具有調製層的定向背光體的製作方法

2023-08-13 18:42:11

具有調製層的定向背光體的製作方法
【專利摘要】公開了一種定向背光體。定向背光體具有定向背板，其中定向背板具有將多個輸入平面光束散射為多個定向光束的多個定向像素。每個定向光束具有通過該多個定向像素中的定向像素的特性控制的方向和角展度。調製層具有調製多個定向光束的多個調製器。定向背光體可以用來產生3D圖像，其中該3D圖像具有多個由定向背板中定向像素的特性而確定的視圖。
【專利說明】具有調製層的定向背光體
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請涉及提交於2012年4月27日的名稱為"Directional Pixel for Use in a Display Screen"的 PCT 專利申請序列 No. PCT/US2012/035573 (律師案號 No. 82963238) 以及提交於2012年5月31日的名稱為"Directional Backlight"的PCT專利申請序列 No. _(律師案號No. 83011348)，兩者都被轉讓給本申請的受讓人並且通過引用被結合於 此。

【背景技術】
[0003] 在顯示屏中再生光場的能力是成像和顯示技術中的重要需求。光場是在每個方向 上穿過空間中的每一個點行進的所有光線的集合。如果提供關於穿過場景的所有光線的強 度、顏色以及方向的信息，任何自然的、現實世界的場景可以完全通過其光場表現其特徵。 目標是使得顯示屏的觀眾能夠如同人們親自體驗場景一樣地體驗場景。
[0004] 電視機、個人計算機、膝上型計算機以及移動裝置中的目前可用的顯示屏仍大部 分是二維的並且因此不能夠準確地再生光場。近來出現了三維（"3D"）顯示器，但是其除 了提供有限數量的視圖外，角度和空間解析度也不高。示例包括基於全息攝影、視差屏障或 雙凸透鏡的3D顯示器。
[0005] 這些顯示器之間的一個共同的主題是難以產生以像素級別精確控制以便對於大 範圍的可視角度和空間解析度實現良好的圖像質量的光場。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 聯繫下述結合附圖進行的詳細描述，可以更為全面地理解本申請，在附圖中相似 的參考標號自始至終表示相似的部件，並且在附圖中：
[0007] 圖1圖示了根據各種示例的定向背光體（directional backlight)的示意圖；
[0008] 圖2A-B圖示了根據圖1的定向背光體的示例性頂視圖；
[0009] 圖3A-B圖示了根據圖1的定向背光體的另外的頂視圖；
[0010] 圖4圖示了具有三角形形狀的定向背光體；
[0011] 圖5圖示了具有六邊形形狀的定向背光體；
[0012] 圖6圖示了具有圓形形狀的定向背光體；以及
[0013] 圖7是利用依照各種示例的定向背光體產生3D圖像的流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 公開了具有調製層的定向背光體。如文中一般地使用的，定向背光體是用於以定 向光束的形式提供光場的顯示屏（例如，LCD顯示屏）中的層。定向光束被定向背光體中的 多個定向像素散射。每個定向光束源自不同的定向像素並且具有基於該定向像素的特性的 給定的方向和角展度。該指定的方向性使得定向光束能夠利用多個調製器而被調製（即， 開啟、關閉或者改變亮度）。調製器例如可以是液晶顯示器（"LCD"）單元（具有或者不具 有偏光器）。可以使用其他類型的調製器，例如基於包括微機電的（"MEMS")、流體的、磁性 的、電泳的不同機制或當施加電信號時調製光強度的其他機制的調製器。
[0015] 在各種示例中，定向像素排列在由多個輸入平面光束照射的定向背板中。定向像 素接收輸入平面光束並且將它們的一部分散射為定向光束。調製層被放置在定向像素之上 以按照需要調製定向光束。調製層包括多個調製器（例如，LCD單元），其中每個調製器調 制來自單個定向像素的單個定向光束或者來自一組定向像素的一組定向光束。調製層使得 能夠利用很多不同的視圖產生3D圖像，其中每個視圖由一組定向光束提供。
[0016] 在各種示例中，定向背板中的定向像素具有排列在定向背板中或定向背板頂部上 的基本上平行的溝槽的圖案化光柵。定向背板例如可以是將輸入平面光束引入定向像素的 透明材料的板（slab)，所述透明材料例如為氮化矽（"SiN"）、玻璃或石英、塑料、銦錫氧化 物（"IT0"）或其他材料。圖案化光柵可以由直接刻蝕在定向背板或波導中的溝槽構成，或 者可以由用沉積在定向背板或波導頂部上的材料（例如，任何可以被沉積和刻蝕或剝離的 材料，包括任何電介質或金屬）製成的溝槽構成。溝槽也可以是傾斜的。
[0017] 如下面在這裡更為詳細地描述的，每個定向像素可以通過光柵長度（即，沿輸入 平面光束的傳播軸的尺寸）、光柵寬度（即，與輸入平面光束的傳播軸交叉的尺寸）、溝槽取 向、間距和佔空比來確定。每個定向像素可以發出定向光束，該定向光束具有由溝槽取向和 光柵間距決定的方向和由光柵長度和寬度決定的角展度。通過使用50%或50%左右的佔 空比，圖案化光柵的第二（second)傅立葉係數變為零，從而防止了在其他不需要的方向上 的光的散射。這確保了無論其輸出角度如何，只有一個定向光束從每個定向像素髮出。
[0018] 如下面在這裡進一步詳細地描述的，定向背光體可以被設計為具有定向像素，所 述定向像素具有被選擇以產生給定3D圖像的某個光柵長度、光柵寬度、溝槽取向、間距和 佔空比。3D圖像是從由定向像素髮出並且由調製層調製的定向光束產生的，其中來自一組 定向像素的經過調製的定向光束產生給定的圖像視圖。
[0019] 應理解的是，在以下描述中，給出了很多具體的細節以提供對實施例的透徹理解。 但是，應理解的是可以實踐所述實施例而不限於這些具體細節。在其他實例中，可能不會詳 細描述已知的方法和結構以避免與對實施例的描述產生不必要的混淆。另外，實施例可以 相互結合使用。
[0020] 現參考圖1，描述了根據各種示例的定向背光體的示意圖。定向背光體100包括從 多個光源接收一組輸入平面光束110的定向背板105。多個光源例如可以包括一個或者多 個頻譜帶寬約為30nm或者更小的窄帶寬光源，諸如發光二極體（"LED")、雷射器等。輸入 平面光束110在與定向背板105基本上相同的平面內傳播，該定向背板105被設計為基本 上平面的。
[0021] 定向背板105可以由透明材料（例如，SiN、玻璃或石英、塑料、ITO等）的板構 成，該透明材料的板具有排列在定向背板105中或者定向背板105頂部上的多個定向像素 115a_d。定向像素115a_d將輸入平面光束110的一部分散射為定向光束120a_d。在各種 示例中，每個定向像素115a_d具有基本上平行的溝槽（例如，用於定向像素115a的溝槽 125a)的圖案化光柵。光柵溝槽的厚度可以對於所有溝槽基本上相同，從而產生基本上為平 面的設計。溝槽可以刻蝕在定向背板中或者由沉積在定向背板105頂部上的材料（例如， 任何可以沉積和刻蝕或剝離的材料，包括任何電介質或金屬）製成。
[0022] 每個定向光束120a_d具有給定的方向和角展度，所述方向和角展度由形成相應 定向像素115a_d的圖案化光柵決定。具體地，每個定向光束120a_d的方向由圖案化光柵的 取向和光柵間距決定。每個定向光束的角展度則是由圖案化光柵的光柵長度和寬度決定。 例如，定向光束115a的方向由圖案化光柵125a的取向和光柵間距決定。
[0023] 應理解的是，該基本上平面的設計以及從輸入平面光束110形成定向光束120a_d 需要具有比傳統衍射光柵小得多的間距的光柵。例如，在利用基本上穿過光柵平面傳播的 光束照射時，傳統衍射光柵將光散射。這裡，每個定向像素115a_d中的光柵在產生定向光 束120a_d時與輸入平面光束110基本上在相同的平面上。
[0024] 通過定向像素115a_d中的光柵的特性精確地控制定向光束120a_d，所述特性包 括光柵長度L、光柵寬度W、溝槽取向0以及溝槽間距A。具體地，光柵125a的光柵長度L 控制沿輸入光傳播軸的定向光束120a的角展度△?，並且光柵寬度W控制與輸入光傳播軸 交叉的定向光束120a的角展度A ?，如下：

【權利要求】
1. 一種定向背光體，包括： 定向背板，具有將多個輸入平面光束散射為多個定向光束的多個定向像素，每個定向 光束具有通過該多個定向像素中的定向像素的特性控制的方向和角展度；以及 調製層，具有調製多個定向光束的多個調製器。
2. 根據權利要求1所述的定向背光體，還包括配置在該定向背板之上的間隔層。
3. 根據權利要求2所述的定向背光體，其中該調製層配置在該間隔層之上。
4. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中該定向背板大體上為平面的。
5. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中在該多個定向像素中的每個定向像素包括 具有多個大體上平行的溝槽的圖案化光柵。
6. 根據權利要求5所述的定向背光體，其中定向像素的特性包括光柵長度、光柵寬度、 光柵取向、光柵間距以及佔空比。
7. 根據權利要求6所述的定向背光體，其中定向像素的間距和取向控制由該定向像素 所散射的定向光束的方向。
8. 根據權利要求6所述的定向背光體，其中定向像素的長度和寬度控制由定向像素所 散射的定向光束的角展度。
9. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中來自該多個調製器的單個調製器調製來自 單個定向像素的定向光束。
10. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中來自該多個調製器的單個調製器調製來 自一組定向像素的定向光束。
11. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中該定向背板包括多邊形的透明材料板。
12. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中該定向背板包括圓形的透明材料板。
13. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中該多個定向像素包括多個多邊形的定向 像素。
14. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中該多個定向像素包括多個圓形的定向像 素。
15. 根據權利要求1所述的定向背光體，其中該調製層包括基於LCD的調製層並且該多 個調製器包括多個IXD單元。
16. -種利用具有調製層的定向背光體產生3D圖像的方法，包括： 確定多個定向像素的多個特性，每個定向像素由具有大體上平行的溝槽的圖案化光柵 構成； 製造其上排列該多個定向像素的定向背板； 在該定向背板之上疊加具有多個調製器的調製層； 用多個輸入平面光束點亮該定向背板，由該多個定向像素將該輸入平面光束散射為多 個定向光束；以及 利用該多個調製器調製該多個定向光束以產生3D圖像的多個視圖。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中每個定向光束由定向像素的特性控制。
18. 根據權利要求16所述的方法，其中定向像素的特性包括光柵長度、光柵寬度、光柵 取向、光柵間距和佔空比。
19. 根據權利要求16所述的方法，其中來自該多個調製器的單個調製器調製來自單個 定向像素的定向光束。
20. 根據權利要求16所述的方法，其中來自該多個調製器的單個調製器調製來自一組 定向像素的定向光束。
21. 根據權利要求16所述的方法，其中該調製層包括基於LCD的調製層並且該多個調 制器包括多個IXD單元。
【文檔編號】G02B27/22GK104335100SQ201280072700
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2012年6月1日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】D.A.法塔爾, J.A.伯魯格, C.M.桑託瑞, M.菲奧倫蒂諾, 彭臻 申請人:鐳亞股份有限公司