[发明专利]用于成像定向背光源的光源调节

说明书

本申请是2013年5月17日递交的PCT国际申请PCT/US2013/041655于2014年11 月18日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201380026047.9、发明名称为“用于成像 定向背光源的光源调节”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明整体涉及空间光调制器的照明，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装置通常使视差组件(诸如透镜状屏幕或视差屏障)与图 像阵列对准，该图像阵列被布置为空间光调制器(例如LED)上的至少第一组像素和第二 组像素。视差组件将来自所述各组像素中每一者的光导向至相应不同的方向内以在显示器 前方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看自由度。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

本发明涉及用于从局部光源提供空间光调制器的大面积均匀定向照明的定向背光源。 在示例性定向背光源内，波导包括用于沿波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表 面，以及用于将来自输入光源的输入光穿过波导反射回来的面向输入端的反射端。波导可 被布置为将来自光源的输入光从反射端反射之后导向为穿过第一引导表面的输出光，例如 使用对于在第一向前方向上传播的引导光隐藏的光提取结构特征。输出光可沿在垂直于第 一引导表面的横向方向上分布的输出方向导向至光学窗内，所述输出方向取决于跨波导输 入端的横向方向上的光源的输入位置。此类受控照明可提供高效的多用户自动立体显示器 以及改善的2D显示功能。

显示器背光源通常采用波导和边缘发射源。某些成像定向背光源具有将照明穿过显示 面板导向到观察窗内的额外能力。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光学系统的光学阀，并因此也可以是折叠成像定向背 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。

本发明的方面涉及控制从波导输出并且导向到观察窗内的光的横向亮度分布，所述光 通常在定向背光源形成显示装置的一部分时穿过空间光调制器。

根据本发明的方面，提供了定向背光源，其包括：具有输入端的波导；以及设置在跨 波导输入端的横向方向上的不同输入位置处的光源阵列。。波导还可包括用于沿波导引导 光的相对的第一引导表面和第二引导表面，以及用于将来自输入光源的输入光穿过波导反 射回来的面向输入端的反射端。波导可被布置为将来自光源的输入光从反射端反射之后作 为穿过第一引导表面的输出光导向到沿垂直于第一引导表面的横向方向分布的输出方向 上的光学窗内，所述输出方向取决于输入位置。定向背光源可被布置为使得来自相应光源 的波导中的输入光具有按照角度以横向方式的发光强度分布，其在横向方向上随光源的输 入位置而变化。

在操作中，相应光源发光强度的角分布可被映射到跨相应端宽度的横向强度分布上。 此类横向强度分布还可被映射到从波导输出并且穿过空间光调制器导向至光学窗的光的 横向亮度分布。可控制从(a)发光强度分布至(b)横向亮度分布的映射中的变化，该变化取 决于光源的横向位置。有利的是，当观察者相对于显示器移动横向位置时，横向亮度分布 中的变化减少。显示器亮度、均匀度和横向观看自由度的范围可增加。针对观察者跟踪系 统中的移动观察者的显示器闪烁可减少。

有利的是，显示器亮度随视角的变化可以某种方式变化，以使随视角的亮度变化的可 见度最小化，并且使得来自光源的光有效地导向至反射端，从而增加显示效率并降低功率 消耗和成本。