[发明专利]用于多视图显示的定向像素

说明书

本公开涉及用于高角度分辨率、宽视场、多视图显示的定向像素。该设计教导一种定向像素，包括基板、一个或多个像素驱动电路、一个或多个纳米级或微米级子像素、以及一个或多个定向光学引导表面，其中所述子像素中的每个包括：发射光束的发光器件和容纳所述发光器件的光学微腔。所述光学微腔包括多个反射表面以特定地操纵或调谐所述光束，其中所述反射表面中的一个或多个是光传播反射表面，其将所述光束传播出所述微腔，并且所述光传播反射表面连接到所述一个或多个定向光学引导表面，从而以特定角度引导所述光束。通过将多个定向像素部署到定向像素阵列系统来创建高角度分辨率、多视图光场显示。

技术领域

本公开涉及用于创建高角度分辨率、宽视场、多视图显示的定向像素设计。

背景技术

尽管有大量的光场显示器研究和开发，但是不存在商业多视图、自动立体、高角度分辨率、宽视场光场显示。目前的商业显示器使用尺寸在几十到几百微米范围内的像素。当产生用于复制自然“真实”图像的光场显示器时，当前显示器的分辨率太低。由于使用传统透镜在显示屏上(例如在美国专利No.9,274,345和9,250,446中描述的)或图像投影仪(例如在美国专利no.8,567,960中描述)的输出角度的限制，当前显示器也产生窄视场。除了分辨率和视野限制之外，传统的三维显示器通常产生调节-会聚冲突，导致观看者不舒服。

美国专利no.8,928,969教导一种覆盖多个子像素的透镜，由此不能单独寻址子像素。

使用机械倾斜或角度铰接的定向光调制器以将光束引导到不同的角度，例如在美国专利no.9,195,053中先前已知。还已知用于控制和散射光束的定向背光，例如在美国专利no.9,459,461中。

美国专利no.7,829,902教导用位于像素的发光部分周边的电路构成的像素，从而限制了光发射表面的空间；垂直波导不能成功缩小以准直较小尺度，例如纳米级像素。

美国专利no.9,389,415教导使用周期性光栅来引导以特定角度连接在介质中的光束；虽然这些周期性光栅为传统像素尺寸提供了广角，但它们不能成功地引导从较小尺度像素发射的光。美国专利no.9,389,415的周期性光栅还将显示限制为水平视差。

美国专利no.9,372,349描述部署准直背光的光场显示器。仍然需要一种具有每个子像素的光谱带宽减小的光场显示器，以允许精确的光束控制，特别是对于小规模的像素尺寸。

发明概述

本公开的目的是改进定向像素设计，以创建高角度分辨率、宽视场、多视图显示。

本领域先前已知的像素通常控制输出颜色和强度，同时在所有方向上广播光。本公开的一个目的是提供一种控制光束的颜色、强度和方向的定向像素。

本领域先前已知的定向像素的实例提供有限数量的不同光发射方向，从而产生具有有限角分辨率和有限景深的显示器。本公开的目的是提供增加数量的不同光发射方向，从而产生具有改善的景深的高角度分辨率显示。

本发明的一个目的是在光束传播通过系统之前对光学微腔内的小尺度像素尺寸进行准直、操纵或调谐光束；这降低输出光束的光谱带宽，最大限度地控制了输出角度。

本发明的一个目的是提供小规模(纳米级或微米级)像素。当在显示器中使用时，缩小的像素尺寸允许系统在更多数量的不同方向上输出更多数量的光束；这通过允许产生具有改进的多维物体的有效分辨率的更高角度分辨率的显示器而改进了本领域中先前已知的像素。增加的光场显示视图数量允许位于任何观看位置的观看者同时接收多个视图；这被称为超级多视图(SMV)显示器。SMV显示器提供改进的角分辨率，消除了调节-会聚冲突，并产生具有更高质量景深的显示器。