直于所述空间光调制器的法线的预定方向上延伸的成对的反射角小平面的线性阵列，使得所述后反射器将具有来自一对角小平面的双反射的所述阻隔光的所述偏振态转换成正交偏振态；一个或多个校正延迟片，所述一个或多个校正延迟片包括设置在所述反射偏振器和所述后反射器之间的双折射材料，所述一个或多个校正延迟片被布置成提供一种净效应，所述净效应使入射在所述第一偏振分量和所述第二偏振分量上的所述第一偏振分量和所述第二偏振分量的相位相对地沿垂直于空间光调制器的方向偏移半个波长，所述一个或多个校正延迟片的所述双折射材料具有在垂直于所述预定方向的方向上延伸的慢轴。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.04 US 62/442,3031.一种定向显示装置，所述定向显示装置包括：波导，所述波导包括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在所述第一引导表面和所述第二引导表面之间延伸的输入表面；光源阵列，所述光源沿所述波导的所述输入表面设置在不同输入位置处并且被布置成将输入光输入到所述波导中，所述波导还包括反射端，所述反射端用于沿所述波导反射回来自所述光源的输入光，所述第二引导表面被布置成将所反射的输入光作为输出光偏转穿过所述第一引导表面，并且所述波导被布置成使所述光源在横向方向上成像，使得来自所述光源的所述输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，所述光学窗取决于所述光源的所述输入位置分布；透射空间光调制器，所述透射空间光调制器被布置成接收所述输出光，并且被布置成调制具有第一偏振态的所述输出光的第一偏振分量；反射偏振器，所述反射偏振器被设置在所述波导的所述第一引导表面与所述空间光调制器之间，并且被布置成透射所述第一偏振分量并且反射作为阻隔光的所述输出光的第二偏振分量，所述第二偏振分量具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态；以及后反射器，所述后反射器设置在所述第二引导表面后方，所述后反射器被布置成反射所述阻隔光以供应回所述空间光调制器，所述后反射器包括在垂直于所述空间光调制器的法线的预定方向上延伸的成对的反射角小平面的线性阵列，使得所述后反射器将具有来自一对角小平面的双反射的所述阻隔光的所述偏振态转换成正交偏振态；一个或多个校正延迟片，所述一个或多个校正延迟片包括设置在所述反射偏振器和所述后反射器之间的双折射材料，所述一个或多个校正延迟片被布置成提供一种净效应，所述净效应使入射在所述第一偏振分量和所述第二偏振分量上的所述第一偏振分量和所述第二偏振分量的相位相对地沿垂直于空间光调制器的方向偏移半个波长，所述一个或多个校正延迟片的所述双折射材料具有在垂直于所述预定方向的方向上延伸的慢轴。2.根据权利要求1所述的定向显示装置，其中所述一个或多个校正延迟片为单个校正延迟片。3.根据权利要求2所述的定向显示装置，其中所述校正延迟片设置在所述波导与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·鲁宾逊，G·J·伍德盖特，
申请(专利权)人：瑞尔D斯帕克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US