CN103712123A - 提供方向可控准直光束的背光单元和使用其的3d显示器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及提供方向可控准直光束的背光单元和使用其的三维显示器。本公开提出一种背光单元，所述背光单元包括：光源；以及光方向控制器，所述光方向控制器使用来自所述光源的入射光产生向预定方向和预定区域发射的光束。根据本公开的背光单元可以通过薄的和简单的结构提供一种在空间光调制器的大对角面积上具有均匀亮度分布的方向可控准直光。

Description

提供方向可控准直光束的背光单元和使用其的3D显示器

技术领域

本公开涉及提供方向可控准直光束的背光单元和使用其的三维显示器。具体地，本公开涉及提供非常准直的光束并且控制准直光束的方向的背光单元和使用该背光单元的自动立体型三维显示器。

背景技术

最近，积极开发了很多用于制作和再现3D（三维）图像/视频的技术并且开展研究。由于涉及3D图像/视频的媒体是用于虚拟现实的新概念，它可以更好地改进视觉信息，并且将引领下一代显示装置。现有的2D图像系统仅仅提出了将图像和视频数据投影在平面图中，但是3D图像系统可以向观众提供完全真实图像数据。因此，3D图像/视频技术是正北（True North）图像/视频技术。

通常，存在三种方法来再现3D图像/视频：立体法、自动立体法、体积法，全息法和积分成像方法。在这些方法中，全息法使用激光束，使得能够通过肉眼来观看3D图像/视频。全息法是最理想的方法，因为它具有优异的视觉立体属性而观众没有任何疲劳。

为了产生对图像中的每一个点处的光波的相位的记录，全息照相使用与来自场景或者物体的光（物光束）组合的参考光束。如果这两个光束是相干的，则由于光波的叠加引起的参考光束和物光束之间的光学干涉产生一系列强度条纹，这些强度条纹可以被记录在标准照相胶片上。这些条纹在胶片上形成某种类型的衍射光栅，其被称为全息图。全息照相的中心目的是当所记录的光栅随后被替代参考光束照明时，原始的物光束被重构（或者再现），因而产生3D图像/视频。

计算机生成全息照相（或者CGH），也就是数字地生成全息干涉图案的方法，有新发展。例如，可以通过数字地计算出全息干涉图案并且将其印刷在掩模或者膜上以便随后用适当的相干光源照明，来生成全息图像。全息图像可以由全息3D显示器实现，绕过了必须每次制作全息干涉图案的“硬拷贝”的需要。

计算机生成的全息图具有的优点是人们希望示出的物体根本不必须具有任何实体真实性。如果已存在的物体的全息数据是以光学方式生成，但是是以数字方式记录和处理的，并且随后传送到显示器，则这也被称为CGH。例如，全息干涉图案由计算机系统生成，并且被发送到诸如LCSML（液晶空间光调制器）这样的空间光调制器，则通过向空间光调制器照射参考光束，来重构/再现对应于该全息干涉图案的3D图像/视频。图1是例示根据现有技术的使用计算机生成的全息图的数字全息图像/视频显示装置的结构图。

参照图1，计算机10生成要显示的图像/视频数据的全息干涉图案。所生成的全息干涉图案被发送到SLM 20。SLM 20，作为透射型液晶显示装置，可以表示全息干涉图案。在SLM 20的一侧，设置了用于生成参考光束的激光光源30。为了从激光光源30向SLM 20的整个表面上照射参考光束90，可以顺序地布置扩展器40和透镜系统50。来自激光光源30的参考光束90经过扩展器40和透镜系统50而照射到SLM 20的一侧。由于SLM 20是透射型液晶显示装置，对应于全息干涉图案的3D图像/视频将在SLM 20的另一侧重构/再现。

根据图1的全息型3D显示系统包括背光单元BLU，该背光单元BLU用于生成满足特定条件的参考光90并且用于从参考光90向具有大的对角面积的SLM（空间光调制器）20提供背光。在图1中，背光单元BLU包括：用于产生参考光90的光源30和具有相对大的体积的扩展器40和透镜系统50。在配置了具有这种背光单元BLU的全息3D显示系统的情况下，背光的亮度（或者照度）在SLM 20的大的面积上分布不均匀，因为光源30的光亮度分布为高斯曲线分布。此外，为了降低参考光90的衍射光的高阶模式噪声（其可能造成图像噪声），入射光可以相对于SLM 20具有特定入射角。在这种情况下，准直属性会被破坏。

为了克服现有技术的这个问题，正在开发一种用于即使入射光以入射角进入SLM也仍将SLM的入射光的准直属性维持到足以减少衍射光的0阶模式噪声的背光系统。存在使用例如准直透镜的系统。图2A是例示使用准直透镜来产生准直光束的背光单元的示意图。

参照图2A，在光源30处布置点光源，并且以光源30为准直透镜CL的焦点布置准直透镜CL。这样，从光源30照射的光在经过准直透镜CL之后会是准直光束。该准直光可以在全息3D显示中用作参考光。

在全息3D显示系统的大多数情况下，参考光应以特定入射角进入空间光调制器。诸如SLM这样的光衍射元件可以实现0阶模式图像、1阶模式图像和更高阶模式图像。为了消除或者减少更高阶模式图像，优选的是以特定入射角将光照射到光衍射元件中。

为了这样做，在图2A所示的背光单元中，光源30的位置可以从光束的中心移位到一侧以实现入射角。图2B是例示通过准直透镜产生以特定入射角传播的准直光的背光单元的示意图。

参照图2B，点光源30被从光轴130向上移动，使得从移动后的点到准直透镜CL的中心的入射角可以是α。这样，在理论上，如图2B的虚线，准直光可以向与光轴130的平行方向成α°的倾斜方向传播。然而，实际上，倾斜的光不再能够是具有入射角α的准直（或者平行）光，如图2B的实线。结果，来自背光单元的准直光不能够被以均匀分布的亮度照射到期望的区域，而是照明到变形的区域轮廓。

发明内容

为了克服上述缺陷，本公开的目的是提出一种提供方向可控准直光束的背光单元和使用该背光单元的3D显示系统。本公开的另一个目的是提出一种使用具有全息光学元件的激光光源产生准直背光光束并且以均匀亮度分布向受控方向提供准直背光的背光单元，以及使用该背光单元的3D显示系统。

为了实现以上目的，本公开提出一种背光单元，所述背光单元包括：光源；以及光方向控制器，所述光方向控制器使用来自所述光源的入射光产生向预定方向和预定区域发射的光束。

所述光源产生扩展光束。

所述光方向控制器包括用于控制观看区域的全息光学膜。

所述光方向控制器包括：准直透镜，所述准直透镜被布置在距所述光源焦距处并且将来自所述光源的入射光改变为准直光束；以及棱镜片，所述棱镜片被布置在所述准直透镜的前侧，用于将准直光束改变为具有相对于所述准直透镜的光轴的折射角的方向受控准直光束。

所述光源包括用于使用衍射图案产生均匀地到所述准直透镜的扩展光的衍射光源。

所述衍射光源包括：通过所述衍射图案再现所述扩展光的全息光学膜；以及向所述全息光学膜提供参考光束以便再现所述扩展光的参考光源。

所述光源位于所述准直透镜的光轴上。

所述背光单元还包括：被布置在所述棱镜片的前侧的观看区域控制膜。

此外，本公开提出一种显示系统，所述显示系统包括：用于表示对应于图像的数据的显示面板；以及布置在所述显示面板的后侧的背光单元，所述背光单元包括光源以及光方向控制器，所述光方向控制器使用来自所述光源的入射光产生向预定方向和预定区域发射的光束。

根据本公开的背光单元包括薄型准直透镜和薄型棱镜片，使得可以提供方向可控准直背光。根据本公开的背光单元可以通过薄且简单的结构提供一种在空间光调制器的大对角面积上具有均匀亮度分布的方向可控准直光。此外，本公开还提出一种包括提供照明区域可控和方向可控准直光的薄型背光单元的3D显示系统。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并结合到本申请中且构成本申请的一部分，这些附图例示了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是例示根据现有技术的使用计算机生成全息图的数字全息图像/视频显示装置的结构图。

图2A是例示使用准直透镜产生准直光束的背光单元的示意图。

图2B是例示通过准直透镜产生以特定入射角传播的准直光的背光单元的示意图。

图3A是例示根据本公开的第一实施方式的使用点光源提供方向可控准直光的背光单元的示意图。

图3B是例示使用根据本公开的第一实施方式的背光单元的全息3D显示系统的示意图。

图4A是例示根据本公开的第二实施方式的使用全息光学元件作为光源来提供方向可控准直光束的背光单元的结构的示意图。

图4B是例示使用根据本公开的第二实施方式的背光单元的全息3D显示系统的示意截面图。

图5A是例示根据本公开的第三实施方式的使用全息光学元件作为光源提供方向可控准直光束的背光单元的结构的示意图。

图5B是例示使用根据第三实施方式的背光单元的多视点显示器的示意图。

图6A是例示根据本公开的第四实施方式的使用全息光学元件作为光源提供方向可控准直光束的背光单元的结构的示意图。

图6B是例示应用了根据本公开的第四实施方式的背光单元的CVD的示意图。

图7A是例示根据本公开的第五实施方式的使用球面波光来提供方向可控光束的背光单元的结构的示意图。

图7B是例示使用根据本公开的第五实施方式的背光单元的全息3D显示系统的示意图。

具体实施方式

将参照图3A到图6B来说明本公开的优选实施方式。整个详细描述中类似的附图标记表示类似的元件。然而，本公开不限于这些实施方式，而是在不脱离技术实质的前提下可应用于各种变化或者修改。在以下实施方式中，元件的名称是考虑到容易说明而选择的，从而可以与实际名称不同。

本公开涉及背光单元和使用该背光单元的3D显示器，包括产生准直光的光源。此外，其包括光控制器，在从光源接收到光之后，该光控制器可以照射相对于光轴具有入射角的倾斜准直光和/或向限定的观看区域照明。本公开的主要特征在于光源的变化和光控制器根据各个光源的变化。在下文，将说明各个实施方式。

首先参照图3A说明本公开的第一实施方式。图3A是例示根据本公开的第一实施方式的使用点光源提供方向可控准直光的背光单元的示意图。

根据本公开的第一实施方式的背光单元BLU包括准直透镜CL、定位在准直透镜CL一侧的点光源30和设置在准直透镜CL的另一侧的棱镜片PS。点光源30可以从一个点向全部径向方向照射光。为了将来自点光源30的光引导到准直透镜CL，可以在点光源30后面布置反射镜（未示出）。

优选的是点光源30被布置在准直透镜CL的焦平面上。更优选的是，点光源30将被布置在连接准直透镜的中心点和准直透镜CL的焦平面的中心点的光轴130上。

准直透镜CL可以使来自点光源30的光成为准直光束100。也就是说，准直光束100平行于光轴130传播。准直光束CL可以包括诸如菲涅耳透镜这样的光学透镜。

棱镜片PS可以基于准直透镜CL而被布置在与点光源30相对的一侧。棱镜片PS可以按照相对于光轴的折射角α向竖直方向弯曲来自准直透镜CL的准直光束的传播方向。例如，保持准直光束100的平行属性，棱镜片PS可以将准直光束100的传播方向从光轴向下改变α°。也就是说，棱镜片PS可以将准直光束100改变为方向受控准直光束200。棱镜片PS可以包括菲涅耳透镜片。

下面，将说明使用根据本公开的第一实施方式的背光单元的全息3D显示系统。图3B是例示使用根据本公开的第一实施方式的背光单元的全息3D显示系统的示意图。

参照图3B，根据第一实施方式的3D显示器包括表示与全息3D图像相对应的全息图图案的空间光调制器SLM和布置在空间光调制器SLM后侧的背光单元BLU。具有如图3A所示的相同结构的背光单元BLU包括准直透镜CL、定位在准直透镜CL一侧的点光源30和设置在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS。在此，准直透镜CL和棱镜片PS的大小和形状可以与空间光调制器SLM的大小和形状大致相同。由于空间光调制器SLM应被布置在从棱镜片PS以特定角度（即，α°）向下（或者向上）弯曲的光路上，空间光调制器SLM与背光单元略微不对准。

根据本公开的全息3D显示系统可以使用作为一种全息光学元件的空间光调制器SLM。空间光调制器SLM表示与准直参考光和物光之间的衍射图案相同的图案。也就是说，表示空间光调制器SLM的全息图图案是与衍射干涉图案相同的图案，当参考光束（准直光束）和（通过在物体上照射与参考光束相同的光束而从物体反射的）物光束以特定角度入射到全息光学元件时该衍射干涉图案可以被写入在全息光学元件上。当空间光调制器SLM表示衍射干涉图案，并且与参考光束相同的光束照射到空间光调制器SLM时，从空间光调制器SLM和对应于物体的3D图像80重生成（或者重构）物光束。

在此，由于衍射干涉图案是由之间成特定角度α的物光束和参考光束做出的，为了当参考光束照射到空间光调制器SLM时再现的物光被发送到观众的位置，参考光束应以入射角α进入空间光调制器SLM（在此，观众的前方位置在光轴130上）。

因此，对于根据本公开的第一实施方式的背光单元BLU，准直光束100的传播方向可以被控制为从光轴130弯曲角度α，使得能够构建如图3B所示的全息3D显示系统。使用薄型准直透镜CL和棱镜片PS，背光单元BLU可以被制作为薄型。

在下文，参照图4A说明本公开的第二实施方式。图4A是例示根据本公开的第二实施方式的使用全息光学元件作为光源来提供方向可控准直光束的背光单元的结构的示意图。

根据本公开的第二实施方式的背光单元BLU包括准直透镜CL、设置在准直透镜CL一侧的光源300和定位在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS。根据本公开的第二实施方式的大多数元件与第一实施方式的大致相同。其差别是光源300的结构。对于第一实施方式，光源是点光源30。然而，在第二实施方式中，光源具有更复杂的结构。来自第一实施方式中使用的点光源30的光的强度与到光源的长度的平方成反比。因此，当准直透镜CL具有大面积时，中心部分的光照度严重地不同于周边部分的光照度。为了解决这个进一步的问题，在本公开的第二实施方式中，光源300可以以均匀照度从小面积到大面积提供背光。

第二实施方式的光源300包括具有对应于光照射区域的图案的全息光学膜BSH。例如，可以使用称为BS-HOE（波束成形全息光学元件膜）的全息光学膜BSH。BS-HOE可以是具有全息图图案的小片的膜。由于BS-HOE使用全息图的特征，其具有参考光束和物光束的衍射干扰图案。具体地，该衍射干涉图案可以包括用于当参考光束被照射在BS-HOE时向特定区域均匀照射由BS-HOE重生成的物光束的图案。

例如，当作为参考光束的激光光束LASER从全息光学膜BSH的后侧照射时，向全息光学膜BSH的前侧产生具有与准直透镜CL的对角面积相对应的大面积的光。更详细地参照图4A，根据第二实施方式的光源300包括具有用于向大面积照射发散光的衍射图案的全息光学膜BSH和用于向全息光学膜BSH提供参考光的参考光源RL。

参考光源RL可以是提供准直光束的激光光源。例如，使用激光LED，参考光束可以被提供到全息光学膜BSH。对于激光LED被用作参考光源RL的情况，参考光束可以是平面波光。另一方面，参考光源RL可以是点光源。在点光源的情况下，参考光可以是球面波光。

在此，为了方便，使用了激光LED。从参考光源RL即激光LED产生的激光光束照射到全息光学膜BSH。接着，通过在全息光学膜BSH上写入的图案，具有均匀照度分布的与对应于准直透镜CL的面积相对应的发散光可以被发送到准直透镜CL（根据参考光，该发散光可以是球面波光或者平面波光）。

光源300优选地被布置在准直透镜CL的焦平面上。具体地，全息光学膜BSH和包括光源300的参考光源RL优选地被布置在连接准直透镜CL的中心到准直透镜CL的焦平面的中心的光轴130上。

准直透镜CL可以使来自全息光学膜BSH的光成为准直光束100。准直透镜CL可以包括诸如菲涅耳透镜这样的光学透镜。

棱镜片PS优选地基于准直透镜CL位于与光源300相对的一侧。棱镜片PS可以按照从光轴的特定角α向竖直方向弯曲由准直透镜CL产生的准直光束100的传播方向。例如，保持准直光束100的平行（准直）属性，棱镜片PS可以将传播方向从光轴130向下改变α°。也就是说，棱镜片PS可以将准直光100改变为方向受控准直光束200。棱镜片PS可以包括菲涅耳透镜片。

下面，将说明使用根据本公开的第二实施方式的背光单元的全息3D显示系统。图4B是例示使用根据本公开的第二实施方式的背光单元的全息3D显示系统的示意截面图。

参照图4B，根据第二实施方式的3D显示系统包括表示与希望表示的全息图像相对应的全息图图案的空间光调制器SLM和布置在空间光调制器SLM的后侧的背光单元BLU。具有如图4A所示的相同结构的背光单元BLU包括准直透镜CL、定位在准直透镜CL一侧的光源300和设置在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS。在此，准直透镜CL和棱镜片PS的大小和形状可以与空间光调制器SLM的大小和形状大致相同。由于空间光调制器SLM应被设置在从棱镜片PS以特定角度（即，α°）向下（或者向上）弯曲的光路上，空间光调制器SLM与背光单元略微不对准。

类似于第一实施方式，根据第二实施方式的背光单元BLU可以通过棱镜片PS将准直光束100的传播方向控制为从光轴130弯曲角α。因此，能够构建如图4B所示的全息3D显示系统。具体地，由于全息光学膜BSH用于光源300，背光单元BLU可以在大对角面积上具有更均匀分布的光照度并且比根据第一实施方式的背光单元更薄。

在下文，参照图5A说明本公开的第三实施方式。图5A是例示根据本公开的第三实施方式的使用全息光学元件作为光源来提供方向可控准直光束的背光单元的结构的示意图。

根据本公开的第三实施方式的背光单元BLU包括准直透镜CL、设置在准直透镜CL一侧的光源300和定位在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS。根据本公开的第三实施方式的大多数元件与第二实施方式的大致相同。其差别是第三实施方式还包括观看区域控制膜PH，利用该观看区域控制膜PH，来自棱镜片PS的光可以被控制为照射在预定观看区域内。此外，根据第三实施方式的光源300可以与第一实施方式或者第二实施方式的相同。在第三实施方式中，将说明另一种类型的光源。

根据第三实施方式的光源300包括具有与光照射区域相对应的图案的全息光学膜BSH。例如，可以使用称为BS-HOE（波束成形全息光学元件膜）的全息光学膜BSH。由于BS-HOE具有参考光束和物光束的衍射干涉图案，当参考光束照射到BS-HOE上时，发射的光可以用均匀照度分布覆盖预定区域。

参照图5A，类似于第二实施方式，根据第三实施方式的光源300包括具有用于向大面积照射发散光的衍射图案的全息光学膜BSH和用于向全息光学膜BSH提供参考光的参考光源RL。类似于第二实施方式，参考光源RL可以是产生平面波光的光源和产生球面波光的光源中的一种。在此，为了方便，使用了激光LED。

类似于第二实施方式，准直透镜CL可以使来自全息光学膜BSH的光成为准直光束100。棱镜片PS优选地基于准直透镜CL而被定位在与光源300相对的一侧。棱镜片PS可以将准直光100改变为方向受控准直光束200。

另一方面，与第二实施方式相比，全息光学膜BSH的大小和形状具有水平的长矩形形状和大小。为此，来自参考光源RL的参考光可以从全息光学膜BSH的中心位置照射到左侧或者右侧。

例如，类似于图4A所示的第二实施方式，当参考光照射到全息光学膜BSH的中心时，从全息光学膜BSH发射的光是方向受控准直光束200。也就是说，来自参考光源RL的光束随着经过全息光学膜BSH而对应于准直透镜CL的大小扩展，被准直透镜CL改变为准直光束100，并且改变为传播方向被棱镜片PS弯曲了角α的方向受控准直光束200。

然而，参照图5A，当参考光移位到全息光学膜BSH的水平的左侧时（当从正方向看它时），最终发射的光束可以向右侧移位特定角θ。相反地，当参考光移位到向全息光学膜BSH的水平的右侧时，发射的光束可以向左侧移位特定角θ。也就是说，由于来自光源300的光的照射位置可以从左侧向右侧扫描，来自背光单元BLU的背光光束可以是摆动受控准直光束。

根据第三实施方式的背光单元可应用于包括多视点显示器在内的各种示例。例如，可以在第一时间段在正方向表示第一图像，可以在第二时间段在中心右侧角θ处表示第二图像，并且可以在第二时间段在距中心左侧角θ处表示第三图像。

尽管附图中未示出，但是为了沿着水平方向从左侧向右侧在全息光学膜BSH上扫描来自参考光源RL的参考光，可以还包括扫描装置。例如，可以还包括用于参考光源RL的枢转或者往复移动的机械装置。或者，可以包括诸如反射镜（或者反射装置）这样的光学装置和用于控制反射镜的反射角的机械装置。

下面，将说明应用了根据第三实施方式的背光单元的多视点显示器。图5B是例示使用根据第三实施方式的背光单元的多视点显示器的示意图。

多视点显示器可应用于分别向两个不同观众呈现不同的两个图像的显示系统或者应用于根据观看方向来表示不同3D图像的不同视图的3D显示系统。参照图5B，根据本公开的多视点显示器包括表示2D或者3D图像/视频的显示面板LP和布置在显示面板LP后侧的背光单元BLU。具有如图5A所示的相同结构的背光单元BLU包括准直透镜CL、定位在准直透镜CL一侧的光源300和设置在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS。

在此，准直透镜CL和棱镜片PS的大小和形状可以与显示面板LP大致相同。由于显示面板LP应被设置在从棱镜片PS以特定角度（即，α°）向下（或者向上）弯曲的光路上，显示面板LP与背光单元略微不对准。

类似于第二实施方式，根据第三实施方式的背光单元BLU可以通过棱镜片PS将准直光束100的传播方向控制为从光轴130弯曲角α，以提供方向受控准直光束200。此外，由于参考光在光源300的全息光学膜BSH上的照射位置可以从左侧向右侧扫描，能够向不同方向提供由显示面板LP表示的不同图像。具体地，由于全息光学膜BSH用于光源300，背光单元BLU可以通过薄的结构在大对角面积上具有更均匀分布的光照度。

在下文，参照图6A说明本公开的第四实施方式。图6A是例示根据本公开的第四实施方式的使用全息光学元件作为光源提供方向可控准直光束的背光单元的结构的示意图。

根据本公开的第四实施方式的背光单元BLU包括准直透镜CL、设置在准直透镜CL一侧的光源300和定位在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS、以及布置在棱镜片PS的前侧的观看区域控制膜PH。第四实施方式包括观看区域控制膜PH，该观看区域控制膜PH用于将来自棱镜片PS的光的照射区域控制在预定区域内。

第四实施方式的光源可以是第一实施方式到第三实施方式提出的任意一种光源。为了方便，将使用第三实施方式的情况。也就是说，全息光学膜BSH的大小和形状与第三实施方式的相同，即水平的长矩形。为此，来自参考光源RL的参考光可以从全息光学膜BSH的中心位置照射到左侧或者右侧。

用此结构，当参考光束照射到全息光学膜BSH的中心时（即，沿着光轴130），最终发射的背光在观看区域控制膜PH预定的观看区域（或者观看窗口）VW内照射。来自参考光源RL的光束随着经过全息光学膜BSH而对应于准直透镜CL的大小扩展，被准直透镜CL改变为准直光束100，并且改变为传播方向被棱镜片PS弯曲角α的方向受控准直光束200，并且在观看区域控制膜PH决定的观看区域VW内照射。

此外，随着参考光移位到全息光学膜BSH的水平的左侧，最终发射的光束可以向右侧移位一定角度，相反地，当参考光移位到全息光学膜BSH的水平的右侧时，最终发射的光束可以向左侧移位一定角度。

将说明使用根据本公开的第四实施方式的背光单元的CVD。图6B是例示应用了根据本公开的第四实施方式的背光单元的CVD的示意图。CVD是一种显示系统，其中在大面积显示面板上表示的图像/视频照射在预定的窄区域即受控观看窗口内。

参照图6B，根据本公开的CVD包括表示2D或者3D图像/视频的显示面板LP和布置在显示面板LP后侧的背光单元BLU。具有如图5A所示的相同结构的背光单元BLU包括准直透镜CL、定位在准直透镜CL一侧的光源300、设置在准直透镜CL另一侧的棱镜片PS以及观看区域控制膜PH。在此，准直透镜CL和棱镜片PS的大小和形状可以与显示面板LP的大小和形状大致相同。由于显示面板LP应被设置在从棱镜片PS以特定角度向下（或者向上）弯曲的光路上，显示面板LP与背光单元略微不对准。

类似于第三实施方式，根据第四实施方式的背光单元BLU可以通过棱镜片PS将准直光束100的传播方向控制为从光轴130弯曲角α，以提供方向受控准直光束200。此外，通过布置在棱镜片PS的前侧的观看区域控制膜PH，观看区域可以被控制在预定区域内。

另外，尽管附图中未示出，但是如果要求从左向右扫描观看区域VW，第三实施方式可应用于第四实施方式。例如，由于参考光束可以在全息光学膜BSH上从左侧向右侧扫描，可以分别在不同位置呈现在显示面板LP上表示的不同图像/视频。具体地，由于全息光学膜BSH用于光源300，背光单元BLU可以通过薄的结构在大对角面积上具有更均匀分布的光亮度。

至此，将说明关注于产生平面波光束的背光单元的实施方式。无论从光源提供的光是平面波光还是球面波光，在以上实施方式中，背光单元使用准直透镜提供准直光束。当空间光调制器SLM上表示的全息图图案是使用平面波光写入的时，优选的是向空间光调制器SLM提供平面波光作为背光。相反地，当空间光调制器SLM上表示的全息图图案是使用球面波光写入的时，优选的是向空间光调制器SLM提供球面波光作为背光。因此，将说明提供球面波光的背光单元。

参照图7A，将说明本公开的第五实施方式。图7A是例示根据本公开的第五实施方式的使用球面波光来提供方向可控光束的背光单元的结构的示意图。

根据本公开的第五实施方式的背光单元包括观看区域控制膜PH以及布置在观看区域控制膜PH的一侧的光源300。观看区域控制膜PH可以是具有背光单元的观看区域的全息光学元件。例如，观看区域控制膜PH可以是HOE（全息光学元件）。观看区域控制膜PH可以是具有全息图图案的膜。观看区域控制膜PH可以具有参考光束和物光束的衍射干涉图案，用于使用全息图特征。衍射干涉图案可以具有用于当参考光束照射到观看区域控制膜PH时，控制使物光束被发射到预定观看区域内的预定方向的图案。具体地，根据第五实施方式的观看区域控制膜PH可以具有使用球面波光写入的衍射干涉图案。

在此情况下，光源300可以产生球面波光。例如，可以是从一个点向全部径向方向照射光的点光源。在此情况下，点光源可以位于从观看区域控制膜PH的中心点延伸的线上。根据第五实施方式的背光单元BLU可以由产生球面波光的点光源30和具有使用球面波光写入的观看区域控制膜PH组成。

此外，光源300可以包括全息光学膜BSH和参考光源RL，如图4A所示。如果光源300应产生球面波光，则全息光学膜BSH将优选地具有使用球面波光写入的衍射干涉图案。

将说明应用了根据本公开的第五实施方式的背光单元的全息3D显示系统。图7B是例示使用根据本公开的第五实施方式的背光单元的全息3D显示系统的示意图。

参照图7B，根据第五实施方式的3D显示系统包括表示对应于3D图像/视频的全息图图案的空间光调制器SLM和布置在空间光调制器SLM的后侧的背光单元BLU。具有图7A所示的相同结构的背光单元BLU包括观看区域控制膜PH和布置在观看区域控制膜PH的一侧的光源300。

在图7B所示的相同结构的3D显示系统中，照射到空间光学调制器SLM中的光优选的是以入射角α进入的方向可控光束200。因此，观看区域控制膜PH优选地具有用于接收球面波光并且用于发射从观看区域控制膜PH的表面的法线（平行于光轴300）向下传播的准直光束200的全息图图案。

在第五实施方式中，不使用准直透镜。因此，根据第五实施方式的背光单元产生球面波光。因此，优选的是空间光调制器SLM使用球面波光表示用于再现3D图像/视频的全息图图案。

尽管参照附图详细描述了本发明的实施方式，本领域技术人员应理解的是在不脱离本发明的技术实质或者基本特征的前提下可以用其它特定形式实现本发明。因此，应注意的是以上实施方式在全部方面仅仅是示例性的，而不被理解为限制本发明。本发明的范围由所附的权利要求限定而不是由本发明的详细描述限定。在权利要求的全部变化或者修改或者等同物应被理解为落入本发明的范围内。

本申请要求2012年9月28日提交的韩国专利申请No.10-2012-0108785的优选权，通过引用将其结合于此用于一切目的，如同全面在此阐述一样。

Claims (16)

1.一种背光单元，所述背光单元包括：

光源；以及

光方向控制器，所述光方向控制器使用来自所述光源的入射光产生向预定方向和预定区域发射的光束。

2.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述光源产生扩展光束。

3.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述光方向控制器包括用于控制观看区域的全息光学膜。

4.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述光方向控制器包括：

准直透镜，所述准直透镜被布置在距所述光源焦距处并且将来自所述光源的入射光改变为准直光束；以及

棱镜片，所述棱镜片被布置在所述准直透镜的前侧，用于将所述准直光束改变为具有相对于所述准直透镜的光轴的折射角的方向受控准直光束。

5.根据权利要求4所述的背光单元，其中，所述光源包括用于使用衍射图案产生均匀地到所述准直透镜的扩展光的衍射光源。

6.根据权利要求5所述的背光单元，其中，所述衍射光源包括：

通过所述衍射图案再现所述扩展光的全息光学膜；以及

向所述全息光学膜上提供参考光束以便再现所述扩展光的参考光源。

7.根据权利要求4所述的背光单元，其中，所述光源位于所述准直透镜的光轴上。

8.根据权利要求4所述的背光单元，所述背光单元还包括：被布置在所述棱镜片的前侧的观看区域控制膜。

9.一种显示系统，所述显示系统包括：

用于表示对应于图像的数据的显示面板；以及

布置在所述显示面板的后侧的背光单元，所述背光单元包括：

光源；以及

光方向控制器，所述光方向控制器使用来自所述光源的入射光产生向预定方向和预定区域发射的光束。

10.根据权利要求9所述的显示系统，其中，所述光源产生扩展光束。

11.根据权利要求9所述的显示系统，其中，所述光方向控制器包括用于控制观看区域的全息光学膜。

12.根据权利要求9所述的显示系统，其中，所述光方向控制器包括：

准直透镜，所述准直透镜被布置在距所述光源焦距处并且将来自所述光源的入射光改变为准直光束；以及

棱镜片，所述棱镜片被布置在所述准直透镜的前侧，用于将所述准直光束改变为具有相对于所述准直透镜的光轴的折射角的方向受控准直光束。

13.根据权利要求12所述的显示系统，其中，所述光源包括用于使用衍射图案产生均匀地到所述准直透镜的扩展光的衍射光源。

14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述衍射光源包括：

通过所述衍射图案再现所述扩展光的全息光学膜；以及

向所述全息光学膜上提供参考光束以便再现所述扩展光的参考光源。

15.根据权利要求12所述的显示系统，其中，所述光源位于所述准直透镜的光轴上。

16.根据权利要求12所述的显示系统，所述显示系统还包括：被布置在所述棱镜片的前侧的观看区域控制膜。

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