CN117250794A - 具有反射式或穿透式透明波导的液晶照明装置与显示装置 - Google Patents

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CN117250794A CN202311231972.7A CN202311231972A CN117250794A CN 117250794 A CN117250794 A CN 117250794A CN 202311231972 A CN202311231972 A CN 202311231972A CN 117250794 A CN117250794 A CN 117250794A
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Abstract

本发明提供一种具有反射式或穿透式透明波导的液晶照明装置与显示装置，所述液晶照明装置包括：一入射光产生单元，用于产生进入所述液晶照明装置的一入射光；以及一透明波导，提供所述入射光进入所述透明波导，且所述透明波导具有一光栅的x轴与y轴的一第一周期，还具有所述光栅的z轴的一第二周期；其中，所述液晶照明装置周围的环境光可以穿透并经过所述透明波导；所述第一周期的图案是通过光配向的制造工艺所形成，所述第二周期的图案是通过一反应型液晶所形成。

Description

具有反射式或穿透式透明波导的液晶照明装置与显示装置
技术领域
本发明关于一种液晶照明装置，尤指一种具有反射式或穿透式透明波导的液晶照明装置与显示装置，且液晶照明装置适用于虚拟实境(Virtual Reality，以下简称VR)/扩增实境(Augmented Reality，以下简称AR)的背光模组或前光模组。
背景技术
请参考图1，图1为现有技术，从传统背光光源所发射出来的光，经过反射膜、扩散膜等等的光学薄膜之后，只会有约60％的光通过背光模组进入到偏光膜，最后经过液晶层LC、表面Surface出来只剩下4％的光，传统背光模组的各层的透光率约在60％～95％之间，甚至更低；最终光强度仅有背光源的4％。
除此之外，现有技术全息体积光栅(Holographic Volume Grating，HVG)应用于光束导引的绕射元件。HVG最独特的特点是，当受到布拉格匹配的光束照射时，可以产生高效的单一绕射序列；以及另一种称为绕射波片(Diffractive Waveplate，DW)的光学元件(也被称为偏振光栅(Polarization Grating，PG))，但这种光栅在各向异性介质中沿着光轴的方向呈现周期性的空间变化。如果基板表面上的光轴在一个方向上呈现周期性旋转，该结构被称为螺旋状绕射波片(Cycloidal Diffractive Waveplate，CDW)。相较于HVG，CDW的独特特点是其对输入偏振的敏感性；然而，CDW的绕射角度相对较小(在空气中约15°)，并且由于涉及的物理机制，很难进一步增加，这样的绕射角度远小于HVG可以达到的角度。除此之外，现有技术必须使用了相干光(Coherent light)进入波导(Waveguide)，即现有技术必须使用同调光进入波导。
发明内容
本发明提供一种液晶照明装置，且液晶照明装置使用了量子光栅。
本发明提供一种液晶照明装置，具有反射式或透射式的波导。
本发明提供一种具有透明波导的液晶照明装置，所述液晶照明装置包括：一入射光产生单元，用于产生进入所述液晶照明装置的一入射光；以及一透明波导，提供所述入射光进入所述透明波导，且所述透明波导具有一光栅的x轴与y轴的一第一周期，还具有所述光栅的z轴的一第二周期；其中，所述液晶照明装置周围的环境光能够穿透并经过所述透明波导；所述第一周期的图案是通过光配向的制造工艺所形成，所述第二周期的图案是通过一反应型液晶所形成。
在一个具体实施例中，入射光不限制同调光；或入射光不限制偏振态光。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的详细描述，可以更全面地理解本申请，其中：
图1为现有技术。
图2A为本发明的使用液晶照明装置的显示装置示意图。
图2B为本发明的PVG的示意图。
图2C为本发明的反射式与穿透式的PVG之示意图。
图2D至图2E为本发明的模拟示意图。
图2F为本发明的显示装置的影像聚焦在眼球的示意图。
图3、图4、图5、图6、图7A及图7B为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图。
图8为本发明的仅有PM方法与AM+PM方法的图像质量比较结果。
图9A为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图。
图9B为本发明一实施例制造PVG的曝光系统之示意图。
图10A为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图。
图10B为本发明一实施例使用液晶照明装置1000的在笔记型电脑或屏的示意图。
图11为本发明一实施例使用液晶照明装置1100的显示装置平面与断面N-N’的示意图。
图12A为本发明一实施例使用液晶照明装置1200的显示装置120示意图。
图12B为本发明一实施例QWP与相位透镜L的曲面结构示意图。
图13、图14及图15为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图。
[符号说明]
10、10A、30、30A、40、50、50A、60、70A、70B、90、100A、100B、120：显示装置
11、31、41、51、61、71、91、121：显示器
11a、P、100_1：偏振片
11b、100_5：偏光镜
11c、100_3：液晶层
100_2：TFT玻璃
100_4：彩色滤光片
Cover bottom：覆盖底板
200、300、400、500、600、700、900、1000、1100、1200：液晶照明装置
201、301、401、501、601、701A、701B、901、1101、1201：入射光产生单元
202、302、402、402L、402R、502、502L、502R、602、602L、602R、702、902、1102、1202：透明波导
91a：硅基液晶基板
91b：SLM
LP：导光柱
QWP：四分之一波片
L、L2：相位透镜
E：眼球
x、y、z：轴
Λx、Λy：周期
倾斜角
α：旋转角
K：光栅向量
θi：入射角
θdiff：绕射角
A、B、M：区域
N-N’：断面
C：环形结构
具体实施方式
请参考图2A，图2A为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图。液晶照明装置200包括：入射光产生单元201与透明波导202。在本实施例中，液晶照明装置200为显示装置10的背光模组。
入射光产生单元201用以产生进入液晶照明装置200的一入射光；透明波导202提供入射光进入透明波导202，且透明波导202具有除了光栅(图未示)的x轴与y轴的一第一周期，第一周期的图案是由干涉光配向(Interference Photoalignment)的制造工艺所形成；透明波导202也具有对应于透明波导202中光栅的z轴的一第二周期，且第二周期的图案是通过一反应型液晶(Reactive Mesogen，RM)所形成，例如胆固醇液晶(Cholesteric LiquidCrystal，CLC)，其中干涉光配向为光配向中的一种制造工艺。
请注意，本实施例的透明波导202是由偏振体积光栅(Polarization VolumeGrating，以下简称PVG)波导所实现，偏振体积光栅波导具有反射式与透射式功能，且透明波导202是量子偏振光栅的波导，图2A为偏振体积光栅波导为反射式，并作为显示装置10的背光模组。其中，PVG波导本身为透明材质。
请同时参考图2B，图2B为PVG的示意图。光轴在xz平面上旋转；旋转角α在x和y方向上连续而周期性地变化，分别具有Λx和Λy的周期。折射率分布呈倾斜的一体积光栅的倾斜角为
请同时参考图2C，图2C为反射式与穿透式的PVG示意图。请注意，在公式(1)中当PVG满足PVG将会作为反射式光栅使用，即偏振体积光栅波导此时为反射式；当PVG满足/>PVG将会作为穿透式光栅使用，即偏振体积光栅波导此时为穿透式。
其中，图2C的(a)图是反射式PVG，图2C的(b)图是穿透式PVG，其中符号表示：θi是入射角，θdiff是一阶(1st Order)绕射角(diffraction angle)，第0阶(0th Order)是没有绕射的透射光束。代表周期性折射率平面的倾斜角度，也可以表示为光栅向量K的倾斜角度。
对PVG而言，反射式和穿透式的PVG，这取决于入射和绕射光束的方向。对于反射式PVG，绕射光束与入射光束在同一侧，如图2C的(a)图所示；而对于穿透式PVG，绕射光束和入射光束在不同的侧面，如图2C的(b)图所示。当入射角度θi＝0°时，可以通过倾斜角的范围来区分反射式和穿透式的PVG，倾斜角/>与一阶衍射角θdiff之间的关系如公式(1)；换言之，PVG依据对应于PVG的一光栅向量K的倾斜角决定为穿透式透明波导或反射式透明波导。
其中，第一周期是光轴平行于透明波导202的表面的周期，第二周期是光轴垂直于透明波导202之表面的周期，本发明的透明波导202利用PVG，通过在垂直于透明波导202表面的方向上添加另一个周期性，可以基于布拉格绕射生成更大的绕射角。第一周期作为透明波导202的一维及二维影像放大使用，第一周期与第二周期为决定透明波导202的绕射角的值、透明波导202可使用的波长范围的值、以及透明波导202的绕射角反射效率。
请注意，透明波导202不会有二阶以上的绕射产生，故不会有其他的杂散光产生，此部分与现有的绕射光学元件的波导不同，本发明入射光的能量不会如现有技术的损耗，故透明波导202是量子偏振光栅的波导。本实施例所指的反射式透明波导定义为入射光透过透明波导202反射至显示器11。
请同时参考图2D与图2E，图2D与图2E为本发明模拟示意图。其中40度绕射角反射效率>99.2％，10度绕射角反射效率>99.2％，99.2％的反射率在实际和原理上都较目前已现有的背光模组更加优良，本发明可以调节透明波导的背光模组(前光模组)的主要发射角度，且改善背光模组(前光模组)光强度仅有入射光的4％的缺点。其中，由图2E可以了解偏振体积光栅波导内的液晶具有两个以上的不同周期。
请继续参考图2A，本实施例中的入射光产生单元201用来产生入射光，但本实施例的入射光并不限制于同调光或偏振态光，可以由LED(Light Emitting Diode)所产生的非同调光或非偏振态光所实现。本实施例透明波导202为反射式透明波导，入射光产生单元201位于透明波导202于显示器11的相同一侧，眼球E的位置是相对于显示器11的该侧，眼球E位于显示器11另一侧或透明波导202的对向侧，入射光产生单元201设置于透明波导202与显示器11之间。请注意，显示器11包括偏振片(polarizer)11a、偏光镜(analyzer)11b、以及液晶层11c。
因透明波导202为透明，故环境光(如虚线所示)可以穿透并经过透明波导202，即眼球E可以透视液晶照明装置200(透明的背光模组)，即眼球E可以看到显示装置10周遭的环境，此结构适用于AR或VR。
除此之外，本实施例的显示装置10还包括：显示器11、四分之一波片(QuarterWave Plate，以下简称QWP)QWP与相位透镜L；显示器11依据一光源产生一影像，换言之，本实施例是液晶照明装置200为显示器11的透明的背光模组，即液晶照明装置200为显示器11的光源，且QWP根据显示器11将影像转换成一右旋圆偏振(Right-Handed CircularlyPolarized,以下简称RCP)光或一左旋圆偏振(Left-Handed Circularly Polarized,以下简称LCP)光，最后由相位透镜L根据RCP光或LCP光来聚焦该影像在眼球E。
请注意，相位透镜L为潘查拉特南-贝瑞相位透镜(Pancharatnam-Berry PhaseLens以下简称PB相位透镜)或几何相位镜片(Geometric Phase Lens以下简称GP相位透镜)所实现。
请参考图2F，图2F为显示装置的影像聚焦在眼球E的示意图，其中显示装置在眼球E的成像满足麦克斯韦观察法(Maxwellian view)，来自显示装置的影像会聚焦在眼球E并成像于视网膜，其中为求简化仅绘出入射光产生单元201、显示器11、以及相位透镜L。
请参考图3，图3为本发明一实施例使用液晶照明装置300的显示装置30示意图。本发明显示装置30与10的差异在于，透明波导302为穿透式透明波导，入射光与显示器31不在透明波导302的同一侧面，即液晶照明装置300的入射光产生单元301与透明波导302于显示器31的一侧，眼球E的位置是相对于显示器31的该侧，眼球E位于显示器31另一侧或透明波导的302对向侧，透明波导302设置于入射光产生单元301与显示器31之间；其中，透明波导302为显示器31的透明的背光模组，且透明波导302在本实施例为穿透式透明波导，且透明波导302为PVG波导。
请参考图4，图4为本发明一实施例使用液晶照明装置400的显示装置40示意图，在本实施例中，液晶照明装置400中透明波导402包括左旋光透明波导402L或右旋光透明波导402R其中之一，透明波导402用来产生LCP光或RCP光。
请注意，入射光产生单元401所产生的入射光为一偏振光，偏振光经由透明波导402产生LCP光或RCP光，即左旋光透明波导402L或右旋光透明波导402R分别用以产生LCP光或RCP光；显示器41为一半穿透半反射显示器(Transflective display)，半穿透半反射显示器在每一个像素中具有部分穿透与部分反射的区域；显示装置40还包括QWP与相位透镜L，且QWP根据显示器41将影像转换成一RCP光或一LCP光，相位透镜L根据RCP光或LCP光聚焦影像在眼球E，且相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。
在本实施例中，透明波导402为显示器41的透明的前光模组，透明波导402为反射式透明波导，入射光产生单元401位于透明波导402与显示器41之间，且透明波导402为PVG波导。
请参考图5，图5为本发明一实施例使用液晶照明装置500的显示装置50示意图，在本实施例中，显示装置50中透明波导502包括左旋光透明波导502L与右旋光透明波导502R。
请注意，入射光产生单元501所产生的入射光为一非偏振光，非偏振光经由透明波导502产生LCP光与RCP光，即左旋光透明波导502L与右旋光透明波导502R分别用以产生LCP光或RCP光。
显示器51为半穿透半反射显示器，显示器51还包括QWP与相位透镜L；QWP根据LCP光或RCP光产生圆偏振光，相位透镜L根据圆偏振光来聚焦影像在眼球；其中，透明波导502为显示器51的透明的前光模组，透明波导502为反射式透明波导，入射光产生单元501位于透明波导502与显示器51之间，且透明波导502为PVG波导，相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。
请参考图6，图6为本发明一实施例使用液晶照明装置600的显示装置60示意图，入射光产生单元601所产生入射光为一非偏振光时，透明波导602包括左旋光透明波导602L与右旋光透明波导602R，透明波导602用来分别产生LCP光与RCP光，且显示器61为一半穿透半反射显示器，显示装置60包括QWP与相位透镜L；QWP根据LCP光与RCP光产生圆偏振光，相位透镜L根据圆偏振光来聚焦影像在眼球，相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。
请注意，透明波导602为显示器61的透明的背光模组与透明的前光模组，透明波导602分别为反射式透明波导与穿透式透明波导。在本实施例中，显示器61位于左旋光透明波导602L与右旋光透明波导602R之间，左旋光透明波导602L为该光模组，右旋光透明波导602R为前光模组。其中左旋光透明波导602L与右旋光透明波导602R之间有个导光柱(LIGHTPIPE)LP以引导RCP光至右旋光透明波导602R。
另外，本发明一实施例中，入射光产生单元为具有第一QWP的RGB LED单元，透明波导包括红光透明波导、绿光透明波导、以及蓝光透明波导，显示装置包括：第二QWP与相位透镜L，第二QWP根据显示器的偏振光影像转换成圆偏振光(RCP光或LCP光)；相位透镜L根据RCP光或LCP光来聚焦影像在眼球，相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。
其中，在本实施中的入射光产生单元所产生的入射光为偏振光，且影像通过红光透明波导、绿光透明波导、以及蓝光透明波导调整影像的颜色组合，透明波导为显示器的前光模组，透明波导为反射式透明波导。请注意，上述实施例所有显示器均包括偏振片(polarizer)与偏光镜(analyzer)。
请参考图7A，图7A为本发明一实施例使用液晶照明装置700的显示装置70A示意图，请注意，入射光产生单元701A为一高分辨率(频率)面板(high resolution(frequencies)panel)，用以产生振幅调制的一非同调光作为入射光；在本实施例中，显示器为TFT透明显示器或空间光调制器(Spatial Light Modulator，简称SLM)面板其中之一；显示装置70A包括偏振片P、QWP、以及相位透镜L；液晶照明装置700包括入射光产生单元701A与透明波导702。
偏振片P根据入射光转换成偏振光，偏振光传输至TFT透明显示器或SLM面板用以产生影像，QWP根据该影像转换成RCP光或LCP光，相位透镜L根据RCP光或LCP光来聚焦影像在眼球，相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。
其中，透明波导702为显示器71的前光模组，透明波导702为反射式透明波导；以及显示器71(TFT透明显示器或SLM面板)为产生相位调制的面板，显示器71用以产生低频率(low frequencies)计算机制全息(Computer-Generated Holography，以下简称CGH)相位调制(Phase Modulation，简称PM)的影像。本发明利用了一个CGH振幅调制(AmplitudeModulation，简称AM)面板和另一个相位调制面板，其中相位调制面板为TFT透明显示器TFT或SLM面板，来实现了超高全息图像。
请参考图7B，图7B为图7A另一实施例的示意图，显示装置70A与70B差异在于，入射光产生单元701B的入射光与显示器71不在透明波导702的同一侧，入射光产生单元701B与眼球E同侧，其余原理与前述相同。
请参考图8，图8为仅有PM方法与AM+PM方法的图像质量比较结果。本发明提供一种PM+AM方法的方法或技术，以获得清晰、体积小、光效高、对比度高、分辨率高的真实3D全息显示。不仅将振幅调制和相位调制结合到一个光学设备中，而且将实现的AM和PM调制功能过程集成到一个设备中，以实现全息显示的高图像质量，以满足实际商业应用。其中高斯滤光光罩(Gaussian Filter mask)作为全息影像的振幅调制。
请参考图9A，图9A为本发明一实施例使用液晶照明装置900的显示装置90示意图。请注意，显示器91为SLM面板，且显示装置90包括偏振片P、QWP、以及相位透镜L。
偏振片P将入射光产生单元901所产生的入射光转换成偏振光，偏振光传输至SLM面板用以产生影像，QWP将该影像转换成RCP光或LCP光，相位透镜L根据RCP光或LCP光来聚焦影像在眼球E，相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。其中，透明波导902为显示器91的前光模组，透明波导902为反射式透明波导。
本实施例的SLM面板包括：硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，以下简称LCoS)基板91a与SLM 91b。LCoS基板91a形状呈现出至少一维的一凹口，偏振光投射到LCoS基板91a上，LCoS基板91a反射进入一凹口的光线；以及LCoS基板91a反射后的光线进入SLM91b，SLM 91b调整液晶层中的配向角(azimuth angle)以消除LCoS基板91a之出射光的信噪。
值得注意的是，当SLM尺寸变大时，SLM像素间距变小时，眼盒(Eye Box)也会随之变大。因此，视场(Field of View，FOV)和眼盒的大小都受到SLM特性的限制。眼盒指的是近眼显示光学模组和眼球之间的区域，也是显示内容最清晰的区域。然而，为了抑制边缘场效应(Fringe Field Effects，FFE)，需要通过本申请实现更小的像素尺寸，可以通过采用曲面的LCoS基板和曲面的SLM来达到1微米(μm)像素。
请参考图9B，图9B为本发明一实施例制造PVG的曝光系统(Exposure System)的示意图；在本实施例中的偏振光场可以来自LCoS的SLM，线偏振的激光光束被滤波并扩束后，透过QWP转换为圆偏振，然后反射至高解析度的SLM。经过空间调制的激光光束再转换回线偏振，并传输至本申请的透明波导。
请注意，通过抑制FFE的SLM的方法，可以使用无FEE SLM与光学镜片模组来缩小周期，以制造1微米以下高解析度的更小周期PVG，例如400纳米以下的PVG；FEE是指在传统SLM中产生的边缘场效应，它会影响PVG的精确性和性能。但通过抑制这种效应的SLM专利技术，现在可以使用无FEE的SLM来制造小周期的PVG，这意味着可以实现更高的解析度，能够制造出周期更小的PVG，适用于更多的应用场景。其次，曲面LCoS SLM，以及消除透镜系统产生的激光光束的场曲率，来制造曲面的PVG。
通过抑制FFE的SLM的方法，可以使用无FEE SLM制造具有纳米等级高解析度的小周期PVG。同时，利用新专利的曲面LCoS SLM以及消除曲面PVG的FFE，可以制造曲面PVG(透明波导)。这些新技术使得制造小周期和曲面PVG成为可能。
请参考图10A，图10A为本发明一实施例使用液晶照明装置1000的显示装置100A示意图，请注意显示装置100A设置于移动通讯装置，移动通讯装置例如：手机，在本实施例中，移动通讯装置至少具有两个区域A与B，其中区域A系设置电源、或通讯装置部分，区域B是设置本发明的显示装置100A，且区域A与B尽量避免重叠，使区域B所在的环境光可以穿透显示装置100A。此结构适用于AR或VR。
请参考图10B，图10B显示本发明一实施例使用液晶照明装置1000的在笔记型电脑或屏幕的示意图。同前所述，利用本发明的透明反射式的透明波导做为笔记型电脑或屏幕的背光模组，则背光模组不需要反射片(Reflector)，并搭配透明的覆盖底板(Coverbottom)，在本实施例中，其显示装置100B还包括：偏振片100_1、TFT玻璃100_2、液晶层100_3、彩色滤光片100_4、以及偏光镜100_5，通过本实施例的架构可以使笔记型电脑或屏幕达到透明，即人眼可以看穿笔记型电脑或屏幕的目的。
现阶段透明显示器的透明度仅在30～40％左右而非100％，由于使用了透明子像素元件，该透明子像素元件并不会发光，也不会参与图像显示，但一部分子像素仍要用于图像显示，只要透明子像素的密度够高、量够大也足以让用户的视觉感官觉得透明，不过透明子像素会造成解析度下降。
在本实施例中，本实施利用持续性RGB光源产生RGB序列光源(RGB SequenceLight)之一连续光源色序(Color sequential)的LCD，所以本发明不需要透明子像素元件，故解析度可以为现阶段透明显示器的3倍。
在一实施例中，透明显示器在使用场景中，背景环境不会被透明显示器的背板隔绝，在使用者的视野中仍然可以看到显示器的环境，让透明显示器融入整体环境，降低使用者的眼睛的疲劳感。
请参考图11，图11为本发明一实施例使用液晶照明装置1100的显示装置平面与断面N-N’之示意图，请注意液晶照明装置1100为一环形结构C，入射光产生单元1101设置于环形结构C所在处，入射光由该环形结构C的区域进入透明波导1102，环形结构C的中间区域M用已提供一QWP或相位透镜L来聚焦影像在眼球，且眼球位置会在该环形结构C的中间区域M。一实施例中，环形结构C为镜框所在之区域。换言之，光的入射耦合(incoupling)区域在环形结构C，光的出射耦合(outcoupling)区域在中间区域M。其中环形结构C不一定为圆环形结构。
请参考图12A，图12A为本发明一实施例使用液晶照明装置1200的显示装置120示意图，显示装置120与10差异在于，显示器121与透明波导1202可以分别具有至少一维的凹口，使其更符合眼球E的弧度，其余原理与前述相同，不再另行赘述。入射光产生单元1201如图所示，显示装置120架构可以参考美国申请案17/952,172相关说明。
在一实施例中，QWP与相位透镜L也可以为具有凹口的曲面结构，如图12B所示。
请参考图13，图13为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图，请注意，本实施例的显示装置10A与图2A的显示装置10之差异在于，显示装置10A还包括：另一个相位透镜L2，相位透镜L2是可透过电压控制的相位透镜，例如:相位透镜L2可为调整开关光束控制光学参量放大器向列型液晶透镜Switch Beam steering OPA(Optical ParametricAmplifier)VA LC(Vertical Alignment Liquid Crystal)prism。相位透镜L2具有一透明电控层(图未示)，透明电控层透过一控制电压达到连续性调整进入该透明电控层的光束的入射角度，相位透镜L2调整进入透明电控层的光束的相位。
一实施例中，透明电控层为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，以下简称ITO)层所实现。
在本实施例中，各层距离眼球E由远至近依序为透明波导202、显示器11、相位透镜L2、四分之一波片QWP、相位透镜L。
同理，请参考图14，图14为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图，请注意，本实施例的显示装置30A与图3的显示装置30之差异在于，显示装置30A还包括：相位透镜L2与透明电控层。其余原理与前述相同，不再另行赘述。
请参考图15，图15为本发明一实施例使用液晶照明装置的显示装置示意图，请注意，本实施例的显示装置50A与图5的显示装置50之差异在于，显示装置50A还包括：相位透镜L2与透明电控层。其余原理与前述相同，不再另行赘述。
在本实施例中，各层距离眼球E由远至近依序为显示器51、透明波导502、相位透镜L2、四分之一波片QWP、相位透镜L。
另一实施中，入射光产生单元为具有第一QWP的RGB LED单元，透明波导包括红光透明波导、绿光透明波导、以及蓝光透明波导，显示装置包括：第二QWP与相位透镜L，第二QWP根据显示器的偏振光影像转换成圆偏振光(RCP光或LCP光)；相位透镜L根据RCP光或LCP光来聚焦影像在眼球，相位透镜L为PB相位透镜或GP相位透镜。
其中，在本实施中的入射光产生单元所产生的入射光为偏振光，且影像通过红光透明波导、绿光透明波导、以及蓝光透明波导调整影像的颜色组合，透明波导为显示器的前光模组，透明波导为反射式透明波导。其显示装置还包括:另一个相位透镜。其余原理与前述相同，不再另行赘述。
综上所述，本发明的液晶照明装置具有反射式或穿透式透明波导，且液晶照明装置为显示装置的背光模组或前光模组。

Claims (23)

1.一种具有透明波导的液晶照明装置，其特征在于，所述液晶照明装置包括：
一入射光产生单元，用于产生进入所述液晶照明装置的一入射光；以及
一透明波导，提供所述入射光进入所述透明波导，且所述透明波导具有一光栅的x轴与y轴的一第一周期，还具有所述光栅的z轴的一第二周期；
其中，所述液晶照明装置周围的环境光能够穿透并经过所述透明波导；所述第一周期的图案是通过光配向的制造工艺所形成，所述第二周期的图案是通过一反应型液晶所形成。
2.根据权利要求1所述的液晶照明装置，其特征在于，所述第一周期是所述光栅的一光轴平行于所述透明波导的表面的周期，所述第二周期是所述光轴垂直于所述透明波导的表面的周期，所述第一周期与所述第二周期用于决定所述透明波导的绕射角的值、所述透明波导能够使用的波长范围的值以及所述透明波导的绕射角反射效率。
3.根据权利要求1所述的液晶照明装置，其特征在于，所述入射光不限制为同调光；或所述入射光不限制为偏振态光。
4.根据权利要求2所述的液晶照明装置，其特征在于，所述透明波导依据对应于所述光栅的一光栅向量的倾斜角决定为穿透式透明波导或反射式透明波导。
5.根据权利要求3所述的液晶照明装置，其特征在于，所述液晶照明装置为一前光模组或一背光模组。
6.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：
一显示器，依据一光源产生一影像；以及
一液晶照明装置，为一前光模组或一背光模组，且所述液晶照明装置包括：
一入射光产生单元，用于产生进入所述液晶照明装置的一入射光；以及
一透明波导，用于所述入射光进入所述透明波导，且所述透明波导具有一光栅的x轴与y轴的一第一周期，还具有所述光栅的z轴的一第二周期，且所述第二周期的图案是通过一光配向的制造工艺所形成，且所述透明波导为所述显示器的所述光源；
其中，所述液晶照明装置周围的环境光能够穿透并经过所述透明波导；所述第一周期的图案是通过光配向的制造工艺所形成，所述第二周期的图案是通过一反应型液晶所形成。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第一周期是所述光栅的一光轴平行于所述透明波导的表面的周期，所述第二周期是所述光轴垂直于所述透明波导的表面的周期，所述第一周期作为所述透明波导的一维及二维影像放大使用，所述第一周期与所述第二周期用于决定所述透明波导的绕射角的值、所述透明波导能够使用的波长范围的值、以及所述透明波导的绕射角反射效率。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述入射光不限制为同调光；或所述入射光不限制为偏振态光。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述透明波导依据对应于所述光栅的一光栅向量的倾斜角决定为穿透式透明波导或反射式透明波导。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述液晶照明装置为一前光模组或一背光模组；当所述透明波导为反射式透明波导，所述入射光与所述显示装置的一显示器位于所述透明波导同一侧；以及，所述透明波导为穿透式透明波导时，所述入射光与所述显示器不在所述透明波导的同一侧面。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：
一QWP，根据所述影像转换成一右旋圆偏振光或一左旋圆偏振光；以及
一第一相位透镜，根据所述右旋圆偏振光或所述左旋圆偏振光来聚焦该影像在眼球。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述入射光产生单元位于所述透明波导于所述显示器相同的一侧，且眼球的位置是相对于所述显示器的该侧，眼球位于所述显示器另一侧或所述透明波导的对向侧，所述入射光产生单元设置于所述透明波导与所述显示器之间；其中，所述透明波导为所述显示器的所述背光模组，且所述透明波导为反射式透明波导。
13.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述入射光产生单元位于所述透明波导于所述显示器的一侧，且眼球的位置是相对于所述显示器的该侧，眼球位于所述显示器另一侧或所述透明波导的对向侧，所述透明波导设置于所述入射光产生单元与所述显示器之间；其中，所述透明波导为所述显示器的所述背光模组，且所述透明波导为穿透式透明波导。
14.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，当所述透明波导为一左旋光透明波导或一右旋光透明波导中的一个时，所述入射光为一偏振光，所述左旋光透明波导或右旋光透明波导分别用于产生一左旋圆偏振光或一右旋圆偏振光，且所述显示器为一半穿透半反射显示器，所述显示装置包括：
一QWP，根据所述影像转换成一右旋圆偏振光或一左旋圆偏振光；以及
一相位透镜，根据所述右旋圆偏振光或所述左旋圆偏振光聚焦所述影像在眼球；
其中，所述透明波导为所述显示器的所述前光模组，所述透明波导为反射式透明波导。
15.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述入射光为一非偏振光时，所述透明波导包括一左旋光透明波导或一右旋光透明波导，所述透明波导用来产生一左旋圆偏振光或一右旋圆偏振光，且所述显示器为一半穿透半反射显示器，所述显示装置包括：
一QWP，根据所述左旋圆偏振光或所述右旋圆偏振光产生一圆偏振光；以及
一第一相位透镜，根据所述圆偏振光来聚焦所述影像在眼球；
其中，所述透明波导为所述显示器的所述前光模组，所述透明波导为反射式透明波导。
16.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述入射光为一非偏振光时，所述透明波导包括一左旋光透明波导与一右旋光透明波导，所述透明波导用来分别产生一左旋圆偏振光与一右旋圆偏振光，且所述显示器为一半穿透半反射显示器，所述显示装置包括：
一QWP，根据所述左旋圆偏振光与所述右旋圆偏振光产生一圆偏振光；以及
一相位透镜，根据所述圆偏振光来聚焦所述影像在眼球；
其中，所述透明波导为所述显示器的所述背光模组与所述前光模组，所述透明波导分别为反射式透明波导与穿透式透明波导。
17.根据权利要求16所述的显示装置，其特征在于，所述显示器位于所述左旋光透明波导与所述右旋光透明波导之间，所述左旋光透明波导为所述背光模组，所述右旋光透明波导为所述前光模组。
18.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述入射光产生单元为具有一第一QWP的一RGB LED单元，所述透明波导包括一红光透明波导、一绿光透明波导、以及一蓝光透明波导，所述显示装置包括：
一第二QWP，根据所述影像转换成一右旋圆偏振光或一左旋圆偏振光；以及
一第一相位透镜，根据所述右旋圆偏振光或所述左旋圆偏振光来聚焦所述影像在眼球；
其中，所述入射光为偏振光，且所述影像通过所述红光透明波导、所述绿光透明波导、以及所述蓝光透明波导调整所述影像的颜色组合；
其中，所述透明波导为所述显示器的所述前光模组，所述透明波导为反射式透明波导。
19.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述入射光产生单元为一高分辨率面板，用于产生振幅调制的一非同调光作为所述入射光，所述显示器为一TFT透明显示器或一SLM面板，用于产生所述影像；所述显示装置包括：
一偏振片，根据所述入射光转换成一偏振光以进入所述TFT显示器或空间光调制面板产生所述影像；
一QWP，根据所述影像转换成一右旋圆偏振光或一左旋圆偏振光；以及
一相位透镜，根据所述右旋圆偏振光或所述左旋圆偏振光来聚焦所述影像在眼球；
其中，所述透明波导为所述显示器的所述前光模组，所述透明波导为反射式透明波导；以及所述TFT透明显示器或所述SLM面板为低分辨率面板，用于产生相位调制的所述影像。
20.根据权利要求19所述的显示装置，其特征在于，当所述显示器为所述SLM面板，且所述SLM面板包括：
一LCoS基板，其形状呈现出至少一维的一凹口，所述偏振光投射到所述LCoS基板上，所述LCoS基板反射进入一凹口的光线；以及
一空间光调制器，所述LCoS基板反射后的光线进入所述空间光调制器，所述空间光调制器调整液晶层中的配向角以消除所述LCoS基板的出射光的信噪。
21.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述液晶照明装置为一环形结构，所述入射光产生单元设置于所述环形结构所在处，所述入射光由所述环形结构的区域进入所述透明波导；所述环形结构的中间区域用来设置一QWP或一相位透镜来聚焦所述影像在眼球，且眼球位置会在所述环形结构的中间区域。
22.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述透明波导与所述显示器具有至少一维的一凹口。
23.根据权利要求12、13、15以及18中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：
一第二相位透镜；以及
一透明电控层，通过一控制电压达到连续性调整进入所述透明电控层的光束的入射角度；
其中，所述第二相位透镜设置于所述透明波导与所述透明电控层之间，以调整进入所述透明电控层的光束的相位。
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