CN116940885A - 显示具有光扩展器结构的显示器背光 - Google Patents

显示具有光扩展器结构的显示器背光 Download PDF

Info

Publication number
CN116940885A
CN116940885A CN202280014148.3A CN202280014148A CN116940885A CN 116940885 A CN116940885 A CN 116940885A CN 202280014148 A CN202280014148 A CN 202280014148A CN 116940885 A CN116940885 A CN 116940885A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
layers
groups
retarder
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280014148.3A
Other languages
English (en)
Inventor
约书亚·马克·胡德曼
卡梅伦·韦德·罗施
道格拉斯·范德维尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valve Corp
Original Assignee
Valve Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valve Corp filed Critical Valve Corp
Publication of CN116940885A publication Critical patent/CN116940885A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133602Direct backlight
    • G02F1/133606Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133615Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0028Light guide, e.g. taper
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0031Reflecting element, sheet or layer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0056Means for improving the coupling-out of light from the light guide for producing polarisation effects, e.g. by a surface with polarizing properties or by an additional polarizing elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528Polarisers
    • G02F1/133536Reflective polarizers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528Polarisers
    • G02F1/133548Wire-grid polarisers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/13362Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133638Waveplates, i.e. plates with a retardation value of lambda/n

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

大致涉及信息显示器的方法和系统,更具体地,涉及包括光扩展结构的、用于信息显示器的背光组件的系统和方法。背光组件可包括光扩展器结构,该光扩展器结构包括多个层组,其中每个层组均包括反射偏振器层和波延迟器层。层组可一起用于将诸如激光束的点光源转换为表面光源,以用作各种类型的信息显示器的背光。

Description

显示具有光扩展器结构的显示器背光
技术领域
本发明大体上涉及用于显示器的背光,并且在至少一些实施方式中涉及用于近眼式(close-eye)显示器或头戴式显示器的背光。
背景技术
诸如液晶显示器(“LCD”)的背光信息显示器包括数个部件。这些部件中的两个是显示矩阵和光源或背光,所述显示矩阵在高度颗粒的子像素的基础上阻挡光,以创建显示的图像。光源通常位于显示矩阵的后面,并照亮所显示的图像。对于彩色显示器,背光通常发射广谱光,即白光。
传统上,在背光显示器中使用的光源通常是一个或多个冷阴极荧光灯(“CCFL,cold cathode fluorescent lamp”)。在物理意义上,CCFL看起来像商业办公楼中使用的荧光灯管的小型化版本。然而,CCFL以与那些商用荧光灯不同的方式产生光。最近,CCFL的使用已经让位于在信息显示器中使用一个或多个发光二极管(“LED”)作为光源。LED技术目前是用于LCD显示器的最常见的背光类型。
背光通常可分为两种类型,即,通过显示面板的侧表面向显示面板提供光的边缘型背光以及通过显示面板的底表面向显示面板提供光的直射型背光。边缘型背光具有用于产生光的光源和用于控制光的传播方向的导光面板或板。光源设置在导光面板的侧部处,并且导光面板将从光源传输的光引导至显示面板。根据由光源产生的光束的形状,光源分类为例如点光源、线性光源和面光源。
近眼式显示器技术可用于将信息和图像作为虚拟现实(“VR”)或增强现实(“AR”)系统的部分呈现给用户。这种近眼式显示器可结合到头戴式显示器(“HMD”)设备或头戴式头戴件中。HMD可采取多种形式,包括头盔、面具、护目镜、面罩、眼镜和其它头部佩戴物或眼睛佩戴物。在一些实施方式中,虚拟现实系统和增强现实系统包括附加部件,附加部件包括产生图像信息以驱动虚拟现实或增强现实环境的控制器或计算机。这样的环境可用于单个用户或多个用户。虚拟现实系统和增强现实系统中的HMD可使用单个信息显示器或使用多个信息显示器来向用户呈现图像。虽然这些近眼式信息显示器可定向为直视,但是信息显示器通常与HMD中的一个或多个透镜联接。这种透镜可增强虚拟现实或增强的现实体验。
附图说明
在附图中,相同的附图标记表示类似的元件或动作。附图中的元件的尺寸和相对位置不必按比例绘制。例如,各种元件和角度的形状不必按比例绘制,并且这些元件中的一些可进行随意放大和定位以提高图的可读性。另外,如图所示的元件的特定形状不一定旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息,并且可仅选择为易于在附图中识别。
图1是根据一个所示实施方式的包括双显示面板的头戴式显示装置的示例。
图2是根据一个所示实施方式的包括显示面板的膝上型计算机的示例。
图3是根据一个非限制性示例实施方式的包括显示面板的智能电话的示例。
图4示出了根据一个非限制性示出的实施方式的示例性背光组件的各方面。
图5示出了根据一个非限制性示出的实施方式的示例性背光组件的前视图的各方面。
图6是根据一个非限制性示出的实施方式的背光组件的立体图。
图7是根据一个非限制性示出的实施方式的图6的背光组件的俯视图。
图8是根据一个非限制性示出的实施方式的图6的背光组件的侧视图。
图9是根据一个非限制性示出的实施方式的图6的背光组件的第二光扩展器结构的部分的放大视图。
图10是根据一个非限制性示出的实施方式的图6的背光组件的第一光扩展器结构的部分的放大视图。
图11是根据一个非限制性示出的实施方式的包括用于形成背光组件的多个层组的堆叠部的正视图。
图12是根据一个非限制性示出的实施方式的包括图11的多个层组的堆叠部的立体图。
图13A至图13C示出了根据一个非限制性示出的实施方式的用于制造背光组件的示例性步骤,背光组件包括由包括多个层组的堆叠部形成的第二光扩展器结构和第一光扩展器结构。
图14是根据一个非限制性的所示实施方式的背光组件的立体图,背光组件包括光学部件,该光学部件在来自光源的光进入背光组件的光扩展器之前使该光均匀化。
具体实施方式
在以下描述中,阐述某些特定细节以提供对各种所揭示实施方式的透彻理解。然而,相关领域的技术人员将认识到的是,可在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下,或者利用其它方法、部件、材料等来实践实施方式。在其它情况下,没有详细示出或描述与计算机系统、服务器计算机和/或通信网络相关联的公知结构,以避免不必要地模糊对实施方式的描述。
除非上下文另有要求,否则在整个说明书和随后的权利要求书中,词语“包括(comprising)”与“包括(including)”同义,并且是包含性的或开放式的(即,不排除其他未列举的元件或方法动作)。
贯穿本说明书提及的“一个实施方式”或“实施方式”意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括于至少一个实施方式中。因而,在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定均指相同的实施方式。另外,可在一个或多个实施方式中以任何合适的方式来组合特定的特征、结构或特性。
本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指示物,除非上下文另外明确规定。还应该注意的是,术语“或”通常以其包括“和/或”的意义使用,除非上下文另有明确规定。
本文提供的本公开的标题和摘要仅是为了方便,而不解释实施方式的范围或含义。
本公开的一个或多个实施方式涉及用于电子设备的显示器,诸如头戴式显示装置、膝上型计算机、平板计算机、电视机、智能电话、可佩戴计算机、计算机监视器等。在图1至图3中示出了可包括这种显示器的电子设备的非限制性示例。
液晶显示器(LCD)是需要被称为背光单元或背光组件的独立光源的非发射显示器的常见示例。背光组件为这种显示器提供具有适当颜色特性的均匀明亮的光。近来,由于边缘点亮的发光二极管(LED)背光的出现,背光技术变得更加重要,所述边缘点亮的发光二极管(LED)背光使得显示器比先前的显示器更薄,同时还降低了功耗。为了满足能量规定或满足其它要求,背光组件尽可能高效是很重要的。如下面进一步讨论的是,本公开通过提供包括扩束器结构的背光组件来改进背光组件的性能,该扩束器结构在多个维度上扩展准直光束,以产生相对于现有技术非常有效的扩展的表面光源。
图1示出了头戴式显示(HMD,head-mounted display)设备100形式的电子设备的非限制性示例,该HMD设备100能够可选地经由有线或无线连接联接至视频呈现计算系统,以向人类用户提供虚拟现实显示。在操作中,用户将HMD设备100佩戴在他们的头部上,通过一个或多个带子101来固定,并且通过显示器102a和102b接收在每只眼睛处显示的来自模拟环境的计算系统的信息,显示器102a和102b由HMD设备的支承结构116支承,该模拟环境不同于实际的物理环境,其中,计算系统充当图像呈现系统,该图像呈现系统将模拟环境的图像提供给HMD设备,以便显示给用户,诸如由在计算系统上执行的游戏程序(未示出)和/或其它软件程序(未示出)生成的图像。在该示例中,用户还能够在实际的物理环境周围移动,并且还可具有一个或多个I/O(“输入/输出”)设备,以允许用户进一步与模拟环境交互,诸如经由有线或无线连接通信地联接至计算系统的手持控制器。HMD设备可包括一个或多个用户接口104和106,该一个或多个用户接口104和106允许用户向HMD设备100或联接至HMD设备的计算系统提供输入。当用户移动HMD设备100的位置和/或改变HMD设备100的方位时,可跟踪HMD设备的位置,以便允许在HMD设备上向用户显示模拟环境的相应部分,并且控制器还可采用类似的技术来跟踪控制器的位置(并且可选地使用该信息来帮助确定和/或验证HMD设备的位置)。在HMD设备100的跟踪位置已知之后,将相应的信息发送到计算系统,该计算系统使用该跟踪的位置的信息来生成模拟环境的一个或多个后继图像,以经由显示器102a和102b显示给用户。
图2示出了膝上型计算机200形式的示例电子设备,膝上型计算机200具有通过铰接件206联接在一起的上壳体202和下壳体204,铰接件206允许壳体相对于彼此旋转。下壳体204包括键盘208,并且可包括其它结构(例如触摸板、各种端口)。上外壳202包括可用于向用户显示内容的显示面板210。
图3示出了智能电话300形式的示例电子设备。智能电话300包括外壳302,外壳302包括显示面板304和多个输入部件306(例如,按钮)。在至少一些实施方式中,显示面板304例如可为触摸屏显示器。
更一般地,本公开的显示器可在任何类型的电子设备中实施,例如图1至图3所示的设备,或者包括音乐播放器、游戏设备、导航单元、车辆显示器、可佩戴设备、自助服务终端(kiosk)的其他类型的设备、或者包括一个或多个显示器的其他类型的设备。
图4示出了在头戴式显示器配置中具有背光组件的示例性背光LCD显示器400,其中头戴式显示器配置为例如在虚拟现实或增强现实头戴式设备。图4示出了背光组件402,背光组件402发射通过LCD 410的光430,从而显示可见图像。LCD显示器可任选地包括漫射层404以产生更均匀的光,并且在至少一些实施方式中可任选地包括反射偏振器层406以再循环光以提高效率。离开LCD 410的光440然后通过透镜组件420,透镜组件420包括一个或多个透镜。在某些实施方式中,透镜组件420中的该一个或多个透镜可为常规的球面、非球面、菲涅耳或任何其它类型的成像透镜。透镜组件420可具有单一类型的透镜面,或者可为透镜类型的组合。在一些实施方式中,透镜组件420可具有薄饼型结构,这可包括基于偏振的反射或折射光学系统。在这种情况下,透镜组件420可包括光学元件组件,该光学元件组件配置成使用至少部分地基于光的偏振的同轴光学折叠,将光从LCD410引向用户的眼睛460。透镜组件420可包括除透镜之外的各种光学元件。例如,透镜组件420可包括至少一个偏振分束器和包括扭曲液晶元件的衬底。扭曲的液晶元件可配置为修改透镜组件420内的光的相位。光450离开指向用户的眼睛460的透镜组件420。在一些实施方式中,光450产生大约10毫米(例如,5mm-25mm等)的眼盒(eye box)。本领域普通技术人员将认识到的是,图4不意味着描述HMD系统的物理设计或布局,而是描述了在一些实施方式中所描述的部件之间的光的一般流。
在某些实施方式中,头戴式显示器设计成将由用户的左眼和右眼都看到。这可使用单独的左LCD显示器和右LCD显示器来实现,或者可使用单个LCD显示器来实现。类似地,虚拟现实或增强现实头戴件可包括单个透镜组件,或者可使用单独的左透镜组件和右透镜组件。
图5示出了根据本公开的某些实施方式的示例性背光组件500的前视图的各方面。背光组件500可包括长型的第一光扩展器结构502和矩形(例如,正方形)的第二光扩展器结构504。第二光扩展器结构的长度和宽度可与背光组件为其部分的显示器的长度和宽度大致相同。第一光扩展器结构502可接收来自光源506(例如,一个或多个激光光源)的入射光508,并且可将入射光508重定向为朝向第二光扩展器结构504。在该配置中,在第一光扩展器结构502的边缘处接收入射光508,并且作为重定向光510从第一光扩展器结构的平面输出。然后,可在第二光扩展器结构504的边缘处接收重定向的光510,并且第二光扩展器结构可将光510向上重新定向为朝向像素化显示面板(例如,朝向图4的LCD 410)的光512(如图所示,从页面中出来)。因此,发射的光512从第二光扩展器结构504的平面输出。该光512因而从背光组件500发射。在一些实施方式中,在光在像素化显示面板处被接收之前,光512可通过附加部件。
图6示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于背光组件的示例性导光面板组件600的立体图。导光面板组件600的各个其它视图在图7至图10中示出。导光面板组件600可为各种类型的显示器中的任何一种中的部件,诸如本文所讨论的显示器。
导光面板组件600包括第一光扩展器结构602和第二光扩展器结构604。第一光扩展器结构602和第二光扩展器结构604可分别与第一光扩展器结构502和第二光扩展器结构504相似或相同。第一光扩展器结构602和第二光扩展器结构604可通过合适的光学透明粘合剂(OCA,optically clear adhesive)联接在一起。第一光扩展器结构602可包括带状长型波导,该带状长型波导邻近并平行于第二光扩展器结构604的边缘布置。第一光扩展器结构602用于在第一光扩展器结构602的纵向(‘x’)方向上接收和重定向从光源614辐射的光616。光源614可为发射具有特定尺寸(例如,1-5mm×1-5mm正方形、高斯等)的偏振光束616的一个或多个激光光源(例如,红色、绿色和蓝色半导体激光器)。光源614可包括多个激光源,每个激光源发射具有不同颜色(例如,红色、绿色、蓝色)的光。光源614可发射具有第一偏振态(例如,水平偏振)的线偏振的相干光。光源614可包括一个或多个其它光源和向光扩展器结构602提供准直光的可选透镜。
如图7和图10所示,第一光扩展器结构602可包括第一多个层组(例如,3至50个层组),其中每个层组均包括衬底608(例如,塑料)和包括反射偏振器层611和波延迟器层613的层608。反射偏振器层611和波延迟器层613相对于从光源614接收的光616以45度角定向,并且光616穿过第一光扩展器结构(在结构602内被指定为光618)。
反射偏振器层611中的每个均可配置为反射具有与光源614发射的偏振光正交的第二偏振态(例如,竖直偏振)的线性偏振光。反射偏振器层611可包括偏振器膜(例如,DBEF)、线栅偏振器(WGP,wire grid polarizer)、或用于实现本文讨论的功能的任何其它合适的反射偏振器。
由于反射偏振器层611不是理想的反射偏振器,因而反射偏振器层611不是简单地反射100%的竖直偏振的光且透射100%的非竖直偏振的光。相反,即使对于纯水平偏振光,反射偏振器层611也反射小百分比(例如,5-15%)的光,并通过剩余的光(例如,85-95%)。
波延迟器层613配置为将光的偏振取向偏移确定的旋转量(例如,5-20度)。波延迟器层613中的每个均可为半波片、四分之一波片、或可操作地将光的偏振取向偏移或旋转预定量的任何其它合适的波延迟器。波延迟器层613各自可将偏振取向偏移相同量,或者不同的波延迟器层可将偏振取向偏移变化量。作为非限制性实例,第一组波延迟器层613可提供10度的旋转偏移,第二组波延迟器层可提供15度的偏移,以及第三组波延迟器层可提供20度的偏移。每组中的延迟层的数量可相同或不同。
如图7和图9所示,第二光扩展器结构604可包括第二多个层组(例如,3至50个层组,或更多),其中每个层组均包括衬底612(例如,丙烯酸或其它塑料)和层610,所述层610包括反射偏振器层611和波延迟器层613。反射偏振器层611和波延迟器层613相对于从第一光扩展器结构602接收的光620以45度角定向,如下面进一步讨论。
在操作中,根据一个非限制性实例,来自光源614的水平偏振光616的准直光束进入第一光扩展器结构602的边缘。当光618到达每个反射偏振器611该波延迟器层613时,光的小部分(例如,5-15%)(由箭头620表示)在‘y’方向上朝向第二光扩展器结构604反射,并且光的剩余部分(例如,85-95%)由随后的波延迟器层613旋转,以产生光618a(图10),光618a以预定量(例如,10度、15度、20度)进行旋转。因而,当光618沿第一光扩展器结构602在‘x’方向上传播时,光的部分通过第一光扩展器结构602的每个反射偏振器611沿第二光扩展器结构的‘x’方向被导向第二光扩展器结构604。
第二光扩展器结构604的操作是类似的。从第一光扩展器结构602沿‘y’方向传播的光620由第二光扩展器结构604以间隔接收,该间隔由第一光扩展器结构602的反射偏振器层611的位置确定。当光620到达第二光扩展器结构604的每个反射偏振器611和随后的波延迟器层613时,光的小部分(例如,5-15%)(由箭头622表示)在‘z’方向上朝向显示模块(图6中未示出)反射,并且剩余部分(例如,85-95%)由随后的波延迟器层613旋转,以产生旋转确定的量(例如,10度、15度、20度)的光620a(图9)。因而,当光620沿着第二光扩展器结构602在‘y’方向上行进时,光的部分沿着第二光扩展器结构604的‘z’方向被向上(如图所示)引向显示模块。由于来自第一光扩展器结构602的光620沿着第二光扩展器结构604的‘x’维度分布,因而由第二光扩展器结构604发射的光622为显示模块在‘z’方向上提供基本上均匀的表面照明。
反射偏振器层的数量、波延迟器层的数量以及由每个波延迟器层提供的旋转的量可设计成在第二光扩展结构604的整个区域中提供均匀的光。另外,虽然未示出,但是各种部件可具有一个或多个附加反射层,该一个或多个附加反射层邻近一个或多个边缘设置,从而使光再循环,这可提高效率。
图11至图13示出了制造导光面板组件的方法的非限制性示例,其中导光面板组件诸如为例如图6至图10中所示的导光面板组件600。
最初,可形成多个堆叠的层组1102的组1100。该多个堆叠的层组中的每个均可包括衬底层1108(例如,丙烯酸或其它塑料)、波延迟器层1104和反射偏振器层1106。尽管在该示例性实施方式中示出了10个层组1102,但是应当理解的是,可基于特定应用来选择堆叠的层组的数量。例如,可有3个层组、5个层组、10个层组、20个层组、25个层组、50个层组、100个层组等。
然后,如图11和图12所示,可通过以45度角切割多个堆叠的层组来形成中间导光面板组件1110。注意,在图12中,为了清楚起见,仅在堆叠部1100的一个边缘上示出了层组1102。
图13A至图13C示出了从图11和图12所示的中间导光面板组件1110制造第一光扩展器结构602和第二光扩展器结构604的方法的各个步骤。
如图13A所示,中间导光面板组件1110的部分可切割为形成第一光扩展器结构602和第二光扩展器结构604。如图13B所示,第一光扩展器结构602可绕‘z’轴旋转,并相对于第二光扩展器结构604移动,以接近第二光扩展器结构的右下边缘(如图所示)。如图13C所示,第一光扩展器结构602也可围绕‘x’轴顺时针旋转(如图所示),并且(例如,经由OCA)联接至第二光扩展器结构602,以形成本文所讨论的导光面板组件600。
图14是还在图6中示出的背光组件600的立体图,该背光组件600包括光学部件1400,该光学部件1400在进入背光组件的第一光扩展器结构602之前使来自光源614的光均匀化。光学部件1400可包括微透镜阵列(如图所示),该微透镜阵列包括多个微透镜1402(例如,5×5阵列、10×10阵列等)。在至少一些实施方式中,光学部件1400可附加地或替代地包括漫射体、另一类型的光学部件、或两个或更多个部件的组合,所述两个或更多个部件用于使光源614发射的光616均匀化,以向背光组件600的第一光扩展器结构602提供均匀化的光1404。
微透镜阵列1400可用于均匀化各种现代光源614,包括激光二极管、高功率LED等。微透镜阵列1400可有利地为光提供高效率和非高斯均匀性。
微透镜阵列1400可用于光束均匀化和成形,以将来自光源614的光从高斯图案改变为点图案或正方形“平顶”图案。因而,当光如本文所讨论的那样进行扩展时,光基本上比光保持在高斯图案中的情况更均匀。作为非限制性实例,微透镜阵列1400可包括多个正方形微透镜。另外,如上所述,光学部件1400可包括一个部件或多个光学部件(例如,微透镜阵列和第二透镜、微透镜阵列和漫射器等),以向背光组件600的光扩展器结构602和604提供均匀化的光。
所属领域的技术人员将认识到的是,本文陈述的许多方法或算法可采用额外的动作,可省略一些动作,和/或可按不同于指定的次序来执行动作。上述各种实施方式可进行组合以提供进一步的实施方式。根据以上详细描述,可对实施方式进行这些改变和其它改变。通常,在随后的权利要求中,所使用的术语不应解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中所公开的特定实施方式,而应解释为包括所有可能的实施方式以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围。因此,权利要求不受本公开的限制。

Claims (27)

1.一种显示装置,包括:
显示模块;以及
背光组件,向所述显示模块提供光,所述背光组件包括:
光源;以及
导光面板组件,所述导光面板组件包括:
第一光扩展器结构,定位成接收来自所述光源的光,所述第一光扩展器结构包括第一多个层组,所述第一多个层组中的每个均包括反射偏振器层和波延迟器层;以及
第二光扩展器结构,定位成邻近所述第一光扩展器结构,以接收来自所述第一光扩展器结构的光,并朝向所述显示模块发射光,所述第二光扩展器结构包括第二多个层组,所述第二多个层组中的每个均包括反射偏振器层和波延迟器层。
2.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述光源发射在第一偏振态中线性偏振的相干光束,并且所述第一多个层组中的反射偏振器层配置为反射在第二偏振态中线性偏振的光,所述第二偏振态与所述第一偏振态正交。
3.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的每个均包括半波片。
4.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的每个均包括将光的偏振方向偏移5度到20度的半波片。
5.根据权利要求4所述的显示装置,其中,所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的至少一个将光的偏振方向偏移一定量,所述量不同于所述第一多个层组和所述第二多个层组的波延迟器层中的至少另一个所提供的偏移的量。
6.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述反射偏振器层中的每个和所述波延迟器层中的每个相对于入射到所述反射偏振器层和所述波延迟器层上的光以45度的角度进行定向。
7.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一多个层组和所述第二多个层组中的每个层组均包括透明塑料层。
8.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一多个层组和所述第二多个层组中的每个均包括3至50个层组。
9.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述反射偏振器层中的每个均包括反射偏振器膜或线栅偏振器中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一多个层组和所述第二多个层组中的波延迟器层中的每个均包括四分之一波片。
11.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述光源在第一方向上发射光,所述第一光扩展器结构用于在与所述第一方向正交的第二方向上引导从所述光源接收的光,以及所述第二光扩展器结构用于在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上引导从所述第一光扩展器结构接收的光。
12.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一光扩展器结构通过光学透明粘合剂联接至所述第二光扩展器结构。
13.根据权利要求1所述的显示装置,还包括位于所述背光组件与所述显示模块之间的漫射层。
14.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述光源包括多个激光器,每个激光器发射不同颜色的光。
15.根据权利要求1所述的显示装置,其中,所述光源包括以下中的至少一个:
产生相干光的激光器;或
准直透镜组件。
16.根据权利要求1所述的显示装置,还包括:
透镜阵列,位于所述光源与所述导光面板组件之间,从而在所述光源发射的光进入所述导光面板组件的所述第一光扩展器结构之前,使所述光源发射的光均匀化。
17.根据权利要求1所述的显示装置,还包括:
漫射器,位于所述光源与所述导光面板组件之间,从而在所述光源发射的光进入所述导光面板组件的所述第一光扩展器结构之前,使所述光源发射的光均匀化。
18.一种导光面板组件,包括:
第一光扩展器结构,定位成接收来自光源的光,所述第一光扩展器结构包括第一多个层组,所述第一多个层组中的每个均包括反射偏振器层和波延迟器层;以及
第二光扩展器结构,定位成邻近所述第一光扩展器结构,以从所述第一光扩展器结构接收光,并朝向显示模块发射光,所述第二光扩展器结构包括第二多个层组,所述第二多个层组中的每个均包括反射偏振器层和波延迟器层。
19.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述第一多个层组中的反射偏振器层配置成反射以与所述光源发射的光的偏振状态正交的偏振状态线性偏振的光。
20.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的每个均包括半波片或四分之一波片中的一个。
21.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的每个均用于将光的偏振方向偏移5到20度。
22.根据权利要求21所述的导光面板组件,其中,所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的至少一个将光的偏振方向偏移一定量,所述量不同于由所述第一多个层组的波延迟器层和所述第二多个层组的波延迟器层中的至少另一个提供的偏移的量。
23.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述反射偏振器层中的每个和所述波延迟器层中的每个相对于入射到所述反射偏振器层和所述波延迟器层上的光以45度的角度进行定向。
24.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述第一多个层组和所述第二多个层组中的每个均包括3至50个层组。
25.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述第一光扩展器结构用于接收来自所述光源的沿第一方向的光,并沿与所述第一方向正交的第二方向引导所接收的光,以及所述第二光扩展器结构用于以沿与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向引导从所述第一光扩展器结构接收的光。
26.根据权利要求18所述的导光面板组件,其中,所述第一光扩展器结构通过光学透明粘合剂联接至所述第二光扩展器结构。
27.一种制造导光面板组件的方法,包括:
形成多个堆叠的层组,所述多个堆叠的层组中的每个均包括反射偏振器层、波延迟器层和塑料层;
将所述多个堆叠的层组以45度角进行切割,以生成中间导光面板组件;
切割所述中间导光面板组件的部分,以形成第一光扩展器结构和第二光扩展器结构;
相对于所述第二光扩展器结构旋转所述第一光扩展器结构;以及
将旋转后的第一光扩展器结构联接至所述第二光扩展器结构,以形成所述导光面板组件。
CN202280014148.3A 2021-02-10 2022-02-09 显示具有光扩展器结构的显示器背光 Pending CN116940885A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163147997P 2021-02-10 2021-02-10
US63/147,997 2021-02-10
PCT/US2022/015840 WO2022173845A1 (en) 2021-02-10 2022-02-09 Display backlight with light expander structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116940885A true CN116940885A (zh) 2023-10-24

Family

ID=82837842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280014148.3A Pending CN116940885A (zh) 2021-02-10 2022-02-09 显示具有光扩展器结构的显示器背光

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220269133A1 (zh)
EP (1) EP4291946A1 (zh)
JP (1) JP2024508087A (zh)
KR (1) KR20230136645A (zh)
CN (1) CN116940885A (zh)
WO (1) WO2022173845A1 (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7277180B2 (en) * 2004-11-09 2007-10-02 Zygo Corporation Optical connection for interferometry
JP5545076B2 (ja) * 2009-07-22 2014-07-09 ソニー株式会社 画像表示装置及び光学装置
CN103852897A (zh) * 2014-03-20 2014-06-11 浙江晶景光电有限公司 基于偏振光复用的微型光学引擎系统
US9581827B1 (en) * 2015-09-03 2017-02-28 3M Innovative Properties Company Optical system
US10359627B2 (en) * 2015-11-10 2019-07-23 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide coatings or substrates to improve intensity distributions having adjacent planar optical component separate from an input, output, or intermediate coupler
US10473943B1 (en) * 2016-11-09 2019-11-12 ColdQuanta, Inc. Forming beamformer having stacked monolithic beamsplitters
KR102399100B1 (ko) * 2017-06-16 2022-05-18 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치
JP2022517796A (ja) * 2019-02-22 2022-03-10 株式会社Nttドコモ 小型ホモジナイザーを有する画像装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230136645A (ko) 2023-09-26
EP4291946A1 (en) 2023-12-20
WO2022173845A1 (en) 2022-08-18
US20220269133A1 (en) 2022-08-25
JP2024508087A (ja) 2024-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2788809B1 (en) Compact illumination module for head mounted display
US10712569B2 (en) Technologies for efficient head-mounted display with pancake lenses
JP5789134B2 (ja) 照明装置、表示装置及び液晶表示装置
WO2022120250A1 (en) Patterned backlight for display panel
CN115066644B (zh) 用于照明光学的微透镜阵列偏振再循环光学器件
US11294233B2 (en) Directional illumination apparatus and privacy display
KR20240134388A (ko) 머리-장착 디스플레이 시스템들에 대한 콤팩트한 광학부
US20220269133A1 (en) Display backlight with light expander structures
US20220269092A1 (en) Display device including polarization selective microlens array
US20220179147A1 (en) Patterned backlight for display panel
US11846798B2 (en) Head-mounted display devices with non-rectangular backlight
US10585230B2 (en) Light-steering layer for electronic display
JP2011191387A (ja) 液晶表示装置
EP3423897B1 (en) Flat panel illuminator with concentrator
US20230093721A1 (en) Head-mounted display system with compact optics
US20240310677A1 (en) Wide color gamut enabled edge-lit blu for high ppi vr-lcd display
WO2022178406A1 (en) Display device including polarization selective microlens array

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination