CN117795416A - 照明设备 - Google Patents

Abstract

一种定向照明设备包括形成在支撑基板上的发光二极管的阵列、波导以及光转向光学组件。光输入阱的阵列被布置在波导中以接收来自各自的对准的发光二极管的阵列的光。光偏转阱的阵列被布置在波导中以使被引导的光在围绕每个发光二极管的区域中反射。来自波导的提取的光借助于光转向光学组件的折射和全内反射被输出。定向照明输出可以被提供。用于高动态范围显示器的背光源可以实现高效率和亮度。具有高安全性因子和高动态范围的隐私显示器可以被实现。

Description

照明设备

技术领域

本公开大体上涉及来自光调制装置的照明(illumination)，并且更具体地涉及用于提供用于在包含隐私显示器、高效率显示器和高动态范围显示器的显示器中使用的、以及用于在环境照明中使用的具有减小的立体角的照明的光学堆叠。

背景技术

隐私显示器对通常在同轴位置上的主要用户提供图像可见性，并且对于通常在离轴位置上的窥探者提供图像内容的降低的可见性。隐私功能可以通过微型百叶窗光学膜来提供，微型百叶窗光学膜使来自显示器的高亮度在同轴方向上透射，而在离轴位置上亮度低，然而，这样的膜是不可切换的，并且因此显示器仅限于隐私功能。

可切换隐私显示器可以通过来自空间光调制器的离轴光学输出的控制来提供。控制可以借助于离轴亮度降低、例如借助于显示器偏振器和附加偏振器之间的可切换偏振控制层来提供。

具有降低的离轴亮度的背光源可以被用来提供或增强隐私功能。某些成像定向背光源具有引导照明通过显示器面板进到观看窗口中的附加能力。成像系统可以被形成在多个源和各自的窗口图像之间。成像定向背光源的一个示例是可以采用折叠光学系统的光学阀，并且因此也可以是折叠成像定向背光源的示例。光可以在一个方向上基本上没有损耗地传播通过光学阀，而逆向传播的光可以通过反射出倾斜面的反射而被提取，如美国专利No.9,519,153中所描述，该专利整体通过引用并入本文。

由与液晶空间光调制器串联布置的单独可控的光源的阵列形成的背光源可以通过减小与空间光调制器上显示的图像的低发光区域对准的光源的输出光通量来提供高动态范围。高动态范围LCD(HDR-LCD)可以实现比通过LCD光学模式单独可以提供的动态范围优越的动态范围。光源(如利用较低分辨率图像数据寻址的LED(发光二极管))的阵列被提供在局部调光LCD背光源中，以使得图像的暗区被具有低亮度的背光源照明，并且亮区被用高亮度照明。

薄基板和聚合物基板LCD面板可以提供类似于有机LED(OLED)显示器的机械特性，如柔韧性。这样的薄基板LCD期望地使用具有类似的机械特性的背光源。

一种类型的LCD背光源包括光导板以及在光导板的一端的输入光源(如LED)的阵列。在波导内通过全内反射传播的光借助于表面特征被输出，表面特征调整波导内光的传播角度并且允许在接近掠射波导外部的角度处提取。这样的光借助于转向膜和/或后反射器被导引到LCD的法线方向。这样的光学堆叠可以具有高效率，但是具有多个光学组件，其中总背光源厚度通常为1mm或更大。这样的边缘照明式光导板通常不适合于用于HDR-LCD照明的二维局部调光、或者自由形式成形的LCD。

其他已知的背光源将发光二极管(LED)的阵列合并在LCD后面的矩阵中，如美国专利公开No.2017-0261179中所描述的LCD包括多个空间分离的封装LED和多个“蝙蝠翼”光学元件，每个蝙蝠翼光学元件被布置为将来自封装LED的光导引到侧向方向上。这样的光被强烈地漫射以提供输出照明。这样的背光源需要昂贵的取放LED和单个的光学器件对准，并且与边缘照明式背光源相比，具有高的厚度和降低的效率。

用于环境照明(如汽车前灯、建筑灯光、商用照明或家用照明)的照明系统可以提供窄的定向光输出分布，例如借助于聚焦光学器件来提供聚光灯照效果，或者可以实现广的定向光输出分布，例如借助于漫射光学器件。

白色LED照明源可以由分离的光谱带(如红色、绿色、蓝色和黄色)组成，每个光谱带由单独的LED元件创建。这样的源使得用户能够分辨单独的颜色，并且作为灯中的源的分离的结果，可以创建彩色照明斑块。

折反射元件组合折射表面(折射光学)和反射表面(反射光学)，这可以提供全内反射或来自金属化表面的反射。采用具有小的输出发光强度立体角的折反射光学元件的背光源在WIPO国际公开No.WO2010038025中被描述，该公开整个通过引用并入本文。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种用于在预定区域的上方提供照明的照明设备，照明设备包括：在预定区域的上方延伸的波导，波导包括用于沿着波导引导光的前光引导表面和后光引导表面；发光元件的阵列，发光元件跨波导的后面的预定区域被排列，其中：后光引导表面包括：光输入阱的阵列，每个光输入阱被布置在各自的发光元件的上方；以及光偏转阱的阵列，光偏转阱不被布置在发光元件的上方，每个光输入阱包括朝向前光引导表面延伸的光输入表面，光输入表面被布置为将来自各自的发光元件的光输入到波导中，每个光偏转阱包括朝向前光引导表面延伸的光偏转表面以使得一些被引导的光入射在光偏转表面上并且一些被引导的光穿过光偏转表面，光偏转表面被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱具有围绕每个光输入阱的布置，布置使已经通过光输入阱的光输入表面输入的被引导的光围绕光输入阱分布；并且前光引导表面和后光引导表面中的至少一个包括光提取特征，光提取特征被布置为从波导提取被引导的光作为输出光；以及光转向布置，光转向布置被布置为将输出光中的至少一些重定向为朝向波导的平面的法线。照明设备可以以高效率和高亮度均匀性被提供在薄封装中。输出照明可以被局部化到围绕光输入阱的区域。用于高动态范围显示器的背光源可以被提供。

每个光输入阱的光输入表面包括具有表面法线的四个光输入面，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，平均分量被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。光可以以最大发光强度被输入到波导中，最大发光强度在波导的平面中的输入角度大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。

四个光输入面可以是邻接的。光可以从各自的对准的发光元件被高效地捕捉。

光输入面中的每个可以是平面的。用于光输入阱的工具可以被方便地提供。在波导内传播的光锥可以跨每个各自的光输入阱附近的区域提供期望的均匀性。

光输入面中的每个在波导的材料中可以是凸面的。被准直的光输出锥的尺寸可以被减小，明亮度可以被提高，并且功耗可以被降低。对于窥探者观看地点的隐私图像的安全性因子可以被增大。

光提取特征可以包括四个光提取面的集合的阵列，每个光提取面具有表面法线，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，平均分量被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。光可以从波导以最大发光强度被提取，最大发光强度在波导的平面中的输入角度大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。

光偏转阱的光偏转表面可以包括具有表面法线的至少一个光偏转面，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，并且关于跨光偏转阱的阵列的光偏转阱的光偏转表面的平均分量可以被各种各样地定向为相对于参考轴线成45°、135°、225°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度。光线可以在波导中以最大发光强度被引导，最大发光强度在波导的平面中的输入角度保持大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。被限定于各自的光输入阱附近的区域的光线可以被提供。均匀性可以被改进，并且高动态范围的对比度可以被提高。

光偏转阱的光偏转表面可以包括至少一对相对的光偏转面，关于相对的光偏转面的平均分量在相反的方向上延伸。光偏转阱可以提供来自多于一个的照明方向的光的反射，并且可以提供围绕至少相邻的光输入阱的限制，从而改进均匀性。

光偏转阱的光偏转表面可以包括第一对相对的光偏转面和第二对相对的光偏转面，第一对相对的面具有表面法线，表面法线具有在波导的平面中的分别被定向为相对于参考轴线成45°和225°的至多10°、优选地至多5^°内的角度的平均分量，并且第二对相对的面具有表面法线，表面法线具有在波导的平面中的分别被定向为相对于参考轴线成135°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度的平均分量。对于围绕相邻的光输入阱的区域的输出的均匀性可以被提高。围绕附近的光输入阱的光的限制有利地被提供。

第一对相对的面和第二对相对的面可以是邻接的。有利地，面可以被方便地复制。围绕各自的光输入阱的光的限制可以以高效率被实现。

光偏转阱的光偏转表面可以包括在第一对和第二对的光偏转表面之间延伸的四个中间光偏转面。光偏转阱的工具加工和涂覆的复杂性可以被降低，从而降低成本。

光偏转阱可以在多对相对的面的端部被连接以形成围绕光输入阱的完整环路的网格。各自的光输入阱附近的输出的均匀性可以被改进。制造复杂性可以被降低。

光偏转面中的每个可以是平面的。光线可以在波导中以最大发光强度被引导，最大发光强度在波导的平面中的输入角度保持大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。被限定于各自的光输入阱附近的区域的光线可以被提供。均匀性可以被改进，并且高动态范围图像的对比率可以被提高。

波导可以具有矩形形状，并且参考轴线可以平行于矩形形状的一边。照明设备的边缘处的边框区域的宽度可以被减小。

光转向布置可以包括光转向光学组件，光转向光学组件包括输入表面和面对输入表面的输出表面，输入表面跨波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自波导的输出光，其中输入表面是棱镜的并且被布置为提供输出光朝向波导的平面的法线的偏转。输入表面可以包括被布置为提供输出光朝向波导的平面的法线的偏转的金字塔形凹部的阵列，每个金字塔形凹部包括四个光转向面。换句话说，光转向布置可以包括光转向光学组件，光转向光学组件可以包括光转向膜输入表面和面对输入表面的输出表面，光转向膜输入表面跨波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自波导的输出光，输入表面包括被布置为提供输出光朝向波导的平面的法线的偏转的金字塔形凹部的阵列。每个金字塔形凹部可以包括具有表面法线的四个光转向面，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，其中金字塔形凹部的四个光转向面具有被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度的平均分量。以多个角度从波导提取的具有最大发光强度的光线可以以小的锥角被导引到波导的法线方向的附近。对于围绕各自的光输入阱的区域的输出的均匀性可以被提高。围绕光输入阱的光的限制有利地被提供。图像明亮度可以在期望的用户方向上被提高。功耗可以被降低。用于具有高安全性因子的隐私显示器的背光源可以被实现。

通过光转向光学组件的输入表面提供的偏转可以跨光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化，以使得被偏转的光被朝向照明设备的前面的共同的光学窗口导引。有利地，改进的均匀性可以被实现。

光转向布置可以包括光转向光学组件，光转向光学组件可以包括光转向膜输入表面和面对输入表面的输出表面，光转向膜输入表面跨波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自波导的输出光，输入表面包括被布置为提供输出光朝向波导的平面的法线的偏转的金字塔形凹部的阵列。每个金字塔形凹部可以包括具有表面法线的四个光转向面，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，平均分量被定向为相对于参考轴线成25°、90°、205°和270°的至多20°、优选地至多10°内的角度。以多个角度从波导提取的具有最大发光强度的光线可以被导引到远离波导的法线方向的两个方向上，每个方向具有小的光锥。图像明亮度可以在期望的用户方向上被提高。功耗可以被降低。适合于供两个观察者以高明亮度和效率使用的背光源可以被提供。用于汽车应用的中心堆叠显示器的背光源可以被提供。

金字塔形凹部的面的表面法线可以与波导的平面的法线具有35度至80度的范围内的、并且优选地45度至65度的范围内的倾斜角度。对于来自照明装置的照明锥的期望的输出方向可以被提供。

金字塔形凹部的对应的光转向面可以具有表面法线，表面法线具有跨光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化的倾角以使得通过光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转在至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向照明设备的前面的共同的光学窗口导引。金字塔形凹部的至少一对相对的光转向面可以具有表面法线，表面法线具有在波导的平面中的平均分量，平均分量跨光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化以使得通过光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转在至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向照明设备的前面的共同的光学窗口导引。光转向面可以沿着它们的延伸方向弯曲，或者可以沿着它们的延伸方向是笔直的。有利地，光瞳(pupillated)亮度输出可以被实现，并且提高的亮度均匀性和安全性因子可以被实现。

光转向布置可以包括光转向光学组件，光转向光学组件包括光转向膜输入表面和面对输入表面的输出表面，光转向膜输入表面跨波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自波导的输出光，其中输入表面是棱镜的并且被布置为提供输出光朝向波导的平面的法线的偏转。从波导提取的光可以以高效率被朝向期望的输出方向导引。

光转向布置可以包括光漫射层。从波导输出的光可以被导引到宽照明锥中。用于可以从宽范围的极坐标地点以高图像可见性被观察的显示器的背光源可以被提供。

光漫射层可以包括颜色转换材料。发光元件可以被提供单一颜色，如蓝色。发光元件的成本可以被降低。发光元件的阵列的复杂性可以被降低。均匀的照明可以被提供在颜色转换材料的上方以实现适用于高动态范围显示器的均匀的背光源。

照明设备可以进一步包括至少一个光循环膜组件，光循环膜组件包括光循环膜输入表面和面对光循环膜输入表面的光循环膜输出表面，光循环膜输入表面跨光漫射层延伸并且被布置为接收来自光漫射层的输出光，其中光循环膜输出表面是棱镜的并且被布置为提供输出光朝向波导的平面的法线的再循环。输出的效率可以在朝向正面观看地点的方向上被提高。

光输入表面可以具有从波导的平面倾斜至多3°的表面法线。光输入阱附近的区域中的热点的可见性可以被降低。

光偏转表面中的每个可以具有从波导的平面倾斜至多3°的表面法线。光偏转阱附近的区域中的热点的可见性可以被降低。

每个倾斜的光提取特征可以具有从波导的平面的法线倾斜至多3°的表面法线。来自光偏转阱的热点的可见性可以被降低。

光偏转表面可以被涂覆反射材料。来自光偏转阱的热点的可见性可以被降低。围绕各自的光输入阱的区域中的限制可以被改进。

光输入阱可以具有开口，开口大于它们被布置在其上的各自的发光元件。有利地，热点的可见性可以被降低。光输入阱与发光元件的对准公差可以被减小，从而有利地降低成本和复杂性。

每个光输入阱进一步可以包括跨光输入表面延伸的输入阱端表面，光输入阱端表面被布置为在光输入阱上引导被引导的光。光输入阱端表面可以是平面的。光输入阱端表面可以被涂覆反射材料。来自光偏转阱的热点的可见性可以被降低。

光偏转阱进一步可以包括跨光偏转表面延伸的光偏转阱端表面，光偏转阱端表面被布置为在光偏转阱上引导被引导的光。光偏转阱端表面可以是平面的。光偏转阱端表面可以被涂覆反射材料。效率可以被提高，并且热点的可见性可以被降低。围绕各自的光输入阱的区域中的限制可以以高均匀性被实现。

光偏转阱可以被布置在围绕光输入阱具有四重旋转对称的网格中。光线可以在波导中以最大发光强度被引导，最大发光强度在波导的平面中的角度保持大约平行于、反平行于或正交于参考轴线。提取的光可以以窄的立体角被导引到光输出锥中。有效的被准直的输出照明可以被提供。

光偏转阱端表面可以具有相同的面积。工具加工和复制的复杂性和成本可以被降低。光偏转阱的可见性可以被降低。

光偏转阱端表面可以具有随着离各自的对准的光输入阱的距离而变化的面积。围绕各自的光输入阱限定的输出光的均匀性可以被提高。

照明设备可以被布置为按光输出分布发射光，其中光输出分布的发光强度半最大立体角与朗伯光分布的发光强度半最大立体角的比率可以小于1，优选地小于0.5，更优选地小于0.25，并且最优选地小于0.1。用于适合于对于离轴窥探者以高安全性因子的隐私操作模式以及对于离轴用户以高图像可见性的共享操作模式的可切换显示器的背光源可以被提供。

发光元件可以具有至多1000微米、优选地至多500微米、并且更优选地至多250微米的最大宽度。照明设备的厚度可以被减小。

在至少一个横截面平面中，光输入阱的中心之间的距离可以至多为20mm，优选地至多为10mm，并且更优选地至多为2.5mm。用于高动态范围操作的区域的可见性可以被降低。

前光引导表面可以被布置为通过全内反射来引导光。后光引导表面可以被布置为通过全内反射来引导光。被引导的光的高效率可以被实现。

照明设备可以进一步包括在后光引导表面后面的反射层，反射层可以被布置为使通过后光引导表面从波导提取的光往回反射通过波导以用于向前输出。照明设备的效率可以被提高。

后光引导表面可以被涂覆反射材料。围绕光输入阱的热点的可见性可以被降低。围绕各自的光输入阱的限制可以被增加。

通过光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转可以跨光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化以使得被偏转的光可以被朝向照明设备的前面的共同的光学窗口导引。对于被布置在包括背光源照明设备的显示器的前面的观看者，跨照明设备的亮度的均匀性可以被提高。

发光元件的阵列可以被支撑在支撑基板上。波导可以被附连到支撑基板。对于机械变化和热变化的弹性可以被提高。

照明设备可以进一步包括光阻挡元件，光阻挡元件围绕光输入阱、在支撑基板和波导的后光引导表面之间延伸。围绕光输入阱的热点的可见性可以被降低。

支撑基板可以进一步支撑被连接到发光元件的电子组件。发光元件可以被控制来提供高动态模式操作和其他光控制操作模式。

至少一些电子组件可以伸到光偏转阱中的至少一些中。照明设备的厚度可以被减小。

每个发光元件可以包括至少一个发光二极管可以被提供在可以被安装在支撑基板上的半导体基板上。半导体基板可以包括用于至少一个发射二极管的驱动电路的至少一部分。发光元件的成本和复杂性可以被降低。

每个发光元件可以包括至少一个发光二极管。高效率照明可以对于输入光被提供。

发光元件中的至少一些可以进一步包括颜色转换层。

颜色转换层可以被提供在发光二极管上或者被提供在与至少一个发光二极管分开的光输入阱内部。白光可以对于输入光被提供。颜色转换层的热波动可以被减小，从而提高转换效率和均匀性。

每个发光元件可以包括复数个发光二极管。复数个发光二极管可以具有不同的发光颜色。每个发光元件可以包括四个发光二极管，每个与各自的光输入阱的光输入面对准。关于不同的光输入阱的发光元件可以具有不同的发光颜色。输入光的颜色可以被控制，并且均匀照明可以跨阵列被提供。

照明设备可以进一步包括被布置为控制发光元件的控制系统。控制系统可以向照明设备提供图像信息，并且照明设备可以作为显示器被操作。高动态范围背光源设备可以被提供。

照明设备可以进一步包括被布置为共同地控制发光元件集群的控制系统。控制系统的成本和复杂性可以被降低。

根据本公开的第二方面，提供一种显示装置，显示装置包括：照明设备；以及被照明设备照明的透射空间光调制器。高动态范围显示设备可以被提供。输出可以在至少一个方向上被准直。高明亮度、高功率效率和均匀性可以在薄封装中被实现。适合于可切换隐私显示器的显示器可以被提供。适合于汽车控制台显示器的显示器可以被提供。显示器可以是弯曲的并且具有自由形式形状。

根据本公开的第三方面，提供一种被布置在空间光调制器的前面的目镜光学元件。目镜光学元件可以是透镜。来自虚拟现实显示设备的输出可以被提供来有利地实现具有高动态范围的显示内容的沉浸式观看。来自空间光调制器的光可以被高效地耦合到透镜中，从而改进效率。

根据本公开的第四方面，提供一种在预定区域的上方延伸的波导，波导包括用于沿着波导引导光的前光引导表面和后光引导表面，其中：后光引导表面包括：光输入阱的阵列，光输入阱用于布置在各自的发光元件的上方；以及光偏转阱的阵列，每个光输入阱包括朝向前光引导表面延伸的光输入表面，光输入表面被布置为将来自各自的发光元件的光输入到波导中，每个光偏转阱包括朝向前光引导表面延伸的光偏转表面以使得一些被引导的光入射在光偏转表面上并且一些被引导的光穿过光偏转表面，光偏转表面被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱具有围绕每个光输入阱的布置，布置使已经通过光输入阱的光输入表面输入的被引导的光围绕光输入阱分布；并且前光引导表面和后光引导表面中的至少一个包括光提取特征，光提取特征被布置为从波导提取被引导的光作为输出光。

这样的设备可以被用于LCD背光照明或者至少被用于汽车、家用或专业照明。

本公开的各方面中的任何一个都可以按任何组合被应用。

本公开的实施方案可以被用于各种光学系统中。实施方案可以包含各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉系统和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置，或者与各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉系统和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置一起工作。本公开的各方面可以与光学装置和电气装置、光学系统、演示系统相关的几乎任何设备、或可以包含任何类型的光学系统的任何设备一起使用。因此，本公开的实施方案可以被用于光学系统、视觉呈现和/或光学呈现中使用的装置、视觉外设等中、以及若干计算环境中。

在继续详细地讨论所公开的实施方案之前，应理解本公开在其应用或创建中不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够有其他实施方案。而且，本公开的各方面可以按不同的组合和布置被阐述以限定其本身独特的实施方案。此外，本文中使用的术语是出于描述、而非限制的目的。

本公开的这些及其他优点和特征对于本领域的普通技术人员来说，在完整地阅读本公开后，将变得显而易见。

附图说明

实施方案在附图中被举例的方式图示说明，在附图中，相似的标号指示类似的部分。

图1A是在侧透视图中图示说明显示设备的示意图，显示设备包括背光源，背光源包括迷你LED阵列和折反射光学元件，被布置为对LCD进行照明，折反射光学元件包括波导和转向膜；

图1B是在侧视图中图示说明近眼显示设备的示意图，近眼显示设备包括类似于图1A的背光源并且被布置为通过LCD对目镜进行照明的背光源，背光源包括迷你LED阵列和折反射光学元件，折反射光学元件包括波导和转向膜；

图1C是在顶视图中图示说明用于隐私显示器的说明性观看条件的示意图；

图1D是在侧透视图中图示说明图1A的显示设备的示意图，显示设备进一步包括视角控制布置，视角控制布置包括附加偏振器、反射偏振器和极控制延迟器；

图2是在侧透视扩展图中图示说明图1A的背光源的示意图；

图3A是在侧透视图中图示说明图1A的波导的光输入阱和光偏转阱的布置的示意图；

图3B是在侧透视图中图示说明波导的光输入阱和光偏转阱的可替代布置的示意图；

图4A是在侧透视图中图示说明光转向光学组件的部分的示意图；

图4B是图示说明光转向光学组件的金字塔形凹部的示意图；

图4C是在侧透视图中图示说明图3B的光输入阱和对准的发光二极管的示意图；

图4D是在侧透视图中图示说明具有两个相对的面的光偏转阱的示意图；

图4E是在侧透视图中图示说明具有包括反射涂层的四个相对的面的光偏转阱的示意图；

图4F是在顶透视图中图示说明波导的包括光提取特征的部分的示意图；

图4G是在顶透视图中图示说明波导的光提取特征的示意图；

图4H是在顶透视图中图示说明波导的包括可替代的光提取特征的部分的示意图；

图5是在顶视图中图示说明图3B的光输入阱和光偏转阱的反射端的布置的示意图；

图6A是在顶透视图中图示说明包括图3B的光输入阱和光偏转阱的背光源布置的示意图；

图6B是在底透视图中图示说明包括图3B的光输入阱和光偏转阱的背光源布置的示意图；

图7A是在顶透视图中图示说明包括图3B的光输入阱和光偏转阱的波导的示意图；

图7B是在底透视图中图示说明包括图3B的光输入阱和光偏转阱的波导的示意图；

图8A是在侧视图中图示说明图1A的波导和对准的发光二极管的示意图；

图8B是在扩展侧视图中图示说明图8A的波导和对准的发光二极管的操作的示意图；

图9是在扩展侧视图中图示说明图8A的波导、光转向光学组件和对准的发光二极管的操作的示意图；

图10A是在底透视图中图示说明图1A的光转向光学组件的示意图；

图10B、图10C和图10D是在顶透视图中图示说明针对用于在图1A的背光源中使用的光转向光学组件的不同的输出光瞳化(pupillation)的示意图；

图10E是图示说明光转向膜的输出的光瞳化的示意图，光瞳化是借助于跨光转向光学组件在至少一个方向上调整光转向光学组件的面角度；

图10F是图示说明光转向膜的输出的光瞳化的示意图，光瞳化是借助于跨光转向光学组件在至少一个方向上调整光转向光学组件的面的曲率；

图10G是在前视图中图示说明使用如图10E中图示说明的具有跨光转向光学组件变化的倾斜度的线性面轨迹从照明设备提供光瞳化的光瞳转向光学组件以提供如图10D中图示说明的光学窗口的示意图；

图10H是在前视图中图示说明使用与线性面基部轨迹相交的弯曲的凹部基部轨迹从照明设备提供光瞳化的光瞳转向光学组件的示意图；

图10I是在前视图中图示说明使用与弯曲的凹部基部轨迹相交的弯曲的凹部基部轨迹从照明设备提供光瞳化的光瞳转向光学组件的示意图；

图11A是在顶视图中图示说明用于图3B的波导和对准的发光二极管的光线路径的示意图；

图11B是在透视侧视图中图示说明来自光输入阱的面的光输出锥的示意图；

图11C是图示说明解析到波导在其中延伸的平面中的光线的发光强度相对于波导的平面中的角度的变化的示意性曲线图；

图11D是在顶视图中图示说明光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图；

图11E是在侧视图中图示说明光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图；

图12A是图示说明针对图6A-B的背光源的区域在被单个发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图12B是图示说明针对图6A-B的背光源的区域在被所有发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图12C是图示说明针对图6A-B的背光源在被单个发光二极管照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图13A是图示说明与朗伯定向分布相比的针对图6A-B的背光源的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图13B是图示说明与朗伯定向分布相比的定向分布的正常化的发光强度变化的示意性曲线图；

图14A是在顶透视图中图示说明包括可替代光输入阱和光偏转阱的波导的示意图；

图14B是在底透视图中图示说明包括可替代的光输入阱和光偏转阱的波导的示意图；

图14C是在顶视图中图示说明用于图13A-B的波导的光输入阱和光偏转阱的布置的示意图；

图15A是图示说明针对包括图13A-B的波导的背光源的区域在被单个发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图15B是图示说明针对包括图13A-B的波导的背光源的区域在被所有发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图15C是图示说明针对包括图13A-B的波导的背光源在被单个发光二极管照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图15D是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在共享操作模式下操作的包括图13A-B的波导的图1D的隐私显示装置在被单个发光二极管照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半；

图15E是图示说明针对在隐私模式下操作的图1D的示例性极控制延迟器的透射随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图15F是图示说明包括示例性极控制延迟器并且在隐私模式下操作的图1D的显示装置的反射率变化的示意性曲线图；

图15G是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在隐私操作模式下操作的包括图13A-B的波导的图1D的隐私显示装置在被单个发光二极管照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半；

图16是图示说明具有中心控制台显示设备的车辆的顶视图的示意图；

图17A是在顶透视图中图示说明包括图13A-B的波导和可替代的光转向光学组件的背光源布置的示意图；

图17B是在底透视图中图示说明包括图17A的波导和可替代的光转向光学组件的背光源布置的示意图；

图17C是在底透视图中图示说明图17A-B的光转向光学组件的示意图；

图17D是图示说明图17C的光转向光学组件的金字塔形凹部的示意图；

图17E是在顶视图中图示说明图17C的光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图；

图17F是在侧视图中图示说明图17C的光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图；

图18A是在顶透视图中图示说明对于用于在图17A-B的背光源中使用的图17C的光转向光学组件的输出光瞳化的示意图；

图18B是图示说明针对包括图17A-B的背光源的背光源在被单个发光二极管照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图19A是图示说明具有乘客资讯娱乐显示设备的车辆的顶视图的示意图；

图19B是在底透视图中图示说明用于针对图19A的乘客资讯娱乐显示设备提供照明的具有图14A的波导的布置的光转向光学组件的示意图；

图19C是图示说明针对包括图14的波导和图19B的光转向光学组件的背光源的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图19D是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在隐私操作模式下操作的包括图1D的隐私显示装置并且包括图14A的波导和图19B的光转向光学组件的图19A的乘客资讯娱乐显示设备在被单个发光二极管照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半；

图19E是图示说明针对包括图14的波导和图19B的可替代的光转向光学组件的背光源的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图19F是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在隐私操作模式下操作的包括图1D的隐私显示装置并且包括图14A的波导和图19B的可替代的光转向光学组件的图19A的乘客资讯娱乐显示设备在被单个发光二极管照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半；

图20A是在顶透视图中图示说明包括可替代的波导的背光源布置的示意图；

图20B是在底透视图中图示说明包括图20A的可替代的波导的背光源布置的示意图；

图20C是在顶视图中图示说明用于图20A-B的波导的光输入阱和光偏转阱的反射端的布置的示意图；

图20D是在侧视图中图示说明用于图20A-B的波导的光偏转阱的反射端的布置的示意图；

图21A是图示说明针对包括图20A-B的波导的背光源的区域在被单个发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图21B是图示说明针对包括图20A-B的波导的背光源的区域在被所有发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图21C是图示说明针对包括图20A-B的波导的背光源在被单个发光二极管照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图22A是在顶透视图中图示说明包括可替代的波导的背光源布置的示意图；

图22B是在底透视图中图示说明包括图22A的可替代的波导的背光源布置的示意图；

图23A是在顶视图中图示说明用于图22A-B的波导的光输入阱和光偏转阱的反射端的布置的示意图；

图23B是在侧视图中图示说明用于图22A-B的波导的光偏转阱的反射端的布置的示意图；

图24A是图示说明针对包括图22A-B的波导的背光源的区域在被单个发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图24B是图示说明针对包括图22A-B的波导的背光源的区域在被所有发光二极管照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；

图24C是图示说明针对包括图22A-B的波导的背光源在被单个发光二极管照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；

图25是在顶透视图中图示说明包括可替代的光输入阱和八边形光偏转阱的波导的示意图；

图26A是在侧透视图中图示说明波导的光输入阱和光偏转阱的可替代布置的示意图；

图26B是在侧透视图中图示说明图26A的光输入阱和对准的发光二极管的示意图；

图27是在侧视图中图示说明波导和对准的发光二极管的可替代布置的示意图，其中波导的后光引导表面被涂覆反射涂层；

图28是在侧视图中图示说明波导和对准的发光二极管的可替代布置的示意图，其中光偏转阱与图8A的布置相比具有提高的密度和减小的高度；

图29是在侧视图中图示说明波导和对准的发光二极管的可替代布置的示意图，其中光偏转阱不包括反射端；

图30是在侧视图中图示说明波导和对准的发光二极管的可替代布置的示意图，其中光提取特征被布置在光输入阱和光偏转阱的反射端上并且被进一步布置在后光引导表面上；

图31是在侧视图中图示说明背光源的可替代布置的示意图，其中光输入阱包括气隙；

图32A是在侧视图中图示说明背光源的可替代布置的示意图，其中光转向光学组件被省略并且散射层被提供来接收来自波导的光；

图32B是在侧视图中图示说明背光源的可替代布置的示意图，其中光转向光学组件被提供来接收来自波导的光并且被布置为将光导引到散射层上；

图32C是在侧视图中图示说明背光源的可替代布置的示意图，其中光转向光学组件被省略并且散射层被提供来接收来自波导的光，进一步包括相交的明亮度增强膜；

图33是在顶视图中图示说明发光二极管和发射阱的布置的示意图，发射阱包括具有平面轮廓的输入表面；

图34是在顶视图中图示说明发光二极管和发射阱的布置的示意图，发射阱包括在波导的材料中具有凸面轮廓的输入表面；

图35A是在侧视图中图示说明发光二极管和颜色转换层的布置的示意图，颜色转换层被布置在发光二极管上，发光二极管被布置在波导的光输入阱中；

图35B是在侧视图中图示说明被布置在波导的光输入阱中的发光二极管和被布置在光输入阱的反射端上的颜色转换层的布置的示意图；

图35C是在侧视图中图示说明被布置在波导的光输入阱中的三个发光二极管的布置的示意图；

图35D是在侧视图中图示说明被布置在载体上并且被布置在波导的光输入阱中的三个发光二极管的布置的示意图；

图35E是在侧视图中图示说明被布置在波导的各自的光输入阱中的三个发光二极管的布置的示意图；

图35F是在侧视图中图示说明被布置在波导的各自的光输入阱中的三个发光二极管的布置的示意图，其中光输入阱中的一些包括被布置在光输入阱的反射端上的颜色转换层；

图36A是在侧视图中图示说明被布置在波导的输入阱中的边缘发射发光二极管的布置的示意图；

图36B是在顶视图中图示说明被布置在波导的输入阱中的边缘发射发光二极管的布置的示意图；

图36C是在侧视图中图示说明被布置在波导的输入阱中的边缘发射光学元件和发光二极管的布置的示意图；

图37和图38是图示说明用于发光二极管的阵列的驱动方案的示意性电路图；

图39A是在侧视图中图示说明近眼显示设备的示意图，近眼显示设备包括照明设备和菲涅耳透镜，菲涅耳透镜被布置为将光导引到目镜透镜的孔径中；

图39B是在侧视图中图示说明用于在图39A的近眼显示设备中使用的光转向光学组件的示意图；

图40是在侧视图中图示说明近眼显示设备的示意图，近眼显示设备包括被布置为将光导引到目镜透镜的孔径中的光瞳照明设备；

图41是在侧视图中图示说明光学窗口到目镜透镜的入口孔径中的成像的示意图；

图42A是在侧视图中图示说明包括光输入阱和光偏转阱的波导的布置的示意图，其中金属被布置在光输入阱和光偏转阱的端部；

图42B是在侧视图中图示说明包括光输入阱和光偏转阱的波导的布置的示意图，其中金属被布置在光输入阱的端部并且没有金属被布置在光偏转阱的端部；

图42C是在侧视图中图示说明包括光输入阱和光偏转阱的波导的布置的示意图，其中金属被布置在光输入阱的端部并且没有金属被布置在光偏转阱的端部，其中光偏转阱具有不同于光输入阱的高度；

图43A是在侧视图中图示说明在波导层中提供孔的第一布置的方法的示意图；

图43B是在侧视图中图示说明在阱层中提供光输入孔径和光偏转孔径的第一布置的可替代方法的示意图；

图43C是在侧视图中图示说明在阱层中提供光输入孔径和光偏转孔径的第一布置的可替代方法的示意图；

图44A是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱和光偏转阱的波导的方法的示意图，其中波导包括粘合剂层；

图44B是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱和光偏转阱的波导的方法的示意图，其中波导包括粘合剂层，并且其中光偏转阱未被金属化；

图44C是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱和光偏转阱的波导的方法的可替代步骤的示意图，其中波导包括粘合剂层，并且其中光偏转阱未被金属化并且具有不同于光输入阱的高度；

图45A是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱和光偏转阱的波导的方法的示意图，其中波导包括焊接层；并且

图45B是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱和光偏转阱的波导的方法的示意图，其中波导包括焊接层，并且其中光偏转阱未被金属化。

具体实施方式

显示器的隐私操作模式是观察者看见低对比度灵敏性以使得图像不清晰可见的操作模式。对比度灵敏性是分辨静态图像中的不同级别的亮度的能力的测度。反向对比度灵敏性可以被用作视觉安全性的测度，因为高视觉安全性级别(VSL)对应于低图像可见性。

对于向观察者提供图像的隐私显示器，视觉安全性可以被给出为：

VSL＝(Y+R)/(Y–K)方程1。

其中VSL是视觉安全性级别，Y是以窥探者观看角度处的显示器的白色状态的亮度，K是以窥探者观看角度处的显示器的黑色状态的亮度，并且R是来自显示器的反射光的亮度。

面板对比率被给出为：

C＝Y/K 方程2。

对于高对比度光学LCD模式，白色状态透射就观看角度来说，保持基本上恒定。在本申请实施方案的对比度降低的液晶模式下，白色状态透射通常随着黑色状态透射增大而减小，以使得

Y+K～P.L 方程3。

视觉安全性级别可以被进一步给出为：

其中离轴相对亮度P通常被定义为窥探者角度处的正面亮度L的百分比，并且显示器可以具有图像对比率C，并且表面反射率为ρ。

离轴相对亮度P有时被称为隐私水平。然而，这样的隐私水平P描述显示器在给定的极角处的与正面亮度相比的相对亮度，并且不是隐私外观的测度。

显示器可以被朗伯环境照度I照明。因此在完全黑暗的环境中，高对比度显示器具有大约1.0的VSL。随着环境照度增大，感知到的图像对比度递降，VSL增大，并且隐私图像被感知到。

对于典型的液晶显示器，面板对比度C对于几乎所有的观看角度都高于100:1，使得视觉安全性级别被逼近为：

VSL＝1+I.ρ/(π.P.L) 方程5。

感知图像安全性可以由眼睛的对数响应确定，以使得

S＝log₁₀(V) 方程6。

对于S的期望的限值以以下方式被确定。在第一步中，隐私显示装置被提供。显示装置的隐私水平P(θ)随着极观看角的变化和显示装置的反射率ρ(θ)随着极观看角的变化的测量使用明视测量装备来进行。诸如基本均匀亮度的灯箱的光源被布置来从被照明区域提供照明，照明被布置为沿着入射方向对隐私显示装置进行照明以用于反射到与显示装置的法线成大于0°的极角的观看者位置。基本朗伯的发射灯箱的照度随着极观看角的变化I(θ)通过测量记录的反射亮度随着极观看角的变化并且考虑到反射率ρ(θ)的变化来确定。P(θ)、r(θ)和I(θ)被用来确定沿着零仰角轴线安全性因子S(θ)随着极观看角的变化。

在第二步中，一系列高对比度图像被提供在隐私显示器上，包含(i)具有最大字体高度3mm的小文本图像、(ii)具有最大字体高度30mm的大文本图像、以及(iii)移动图像。

在第三步中，每个观察者(在适当的情况下，对于在1000m处观看，有视力矫正)从1000m的距离观看图像中的每个，并且调整它们在零仰角处的极观看角，直到从近乎显示器上的在显示器的中心线处的或者靠近显示器的中心线的位置、对于一只眼睛实现图像不可见性。观察者的眼睛的极坐标地点被记录。从关系S(θ)，极坐标地点处的安全性因子被确定。对于不同的图像、对于各种显示器亮度Y_最大、不同的灯箱照度I(q＝0)、对于不同的背景照明条件，并且对于不同的观察者，重复测量。

从以上测量，S＜1.0提供低视觉安全性或者不提供视觉安全性，1.0≤S＜1.5提供取决于图像内容的对比度、空间频率和时间频率的视觉安全性，1.5≤S＜1.8提供对于大多数图像和大多数观察者可接受的图像不可见性(也就是说，观察不到图像对比度)，并且S≥1.8提供完全的图像不可见性，与对于所有的观察者的图像内容无关。

与隐私显示相比，期望的广角显示在标准的环境照度条件下容易被观察。图像可见性的一个测度由对比度灵敏性(诸如迈克尔逊对比度)给出，由以下方程给出迈克尔逊对比度：

M＝(I_最大–I_最小)/(I_最大+I_最小)方程7。

并且因此：

M＝((Y+R)–(K+R))/((Y+R)+(K+R))＝(Y-K)/(Y+K+2.R)方程8。

因此，视觉安全性级别(VSL)等于1/M(但是与1/M不相同)。在本讨论中，对于给定的离轴相对亮度P，广角图像可见性W被逼近为：

W＝1/VSL＝1/(1+I.ρ/(π.P.L))方程9。

在本讨论中，来自期望的白点(u_w’,v_w’)的输出颜色(u_w’+Δu’,v_w’+Δv’)的颜色变化Δε可以通过CIELUV色差度量来确定(假定典型的显示光谱发光体)，并且通过以下方程给出：

Δε＝(Δu’²+Δv’²)^1/2方程10。

折反射元件既利用折射，又利用反射，反射可以是全内反射或来自金属化表面的反射。

现在将描述各种定向显示装置的结构和操作。在该描述中，共同的元件具有共同的标号。注意到，与任何元件相关的公开内容适用于其中相同的或对应的元件被提供的每个装置。因此，为了简洁起见，这样的公开内容不被重复。

将期望的是提供准直照明设备100，准直照明设备100对显示设备提供相对窄的输出锥角。在本公开中，被准直被用作对于来自显示器和/或背光源的窄角照明(例如小于40度的全宽半高(FWHM)亮度锥角，通常小于30度)来说被接受的术语。

与常规的广角背光源相比，准直背光源可以对正面观察者提供高效率光输出，从而针对给定的功耗实现提高的亮度或者针对给定的亮度实现降低的功耗。准直背光源还可以对隐私显示器提供低离轴图像可见性。

将进一步期望的是提供用于隐私显示器的在第一操作模式下具有窄角输出并且在第二操作模式下具有广角输出的可切换准直照明设备100。在操作中，窄角输出可以被提供给单个正面用户，而广角输出可以被提供给多个显示用户。

将进一步期望的是提供利用来自具有低炫光的大面积的照明的准直照明进行周围环境的照明的环境照明设备。

将期望的是提供用于显示器、显示器背光或者用于家用或专业环境照明的薄型可切换照明设备。环境照明可以包含房间、办公室、建筑物、场景、街道、装备或其他照明环境的照明。显示器背光意指被布置为对透射空间光调制器(如液晶显示器)进行照明的照明设备。发光元件(如显示器背光源的LED)可以被提供有图像信息，例如在如本文中将描述的高动态范围操作中。然而，一般来说，像素数据由空间光调制器提供。

将进一步期望的是提供用于空间光调制器的可以提供对于高动态范围的局部区域调光、薄封装、间隔宽的光源阵列和高均匀性的薄型背光源。将进一步期望的是提供用于薄基板LCD的具有以高均匀性、高效率和HDR能力实现适当的光输出分布的非常低的边框宽度的薄的、柔性的自由形式形状(例如圆形)背光源。

现在将描述各种照明装置的结构和操作。在该描述中，共同的元件具有共同的标号。注意到，与任何元件相关的公开内容适用于其中相同的或对应的元件被提供的每个装置。因此，为了简洁起见，这样的公开内容不被重复。

可能期望的是提供具有高动态范围的高效率显示器。

图1A是在侧透视图中图示说明显示装置100的示意图，显示装置100包括照明设备20，照明设备20包括发光元件15的阵列和折反射光学元件，折反射光学元件包括波导1和光转向光学组件50，光转向光学组件50被布置为对透射空间光调制器48和可切换隐私光学堆叠300进行照明。

显示装置100包括：照明设备20和光学堆叠5，光学堆叠5被布置为对透射空间光调制器48的预定区域101进行照明。照明设备20和空间光调制器48借助于控制器500被控制。

透射空间光调制器48包括输入显示偏振器210和输出显示偏振器218，输入显示偏振器210被布置在空间光调制器48的输入侧上，输出显示偏振器218被布置在空间光调制器48的输出侧上。包括像素220R、220G、220B的液晶层214被布置在透明基板212、216之间。

来自显示装置100的输出光线400被提供在光输出锥402内，在图1A的说明性实施方案中，光输出锥402在垂直于显示装置100的方向199上具有最高亮度。在如在下文中在图18A和图18B中描述的其他实施方案中，最高亮度方向可以不同于方向199。

光输出锥402的尺寸和轮廓由背光源照明设备20和光学堆叠5中的其他光学层的结构和操作确定。如在下文中将描述的，背光源照明设备20被布置为与使用明亮度增强膜(如来自3M公司的BFF^TM)的常规背光源相比相对较小的锥角402内提供发光强度的分布。

现在将描述包括照明设备20和光学堆叠5的背光源的结构。

光学堆叠5可以包括漫射器、反射偏振器、防湿层以及用于来自照明设备20的光输出锥402的操纵的其他期望结构。

照明设备20包括支撑基板17、反射层3、发光元件15的阵列和光学波导1，光学波导1包括光输入阱30和光偏转阱40。发光元件15与光输入阱30对准。光偏转阱40被布置在光输入阱30之间的阵列中。

波导1包括后光引导表面6和前光引导表面8，并且可以包括光透射材料，如PMMA、PC、COP或其他已知的透射材料。光输入阱可以在后光引导表面6和端部34之间包括空气。波导1包括折反射元件的阵列，其中光在光输入阱处被折射，并且通过全内反射和/或被涂覆的反射表面处的反射被反射。

照明设备20进一步包括在后光引导表面6的后面的反射层3，反射层3被布置为使通过后光引导表面6从波导1提取的光往回反射通过波导1以用于向前输出。

照明设备20进一步包括光转向光学布置，光转向光学布置是被布置为将来自波导1的输出光线415G导引到期望的光输出锥402中的光转向光学组件50。光转向光学组件50可以包括膜。有利地，低厚度可以被实现。

控制系统500被布置为控制发光元件15和空间光调制器48的像素220R、220G、220B。通过控制系统，高分辨率图像数据可以被提供给空间光调制器48，并且较低分辨率图像数据可以被提供给发光元件15。如在下文中将进一步描述的，显示装置100可以有利地被提供高动态范围、高亮度和高效率。

显示器100可以是弯曲的或弓形的。显示器100可以具有自由形式形状，例如用于在汽车座舱中使用。

可能期望的是提供近眼显示器100。

图1B是在侧视图中图示说明近眼显示设备102的示意图，近眼显示设备102包括类似于图1A的照明设备20并且被布置为通过透射空间光调制器48对目镜60进行照明的照明设备20，照明设备20包括迷你LED阵列和折反射光学元件，折反射光学元件包括波导1和转向膜50。图1B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图1B的可替代实施方案中，显示装置102进一步包括被布置在空间光调制器48的前面的目镜光学元件60，其中目镜光学元件60是透镜，并且显示设备100包括被布置为对空间光调制器48进行照明的照明设备20。

在操作中，图1B的可替代布置通过空间光调制器48来从照明设备20提供照明以使得光线被目镜60收集并且被朝向观察者45的眼睛导引。在图1B的实施方案中，目镜60是被布置为放大空间光调制器48上的图像的透镜。

顶部像素220T提供光线460T，中心像素220C提供光线460C，并且底部像素220B提供光线460B。观察者45的眼睛收集光线460T、460C、460B，并且在眼睛的视网膜上生成图像，以使得与空间光调制器48的角度大小相比，图像以放大的角度大小被感知到。背光源20在近眼显示设备102中的操作将在下文中在图39A和图40中被进一步描述。

显示装置100可以提供虚拟现实显示功能性。有利地，高明亮度图像可以被提供具有高动态范围。迷你LED阵列的照明阶段的扫描可以提供提高的响应速度和更小的动态模糊效果，从而有利地减少恶心提示。来自空间光调制器48的光散射可以被减少，并且图像对比度可以有利地被提高。

可能期望的是提供隐私显示器。

图1C是在顶视图中图示说明对于隐私显示装置100的说明性观看条件的示意图。主用户45被布置为靠近显示器的轴线199，并且接收沿着光线445以nit为单位测量的Yo的图像亮度。极角(θ，φ)处的离轴窥探者47接收来自显示装置100的光线447和来自环境光源450的反射光线449，环境光源450具有以lux为单位测量的照度I。

将期望的是提供可以在共享操作模式和隐私操作模式之间切换的可切换隐私显示器。

图1D是在侧透视图中图示说明图1A的显示设备的示意图，显示设备进一步包括视角控制布置，视角控制布置包括附加偏振器318、反射偏振器302和极控制延迟器300，极控制延迟器300被布置在空间光调制器48的输出侧上、反射偏振器302和附加偏振器318之间。图1D的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

附加偏振器318被布置在空间光调制器48的输出侧上，并且极控制延迟器300被布置在附加偏振器318和输出显示偏振器218之间。极控制延迟器300包括液晶延迟器301和无源延迟器330，液晶延迟器301包括被布置在透明基板312、316之间的可切换液晶延迟器层314。

在隐私操作模式下，液晶延迟器301可以被控制器500控制以实现对于在光锥404中在靠近光轴199的极坐标地点处的观察者的高亮度图像和低显示器反射率；以及对于在锥体404外部倾斜于光轴199的极坐标地点处的窥探者的低亮度图像和高显示器反射率。

在共享操作模式下，液晶延迟器301可以被控制器控制以提供对于在光锥402中在靠近光轴199的极坐标地点处的观察者的高亮度图像和低显示器反射率以及对于在锥体402内部倾斜于光轴199的极坐标地点处的窥探者的提高亮度的图像和低显示器反射率。具有高安全性因子的可切换隐私显示装置100可以有利地被提供。进一步地，如在下文中将进一步描述的，显示器可以被提供具有高动态范围、高亮度和高效率。

极控制延迟器300、反射偏振器302和附加偏振器318的结构和操作在美国专利No.10,976,578中被进一步描述，该专利整个通过引用并入本文。

在可替代实施方案(未被示出)中，反射偏振器302可以被省略。附加偏振器318可以被布置在照明设备20和输入偏振器210之间。极控制延迟器300可以被布置在附加偏振器318和输入偏振器210之间。显示器的前表面反射率可以有利地被降低。

在其他可替代实施方案(未被示出)中，进一步的附加偏振器和进一步的极控制延迟器可以被提供。对于离轴观看地点的亮度可以有利地被降低，并且安全性因子可以被提高。

现在将描述照明设备20的说明性实施方案(例如用作图1A和图1D的显示器的背光源或者用于环境照明)的结构。

图2是在侧透视扩展图中图示说明照明设备20的示意图；并且图3A是在侧透视图中图示说明图1A和图2的波导1的光输入阱30和光偏转阱40的布置的示意图。图2和图3A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

照明设备20可以被提供例如作为用于图1A和图1D的空间光调制器的照明的背光源，或者例如被提供来用来自大面积的具有期望地小的锥角402的光提供周围环境的照明，从而有利地实现跨照明设备20的预定区域101的照明的期望的均匀性。照明应用可以包含但不限于汽车前灯和指示灯、筒灯、街道照明和其他已知的环境照明应用。

用于在预定区域101的上方提供照明的照明设备20包括：在预定区域101的上方延伸的波导1，波导1包括用于沿着波导1引导光的前光引导表面8和后光引导表面6；发光元件15的阵列，发光元件15跨波导1的后面的预定区域101被排列；以及光转向布置，光转向布置被布置为将输出光中的至少一些重定向为朝向波导的平面的法线。在图2的实施方案中，光转向布置是光转向光学组件50。

每个发光元件15包括发光二极管，如未被封装的迷你LED。在说明性实施方案中，发光元件15具有至多1000微米、优选地至多500微米并且更优选地至多250微米的最大宽度。在至少一个横截面平面中，光输入阱30的中心之间的距离至多为20mm，优选地至多为10mm并且更优选地至多为2.5mm。

波导1的后光引导表面6包括：光输入阱30的阵列，每个光输入阱30被布置在各自的发光元件15的上方；以及光偏转阱40的阵列，光偏转阱40不被布置在发光元件15的上方。换句话说，波导1的后光引导表面6包括光输入阱30的阵列，每个光输入阱30被布置为接收来自发光元件15的光；以及光偏转阱40的阵列，光偏转阱40不接收来自发光元件15的光。

发光元件15可以借助于取放机器被布置在基板17上。可能期望的是改进发光元件15的放置速度。

照明设备20可以至少部分使用美国专利No,8,985,810中提供的方法来制造，该专利整个通过引用并入本文。

所述方法可以包括：在基板(如晶圆)上形成发光元件单片阵列。晶圆可以例如是在其上生长氮化镓多量子阱发光二极管的蓝宝石晶圆。

多个发光元件15可以以保留被选择性地移除的发光元件15的相对空间位置的方式从单片阵列被选择性地移除。这样的方法可以包括转移被布置在例如蓝宝石晶圆上的氮化镓LED阵列的激光剥离法。

发光元件15的非单片阵列可以以保留被选择性地移除的发光元件15的相对空间位置的方式被形成为具有被选择性地移除的发光元件15，例如被形成在基板17上。

发光元件的非单片阵列可以与光学元件的阵列对准，光学元件是波导1的光输入阱30。从单片阵列被选择性地移除的多个发光元件15被选择为使得在至少一个方向上，对于所述至少一个方向上的至少一对被选择性地移除的发光元件15，对于每个各自的一对，存在被定位在单片阵列中所述至少一个方向上一对被选择性地移除的发光元件15之间的不被选择的至少一个各自的发光元件15。

换句话说，方法可以包括：形成发光元件的单片阵列；以保留被选择性地移除的发光元件15的相对空间位置的方式从单片阵列选择性地移除多个发光元件15；

通过以保留被选择性地移除的发光元件15的相对空间位置的方式将被选择性地移除的发光元件安装在基板17上来形成具有被选择性地移除的发光元件16的发光元件16的非单片阵列；以及

单独形成集成光学主体1，集成光学主体1是波导1，波导1包括具有折射光输入阱30、折射和反射光提取特征10、折射和反射后表面6和折射和反射前表面8、以及反射光偏转阱40的折反射光学元件的阵列。

方法可以进一步包括使基板17与集成主体对准的步骤，基板17包括发光元件15的非单片阵列，集成主体是包括折反射光学元件30、40、6、8、10的阵列的波导1。从单片阵列被选择性地移除的多个发光元件被选择为使得在至少一个方向上，对于所述至少一个方向上的至少一对被选择性地移除的发光元件15，对于每个各自的一对，存在被定位在单片阵列中所述至少一个方向上一对被选择性地移除的发光元件15之间的不被选择的至少一个各自的发光元件15。

换句话说，方法可以包括制造照明设备20的方法；方法包括：形成发光元件的单片阵列；以保留被选择性地移除的发光元件15的相对空间位置的方式从单片阵列选择性地移除多个发光元件15；以保留被选择性地移除的发光元件的相对空间位置的方式来形成具有被选择性地移除的发光元件15的发光元件15的非单片阵列；以及使发光元件15的非单片阵列与光学元件30、40的阵列对准；其中从单片阵列被选择性地移除的多个发光元件15被选择为使得在至少一个方向上，对于所述至少一个方向上的至少一对被选择性地移除的发光元件15，对于每个各自的一对，存在被定位在单片阵列中所述至少一个方向上一对被选择性地移除的发光元件15之间的不被选择的至少一个各自的发光元件15。

这样的方法可以提供具有在大量发光元件的上方以受控的方式被限定的间隔和取向的发光元件15的阵列。发光元件15的转移的成本可以被大幅降低。发光元件15与被布置在发光元件15的上方的光输入阱30的对准的准确性可以被提高。有利地，提高的均匀性可以被提供。

每个光输入阱30包括朝向前光引导表面8延伸的光输入表面32，光输入表面32被布置为将来自各自的发光元件15的光输入到波导1中。光输入阱30端表面34被提供具有反射材料200，例如如在下文中图示说明的那样。

在本申请实施方案中，参考轴线198被提供。照射设备20的表面中的至少一些相对于参考轴线198的对准是相对于在波导1的平面中的平面内的对准提供的。每个光输入阱30的光输入表面32的一个面相对于参考轴线198的对准将在下文中被进一步描述。

如本文中进一步描述的，被布置为接收来自波导1的光的光转向光学组件50具有输入表面51，输入表面51平行于波导的前表面8。光转向光学组件50在其中延伸的平面可以与波导1在其中延伸的平面是相同的。在其中波导1是弯曲的实施方案中，波导1在其中延伸的平面对于波导1的至少一个区域被提供。

光偏转阱40包括光偏转表面42和反射端44。如在下文中将描述的，光偏转阱40具有围绕每个光输入阱30的布置，布置使已经通过光输入阱30的光输入表面32输入的被引导的光围绕光输入阱30分布。在图2和图3A的实施方案中，光偏转阱40端表面44被涂覆反射材料200。

如在下文中将进一步描述的，前光引导表面8和后光引导表面6中的至少一个包括光提取特征10，光提取特征10被布置为从波导1提取被引导的光作为输出光400。在图2的实施方案中，前光引导表面8包括光提取特征10。光提取特征10每个都包括面12A、12B、12C、12D。

如在下文中将进一步描述的，光转向光学组件50包括输入表面51，输入表面51包括金字塔形凹部52。输入表面51跨波导1的前光引导表面8延伸并且被布置为接收来自波导1的输出光400。输出表面53面对输入表面51。如在下文中将进一步描述的，图2的实施方案中的光转向光学组件50被布置为提供来自波导1的输出光400朝向波导1的平面的法线199的偏转。

波导1因此包括用于沿着波导1引导光的前光引导表面8和后光引导表面6，其中：后光引导表面6包括：光输入阱30的阵列，光输入阱30用于布置在各自的发光元件15的上方；以及光偏转阱40的阵列，每个光输入阱30包括朝向前光引导表面8延伸的光输入表面32，光输入表面32被布置为将来自各自的发光元件15的光输入到波导1中，每个光偏转阱40包括朝向前光引导表面8延伸的光偏转表面42以使得一些被引导的光入射在光偏转表面42上并且一些被引导的光穿过光偏转表面42，光偏转表面42被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱40具有围绕每个光输入阱30的布置，布置使已经通过光输入阱30的光输入表面32输入的被引导的光围绕光输入阱30分布；并且前光引导表面8和后光引导表面6中的至少一个包括光提取特征10，光提取特征10被布置为从波导1提取被引导的光作为输出光400。

在图3A的实施方案中，波导1具有矩形形状，并且参考轴线198以45度的角度倾斜于矩形形状的边21。现在将描述预定区域的上方的光输入阱30和光偏转阱40的可替代布置。

图3B是在侧透视图中图示说明波导1的光输入阱30和光偏转阱40的可替代布置的示意图。图3A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图3B的可替代实施方案中，波导1具有矩形形状，并且参考轴线198平行于矩形形状的边21。与图3A的布置相比，提供输出的均匀照明的照明设备20的边缘处的边界区域的宽度可以被减小。背光源的边框宽度可以有利地被减小。

现在将描述照明设备20的各种特征的结构。现在将描述光转向光学组件50的输入表面51的结构。

图4A是在侧透视图中图示说明光转向光学组件50的部分的示意图；并且图4B是图示说明光转向光学组件的金字塔形凹部52的示意图。图4A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

光转向光学组件50的输入表面51包括金字塔形凹部52的阵列，每个金字塔形凹部52包括正方形基部，正方形基部具有基部轨迹55和四个光转向面54A、54B、54C、54D，光转向面54A、54B、54C、54D具有表面法线P_A、P_B、P_C、P_D，表面法线P_A、P_B、P_C、P_D具有在波导1的平面中的平均分量P₁、P₂、P₃、P₄并且分别以角度η_A、η_B、η_C、η_D倾斜于光轴199。

面54A、54B、54C、54D可以是平面的，或者可以具有某种其他形状，例如以提供被偏转的光的一些漫射。平均分量P₁、P₂、P₃、P₄被定向为相对于参考轴线198成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。

四个光转向面54A、54B、54C、54D是邻接的。来自发光元件的光输出有利地以高效率被偏转。

基部轨迹55可以被认为是光转向光学组件50的材料中的脊部，并且凹部52的面54A-D可以提供光转向光学组件50的材料中的槽(trough)59，槽59可以例如是点，或者可以具有可以被布置为使得能够对面54A-D进行方便的工具加工的某种其他轮廓。

现在将描述波导1的光输入阱30的结构。

图4C是在侧透视图中图示说明图3B的光输入阱30和对准的发光元件15的示意图。图4C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

每个光输入阱30的光输入表面32包括具有表面法线n_A、n_B、n_C、n_D的四个光输入面32A、32B、32C、32D，表面法线n_A、n_B、n_C、n_D具有在波导1的平面中的平均分量n₁、n₂、n₃、n₄。平均分量n₁、n₂、n₃、n₄被定向为相对于参考轴线成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。换句话说，平均分量n₁、n₂、n₃、n₄从光转向面的表面法线P_A、P_B、P_C、P_D的在波导1的平面中的平均分量P₁、P₂、P₃、P₄被定向成至多10°、优选地至多5°的角度，优选地从光转向面54A、54B、54C、54D中的各自的一个的表面法线P_A、P_B、P_C、P_D的在波导1的平面中的平均分量P₁、P₂、P₃、P₄被定向成至多5°的角度。

四个光输入面32A、32B、32C、32D是邻接的，并且在图4C的实施方案中，光输入面32A、32B、32C、32D中的每个都是平面的。

每个光输入阱30进一步包括跨光输入表面32延伸的输入阱40端表面34，光输入阱30端表面被布置为在光输入阱30上引导被引导的光。光输入阱30端表面34是平面的并且被涂覆反射材料200。

光输入阱30具有开口31，开口31大于它们被布置在其上的各自的发光元件15。有利地，从发光元件15的光捕捉效率被提高。

现在将描述波导1的光偏转阱40的可替代结构。

图4D是在侧透视图中图示说明图3B的光偏转阱40的示意图。图4D的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

每个光偏转阱40的光偏转表面42包括具有表面法线k_A的至少一个光偏转面42，表面法线k_A具有在波导1的平面中的平均分量k₁。

在图4D的实施方案中，光偏转阱40的光偏转表面42包括具有表面法线k_A、k_B的两个光偏转面42A、42B，表面法线k_A、k_B具有在波导1的平面中的平均分量k₁、k₂。光偏转阱40的光偏转表面42包括一对相对的光偏转面42A、42B，相对的光偏转面的平均分量k₁、k₂在相反的方向上延伸。

关于跨光偏转阱40的阵列的光偏转阱40的光偏转表面42的平均分量k₁、k₂与轴线196对准，并且从光转向面54A、54B、54C、54D的表面法线P_A、P_B、P_C、P_D的在波导1的平面中的与如上文中描述的参考轴线198对准的平均分量P₁、P₂、P₃、P₄中的各个被定向成35°至55°的范围内的、优选地40°至50°的范围内的角度δ。

光偏转阱40进一步包括跨光偏转表面42延伸的光偏转阱40端表面44，光偏转阱40端表面44被布置为在光偏转阱40上引导被引导的光。

在图4D的实施方案中，光偏转阱40端表面44是平面的并且被涂覆反射材料200。

图4E是在侧透视图中图示说明具有四个相对的面42A、42B、42C、42D的光偏转阱40的示意图，面42A、42B、42C、42D进一步包括反射涂层。图4E的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图4E的可替代实施方案中，光偏转阱40的光偏转表面42包括第一对和第二对相对的光偏转面42A、42C，第一对相对的面42A、42C具有表面法线k_A、k_C，表面法线k_A、k_C具有在波导1的平面中的分别被定向为相对于参考轴线198成45°和225°的至多10°、优选地至多5°内的角度δ的平均分量k₁、k₃，并且第二对相对的面42B、42D具有表面法线k_B、k_D，表面法线k_B、k_D具有在波导1的平面中的分别被定向为相对于参考轴线198成135°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度δ的平均分量k₂、k₄。

更一般地，光偏转阱40的光偏转表面42A、42B、42C、42D包括具有表面法线k_A的至少一个光偏转面42，表面法线k_A具有在波导1的平面中的平均分量k₁，关于跨光偏转阱40的阵列的光偏转阱40的光偏转表面42A-D的平均分量k_1-4被各种各样地定向为相对于参考轴线198成45°、135°、225°和315°的至多10°、优选地至多5°内的角度。

第一对相对的面42A、42C和第二对相对的面42B、42D是邻接的。光偏转面42A、42C和42B、42D中的每个都是平面的并且被涂覆反射材料200。

现在将描述波导1的可替代的光提取特征10的结构。

图4F是在顶透视图中图示说明波导1的包括光提取特征10的部分的示意图；并且图4G是在顶透视图中图示说明波导1的光提取特征10的示意图。图4F-G的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

光提取特征10包括四个光提取面12A、12B、12C、12D的集合的阵列，每个光提取面12A、12B、12C、12D具有表面法线E_A、E_B、E_C、E_D，表面法线E_A、E_B、E_C、E_D具有在波导1的平面中的平均分量E₁、E₂、E₃、E₄。

平均分量E₁、E₂、E₃、E₄被定向为相对于参考轴线198成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。换句话说，平均分量E₁、E₂、E₃、E₄从光转向面的表面法线P_A、P_B、P_C、P_D的在波导1的平面中的平均分量P₁、P₂、P₃、P₄被定向成至多10°的角度，优选地从光转向面中的各自的一个的表面法线P_A、P_B、P_C、P_D的在波导1的平面中的平均分量P₁、P₂、P₃、P₄被定向成至多5°的角度。换句话说，平均分量E₁、E₂、E₃、E₄以接近平行于、反平行于或正交于参考轴线198的角度被对准。

图4H是在顶透视图中图示说明波导1的包括可替代的光提取特征14的部分的示意图。图4H的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。与图4F-G的实施方案相比，图4H的可替代实施方案图示说明光提取特征10可以具有其他形状，如升高的或凹进的凸块14。制造复杂性可以有利地被降低。

现在将进一步描述光输入阱30和光偏转阱40的表面32、42的相对取向。

图5是在顶视图中图示说明图3B的光输入阱30的反射端34和光偏转阱40的布置的示意图。图5的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图5的实施方案中，光输入阱和光偏转阱形成图案70。

光输入阱30被布置在具有四重旋转对称性的网格中，也就是说，分量n₁、n₂、n₃、n₄的角度α₁、α₂、α₃、α₄被布置为相对于参考轴线198成0°、90°、180°、270°的角度。

光偏转阱40被布置在具有围绕光输入阱30的四重旋转对称的网格中，也就是说，分量k₁、k₂、k₃、k₄的角度β₁、β₂、β₃、β₄被布置为相对于参考轴线198成45°、135°、225°、315°的角度。在图5的实施方案中，光偏转阱40端表面44具有相同的面积。

现在将进一步详细地描述可替代的照明设备20的结构。

图6A是在顶透视图中图示说明包括图3B的光输入阱30和光偏转阱40的照明设备20布置的示意图；图6B是在底透视图中图示说明包括图3B的光输入阱30和光偏转阱40的照明设备20布置的示意图；图7A是在顶透视图中图示说明包括图3B的光输入阱30和光偏转阱40的图6A-B的波导1的示意图；并且图7B是在底透视图中图示说明包括图3B的光输入阱30和光偏转阱40的波导1的示意图。图7A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。各种光学结构10、30、40、52的相对对准如上文中所描述的那样。

现在将进一步详细地描述波导1和对准的发光元件15的结构。

图8A是在侧视图中图示说明图1A的波导1和对准的发光元件15的示意图。图8A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

发光元件15的阵列被支撑在支撑基板17上，例如借助于密封件160。密封件160提供与支撑基板17的附连。热和机械弹性可以有利地被改进。基板17可以例如是玻璃或聚酰亚胺层，并且可以被提供具有连接层9，连接层9可以进一步包括用于发光元件的寻址的薄膜晶体管(TFT)。

照明设备20可以进一步包括光阻挡元件，光阻挡元件围绕光输入阱30、在支撑基板17和波导1的后光引导表面6之间延伸。密封件160可以防止光线413在波导1下面传播。光输入阱30附近的提取的光的热点可以有利地被减少。

支撑基板17进一步支撑被连接到发光元件15的电子组件。电子组件550中的至少一些伸到光偏转阱40中的至少一些中。连接部16A、16B可以从被提供在支撑基板17上的电极到发光元件15被提供。光学输出可以有利地不被光学元件衰变。

反射层3可以被提供在支撑基板上。输出效率可以有利地被提高。

法线199是针对照明设备20的区域图示说明的。照明设备20可以是弯曲的，并且所以法线199可以跨预定区域具有不同的方向。

现在将通过考虑从发光元件15的源13发射的各种说明性的光线来进一步详细地描述波导的操作。

图8B是在扩展侧视图中图示说明图8A的波导1和对准的发光元件15的操作的示意图。图8B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

说明性的光线403从发光元件15被输出并且被光输入阱30的光输入表面32的面折射。前光引导表面8被布置为通过全内反射来引导光线403，并且后光引导表面6被布置为通过全内反射来引导光。

光线403被引导到波导1内并且入射在后光引导表面6和前光引导表面8上。如在下文中将描述的，波导1的覆盖层厚度7被提供在特征30、40的端部34、44和前光引导表面8之间以使得一些被引导的光穿过光偏转表面42。特别是一些被引导的光穿过光偏转阱40。这样的光使得光偏转阱对于输出光能够被隐藏，也就是说，由于光泄漏而导致的并且围绕光偏转阱引起热点的可见性被最小化。

在本申请实施方案中，波导1的围绕每个输入阱30的从单个阱被照明的区域可以通过光偏转阱的密度和覆盖层厚度7的选择来修改。

光中的一些入射到光偏转阱40的光偏转表面42上。每个光偏转阱的光偏转表面42被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射。

前光引导表面8和后光引导表面6中的至少一个包括光提取特征10，光提取特征10被布置为从波导1提取被引导的光作为输出光400。在提取特征10处，波导1内的光的传播角度被调整。临界角附近的一些光可以被提取作为接近掠射波导1的前表面8的角度的输出光。

另一个说明性的光线404在后反射器3处反射之后被输出。另一个说明性的光线406被引导到波导1内并且朝向相邻的光输入阱传播。另一个说明性的光线408在光输入阱30的光输入表面32处折射之前入射在反射材料200上，反射材料200被布置在光输入阱的端部34上。

现在将进一步详细地描述光转向光学组件50的操作。

图9是在扩展侧视图中图示说明图8A的波导1、光转向光学组件50和对准的发光元件15的操作的示意图。图9的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

光转向光学组件50被布置为接收来自波导1的输出光400并且被提供具有如在上文中在图4A-B中描述的锯齿状棱镜特征52。光转向光学组件50被布置为提供来自波导1的输出光400朝向波导1的平面的法线的偏转。光转向光学组件50被布置为提供来自波导1的输出光400朝向波导1的平面的法线199的偏转。

图10A是在底透视图中图示说明图1A的光转向光学组件50的示意图；并且图10B-D是在顶透视图中图示说明针对用于在图1A的照明设20中使用的光转向光学组件50的不同的输出布置的示意图。图10A-D的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图10B的实施方案中，通过光转向光学组件50的棱镜输入表面51提供的偏转跨光转向光学组件50的平面是相同的以使得被偏转的光线403被朝向照明设备20的前面的共同的方向导引。因此，所有的输出光线403都是平行的。光转向光学组件51的工具加工的复杂性可以有利地被降低。

在图10C的可替代实施方案中，通过光转向光学组件50的棱镜输入表面51提供的光线403的偏转跨光转向光学组件50的平面在一个方向上变化以使得被偏转的光线403被朝向照明设备20的前面的共同的细长光学窗口26导引。

在本公开中，光学窗口26指照明设备110对于光从光源(如源15)到窗口平面197中的限定的空间区域的导引，窗口平面197与照明设备相距窗口距离Z_wA。光学窗口26也可以被称为光瞳(optical pupil)。从光学窗口内的地点的观察提供来自跨照明设备110具有共同的或基本上共同的光学性质的光线。与图10B的布置(在该布置中，光学窗口26基本上位于无穷远处，并且可以被认为不被提供)相比，位于本申请实施方案的准直光锥410的窗口26处的观察者45看见提高的均匀性。

本申请实施方案中的术语光学窗口26的使用与术语窗口被用于指代用于在房子窗户、汽车窗户和挡风玻璃、以及其他类型的保护窗户中使用的玻璃或其他透明材料(如塑料)的片材或窗片时的使用截然不同。光学窗口26不是物理层，并且指空间中光被朝向其导引的区域。这样的片材或窗片无助于如本文中描述的具有改进的均匀性的期望的观看区域的创建。

一个方向(如侧向方向(x轴))上的亮度的提高的均匀性可以有利地对于在光学窗口26处或在光学窗口26附近的观察者被提供。提高的观看自由度在正交方向上被实现。

在图10D的可替代实施方案中，通过光转向光学组件50的棱镜输入表面51提供的光线403的偏转跨光转向光学组件50的平面在两个方向上变化以使得被偏转的光线403被朝向照明设备20的前面的共同的光学窗口导引。亮度的提高的均匀性可以有利地对于在光学窗口26处或在光学窗口26附近的观察者被提供。

光瞳光转向光学组件在美国专利No.11,340,482中被描述，该专利整个通过引用并入本文。现在将进一步描述用于图10C-D的光瞳输出的光转向光学组件50的操作。

图10E是在侧视图中图示说明光瞳照明设备20的光转向光学组件50的可变倾斜光转向面54的操作的示意图。图10E的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图10E的可替代实施方案中，金字塔形凹部52的对应的光转向面54A、54C具有表面法线P_A、P_C(表面法线P_A、P_C具有跨光转向膜组件50的平面在至少一个方向上变化的倾角η_A、η_D)以使得通过光转向膜组件50的棱镜输入表面51提供的偏转在所述至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向照明设备20的前面的共同的光学窗口26导引。金字塔形凹部52的至少一对相对的光转向面54A、54C具有表面法线P_A、P_C，表面法线P_A、P_C具有在波导1的平面中的平均分量，平均分量跨光转向膜组件50的平面在至少一个方向上变化以使得通过光转向膜组件50的棱镜输入表面51提供的偏转在所述至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向照明设备20的前面的共同的光学窗口26导引。

掠射输出光线415G从波导1被输出，具有光锥425和跨波导1的平面(x-y平面)基本均匀的输出角度被输出。

与图10B的光转向光学组件50相比，图10E的可替代实施方案的光转向光学组件50具有被布置为使离开波导1的光415G偏转的面54，偏转跨平面(x-y平面)在至少一个方向上变化。因此光转向面54的倾斜具有随着位置L而变化的角度η。

考虑例如如图4B中图示说明的每个凹部52，在光转向光学组件50的上边缘的附近，光线415G被面54AU以面角度η_AU折射并且通过面54CU处的全内反射以表面法线方向η_CU被反射以使得输出光线415U被朝向离光转向光学组件50窗口距离Z_w处的光学窗口26导引。在至少一个横截面平面(图10E中的y-z平面)中，窗口平面197中的窗口26的尺寸由光锥425的角度宽度确定。

在光转向光学组件50的中间的附近，光线415M被面54AM以面角度η_AM折射并且通过面54CM处的全内反射以表面法线方向η_CM被反射以使得输出光线415M被朝向光学窗口26导引；并且在光转向光学组件50的下边缘的附近，光线415L被面54AT以面角度η_AL折射并且通过面54CT处的全内反射以表面法线方向η_CL被反射以使得输出光线415T被朝向光学窗口26导引。

面角度η可以随着跨光转向光学组件50的长度的地点L从面54到面54连续地变化。被偏转的光线415U、415M、415T被朝向照明设备110的前面的共同的光学窗口26导引。

有利地，提高的均匀性可以对于位于观看窗口26处的观察者45被实现。

现在将描述实现窗口26的光瞳化的光转向光学组件50的进一步的布置。

图10F是图示说明来自包括弯曲轨迹55的光转向光学组件50的光输出的透视图的示意图。图10F的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图10F的可替代实施方案中，凹部52具有基部轨迹55X，与图10A的布置相比，基部轨迹55X跨光转向光学组件50在轨迹的延伸方向上弯曲，其中基部轨迹55的线全都是直线。在本公开中，棱镜面54A通常是平面的，并且曲率被布置为提供跨光转向光学组件50的表面法线方向的变化。面54的曲率可以另外被提供来实现输出光线的一些漫射。

面54A具有跨光学转向膜50的宽度变化的表面法线方向P_AR、P_AM、P_AL(以及对应地对于面54C来说)，以使得来自波导1的光线415G被朝向离光转向光学组件50距离Z_W处的窗口平面197B中的共同的窗口26(在x-y平面外的z方向上，并且为了说明方便，在透视图中被图示说明)导引。

在可替代实施方案中，面54可以被提供有如图10E中图示说明的变化的倾斜度以及如图10F中图示说明的变化的弯曲的基部轨迹55X。图10E的光学窗口距离Z_W可以与图10F的光学窗口距离Z_W相同。有利地，提高的均匀性在共同的窗口平面197处被实现。可替代地，图10E的光学窗口距离Z_W可以不同于图10F的光学窗口距离Z_W。有利地，提高的均匀性对于远离标称观看距离Z_w的观看者45距离被实现。

在图10A-F的实施方案中，光学窗口26的中心被图示为与照明设备20的中心对准，也就是说，共同的光学窗口26与光轴199对准，光轴199从光转向光学组件50的中心延伸，垂直于平面(x-y平面)。光学窗口26的偏移Z_OB为零，并且阵列中的线具有从侧向方向以0°倾斜的、投影到平面(x-y平面)上的算术平均切向角。在其他实施方案中，轨迹55的曲率和面角度η可以被布置为提供如本文中其他地方描述的从光转向光学组件50的中心偏移的光学窗口26。

现在将进一步详细地描述用于光转向光学组件50的凹部基部轨迹55的可替代布置。

图10G是在前视图中图示说明使用如图10E中图示说明的具有跨光转向光学组件50变化的倾斜角度η的线性面基部轨迹55X、55Y从照明设备提供光瞳化的光瞳转向光学组件以提供如图10D中图示说明的光学窗口26的示意图。图10G的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图10G的可替代实施方案中，光转向光学组件50被布置有线性基部轨迹55X、55Y，如本文中其他地方(例如图10A中)图示说明的，线性基部轨迹55X、55Y是相交的。光瞳化通过如图10E中图示说明的面54倾斜角度η的变化来实现，并且可以通过面54A、54C角度η_A、η_B随着距离L_X的变化来提供。线性基部轨迹55X、55Y可以使用用于成型工具的切割头的线性运动来掌控，从而有利地实现降低的成本以及减少的不均(mura)和摩尔伪像。

图10H是在前视图中图示说明使用如图10F中图示说明的基部轨迹55X和相交的基部轨迹55Y从照明设备20提供光瞳化的光瞳转向光学组件50的示意图，基部轨迹55X在它们的延伸方向上弯曲，基部轨迹55Y在它们的延伸方向上是线性的。图10H的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图10H的可替代实施方案中，弯曲的基部轨迹55X和线性基部轨迹55Y被提供。光转向光学组件50可以进一步包括面54A-D，或者可以不进一步包括面54A-D，面54A-D具有跨光转向光学组件50变化的倾斜角度η_A-D。缩小尺寸的窗口26可以被实现，从而有利地提高来自照明设备20的照明的光学效率。

图10I是在前视图中图示说明使用凹部基部轨迹55X从照明设备提供光瞳化的光瞳转向光学组件的示意图，凹部基部轨迹55X在它们的延伸方向上弯曲并且与凹部基部轨迹55Y相交，凹部基部轨迹55Y在它们的延伸方向上弯曲。图10I的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图10H的可替代实施方案中，弯曲的基部轨迹55X、55Y被提供。光转向光学组件50可以进一步包括面54A-D，或者可以不进一步包括面54A-D，面54A-D具有跨光转向光学组件50变化的倾斜角度η_A-D。窗口26尺寸的进一步缩小可以被实现，从而有利地提高来自照明设备20的照明的光学效率。

图10G-I的可替代实施方案可以被提供在如在下文中在图40的可替代实施方案中图示说明的近眼显示设备102中。有利地，成本和复杂性可以被降低。

图10G-I的轮廓可以使用模具的线性切割(例如通过工具加工表面(如金属块)的金刚石车削加工)来掌控，然后被复制到光学表面中。相交的转向光学组件50的切割在下文中针对图17C被进一步图示说明。

现在将进一步描述实现具有图1A的小的输出锥角402的输出的、波导1中的光输入阱30、光偏转阱40和光转向光学组件50的金字塔形凹部52之间的光线传播。

图11A是在顶视图中图示说明用于图3B的波导1和对准的发光元件15的光线路径的示意图。图11A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

来自源13的光线412以基本朗伯的光锥被输出到填充空气的光输入阱30中。所述光线在光输入表面32的面32A处被折射，在入射在光提取特征10(未被示出)上之前，从面32A以光锥410在波导1中传播。如在下文中将参照图11B-D描述的，来自面32A的光线输出的最大亮度靠近正y方向传播。

光线403被光偏转阱40表面42的面反射。光偏转阱40相对于光输入阱30的布置提供最高亮度光线以如下角度的传播，这些角度当在图11A的顶视图中看时，接近参考轴线198方向或者与参考轴线198方向正交。本申请实施方案期望地实现围绕光输入阱30的光线403的限制。

图11B是在透视侧视图中图示说明来自光输入阱30的面的光输出锥的示意图；图11C是图示说明解析到波导1在其中延伸的平面中的光线的发光强度相对于波导1的平面中的角度的变化的示意性曲线图；图11D是在顶视图中图示说明光转向光学组件50的面对光线的折射和反射的示意图；并且图11E是在侧视图中图示说明光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图。图11B-D的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

图11B图示说明来自发光元件15的角度一直到临界角θc的光锥410。这样的光锥410是通过光输入阱30的输入表面32处的折射提供的。光锥410在从前光引导表面8输出之前，在波导内被反射。因此，波导1是如上限定的折反射光学元件。如在下文中将描述的，波导的折射性质和反射性质两者有助于波导1的准直效果。

图11C图示说明被解析到波导的平面中的锥体410中的发光强度的轮廓418，其中围绕锥体的中心的区域414比远离锥体410的中心的区域416贡献更高的发光强度。因此最高发光强度光线420A是具有在波导的平面中具有接近正交于参考轴线198的角度的解析分量的那些光线。类似地，最高发光强度光线420B是具有在波导的平面中具有接近平行于参考轴线198的解析分量的那些光线。再次参照图11A，光线403具有如下角度，该角度具有在波导的平面中接近平行于参考轴线198或与参考轴线198正交的分量。

现在将考虑具有高发光强度和低发光强度的方向的传播。

图11D-E图示说明平行于或正交于参考轴线198的具有高发光强度的光线420A、420B的路径。金字塔形凹部52的面54A、54B、54C、54D被布置为使这样的光线412朝向法线方向199偏转、或者偏转到其他方向例如以如本文中的图10B-10C或图18A中图示说明的那样使输出光瞳化。

通过比较，示例性光线(如不接近平行于或正交于参考轴线198传播的光线412)以不同于期望方向199的角度被输出。

以以上方式，本申请实施方案实现可以被称为被准直的光，也就是说，最大发光强度被导引到期望的输出方向上。

现在将描述来自在图6A-B中图示说明的类型的说明性实施方案的光学输出。

图12A是图示说明针对图6A-B的照明设备20的区域在被单个发光元件15A照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；图12B是图示说明针对图6A-B的照明设备20的区域在被四个发光元件15A-D照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；并且图12C是图示说明针对表1的说明性实施方案的、针对图6A-B的照明设备20在被单个发光元件15A照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。波导1的发光元件15和各自的对准的光输入阱30被布置在波导1的平面中x方向和y方向上的4mm的间距上。

表1

在表1的说明性实施方案中，表面中的每个都是平面的。光输入表面32具有表面法线n_A、n_B、n_C、n_D，表面法线n_A、n_B、n_C、n_D从波导1的平面以角度90-φ倾斜，至多为3°。光偏转表面42中的每个具有表面法线k_A、k_B、k_C、k_D，表面法线k_A、k_B、k_C、k_D从波导1的平面以角度90-γ倾斜，角度90-γ可以至多为3°。倾斜的光提取特征12A、12B、12C、12D中的每个具有表面法线E_A、E_B、E_C、E_D，表面法线E_A、E_B、E_C、E_D从波导1的平面的法线199倾斜至多3°。金字塔形凹部52的面54A、54B、54C、54D的表面法线P_A、P_B、P_C、P_D相对波导1的平面的法线199具有35度至80度的范围内的、并且优选地45度至65度的范围内的倾斜角度η。

本申请实施方案期望地实现围绕光输入阱30的光的限制。图12A图示说明来自光输入阱30A中的发光元件15A的光被提供在靠近发光阱的区域中，并且与相邻的阱重叠。来自发光元件15A的图像信息被提供在期望的区域的上方，并且提供与相邻区域的一些重叠以有利地降低光斑(light patch)的可见性。

图12B图示说明来自相邻的光输入阱30A-D的发光元件15A-D的光被提供具有高图像均匀性。均匀的图像可以有利地被看见，例如针对均匀的白色屏幕。附加的漫射器可以被提供，例如被提供在光学堆叠5中以进一步改进均匀性。

图12C图示说明来自光输入阱30A中的发光元件15A的光在具有大约35度的全宽半高极角的角度范围内被输出，这样的输出可以被称为被准直的。

现在将进一步描述被准直的光。

图13A是在一个横截面平面中图示说明与朗伯定向分布510相比的来自本申请实施方案的阵列的定向分布520的示意性曲线图；并且图13B是在一个横截面平面中图示说明与正常化的朗伯定向分布510相比的正常化的定向分布520的立体角的示意性曲线图。

发光强度是光锥中的能量密度的度量，并且是每一单位立体角的流明数。在本申请实施方案中，发光强度半最大立体角描述其发光强度是每个方向上的峰值发光强度的一半的照明输出锥体的对向大小。

显示器的亮度由每一对向单位面积的发光强度确定。朗伯表面具有独立于观看角度的亮度、并且因此具有与观察角度和表面的法线方向的余弦成比例的发光强度。

发光强度半最大立体角是由其中任何方向上的发光强度降至峰值发光强度的50％的锥体限定的立体角。全宽半高角度2θ的对称锥体的立体角Ω通过以下方程给出：

Ω＝2π*(1–cosθ)方程11。

朗伯光源具有发光强度的余弦分布以使得图29中图示说明的FWHM 542为120度并且半角θ为60度。在本申请实施方案的二维阵列中，定向分布也是二维的，以使得轮廓520、510代表输出的立体角。

在本申请实施方案中，输出是定向的，也就是说，光输出分布540因此具有比来自(基本上具有朗伯输出的)多个发光元件中的每个的光输出分布的发光强度半最大立体角小的发光强度半最大立体角。本申请实施方案实现小于π立体弧度的半最大立体角，并且单个横截面平面中的半锥角θ小于60度，优选地小于大约40度，更优选地小于大约30度，并且最优选地小于大约20度。换句话说，本申请实施方案的发光强度半最大立体角与朗伯光源的发光强度半最大立体角的比率小于1，优选地小于50％，并且更优选地小于25％。对于隐私显示器，比率最优选地小于10％。

在本公开中，角度定向分布指针对显示器上的点的发光强度的分布，换句话说，角度定向分布是针对点的光线密度随着角度的展度。显示器的均匀性表示针对任何给定的观看角度的跨光学阵列的空间分布。

在本申请实施方案中，照明设备20被布置为按光输出分布发射光，其中光输出分布的发光强度半最大立体角与朗伯光分布的发光强度半最大立体角的比率小于1，优选地小于0.5，更优选地小于0.25，并且最优选地小于0.1。

现在将描述波导1的可替代布置。

图14A是在顶透视图中图示说明包括可替代光输入阱30和光偏转阱40A-C的波导1的示意图；并且图14B是在底透视图中图示说明包括可替代的光输入阱30和光偏转阱40A-C的波导1的示意图；图14C是在顶视图中图示说明用于图13A-B的波导1的光输入阱30和光偏转阱40A-C的布置的示意图。图14A-C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图14C的可替代实施方案中，光输入阱和光偏转阱形成图案70，图案70不同于例如图5的图案。

与图6A-B的实施方案相比，光偏转阱40具有不同的面积。光偏转阱40A、40B、40C端表面44A、44B、44C具有变化的面积。面积随着离各自的对准的光输入阱的距离而变化。亮度输出的均匀性可以有利地被提高。被提供在光偏转阱40中的附加的电子组件550的尺寸可以有利地被增大。进一步地，光偏转阱的纵横比可以被减小。工具加工的更高的精确度和工具加工的再现可以有利地被实现。反射涂层200可以使用已知的涂覆法以提高的均匀性被涂覆到光偏转阱40的端部44。产量和均匀性可以有利地被提高。

图14C图示说明说明性引导光线403。以与图11A中图示说明的方式类似的方式，具有高发光强度的光线403被传播到接近平行于或正交于参考轴线198。如图11A-E中图示说明的，这样的布置有利地实现光学输出的准直。

图6A-B和图14A-C的布置可以在各自的光偏转阱40的表面42上没有反射涂层200的情况下被提供。效率可以有利地被提高。

现在将描述来自使用图14A-B中图示说明的波导的类型的说明性实施方案的光学输出。

图15A是图示说明针对包括图13A-B的波导1的照明设备20的区域在被单个发光元件15A照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；图15B是图示说明针对包括图13A-B的波导1的照明设备20的区域在被所有发光元件15A-D照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；并且图15C是图示说明针对包括图13A-B的波导1的照明设备20在被单个发光元件15A照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。波导1的发光元件15和各自的对准的光输入阱30被布置在波导1的平面中x方向和y方向上的4mm的间距上。

现在将描述图1D的可切换隐私显示器在共享操作模式下的说明性实施方案。

图15D是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在共享操作模式下操作的包括图13A-B的波导1的图1D的隐私显示装置100在被单个发光二极管15A照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半。图1D的极控制延迟器300基本上不提供透射随着极观看角度的变化，并且反射率随着观看角度的变化通过前表面反射来确定。

图15D图示说明在共享模式下，安全性因子S在广视场上小于1.0，即针对例如如图1C中图示说明的观看布置，所有的图像数据对于图像可见性条件都是可见的，在图像可见性条件下，对于用户45的正面亮度是对于窥探者47的照度的一半。高图像可见性(S<0.1)有利地在光轴199的附近是可见的，使得主用户45可以看见高对比度图像。

现在将描述图1D的可切换隐私显示器在共享操作模式下的说明性实施方案。

图15E是图示说明针对在隐私模式下操作的图1D的示例性极控制延迟器300的透射随着极坐标地点的变化的示意性曲线图；图15F是图示说明在隐私模式下操作的、包括示例性极控制延迟器300的图1D的显示装置的反射率变化的示意性曲线图；并且图15G是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在隐私操作模式下操作的包括图13A-B的波导1的图1D的隐私显示装置100在被单个发光二极管15A照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半。

图1D的极控制延迟器300的说明性实施方案在美国专利No.10,976,578中被描述，该专利整个通过引用并入本文。如图15G中图示说明的，减少的离轴透射和增加的离轴反射提供降低的图像可见性，图15G图示说明在隐私模式下，对于大于35°的侧向角度，安全性因子S大于1.0，使得窥探者47具有图像的降低的可见性。对于大于45°的角度，所有的图像都是不可见的。高图像可见性(S<0.1)有利地在光轴199的附近是可见的，以使得主用户45可以看见高对比度图像。具有高安全性因子的可切换隐私显示器有利地被实现。进一步地，这样的显示装置100可以被提供具有降低的功耗和高动态范围与低厚度。

可能期望的是提供用于汽车的中央控制台的显示器。

图16是图示说明具有中央控制台显示设备100的车辆650的顶视图的示意图。输出光被导引到显示器100的光轴199的任一侧以实现驾驶者47和乘客45的有效照明。

可能期望的是显示器100以高效率以及高亮度和图像可见性均匀性、跨显示器100的宽度针对乘客45和驾驶者47被操作，以使得对于乘客的光线445L、445C、445R和对于驾驶者的光线447L、447C、447R为每个提供具有低功耗下的基本均匀的高亮度并且具有高动态范围的图像。进一步地，用于夜间操作的杂散光通过使不被朝向驾驶者47或乘客45导引的光最小化来有利地减少。在可替代实施方案中，光线445L、445C、445R和光线447L、447C、447R是平行的，例如通过使用如图10B中图示说明的具有光瞳化的光转向光学组件50。光转向光学组件50工具加工的复杂性有利地被降低。

图17A是在顶透视图中图示说明包括图13A-B的波导1和可替代的光转向光学组件50的照明设备20的示意图；并且图17B是在底透视图中图示说明包括图17A的波导1和图17A的可替代的光转向光学组件50的照明设备20布置的示意图。图17A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

图17C是在底透视图中图示说明图17A-B的光转向光学组件50的示意图。图17C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

光转向光学组件50包括被布置在输入表面51上的棱镜元件的第一阵列，每个棱镜元件包括在其之间限定基部轨迹55X的一对面54A、54C，轨迹55X沿着跨输入表面51在其中延伸的平面的第一线阵列延伸并且平行于y轴。光转向光学组件50进一步包括被布置在输入表面51上的棱镜元件的第二阵列，每个棱镜元件包括在其之间限定基部轨迹55Y的一对面54B、54D，基部轨迹55Y沿着跨输入表面在其中延伸的平面的第二线阵列延伸。图17A-C的可替代实施方案包括可替代的光转向光学组件50，其中基部轨迹55X、55Y不是以90度相交，而是具有与90度相差角度ε并且如图17D中进一步图示说明的角度。

如图18A-B中将描述的，第一线阵列和第二线阵列以投影到平面上的不同角度延伸以使得棱镜元件的第一阵列和棱镜元件的第二阵列使从波导离开的光偏转到不同的波瓣中。

图17C进一步图示说明可以被提供来将这样的结构切割成模具(如金属模具)中的切割工具61A、61B(如金刚石)的布置。在制造中，这样的模具被复制，其中被复制的部分被形成在具有反向形状的透明材料中。

轨迹55X、55Y可以进一步是弯曲的，如在上文中在图10F、图10H和图10I中图示说明的那样以实现光瞳化并且有利地提高效率和均匀性。

图17D是图示说明图17C的光转向光学组件的金字塔形凹部52的示意图；图17E是在顶视图中图示说明图17C的光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图；并且图17F是在侧视图中图示说明图17C的光转向光学组件的面对光线的折射和反射的示意图。图17D-F的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

图17D图示说明金字塔形凹部52的平行四边形基部轨迹57不同于图4C的金字塔形凹部的正方形基部轨迹55。

现在将描述图17A-C的照明设备的操作。

图17E-F图示说明对于具有高发光强度的光线420A、420B，离轴偏转被提供在与波导1的平面的法线199不同的方向上。类似地，图17F中图示说明的光线422A提供在与波导1的平面的法线199不同的方向上的不同的偏转方向。

现在将描述说明性实施方案。

图18A是在顶透视图中图示说明对于用于在图17A-B的照明设备20中使用的图17C的光转向光学组件50的输出光瞳化的示意图。图18A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

与图10D的布置相比，图17C的光转向光学组件50被布置为提供偏离垂直于显示器表面的光轴199的任一侧的两个窗口26A、26B。位于每个窗口26A、26B附近的观察者45、47分别有利地看见跨预定区域101具有高明亮度和均匀性的图像。

图18B是图示说明针对表2的说明性实施方案的、针对包括图17A-B的照明设备20的照明设备20在被单个发光元件15照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。

表2

光转向光学组件50的输入表面51包括金字塔形凹部52的阵列，每个金字塔形凹部52包括具有基部轨迹57的平行四边形基部和四个光转向面54A、54B、54C、54D。表面法线P_A、P_C具有分别在波导1的平面中的平均分量P₁、P₃，平均分量P₁、P₂、P₃、P₄在本申请实施方案中被定向为相对于参考轴线198成25°、90°、205°和270°的至多20°、优选地至多10°的角度。

具有亮度最大值的两个光输出极坐标地点770、772被提供，对于图16的观看者45、47实现高效率和明亮度。功耗可以有利地被降低，并且显示明亮度可以对于针对驾驶者47和乘客45的高动态范围图像被提高。杂散光可以针对夜间操作被减少。

可能期望的是提供具有隐私操作模式的乘客资讯娱乐显示器(PID)。

图19A是图示说明具有乘客资讯娱乐显示设备100的车辆650的顶视图的示意图。图19A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

图19A的布置类似于图16的布置，然而，乘客45被同轴光线445照明，并且驾驶者47被离轴光线447照明，并且特别是在离轴角度α和β之间的光锥中。将期望的是在共享操作模式下，驾驶者可以看见高明亮度图像，并且隐私操作模式看见具有高安全性因子的图像。

图19B是在底透视图中图示说明用于针对图19A的乘客资讯娱乐显示设备100提供照明的具有图14A的波导1的布置的光转向光学组件50的示意图，光转向光学组件50包括表3的说明性金字塔形凹部52。图19B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

表3

在操作中，通过表面54A、54C处的全内反射被反射的光线415被导引到接近显示器法线199、靠近乘客45的方向上，而通过表面54B、54D处的全内反射被反射的光线被朝向离轴方向447上的驾驶者47导引。

图19C是图示说明针对包括图14的波导1和图19B的光转向光学组件50的背光源的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。峰值亮度在乘客45极坐标地点845处和驾驶者47极坐标地点847处被观察到。高明亮度图像可以在共享操作模式下有利地被观察到。高功率效率可以被实现。

图19D是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在隐私操作模式下操作的包括图1D的隐私显示装置100并且包括图14A的波导1和图19B和表3的光转向光学组件50的图19A的乘客资讯娱乐显示设备在被单个发光二极管照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半。

图1D的极控制延迟器300的说明性实施方案在美国专利No.10,976,578中被描述。如图19D中图示说明的，减少的离轴透射和增加的离轴反射提供降低的图像可见性，图19D图示说明在隐私模式下，对于大于26°的侧向角度，安全性因子S大于1.0，使得窥探者47具有图像的降低的可见性。对于大于45°的角度，所有的图像都是不可见的。高图像可见性(S<0.1)有利地在光轴199的附近是可见的，以使得乘客45可以看见高对比度图像。具有高安全性因子的可切换乘客资讯娱乐显示器有利地被实现。进一步地，这样的显示装置100可以被提供具有降低的功耗和高动态范围与低厚度。

图19E是图示说明针对包括图14的波导以及图19B和表4的可替代的光转向光学组件的背光源的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。

表4

图19F是图示说明针对在以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度的情况下在隐私操作模式下操作的包括图1D的隐私显示装置并且包括图14A的波导和图19B的可替代的光转向光学组件的图19A的乘客资讯娱乐显示设备在被单个发光二极管照明时的安全性因子S随着极坐标地点的变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y_max的显示器正面亮度为以lux为单位测量的值I的照度的一半。

在操作中，通过表面54A、54C、54D处的全内反射被反射的光线445被导引到接近显示器法线199、靠近乘客45的方向上，而通过表面54B处的全内反射被反射的光线被朝向离轴方向447上的驾驶者47导引。与图19C-D相比，图19E-F图示说明转向光学组件50可以被布置为在驾驶者47极坐标地点847处实现降低的亮度。有利地，更高的安全性因子可以在具有增大的大小的极区域上对于驾驶者47被实现。

现在将描述光偏转阱40的可替代布置。

图20A是在顶透视图中图示说明包括可替代的波导1的照明设备20布置的示意图；图20B是在底透视图中图示说明包括图20A的可替代的波导1的照明设备20布置的示意图；图20C是在顶视图中图示说明用于图20A-B的波导1的光输入阱30的反射端34和光偏转阱40的布置的示意图；并且图20D是在侧视图中图示说明沿着图20C的截面A-A’的用于图20A-B的波导1的光偏转阱40的反射端44的布置的示意图。图20A-B和图20C-D的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图20C的可替代实施方案中，光输入阱和光偏转阱形成图案70，图案70不同于例如图5或图14C的图案。

光偏转阱40在多对相对的面的端部处被连接以形成围绕光输入阱30的完整环路的网格。与前面的实施方案相比，这样的布置可以被更方便地用工具加工和复制。进一步地，如例如图28中将图示说明的，光偏转阱40的偏转表面42可以不被涂覆，有利地，光学效率可以被提高并且制造复杂性可以被降低。

图21A是图示说明针对包括图20A-B的波导1的照明设备20的区域在被单个发光元件15A照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；图21B是图示说明针对包括图20A-B的波导1的照明设备20的区域在被所有发光元件15A-D照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；并且图21C是图示说明针对包括图20A-B的波导1的照明设备20在被单个发光元件15A照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。波导1的发光元件15和各自的对准的光输入阱被布置在波导1的平面中x方向和y方向上的4mm的间距上。

这样的实施方案有利地实现围绕光输入阱30的矩形网格上的输出的局部化。进一步地，输出亮度的轮廓在侧向方向和垂直方向上具有减小的锥角。隐私操作模式下的显示器100可见性可以有利地在侧向方向和垂直方向上被降低以对于适当位置的显示器用户45和窥探者47实现提高的视觉安全性级别。

现在将描述波导1的可替代实施方案。

图22A是在顶透视图中图示说明包括可替代的波导1的照明设备20布置的示意图；图22B是在底透视图中图示说明包括图22A的可替代的波导1的照明设备20布置的示意图；图23A是在顶视图中图示说明分别用于图22A-B的波导1的光输入阱30和光偏转阱40的反射端34、44的布置的示意图；并且图23B是在侧视图中图示说明用于图22A-B的波导1的光偏转阱40的反射端44的布置的示意图。图22A-B和图23A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

与图20A-B和图20C-D相比，本可替代实施方案的布置包括光输入阱30，光输入阱30具有光输入表面32，光输入表面32沿着轴线196延伸，轴线196相对参考轴线198倾斜45°，其中如图4A中图示说明的，参考轴线通过光转向光学组件50的金字塔形凹部52的对准来确定。因此光输入阱30输入表面32与光偏转阱40光偏转表面42成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。所述表面32、42与参考轴线198成0°、90°、180°和270°的至多10°、优选地至多5°内的角度。

进一步地，例如如图8A中图示说明的，光偏转表面42被涂覆反射涂层200。在操作中，具有最高发光强度的光线403被导引到接近平行于或正交于参考轴线198的方向上。如图11B-E中图示说明的，有利地，被靠近光轴199准直。

图24A是图示说明针对包括图22A-B的波导1的照明设备20的区域在被单个发光元件15照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；图24B是图示说明针对包括图22A-B的波导1的照明设备20的区域在被所有发光元件15照明时的亮度随着空间地点的变化的示意性曲线图；并且图24C是图示说明针对包括图22A-B的波导1的照明设备20在被单个发光元件15照明时的亮度随着极坐标地点的变化的示意性曲线图。

光局部化、高动态范围操作、高均匀性和准直有利地被实现。

图25是在顶透视图中图示说明包括可替代的光输入阱30和八边形光偏转阱40的波导1的示意图。图25的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

与图4E的实施方案相比，光偏转阱40的光偏转表面42包括分别在第一对42A、42C和第二对42B、42D的光偏转表面之间延伸的四个中间光偏转面42E、42F、42G、42H。进一步地，例如如图8A中图示说明的，光偏转表面42被涂覆反射涂层200。

在操作中，如本文中其他地方描述的，光线403A、403B、403C具有相对较高的发光强度。光线403A通过例如从面42G、42H反射在波导1中以接近平行于或正交于参考轴线198的角度传播；光线403B通过例如从面42C、42A反射在波导1中以接近平行于或正交于参考轴线198的角度传播；并且光线403C通过例如从面42E、42C、42H反射在波导1中以接近平行于或正交于参考轴线198的角度传播。每个光线403A-C被保持具有实现基本上被准直的光在光转向光学组件50之后被输出的传播方向。光局部化、高动态范围操作、高均匀性和准直有利地被实现。进一步地，期望的均匀性和准直的调谐可以通过面42A-H的相对大小的选择来提供。

现在将描述可替代的光偏转阱40。

图26A是在侧透视图中图示说明波导1的光输入阱30和光偏转阱40的可替代布置的示意图；并且图26B是在侧透视图中图示说明图26A的光输入阱30和对准的发光元件15的示意图。图26A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

与本文中其他地方描述的实施方案相比，光输入阱30的制造可以更简单，从而有利地反射端34不被提供，同时实现围绕光输入阱30的热点的低可见性。

现在将描述波导1的可替代布置。

图27是在侧视图中图示说明波导1和对准的发光元件15的可替代布置的示意图，其中波导1的后光引导表面被涂覆反射涂层。后光引导表面6被涂覆反射材料200。图27的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图27的可替代实施方案中，波导1的后表面6被涂覆反射材料200。后反射器3可以被省略，从而有利地降低成本和厚度。进一步地，从光输入阱30周围通过后表面6的光泄漏被减少，从而有利地降低热点的可见性。进一步地，增加数量的密封件160可以被提供，从而有利地实现对于操作和处理期间的温度变化和机械变化的提高的耐受性。

图28是在侧视图中图示说明波导1和对准的发光元件15的可替代布置的示意图，其中光偏转阱40具有与图8A的布置相比提高的密度和减小的高度。图28的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图28的可替代实施方案中，波导1的后表面6的区域被涂覆反射材料200，并且密封件600被提供在反射材料200和后反射器3之间。增加数量的密封件160可以被提供，从而有利地实现对于操作和处理期间的温度变化和机械变化的提高的耐受性。与图27的布置相比，损耗被降低，并且有利地，效率被提高。

考虑光线422一些光透射通过光偏转表面42中的一些的边42，并且通过不同的光偏转阱的其他表面42处的全内反射被反射。

损耗可以有利地被降低，并且效率被提高。进一步地，这样的表面42可以更方便地保留不被涂覆或者被部分地涂覆反射材料200，从而降低涂覆成本和复杂性。

图29是在侧视图中图示说明波导1和对准的发光元件15的可替代布置的示意图，其中光偏转阱40不包括反射端。图29的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

与图28的实施方案相比，光偏转阱40不具有包括反射材料200的反射端44。制作成本可以有利地被降低。

在本申请实施方案中，围绕各自的光输入阱30的光偏转阱40的密度、高度和布置可以被调整来修改光输出的均匀性。

现在将描述光提取特征10的可替代地点。

图30是在侧视图中图示说明波导1和对准的发光元件15的可替代布置的示意图，其中光提取特征被布置在光输入阱30和光偏转阱40的反射端上并且被进一步布置在后光引导表面上。图30的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图30的实施方案中，后光引导表面6包括光提取特征10。进一步地，光偏转阱40的端部44包括具有与如本文中其他地方(例如参照图4G)描述的光提取特征10类似的轮廓的光提取特征44A、44B。

在可替代实施方案(未被示出)中，进一步的光提取特征10可以被提供在后波导表面6和前波导表面8二者的至少一些区域上。照明设备20的输出均匀性可以有利地被改进。

操作和光路类似于本文中其他地方图示说明的操作和光路。制作成本和复杂性可以有利地被降低。

图31是在侧视图中图示说明照明设备20的可替代布置的示意图，其中光输入阱30包括气隙。图31的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图31的可替代实施方案中，发光元件15被布置在载体158上。光输入阱30包括光透射组件130，光透射组件130包括由光输入阱30输入表面32、光输入阱30端表面34、反射涂层200形成的内表面。光透射组件130进一步包括被布置为被插入到波导1中的腔体134中的外表面131。腔体134可以包括材料132，材料132可以是透明材料，或者可以是空气。

在组装中，光透射组件130被形成有反射涂层材料200并且被定位到载体158上。载体的阵列被提供在基板17上，并且波导1被与发光元件15对准。组装产量可以被提高，并且有利地，成本可以被降低。

现在将描述用于与颜色转换层一起使用的照明设备20。

图32A是在侧视图中图示说明照明设备20的可替代布置的示意图，其中光转向光学组件50被省略并且散射层被提供来接收来自波导1的光；图32B是在侧视图中图示说明背光源20的可替代布置的示意图，其中光转向光学组件50被提供来接收来自波导的光并且被布置为将光导引到散射层上；并且图32C是在侧视图中图示说明进一步包括相交的明亮度增强膜的图32A的可替代布置的示意图。图32A-C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图32A的可替代实施方案中，光转向布置包括光漫射层802，也就是说，光转向光学组件50被省略。发光元件15可以被布置为提供具有单一颜色的输出光线410，如蓝色光或紫外光，或者可以是白色光。光漫射层802被布置为接收来自波导1的光线410。光漫射层802可以包括颜色转换材料，如磷光体或量子点材料，并且光线410中的一些可以被转换到不同的光谱带。光漫射层802可以进一步或可替代地包括漫射表面和/或漫射粒子。入射在光漫射层802上的光线410以掠射入射被提供。光漫射层中的光线的增加的路径长度有利地实现颜色转换材料的减小的厚度来以降低的成本提供期望的颜色转换效率。

具有高均匀性的漫射层的有效照明有利地利用薄光学结构来实现。高动态范围操作可以被提供。

在图32B的可替代实施方案中，光转向光学组件50被布置在波导1和光漫射层802之间。通过光漫射层802提供的漫射量可以针对期望的正面亮度被减小，并且回到波导中的反向散射可以被减少。有利地，效率可以被提高。

在图32C的可替代实施方案中，光转向布置包括光漫射层802，并且进一步包括至少一个光循环膜组件800。光循环膜组件800A、800B每个包括光循环膜输入表面801A、801B以及分别面对光循环膜输入表面801A、801B的光循环膜输出表面803A、803B，光循环膜输入表面801A、801B跨光漫射层802延伸并且被布置为接收来自光漫射层802的输出光，其中光循环膜输出表面803A、803B是棱镜的并且被布置为提供输出光朝向波导1的平面的法线199的再循环。

图32C的可替代实施方案图示说明来自光漫射层802的包括白色光的输出光线170入射到相交的光循环膜组件800A、800B(如来自3M公司的BEF^TM)上。离轴光线170被光循环膜组件800A、800B导引到光轴199附近的方向，而更靠近光轴199的光线通过光循环膜组件800A、800B中的全内反射被再循环。

本申请实施方案可以对于薄封装中的广泛分散的发光元件15实现高均匀性。光漫射层802的均匀照明可以有利地被实现，并且高动态范围显示器可以被提供。一些改进的增益可以通过相交的光循环膜组件800A、800B来提供；然而，这样的输出不被如本文中其他地方公开的包括光转向膜的实施方案那样被准直。

在其他实施方案(未被示出)中，光循环膜组件800A、800B中的一个可以被省略。一个平面中的亮度滚降可以被减小，从而有利地实现该平面中的提高的观看自由度。

现在将描述光输入阱30光输入表面32的形状。

图33是在顶视图中图示说明发光元件15和发射阱的布置的示意图，发射阱包括具有平面轮廓的光输入表面32；并且图34是在顶视图中图示说明发光元件15和发射阱的布置的示意图，发射阱包括在波导1的材料中具有凸出轮廓的光输入表面32。图33-34的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图33的实施方案中，光输入面32A、32B、32C、32D中的每个在波导1的材料中都是平面的，而在图34的实施方案中，光输入面32A、32B、32C、32D中的每个在波导1的材料中都是凸面的。

在图33的实施方案中，光输入表面32包括具有表面法线n_A、n_B、n_C、n_D的四个平面的光输入面32A、32B、32C、32D，表面法线n_A、n_B、n_C、n_D具有在波导1的平面中的分量n₁、n₂、n₃、n₄。在图34的实施方案中，光输入表面32包括具有表面法线n_A、n_B、n_C、n_D的四个凸面的光输入面32A、32B、32C、32D，表面法线n_A、n_B、n_C、n_D具有在波导1的平面中的分量n₁、n₂、n₃、n₄，分量n₁、n₂、n₃、n₄是跨各自的输入表面的分量的平均值。

返回到图11C(图11C图示说明在波导1的平面中具有侧向角度的光的发光强度的分布)的描述，图34的实施方案可以实现与图33的实施方案相比更窄的发光强度分布。光轴199附近的光的亮度可以有利地被提高。照明设备20的效率可以被提高。

现在将描述发光元件15的各种布置。

图35A是在侧视图中图示说明发光元件15和光漫射层802的布置的示意图，光漫射层802被布置在发光元件15上，发光元件15上被布置在波导1的光输入阱30中。图35A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

发光元件15中的至少一些进一步包括被提供在发光元件15上的颜色转换层156。在说明性实施方案中，氮化镓发光二极管LED 154可以被布置为提供入射到颜色转换材料156上的蓝色光，颜色转换材料156可以例如是磷光体或量子点材料。白色光可以有利地被输入到波导1中。

图35B是在侧视图中图示说明被布置在波导1的光输入阱30中的发光元件15和被布置在光输入阱30的反射输入阱端34上的散射层156的布置的示意图。图35B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图35B的可替代实施方案中，颜色转换层156被提供在光输入阱30的内部，与至少一个发光二极管154分开。颜色转换层156被提供在光输入阱30的反射端34处的反射材料200上。一些光线710从LED 154直接被输出，而一些光线171在颜色转换和颜色转换层156处的散射之后被输出。光线710、711共同提供用于通过光输入阱30的输入表面32输入到波导1中的白色光。

颜色转换材料156的加热可以有利地被减小，并且效率可以被提高。

图35C是在侧视图中图示说明被布置在波导1的光输入阱30中的三个发光元件15的布置的示意图。每个发光元件15包括复数个发光二极管。图35C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图35C的可替代方案中，每个发光元件15包括多于一个的发光二极管154R、154G、154B，多于一个的发光二极管154R、154G、154B可以一起被布置为提供通过光输入阱30的输入表面32的白色光输入。

图35D是在侧视图中图示说明被布置在载体16上并且被布置在波导1的光输入阱30中的三个发光元件15的布置的示意图。图35D的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

载体16可以包括硅，或者可以是绝缘体。载体16可以包括有源和/或无源控制电路系统，有源和/或无源控制电路系统以类似于发光元件15的方式作为附加的组件550被添加到载体16或者可以被包括在载体16本身中。电路系统组件550的示例包含IC、晶体管、电流源、锁存器或存储元件和移位寄存器。在可替代实施方案中，每个发光元件15包括至少一个发光二极管可以被提供在被安装在支撑基板17上的半导体基板16上。半导体基板16可以包括用于至少一个发射二极管的驱动电路的至少一部分。

发光元件15R、15G、15B以及可选地组件550可以在包括发光元件15和基板17的背板的组装期间在单个组装步骤中被提供。成本可以被降低。

图35E是在侧视图中图示说明被布置在波动1的各自的光输入阱30中的三个发光元件15的布置的示意图。复数个发光二极管具有不同的发光颜色。图35的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图35E的可替代实施方案中，发光元件15R、15G、15B中的每个都可以被提供在单独的光输入阱30中以使得关于不同的光输入阱30的发光元件15具有不同的发光颜色。

光输入阱30的尺寸可以被缩小，并且热点的可见性可以有利地被降低。

图35F是在侧视图中图示说明被布置在波导1的各自的光输入阱30中的三个发光元件15的布置的示意图，其中光输入阱30中的一些包括被布置在光输入阱的反射输入阱端34上的散射层156。图35F的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图35F的可替代方案中，光输入阱30中的每个都可以被提供有LED 154。光输入阱中的一些可以包括绿色光颜色转换层156G，并且其他阱可以被提供有红色颜色转换层156R。热点可以被减少，并且被准直的白色光可以被提供具有高动态范围和高效率。

图36A是在侧视图中图示说明被布置在波导的输入阱中的边缘发射发光二极管的布置的示意图；并且图36B是在顶视图中图示说明被布置在波导的输入阱中的边缘发射发光二极管的布置的示意图。图36A-B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

每个发光元件15包括四个发光二极管154A、154B、154C、154D，每个发光二极管与各自的光输入阱30的光输入面对准。载体16可以被布置为将发光二极管154A-D作为集成单元提供，或者发光二极管154A-D可以直接被提供到基板17中。发光二极管154A-D可以被布置在各自的封装157中，封装157可以被提供有电极和散热片。组装成本可以有利地被降低，并且热衰变可以被减少。

图36C是在侧视图中图示说明被布置在波导的输入阱中的边缘发射光学元件和发光二极管的布置的示意图。图36C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图36C的可替代实施方案中，示例性输入光学元件159被布置为将来自LED 154的输入光线490、492准直到波导1的平面中。光线490通过光学元件159的外表面161处的折射被输出，而光线492通过光学元件159的外表面161处的反射和折射被输出。照明设备20的明亮度和效率有利地可以被提高。

现在将描述发光元件15的阵列的控制。

图37-38是图示说明用于发光元件15的阵列的驱动方案的示意性电路图。图37-38的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图37的说明性实施方案中，控制系统500进一步包括被布置为控制发光元件15的控制系统502，发光元件15可以是发光二极管154。

发光元件15被连接在包括行和列寻址电路系统的XY矩阵中。当行702A被驱动为高位时，被连接到列寻址电极700的电流源716A、716B使得电流源能够控制发光元件15的明亮度。下一行702B被驱动为高位，并且702A返回到低值。这样，发光元件15的整个阵列可以利用图像数据被顺序地寻址。可替代地，发光元件15可以被一起聚集在例如2个、4个、6个或9个的可寻址组中。如图37中图示说明的，4个发光元件15的集群729由同时操作的行702A、702B以及列驱动器716A和716B寻址。驱动器716A和716B在这种情况下可以是被连接到各自的列700中的两个的单个驱动器。这意味着通过对发光元件15的集群进行寻址，更少的驱动器被需要，从而节省成本。进一步地，相同的基本发射器阵列可以通过将发光元件15梳理到不同大小的集群720中而被用于高分辨率或较低分辨率产品中。阵列设计可以利用不同的驱动器来布置以有利地实现不同性能产品。

图38示出行和列驱动电子器件的可替代配置，其中电流源716被连接到行驱动电子器件714，而不是列驱动电子器件712。行驱动电子器件714可以将一个电流源716复用于多个行电极702A、702B，从而节省成本。

在图38的说明性实施方案中，控制系统500进一步包括被布置为共同控制发光元件15集群的控制系统502。

行驱动电子器件714和列驱动电子器件712可以被包括在被安装在发光元件15的阵列内或下面的驱动IC中。这样的IC可以对全部数量的发光元件15的子集进行寻址。多个驱动IC可以合作以便对整个发射阵列进行寻址。驱动IC还可以包括脉宽调制(PWM)电路，并且可以被靠近一组发光元件15安置。该驱动IC可以对局部的一组发光元件15进行寻址，并且驱动IC本身可以从阵列外围的控制器被寻址或被控制。

现在将描述对于图1B中图示说明的近眼显示设备100的可替代布置。

图39A是在侧视图中图示说明近眼显示设备102的示意图，近眼显示设备102包括照明设备20和菲涅耳透镜65，菲涅耳透镜65被布置为从跨空间光调制器48将光锥425导引到目镜透镜60的孔径中。图39A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

照明设备20可以包括从照明设备20提供基本上平行的光锥425的非光瞳光转向光学组件50。菲涅耳透镜65将光锥425导引到目镜透镜60的孔径中。光锥425被耦合到目镜透镜60中，从而有利地提高均匀性和效率。

图39B是在侧视图中图示说明用于在图39的近眼显示设备中使用的光转向光学组件的示意图。图39B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

包括光转向光学组件50和菲涅耳透镜65的集成主体有利地被提供有低厚度。

图40是在侧视图中图示说明近眼显示设备的示意图，近眼显示设备包括被布置为将光导引到目镜透镜的孔径中的光瞳照明设备。图40的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

与图39A的布置相比，照明设备20可以包括如在上文中描述的图10G-I中图示说明的光瞳光转向光学组件50。有利地，成本和复杂性被降低。进一步地，照明图案中的外观摩尔条纹(appearance Moire)可以被减少。由照明设备20的可见性引起的纱门外观(screendoor appearance)也可以被减少。

图41是在侧视图中图示说明光学窗口到目镜透镜的入口孔径中的成像的示意图。图41的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

图41图示说明如图10D中图示说明的光学窗口26可以被朝向目镜透镜60导引。光学窗口26的尺寸可以被布置为与目镜布置60的输入孔径匹配，目镜布置60可以是透镜。照明的效率和均匀性有利地被提高。近眼显示设备102中的杂散光被减少，并且对比度有利地被提高。

现在将描述波导1的制造方法，其中金属材料200被沉积在阱30、40内。

图42A是在侧视图中图示说明包括光输入阱30和光偏转阱40的波导1的布置的示意图，其中金属201被布置在阱30、40的端部34、44上。图42A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

图42A图示说明可以利用下文中描述的方法制造的波导1。波导1具有多个阱30、40，阱30、40具有端部34、44，端部34、44具有被形成在其上的金属201。

如本文中其他地方描述的，多个阱30、40包括：光输入阱30的阵列；以及光偏转阱40的阵列，其中每个光输入阱30包括延伸到波导1中的光输入表面32，光输入表面32被布置为将来自各自的发光元件15的光(未被示出)输入到波导1中，并且每个光偏转阱40包括延伸到波导中的光偏转表面42以使得一些被引导的光入射在光偏转表面42上并且一些被引导的光穿过光偏转表面42，光偏转表面42被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱40具有围绕每个光输入阱30的布置，布置使已经通过光输入阱30的光输入表面32输入的被引导的光围绕光输入阱30分布。

连续层810包括外表面808和界面表面815。

阱层820包括外表面806和界面表面817以及延伸通过它们的多个孔径830、840。界面区域811包括图案化金属201，并且在不包括金属201的区域中被布置在表面815、817之间以提供波导1内的基本上没有损耗的光传播。界面区域811可以很薄，并且可以具有小于100微米、优选地小于30微米、并且最优选地小于15微米的厚度。在阱层820的材料和连续层810直接粘合的情况下，界面区域811可以具有零厚度。有利地，热点的可见性可以被降低。

期望地，金属201的宽度836与阱层820中的孔径830的宽度834相同或者大于阱层820中的孔径830的宽度834。有利地，在操作中，热点的可见性被降低。

为了说明的目的，波导1的光提取特征10在本申请制造方法实施方案中未被示出。这样的光提取特征10可以在本文中的制造步骤之后通过复制到波导1的表面806、808中的一个或每个上来形成，或者可以在制造步骤之前或期间被模制到阱层820的表面806或连续层810的表面808中或者阱层820的表面806或连续层810的表面808上。

图42B是在侧视图中图示说明包括光输入阱30和光偏转阱40的波导1的布置的示意图，其中金属201被布置在光输入阱30的端部34并且没有金属201被布置在光偏转阱40的端部。图42B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

光偏转阱40未被金属化，并且制作的成本和复杂性有利地被降低。光输入阱30和光偏转阱40的高度是相同的。如下文中将参照图43A描述的，阱层820可以有利地被提供具有降低的复杂性和成本。

图42C是在侧视图中图示说明包括光输入阱30和光偏转阱40的波导1的布置的示意图，其中金属201被布置在光输入阱30的端部并且没有金属201被布置在光偏转阱40的端部。图42C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图42C的可替代实施方案中，金属201可以被提供有光输入阱30的图案70，而不被提供有光偏转阱40的图案70。金属201的图案70的复杂性可以被降低，从而有利地降低成本。进一步地，光偏转阱40的深度可以被布置为变化，从而实现输出照明轮廓的控制。有利地，均匀性可以被提高。

在下文中描述的方法中，金属201被图示为被布置有与光输入阱30和光偏转阱40相同的图案70，然而，用于区域846中的光偏转阱的金属201可以被省略。

图43A是在侧视图中图示说明在阱层820中提供孔830、840的布置820的方法的示意图。图43A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在第一步骤S1A中，连续的预制层801被提供有表面808、817。预制层801可以包括适合于波导1的透明材料823，如例如聚碳酸酯、PMMA、COP或玻璃。有利地，表面808可以被提供有期望的表面特性，如光提取特征10(未被示出)。

方法进一步包括步骤S2A，即，通过在连续的预制层801中形成孔径830、840来形成具有延伸通过其的多个孔径830、840的阱层820以形成阱层820。孔径830、840可以例如通过激光处理(如激光消融)或者通过利用图案化压模进行打孔来形成。孔径830、840可以使用滚动处理类型的工艺被提供在预制层中，从而有利地降低成本和复杂性。

图43B是在侧视图中图示说明在阱层820中提供孔830、840的布置820的可替代方法的示意图。图43B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在形成具有延伸通过其的多个孔径830、840的阱层820的可替代的第一步骤S1B中，通过在预制层803的第一侧806上模制具有被形成在其上的多个阱831、841的预制层803来提供。有利地，光输入表面32和光偏转表面42的表面质量可以在操作中实现热点的低散射和低可见性。

在可替代的第二步骤S2B中，预制层801的部分805从与第一侧806相对的第二侧807超过阱831、841的端部的水平高度819被移除以形成阱层820，在阱层820中，阱831、841形成孔径830、840。移除步骤S2B可以借助于通过例如移除设备809进行研磨和/或抛光。在进一步的步骤(未被示出)中，表面806也可以被抛光。

孔径830、840的拐角特征部833、843可以被提供高精确度。有利地，在操作中，光输入效率可以被提高，并且热点的可见性可以被降低。

图43C是在侧视图中图示说明在阱层820中提供光输入孔径830和光偏转阱40的第一布置的可替代方法的示意图。图43C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图43C的可替代实施方案中，在步骤S1C中，光偏转阱40被形成为不在预制层803内延伸到水平高度819，并且因此在步骤S2C中不延伸通过阱层820，诸如图42C中图示说明的那样。有利地，输出均匀性的改进的控制可以被实现，并且提供金属201的图案70的成本和复杂性可以被降低。

图44A是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱30和光偏转阱40的波导1的方法的示意图，其中波导1包括粘合剂层804。图44A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在该实施方案中，光输入阱30被金属化，并且光偏转阱40被金属化。在用于提供波导1的步骤S3A中，连续的预制层801被提供，预制层801包括覆盖层800和保护层802，其中粘合剂层804在覆盖层800和保护层802之间。连续的预制层可以例如包括粘合剂304，粘合剂304包括被封装在牺牲覆盖层801和保护层802之间的光学透明粘合剂(OCA)或压敏粘合剂(PSA)。这样的连续的预制层801可以有利地用具有低成本和低厚度的粘合剂层804提供。

在步骤S4A中，多个孔径832、842被形成在连续的预制层801中。孔径833、843可以例如通过激光处理(如激光消融)或者通过利用图案化压模进行打孔来形成。对准层812的多个孔径832、842和阱层820的多个孔径830、840被布置在相同的图案70中，例如如上文中图5、图11A和图14C中图示说明的那样。然而，如图42A中图示说明的那样，孔径830、832的大小和孔径840、842的大小可以是不同的。

在可替代方法中，图案可以不包含光提取阱40的图案，并且孔径842被省略。

在步骤S5A中，保护层802被移除以在覆盖层800上暴露粘合剂层804。在可替代方法(未被示出)中，保护层802和步骤S5A可以被省略。

步骤S3A-S5A因此图示说明形成对准层812的步骤，对准层812具有延伸通过其的多个孔径832、842。如现在将描述的，对准层812提供金属201和粘合剂804二者与波导1的阱30、40的对准。有利地，对准和组装的成本和复杂性被降低。

在步骤S6A中，对准层812通过粘合剂层804被附连到连续层810的表面815以使得连续层810的表面815的多个区域836、846在对准层812的多个孔径832、842中被暴露。

在步骤S7A中，金属201跨覆盖层800的外侧821和连续层810的表面815的被暴露的多个区域836、846被连续地沉积。

在步骤S8A中，覆盖层800被移除以在连续层810的表面815上暴露粘合剂层804并且在连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域832、842上留下多个金属201层838、848。

在步骤S9A中，阱层820通过粘合剂层804被附连到连续层810的表面815，其中阱层820的多个孔径830、840与连续层820的表面815的其上沉积有金属201的多个区域836、846对准，以形成波导1，在波导1中，阱层820的孔径830、840形成阱30、40。

在图44A的实施方案中，对准层812的孔径830、840大于阱层820的对应的孔径830、840以使得在横截面中，宽度836大于宽度834，并且宽度846大于宽度844。有利地，如上文中描述的，热点被减少。

图44B是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱30和光偏转阱40的波导1的方法的示意图，其中波导包括粘合剂层804，并且其中光偏转阱40未被金属化。图44B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在该实施方案中，光输入阱30被金属化，并且光偏转阱40未被金属化。步骤S3B至S9B1类似于图44A的步骤S3A至S9A，除了在步骤S4B中，对准层812的孔径842被省略以使得光偏转阱未被金属化之外。

因此在图44B中，方法可以是波导1的制造方法，波导1进一步具有多个未被金属化的阱，其中阱层820中的多个孔径830是多个第一孔径，并且阱层820进一步包括延伸通过其的多个第二孔径840，由此：对准层812的多个孔径832和阱层820的多个第一孔径830被布置在相同的图案中，通过粘合剂层804将对准层812附连到连续层810的表面815的步骤在对准层812的多个第一孔径832中暴露连续层810的表面815的多个区域836；并且通过粘合剂层804将阱层820附连到连续层810的表面815的步骤(其中阱层820的多个第一孔径830与连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域836对准)形成波导1，在波导1中，阱层820的第一孔径830形成金属化的阱，并且阱层820的第二孔径842形成未被金属化的阱。

这样的布置可以提供与图42B中图示说明的波导类似的波导。有利地，成本和复杂性可以被降低，特别是在其中光偏转阱40具有小尺寸的实施方案中。围绕光偏转阱40的输出的效率和均匀性可以被改进，因为没有金属201被提供在那些区域中。

图44C是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱和光偏转阱的波导的方法的可替代步骤的示意图，其中波导包括粘合剂层，并且其中光偏转阱未被金属化并且具有不同于光输入阱的高度。图44C的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在图44C的可替代方法中，阱层820是如图43C的步骤S2C中图示说明的类型，并且图44B的步骤S9B1被省略并且被替换为图44C的步骤S9B2。有利地，波导1可以具有降低的成本和复杂性。光偏转阱40可以被调整高度以改进均匀性。

因此与图44B相比，阱层820进一步包括多个未被金属化的阱，其中阱层820进一步包括部分延伸通过其的多个阱40，其中通过粘合剂层804将阱层820附连到连续层810的表面815的步骤(其中阱层820的多个第一孔径830与连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域对准)形成波导1，在波导1中，阱层820的孔径830形成金属化的阱，并且阱层820的阱40形成未被金属化的阱。

在图44B-C的可替代实施方案中，多个金属化的阱包括光输入阱30的阵列；并且多个未被金属化的阱包括光偏转阱40的阵列，其中每个光输入阱30包括延伸到波导1中的光输入表面32，光输入表面32被布置为将来自各自的发光元件15的光输入到波导1中，并且每个光偏转阱40包括延伸到波导1中的光偏转表面42以使得一些被引导的光入射在光偏转表面42上并且一些被引导的光穿过光偏转表面42，光偏转表面42被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱40具有围绕每个光输入阱30的布置，布置使已经通过光输入阱30的光输入表面32输入的被引导的光围绕光输入阱30分布。

图45A是在侧视图中图示说明提供包括金属化的光输入阱30和金属化的光偏转阱40的波导1的可替代方法的示意图，其中波导1包括焊接层828。图45A的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

方法可以是进一步具有多个未被金属化的阱的波导1的制造方法，其中阱层820中的多个孔径832、842是多个第一孔径832，并且阱层820进一步包括延伸通过其的多个第二孔径842，由此：阱层820的多个第一孔径830和连续层810的表面815的多个区域被布置在相同的图案中，并且将阱层820附连到连续层810的表面815的步骤(其中阱层820的多个第一孔径830与连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域对准)形成波导1，在波导1中，阱层820的第一孔径830形成金属化的阱，并且阱层820的第二孔径842形成未被金属化的阱。

图45A图示说明具有多个阱30、40的波导1的可替代制造方法，多个阱30、40具有其上沉积有金属201的表面。在该实施方案中，光输入阱30被金属化，并且光偏转阱40被金属化。

在步骤S3C中，连续层810被提供，其中金属201跨表面815的连续部分被沉积。

在步骤S4C中，金属201被图案化具有图案70以使得金属201通过移除多个区域836、846外部的沉积的金属201以在多个区域836、846上留下沉积的金属201来被沉积在表面815的多个区域836、846上。图案化可以通过已知的图案化方法(如光刻胶处理、通过掩膜或者通过印刷的沉积)来提供。

如上文中所描述的，连续层810的表面815的其上沉积有金属201的区域836、846可以大于阱层820的对应的孔径830、840。

如上文中其他地方所描述的，阱层820被提供，其中阱层820的多个孔径830、840和连续层810的表面815的多个区域836、846被布置在相同的图案70中，或者在可替代方法中，多个区域846可以被省略，例如针对图42C图示说明的那样。

在步骤S5C中，阱层820被附连到连续层810(其中阱层820的多个孔径830、840与连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域836、846对准)，以形成波导1，在波导1中，阱层820的孔径830、840形成阱30、40。将阱层820附连到连续层810的步骤可以通过激光焊接来执行，其中照明870被提供来分别实现界面区域811的加热以及阱层820和连续层810的两种材料之间的粘合。表面815、817中的至少一个可以被提供有吸收层，吸收层被布置为吸收激光辐射并且实现界面区域811的局部加热。界面区域处的散射和菲涅耳反射可以有利地被减少，并且热点的可见性可以被降低。可替代地，附连阱层820的步骤可以借助于被布置在界面区域811中的连续粘合剂层(未被示出)。

在步骤S6C中，波导1在阱层820附连到连续层810(其中阱层820的多个孔径830、840与连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域836、846对准)以形成波导1之后被图示，在波导1中，阱层820的孔径830、840形成阱30、40。

因此多个阱30、40包括：光输入阱30的阵列；以及光偏转阱40的阵列，其中每个光输入阱30包括延伸到波导1中的光输入表面32，光输入表面32被布置为将来自各自的发光元件15的光输入到波导1中，并且每个光偏转阱40包括延伸到波导中的光偏转表面42以使得一些被引导的光入射在光偏转表面42上并且一些被引导的光穿过光偏转表面42，光偏转表面42被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱40具有围绕每个光输入阱30的布置，布置使已经通过光输入阱30的光输入表面32输入的被引导的光围绕光输入阱30分布。

图45B是在侧视图中图示说明提供包括光输入阱30和光偏转阱40的波导1的方法的示意图，其中波导1包括焊接层，并且其中光偏转阱40未被金属化。图45B的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。

在该实施方案中，光输入阱30被金属化，并且光偏转阱40未被金属化。

方法可以是进一步具有多个未被金属化的阱的波导1的制造方法，其中阱层820进一步包括部分延伸通过其的多个阱，由此将阱层820附连到连续层810的表面815的步骤(其中阱层820的多个第一孔径830与连续层810的表面815的其上沉积有金属201的多个区域836对准)形成波导1，在波导1中，阱层820的孔径832、842形成金属化的阱，并且阱层820的阱形成未被金属化的阱。

步骤S3D至S6D类似于图45A的步骤S3C至S9C，除了在步骤S4D中，连续层810的区域846被省略以使得光偏转阱40未被金属化之外。图45B进一步图示说明在步骤S5D中阱层820可以如图43C中那样被提供。有利地，光偏转阱40可以具有不同于光输入阱30的高度。在可替代方法中，图43A的阱层820可以在步骤S5B中被提供。

在上文中的实施方案中，其中多个金属化的阱包括光输入阱30的阵列；并且多个未被金属化的阱包括光偏转阱40的阵列，每个光输入阱30包括延伸到波导1中的光输入表面32，光输入表面32被布置为将来自各自的发光元件15的光输入到波导1中，并且每个光偏转阱40包括延伸到波导1中的光偏转表面42以使得一些被引导的光入射在光偏转表面42上并且一些被引导的光穿过光偏转表面42，光偏转表面42被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且光偏转阱40具有围绕每个光输入阱30的布置，布置使已经通过光输入阱30的光输入表面32输入的被引导的光围绕光输入阱30分布。

这样的布置可以提供与图42C中图示说明的波导类似的波导。有利地，成本和复杂性可以被降低，特别是在其中光偏转阱40具有小尺寸的实施方案中。围绕光偏转阱40的输出的效率和均匀性可以被改进，因为没有金属201被提供在那些区域中。

如在本文中可以使用的，术语“基本上”和“大约”为其对应的术语和/或术语之间的相关性提供行业接受的公差。这样的行业接受的公差在从百分之零到百分之十的范围内，并且对应于(但不限于)分量值、角度等。术语之间的这样的相关性在大约百分之零到百分之十的之间的范围内。

虽然根据本文中公开的原理的各种实施方案已经在上面被描述，但是应理解它们仅仅是作为示例而呈现的，而不是限制。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施方案中的任何一个限制，而是应仅根据从本公开公布的任何权利要求和它们的等同形式限定。此外，以上优点和特征是在所描述的实施方案中提供的，但是不应使这样的公布的权利要求的应用限于实现以上优点中的任何一个或所有优点的过程和结构。

此外，本文的段落标题是被提供用于37CFR 1.77下的建议一致性，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个实施方案。具体地并且作为示例，尽管标题指“技术领域”，但是权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的技术领域。进一步，“背景技术”部分中的技术的描述不是要被解读为承认某个技术是该公开中的任意一个或多个实施方案的现有技术。“发明内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个实施方案的特征描述。另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个实施方案，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个实施方案，以及它们的等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文中所列的标题限制。

Claims (66)

1.一种用于在预定区域的上方提供照明的照明设备，所述照明设备包括：

在所述预定区域的上方延伸的波导，所述波导包括用于沿着所述波导引导光的前光引导表面和后光引导表面；

发光元件的阵列，所述发光元件跨所述波导的后面的所述预定区域被排列，

其中：

所述后光引导表面包括：

光输入阱的阵列，每个光输入阱被布置在各自的发光元件的上方；以及

光偏转阱的阵列，所述光偏转阱不被布置在所述发光元件的上方，

每个光输入阱包括朝向所述前光引导表面延伸的光输入表面，所述光输入表面被布置为将来自各自的发光元件的光输入到所述波导中，

每个光偏转阱包括朝向所述前光引导表面延伸的光偏转表面以使得一些被引导的光入射在所述光偏转表面上并且一些被引导的光穿过所述光偏转表面，所述光偏转表面被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且所述光偏转阱具有围绕每个光输入阱的布置，所述布置使已经通过所述光输入阱的光输入表面输入的被引导的光围绕所述光输入阱分布；并且

所述前光引导表面和所述后光引导表面中的至少一个包括光提取特征，所述光提取特征被布置为从所述波导提取被引导的光作为输出光；以及

光转向布置，所述光转向布置被布置为将所述输出光中的至少一些重定向为朝向所述波导的平面的法线。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中每个光输入阱的所述光输入表面包括具有表面法线的四个光输入面，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于参考轴线成0^°、90^°、180^°和270^°的至多10^°、优选地至多5^°内的角度。

3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述四个光输入面是邻接的。

4.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中所述光输入面中的每个是平面的。

5.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中所述光输入面中的每个在所述波导的材料中是凸面的。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的照明设备，其中所述光提取特征包括四个光提取面的集合的阵列，每个光提取面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成0^°、90^°、180^°和270^°的至多10^°、优选地至多5^°内的角度。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱的光偏转表面包括具有表面法线的至少一个光偏转面，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，关于跨所述光偏转阱的所述阵列的所述光偏转阱的所述光偏转表面的所述平均分量被各种各样地定向为相对于所述参考轴线成45^°、135^°、225^°和315^°的至多10^°、优选地至多5^°内的角度。

8.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括至少一对相对的光偏转面，关于所述相对的光偏转面的平均分量在相反的方向上延伸。

9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括第一对相对的光偏转面和第二对相对的光偏转面，所述第一对相对的面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的分别被定向为相对于所述参考轴线成45^°和225^°的至多10^°、优选地至多5^°内的角度的平均分量，并且所述第二对相对的面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的分别被定向为相对于所述参考轴线成135^°和315^°的至多10^°、优选地至多5^°内的角度的平均分量。

10.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述第一对相对的面和所述第二对相对的面是邻接的。

11.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述光偏转阱的所述光偏转表面包括在所述第一对和所述第二对的光偏转表面之间延伸的四个中间光偏转面。

12.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述光偏转阱在所述对相对的面的端部处被连接以形成围绕所述光输入阱的完整环路的网格。

13.根据权利要求7至9中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转面中的每个是平面的。

14.根据权利要求2至13中任一项所述的照明设备，其中所述波导具有矩形形状，并且所述参考轴线平行于所述矩形形状的一边。

15.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光转向布置包括光转向光学组件，所述光转向光学组件包括输入表面和面对所述输入表面的输出表面，所述输入表面跨所述波导的前光引导表面延伸并且被布置为接收来自所述波导的输出光，其中所述输入表面是棱镜的并且被布置为提供所述输出光朝向所述波导的所述平面的法线的偏转。

16.根据权利要求15所述的照明设备，其中通过所述光转向光学组件的所述输入表面提供的所述偏转跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化，以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。

17.根据权利要求15所述的照明设备，其中所述输入表面包括被布置为提供所述输出光朝向所述波导的所述平面的法线的偏转的金字塔形凹部的阵列，每个金字塔形凹部包括四个光转向面。

18.根据权利要求17所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的所述四个光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成0^°、90^°、180^°和270^°的至多10^°、优选地至多5^°内的角度。

19.根据权利要求17所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的四个光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量被定向为相对于所述参考轴线成25^°、90^°、205^°和270^°中的至多20^°、优选地至多10^°内的角度。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的所述面的表面法线与所述波导的平面的法线具有35度至80度的范围内的、并且优选地45度至65度的范围内的倾斜角度。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的对应的光转向面具有表面法线，所述表面法线具有跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化的倾角以使得通过所述光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转在所述至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。

22.根据权利要求17至20中任一项所述的照明设备，其中所述金字塔形凹部的至少一对相对的光转向面具有表面法线，所述表面法线具有在所述波导的平面中的平均分量，所述平均分量跨所述光转向光学组件的平面在至少一个方向上变化以使得通过所述光转向光学组件的棱镜输入表面提供的偏转在所述至少一个方向上变化以使得被偏转的光被朝向所述照明设备的前面的共同的光学窗口导引。

23.根据权利要求1至15中任一项所述的照明设备，其中所述光转向布置包括光漫射层。

24.根据权利要求23所述的照明设备，其中所述光漫射层包括颜色转换材料。

25.根据权利要求23或24所述的照明设备，所述照明设备进一步包括至少一个光循环膜组件，所述光循环膜组件包括光循环膜输入表面和面对所述光循环膜输入表面的光循环膜输出表面，所述光循环膜输入表面跨所述光漫射层延伸并且被布置为接收来自所述光漫射层的输出光，其中所述光循环膜输出表面是棱镜的并且被布置为提供所述输出光朝向所述波导的平面的法线的再循环。

26.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光输入表面具有从所述波导的平面倾斜至多3^°的表面法线。

27.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转表面中的每个具有从所述波导的平面倾斜至多3^°的表面法线。

28.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个倾斜的光提取特征具有从所述波导的平面的法线倾斜至多3^°的表面法线。

29.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转表面被涂覆反射材料。

30.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光输入阱进一步包括跨所述光输入表面延伸的输入阱端表面，所述光输入阱端表面被布置为在所述光输入阱上引导所述被引导的光。

31.根据权利要求30所述的照明设备，其中所述光输入阱端表面是平面的。

32.根据权利要求30或31所述的照明设备，其中所述光输入阱端表面被涂覆反射材料。

33.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光输入阱具有开口，所述开口大于它们被布置在其上的各自的发光元件。

34.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱进一步包括跨所述光偏转表面延伸的光偏转阱端表面，所述光偏转阱端表面被布置为在所述光偏转阱上引导所述被引导的光。

35.根据权利要求34所述的照明设备，其中所述光偏转阱端表面是平面的。

36.根据权利要求34或35所述的照明设备，其中所述光偏转阱端表面被涂覆反射材料。

37.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱被布置在围绕所述光输入阱具有四重旋转对称的网格中。

38.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱端表面具有相同的面积。

39.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光偏转阱端表面具有随着离各自的对准的光输入阱的距离而变化的面积。

40.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述照明设备被布置为按光输出分布发射光，其中所述光输出分布的发光强度半最大立体角与朗伯光分布的发光强度半最大立体角的比率小于1，优选地小于0.5，更优选地小于0.25，并且更优选地小于0.1。

41.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述发光元件具有至多1000微米、优选地至多500微米、并且更优选地至多250微米的最大宽度。

42.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中在至少一个横截面平面中，所述光输入阱的中心之间的距离为至多20mm，优选地至多10mm，并且更优选地至多2.5mm。

43.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述前光引导表面被布置为通过全内反射来引导光。

44.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述后光引导表面被布置为通过全内反射来引导光。

45.根据权利要求44所述的照明设备，所述照明设备进一步包括在所述后光引导表面后面的反射层，所述反射层被布置为使通过所述后光引导表面从所述波导提取的光往回反射通过所述波导以用于向前输出。

46.根据权利要求1至43中任一项所述的照明设备，其中所述后光引导表面被涂覆反射材料。

47.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述发光元件的所述阵列被支撑在支撑基板上。

48.根据权利要求46所述的照明设备，其中所述波导被附连到所述支撑基板。

49.根据权利要求47或48所述的照明设备，所述照明设备进一步包括光阻挡元件，所述光阻挡元件围绕所述光输入阱、在所述支撑基板和所述波导的后光引导表面之间延伸。

50.根据权利要求47至49中任一项所述的照明设备，其中所述支撑基板进一步支撑被连接到所述发光元件的电子组件。

51.根据权利要求50所述的照明设备，其中至少一些所述电子组件伸到所述光偏转阱中的至少一些中。

52.根据权利要求47至51中任一项所述的照明设备，其中每个发光元件包括至少一个发光二极管被提供在被安装在所述支撑基板上的半导体基板上。

53.根据权利要求52所述的照明设备，其中所述半导体基板包括用于所述至少一个发光二极管的驱动电路的至少一部分。

54.根据权利要求1至51中任一项所述的照明设备，其中每个发光元件包括至少一个发光二极管。

55.根据权利要求52至54中任一项所述的照明设备，其中所述发光元件中的至少一些进一步包括颜色转换层。

56.根据权利要求55所述的照明设备，其中所述颜色转换层被提供在发光二极管上或者被提供在与所述至少一个发光二极管分开的所述光输入阱内部。

57.根据权利要求52至56中任一项所述的照明设备，其中每个发光元件包括复数个发光二极管。

58.根据权利要求48至50中任一项所述的照明设备，其中每个发光元件包括四个发光二极管，每个与各自的光输入阱的光输入面对准。

59.根据权利要求57或58所述的照明设备，其中所述复数个发光二极管具有不同的发光颜色。

60.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中关于不同的光输入阱的发光元件具有不同的发光颜色。

61.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，所述照明设备进一步包括被布置为控制所述发光元件的控制系统。

62.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，所述照明设备进一步包括被布置为共同地控制发光元件集群的控制系统。

63.一种显示装置，所述显示装置包括：

根据前述权利要求中任一项所述的照明设备；以及

被所述照明设备照明的透射空间光调制器。

64.根据权利要求63所述的显示装置，所述照明设备进一步包括被布置在所述空间光调制器的前面的目镜光学元件。

65.根据权利要求64所述的显示装置，其中所述目镜光学元件是透镜。

66.一种在预定区域的上方延伸的波导，所述波导包括用于沿着所述波导引导光的前光引导表面和后光引导表面，其中：

所述后光引导表面包括：

光输入阱的阵列，所述光输入阱用于布置在各自的发光元件的上方；以及

光偏转阱的阵列，

每个光输入阱包括朝向所述前光引导表面延伸的光输入表面，所述光输入表面被布置为将来自各自的发光元件的光输入到所述波导中，

每个光偏转阱包括朝向所述前光引导表面延伸的光偏转表面以使得一些被引导的光入射在所述光偏转表面上并且一些被引导的光穿过所述光偏转表面，所述光偏转表面被布置为使入射在其上的被引导的光中的至少一些反射，并且所述光偏转阱具有围绕每个光输入阱的布置，所述布置使已经通过所述光输入阱的光输入表面输入的被引导的光围绕所述光输入阱分布；并且

所述前光引导表面和所述后光引导表面中的至少一个包括光提取特征，所述光提取特征被布置为从所述波导提取被引导的光作为输出光。