[发明专利]用于成像定向背光源的表面特征结构

说明书

本发明公开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和光源阵列，该光源阵列用于从局部光源提供大面积导向照明。所述波导可包括阶梯式结构，其中阶梯可包括提取特征结构，所述提取特征结构光学隐藏至在前向方向上传播的引导光。在后向方向上传播的返回光可被所述特征结构折射、衍射或反射，以提供从所述波导的顶表面离开的离散照明束。观察窗通过使单独光源成像而形成，并限定系统元件和光线路径的相对位置。所述波导与机械和光学部件的对准可由所述波导的表面起伏特征结构提供，所述表面起伏特征结构布置在与所述输入表面相邻的区域中并且位于所述光源的所述发光区域的中间。可以低串扰实现高效、统一的操作，用于自动立体和防窥操作模式。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下专利的优先权：2015年11月13日提交的名称为“Wide angleimaging directional backlights”(宽视角成像定向背光源)的美国临时专利申请62/255,270(代理人参考号390000)，该申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

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第二组像素。视差组件将来自该像素组中的每个像素组的光导向至不同的相应方向，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。成像系统可在多个光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，如美国专利公布2012/0127573中所述，所述专利公布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。可能期望的是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大小和成本。