CN116547597A - 具有fLCOS显示面板的光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种显示器(14)可包括照明光学器件(36)、硅上铁电液晶(fLCOS)面板(40)和波导(26)。该照明光学器件(36)可产生照明(38)，该照明由该fLCOS面板(40)调制以产生图像光(22)。该波导(26)可将该图像光(22)引导朝向窥眼箱(24)。该fLCOS面板(40)可包括铁电液晶(fLC)层(68)和背板(72)。为了最大化该fLCOS面板(40)的反射率并且因此最大化该显示器(14)的光学性能，该背板(72)可以是银背板或电介质镜背板。此外，该背板(72)可具有等于波长除以该fLC层(68)的双折射率的四倍的单元间隙(78)。为了进一步优化该显示器(14)的该光学性能，用于确定该单元间隙(78)的该波长可以是介于500nm和565nm之间的绿色波长。

Description

具有fLCOS显示面板的光学系统
本专利申请要求于2020年8月28日提交的美国临时专利申请号63/071,991的优先权，该美国临时专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本发明整体涉及光学系统，并且更具体地讲，涉及用于显示器的光学系统。
电子设备可包括向用户的眼睛呈现图像的显示器。例如，诸如虚拟现实和增强现实头戴式耳机之类的设备可包括具有允许用户观看显示器的光学元件的显示器。
设计设备诸如这些设备可能是有挑战性的。如果稍有不慎，用于显示内容的部件可能是难看且笨重的，可消耗过多电力，并且可能未表现出期望的光学性能水平。
发明内容
电子设备诸如头戴式设备可具有为用户产生图像的一个或多个近眼显示器。头戴式设备可以是一副虚拟现实眼镜，或者可以是增强现实头戴式耳机，其允许观察者观看计算机生成的图像和观察者周围环境中的真实世界对象两者。
显示器可包括显示模块和波导。显示模块可包括空间光调制器诸如硅上铁电液晶(fLCOS)显示面板和照明光学器件。照明光学器件可包括光源诸如产生照明光的发光二极管(LED)。照明光可被设置有线偏振并且可被透射到fLCOS显示面板。fLCOS显示面板可将图像数据(例如，图像帧)调制到照明光上以产生图像光。波导可将图像光引导朝向窥眼箱。
fLCOS显示面板可至少包括铁电液晶(fLC)层和背板。背板可通过fLC层接收照明光。背板可反射照明光作为图像光。为了最大化fLCOS显示面板的反射率并且因此最大化显示模块的光学性能，背板可以是银背板或电介质镜背板。在一些情况下，可使用银合金来改进稳定性。此外，fLCOS显示面板可具有等于波长除以fLC层的双折射率的四倍的单元间隙。为了进一步优化显示模块的光学性能，用于确定单元间隙的波长可以是介于500nm和565nm之间的绿色波长。
附图说明
图1是根据一些实施方案的具有显示器的例示性系统的图示。
图2是根据一些实施方案的用于具有显示模块的显示器的例示性光学系统的顶视图，该显示模块向波导提供图像光。
图3是根据一些实施方案的具有硅上铁电液晶(fLCOS)显示面板的例示性显示模块的顶视图。
图4是根据一些实施方案的例示性fLCOS显示面板的横截面侧视图。
图5是根据一些实施方案的作为例示性fLCOS显示面板的单元间隙的函数的铁电液晶(fLC)效率的曲线图。
图6是根据一些实施方案的具有带反射偏振器的偏振再循环结构的例示性光源的顶视图。
图7是根据一些实施方案的具有带反射偏振器和四分之一波片的偏振再循环结构的例示性光源的顶视图。
图8是根据一些实施方案的具有不同偏振再循环结构的光源的光学性能(作为入射角的函数的亮度)的曲线图。
图9是根据一些实施方案的具有图6和图7所示类型的偏振再循环结构的光源的光学性能(作为积分锥角的函数的效率改进)的曲线图。
图10是根据一些实施方案的具有完整偏振再循环结构的例示性光源的横截面侧视图。
图11和图12是根据一些实施方案的具有通过气隙与光源的发射区域分离的偏振再循环结构的例示性光源的横截面侧视图。
图13是根据一些实施方案的在陶瓷基底上具有完整偏振再循环结构的例示性光源的横截面侧视图。
图14是根据一些实施方案的示出例示性偏振再循环结构可如何由多个光源共享的横截面侧视图。
图15和图16是根据一些实施方案的具有与聚光透镜集成的偏振再循环结构的例示性光源的横截面侧视图。
图17是根据一些实施方案的可被设置有用于反射和透射来自光源的光的干涉涂层的例示性X板的顶视图。
图18是根据一些实施方案的示出偏振再循环结构可如何优化显示模块中的光源的光学性能(作为波长的函数的X板反射)的曲线图。
图19是根据一些实施方案的可由光源用来优化显示模块中的功耗的例示性照明序列的时序图。
图20是根据一些实施方案的在控制fLCOS显示面板以基于绿色-重度照明序列显示图像时可能涉及的例示性步骤的流程图。
图21是根据一些实施方案的在使用绿色-重度照明序列来控制光源时可能涉及的例示性步骤的流程图。
图22是根据一些实施方案的用于驱动fLCOS显示面板以补偿显示模块中的色差的例示性步骤的流程图。
图23是根据一些实施方案的CIE1931颜色空间曲线图，其示出了使用例示性绿色-重度照明序列来照亮fLCOS面板可如何修改由fLCOS面板产生的图像的色域。
图24是根据一些实施方案的具有空间像素移位结构的例示性显示器的顶视图，该空间像素移位结构增加在窥眼箱处提供的图像的有效分辨率。
图25是根据一些实施方案的具有角像素移位结构的例示性显示器的顶视图，该角像素移位结构增加在窥眼箱处提供的图像的有效分辨率。
图26是根据一些实施方案的图像光的像素的前视图，其示出了图24和图25所示类型的例示性像素移位结构可如何增加图像光的有效分辨率。
图27是根据一些实施方案的可用于驱动fLCOS显示面板的例示性驱动电压的时序图。
图28是根据一些实施方案的示出例示性fLCOS显示面板可如何由非方波驱动电压波形过驱动的时序图。
图29是根据一些实施方案的在基于温度传感器测量值来过驱动fLCOS显示面板时可能涉及的例示性步骤的流程图。
图30是根据一些实施方案的在基于帧历史信息来过驱动fLCOS显示面板时可能涉及的例示性步骤的流程图。
图31是根据一些实施方案的fLCOS性能(作为温度的函数的响应时间)的曲线图，其示出了基于温度传感器测量值来过驱动fLCOS显示面板可如何最小化fLCOS响应时间。
具体实施方式
图1中示出了一个例示性系统，其具有带有一个或多个近眼显示系统的设备。系统10可以是头戴式设备，其具有一个或多个显示器，诸如安装在支撑结构(壳体)20内的近眼显示器14。支撑结构20可具有一副眼镜(例如，支撑框架)的形状，可形成具有头盔形状的外壳，或者可具有用于帮助将近眼显示器14的部件安装和固定在用户的头部上或眼睛附近的其他配置。近眼显示器14可包括一个或多个显示模块诸如显示模块14A，以及一个或多个光学系统诸如光学系统14B。显示模块14A可安装在支撑结构诸如支撑结构20中。每个显示模块14A可发射光22(在本文中有时被称为图像光22)，使用光学系统14B中的相关联光学系统将该光朝窥眼箱24处的用户眼睛重定向。
可使用控制电路16来控制系统10的操作。控制电路16可包括用于控制系统10的操作的存储和处理电路。电路16可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路16中的处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、图形处理单元、专用集成电路以及其他集成电路。软件代码(指令)可存储在电路16中的存储器上，并且在电路16中的处理电路上运行，以实现用于系统10的操作(例如，数据采集操作、涉及使用控制信号调节部件的操作、产生图像内容以向用户显示的图像渲染操作等)。
系统10可包括输入输出电路诸如输入-输出设备12。输入-输出设备12可用于允许由系统10从外部装置(例如，拴系计算机、便携式设备(诸如手持设备或膝上型计算机)或其他电气装置)接收数据，并且允许用户向头戴式设备10提供用户输入。输入-输出设备12还可用于收集有关在其中操作的系统10(例如，头戴式设备10)的环境的信息。设备12中的输出部件可允许系统10向用户提供输出，并且可用于与外部电子装置通信。输入-输出设备12可包括传感器和其他部件18(例如，用于采集与系统10中的显示器上的虚拟对象数字地合并的真实世界对象的图像的图像传感器、加速度计、深度传感器、光传感器、触觉输出设备、扬声器、电池、用于在系统10和外部电子装置之间通信的无线通信电路等)。在本文中有时作为示例描述的一个合适布置中，部件18中的传感器可包括一个或多个温度(T)传感器19。温度传感器19可从系统10中的一个或多个位置收集温度传感器数据(例如，温度值)。如果需要，控制电路16可使用所收集的温度传感器数据来控制显示模块14A的操作。
显示模块14A(在本文中有时称为显示引擎14A、光引擎14A或投影仪14A)可包括反射式显示器(例如，具有产生照明光(该照明光从反射式显示面板反射以产生图像光)的光源的显示器，诸如硅上液晶(LCOS)显示器(例如，硅上铁电液晶(fLCOS)显示器)、数字微镜设备(DMD)显示器或其他空间光调制器)、发射式显示器(例如，微发光二极管(uLED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、基于激光的显示器等)或其他类型的显示器。其中显示模块14A包括fLCOS显示器的布置在本文中有时作为示例来描述。显示模块14A中的光源可包括uLED、OLED、LED、激光器、这些器件的组合或任何其他所需的发光部件。
光学系统14B可形成允许观察者(参见例如窥眼箱24处的观察者的眼睛)观察显示器14上的图像的透镜。可存在与用户的相应左眼和右眼相关联的两个光学系统14B(例如，用于形成左透镜和右透镜)。单个显示器14可为双眼产生图像，或者一对显示器14可用于显示图像。在具有多个显示器(例如，左眼显示器和右眼显示器)的配置中，可选择由光学系统14B中的部件形成的透镜的焦距和位置，使得显示器之间存在的任何间隙对于用户将是不可见的(例如，使得左显示器和右显示器的图像无缝地重叠或合并)。
如果需要，光学系统14B可包括部件(例如，光学组合器等)以允许来自真实世界图像或对象25的真实世界图像光与虚拟(计算机生成的)图像诸如图像光22中的虚拟图像在光学上组合。在这种类型的系统(有时称为增强现实系统)中，系统10的用户可查看真实世界内容和覆盖在真实世界内容之上的计算机生成的内容两者。基于相机的增强现实系统也可用于设备10中(例如，相机捕获对象25的真实世界图像并且将该内容与光学系统14B处的虚拟内容进行数字合并的布置)。
如果需要，系统10可包括无线电路和/或其他电路，以支持与计算机或其他外部装置(例如，向显示器14提供图像内容的计算机)通信。在操作期间，控制电路16可将图像内容提供给显示器14。可以远程接收该内容(例如，从耦接到系统10的计算机或其他内容源)和/或可以由控制电路16生成该内容(例如，文本、其他计算机生成的内容等)。由控制电路16提供给显示器14的内容可由窥眼箱24处的观察者观看。
图2是可在图1的系统10中使用的例示性显示器14的顶视图。如图2所示，显示器14可包括一个或多个显示模块诸如显示模块14A，以及光学系统诸如光学系统14B。光学系统14B可包括光学元件诸如一个或多个波导26。波导26可包括由光学透明材料诸如塑料、聚合物、玻璃等所形成的一个或多个层叠基底(例如，层叠平面和/或弯曲层，在本文中有时称为“波导基底”)。
如果需要，波导26还可包括一层或多层全息记录介质(在本文中有时称为“全息介质”、“光栅介质”或“衍射光栅介质”)，在该全息记录介质上记录一个或多个衍射光栅(例如，全息相位光栅，在本文中有时称为“全息图”)。全息记录可存储为光敏光学材料诸如全息介质内的光学干涉图案(例如，不同折射率的交替区域)。该光学干涉图案可产生全息相位光栅，当用给定光源照射该全息相位光栅时，该全息相位光栅衍射光以产生全息记录的三维重建。全息相位光栅可以是用永久干涉图案编码的不可开关的衍射光栅，或者可以是可开关的衍射光栅，其中可以通过控制施加到全息记录介质的电场来调制射光。如果需要，可在相同体积的全息介质内记录多个全息相位光栅(全息图)(例如，叠加在相同体积的光栅介质内)。全息相位光栅可为例如体积全息图或光栅介质中的薄膜全息图。光栅介质可包括光聚合物、明胶诸如重铬酸盐明胶、卤化银、全息聚合物分散液晶或其他合适的全息介质。
波导26上的衍射光栅可包括全息相位光栅诸如体积全息图或薄膜全息图、元光栅或任何其他所需的衍射光栅结构。波导26上的衍射光栅还可包括形成在波导26中的基底的一个或多个表面上的表面凹凸光栅、由金属结构的图案形成的光栅等。衍射光栅可例如包括在相同体积的光栅介质内至少部分重叠的多个复用光栅(例如，全息图)(例如，用于以一个或多个对应的输出角度衍射不同颜色的光和/或来自不同输入角度范围内的光)。
光学系统14B可包括准直光学器件诸如准直透镜34。准直透镜34可包括有助于将图像光22朝波导26定向的一个或多个透镜元件。为了清楚起见，准直透镜34被示为在图2中的显示模块14A的外部。一般来说，准直透镜34可完全在显示模块14A外形成、完全在显示模块14A内形成，或者准直透镜34中的一个或多个透镜元件可在显示模块14A中形成(例如，准直透镜34可包括显示模块14A内的透镜元件和显示模块14A外的透镜元件两者)。如果需要，可省略准直透镜34。如果需要，显示模块14A可安装在图1的支撑结构20内，而光学系统14B可安装在支撑结构20的部分之间(例如，以形成与窥眼箱24对准的透镜)。如果需要，可使用其他安装布置。
如图2所示，控制电路16可控制显示模块14A以生成与要向窥眼箱24(在该窥眼箱处)显示的图像内容(数据)相关联的图像光22。在图2的示例中，显示模块14A包括照明光学器件36和空间光调制器诸如fLCOS显示面板40(在本文中有时简称为fLCOS面板40)。
控制电路16可通过控制路径42耦合到照明光学器件36。控制电路16可通过控制路径44耦合到fLCOS面板40。控制电路16可通过控制路径42向照明光学器件36提供控制信号，该控制信号控制照明光学器件36以产生照明光38(在本文中有时称为照明38)。控制信号可例如控制照明光学器件36以使用对应的照明序列来产生照明光38。照明序列可涉及顺序地照亮照明光学器件36中的不同颜色的光源。在本文中有时作为示例描述的一个合适布置中，照明序列可以是绿色-重度照明序列。
照明光学器件36可使用照明光38来照亮fLCOS显示面板40。控制电路16可通过控制路径44向fLCOS显示面板40提供控制信号，该控制信号控制fLCOS显示面板40以调制照明光38以便产生图像光22。例如，控制电路16可向fLCOS显示面板40提供图像数据诸如图像帧。由fLCOS显示面板40产生的图像光22可包括由图像数据识别的图像帧。控制电路16可例如控制fLCOS显示面板40以向显示面板中的电极提供fLCOS驱动电压波形。如果需要，fLCOS驱动电压波形可被过驱动或欠驱动以优化显示模块14A的性能。虽然其中显示模块14A包括fLCOS显示面板40的布置在本文中被描述为示例，但一般而言，显示模块14A可包括任何其他期望类型的反射型显示面板(例如，DMD面板)、发射型显示面板等。
可使用准直透镜34(在本文中有时称为准直光学器件34)对图像光22进行准直。光学系统14B可用于将从显示模块14A输出的图像光22呈现到窥眼箱24。光学系统14B可包括一个或多个光学耦合器诸如输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30。在图2的示例中，输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30形成在波导26处或其上。输入耦合器28、交叉耦合器32和/或输出耦合器30可完全入在波导26的基底层内、可部分嵌入在波导26的基底层内、可安装到波导26(例如，安装到波导26的外表面)等。
图2的示例仅为例示性的。可省略这些耦合器中的一个耦合器或多个耦合器(例如，交叉耦合器32)。光学系统14B可包括相对于彼此横向和/或竖直堆叠的多个波导。每个波导可包括耦合器28、耦合器32和耦合器30中的一个耦合器、两个耦合器、全部耦合器或不包括这些耦合器。如果需要，波导26可为至少部分弯曲的或弯折的。
波导26可经由全内反射沿其长度向下引导图像光22。输入耦合器28可被配置为将图像光22从显示模块14A耦合到波导26中(例如，以一定角度以使得图像光可经由全内反射沿波导26向下传播)，而输出耦合器30可被配置为将图像光22从波导26内耦合到波导26外部并朝向窥眼箱24。如果需要，输入耦合器28可包括反射或透射输入耦合棱镜。作为示例，显示模块14A可沿+Y方向发射朝向光学系统14B的图像光22。
当图像光22撞击输入耦合器28时，输入耦合器28可重定向图像光22，使得该光在波导26内经由全内反射朝向输出耦合器30(例如，沿+X方向)传播。当图像光22撞击输出耦合器30时，输出耦合器30可将图像光22朝向窥眼箱24(例如，沿Y轴向后)离开波导26重新定向。例如，在交叉耦合器32形成在波导26处的场景中，交叉耦合器32可在图像光22沿波导26的长度向下传播时将该图像光重定向至一个或多个方向。以此方式，显示模块14A可通过从显示模块14A延伸通过准直透镜34、输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30的光学路径将图像光22提供到窥眼箱24。
输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30可基于反射光学器件和折射光学器件，或者可基于全息(例如，衍射)光学器件。在其中耦合器28、耦合器30和耦合器32由反射光学器件和折射光学器件形成的布置中，耦合器28、耦合器30和耦合器32可包括一个或多个反射器(例如，微镜、部分镜、装百叶窗镜、或其他反射器的阵列)。在耦合器28、耦合器30和耦合器32基于全息光学器件的布置中，耦合器28、耦合器30和耦合器32可包括衍射光栅(例如，体积全息图、表面凹凸光栅等)。
图3是显示模块14A的顶视图。如图3所示，显示模块14A可包括向fLCOS显示面板40提供照明光38的照明光学器件36。fLCOS显示面板40可将图像调制到照明光38上以产生图像光22。
照明光学器件36可包括一个或多个光源48，诸如第一光源48A、第二光源48B和第三光源48C。光源48可发射照明光52。照明光学器件36中的棱镜46(例如，X板)可组合由光源48中的每一者发射的照明光52以产生提供到fLCOS显示面板40的照明光38。在本文中有时作为示例描述的一个合适布置中，第一光源48A发射红色照明光52A(例如，光源48A可为红色(R)光源)，第二光源48B发射绿色照明光52B(例如，光源48B可为绿色(G)光源)，并且第三光源48C发射蓝色照明光52C(例如，光源48C可为蓝色(B)光源)。这仅是例示性的。通常，光源48A、48B和48C可分别发射任何期望波长频带(例如，可见波长、红外波长、近红外波长等)中的光。
照明光学器件36仅包括一个光源48A、一个光源48B和一个光源48C的布置在本文中有时作为示例进行描述。这仅是例示性的。如果需要，照明光学器件36可包括任何期望数量的光源48A(例如，光源48A的阵列)、任何期望数量的光源48B(例如，光源48B的阵列)和任何期望数量的光源48C(例如，光源48C的阵列)。光源48A、48B和48C可包括LED、OLED、uLED、激光器或任何其他期望的光源。其中光源48A、48B、48C为LED光源的布置在本文中作为示例进行描述。光源48A、48B和48C可由通过控制路径42从控制电路16(图2)接收的控制信号控制(例如，分开地/独立地控制)。控制信号可例如控制光源48A、48B和48C以使用对应照明序列来发射照明光52，在该对应照明序列中，光源中的一者或多者在任何给定时间发射照明光并且活动光源随时间推移进行循环。
照明光38可包括分别由光源48A、48B和48C发射的照明光52A、52B和52C。棱镜50可向fLCOS显示面板40提供照明光38。如果需要，诸如透镜元件、微透镜、偏振器、棱镜、分束器和/或漫射器(为了清楚起见在图3中未示出)的附加光学部件可光学地插置在光源48A-C和fLCOS显示面板40之间以帮助将照明光38从照明光学器件36引导到fLCOS显示面板40。
棱镜50可将照明光38引导到fLCOS显示面板40上(例如，引导到fLCOS显示面板40上的不同像素P*上)。控制电路16可通过控制路径44向fLCOS显示面板40提供控制信号，该控制信号控制fLCOS显示面板40以在每个像素位置处选择性地反射照明光38以产生图像光22(例如，具有如由fLCOS显示面板40调制到照明光上的图像的图像光)。例如，控制信号可将fLCOS驱动电压波形驱动到fLCOS显示面板40的像素上。棱镜50可将图像光22引导朝向图2的准直透镜34。
通常，fLCOS显示面板40对单线偏振的照明光进行操作。插置在光源48A-C和fLCOS显示面板40之间的光学路径上的偏振结构可将非偏振照明光转换成线性偏振照明光(例如，s偏振光或p偏振光)。偏振结构可例如光学地插置在棱镜50和fLCOS显示面板40之间、棱镜46和棱镜50之间、光源48A-C和棱镜46之间、光源48A-C内或其他地方。
如果fLCOS显示面板40中的给定像素P*被接通，则对应照明光可由显示面板的该像素在线偏振之间转换。例如，如果s偏振照明光38入射到给定像素P*上，则fLCOS显示面板40可反射s偏振照明光38以产生对应图像光22，该对应图像光在像素P*被接通时是p偏振的。类似地，如果p偏振照明光38入射到像素P*上，则fLCOS显示面板40可反射s偏振照明光38以产生对应图像光22，该对应图像光在像素P*被接通时是s偏振的。如果像素P*被关断，则像素不转换照明光的偏振，这防止照明光作为图像光22反射出fLCOS显示面板40。
图4是fLCOS显示面板40的横截面侧视图。为了清楚起见，在图4中示出了fLCOS显示面板40中的四个像素P*。一般而言，fLCOS显示面板40可包括以任何期望图案(例如，任何期望数量的行和列)布置的任何期望数量的像素P*。
如图4所示，fLCOS显示面板40可包括柔性印刷电路74(在本文中有时称为驱动器柔性电路74)。驱动器柔性电路74可层叠到基底76上。这仅为例示性的，并且如果需要，可省略基底76。例如，驱动器柔性电路74可承载用于驱动fLCOS显示面板40中的像素P*的控制路径44(图2)。
背板诸如背板72可层叠在驱动器柔性电路74上方。背板72可用作反射表面以用于将入射照明光38反射为对应图像光22。在一些场景中，背板72是由铝金属制成的铝背板。然而，在实践中，由铝形成背板72可限制fLCOS显示面板40的总体反射性能，由此限制显示模块14A的总体光学性能和效率。
为了增加背板72的反射率，背板72可由银或银合金形成(例如，背板72可以是银背板或银合金背板)。例如，由银形成背板72可将fLCOS显示面板40的介质中的反射量从约86％(在背板72由铝形成的场景中)增加到高达约97％。例如，由银合金形成背板72可优化系统的稳定性。在另一个合适布置中，背板72可以是电介质镜背板。相对于使用铝背板的场景，由电介质镜形成背板72还可增加fLCOS显示面板40的反射率。
配向层诸如聚酰亚胺配向层70可层叠在背板72上。铁电液晶(fLC)层诸如fLC层68可层叠在聚酰亚胺配向层70上。附加的聚酰亚胺配向层66可层叠在fLC层68上。聚酰亚胺配向层70和66可例如用于在fLC层68的上表面和下表面处对fLC层68中的fLC分子进行配向。
电极层诸如电极层64可层叠在聚酰亚胺配向层66上。例如，电极层64可包括氧化铟锡(ITO)迹线或折射率匹配的氧化铟锡(IMITO)迹线。例如，电极层64可接收fLCOS驱动电压波形，该fLCOS驱动电压波形控制fLCOS显示面板40中的每个像素P*的状态(例如，当像素被接通时反射第一偏振的入射照明光38作为第二偏振的对应图像光22，并且当像素被关断时反射具有第一偏振的照明光38，由此防止反射光作为图像光22传递到图2的波导26)。
覆盖层诸如覆盖玻璃62可层叠在电极层64上(例如，电极层64可被图案化到覆盖玻璃62的下表面上)。任选的抗反射涂层60可层叠在覆盖玻璃62上以最小化覆盖玻璃62的上表面处的反射。如图4所示，照明光38可穿过抗反射涂层60、覆盖玻璃62、电极层64、聚酰亚胺配向层66和fLC层68。照明光38可从背板72反射(例如，当对应像素P*被接通时作为图像光22)。然后，图像光22可穿过fLC层68、聚酰亚胺配向层66、电极层64、覆盖玻璃62和抗反射涂层60，然后到达图2的波导26。
fLC层68可具有对应双折射率Δn。fLC层68可具有厚度78。厚度78在本文中有时可称为单元间隙78。通常，可选择单元间隙78以优化fLCOS显示面板40在特定波长下的光学效率。这可通过将单元间隙78选择为近似等于λ/(4Δn)(例如，在其5％内)来执行，其中λ是针对其优化光学效率的真空波长并且“/”是除法运算符。
图5是作为单元间隙78的函数的fLC显示面板40的光学效率的曲线图。如图5所示，曲线80绘制了fLC显示面板40在蓝色波长下(例如，在诸如450nm的蓝色波长下)的效率。曲线82绘制了fLC显示面板40在绿色波长(例如，诸如532nm的绿色波长)下的效率。曲线84绘制了fLC显示面板40在红色波长(例如，诸如633nm的红色波长)下的效率。
在一些场景中，单元间隙78可被选择为具有量值G1(例如，对应于曲线80和82的交叉点的单元间隙)。这可用于优化fLC显示面板40针对蓝色波长和绿色波长两者的效率。然而，fLCOS显示面板40的光学性能可通过将单元间隙78增加(如箭头86所示)到量值G2(例如，对应于曲线82的峰值的单元间隙)来进一步优化。通过将单元间隙78选择为具有量值G2，可针对绿色波长优化fLC显示面板40的光学效率。相对于单元间隙78具有量值G1的场景，这可用于响应于照明光38而增加fLCOS显示面板40总光学效率。
换句话说，当图4的单元间隙78被选择为等于λG/(4Δn)时，fLC显示面板40的光学效率可被优化，其中λG是真空波长诸如绿色波长，作为示例为526nm、介于520nm和530nm之间、介于510nm和540nm之间、介于500nm和565nm之间、小于565nm、小于550nm、小于540nm、小于530nm、大于500nm、大于510nm或大于520nm。作为一个示例，以此方式配置单元间隙78可将单元间隙78的量值从约620nm的量值G1增加到约706nm的量值G2。相对于单元间隙78具有量值G1的场景，这可用于将fLC层68的光学效率并且因此将fLCOS显示面板40的光学效率增加多达5％。图5的示例仅为例示性的。曲线80-84在实践中可具有其他形状。
通常，光源48A-C(图3)的光发射部分发射非偏振照明光。非偏振照明光被转换为单线偏振(例如，s偏振光或p偏振光)以便被fLCOS显示面板40反射为图像光22。然而，如果不小心，将非偏振光转换成单线偏振光可防止多达一半的发射的照明光被转换成图像光22，由此限制显示模块14A的整体光学效率。如果需要，光源48A-C可包括偏振再循环结构，其增加被转换为图像光22的发射的照明光的量，由此最大化显示模块14A的光学效率。
图6是具有偏振再循环结构的例示性光源48的顶视图。例如，图6的光源48可以是诸如图3的光源48A、光源48B或光源48C的光源。其中光源48为LED光源的布置在本文中作为示例进行描述。这仅是例示性的，并且一般而言，光源48可以是任何期望类型的光源。
如图6所示，光源48可包括反射器和接触层92。光源48可包括LED管芯，诸如层叠在反射器和接触层92上的LED管芯90。光源48还可包括偏振再循环结构诸如偏振再循环结构93。在图6的示例中，偏振再循环结构93包括反射偏振器诸如与LED管芯90重叠的反射偏振器96以及偏振器诸如与反射偏振器96重叠的偏振器94(例如，反射偏振器96可光学地插置在偏振器94和LED管芯90之间)。偏振再循环结构93可例如光学地插置在图3的LED管芯90和棱镜46之间。
偏振器94可透射单线偏振的光并同时阻挡其他偏振的光。其中偏振器94透射s偏振光并同时阻挡其他偏振的光的示例在本文中作为示例进行描述。这仅是例示性的，并且在另一种合适的布置中，偏振器94可透射p偏振光。
如图6所示，当光源48为活动的时，LED管芯90可发射非偏振照明光，如箭头98所示(例如，响应于通过图2的控制路径42从控制电路16接收的控制信号)。在反射偏振器96被省略的场景中，偏振器94用于使来自照明光的s偏振光通过(例如，作为提供给图3的棱镜46的照明光52)，同时阻挡其他偏振。这可防止多达一半的发射的非偏振光传递到棱镜46并因此传递到fLCOS显示面板40(图3)。偏振再循环结构93可用于使原本将不由偏振器94透射的光的偏振再循环直到至少一些再循环光穿过偏振器94作为照明光52，由此增加显示模块的总光学效率。
反射偏振器96可以是例如线栅偏振器(WGP)、反射偏振膜或涂层、胆甾型液晶(LC)层、或透射第一偏振的光并同时反射第二偏振的光的其他结构。如箭头100所示，反射偏振器96可透射由偏振器94透射的相同偏振的光(例如，反射偏振器96可透射s偏振光)。该光可穿过偏振器94作为提供给图3的棱镜46的照明光52的一部分。同时，反射偏振器96可反射未由偏振器94透射的其他偏振的光。
例如，如箭头102所示，反射偏振器96可反射来自LED管芯90所发射的非偏振光的p偏振光。由反射偏振器96反射的p偏振光可从反射器和接触层92反射，如箭头104所示。与箭头102相关联的p偏振光中的一些可在穿过LED管芯90并且从反射器和接触层92反射的过程中被转换为s偏振光。该s偏振光可由反射偏振器96和偏振器94透射作为照明光52的一部分(例如，如箭头106所示)。同时，与箭头104相关的p偏振光可反射回到反射器和接触层92，如箭头108所示。光可继续在反射偏振器96与反射器和接触层92之间反射(例如，无限次)，其中针对每次反射(反弹)，反射光中的s偏振光穿过反射偏振器96和偏振器94(例如，作为照明光52的一部分)。每次反弹可向照明光52贡献更多的s偏振光，由此增加由光源48发射的作为照明光38(图3)传递到棱镜46和fLCOS显示面板40的光的总量。相对于其中省略反射偏振器96的场景，这可用于增加显示模块的总光学效率。
为了进一步增加显示模块的光学效率，偏振再循环结构93可包括四分之一波片。图7是示出偏振再循环结构93可如何包括四分之一波片(QWP)的图。如图7所示，偏振再循环结构93可包括四分之一波片诸如四分之一波片120。四分之一波片120可光学地插置在反射偏振器96和LED管芯90之间。
如图7的箭头122所示，由LED管芯90发射的非偏振光可穿过四分之一波片120到达反射偏振器96。反射偏振器96可透射由偏振器94透射的相同偏振的光(例如，反射偏振器96可透射s偏振光)。如箭头124所示，该s偏振光可穿过偏振器94作为照明光52的一部分。同时，反射偏振器96可将p偏振光反射回四分之一波片120，如箭头126所示。
四分之一波片120可将由反射偏振器96反射的p偏振光转换成透射到反射器和接触层92的右旋圆偏振(RHCP)光，如箭头128所示。由四分之一波片120透射的RHCP光可从反射器和接触层92反射作为左旋圆偏振(LHCP)光，如箭头130所示。四分之一波片120可将与箭头130相关联的LHCP光转换成s偏振光。如箭头132所示，由四分之一波片120透射的s偏振光可穿过反射偏振器96和偏振器94以形成照明光52的一部分。相对于其中省略波片120的场景，在偏振再循环结构93中包括四分之一波片120可用于增加被转换成照明光52的发射光的量(例如，因为与箭头130相关联的LHCP光被转换成s偏振光而不需要在反射偏振器96与反射器和接触层92之间的附加反射)。相对于偏振再循环结构93不包括四分之一波片120(例如，如图6所示)的场景，这可用于增加显示模块的总光学效率。如果需要，四分之一波片120可具有分别针对每个RGB LED优化的延迟值。例如，对于红色光源48A(图3)，延迟值dΔn可近似为λR/4，其中λR是红色光源48A的峰值波长。如果需要(例如，因为反射偏振器96输出线性偏振光)，可从如本文所述的偏振再循环结构93中省略偏振器94。
图8和图9是示出偏振再循环结构93可如何优化显示模块14A的光学性能的曲线图。在图8中，横轴绘制了入射角(以度为单位)并且纵轴绘制了由光源48产生的照明光52的亮度。图8的曲线140绘制了在其中省略偏振再循环结构93的场景(例如，其中仅诸如偏振器94的偏振器用于将LED管芯90发射的非偏振光转换成用于由fLCOS显示面板反射的偏振光的场景)中的作为入射角的函数的亮度。
曲线142绘制了针对图6的示例的作为入射角的函数的亮度，其中光源48包括具有反射偏振器94的偏振再循环结构93。曲线144绘制了针对图7的示例的作为入射角的函数的亮度，其中光源48包括具有反射偏振器94和四分之一波片120两者的偏振再循环结构93。如曲线142和144所示，偏振再循环结构93可增加光源48在所有入射角上的亮度。包括四分之一波片120可例如进一步增加光源48的亮度。
在图9中，横轴绘制了积分锥角并且纵轴绘制了相对于其中省略偏振再循环结构93的场景(例如，其中仅诸如偏振器94的偏振器用于将LED管芯90发射的非偏振光转换成用于由fLCOS显示面板反射的偏振光的场景)的由显示模块获得的光学效率改进。
图9的曲线146绘制了针对图6的示例的效率改进，其中光源48包括具有反射偏振器96的偏振再循环结构93。曲线148绘制了针对图7的示例的效率改进，其中光源48包括具有反射偏振器96和四分之一波片120两者的偏振再循环结构93。如曲线148和146所示，相对于其中省略偏振再循环结构93的场景，偏振再循环结构93可增加显示模块14A针对所有积分锥角的效率。如曲线148所示，在偏振再循环结构93中包括四分之一波片120可进一步增加显示模块14A的光学效率，特别是在较大积分锥角下。图8和图9的示例仅是例示性的。曲线140-148在实践中可具有其他形状。
偏振再循环结构93可以任何期望的方式光学地插置在LED管芯90和棱镜46之间(图3)。图10是示出偏振再循环结构93可如何集成在光源48内的一个例示性示例的横截面侧视图。如图10所示，光源48可包括层叠在LED管芯90上的基底诸如图案化蓝宝石基底(PSS)150。偏振再循环结构93可层叠在PSS 150上。
在另一个合适的布置中，偏振再循环结构93可通过气隙与PSS 150分离。图11是示出在其中偏振再循环结构93包括线栅偏振器的示例中的偏振再循环结构93可如何通过气隙与PSS 150分离的横截面侧视图。
如图11所示，光源48中的偏振再循环结构93可通过气隙168与PSS 150分离。偏振再循环结构93可包括通过气隙168与PSS 150分离的基底诸如玻璃层162(在本文中有时称为覆盖玻璃层162)。在另一个合适的布置中，如果需要，层162可包括蓝宝石或其他光学透明材料。偏振再循环结构93可包括图案化到玻璃层162的面向PSS 150的表面上的线栅偏振器诸如线栅偏振器164(例如，形成图6和图7的反射偏振器96的线栅偏振器)。如果需要，玻璃层162的相对表面可由任选的抗反射层(涂层)166覆盖。如果需要，PSS 150可在PSS 150的气隙168处的表面上包括纹理化表面特征(例如，表面粗糙度)160。相对于其中纹理化表面特征160被省略的场景，纹理化表面特征160可例如增加光提取效率和/或改进光源48的通过玻璃层162的发射均匀性。
其中反射偏振器包括线栅偏振器164的图11的示例仅是例示性的。在另一个合适的布置中，反射偏振器可包括反射偏振膜。图12是示出在其中偏振再循环结构93包括反射偏振膜的示例中的偏振再循环结构93可如何通过气隙与PSS 150分离的横截面侧视图。
如图12所示，偏振再循环结构93可包括反射偏振膜170。反射偏振膜170可通过气隙168与PSS 150分离。反射偏振膜170可形成图6和图7的反射偏振器96。任选的抗反射层(涂层)169可层叠到反射偏振膜170的面向PSS 150的表面上。在其中偏振再循环结构93包括四分之一波片120(图7)的示例中，四分之一波片120可层叠到反射偏振膜170的底表面上(例如，四分之一波片120可插置在反射偏振膜170与抗反射层169或PSS 150之间)。
反射偏振膜170可通过粘合剂层172粘附到玻璃层162。作为示例，粘合剂层172可包括光学透明粘合剂、压敏粘合剂或其他粘合剂。如果需要，可省略抗反射层166和169中的一者或两者。在光源48中包括气隙168可例如允许在反射偏振器(例如，图11的线栅偏振器164或图12的反射偏振膜170)与LED管芯90之间保持固定距离(例如，200微米或更小、100微米或更小等的距离)。
如果需要，在光源48包括气隙168的场景中，LED管芯90和偏振再循环结构93可被集成到陶瓷基底上的单个LED封装中。图13是示出LED管芯90和偏振再循环结构93可如何集成到陶瓷基底上的单个LED封装中的横截面侧视图。
如图13所示，光源48可包括安装到基底诸如陶瓷基底184的LED芯片180。如果需要，可使用其他材料来形成基底184。例如，LED芯片180可包括图6、图7和图10至图12的LED管芯90以及反射器和接触层92。PSS 150可层叠在LED芯片180上。在图13的示例中，偏振再循环结构93包括层叠在玻璃层162的底表面上的粘合剂层172、反射偏振膜170和抗反射层169。这仅是例示性的，并且在另一个合适的布置中，偏振再循环结构93可包括图11的线栅偏振器164。如果需要，可省略抗反射层169。
光源48可包括将玻璃层162耦合到陶瓷基底184的间隔件和密封剂182(例如，围绕偏振再循环结构93和芯片180的横向外围)。间隔件和密封剂182可将玻璃层162保持在芯片180上方的适当位置，使得偏振再循环结构93通过气隙168与PSS 150分离。
图6、图7和图10至图13的偏振再循环结构93可用于覆盖单个光源48。在另一个合适的布置中，相同的偏振再循环结构93可由多个光源48共享。图14是示出多个光源48可如何共享相同偏振再循环结构93的横截面侧视图。
如图14所示，多个光源48(例如，发射相同颜色的光并且以阵列布置的多个光源48)可共同形成光源组199(在本文中有时被称为光源阵列199)。例如，光源组199中的光源48可以一维阵列图案或以二维阵列图案布置。光源组199中的每个光源48可产生对应照明光52(例如，要提供给图3的棱镜46的偏振照明光)。
光源组199中的每个光源48可包括安装到公共(共享)基底诸如硅基底200的对应发射器198。硅基底200可例如是驱动发射器198以发射非偏振照明光(例如，基于通过图2的控制路径42从控制电路16接收的控制信号)的硅驱动器。光源组199中的发射器198可共同形成用于光源组199的发射器阵列196。例如，发射器阵列196中的每个发射器198可包括图6、图7和图10至图12的对应LED管芯90以及反射器和接触层92(例如，图13的对应LED芯片180)。
如图14所示，相同基底诸如蓝宝石基底194可层叠在光源组199中的每个发射器198上。类似地，相同偏振再循环结构93可层叠在光源组199中的每个发射器198上。间隔件和密封剂192可通过气隙168将偏振再循环结构93与蓝宝石基底194分离。在图14的示例中，偏振再循环结构93包括层叠在玻璃层162的底表面上的粘合剂层172、反射偏振膜170和抗反射层169。这仅是例示性的，并且在另一个合适的布置中，偏振再循环结构93可包括图11的线栅偏振器164。如果需要，可省略抗反射层169和/或抗反射层166。
如果需要，光源48可包括聚光透镜。在这些布置中，如果需要，偏振再循环结构93可与聚光透镜集成。图15和图16是示出光源48可如何包括与聚光透镜集成的偏振再循环结构93的横截面侧视图。
如图15所示，光源48可包括安装到基底211的LED发射区域214。基底211可例如包括图13的陶瓷基底184。LED发射区域214可包括图13的LED芯片180和PSS 150、图6、图7和图10至图12的PSS 150、LED管芯90以及反射器和接触层92等。光源48可包括与LED发射区域214重叠的透镜诸如聚光透镜210。偏振再循环结构93可层叠到聚光透镜210的底(例如，平面)表面上。间隔件和密封剂182可通过气隙168将偏振再循环结构93与LED发射区域214分离。聚光透镜210可帮助聚焦和/或重定向由光源48产生的照明光52。
其中间隔件和密封剂182与偏振再循环结构93覆盖聚光透镜210的整个底表面的图15的示例仅是例示性的。在另一合适的布置中，偏振再循环结构93可仅覆盖聚光透镜210的与LED发射区域214重叠的部分，如图16所示。在此示例中，间隔件和密封剂182可将聚光透镜210的底表面与基底211分离，使得偏振再循环结构93通过气隙168与LED发射区域214分离。
在图15和图16的示例中，偏振再循环结构93包括层叠到聚光透镜210的底表面上的粘合剂层172和反射偏振膜170。这仅是例示性的，并且如果需要，偏振再循环结构93可包括图11的线栅偏振器164或任何其他期望的结构。如果需要，图7的四分之一波片120可层叠到反射偏振膜170的底表面上或者可以其他方式光学地插置在图11至图16的任何示例中的反射偏振膜与LED发射区域之间。如果需要，光源48可包括用于产生偏振照明光52的其他结构。
在将照明光52传递到图17的棱镜46之前使照明光52偏振可用于优化显示模块的光学性能。例如，如图17的俯视图所示，照明光学器件36中的棱镜46可包括由与第二部分反射器222相交的第一部分反射器220形成的X板。第一部分反射器220可包括涂层224。第二部分反射器222可包括涂层226。涂层224和226在本文中有时可被称为材料界面，并且可包括层压干涉膜、用作光束组合器的衍射元件、或其他类型的涂层或材料界面。虽然棱镜46在本文中有时称为棱镜(例如，其中较小棱镜耦合在X板中的部分反射器中的每一者之间)，但如果需要，棱镜46可仅包括由部分反射器220和222形成的X板而不会还包括部分反射器之间的棱镜(例如，棱镜46可为不具有任何棱镜的X板)。
涂层224和226可以是波长选择性滤光器，其配置部分反射器220和222以反射对应波长的照明光并同时透射其他波长的光。例如，涂层226可配置部分反射器222以反射由光源48A产生的波长的照明光(例如，红色照明光52A)，同时透射由光源48B和48C产生的波长的照明光。涂层224可配置部分反射器220以反射由光源48C产生的波长的照明光(例如，蓝色照明光52C)，同时透射由光源48A和48B产生的波长的照明光。由光源48B透射的照明光(例如，绿色照明光52B)可由部分反射器220和222透射而不被反射。以此方式，X板(例如，棱镜46)可充当组合照明光52A、52B和52C以产生照明光38的光束组合器。
照明光52A-C可以是偏振照明光(例如，如由图6、图7和图10至图16的偏振再循环结构93产生的偏振照明光)。因此，由棱镜46产生的照明光38将具有与照明光52A-C相同的偏振。例如，在照明光穿过棱镜46之前使照明光52A-C偏振可用于优化照明光38的光谱性能。
图18是示出在照明光通过棱镜46之前使照明光52A-C偏振可如何用于优化照明光38的光谱性能的曲线图。图18的横轴绘制波长(例如，以nm为单位)并且图18的纵轴绘制由棱镜46执行的反射的量(例如，其中0％反射对应于由棱镜46透射照明光的全部，并且100％对应于由棱镜46反射照明光的全部)。
图8的曲线230绘制了在其中照明光52C为非偏振的场景中的由光源48C发射的照明光52C(例如，蓝色照明光)通过棱镜46的反射。曲线232绘制了在照明光52A为非偏振的场景中的由光源48A发射的照明光52A(例如，红色照明光)通过棱镜46的反射。如曲线230所示，当波长增加时，部分反射器220和涂层224(图17)在反射非偏振蓝色光时可表现出相对浅的滚降。类似地，如曲线232所示，当波长减少时，部分反射器222和涂层226在反射非偏振红光时可表现出相对浅的滚降。
曲线234绘制了在其中照明光52C被偏振(例如，通过图6、图7和图10至图16的偏振再循环结构93)的场景中的由光源48C发射的照明光52C(例如，蓝色照明光)通过棱镜46的反射。曲线236绘制了在其中照明光52A被偏振(例如，通过图6、图7和图10至图16的偏振再循环结构93)的场景中的由光源48A发射的照明光52A(例如，红色照明光)通过棱镜46的反射。
如曲线234和箭头238所示，向棱镜46提供偏振蓝色照明光可致使部分反射器220和涂层224随着波长增加而在反射蓝色光方面表现出比在其中向棱镜46提供非偏振蓝色光的场景中更陡的滚降。类似地，如曲线236和箭头240所示，向棱镜46提供偏振红色照明光可致使部分反射器222和涂层226随着波长减少而在反射红色光方面表现出比在其中向棱镜46提供非偏振红色光的场景中更陡的滚降。例如，这可用于优化由棱镜46输出的照明光38的光谱响应。图18的示例仅是例示性的。曲线230-236在实践中可具有其他形状。一般来说，棱镜46可组合任何期望波长的照明光52以产生提供到图3的fLCOS显示面板40的照明光38。
一般而言，光源48中的LED的效率可取决于用于驱动LED的电流密度。此外，不同颜色的LED在不同电流密度下表现出峰值LED效率。在实践中，光源48B中的LED诸如绿色LED可在比红色LED(例如，在光源48A中)和/或蓝色LED(例如，在光源48C中)更低的电流密度下达到峰值LED效率。为了减小显示模块14A的总功耗，光源48B因此可通过比光源48A和/或48C更低的电流密度来驱动。
照明光学器件36中的光源48A-C可使用对应的照明序列来驱动。照明序列可指定每个光源48被激活以产生照明光38的顺序。在一些场景中，照明方案是RGBRGB照明方案。然而，如果不小心，在减小用于驱动光源48B的电流密度时使用RGBRGB照明方案来驱动光源48可致使照明光38在绿色波长下表现出较小的总亮度。这可导致在窥眼箱24(图2)处产生的图像中的难看的颜色和亮度不平衡。为了在以减小的电流密度驱动光源48B时减轻这些问题，可使用绿色-重度照明序列来驱动光源48A-C。
图19是可用于驱动光源48A-C的例示性照明序列的时序图。如图19所示，在一些场景中，RGBRGB照明序列250可用于驱动光源48A-C。RGBRGB照明序列250可涉及在任何给定时间的光源48A-C中的仅一者的顺序激活。
在RGBRGB照明序列250下，对于给定图像帧，红色光源48A可在第一时间段(时隙)252内为活动的，在该第一时间段期间红色光源48A发射图3和图17的红色(R)照明光52A(例如，如使用图6、图7和图10至图16的偏振再循环结构93来偏振的照明光)。绿色光源48B和蓝色光源48C在第一时间段252期间可以是不活动的(例如，绿色光源48B和蓝色光源48C在第一时间段252期间可不发射任何照明光)。绿色光源48B可在后续的第二时间段252为活动的，在该第二时间段期间，绿色光源48B发射绿色(G)照明光52B。红色光源48A和蓝色光源48C在第二时间段252期间可以是不活动的(例如，红色光源48A和蓝色光源48C在第二时间段252期间可不发射任何照明光)。蓝色光源48C可在后续的第三时间段252期间为活动的，在该第三时间段期间，蓝色光源48C发射蓝色(B)照明光52C。红色光源48A和绿色光源48B第三时间段252期间可以是不活动的(例如，红色光源48A和绿色光源48B可在第三时间段252期间不发射任何照明光)。红色光源48A可在后续的第四时间段252期间为活动的，绿色光源48B可在后续的第五时间段252期间为活动的，并且蓝色光源48C可在后续的第六时间段252期间为活动的(例如，对于将由显示模块14A显示的给定图像帧，每个光源可在两个时间段252期间为活动的)。
为了最小化照明光学器件36的功耗，与原本针对给定场在不同照明序列下驱动绿色光源相比，可使用更低的电流密度来驱动绿色光源48B(例如，同时恢复类似的视觉性能)。为了在绿色波长下恢复与原本如果使用较高电流密度来驱动绿色光源48B时获得的总亮度相同的总亮度，可使用图19的绿色-重度照明序列254来驱动光源48A-C。
绿色-重度照明序列254可包括用于产生给定图像帧的照明光38的三个时间段(时隙)256(例如，第一时间段256-1、后续的第二时间段256-2和后续的第三时间段256-3)。每个时间段256可对应于使用fLCOS显示面板40来显示的图像子帧(场)。红色光源48A和绿色光源48B两者都可在第一时间段256-1内为活动的。在第一时间段256-1期间，红色光源48A可发射红色(R)照明光52A并且绿色光源48B可发射绿色(G)照明光52B。棱镜46(图3和图17)可组合照明光52A和52B以产生照明光38。蓝色光源48C在第一时间段256-1期间可以是不活动的。
绿色光源48B可在第二时间段256-2内为活动的。在第二时间段256-2期间，绿色光源48B可发射绿色照明光52B。棱镜46(图3和图17)可基于绿色照明光52B产生照明光38。红色光源48A和蓝色光源48C在第二时间段256-2期间可以是不活动的。
蓝色光源48C和绿色光源48B两者可在第三时间段256-3内为活动的。在第三时间段256-3期间，蓝色光源48C可发射蓝色(B)照明光52C并且绿色光源48B可发射绿色照明光52B。棱镜46(图3和图17)可组合照明光52C和52B以产生照明光38。红色光源48A在第三时间段256-3期间可以是不活动的。
换句话说，绿色光源48B可在用于显示对应图像帧的时间段256中的每一者期间为活动的(例如，绿色光源48B可对照明序列的蓝色和红色部分作出贡献)。通过在每个时间段256中向照明光38贡献绿色照明光52B(例如，通过增加每个图像帧的绿色光源40B的总接通时间)，绿色光源的总照明时间可大于其中使用RGBRGB照明序列250的场景中的总照明时间。这可允许以较低电流密度驱动绿色光源48B而不显著牺牲光学性能，由此最小化显示模块14A中的功耗。
图19的示例仅是例示性的。如果需要，可使用具有任何期望数量的周期256的其他绿色-重度照明序列(例如，其中与红色光源48A和蓝色光源48C相比，绿色光源48B在每帧的更大数量的时间段256期间为活动的照明序列)。如果需要，红色光源48A和/或蓝色光源48C可在第二时间段256-2期间为活动的(例如，其中使用比时间段256-1期间的电流密度更小的电流密度来驱动红色光源48A，并且其中使用比时间段256-3期间的电流密度更小的电流密度来驱动蓝色光源48C)。通常，光源48A-C可发射任何相应颜色的照明光。
图20是可由系统10执行以使用绿色-重度照明序列(诸如图19的绿色-重度照明序列254)来显示图像的例示性步骤的流程图。
在步骤260处，控制电路16(图2)可处理要在窥眼箱24处显示的图像数据。图像数据可包括图像帧的流。控制电路16可在开始使用绿色-重度照明序列来显示图像之前确定是否已经满足触发条件。
如果需要，控制电路16可基于要显示的图像数据的内容来确定是否已经满足触发条件。例如，当要显示的一个或多个图像帧表现出超过阈值饱和水平的饱和水平(例如，超过阈值绿色饱和水平的绿色饱和水平)时，控制电路16可确定已经满足触发条件。如果需要，在绿色-重度照明序列的使用不太可能导致功耗和/或光学性能的改进的场景中，可忽略绿色-重度照明序列以支持另一个照明序列(例如，图19的RGBRGB照明序列250)。这仅是例示性的，并且一般而言，可使用任何期望的触发条件(例如，通过系统10上的软件调用发出的开始使用绿色-重度照明序列的命令、通过提供给系统10的用户输入识别的开始使用绿色-重度照明序列的命令等)。在一些示例中，当光学系统没有色差时，可使用上述触发条件。在本文中有时作为示例描述的一个合适布置中(例如，在存在色差的场景中)，触发条件可为通过由系统10中的一个或多个环境光传感器收集的环境光传感器数据识别的环境光水平。如果需要，可基于当前测量环境光水平(例如，在绿色-重度照明序列中)使用不同的绿色光掺杂比率(例如，控制电路16可基于环境光传感器数据来调整照明序列的每个时间段中的绿色照明的相对量，使得当检测到不同的环境光水平时使用不同的相对量)。例如，这可帮助确保色差伪像保持对于眼睛不可见。
当已经满足触发条件时，处理可行进到步骤264，如箭头262所示。在步骤264处，控制电路16可控制光源48A-C以使用绿色-重度照明序列来生成照明光38。控制电路16可例如通过控制路径42(图2)向光源48A-C提供驱动信号(例如，具有对应电流密度的驱动信号)，该驱动信号根据要显示的每个图像帧的绿色-重度照明序列(例如，图19的绿色-重度照明序列254)选择性地激活光源48A-C。与使用RGBRGB照明序列250相比，控制电路16可通过更低的电流密度来驱动绿色光源48B以显示相同图像数据，从而通过满足绿色光源48B中的绿色LED的峰值效率来最小化系统10中的功耗。
如果需要，步骤266可与步骤264同时执行。在步骤266处，控制电路16可向fLCOS显示面板40(图3)提供图像数据。图像数据可包括图像帧(例如，如在步骤260处进行处理的)。每个图像帧可用于控制fLCOS显示面板40中的每个像素P*以调制照明光38(例如，如根据绿色-重度照明方案产生的照明光)以便产生对应图像光22。
每个图像帧可被划分成子帧或场以在绿色-重度照明序列(图19)的每个时间段256期间显示。例如，对于给定图像帧，图像帧的第一子帧(场)可在图19的时间段256-1期间被驱动到fLCOS显示面板40上(例如，用于使用在时间段256-1期间产生的偏振的红色和绿色照明光在图像光22中产生第一子帧)，图像帧的第二子帧(场)可在时间段256-2期间被驱动到fLCOS显示面板40上(例如，用于使用在时间段256-2期间产生的偏振的绿色照明光在图像光22中产生第二子帧)，并且图像帧的第三子帧(场)可在时间段256-3期间被驱动到fLCOS显示面板40上(例如，用于使用在时间段256-3期间产生的偏振的绿色和蓝色照明光在图像光22中产生第三子帧)。如果需要，控制电路16可在通过图像数据驱动fLCOS显示面板40时执行色差补偿操作(任选步骤268)。
在步骤270处，光学系统14B(图2)可将由显示模块14A产生的图像光22引导朝向窥眼箱24。如箭头272所示，处理可后续循环回到步骤260，因为附加的图像帧被处理以用于在窥眼箱处显示。控制电路16可足够快地循环通过这些步骤，使得不同颜色子帧中的每一者在窥眼箱24处出现作为对于窥眼箱24处的用户的一系列多色图像帧(例如，具有对应色域并且在视觉上看起来类似于图像帧在使用RGBRGB照明序列以较高电流密度驱动绿色光源48B的场景中如何对于用户出现的图像帧)。以此方式，可最小化显示模块14A中的功耗而不显著降低窥眼箱24处的图像质量。
图21是可由控制电路16在使用绿色-重度照明序列(例如，图19的绿色-重度照明序列254)来驱动光源48A-C时执行的例示性步骤的流程图。例如，可在图20的处理步骤264的同时执行图21的步骤(例如，对于要在窥眼箱处显示的给定图像帧)。
在图21的步骤280处，控制电路16可同时激活(接通)红色光源48A和绿色光源48B以产生红色照明光52A和绿色照明光52B(例如，在图19的时间段256-1期间)。这可产生具有由红色照明光52A和绿色照明光52B的组合给出的颜色的图像帧的对应子帧(场)。蓝色光源48C可以是不活动的(关断)。
在步骤282处，控制电路16可激活(接通)绿色光源48B以产生绿色照明光52B(例如，在图19的时间段256-2期间)。这可产生具有由绿色照明光52B给出的绿色的图像帧的对应子帧(场)。红色光源48A和蓝色光源48C可以是不活动的(关断)。
在步骤284处，控制电路16可同时激活(接通)蓝色光源48C和绿色光源48B以产生蓝色照明光52C和绿色照明光52B(例如，在图19的时间段256-3期间)。这可产生具有由蓝色照明光52C和绿色照明光52B的组合给出的颜色的图像帧的对应子帧(场)。红色光源48A可以是不活动的(关断)。如箭头285所示，处理可后续循环回到步骤280，因为显示附加的图像帧。图21的步骤仅是例示性的，并且通常可适于用于产生照明光38的特定绿色-重度照明序列。
图22是在通过图像数据驱动fLCOS显示面板40的同时(例如，在使用图19的绿色-重度照明序列254来产生图像光22的同时)可由控制电路16在执行色差补偿操作时执行的例示性步骤的流程图。例如，可在图20的处理步骤268的同时执行图22的步骤(例如，对于要在窥眼箱处显示的给定图像帧)。可执行图22的步骤以补偿由显示模块14A和/或光学系统14B(图2)中的准直透镜34和/或任何其他期望的光学部件引入到图像光22中的色差。
在步骤290处，控制电路16可识别要被驱动到fLCOS显示面板40上以响应于照明光38而产生图像光22的图像帧。
在步骤292处，控制电路16可将图像帧分解成例如红色(R)LED通道图像(子帧)、蓝色(B)LED通道图像(子帧)和绿色(G)LED通道图像(子帧)。
在步骤294处，控制电路16可针对将由系统10的光学部件引入到图像光22中的色差来预补偿红色、蓝色和绿色LED通道图像(例如，控制电路16可生成经色差预补偿的红色、蓝色和绿色通道图像)。例如，可在系统10的设计、制造、组装和/或测试期间(例如，在制造、测试或校准系统中)确定需要引入到每个通道图像以补偿色差的预补偿量。例如，可通过将图像帧的将经受色差的部分的相对像素位置在每个颜色通道/场上移位不同量来执行预补偿。
在步骤296处，控制电路16可执行绿色重新分布操作。例如，控制电路16可首先将来自光源48A的红色照明光修改为来自光源48A和48B的红色光和绿色光的组合，而不改变用于驱动fLCOS显示面板50的对应图像数据(在本文中有时称为fLCOS显示面板信号)。然后，控制电路16可将来自光源48C的蓝色照明光修改为来自光源48B和48C的蓝色光和绿色光的组合而不改变对应的fLCOS显示面板信号。红色和蓝色照明光可被修改为包括1-10％的绿色照明、介于2-8％之间的绿色照明、介于5-20％之间的绿色照明、约5％的绿色照明、或任何其他期望量的绿色照明(在本文中有时被称为绿色光掺杂比率)。然后，控制电路16可通过从针对绿色通道的图像数据中减去与添加到红色通道中的绿色照明的量(例如，在如上所述的修改红色照明光时)和添加到蓝色通道中的绿色照明的量(例如，在如上所述的修改蓝色照明光时)相对应的图像数据来修改针对绿色通道的用于驱动fLCOS显示面板50的图像数据。接下来，可将经修改信号中的任何负信号值改变为零(例如，黑色水平)并且可将过度绿色照明值(例如，超过阈值的绿色照明值)改变为场的最大亮度(例如，如由对应绿色光掺杂比率确定)。
在步骤298处，控制电路16可使用与绿色-重度照明序列相关联的颜色通道图像(图像数据)来驱动fLCOS显示面板40。例如，控制电路16可使用针对红色和绿色照明光的组合的(R+G)通道图像(例如，在图19的时间段256-1期间)，然后使用如在步骤296期间修改的绿色(G)通道图像(例如，在图19的时间段256-2期间)，然后使用针对蓝色和绿色光的组合的(B+G)通道图像(例如，在图19的时间段256-3期间)来驱动fLCOS显示面板40。由fLCOS显示面板40产生的对应图像光22可由沿着显示模块14A和窥眼箱24之间的光学路径(图2)的剩余部分的光学部件针对色差进行预补偿。在传递到窥眼箱24之后，由这些光学部件引入的色差可抵消图像光中的预补偿，由此为窥眼箱提供没有色差的图像。如箭头300所示，处理可后续循环回到步骤290，因为显示附加的图像帧。
以此方式，可在不显著牺牲图像质量的情况下最小化显示模块14A中的功耗。绿色-重度照明序列不必限于fLCOS显示系统，并且通常可在其中显示模块14A包括DMD显示面板、发射型显示面板等的场景中用于产生图像光22。
因为绿色光源48B在绿色-重度照明序列下更频繁地接通，所以绿色-重度照明序列可用于缩小显示模块14A的总色域。图23是CIE1931色彩空间取向图，其示出了绿色-重度照明序列可如何用于缩小显示模块14A的总色域。如图23所示，显示模块14A可在其中绿色-重度照明序列不用于产生照明光38的场景中使用相对大的色域312(例如，在总色彩空间310内)来显示图像。绿色-重度照明序列可用于将显示模块14A的色域减小到色域314，如箭头316所示。例如，将显示模块14A的色域减小到色域314可用于相对于其中使用RGBRGB照明序列的场景减小显示模块14A的功耗。图23的示例仅是例示性的。一般而言，颜色空间310、色域312和色域314可具有其他形状。
在实践中，可能期望能够增加提供给窥眼箱24的图像光22中的图像的视场和分辨率两者。在本文中作为示例描述的一个合适布置中，可通过在显示器14中执行像素移位操作来增加提供到窥眼箱24的图像的有效分辨率。
图24是示出显示器14可如何执行空间像素移位操作以最大化提供给窥眼箱24的图像的有效分辨率的俯视图。如图24所示，显示器14可包括光学地插置在显示模块14A(图2)和波导26上的输入耦合器28之间的扭转向列(TN)单元320和双折射晶体322。双折射晶体322可光学地插置在TN单元320和输入耦合器28之间。如果需要，TN单元320和/或双折射晶体322可形成在图2的显示模块14A内(例如，图2的准直透镜34可光学地插置在双折射晶体322与输入耦合器28之间)。
TN单元320可从fLCOS面板40(图3)接收图像光22。图像光22可以是(线性)偏振光诸如p偏振光或s偏振光。在本文中作为示例描述了其中图像光22作为p偏振光入射到TN单元320上的布置。
TN单元320可通过控制路径334从控制电路16(图2)接收控制信号。控制信号可使TN单元320在第一状态与第二状态之间切换。在第一状态中，TN单元320可透射图像光22而不改变图像光22的偏振。TN单元320可由此将p偏振图像光22透射到处于第一状态的双折射晶体322，如箭头324所示。在第二状态中，TN单元320可将图像光22的偏振改变为不同的线偏振。例如，在第二状态中，TN单元320可将从fLCOS显示面板40接收的p偏振图像光22转换成s偏振图像光22并且可将s偏振图像光22透射到双折射晶体322，如箭头324所示。
双折射晶体322(本文中有时称为双折射光束移位器322)可由双折射材料诸如方解石形成并且可具有长度(厚度)332(例如，在光学路径的方向上)。作为示例，双折射晶体322可以是单轴双折射晶体或双轴双折射晶体。双折射晶体322可接收来自TN单元320的p偏振图像光22或s偏振图像光22(例如，取决于TN单元320的当前状态)。
双折射晶体322可基于图像的偏振在空间上分离入射图像光22。例如，双折射晶体322可在第一光束内输出入射的s偏振图像光22(如箭头326所示)，并且可在第二光束内输出入射的p偏振图像光22(如箭头328所示)。在离开双折射晶体322时，第二光束(例如，p偏振图像光22)可通过位移330与第一光束(例如，s偏振图像光22)分离。例如，位移330的量值可与双折射晶体322的长度322成正比。
当通过输入耦合器28输入耦合到波导26时，p偏振图像光22可在空间上从s偏振图像光22偏移(例如，通过位移330)。因此，在窥眼箱24处，由s偏振图像光22传送的图像可与由p偏振图像光22传送的图像空间偏移(例如，通过位移330)。控制电路16可使TN单元在第一状态与第二状态之间快速地切换以在向输入耦合器28提供p偏振图像光22和s偏振图像光22之间交替。可选择长度332以及因此选择位移330以使得当TN单元320的状态比人眼的响应速率更快地切换(例如，24Hz或更快、60Hz或更快、120Hz或更快、240Hz或更快等)时，在窥眼箱24处提供的所得图像表现出比在不存在TN单元320和双折射晶体322的情况下原本将传送到窥眼箱24的图像的分辨率更大的有效分辨率。图24的TN单元320和双折射晶体322在本文中有时可统称为空间像素移位结构325。
其中显示器14执行空间像素移位操作的图24的示例仅为例示性的。在另一个合适布置中，显示器14可执行角像素移位操作以最大化提供给窥眼箱24的图像的有效分辨率。
图25是示出显示器14可如何执行角像素移位操作以最大化提供给窥眼箱24的图像的有效分辨率的俯视图。如图25所示，图24的双折射晶体322可由四分之一波片340和几何相位光栅(GPG)342替代。四分之一波片340可光学地插置在TN单元320与GPG 342之间。GPG 342可光学地插置四分之一波片340与输入耦合器28之间。
准直透镜34(图2)可光学地插置在GPG 342与输入耦合器28之间，可光学地插置在四分之一波片340与GPG 342之间，可光学地插置在四分之一波片340与TN单元320之间，或者可光学地插置在fLCOS显示面板40与TN单元320之间。在本文中作为示例描述了其中准直透镜34光学地插置在四分之一波片340与GPG 342之间的布置。在此示例中，准直透镜可用于将图像光22的光瞳聚焦到GPG 342上(例如，GPG 342可位于显示模块14A外部且位于或邻近输入耦合器28和波导26的入射光瞳)，然而四分之一波片340和TN单元320位于显示模块14A内。
四分之一波片340可将p偏振图像光22(例如，当TN单元320处于第一状态时由TN单元320提供)转换成提供到GPG 342的RHCP光，如箭头352所示。四分之一波片340可将s偏振图像光22(例如，当TN单元320处于第二状态时由TN单元320提供)转换成提供到GPG 342的LHCP光，如箭头352所示。
GPG 342可将从四分之一波片340接收的入射图像光22衍射到对应输出角θ(例如，相对于光轴或Y轴测量，如图25所示)上。GPG 342可具有不同衍射级，其基于入射图像光的偏振使入射图像光22在不同方向上衍射。例如，GPG 342可具有将入射LHCP图像光22衍射到输出角θ1上的第一衍射级(例如，+1衍射级)，如箭头356所示。GPG 342还可具有将入射RHCP图像光22衍射到输出角-θ2上的第二衍射级(例如，-1衍射级)，如箭头352所示。输出角-θ2可与输出角θ1相等且相反，或者可以是任何其他期望的输出角。如果需要，箭头354和356的输出角可都被取向在光轴的相同侧。
在本文有时作为示例描述的一个合适布置中，GPG 342可包括基底344和层叠到基底344上的配向层346。GPG 342可包括层叠到配向层346上的多个液晶(LC)层348(例如，第一LC层348-1、第二LC层348-2和第三LC层348-3)。配向层346可用于使LC层348中的LC分子在基底344处配向(例如，具有对应光栅周期)。每个LC层348可具有对应扭转角(例如，LC层348-1可具有第一扭转角/>LC层348-2可具有与扭转角/>相反取向的第二扭转角/>并且LC层348-3可具有与扭转角/>相反取向的第三扭转角/>)。
以此方式，LHCP图像光22在通过输入耦合器28输入耦合到波导26时可与RHCP图像光22成角度地偏移(例如，通过具有等于|θ1|+|θ2|的量值的角位移)。因此，在窥眼箱24处，由LHCP图像光22传送的图像可与由RHCP图像光22传送的图像成角度地偏移。控制电路16可使TN单元在第一状态与第二状态之间快速地切换以在向输入耦合器28 GPG 342并且因此向输入耦合器28提供LHCP图像光22和RHCP图像光22之间交替。GPG 342可被配置为以角度θ1和θ2输出图像光22，可选择这些角度以使得当TN单元320的状态比人眼的响应速率更快速地切换时，在窥眼箱24处提供的所得图像表现出比在不存在TN单元320、四分之一波片340和GPG 342的情况下原本将传送到窥眼箱24的图像的分辨率更大的有效分辨率。图25的TN单元320、四分之一波片340和GPG 342在本文中有时可统称为角像素移位结构353。图24的空间像素移位结构325和角像素移位结构353在本文中有时可统称为显示器14的像素移位结构。
图26是示出显示器14中的像素移位结构可如何在窥眼箱24处提供具有增加的有效分辨率的图像光22(例如，如在图2的+Y方向上在窥眼箱24处看到的)的前视图。在图26的示例中，为了清楚起见，示出了图像光22的四个像素。一般来讲，图像光22和显示模块可包括任何所需数量的像素。
如图26所示，当图24和图25的TN单元320处于第一状态时(例如，当TN单元320输出p偏振光时)，图像光22可包括像素P1、P2、P3和P4。当TN单元320处于第二状态(例如，当TN单元320输出s偏振光时)时，像素P1、P2、P3和P4可移位，产生位移360，如对应像素P1'、P2'、P3'和P4'所示。位移360可例如为二维位移，其包括平行于Z轴的偏移364和/或平行于X轴的偏移362。位移360可由空间位移诸如图24的位移330(例如，在其中像素移位结构包括空间像素移位结构325的场景中)或由角位移诸如具有等于图25的|θ1|+|θ2|的量值的角位移(例如，在其中像素移位结构包括角像素移位结构353的场景中)产生。
像素P1、P2、P3和P4可表现出第一像素间距，并且像素P1'、P2'、P3'和P4'也可表现出第一像素间距。然而，像素P1、P2、P3和P4与像素P1'、P2'、P3'和P4'的组合可表现出小于(例如，减小一半)第一像素间距的第二像素间距。通过在TN单元320的第一状态与第二状态之间快速来回切换，图像光22可有效地包括像素P1、P2、P3、P4、P1'、P2'、P3'和P4'中的每个像素(例如，如用户在窥眼箱24处所感知)并且由此包括第二像素间距，而非仅包括像素P1、P2、P3和P4以及第一像素间距(例如，在从显示器14省略像素移位结构的场景中)。这可用于相对于省略像素移位结构的场景增加图像光22的有效分辨率(例如，增加至图像光22在不存在像素移位结构的情况下原本具有的分辨率的两倍)，而不增加显示模块14A的尺寸或处理资源。
控制电路16(图2)可使用fLCOS驱动电压波形将图像数据驱动到fLCOS显示面板40上(例如，基于通过图2的控制路径44提供到fLCOS显示面板40的控制信号)。图27是可用于驱动fLCOS显示面板40的两个例示性fLCOS驱动电压波形的时序图。
如图27所示，fLCOS驱动电压波形(曲线)370绘制了用于产生灰度级为零的图像光22的作为时间的函数的fLCOS驱动电压。fLCOS驱动电压波形(曲线)372绘制了用于产生灰度级为128(例如，在256位场中)的图像光22的作为时间的函数的fLCOS驱动电压。fLCOS驱动电压可在第一驱动电压VOFF(例如，负电压电平)和第二驱动电压VON(例如，正电压电平)之间变化。
波形370和372可在时间T0之前处于第一驱动电压VOFF。在时间T0，波形370可开始增加到处于第二驱动电压VON的峰值。波形370可在时间T1返回到第一驱动电压VOFF。时间T0与T1之间的时间段在本文中有时可称为暗间隙374。例如，暗间隙374可用于重置fLCOS显示面板40。
时间T1和T3之间的时间段可形成工作周期380，在该工作周期期间至少一个光源48(例如，图3的红色光源48A)可被接通以向fLCOS显示面板40提供照明光38。因为波形370在工作周期380期间处于第一驱动电压VOFF，所以当使用波形370来驱动时，fLCOS显示面板在工作周期380期间可能不产生图像光。时间T0与T3之间的时间段有时可称为场周期376。场周期376可与通过照明光的对应场(例如，特定颜色的照明光)进行的对fLCOS显示面板40的照明相关联，并且可包括重置fLCOS显示面板以开始将照明光的场反射作为图像光22所需的重置时间(例如，暗间隙374的一部分)。
在时间T3，波形370可增加到处于第二驱动电压VON的峰值。波形370可在时间T4返回到第一驱动电压VOFF。时间T3与T4之间的时间段在本文中有时可称为暗间隙382。时间T3与波形370达到第二驱动电压VON的时间之间的时间段在本文中有时可被称为重置时间T_RESET。重置时间T_RESET可允许fLCOS显示面板40为图像的下一个场进行重置的时间。波形370达到第二驱动电压VON的时间与时间T4之间的时间段在本文中有时可被称为关断时间T-_OFF。可调整暗间隙374的持续时间(例如，关断时间T_OFF)以控制显示模块14A的总功耗。
时间T4和T5之间的时间段可形成工作周期381，在该工作周期期间，可接通除了在工作周期380期间激活的光源之外的光源以向fLCOS显示面板40提供照明光38。后续暗间隙可在时间T5开始，因为波形370增加回到第二驱动电压VON。该循环可针对要显示的图像帧中的每个场继续。时间T4与T5之间的时间段有时可称为场周期378。
如图27所示，波形372可在时间T0之后且直到时间T2为止保持在第二驱动电压VON。通过在工作周期380的一部分期间(例如，在时间T1和T2之间)以第二驱动电压VON驱动fLCOS显示面板40，fLCOS显示面板40可反射在工作周期380期间入射的照明光38中的一些(作为图像光22)。例如，这可允许fLCOS显示面板40在由波形372驱动时与在由波形370驱动时相比以更高灰度级产生图像光22。
图27的示例仅是例示性的。通常，可使用任何期望的fLCOS驱动电压波形来驱动fLCOS显示面板40以在图像光22中产生任何期望颜色的任何期望像素值。如果需要，可通过过驱动或欠驱动提供到fLCOS显示面板40的fLCOS驱动电压来优化fLCOS显示面板40的光学性能。其中驱动电压波形遵循基于重置的驱动方案的图27的示例仅是例示性的。在另一个合适的布置中，可使用无重置驱动方案(例如，在每个颜色场之间可不存在暗间隙，并且如果需要，可在每个波形图案之后使用反相波形图案以用于电荷平衡)。
图28是示出fLCOS显示面板40可如何被过驱动以优化光学性能的一个示例的时序图。如图28所示，可使用fLCOS驱动电压波形(曲线)392来驱动fLCOS显示面板40。图28的曲线390绘制了当使用fLCOS驱动电压波形392来驱动时的fLCOS显示面板40的对应反射率。
在图28的示例中，fLCOS驱动电压波形392具有四个可能的电压电平(例如，第一驱动电压电平V1、第二驱动电压电平V2、第三驱动电压电平V3和第四驱动电压电平V4)。第一驱动电压电平V1可小于第二驱动电压电平V2，第二驱动电压电平V2可小于电压电平零，第三驱动电压电平V3可大于电压电平零，并且第四驱动电压电平V4可大于第三驱动电压电平V4。该示例仅仅是例示性的。一般来说，fLCOS驱动电压波形392可具有任何期望量值的任何期望数目的可能电压电平。在本文中有时作为示例描述的一个合适布置中，第一驱动电压电平V1可为-1.8V，第二驱动电压电平V2可为-1.5V，第三驱动电压电平V3可为1.5V，并且第四驱动电压电平V4可为1.8V。如果需要，可使用其他驱动电压电平。
如fLCOS驱动电压波形392所示，当fLCOS显示面板40没有被过驱动时，fLCOS驱动电压波形392可包括方波脉冲诸如方波脉冲396(例如，其中fLCOS驱动电压在时间TC从第二电压电平V2上升到第三电压电平V3并且在时间TD回落到第二电压电平V2)。如曲线390所示，方波脉冲396可在fLCOS显示面板40的反射率中产生从反射率零到反射率R(例如，大于0且小于1.0的值)的对应尖峰。
为了过驱动fLCOS显示面板40，控制电路16可使用非方波fLCOS驱动电压波形(诸如包括非方波脉冲诸如fLCOS驱动电压波形392的非方波脉冲394的fLCOS驱动电压波形)来驱动fLCOS显示面板40。例如，在时间TA，fLCOS驱动电压波形392可从第二电压电平V2增加到第四电压电平V4(在本文中有时称为过驱动电压电平V4)。如果需要，在时间TA'，fLCOS驱动电压波形392可减小到第三电压电平V3。在时间TB，fLCOS驱动电压波形392可减少到第一电压电平V1。在时间TB'，fLCOS驱动电压波形392可增加回到第二电压电平V2。
fLCOS驱动电压波形392的非方波脉冲394可在fLCOS显示面板40的反射率中产生从时间TA处的反射率零到时间TA'处或附近的大于反射率R的反射率(例如，等于1.0或其附近的反射率)的对应尖峰。换句话说，相对于其中fLCOS显示面板40未被过驱动的场景，以这种方式过驱动fLCOS显示面板40可用于增加fLCOS显示面板40的反射率，由此最大化显示模块14A在产生图像光22时的总光学效率。
图28的示例仅是例示性的。在实践中，曲线392和非方波脉冲394可具有其他形状。通常，fLCOS显示面板40可使用任何期望的非方波fLCOS驱动电压波形(例如，具有达到过驱动电压电平诸如第四电压电平V4的非方波脉冲的波形)来过驱动。可用于过驱动fLCOS显示面板40的非方波脉冲394的另一个示例由图28的虚线393示出。在此示例中，fLCOS驱动电压在时间TA上升到电压电平V5，在时间TA与TB之间连续下降到电压电平V3，在时间TB下降到电压电平V0，并且在时间TB与TB'之间连续上升到电压电平V2。作为一个示例，电压电平V5可大于1.8V(例如，2.0V)并且电压电平V0可小于-1.8V(例如，-2.0V)。例如，可改变时间TA和TB之间以及时间TB和TB'之间的曲线393的精确形状以优化fLCOS显示面板40的性能。其中fLCOS显示面板40被过驱动的图28的示例仅是例示性的，并且如果需要，fLCOS显示面板40可被欠驱动。不同的非方波fLCOS驱动电压波形可用于在不同时间驱动fLCOS显示面板40(例如，取决于显示器14的操作条件)。
在实践中，fLCOS显示面板40的最佳过驱动或欠驱动波形可随着fLCOS显示面板40的操作温度随时间推移改变而变化。如果需要，控制电路16可基于显示器14的温度(例如，fLCOS显示面板40的温度)来过驱动或过低驱动fLCOS显示面板40。图29是可由控制电路16(图2)在基于显示器14的温度过驱动或过低驱动fLCOS显示面板40时执行的例示性步骤的流程图。
在步骤400处，控制电路16可使用系统10中的一个或多个温度传感器19(图1)来收集温度传感器数据。如果需要，控制电路16可基于所收集的温度传感器数据来估计fLCOS显示面板40的温度(例如，使用系统10的温度模型)。在其中使用多个温度传感器19来收集温度传感器数据的场景中，如果需要，可将温度传感器放置在系统10上的不同位置处。控制电路16还可在继续进行之前确定是否已经满足触发条件。
触发条件可以是所收集的温度传感器数据中的预定变化，可在所收集的温度数据达到阈值温度水平时发生，可基于要使用fLCOS显示面板40来显示的图像的内容，可基于由在系统10上运行的一个或多个程序发出的软件调用，可基于由系统10的用户提供的用户输入等。一旦已经满足触发条件，则处理可行进到步骤404，如箭头402所示。
在步骤404处，控制电路16可基于所收集的温度传感器数据来识别用来过驱动或过低驱动fLCOS显示面板40的非方波fLCOS驱动电压波形。例如，控制电路16可识别针对fLCOS显示面板40的当前温度(例如，如在处理步骤400时所确定的)优化该fLCOS显示面板的光学性能(例如，反射率)的非方波fLCOS驱动电压波形。如果需要，控制电路16可存储针对fLCOS显示面板40的不同温度值的预定(最优)非方波fLCOS驱动电压波形(例如，在查找表或其他数据结构中)，并且可识别对应于fLCOS显示面板40的当前(例如，估计)温度的所存储的非方波fLCOS驱动电压波形。如果需要，可在系统10的设计、制造、组装、测试和/或校准期间确定所存储的非方波fLCOS驱动电压波形。
在步骤406处，控制电路16可使用在处理步骤404时识别的非方波驱动电压波形来驱动fLCOS显示面板40。例如，以这种方式驱动fLCOS显示面板40可针对显示面板的当前操作温度最大化fLCOS显示面板40的反射率。控制电路16可继续过驱动fLCOS显示面板40持续预定时间段，直到检测到新的触发条件，持续预定数量的帧等。
其中控制电路16基于显示器14的温度来过驱动fLCOS显示面板40的图29的示例仅是例示性的。在另一个合适的布置中，控制电路16可基于帧历史信息来过驱动或过低驱动fLCOS显示面板40。图30是可由控制电路16(图2)在基于帧历史信息过驱动或过低驱动fLCOS显示面板40时执行的例示性步骤的流程图。
在步骤410处，控制电路16可识别fLCOS显示面板40的帧历史信息。帧历史信息可包括例如关于先前已经使用fLCOS显示面板40来显示的图像帧的信息。控制电路16还可在继续进行之前确定是否已经满足触发条件。
触发条件可以是所收集的温度传感器数据中的预定变化，可在所收集的温度数据达到阈值温度水平时发生，可基于要使用fLCOS显示面板40来显示的图像的内容，可基于由在系统10上运行的一个或多个程序发出的软件调用，可基于由系统10的用户提供的用户输入等。在本文中作为示例描述的一个合适布置中，触发条件可在所显示的先前图像帧被完全打开或完全关闭时发生。一旦已经满足触发条件，则处理可行进到步骤414，如箭头412所示。
在步骤414处，控制电路16可基于所识别的帧历史信息来识别用来过驱动或过低驱动fLCOS显示面板40的非方波fLCOS驱动电压波形。例如，控制电路16可识别取决于由fLCOS显示面板40显示的紧接的先前图像帧来优化fLCOS显示面板40的光学性能(例如，反射率)的非方波fLCOS驱动电压波形(例如，当先前图像帧完全打开时的第一fLCOS驱动电压波形、当先前图像帧完全关闭时的第二fLCOS驱动电压波形等)。
在步骤416处，控制电路16可使用在处理步骤414时识别的非方波驱动电压波形来驱动fLCOS显示面板40。例如，以这种方式驱动fLCOS显示面板40可针对显示面板的当前操作温度最大化fLCOS显示面板40的反射率。控制电路16可继续过驱动fLCOS显示面板40持续预定时间段，直到检测到新的触发条件，持续预定数量的帧等。
例如，相对于其中使用方波fLCOS驱动电压波形来驱动fLCOS显示面板40的场景，过驱动fLCOS显示面板40(例如，使用如在处理图29的步骤404或图30的步骤414时所识别的非方波fLCOS驱动电压波形)可用于减小fLCOS显示面板40的暗间隙的持续时间(宽度)。例如，这可用于进一步优化显示模块14A中的功耗。因此，控制电路16在本文中有时可被称为基于所收集的温度传感器数据或所识别的帧历史信息来减小fLCOS显示面板40的暗间隙的持续时间。如果需要，图30的布置可与图29的布置组合(例如，控制电路16可识别在给定fLCOS显示面板40的当前温度和fLCOS显示面板40的帧历史信息两者的情况下优化fLCOS显示面板40的光学性能的非方波fLCOS驱动电压)。如果需要，可基于先前帧的目标反射率状态和温度信息来选择要使用的非方波驱动电压波形。例如，查找表可基于任何先前状态来修改当前帧的非方波驱动电压波形。作为一个示例，如果先前帧接通持续照明场时间的一半，则当先前帧接通持续照明场时间的98％时，当前帧将具有不同的非方波驱动电压。在驱动fLCOS面板40时，可选择在照明时间期间的接通百分比(占空比)以控制场的灰度级。
过驱动fLCOS显示面板40还可用于通过减小fLCOS显示面板40的响应时间来优化显示模块14A的光学性能。图31是示出过驱动fLCOS显示面板40可如何在宽范围的操作温度内减小fLCOS显示面板40的响应时间的曲线图。
在图31的示例中，横轴绘制了fLCOS显示面板40的温度(例如，以摄氏度为单位)并且纵轴绘制了fLCOS显示面板40的响应时间(例如，以微秒为单位)。曲线420绘制了当使用方波fLCOS驱动电压脉冲(例如，诸如图28的脉冲396的脉冲)来进行驱动时的fLCOS显示面板40的响应时间。如曲线420所示，fLCOS显示面板40的响应时间可随着温度增加而减少。
曲线422绘制了当使用具有第一峰值电压电平的非方波fLCOS驱动电压波形脉冲(例如，诸如具有由第四电压电平V4给出的峰值电压的图28的脉冲394的脉冲)来进行(过)驱动时的fLCOS显示面板40的响应时间。曲线424绘制了当使用具有比第一峰值电压电平高的第二峰值电压电平的非方波fLCOS驱动电压波形脉冲来进行(过)驱动时的fLCOS显示面板40的响应时间。作为一个示例，与曲线420相关联的方波fLCOS驱动电压脉冲的峰值电压电平可以是1.5V，与曲线422相关联的第一峰值电压电平可为1.65V，并且与曲线424相关联的第二峰值电压电平可为1.8V。一般来说，第一峰值电压电平可为大于1.5V(例如，在其中图27的VON为1.5V的场景中)、大于1.6V、大于1.7V、大于1.8V等的任何期望电压。
如曲线422和424所示，过驱动fLCOS显示面板40可用于减小在所有温度上的fLCOS显示面板40的响应时间。如曲线424所示，通过具有较大峰值电压电平的非方波fLCOS驱动电压波形来过驱动fLCOS显示面板40可用于进一步减少fLCOS显示面板40的响应时间。以这种方式，过驱动fLCOS显示面板40可用于通过减小在宽范围的操作温度内的fLCOS显示面板40的响应时间来进一步优化显示模块14A的光学性能。图31的示例仅是例示性的。在实践中，曲线420、422和424可具有其他形状。
根据一个实施方案，提供了一种显示系统，包括：照明光学器件，该照明光学器件被配置为产生照明光；硅上铁电液晶(fLCOS)面板，该fLCOS面板被配置为通过使用该照明光调制图像数据来产生图像光，该fLCOS面板包括：铁电液晶(fLC)层，和反射背板，该反射背板被配置为通过该fLC层接收该照明光并且被配置为反射该照明光，该fLC层被配置为透射从该反射背板反射的该照明光作为该图像光；和波导，该波导被配置为传播该图像光。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括驱动器柔性电路，该银背板层叠在该驱动器柔性电路上。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括电极，该电极选自由以下组成的组：层叠在该fLC层上的氧化铟锡(ITO)电极和层叠在该fLC层上的折射率匹配的氧化铟锡(IMITO)电极。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括玻璃基底，该玻璃基底层叠在该ITO电极上。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括：第一聚酰亚胺配向层，该第一聚酰亚胺配向层插置该ITO电极和该fLC层之间；和第二聚酰亚胺配向层，该第二聚酰亚胺配向层插置在该fLC层和该银背板之间。
根据另一个实施方案，该反背板包括银。
根据另一个实施方案，该fLC层具有双折射率和单元间隙，该单元间隙等于距离λ除以该双折射的四倍，并且该距离λ小于或等于530nm。
根据一个实施方案，提供了一种显示系统，包括：照明光学器件，该照明光学器件被配置为产生照明光；硅上铁电液晶(fLCOS)面板，该fLCOS面板被配置为通过使用图像数据调制该照明光来产生图像光；和波导，该波导被配置为传播该图像光，该fLCOS面板包括：铁电液晶(fLC)层，和电介质镜背板，该电介质镜背板被配置为通过该fLC层接收该照明光并且被配置为反射该照明光作为该图像光。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括驱动器柔性电路，该电介质镜背板层叠在该驱动器柔性电路上。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括氧化铟锡(ITO)电极，该ITO电极层叠在该fLC层上。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括玻璃基底，该玻璃基底层叠在该ITO电极上。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括：第一聚酰亚胺配向层，该第一聚酰亚胺配向层插置该ITO电极和该fLC层之间；和第二聚酰亚胺配向层，该第二聚酰亚胺配向层插置在所述fLC层和所述电介质镜背板之间。
根据另一个实施方案，该fLCOS面板包括抗反射涂层，该抗反射涂层位于该玻璃基底上。
根据另一个实施方案，该fLC层具有双折射率和单元间隙，该单元间隙等于数字λ除以该双折射的四倍，并且该数字λ小于或等于565nm。
根据一个实施方案，提供了一种显示系统，包括：照明光学器件，该照明光学器件被配置为产生照明光；硅上铁电液晶(fLCOS)面板，该fLCOS面板被配置为通过使用图像数据调制该照明光来产生图像光；和波导，该波导被配置为传播该图像光，该fLCOS面板包括：铁电液晶(fLC)层，该fLC层具有双折射率Δn；和背板，该背板被配置为通过该fLC层接收该照明光并且被配置为反射该照明光作为该图像光，该fLC层具有等于波长除以该双折射率Δn的四倍的厚度，并且该波长介于500nm和565nm之间。
根据另一个实施方案，该照明光学器件包括：红色光源，该红色光源被配置为生成该照明光的红色波长范围；蓝色光源，该蓝色光源被配置为生成该照明光的蓝色波长范围；和绿色光源，该绿色光源被配置为生成该照明光的绿色波长范围，该波长是真空波长，并且该绿色波长范围包括该真空波长。
根据另一个实施方案，该背板包括选自由以下组成的组的背板：银背板和银合金背板。
根据另一个实施方案，该背板包括电介质镜背板。
根据另一个实施方案，该波长介于520nm和530nm之间。
根据另一个实施方案，该波长是526nm。
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种显示系统，包括：
照明光学器件，所述照明光学器件被配置为产生照明光；
硅上铁电液晶(fLCOS)面板，所述fLCOS面板被配置为通过使用所述照明光调制图像数据来产生图像光，所述fLCOS面板包括：
铁电液晶(fLC)层，和
反射背板，所述反射背板被配置为通过所述fLC层接收所述照明光并且被配置为反射所述照明光，所述fLC层被配置为透射从所述反射背板反射的所述照明光作为所述图像光；和
波导，所述波导被配置为传播所述图像光。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
驱动器柔性电路，其中所述银背板层叠在所述驱动器柔性电路上。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
电极，所述电极选自由以下组成的组：层叠在所述fLC层上的氧化铟锡(ITO)电极和层叠在所述fLC层上的折射率匹配的氧化铟锡(IMITO)电极。
4.根据权利要求3所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
玻璃基底，所述玻璃基底层叠在所述ITO电极上。
5.根据权利要求4所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
第一聚酰亚胺配向层，所述第一聚酰亚胺配向层插置在所述ITO电极和所述fLC层之间；和
第二聚酰亚胺配向层，所述第二聚酰亚胺配向层插置在所述fLC层和所述银背板之间。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述背板包括银。
7.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述fLC层具有双折射率和单元间隙，其中所述单元间隙等于距离λ除以所述双折射的四倍，并且其中所述距离λ小于或等于530nm。
8.一种显示系统，包括：
F-EF239058
照明光学器件，所述照明光学器件被配置为产生照明光；
硅上铁电液晶(fLCOS)面板，所述fLCOS面板被配置为通过使用图像数据调制所述照明光来产生图像光；和
波导，所述波导被配置为传播所述图像光，所述fLCOS面板包括：
铁电液晶(fLC)层，和
电介质镜背板，所述电介质镜背板被配置为通过所述fLC层接收所述照明光并且被配置为反射所述照明光作为所述图像光。
9.根据权利要求8所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
驱动器柔性电路，其中所述电介质镜背板层叠在所述驱动器柔性电路上。
10.根据权利要求9所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
氧化铟锡(ITO)电极，所述ITO电极层叠在所述fLC层上。
11.根据权利要求10所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
玻璃基底，所述玻璃基底层叠在所述ITO电极上。
12.根据权利要求11所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
第一聚酰亚胺配向层，所述第一聚酰亚胺配向层插置在所述ITO电极和所述fLC层之间；和
第二聚酰亚胺配向层，所述第二聚酰亚胺配向层插置在所述fLC层和所述电介质镜背板之间。
13.根据权利要求12所述的显示系统，其中所述fLCOS面板还包括：
抗反射涂层，所述抗反射涂层位于所述玻璃基底上。
14.根据权利要求13所述的显示系统，其中所述fLC层具有双折射率和单元间隙，其中所述单元间隙等于数字λ除以所述双折射的四倍，并且其中所述数字λ小于或等于565nm。
15.一种显示系统，包括：
照明光学器件，所述照明光学器件被配置为产生照明光；
硅上铁电液晶(fLCOS)面板，所述fLCOS面板被配置为通过使用图像数据调制所述照明光来产生图像光；和
波导，所述波导被配置为传播所述图像光，所述fLCOS面板包括：
F-EF239058
铁电液晶(fLC)层，其中所述fLC层具有双折射率Δn，和背板，所述背板被配置为通过所述fLC层接收所述照明光并且被配置为反射所述照明光作为所述图像光，其中所述fLC层具有等于波长除以所述双折射率Δn的四倍的厚度，并且其中所述波长介于500nm和565nm之间。
16.根据权利要求15所述的显示系统，其中所述照明光学器件包括：红色光源，所述红色光源被配置为生成所述照明光的红色波长范围；蓝色光源，所述蓝色光源被配置为生成所述照明光的蓝色波长范围；和绿色光源，所述绿色光源被配置为生成所述照明光的绿色波长范围，其中所述波长是真空波长，并且其中所述绿色波长范围包括所述真空波长。
17.根据权利要求15所述的显示系统，其中所述背板包括选自由以下组成的组的背板：银背板和银合金背板。
18.根据权利要求15所述的显示系统，其中所述背板包括电介质镜背板。
19.根据权利要求15所述的显示系统，其中所述波长介于520nm和530nm之间。
20.根据权利要求19所述的显示系统，其中所述波长为526nm。
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