[发明专利]广角成像定向背光源

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

空间多路复用自动立体显示器通常将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为在空间光调制器例如LCD上的至少第一组像素和第二组像素。视差组件将来自像素组的每组的光导向至相应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中时发散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，并且另外，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且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。

发明内容

根据本发明，定向照明设备可包括用于导向光的成像定向背光源、用于提供光至成像定向背光源的照明器阵列和改变成像定向背光源的光学系统以提供基本上均匀的2D照明方式的附加光学元件。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。

显示器背光源一般采用波导和边缘发射源。某些成像定向背光源具有将照明导向穿过显示面板进入观察窗的另外功能。成像系统可在多个光源与相应的窗图像之间形成。成像定向背光源的一个例子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例子。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，如专利申请No.13/300,293中所述，该专利申请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结构特征或透镜诸如菲涅耳透镜朝观察窗成像。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，因此光跨波导的整个区域朝观察窗输出。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可克服此限制。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。

根据本发明的第一方面，提供了定向背光源设备，其包括：波导，其在用于接收输入光的输入端与用于将输入光穿过该波导反射回的反射端之间延伸；光源阵列，其设置在跨波导输入端的横向方向上的不同输入位置处，波导具有在输入端和反射端之间延伸以用于沿波导来回引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面，波导被布置为将来自跨输入端的不同输入位置处的光源的输入光在从反射端反射之后反射进入分布在横向方向上的输出方向上的相应光学窗内，所述输出方向取决于输入位置；以及控制系统，其被布置为选择性地操作光源以将光导向进入可选择的观察窗中，其中反射端会聚反射光，使得来自与波导光轴偏离的光源的反射光未照明波导的外部，波导还包括在输入端和反射端之间并且在引导表面之间延伸的侧面，所述侧面为被布置为反射来自光源的光的平坦的表面，并且控制系统被布置为在对第一光源进行选择性的操作以将光导向进入观察窗中时，同时操作第二光源，该第二光源将由反射端反射并且然后由波导的侧面反射的光导向进入波导的外部，所述外部未被第一光源照明。