定向照明设备和防窥显示器制造技术

一种定向背光源包括微型LED阵列和具有第一和第二导光表面的光波导，所述第一和第二导光表面包括与所述微型LED阵列对准的孔。光转向元件被布置成收集从所述波导输出的光以用于输入到空间光调制器中。所述波导具有布置在至少一个导引表面和相对表面上的光偏转特征阵列，使得与常规背光源相比，会提供功耗减小并且动态范围增大的准直输出。可实现在防窥模式中具有高视觉安全性的可切换防窥显示器。式中具有高视觉安全性的可切换防窥显示器。式中具有高视觉安全性的可切换防窥显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】定向照明设备和防窥显示器


[0001]本公开总体上涉及来自光调制装置的照明，更具体地说，涉及用于提供窄角度照明的光学堆叠以用在包含防窥显示器在内的显示器中以及用在环境照明中。

技术介绍

[0002]防窥显示器向通常处于轴上位置的主用户提供图像可见性，并且向通常处于离轴位置的窥探者提供降低的图像内容可见性。可以通过微百叶窗光学膜来提供防窥功能，所述微百叶窗光学膜在轴上方向上传输来自显示器的高照度，而在离轴位置上传输低照度，然而这种膜是不可切换的，因此显示器仅限于防窥功能。
[0003]可通过控制从空间光调制器输出的离轴光来提供可切换防窥显示器。控制的提供可借助于离轴照度减小，例如借助于显示偏振器与额外偏振器之间的可切换偏振控制层。
[0004]离轴照度减小的背光源可用于提供或增强防窥功能。某些成像定向背光源具有将照明引导穿过显示面板到观察窗中的另外的能力。可以在多个源与相应窗口图像之间形成成像系统。成像定向背光源的一个示例是可以采用折叠光学系统的光学阀，并且因此也可以是折叠成像定向背光源的示例。光可以在一个方向上基本上没有损耗地传播通过光学阀，而反向传播的光可以通过反射倾斜的小平面(facet)而被提取，如美国专利第9,519,153号中所述，所述美国专利通过引用整体并入本文。
[0005]由与液晶空间光调制器串联布置的单独可控制光源阵列形成的背光源可通过减小与显示在空间光调制器上的图像的低照度区对准的光源的输出光通量来提供高动态范围。

技术实现思路

[0006]根据本公开的第一方面，提供一种用于在预定区域上提供照明的照明设备，所述照明设备包括：发光二极管二维阵列，其设置在支撑衬底上，所述发光二极管跨所述预定区域排列；波导，其包括：光输入特征的阵列，每个光输入特征与发光二极管阵列中的至少一个发光二极管对准，所述光输入特征被布置成将来自至少一个对准的发光二极管的光输入到所述波导中；以及前导光表面和后导光表面，其跨所述预定区域延伸并且被布置成通过全内反射沿光波导来导引从发光二极管阵列接收的光，其中前导光表面和后导光表面中的至少一者包括表面起伏提取特征，所述表面起伏提取特征被布置成从在波导中导引的光中提取光穿过所述前导光表面和后导光表面中的所述至少一者；光转向元件，其被布置在所述波导前面，并且包括光转向表面，所述光转向表面被布置成接收提取的光并将提取的光朝向所述预定区域的法线重定向；以及后反射器，其跨所述后导光表面延伸并与所述后导光表面分离，所述后反射器被布置成反射入射在其上的光并将所述光重定向穿过所述波导。
[0007]可提供具有窄锥角的照明输出。有利地，防窥显示器视觉安全等级的可增大。可在可以是柔性的薄结构中提供高的照度均匀性。所述照明设备可针对显示器背光源、针对环
境照明或为其它照明目的而提供定向照明。
[0008]发光二极管可位于波导前面并且被布置成向后发射光。有利地，发光二极管周围的热点可见性可减小。
[0009]支撑衬底对于来自发光二极管的光可以是透明的。有利地，可实现高输出透射。
[0010]发光二极管可位于波导后面并且被布置成向前发射光。有利地，可在成本减小的情况下提供不透明衬底。输出透射可增大并且成本减小。
[0011]光输入特征可具有最小间距，并且发光二极管可具有最多为光输入特征的最小间距的5％、优选地最多为光输入特征的最小间距的3％并且最优选地最多为光输入特征的最小间距的2％的最大宽度。有利地，发光二极管的数目可减小并且成本可减小。
[0012]发光二极管可具有最多300微米、优选地小于200微米并且最优选地最多100微米的最大宽度。有利地，发光二极管的成本可减小，同时实现期望的显示器照度。
[0013]光输入特征可以是完全延伸穿过波导的孔。所述孔可在包括预定区域的法线的至少一个横截面平面中侧边平行。有利地，可减小波导的厚度，可获得高输入效率，并且可获得高均匀性。
[0014]孔在来自发光二极管的光从中进入的端部处的宽度可以是发光二极管宽度的最多500％，优选是发光二极管宽度的最多300％，并且最优选是发光二极管宽度的最多200％。有利地，可针对不同的操作温度提供发光二极管与孔的对准，同时实现高的光输入效率。
[0015]光散射元件可布置在发光二极管与波导之间。光散射元件可包括颜色转换材料。光散射元件的高度可优选地大于波导厚度的15％，更优选地大于波导厚度的30％，并且最优选地大于波导厚度的50％。光散射元件的宽度可小于孔的宽度。有利地，光可有效地耦合到波导中，均匀性可增大，并且热点可见性可减小。可实现白光输出。
[0016]发光二极管可位于波导后面并且被布置成向前发射光，并且所述照明设备还可包括被布置成防止光从孔的前面射出的遮光罩。有利地，发光二极管附近的热点可见性可减小。
[0017]光输入特征可以是部分延伸穿过波导的凹部。所述凹部可以是圆锥形凹部。圆锥形凹部可相对于预定区域的法线具有至少84度并且优选地至少86度的最小表面法线倾斜。有利地，可省略遮光罩，从而减小成本和组装复杂性。热点可见性可减小或消除。
[0018]表面起伏提取特征可相对于预定区域的法线具有最多10度、优选地最多7.5度并且最优选地最多5度的最大表面法线倾斜。表面起伏提取特征可相对于预定区域的法线具有至少1度、优选地至少1.5度并且最优选地至少2度的最大表面法线倾斜。有利地，可提供具有窄锥角的输出照明。
[0019]从波导输出的光可与波导的法线成至少60度的角度。从波导输出的超过50％的光可与波导的法线成大于70度的角度。从具有最大发光强度的波导输出的光的方向可与波导的法线成大于70度的角度。有利地，可提供具有窄锥角的输出照明。
[0020]前导光表面可包括表面起伏提取特征。有利地，输出效率可增大。
[0021]后导光表面可包括表面起伏提取特征。有利地，可减少波导与后反射器之间的润湿性。
[0022]光转向表面可以是平面的。有利地，可提供较窄的照明锥体以在防窥操作模式中
实现较高视觉安全等级。
[0023]光转向表面可成对布置，各对在包括预定区域的法线的平面中对称。有利地，角度均一性可增大。
[0024]光转向表面可布置成一维阵列。有利地，可减小工装和复制的成本和复杂性。可提供在侧向方向上具有窄范围的视角并在仰角方向上具有宽范围的视角的显示器。正面用户可方便地旋转显示器以获得舒适的视角。
[0025]光转向表面可布置成二维阵列。光转向表面可以是棱镜阵列或锥体阵列的表面。有利地，输出效率可增大。可提供在横向和纵向方向上均提供防窥操作的显示器。
[0026]光转向表面可相对于预定区域的法线具有至少62.5度、优选地至少65度并且最优选地至少66.5度的表面法线倾斜。光转向表面可相对于预定区域的法线具有最多72.5度、优选地最多70度并且最优选地最多68.5度的表面法线倾斜。可在正面方向上提供最高照度以有利地实现正面用户的最高效率。
[0027]光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在预定区域上提供照明的照明设备，所述照明设备包括：设置在支撑衬底上的二维发光二极管阵列，所述发光二极管跨所述预定区域排列；波导，所述波导包括：光输入特征的阵列，每个光输入特征与所述发光二极管阵列中的至少一个发光二极管对准，所述光输入特征被布置成将来自对准的所述至少一个发光二极管的光输入到所述波导中；以及前导光表面和后导光表面，所述前导光表面和所述后导光表面跨所述预定区域延伸并且被布置成通过全内反射沿光波导来导引从所述发光二极管阵列接收的光，其中所述前导光表面和所述后导光表面中的至少一者包括表面起伏提取特征，所述表面起伏提取特征被布置成从在所述波导中导引的所述光中提取光穿过所述前导光表面和所述后导光表面中的所述至少一者；光转向元件，所述光转向元件被布置在所述波导的前面并且包括光转向表面，所述光转向表面被布置成接收提取的光并将所述提取的光朝向所述预定区域的法线重定向；以及后反射器，所述后反射器跨所述后导光表面延伸并与所述后导光表面分离，所述后反射器被布置成反射入射于其上的光并将所述光重定向穿过所述波导。2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述发光二极管位于所述波导的前面并被布置成向后发射光。3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述支撑衬底对来自所述发光二极管的光是透明的。4.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述发光二极管位于所述波导的后面并被布置成向前发射光。5.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光输入特征具有最小间距，并且所述发光二极管具有所述光输入特征的所述最小间距的最多5％、优选所述光输入特征的所述最小间距的最多3％并且最优选所述光输入特征的所述最小间距的最多2％的最大宽度。6.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述发光二极管具有最多300微米、优选小于200微米并且最优选最多100微米的最大宽度。7.根据权利要求7至9中任一项所述的照明设备，其中在所述发光二极管与所述波导之间布置光散射元件。8.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述光散射元件包括颜色转换材料。9.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述光散射元件的高度优选大于所述波导的厚度的15％，更优选大于所述波导的厚度的30％，并且最优选大于所述波导的厚度的50％。10.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光输入特征是完全延伸穿过所述波导的孔。11.根据权利要求10所述的照明设备，其中所述孔在包括所述预定区域的法线的至少一个横截面平面中侧边平行。12.根据权利要求10或11所述的照明设备，其中所述孔在来自所述发光二极管的光从中进入的端部处的宽度是所述发光二极管的宽度的最多500％，优选是所述发光二极管的
宽度的最多300％，并且最优选是所述发光二极管的宽度的最多200％。13.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光散射元件的宽度小于所述孔的宽度。14.根据权利要求4至13中任一项所述的照明设备，其中所述发光二极管位于所述波导的后面并被布置成向前发射光，并且所述照...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：