CN111158078A - 背光单元和包括该背光单元的全息显示装置 - Google Patents

背光单元和包括该背光单元的全息显示装置 Download PDF

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Abstract

提供一种背光单元和包括该背光单元的全息显示装置。背光单元包括导光板和均匀性改变元件。均匀性改变元件具有光入射表面和面向光入射表面的光出射表面，均匀性改变元件通过光入射表面接收从导光板输出的光，改变从导光板接收的光的均匀性并通过光出射表面输出具有所接收的光的均匀性的变化的所接收的光。

Description

背光单元和包括该背光单元的全息显示装置
技术领域
实施方式涉及背光单元和包括该背光单元的全息显示装置，更具体地，涉及用于减少图像条带(image banding)的背光单元和包括该背光单元的全息显示装置。
背景技术
作为实现三维图像的方法，广泛使用眼镜方法和无眼镜方法。眼镜方法被分类为偏振眼镜方法和快门眼镜方法，无眼镜方法被分类为透镜方法和视差屏障方法。这些方法利用双眼的双目视差，这不仅限制了视点数量的增加，而且还使观看者感到疲劳，因为大脑识别的深度感知与眼睛的焦点不匹配。
近来，作为在其中由大脑识别的深度感知与眼睛的焦点匹配并且提供全视差的三维图像显示系统，全息显示方法被实际使用。全息显示系统基于如下原理操作：当通过将参考光照射在全息图案(在其中通过使从原始物体反射的物体光与参考光干涉来获得干涉条纹)上来衍射参考光时，物体的图像被再生。目前，根据实际使用的全息显示方法，计算机生成的全息图(CGH)被用作空间光调制器的电信号以获得全息图案，而不是直接曝光原始物体。根据输入的CGH信号，空间光调制器形成全息图案并衍射参考光，从而可以生成三维图像。
然而，为了实现完整的全息显示方案，需要非常高分辨率的空间光调制器和非常高的数据吞吐量。近年来，为了减轻数据吞吐量和分辨率条件，已经提出了一种双目全息图方法，在其中仅提供与观察者的双眼相对应的可视区域的全息图像。例如，仅生成具有与观察者的左眼可视区域对应的视点的全息图像和具有与观察者的右眼可视区域对应的视点的全息图像，并且分别提供给观察者的左眼和右眼。在这种情况下，由于不需要生成剩余视点的全息图像，所以可以大大降低数据吞吐量，甚至当前商业化的显示设备也满足空间光调制器的分辨率条件。
另一方面，与用于液晶显示器(LCD)的背光单元(BLU)相比，全息显示器中使用的BLU使用高度相干的光。BLU使用光栅来保持从光管发出的光的相干性。然而，在全息显示装置中，从导光板发出的光可能导致条带图案，这会使图像质量劣化。
发明内容
提供一种背光单元，其提供减少的图像条带。
提供一种全息显示装置，其包括提供减少的图像条带的背光单元。
另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述明显，或者可以通过所给出的实施方式的实践而习知。
根据本公开的一方面，提供了一种背光单元，该背光单元包括：导光板；输入耦合器，配置为将光输入到导光板中；输出耦合器，配置为输出已经行进通过导光板的光；和均匀性改变元件，具有光入射表面和光出射表面，并且配置为通过光入射表面接收从导光板输出的光；改变从导光板接收的光的均匀性并通过光出射表面输出具有改变的均匀性的光。
均匀性改变元件可以进一步配置为提高光的均匀性。
均匀性改变元件还可以被配置为通过光出射表面上的多个不同的第二位置输出入射在光入射表面上的第一位置上的光。
均匀性改变元件可以进一步被配置为在均匀性改变元件内根据光的偏振而沿着多个不同的光行进路径传播光。
均匀性改变元件可以包括双折射材料。
均匀性改变元件还可以被配置为根据所施加的电信号改变所述多个不同的光行进路径。
均匀性改变元件可以包括：至少一个液晶层；第一电极，彼此间隔开并布置在所述至少一个液晶层的第一侧；和第二电极，布置在所述至少一个液晶层的第二侧并分别面对第一电极，其中所述至少一个液晶层在第一电极和第二电极之间，以及其中液晶层可以包括其折射率根据施加到相应的第一和第二电极的电信号而变化的液晶；和非线性材料，其图案根据所施加的电信号而改变。
背光单元还可以包括偏振转变元件，该偏振转变元件被配置为当从均匀性改变元件输出的光包括多个偏振光部分时，将所述多个偏振光部分转变为单个偏振光。
均匀性改变元件可以具有不均匀的厚度。
光出射表面可以包括：第一子光出射表面，平行于光入射表面并且具有相对于光入射表面的第一高度；第二子光出射表面，平行于光入射表面并且具有相对于光入射表面的第二高度，第二高度不同于第一高度；和第三子光出射表面，连接第一子光出射表面与第二子光出射表面并相对于光入射表面以一角度倾斜。
均匀性改变元件可以进一步被配置为将光的一部分传播通过第一子光出射表面，并且将光的剩余部分的至少一部分传播通过第二子光出射表面。
第三子光出射表面可以垂直于光入射表面。
光入射表面可以包括：第一子光入射表面，平行于光出射表面并且具有相对于光出射表面的第三高度；第二子光入射表面，平行于光出射表面并且具有相对于光出射表面的第四高度，第四高度不同于第三高度；第三光入射表面，连接第一子光入射表面与第二子光入射表面，并相对于光出射表面以一角度倾斜。
光的一部分可以入射在第一子光入射表面上并穿过第一子光入射表面，并且光的剩余部分的至少一部分可以入射在第二子光入射表面上并穿过第二子光入射表面。
均匀性改变元件可以包括：第一均匀性改变元件，配置为将光的均匀性改变为第一均匀性水平并且输出具有第一均匀性水平的光；第二均匀性改变元件，配置为将光的第一均匀性水平改变为第二均匀性水平，并输出具有第二均匀性水平的光，第一均匀性水平不同于第二均匀性水平。
入射在输入耦合器上的光可以是相干的。
当入射在输入耦合器上的光是点光时，输出耦合器可以输出线光。
根据本公开的另一方面，提供一种全息显示装置，该全息显示装置包括：光源，配置为发射光；导光板，配置为传播来自光源的光并将所传播的光输出到导光板外部；均匀性改变元件，配置为接收从导光板输出的光；改变从导光板接收的光的均匀性，并输出具有改变的均匀性的光；和空间光调制器，包括光入射表面和面向光入射表面的光出射表面，并配置成衍射从均匀性改变元件输出的光以产生全息图像。
均匀性改变元件可以被配置为通过光出射表面上的多个不同的第二位置输出入射在光入射表面的第一位置上的光。
均匀性改变元件可以具有不均匀的厚度。
第一均匀性改变元件的厚度可以与第二均匀性改变元件的厚度不同。
第一均匀性改变元件的光出射表面可以是第二均匀性改变元件的光入射表面。
根据本公开的另一方面，提供一种背光单元，该背光单元包括：导光板，配置为引导来自光源的光；输出耦合器，配置为输出传播通过导光板的光；均匀性改变元件，配置为接收从输出耦合器输出的光；通过改变所接收的光的传播方向，改变从输出耦合器接收的光的均匀性；并且输出具有改变的均匀性的光。
均匀性改变元件被配置为通过基于偏振特性将所接收的光分离成两个或更多个折射光来改变所接收的光的传播方向。
附图说明
从以下结合附图对实施方式的描述，这些和/或其它方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：
图1示出根据一实施方式的背光单元的示意性剖视图；
图2是示出根据一实施方式的在均匀性改变元件中的光行进路径的图；
图3A和图3B是示出根据一实施方式的均匀性改变元件的图，在该均匀性改变元件中光行进路径根据电信号而改变；
图4是示出根据一实施方式的具有不均匀厚度的均匀性改变元件的图；
图5是示出根据另一实施方式的具有不均匀厚度的均匀性改变元件的图；
图6示出了从不包括均匀性改变元件的背光单元发出的光的模拟结果，作为比较实施方式；
图7示出根据一实施方式的从包括均匀性改变元件的背光单元发射的光的模拟结果；
图8A至图8C示出根据入射在均匀性改变元件上的光的偏振特性的均匀性模拟结果；
图9示出根据另一实施方式的背光单元的图；
图10是示出根据另一实施方式的多个均匀性改变元件的图；
图11示出根据一实施方式的全息显示装置；和
图12示出根据另一实施方式的全息显示装置。
具体实施方式
现将详细参考实施方式，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这点上，本实施方式可以具有不同的形式且不应被解释为限于这里阐述的实施方式。因此，下面仅通过参考附图来描述实施方式以解释多个方面。在这里使用时，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或更多个的任何和所有组合。诸如“至少一个”的表述，当在一列元素之前时，修饰整列元素而不修饰该列中的个别元素。
在下文中，将参照附图详细描述根据实施方式的背光单元和包括该背光单元的全息显示装置。为了清楚和便于描述，附图中示出的层或区域的宽度和厚度可能被稍微夸大。通篇说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
在这里使用时，术语“包括”或“包含”等不应被解释为必须包括说明书中描述的各种元件或操作，并且可以不包括一些元件或操作，或者可以额外地包括其它元件或操作。
在下文中，所谓的“在……上方”或“在……上”可以不仅包括与顶部/底部/左/右接触，而且包括与顶部/底部/左/右不接触的那些。实施方式在这里被提供仅用于说明目的，现在将参考附图进行描述。
术语第一、第二等可用于描述各种元件，但是元件不应受术语限制。术语仅用于区分一个组件与另一个组件。
此外，说明书中描述的术语“部分”、“模块”等是指用于处理至少一个功能或操作的单元，其可以以硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。
图1示出根据一实施方式的背光单元100的示意性剖视图。参照图1，背光单元100可以包括：导光板110，配置为引导入射光L1；输入耦合器120，配置为使光进入导光板110；输出耦合器130，配置为将已经行进穿过导光板110的光发射到导光板110的外部；以及均匀性改变元件140，其调节从导光板110发出的光L2的均匀性。
导光板110可以允许入射光L1在其中行进并且可以发射其维度已经改变的调节后的光L2。例如，当入射光是点光时，导光板110可以将点光改变为线光并发射该线光。在一个或更多个实施方式中，当入射光是线光时，导光板110可以将线光改变为面光并发射该面光。
输入耦合器120可以放置在导光板110上并使入射光L1前进到导光板110中。输出耦合器130可以放置在导光板110上，并且可以将已经行进经过导光板110的调节后的光L2发射到导光板110外部。
导光板110可以包括透明材料并且可以通过全反射传播和引导光。入射在输入耦合器120上的入射光L1被输入耦合器120衍射，并且在导光板110的纵向方向上例如沿y方向行进经过导光板110。入射光L1可以垂直或倾斜地入射在输入耦合器120上。
输入耦合器120被示出放置在导光板110的上表面的边缘处，但是其位置不限于此。输入耦合器120可以放置在导光板110下面。输入耦合器120可以是衍射光学元件，其衍射和透射入射光L1的一部分。例如，输入耦合器120可以具有光栅结构。
在导光板110内部行进的光当中，入射在输出耦合器130上的光可以前进到导光板110的外部。从输出耦合器130发射的调节后的光L2可以在导光板110的纵向方向上被扩大。与输入耦合器120一样，输出耦合器130可以是衍射光学元件，其衍射和透射一些入射光L1。例如，输出耦合器130可以具有光栅结构。
入射在导光板110上的光的强度是固定的，并且可以改变入射在导光板110上的光的角度用于光束控制(beem steering)。从导光板110发出的调节后的光L2可以取决于入射在导光板110上的入射光L1的角度变化而具有黑色条带。上述条带可以指在调节后的光L2的某些区域中不存在光的情况。
根据一实施方式的背光单元100还可以包括均匀性改变元件140，其改变从导光板110发出的调节后的光L2的均匀性。均匀性改变元件140可以包括：光入射表面，来自导光板110的调节后的光L2入射在其上；以及光出射表面，已经行进到均匀性改变元件140中的入射光经过该光出射表面发出。光入射表面和光出射表面可以彼此相对地放置。均匀性改变元件140可以经过光出射表面的多个不同位置将入射在光入射表面上的一个位置处的调节后的光L2发出。因此，均匀性改变元件140可以将输入光的均匀性改变为高度均匀性。
图2是示出根据一实施方式的均匀性改变元件140中的光行进路径的图。如图2所示，入射光Li可以通过光入射表面11入射。在均匀性改变元件140a中，入射光Li根据取决于光的偏振特性而沿着多个不同的光行进路径前进。沿着不同的光行进路径行进的光可以在光出射表面12上的不同位置处发出。
均匀性改变元件140a可以包括取决于方向而具有不同折射率的晶体。因此，当光相对于均匀性改变元件140a的光轴倾斜地入射时，光根据偏振特性被分离成不同的折射光，并沿着不同的光行进路径前进。均匀性改变元件140a可以包括双折射材料。例如，均匀性改变元件140a可以包括方解石、石英、电气石、云母、霰石(aragonite)等。
由于入射在光入射表面11的一个位置处的入射光Li在光出射表面12的多个位置处作为多个光L01和L02被发射，所以均匀性改变元件140a可以改变，例如增加透射光的均匀性。光均匀性的改变程度可以由构成均匀性改变元件140a的材料确定。然而，实施方式不限于此。光的均匀性还可以取决于均匀性改变元件140a的厚度。例如，均匀性改变元件140的厚度可以在约5mm和约20mm之间。
当均匀性改变元件根据偏振来分离光的行进路径时，背光单元还可以包括将多个偏振光部分转变为一个偏振光的偏振转变元件(未示出)。偏振转变元件可以包括偏振器波片等。例如，偏振转变元件可以包括1/2波片、1/4波片等。例如，当光被分成彼此垂直的偏振光时，包括1/4波片的偏振转变元件可以以90度的角度旋转特定的偏振光。
均匀性改变元件可以是能够根据施加的电信号调节光行进路径的元件。
图3A和图3B是示出根据一实施方式的均匀性改变元件140b和140c的图，在该均匀性改变元件140b和140c中光路径根据电信号被改变。参考图3A，均匀性改变元件140b可以包括彼此间隔开的第一电极143a、分别面对第一电极143a布置的第二电极143b、以及包括在第一电极143a和第二电极143b之间的液晶(未示出)的液晶层144。根据一实施方式，第一电极143a布置在液晶层144的第一侧，第二电极143b布置在液晶层144的面对液晶层144的第一侧的第二侧。液晶层144中的液晶的折射率可以根据电信号而改变。因此，均匀性改变元件140可以被划分为具有不同折射率的多个区域，并且由于入射光Li的速度根据均匀性改变元件140的折射率而变化，所以入射光Li可以沿着不同的行进路径前进，导致光的均匀性的变化，并且具有均匀性的变化的光L0输出。
在一个或更多个实施方式中，如图3B所示，均匀性改变元件140c还可以包括几何相位层145。在几何相位层145中，多个非线性材料n可以形成图案，其可以根据入射光的偏振改变光的行进路径。非线性材料的图案可以通过施加到电极的电信号来确定。施加到非线性材料n以形成图案的电信号可以与用于改变折射率的电信号不同。可以施加第一电信号以在几何相位层145中形成图案，然后可以施加第二电信号以改变液晶层144的折射率。在施加第二电信号期间，光的均匀性可以通过光的透射被改变。在一个或更多个实施方式中，均匀性改变元件可以仅包括几何相位层145。也就是，可以不包括液晶层144。另外，在没有电极的情况下，仅具有图案的几何相位层可以用作均匀性改变元件。均匀性改变元件的均匀性可以通过改变其厚度而改变。均匀性改变元件可以包括双折射材料或单折射材料。
图4是示出根据一实施方式的具有不均匀厚度的均匀性改变元件140d的图。参考图4，均匀性改变元件140d可以具有光出射表面14，并且光出射表面14可以包括：第一子光出射表面14a，其平行于光入射表面13并且具有相对于光入射表面13的第一高度h1；和第二子光出射表面14b，其平行于光入射表面13并且具有不同于第一高度h1的第二高度h2。第一子光出射表面14a的第一高度h1和第二子光出射表面14b的第二高度h2之间的差可以根据入射光的波长而改变。例如，第一子光出射表面14a的第一高度h1和第二子光出射表面14b的第二高度h2之间的差可以小于光的波长。光出射表面14还可以包括第三子光出射表面14c，其连接第一子光出射表面14a和第二子光出射表面14b并相对于光入射表面13以一角度倾斜。第三子光出射表面14c可以垂直于光入射表面13放置。
通过光入射表面13进入的入射光Li可以在均匀性改变元件140d内部前进。作为入射光Li的一部分的第一子光Ln1可以通过第一子光出射表面14a发射，作为入射光Li的另一部分的第二子光Ln2可以进一步在均匀性改变元件140内部前进，以通过第二子光出射表面14b出射。第二子光Ln2可以以比第一子光Ln1更大的程度折射，并进一步前进以离开均匀性改变元件140。因此，入射在光入射表面13上的第一子光Ln1和第二子光Ln2之间的距离可以不同于前进以通过光出射表面14出射的第一子光Ln1和第二子光Ln2之间的距离，导致光Lo的均匀性的变化。光出射表面可以包括三个或更多个子光出射表面，其相对于光入射表面的高度不同。具有不同高度的光出射表面越多，光的均匀性越好。
图5是示出根据另一实施方式的具有不均匀厚度的均匀性改变元件140e的图。参考图5，光入射表面15可以包括：第一子光入射表面15a，其平行于光出射表面16并且具有相对于光出射表面16的第三高度h3；和第二子光入射表面15b，其平行于光出射表面16并且具有相对于光出射表面16的不同于第三高度h3的第四高度h4。第一子光入射表面15a的第三高度h3与第二子光入射表面15b的第四高度h4之间的差可以根据入射光Li的波长而改变。例如，第一子光入射表面15a的第三高度h3和第二子光入射表面15b的第四高度h4之间的差可以小于光波长。光入射表面15还可以包括第三子光入射表面15c，其连接第一子光入射表面15a和第二子光入射表面15b并相对于光出射表面16以一角度倾斜。第三子光入射表面15c可以垂直于光出射表面16放置。光入射表面可以包括三个或更多个子光入射表面，其相对于光出射表面的高度不同。具有不同高度的子光入射表面越多，光的均匀性越好。
穿过光入射表面15进入的入射光Li可以在均匀性改变元件140e内部前进。在穿过第一子光入射表面15a入射之后被折射的第一子光Ln1的行进距离不同于在穿过第二子光入射表面15b入射之后被折射的第二子光Ln2的行进距离。因此，穿过光入射表面15进入的第一子光Ln1和第二子光Ln2之间的距离不同于前进以经光出射表面16出射的第一子光Ln1和第二子光Ln2之间的距离，导致光Lo的均匀性不同。光出射表面可以包括三个或更多个子光出射表面，其相对于光入射表面的高度不同。具有不同高度的光出射表面越多，光的均匀性越好。
作为比较实施方式，图6示出了从不包括均匀性改变元件的背光单元发射的光的模拟结果。图7示出了根据一实施方式的从包括均匀性改变元件的背光单元发射的光的模拟结果。在结合图7说明的实施方式中使用的均匀性改变元件包括双折射材料。图6和图7示出了与不包括均匀性改变元件的背光单元的条纹图案相比，包括均匀性改变元件的背光单元的条纹图案是不清楚的。
图8A至图8C示出了根据入射在均匀性改变元件上的光的偏振特性的均匀性模拟结果。实施方式使用包括双折射材料的均匀性改变元件。图8A至图8C示出了当偏振光分别以0度、45度和90度的角度入射时的结果。x轴(也就是，横轴)是在与均匀性改变元件的厚度垂直的方向上的距离，也就是，在纵向方向上的距离。当入射光具有偏振特性时，均匀性改变元件改善了光的均匀性。
图9显示了示出根据另一实施方式的背光单元100a的图。与图1不同，图9的背光单元100a包括：多个均匀性改变元件，包括第一均匀性改变元件210和第二均匀性改变元件220。例如，均匀性改变元件200可以包括：第一均匀性改变元件210，配置为将入射光的均匀性改变为第一均匀性水平；第二均匀性改变元件220，配置为将入射光的第一均匀性水平改变为第二均匀性水平。第一均匀性改变元件210和第二均匀性改变元件220中的每个可以是均匀性改变元件140、140a、140b、140c、140d和140e中的任何一个。
图10是根据另一实施方式的包括多个均匀性改变元件的均匀性改变元件200a的图。如图10所示，均匀性改变元件200a可以包括第一均匀性改变元件230和第二均匀性改变元件240，其中第一均匀性改变元件230的厚度不同于第二均匀性改变元件240的厚度。尽管第一均匀性改变元件230和第二均匀性改变元件240具有不同的厚度，但是第一均匀性改变元件230和第二均匀性改变元件240的对应部分的厚度之和可以是恒定的。第一均匀性改变元件230的光出射表面可以是第二均匀性改变元件240的光入射表面。
第一均匀性改变元件230和第二均匀性改变元件240的界面18可以具有相对于第一均匀性改变元件230的光入射表面17的不均匀的高度，或者界面18可以具有相对于光出射表面19的不均匀的高度。界面18具有第一界面18a和第二界面18b，第一界面18a具有相对于第一均匀性改变元件230的光入射表面17的第一高度h1和相对于第二均匀性改变元件240的光出射表面19的第三高度h3，第二界面18b具有相对于第一均匀性改变元件230的光入射表面17的第二高度h2和相对于第二均匀性改变元件240的光出射表面19的第四高度h4。界面18还可以包括相对于第一均匀性改变元件230的光入射表面17和第二均匀性改变元件240的光出射表面19倾斜的第三界面18c。第三界面18c可以垂直于第一均匀性改变元件230的光入射表面17和第二均匀性改变元件240的光出射表面19。第一高度h1和第三高度h3之和可以与第二高度h2和第四高度h4之和相同。
入射在第一均匀性改变元件230上的光根据入射地(site)可以在光在第一均匀性改变元件230和第二均匀性改变元件240中行进时具有不同的传输距离。因此，入射光的相对位置关系不同于所发射的光的相对位置关系，导致光均匀性的变化。
图11示出根据一实施方式的全息显示装置300。
全息显示装置300可以包括：光源310，配置为提供相干光；背光单元320，配置为将入射的光改变为具有不同维度的光；以及空间光调制器350，配置为衍射从背光单元320发射的光以产生全息图像。
光源310可以提供相干光。光源可以包括激光二极管。然而，由于空间光调制器的衍射和调制，可以提供一定水平的空间相干性。因此，在实施方式中可以使用其它光源，只要发射具有一定水平的空间相干性的光。
光源310可以包括发射不同波长的光的多个光源。例如，光源310可以包括：发射第一波长带的光的第一光源；发射不同于第一波长带的第二波长带的光的第二光源；以及发射不同于第一和第二波长带的第三波长带的光的第三光源。第一波长带的光、第二波长带的光和第三波长带的光可以分别是红光、绿光和蓝光。背光单元320可以包括导光板和均匀性改变元件，该导光板配置成使由光源310发射的光前进，该均匀性改变元件配置成改变从导光板入射的光的光均匀性。背光单元320的导光板和均匀性改变元件可以与上面在各种实施方式中描述的相同，因此，将不再详细描述。在该实施方式中，已经单独描述了背光单元320和光源310。然而，背光单元320和光源310的配置可以不限于此。光源、导光板和均匀性改变元件可以被总称为背光单元。
配置为将由空间光调制器350产生的全息图像聚焦在给定空间上的场透镜340可以位于背光单元320和空间光调制器350之间。第一光束转向器330和第二光束转向器335可以设置为在两个维度上控制从背光单元320发出的光的行进方向。第一光束转向器330和第二光束转向器335可以根据观看者的瞳孔所处的位置来调节所发射的光的位置。例如，第一光束转向器330可以调节光的横向位置，第二光束转向器335可以调节光的纵向位置。第一光束转向器330和第二光束转向器335每个可以实现为例如液晶层或电润湿装置。
参考图11，场透镜340的位置被示出为位于第二光束转向器335和空间光调制器350之间，但不限于此。在一个或更多个实施方式中，场透镜340可以位于空间光调制器350的前面，即，场透镜340可以在光传播路径的方向上位于空间光调制器350之后。
在光源310和背光单元320之间可以进一步提供光束扩展器315。光束扩展器315可以通过准直来自光源310的点光而主要地扩展光。光束扩展器315可以包括，例如，准直透镜。当通过准直光而使光的发散角接近0度时，可以增强光的相干性。因此，由于通过光束扩展器315进行准直，所以光可以提供高质量的全息图像。
全息显示装置300还可以包括：眼睛跟踪传感器370，配置为识别观看者的位置；以及处理器360，配置为根据跟踪传感器370感测的位置来控制第一光束转向器330和第二光束转向器335。眼睛跟踪传感器370可以包括红外摄像机、可见光摄像机或各种其它传感器。
处理器360还可以控制光源310的操作。例如，处理器360可以以时间顺序的方式控制光的照射方向，使得全息图像以时间顺序的方式形成在观察者的左眼和右眼上。
根据实施方式的全息显示装置300可以以双目全息图方式向观看者的左眼LE和右眼RE提供具有不同视点的全息图像。例如，全息显示装置300将用于左眼的全息图像提供到观看者的左眼LE的可视区域，并且将用于右眼的全息图像提供到观看者的右眼RE的可视区域。与根据立体方法的左眼图像和右眼图像不同，由全息显示装置300提供的左眼全息图像和右眼全息图像可以均向观看者提供立体效果。左眼全息图像和右眼全息图像之间的唯一差别是视点。在立体方法中，当用于左眼的二维图像和用于右眼的二维图像分别在观看者的左眼和右眼中被识别时，通过利用双目视差来提供三维。因此，在立体方法中，左眼图像和右眼图像都不产生立体效果，并且大脑感知的深度与眼睛的焦点不匹配，使得观看者会感到疲劳。另一方面，全息显示装置300在空间位置，也就是，在观看者的左眼(LE)可视区域和右眼(RE)可视区域中形成左眼全息图像和右眼全息图像，大脑感知的深度与眼睛的焦点匹配，并且可以提供全视差。根据该实施方式的全息显示装置300仅提供双目视点。这是因为观看者仅利用左眼LE和右眼RE识别两个视点，因此，仅观看者可识别的视点信息被使用并且其它信息被去除，从而降低数据吞吐量。然而，根据各种实施方式的全息显示装置可以提供更多的视点。
在一个或更多个实施方式中，第一光束转向器330和第二光束转向器335可以控制全息图像的聚焦位置。换句话说，第一光束转向器330和第二光束转向器335可以控制左眼全息图像在该处被聚焦的左眼位置和右眼全息图像在该处被聚焦的右眼位置。每个观看者的左眼和右眼的独特间隔可以通过眼睛跟踪传感器370被感测，并且由于观看者的运动导致的左眼位置和右眼位置的变化可以被检测。根据感测到的信息，第一光束转向器330和第二光束转向器335可以控制光的行进方向。
第一光束转向器和第二光束转向器335中的任何一个可以是液晶偏转器，其衍射入射光从而产生以不同角度行进的两个光。当第一光束转向器330和第二光束转向器335中的一个在空间上将光分开以同时面向左眼和右眼时，可以不执行光源310的时序驱动。
场透镜340可以在给定空间上聚焦其行进方向已由第一光束转向器330和第二光束转向器335控制的光。场透镜340可以包括菲涅耳透镜、液晶透镜和全息光学元件。
其行进方向已由第一光束转向器330和第二光束转向器335控制的光穿过场透镜340入射在空间光调制器350上。空间光调制器350可形成具有干涉条纹的全息图案，用于调制入射光。通过在空间光调制器350中形成的全息图案，入射光被衍射和调制。因此，可以在预定空间位置处再现全息图像。
根据一实施方式的全息显示装置可以应用于例如移动电话。当用户通过使用眼睛跟踪传感器370和光束转向器观看移动电话的屏幕时，通过跟踪观看者的眼睛的位置的移动，可以根据眼睛的位置显示三维图像。
图12示出根据另一实施方式的全息显示装置400。
全息显示装置400可以包括：光源410，配置为提供相干光；背光单元420，配置为将入射的光改变为具有不同维度的光；以及空间光调制器450，配置为衍射从背光单元420发射的光以再现全息图像。光源410可以提供相干光。背光单元420与上述相同，并且这里将省略其详细描述。已经单独描述了背光单元420和光源410，但是实施方式不限于此。光源、导光板和均匀性改变元件可以被总称为背光单元。
配置成将由空间光调制器450再现的全息图像聚焦在给定空间上的场透镜440可以位于背光单元420和空间光调制器450之间。
光束扩展器415可以进一步设置在光源410和导光板之间。光束扩展器415可以通过准直来自光源410的点光而扩展光。
第一光束转向器418和第二光束转向器419可以进一步设置在光源410和背光单元420之间，以二维地控制光的行进方向。第一光束转向器418和
第二光束转向器419可以根据观察者的瞳孔的位置来调节所发射的光的位置。例如，第一光束转向器418可以调节光的横向位置，第二光束转向器419可以调节光的纵向位置。
全息显示装置400还可以包括：眼睛跟踪传感器470，配置为识别观看者的位置；以及处理器460，配置为根据眼睛跟踪传感器470感测的位置来控制第一光束转向器418和第二光束转向器419。
处理器460还可以控制光源410的操作。例如，处理器460可以以时间顺序的方式控制光的照射方向，从而以时间顺序的方式在观看者的左眼和右眼上形成全息图像。
参考图11和图12，光束转向器设置在不同的位置，并且具有相同名称的部件执行基本相同的功能和操作，因此这里将省略其详细描述。
根据实施方式的背光单元可以应用于全息显示器、移动电话、3D TV等。在根据一实施方式的全息显示装置中，光的均匀性通过背光单元被改善，并且条带(banding)可以减少。
已经参考结合附图说明的实施方式描述了用于全息显示装置的上述背光单元和包括该背光单元的全息显示装置。然而，提供这些实施方式用于说明的目的，并且本领域技术人员将理解，可以对实施方式进行各种改变和修改。因此，所公开的实施方式应该以说明性的而不是限制性的意义被考虑。本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由前面的描述限定，并且在其等同物范围内的所有差异应被解释为包括在本发明中。
应当理解，这里描述的实施方式应仅以描述性意义被考虑而不是为了限制的目的。通常应当认为每个实施方式内的特征或方面的描述可用于其它实施方式中的其它类似特征或方面。
尽管已经参考附图描述了一个或更多个实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由如以下权利要求书限定的精神和范围的情况下，可以在其上进行形式和细节上的各种改变。
本申请基于2018年11月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0136803号并要求其优先权，该韩国专利申请的内容通过引用被整体结合在此。

Claims (24)

1.一种背光单元，包括：
导光板；
输入耦合器，配置为将光输入到所述导光板中；
输出耦合器，配置为输出已经行进通过所述导光板的光；和
均匀性改变元件，具有光入射表面和光出射表面，并且配置为通过所述光入射表面接收从所述导光板输出的光；改变从所述导光板接收的光的均匀性并通过所述光出射表面输出具有改变的均匀性的光。
2.如权利要求1所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件还被配置为提高所述光的均匀性。
3.如权利要求1所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件还被配置为通过所述光出射表面上的多个不同的第二位置输出入射在所述光入射表面上的第一位置上的光。
4.如权利要求3所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件还被配置为在所述均匀性改变元件内部根据所述光的偏振而沿着多个不同的光行进路径传播所述光。
5.如权利要求3所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件包括双折射材料。
6.如权利要求4所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件还被配置为根据所施加的电信号改变所述多个不同的光行进路径。
7.如权利要求6所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件包括：
至少一个液晶层；
第一电极，彼此间隔开并布置在所述至少一个液晶层的第一侧；和
第二电极，布置在所述至少一个液晶层的第二侧并分别面对所述第一电极，其中所述至少一个液晶层位于所述第一电极和所述第二电极之间，以及
其中所述液晶层包括：液晶，其折射率根据施加到相应的第一和第二电极的电信号而改变；和非线性材料，其图案根据所施加的电信号而改变。
8.如权利要求1所述的背光单元，其中
所述背光单元还包括偏振转变元件，该偏振转变元件配置为当从所述均匀性改变元件输出的光包括多个偏振光部分时，将所述多个偏振光部分转变成单个偏振光。
9.如权利要求1所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件具有不均匀的厚度。
10.如权利要求9所述的背光单元，其中
所述光出射表面包括：
第一子光出射表面，平行于所述光入射表面并具有相对于所述光入射表面的第一高度；
第二子光出射表面，平行于所述光入射表面并具有相对于所述光入射表面的第二高度，所述第二高度不同于所述第一高度；和
第三子光出射表面，连接所述第一子光出射表面与所述第二子光出射表面，并相对于所述光入射表面以一角度倾斜。
11.如权利要求10所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件还被配置为使所述光的一部分传播通过所述第一子光出射表面，并且使所述光的剩余部分的至少一部分传播通过所述第二子光出射表面。
12.如权利要求10所述的背光单元，其中
所述第三子光出射表面垂直于所述光入射表面。
13.如权利要求9所述的背光单元，其中
所述光入射表面包括：
第一子光入射表面，平行于所述光出射表面并且具有相对于所述光出射表面的第三高度；
第二子光入射表面，平行于所述光出射表面并且具有相对于所述光出射表面的第四高度，所述第四高度不同于所述第三高度；和
第三光入射表面，连接所述第一子光入射表面与所述第二子光入射表面并相对于所述光出射表面以一角度倾斜。
14.如权利要求13所述的背光单元，其中
所述光的一部分入射在所述第一子光入射表面上并穿过所述第一子光入射表面，并且所述光的剩余部分的至少一部分入射在所述第二子光入射表面上并穿过所述第二子光入射表面。
15.如权利要求1所述的背光单元，其中
所述均匀性改变元件包括：
第一均匀性改变元件，配置为将所述光的均匀性改变为第一均匀性水平并输出具有所述第一均匀性水平的光；和
第二均匀性改变元件，配置为将所述光的所述第一均匀性水平改变为第二均匀性水平并输出具有所述第二均匀性水平的光，所述第一均匀性水平不同于所述第二均匀性水平。
16.如权利要求1所述的背光单元，其中
入射在所述输入耦合器上的光是相干的。
17.如权利要求1所述的背光单元，其中
当入射到所述输入耦合器上的光是点光时，所述输出耦合器输出线光。
18.如权利要求15所述的背光单元，其中所述第一均匀性改变元件的厚度不同于所述第二均匀性改变元件的厚度。
19.如权利要求15所述的背光单元，其中所述第一均匀性改变元件的光出射表面是所述第二均匀性改变元件的光入射表面。
20.一种全息显示装置，包括：
配置为发射光的光源；
导光板，配置为传播来自所述光源的光并将所传播的光输出到所述导光板的外部；
均匀性改变元件，配置为接收从所述导光板输出的光；改变从所述导光板接收的光的均匀性，并输出具有改变的均匀性的光；和
空间光调制器，包括光入射表面和面向所述光入射表面的光出射表面，并配置成衍射从所述均匀性改变元件输出的光以产生全息图像。
21.如权利要求20所述的全息显示装置，其中
所述均匀性改变元件配置为通过所述光出射表面上的多个不同的第二位置输出入射在所述光入射表面的第一位置上的光。
22.如权利要求20所述的全息显示装置，其中
所述均匀性改变元件具有不均匀的厚度。
23.一种背光单元，包括：
导光板，配置为引导来自光源的光；
输出耦合器，配置为输出通过所述导光板传播的光；和
均匀性改变元件，配置为接收从所述输出耦合器输出的光；通过改变所接收的光的传播方向而改变从所述输出耦合器接收的光的均匀性；以及输出具有改变的均匀性的光。
24.如权利要求23所述的背光单元，其中所述均匀性改变元件配置为通过基于偏振特性将所接收的光分离成两个或更多个折射光来改变所接收的光的传播方向。
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