【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体上涉及来自光调制装置的照明(illumination)，并且更具体地涉及用于提供用于在包含隐私显示器、高效率显示器和高动态范围显示器的显示器中使用的、以及用于在环境照明中使用的具有减小的立体角的照明的光学堆叠。
技术介绍
1、隐私显示器对通常在同轴位置上的主要用户提供图像可见性，并且对于通常在离轴位置上的窥探者提供图像内容的降低的可见性。隐私功能可以通过微型百叶窗光学膜来提供，微型百叶窗光学膜使来自显示器的高亮度在同轴方向上透射，而在离轴位置上亮度低，然而，这样的膜是不可切换的，并且因此显示器仅限于隐私功能。
2、可切换隐私显示器可以通过来自空间光调制器的离轴光学输出的控制来提供。控制可以借助于离轴亮度降低、例如借助于显示器偏振器和附加偏振器之间的可切换偏振控制层来提供。
3、具有降低的离轴亮度的背光源可以被用来提供或增强隐私功能。某些成像定向背光源具有引导照明通过显示器面板进到观看窗口中的附加能力。成像系统可以被形成在多个源和各自的窗口图像之间。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，而逆向传播的光可以通过反射出倾斜面的反射而被提取，如美国专利no.9,519,153中所描述，该专利整体通过引用并入本文。
4、由与液晶空间光调制器串联布置的单独可控的光源的阵列形成的背光源可以通过减小与空间光调制器上显示的图像的低发光区域对准的光源的输出光通量来提供高动态范围。高动态范围lcd
5、薄基板和聚合物基板lcd面板可以提供类似于有机led(oled)显示器的机械特性，如柔韧性。这样的薄基板lcd期望地使用具有类似的机械特性的背光源。
6、一种类型的lcd背光源包括光导板以及在光导板的一端的输入光源(如led)的阵列。在波导内通过全内反射传播的光借助于表面特征被输出，表面特征调整波导内光的传播角度并且允许在接近掠射波导外部的角度处提取。这样的光借助于转向膜和/或后反射器被导引到lcd的法线方向。这样的光学堆叠可以具有高效率，但是具有多个光学组件，其中总背光源厚度通常为1mm或更大。这样的边缘照明式光导板通常不适合于用于hdr-lcd照明的二维局部调光、或者自由形式成形的lcd。
7、其他已知的背光源将发光二极管(led)的阵列合并在lcd后面的矩阵中，如美国专利公开no.2017-0261179中所描述的lcd包括多个空间分离的封装led和多个“蝙蝠翼”光学元件，每个蝙蝠翼光学元件被布置为将来自封装led的光导引到侧向方向上。这样的光被强烈地漫射以提供输出照明。这样的背光源需要昂贵的取放led和单个的光学器件对准，并且与边缘照明式背光源相比，具有高的厚度和降低的效率。
8、用于环境照明(如汽车前灯、建筑灯光、商用照明或家用照明)的照明系统可以提供窄的定向光输出分布，例如借助于聚焦光学器件来提供聚光灯照效果，或者可以实现广的定向光输出分布，例如借助于漫射光学器件。
9、白色led照明源可以由分离的光谱带(如红色、绿色、蓝色和黄色)组成，每个光谱带由单独的led元件创建。这样的源使得用户能够分辨单独的颜色，并且作为灯中的源的分离的结果，可以创建彩色照明斑块。
10、折反射元件组合折射表面(折射光学)和反射表面(反射光学)，这可以提供全内反射或来自金属化表面的反射。采用具有小的输出发光强度立体角的折反射光学元件的背光源在wipo国际公开no.wo2010038025中被描述，该公开整个通过引用并入本文。
技术实现思路
1、根据本公开的第一方面，提供一种用于在预定区域的上方提供照明的照明设备，照明设备包括：在预定区域的上方延伸的波导，波导包括用于沿着波导引导光的前光引导表面和后光引导表面；发光元件的阵列，发光元件跨波导的后面的预定区域被排列，其中：后光引导表面包括：光输入阱的阵列，每个光输入阱被布置在各自的发光元件的上方；以及光偏转阱的阵列，光偏转阱不被布置在发光元件的上方，每个光输入阱包括朝向前光引导表面延伸的光输入表面，光输入表面被布置为将来自各自的发光元件的光输入到波导中，每个光偏转阱包括朝向前光引导表面延伸的光偏转表面以使得一些被引导的光入射在光偏转表面上并且一些被引导的光穿过光偏转表面，光偏转表面被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱具有围绕每个光输入阱的布置，布置使已经通过光输入阱的光输入表面输入的被引导的光围绕光输入阱分布；并且前光引导表面和后光引导表面中的至少一个包括光提取特征，光提取特征被布置为从波导提取被引导的光作为输出光；以及光转向布置，光转向布置被布置为将输出光中的至少一些重定向为朝向波导的平面的法线。照明设备可以以高效率和高亮度均匀性被提供在薄封装中。输出照明可以被局部化到围绕光输入阱的区域。用于高动态范围显示器的背光源可以被提供。
2、每个光输入阱的光输入表面包括具有表面法线的四个光输入面，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，平均分量被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。光可以以最大发光强度被输入到波导中，最大发光强度在波导的平面中的输入角度大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。
3、四个光输入面可以是邻接的。光可以从各自的对准的发光元件被高效地捕捉。
4、光输入面中的每个可以是平面的。用于光输入阱的工具可以被方便地提供。在波导内传播的光锥可以跨每个各自的光输入阱附近的区域提供期望的均匀性。
5、光输入面中的每个在波导的材料中可以是凸面的。被准直的光输出锥的尺寸可以被减小，明亮度可以被提高，并且功耗可以被降低。对于窥探者观看地点的隐私图像的安全性因子可以被增大。
6、光提取特征可以包括四个光提取面的集合的阵列，每个光提取面具有表面法线，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，平均分量被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。光可以从波导以最大发光强度被提取，最大发光强度在波导的平面中的输入角度大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。
7、光偏转阱的光偏转表面可以包括具有表面法线的至少一个光偏转面，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，并且关于跨光偏转阱的阵列的光偏转阱的光偏转表面的平均分量可以被各种各样地定向为相对于参考轴线成45°、135°、225°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度。光线可以在波导中以最大发光强度被引导，最大发光强度在波导的平面中的输入角度保持大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。被限定于各自的光输入阱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于在预定区域的上方提供照明的照明设备，所述照明设备包括：
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中每个光输入阱的所述光输入表面包括具有表面法线的四个光输入面，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述四个光输入面是邻接的。
4.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中所述光输入面中的每个是平面的。
5.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中所述光输入面中的每个在所述波导的材料中是凸面的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的照明设备，其中所述光提取特征包括四个光提取面的集合的阵列，每个光提取面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱的光偏转表面包括具有表面法线的
8.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括至少一对相对的光偏转面，关于所述相对的光偏转面的平均分量在相反的方向上延伸。
9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括第一对相对的光偏转面和第二对相对的光偏转面，所述第一对相对的面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的分别被定向为相对于所述参考轴线成45°和225°的至多10°、优选地至多5°内的角度的平均分量，并且所述第二对相对的面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的分别被定向为相对于所述参考轴线成135°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度的平均分量。
10.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述第一对相对的面和所述第二对相对的面是邻接的。
11.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括在所述第一对和所述第二对的光偏转表面之间延伸的四个中间光偏转面。
12.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述光偏转阱在所述对相对的面的端部处被连接以形成围绕所述光输入阱的完整环路的网格。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转面中的每个是平面的。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的照明设备，其中所述波导具有矩形形状，并且所述参考轴线平行于所述矩形形状的一边。
15.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光转向布置包括光转向光学组件，所述光转向光学组件包括输入表面和面对所述输入表面的输出表面，所述输入表面跨所述波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自所述波导的输出光，其中所述输入表面是棱镜的并且被布置为提供所述输出光朝向所述波导的所述平面的法线的偏转。
16.根据权利要求15所述的照明设备，其中通过所述光转向光学组件的所述输入表面提供的所述偏转跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化，以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。
17.根据权利要求15所述的照明设备，其中所述输入表面包括被布置为提供所述输出光朝向所述波导的所述平面的法线的偏转的金字塔形凹部的阵列，每个金字塔形凹部包括四个光转向面。
18.根据权利要求17所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的所述四个光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
19.根据权利要求17所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的四个光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成25°、90°、205°和270°中的至多20°、优选地至多10°内的角度。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的所述面的表面法线与所述波导的平面的法线具有35度至80度的范围内的、并且优选地45度至65度的范围内的倾斜角度。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的照明设备，...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于在预定区域的上方提供照明的照明设备，所述照明设备包括：
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中每个光输入阱的所述光输入表面包括具有表面法线的四个光输入面，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述四个光输入面是邻接的。
4.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中所述光输入面中的每个是平面的。
5.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中所述光输入面中的每个在所述波导的材料中是凸面的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的照明设备，其中所述光提取特征包括四个光提取面的集合的阵列，每个光提取面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱的光偏转表面包括具有表面法线的至少一个光偏转面，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，关于跨所述光偏转阱的所述阵列的所述光偏转阱的所述光偏转表面的所述平均分量被各种各样地定向为相对于所述参考轴线成45°、135°、225°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
8.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括至少一对相对的光偏转面，关于所述相对的光偏转面的平均分量在相反的方向上延伸。
9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括第一对相对的光偏转面和第二对相对的光偏转面，所述第一对相对的面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的分别被定向为相对于所述参考轴线成45°和225°的至多10°、优选地至多5°内的角度的平均分量，并且所述第二对相对的面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的分别被定向为相对于所述参考轴线成135°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度的平均分量。
10.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述第一对相对的面和所述第二对相对的面是邻接的。
11.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括在所述第一对和所述第二对的光偏转表面之间延伸的四个中间光偏转面。
12.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述光偏转阱在所述对相对的面的端部处被连接以形成围绕所述光输入阱的完整环路的网格。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转面中的每个是平面的。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的照明设备，其中所述波导具有矩形形状，并且所述参考轴线平行于所述矩形形状的一边。
15.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光转向布置包括光转向光学组件，所述光转向光学组件包括输入表面和面对所述输入表面的输出表面，所述输入表面跨所述波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自所述波导的输出光，其中所述输入表面是棱镜的并且被布置为提供所述输出光朝向所述波导的所述平面的法线的偏转。
16.根据权利要求15所述的照明设备，其中通过所述光转向光学组件的所述输入表面提供的所述偏转跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化，以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。
17.根据权利要求15所述的照明设备，其中所述输入表面包括被布置为提供所述输出光朝向所述波导的所述平面的法线的偏转的金字塔形凹部的阵列，每个金字塔形凹部包括四个光转向面。
18.根据权利要求17所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的所述四个光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。
19.根据权利要求17所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的四个光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成25°、90°、205°和270°中的至多20°、优选地至多10°内的角度。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的所述面的表面法线与所述波导的平面的法线具有35度至80度的范围内的、并且优选地45度至65度的范围内的倾斜角度。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的对应的光转向面具有表面法线，所述表面法线具有跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化的倾角以使得通过所述光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转在所述至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。
22.根据权利要求17至20中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的至少一对相对的光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化以使得通过所述光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转在所述至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。
23.根据权利要求1至15中任一项所述的照明设备，其中所述光转向布置包括光漫射层。
24.根据权利要求23所述的照明设备，其中所述光漫射层包括颜色转换材料。
25.根据权利要求23或24所述的照明设备，所述照明设备进一步包括至少一个光循环膜组件，所述光循环膜组件包括光循环膜输入表面和面对所述光循环膜输入表面的光循环膜输出表面，所述光循环膜输入表面跨所述光漫射层延伸并且被布置为接收来自所述光漫射层的输出光，其中所述光循环膜输出表面是棱镜的并且被布置为提供所述输出光朝向所述波导的平面的...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·鲁宾逊，J·哈罗德，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：
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