[发明专利]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LCD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。

本发明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。另外，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。另外，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。