ES2865127T3

ES2865127T3 - Retroiluminación direccional

Info

Publication number: ES2865127T3
Application number: ES12877808T
Authority: ES
Inventors: Charles M Santori; David A Fattal; Marco Fiorentino; James A Brug; Zhen Peng
Original assignee: Leia Inc
Current assignee: Leia Inc
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP6073470B2; JP2015531075A; WO2013180725A1; HK1205563A1; PT2856244T; EP2856244B1; KR101788776B1; CN104272170A; KR20150018769A; EP2856244A4; EP2856244A1; CN104272170B

Abstract

Una retroiluminación direccional (400, 500, 700, 800, 900, 1100), que comprende: una pluralidad de fuentes de luz (405a-h, 505-515, 705-715, 805-815, 905-915, 1110-1120) para generar una pluralidad de haces de luz planos de entrada (420a-h); y un plano de fondo direccional (425,535, 735, 835, 935, 1105) que comprende una losa de material transparente que tiene una pluralidad de píxeles direccionales (430, 540-550, 740, 840, 940), estand la pluralidad de píxeles direccionales configurados para dispersar cada uno de la pluralidad de haces de luz planos de entrada en una pluralidad de haces de luz direccionales (435), en donde la pluralidad de haces de luz direccionales representa múltiples vistas de imagen que cuando se combinan forman una imagen 3D, en donde solo un haz de luz direccional de la pluralidad de haces de luz direccionales emerge de cada píxel direccional, cada píxel direccional de la pluralidad de píxeles direccionales que comprende una rejilla con patrón que comprende una pluralidad de ranuras sustancialmente paralelas e inclinadas, y configurada para dispersar un haz de luz plano de entrada de la pluralidad de haces de luz planos de entrada en dicho haz de luz unidireccional de la pluralidad de haces de luz direccionales, teniendo dicho haz de luz direccional una dirección y una extensión angular controlada por las características de la rejilla estampada.

Description

DESCRIPCIÓN

Retroiluminación direccional

ANTECEDENTES

[0001] La capacidad de reproducir un campo de luz en una pantalla de visualización ha sido una misión clave en la tecnología de la imagen y la pantalla. Un campo de luz es el conjunto de todos los haces de luz que viajan en todas direcciones a través de cada punto del espacio. Cualquier escena natural del mundo real puede caracterizarse completamente por su campo de luz, proporcionando información sobre la intensidad, el color y la dirección de todos los haces de luz que atraviesan la escena. El objetivo es permitir que los espectadores de una pantalla experimenten una escena como la experimentarían directamente.

[0002] Las pantallas de visualización actualmente disponibles en televisores, ordenadores personales, ordenadores portátiles y dispositivos móviles siguen siendo en gran medida bidimensionales y, por tanto, no son capaces de reproducir con precisión un campo de luz. Las pantallas tridimensionales ("3D") han surgido recientemente, pero adolecen de ineficiencias en la resolución angular y espacial, además de proporcionar un número limitado de vistas. Los ejemplos incluyen pantallas 3D basadas en hologramas, barreras de paralaje o lentes lenticulares. El documento US2006083476 describe un aparato que tiene una zona de visualización, como una pantalla de cristal líquido, y que incluye un dispositivo óptico para formar un patrón decorativo en forma de imagen figurativa. El dispositivo óptico para formar una imagen figurativa incluye una guía óptica, al menos parcialmente superpuesta sobre la zona de visualización y que tiene dos caras grandes y una cara lateral. Los extractores ópticos que tienen cada uno al menos una superficie para reflejar la luz están dispuestos en un primer grupo en al menos una de las caras grandes. Se dispone una fuente de luz para emitir luz en la dirección de las superficies reflectantes a través de la cara lateral de la guía óptica. Por lo tanto, cada una de las superficies reflectantes hace que se forme un haz de luz reflejado en una dirección bien definida, formando el conjunto de haces de luz una imagen figurativa en esa dirección, que típicamente puede elegirse como la normal en relación con el plano medio de la guía óptica. La guía óptica descrita está provista además de un segundo grupo de extractores ópticos que tienen una posición predefinida en relación con la zona de visualización, para iluminar esta última, posiblemente en relación con la misma fuente de luz que el primer grupo de extractores ópticos. Según una realización, el ángulo entre las dos direcciones de reflexión de dos redes de extractores ópticos podría ser tal que las dos imágenes formadas formen un estereograma cuando los ojos del observador estén a una distancia determinada por encima de la guía óptica.

[0003] Un tema común entre estas pantallas es la dificultad para fabricar pantallas de campos de luz que son controladas con precisión a nivel de píxel con el fin de lograr una buena calidad de imagen para una amplia gama de ángulos de visión y resoluciones espaciales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0004] La presente solicitud puede ser más completamente apreciada en relación con la siguiente descripción detallada tomada en conjunción con los dibujos adjuntos, en donde caracteres de referencia se refieren a partes similares en todas, y en donde:

FIG. 1 ilustra un diagrama esquemático de una retroiluminación direccional;

FIGS. 2A-B ilustran vistas superiores de una retroiluminación direccional según la FIG. 1;

FIG. 3 ilustra un diagrama esquemático de una retroiluminación direccional que tiene un deflector óptico;

FIG. 4 ilustra un diagrama esquemático de una retroiluminación direccional con múltiples fuentes de luz de un solo color;

FIG. 5 ilustra una retroiluminación direccional que tiene una forma triangular y que usa fuentes de luz de color de acuerdo con varias realizaciones;

FIG. 6 ilustra un diagrama esquemático que muestra la dirección de la luz dispersada por un subconjunto de píxeles direccionales en una retroiluminación direccional de acuerdo con varias realizaciones;

FIG. 7 ilustra una retroiluminación direccional que tiene una forma hexagonal y utiliza fuentes de luz de color; FIG. 8 ilustra una retroiluminación direccional que tiene una forma hexagonal y usa tiras de LED de colores; FIG. 9 ilustra una retroiluminación direccional que tiene una forma circular y usa tiras de LED de colores;

FIG. 10 ilustra una vista lateral de la retroiluminación direccional de la FIG. 8;

100161 FIG. 11 ilustra una imagen 3D formada por una retroiluminación direccional de acuerdo con varias realizaciones; y

FIG. 12 es un diagrama de flujo para generar una imagen 3D con retroiluminación direccional de acuerdo con varias realizaciones.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0005] Se describe una retroiluminación direccional. La retroiluminación direccional usa una pluralidad de fuentes de luz para generar una pluralidad de haces de luz planos de entrada para un plano de fondo direccional. El plano posterior direccional está compuesto por una pluralidad de píxeles direccionales que guían los haces de luz planos de entrada y dispersan una fracción de ellos en los haces de luz direccionales de salida. Los haces de luz planos de entrada se propagan sustancialmente en el mismo plano que el plano posterior direccional, que está diseñado para ser sustancialmente plano.

[0006] En varias formas de realización, los píxeles direccionales en el plano de fondo direccional tienen rejillas modeladas de ranuras sustancialmente paralelas e inclinadas dispuestas en o encima del plano de fondo direccional. El plano de fondo direccional comprende una losa de material transparente que guía los haces de luz planos de entrada hacia los píxeles direccionales, como, por ejemplo, nitruro de silicio ("SiN"), vidrio o cuarzo, plástico, óxido de indio y estaño ("ITO"), entre otros. Las rejillas estampadas pueden consistir en ranuras grabadas en el panel posterior direccional o ranuras hechas de material depositado en la parte superior del panel posterior direccional (por ejemplo, cualquier material que se pueda depositar y grabar o despegar, incluidos los dieléctricos o metales).

[0007] En diversas realizaciones, la pluralidad de fuentes de luz comprende una pluralidad de fuentes de luz de banda estrecha con un ancho de banda espectral de aproximadamente 30 nm o menos. Por ejemplo, las fuentes de luz de ancho de banda estrecho pueden incluir diodos emisores de luz ("LED"), láseres, etc. Las fuentes de luz pueden incluir una fuente de luz de un solo color, múltiples fuentes de luz de un solo color, fuentes de luz de tres colores (por ejemplo, un LED rojo, un LED verde y un LED azul) o tiras de LED de tres colores, cada una con una matriz de LED de color (por ejemplo, una tira de LED rojos, una tira de LED verdes y una tira de LED azules).

[0008] La pluralidad de fuentes de luz pueden estar dispuestas en diferentes configuraciones con respecto al plano de fondo direccional para evitar la contaminación de un color de luz (por ejemplo, rojo) en otro color de la luz (por ejemplo, azul). Además, la pluralidad de fuentes de luz puede usarse con un componente de lente (por ejemplo, una lente cilíndrica, una lente condensadora asférica combinada con una lente cilíndrica, una microlente, etc.) para colimar y enfocar los haces de luz planos de entrada en el plano posterior direccional. La pluralidad de fuentes de luz también se puede usar con un deflector o absorbedor de luz para mejorar la eficiencia y enfocar aún más los haces de luz planos de entrada en el plano de fondo direccional.

[0009] Como se describe en más detalle a continuación, cada píxel direccional en el plano de fondo direccional puede ser especificado por una longitud de rejilla (es decir, la dimensión a lo largo del eje de propagación de los haces de luz planares de entrada), una anchura de rejilla (es decir, la dimensión a través del eje de propagación de los haces de luz planos de entrada), una orientación de surco, un paso y un ciclo de trabajo. Cada píxel direccional puede emitir un haz de luz direccional con una dirección determinada por la orientación de la ranura y el paso de la rejilla y con una extensión angular determinada por la longitud y la anchura de la rejilla. Al usar un ciclo de trabajo de o alrededor del 50%, el segundo coeficiente de Fourier de las rejillas estampadas desaparece, evitando así la dispersión de la luz en direcciones adicionales no deseadas. Esto asegura que solo un haz de luz direccional emerge de cada píxel direccional independientemente del ángulo de salida.

[0010] Como se describe adicionalmente en más detalle a continuación, un plano de fondo direccional puede ser diseñado con píxeles direccionales que tienen una cierta longitud de rejilla, un ancho de rejilla, una orientación de ranura, una inclinación y un ciclo de trabajo que se seleccionan para producir una determinada imagen 3D. La imagen 3D puede ser una imagen 3D roja, azul y verde generada a partir de los haces de luz direccionales emitidos por los píxeles direccionales en el plano de fondo.

[0011] Se aprecia que, en la siguiente descripción, numerosos detalles específicos se exponen para proporcionar un minucioso entendimiento de las formas de realización. Sin embargo, se aprecia que las realizaciones se pueden poner en práctica sin limitación a estos detalles específicos. En otros casos, es posible que no se describan en detalle métodos y estructuras bien conocidos para evitar oscurecer innecesariamente la descripción de las realizaciones. Además, las realizaciones se pueden usar en combinación entre sí.

[0012] Con referencia ahora a la FIG. 1, se describe un diagrama esquemático de una retroiluminación direccional de acuerdo con varias realizaciones. La retroiluminación direccional 100 incluye una fuente de luz de un solo color 105 dispuesta detrás de un componente de lente 110 para generar un haz de luz plano de entrada 115 colimado para el plano de fondo direccional 120. El componente de lente 110 puede incluir una lente cilíndrica, una lente condensadora asférica combinada con una lente cilíndrica, una microlente, o cualquier otra combinación óptica para colimar y enfocar el haz de luz plano de entrada 115 en el plano de fondo direccional 120. El plano de fondo direccional 120 consiste en una losa de un material transparente (por ejemplo, SiN, vidrio o cuarzo, plástico, ITO, etc.) que tiene una pluralidad de píxeles direccionales 125a-d dispuestos en o encima del plano de fondo direccional 120. Los píxeles direccionales 125a-d dispersan una fracción del haz de luz plano de entrada 115 en los haces de luz direccionales de salida 130a-d.

[0013] En diversas realizaciones, cada píxel direccional 125a-d tiene rejillas modeladas de ranuras sustancialmente paralelas e inclinadas, por ejemplo, las ranuras 135a para pixel direccional 125a. El grosor de las ranuras de la rejilla puede ser sustancialmente el mismo para todas las ranuras dando como resultado un diseño sustancialmente plano. Las ranuras se pueden grabar en el plano de fondo direccional o estar hechas de material depositado en la parte superior del plano posterior 120 direccional (por ejemplo, cualquier material que se pueda depositar y grabar o despegar, incluyendo cualquier dieléctrico o metal).

[0014] Cada haz de luz direccional 130a-d tiene una dirección dada y una diseminación angular que está determinada por las rejillas estampadas en su correspondiente pixel direccional 125a-d. En particular, la dirección de cada haz de luz direccional 130a-d está determinada por la orientación y el paso de rejilla de las rejillas con patrón. La extensión angular de cada haz de luz direccional está determinada a su vez por la longitud y el ancho de la rejilla de las rejillas con patrón. Por ejemplo, la dirección del haz de luz direccional 130a está determinada por la orientación y el paso de rejilla de las rejillas con patrón 135a.

[0015] Se aprecia que este diseño sustancialmente plano y la formación de haces de luz direccionales 130a-d sobre un haz de luz planar de entrada 115 requiere una rejilla con un paso sustancialmente menor que las redes de difracción tradicionales. Por ejemplo, las rejillas de difracción tradicionales dispersan la luz al iluminarse con haces de luz que se propagan sustancialmente a través del plano de la rejilla. Aquí, las rejillas en cada píxel direccional 125a-d están sustancialmente en el mismo plano que el haz de luz plano de entrada 115 cuando se generan los haces de luz direccionales 130a-d. Este diseño planar permite la iluminación con la fuente de luz 105.

[0016] Los haces de luz direccionales 130a-d son controlados con precisión por las características de las rejas en píxeles direccionales 125a-d incluyendo una longitud de rejilla L, una anchura de rejilla W, una orientación de ranura 0 y un paso de rejilla A. En particular, la longitud de rejilla L de la rejilla 135a controla la dispersión angular A© del haz de luz direccional 130a a lo largo del eje de propagación de la luz de entrada y el ancho de la rejilla W controla la dispersión angular A© del haz de luz direccional 130a a través del eje de propagación de la luz de entrada, como sigue:

(Ec. 1)

donde A es la longitud de onda del haz de luz direccional 130a. La orientación de la ranura, especificada por el ángulo de orientación de la rejilla 0, y el paso o período de la rejilla, especificado por A, controlan la dirección del haz de luz direccional 130a.

[0017] La longitud de rejilla L y la anchura de rejilla W puede variar de tamaño en el intervalo de 0,1 a 200 mm. El ángulo de orientación de la ranura © y el paso de la rejilla A pueden ajustarse para satisfacer una dirección deseada del haz de luz direccional 130a, con, por ejemplo, el ángulo de orientación de la ranura © del orden de -40 a 40 grados y el paso de la rejilla A en del orden de 200-700 nm.

[0018] Se aprecia que se muestra el plano de fondo direccional 120 con cuatro píxeles direccionales 125a-d solamente para fines de ilustración. Se puede diseñar un plano de fondo direccional de acuerdo con varias realizaciones con muchos píxeles direccionales (por ejemplo, más de 100), dependiendo de cómo se utilice el plano de fondo 120 direccional (por ejemplo, en una pantalla de visualización 3D, en un reloj 3D, en un dispositivo móvilo, etc.). También se aprecia que los píxeles direccionales pueden tener cualquier forma, incluyendo, por ejemplo, un círculo, una elipse, un polígono u otra forma geométrica. Además, se aprecia que se puede usar cualquier fuente de luz de ancho de banda estrecho para generar el haz de luz plano de entrada 115 (por ejemplo, un láser o LED).

[0019] Ahora se dirige la atención a las FIGS. 2A-B, que ilustran vistas superiores de una retroiluminación direccional según la FIG. 1. En la Figura 2A, la retroiluminación direccional 200 se muestra con una fuente de luz de un solo color 205 (por ejemplo, un LED), un componente de lente 210 y un plano de fondo direccional 215 que consta de una pluralidad de píxeles direccionales poligonales (por ejemplo, un píxel direccional 220) dispuestos en una losa transparente. Cada píxel direccional es capaz de dispersar una parte del haz de luz plano de entrada 225 desde la fuente de luz 205 en un haz de luz direccional de salida (por ejemplo, el haz de luz direccional 230). Los haces de luz direccionales dispersos por todos los píxeles direccionales en el plano de fondo direccional 215 pueden representar múltiples vistas de imágenes que, cuando se combinan, forman una imagen 3D, tales como, por ejemplo, la imagen 3D 235.

[0020] De manera similar, en la FIG. 2B, se muestra la retroiluminación direccional 240 con una fuente de luz de un solo color 245 (por ejemplo, un LED), un componente de lente 250 y un plano de fondo direccional 255 que consta de una pluralidad de píxeles direccionales circulares (por ejemplo, píxel direccional 260) dispuestos en una losa transparente. Cada píxel direccional es capaz de dispersar una parte del haz de luz plano de entrada 265 desde la fuente de luz 245 en un haz de luz direccional de salida (por ejemplo, un haz de luz direccional 270). Los haces de luz direccionales dispersos por todos los píxeles direccionales en el plano de fondo direccional 255 pueden representar múltiples vistas de imágenes que, cuando se combinan, forman una imagen en 3D, tal como, por ejemplo, una imagen en 3D 275.

[0021] El haz de luz planar de entrada 225 (265) de la fuente de luz 205 (245) se puede colimar adicionalmente en el plano de fondo direccional 215 (255) usando un deflector o absorbedor que regule la divergencia angular de la luz desde la fuente de luz 205 (245). Esto se ilustra en la FIG. 3, que muestra un deflector óptico 310 entre una fuente de luz 305 y un componente de lente 315 en una retroiluminación direccional 300. Se puede usar un tubo de luz 320, hecho de un metal o material dieléctrico, para dirigir la luz desde la fuente de luz 305 hacia el plano de fondo direccional 325 que tiene una pluralidad de píxeles direccionales, tales como, por ejemplo, pixel direccional 330.

[0022] En ciertas realizaciones, múltiples fuentes de luz de un solo color (por ejemplo, láser o LED) se pueden usar para generar múltiples haces de luz planos de entrada para iluminar un plano de fondo direccional en una retroiluminación direccional. FIG. 4 ilustra el uso de múltiples fuentes de luz de un solo color en una retroiluminación direccional. La retroiluminación direccional 400 está diseñada con múltiples fuentes de luz de un solo color, como, por ejemplo, LED 405a-h. Pueden usarse deflectores ópticos 410a-i junto con componentes de lente 415a-h para enfocar los haces de luz planos de entrada 420a-h en el plano posterior 425 que tiene una pluralidad de píxeles direccionales para generar haces de luz direccionales (por ejemplo, el píxel direccional 430 que genera un haz de luz direccional 435).

[0023] Las luces de fondo direccionales 100-400 ilustradas en las FIGS. 1-4 están diseñadas para funcionar con LED de un solo color o con otras fuentes de luz de un solo color de ancho de banda estrecho (por ejemplo, un láser). En diversas realizaciones, también se pueden usar fuentes de luz de diferentes colores (por ejemplo, LED de color). El desafío es diseñar una retroiluminación direccional para usar con fuentes de luz de color de tal manera que una rejilla diseñada para dispersar la luz de un color determinado (por ejemplo, rojo) en una zona de visión prevista no dispersa la luz de otro color (por ejemplo, verde y azul) en esa zona. En una realización, las fuentes de luz de color están dispuestas de una manera sustancialmente simétrica para formar un triángulo alrededor de la pantalla y orientadas hacia el centro de la pantalla.

[0024] La retroiluminación direccional puede ser diseñada con píxeles de dirección que tienen un conjunto de características tales como una longitud de rejilla específica, rejilla de anchura, la orientación, el tono y el ciclo de trabajo. Cada píxel direccional puede diseñarse para dispersar la luz de un solo color a un haz de luz direccional. Los haces de luz direccionales generados por todos los píxeles direccionales en el plano de fondo direccional pueden modularse para producir una imagen 3D roja, azul y verde dada. En la realización más simple, se puede formar una imagen 3D estática (es decir, una colección dada de rayos) simplemente suprimiendo las rejillas correspondientes a los rayos no deseados. Se puede simplemente omitir el patrón de esas rejillas durante la fabricación.

[0025] Con referencia ahora a la FIG. 5, se describe una retroiluminación direccional para su uso con fuentes de luz de color de acuerdo con varias realizaciones. La retroiluminación direccional 500 tiene una fuente de luz roja 505, una fuente de luz verde 510 y una fuente de luz azul 515 con los componentes de lente correspondientes 520, 525 y 530 (por ejemplo, lente cilíndrica, lente condensadora asférica con lente cilíndrica, microlentes, etc.) dispuestos en un plano posterior 535 direccional que tiene una forma triangular. Cada una de las fuentes de luz de color 505-515 está dispuesta en un lado del plano posterior 535 direccional triangular para enfocar su luz en un subconjunto de píxeles direccionales. Por ejemplo, la fuente de luz roja 505 emite luz en el plano de fondo direccional 535 para ser dispersada en haces de luz roja direccionales por un subconjunto de píxeles direccionales 540-550. Este subconjunto de píxeles direccionales 540-550 puede también recibir luz de la fuente de luz verde 510 y la fuente de luz azul 515. Sin embargo, por diseño esta luz no se dispersa en la zona de visión deseada de la retroiluminación direccional 400.

[0026] Por ejemplo, FIG. 6 ilustra un diagrama esquemático que muestra la dirección de la luz dispersada por un subconjunto de píxeles direccionales en una retroiluminación direccional de acuerdo con varias realizaciones. La luz procedente de un LED A (por ejemplo, un LED rojo, no mostrado) es dispersada por un subconjunto GA de píxeles direccionales 600 en una zona de visión prevista, especificada por un ángulo de rayo máximo 0max medido desde una retroiluminación normal a direccional. Se aprecia que la zona de visión prevista es la misma para todos los colores.

[0027] También se aprecia que la luz de LED A también puede ser esparcida por un subconjunto de píxeles direccionales GB 605, sin embargo esos rayos no deseados son fuera de la zona vista destinada siempre que:

donde Aa es la longitud de onda de LED A, n f es el índice efectivo de propagación horizontal de la luz A en el plano de fondo direccional, Ab es la longitud de onda del LED B (por ejemplo, un LED verde, no mostrado), y neffB es el índice efectivo de propagación horizontal de la luz B en el plano de fondo direccional. En un caso en donde los índices efectivos y las longitudes de onda son sustancialmente iguales, la Ecuación 2 se reduce a:

(Ec. 3)

Para un plano de fondo direccional de índice de refracción n superior a 2 con luz LED que se propaga cerca del ángulo rasante, se ve que la zona de visión prevista de la pantalla puede extenderse a todo el espacio (n^eff>2 y sin0^max~1). Para un plano de fondo direccional de índice más bajo, como el vidrio (por ejemplo, n=1,46), la zona de visión prevista se limita a aproximadamente 0^max<arcsin(n/2) (±45° para el vidrio).

[0028] Un experto en la técnica apreciará que la imagen 3D roja, azul, y verde puede tener otros colores presentes si un haz de luz de color direccional dado dispersa la luz en la misma dirección que un haz de luz direccional de otro color. Dado que se puede lograr un control angular y direccional preciso con cada píxel direccional, la retroiluminación direccional se puede diseñar para generar muchas variaciones de imágenes en 3D.

[0029] Se apreciará además que el plano de fondo direccional 535 mostrado en la FIG. 5 puede moldearse en un diseño más compacto al darse cuenta de que los extremos de la losa triangular se pueden cortar para formar una forma hexagonal, como se muestra en la FIG. 7. La retroiluminación direccional 700 tiene una fuente de luz roja 705, una fuente de luz verde 710 y una fuente de luz azul 715 con los componentes de lente correspondientes 720, 725 y 730 (p. ej, lente cilíndrica, lente condensadora asférica con lente cilíndrica, microlentes, etc.) dispuestos en un plano de fondo direccional 735 que tiene una forma hexagonal. Cada una de las fuentes de luz de color 705-715 está dispuesta en lados alternos del plano posterior 735 direccional hexagonal para enfocar su luz en un subconjunto de píxeles direccionales (por ejemplo, píxel 740 direccional). En una realización, el plano posterior 735 direccional hexagonal tiene una longitud lateral que puede variar del orden de 10-30 mm, con un tamaño de píxel direccional del orden de 10-30 mm.

[0030] En diversas realizaciones, cada fuente de luz de color puede ser sustituida por una tira de LED. FIG. 8 ilustra una retroiluminación direccional hexagonal con tiras de LED de colores. La retroiluminación direccional 800 tiene una tira de LED rojo 805, una tira de LED verde 810 y una tira de LED azul 815 dispuestas en un plano de fondo direccional 835 que tiene una forma hexagonal. Cada una de las tiras de LED de color 805-815 está dispuesta en un lado del plano de fondo direccional hexagonal 835 para enfocar su luz en un subconjunto de píxeles direccionales (por ejemplo, el píxel direccional 840). En una realización, el plano posterior 835 direccional hexagonal puede tener una longitud lateral de 20 mm y cada tira de LED puede tener 20 LED de 1 mm cada uno, por ejemplo, el LED 845 en la tira de LED roja 805. Cada tira de LED 805-815 también puede estar dispuesta detrás de una serie de microlentes 820-830. Las matrices de microlentes también se pueden integrar con las tiras de LED en un solo componente.

[0031] Se aprecia que la retroiluminación direccional para su uso con LED de color (por ejemplo, retroiluminación direccional 500 en la FIG. 5, la retroiluminación direccional 700 en la FIG. 7 y la retroiluminación direccional 800 en la FIG.

8) puede tener cualquier forma geométrica, además de una forma triangular o hexagonal siempre que la luz de tres colores primarios se traiga desde tres direcciones diferentes. Por ejemplo, la retroiluminación direccional puede ser un polígono, un círculo, una elipse u otra forma capaz de recibir luz desde tres direcciones diferentes. La FIG. 9 ilustra una retroiluminación direccional circular que tiene luz procedente de tiras de LED de tres colores 905-915 colocadas en tres direcciones diferentes con respecto a un plano de fondo direccional circular 935. El plano de fondo direccional 935 se muestra con píxeles direccionales circulares (por ejemplo, píxel 940), pero como apreciado por un experto en la técnica, los píxeles direccionales también pueden adoptar otra forma geométrica, por ejemplo, un polígono, una elipse, etc.

[0032] La FIG. 10 ilustra una vista lateral de una retroiluminación direccional que tiene tiras de LED de colores. La retroiluminación direccional 1000 se muestra con un LED 1005 de un color de su tira de LED de color. Se dispone una microlente 1010 delante del LED 1005 para enfocar la luz en un plano de fondo direccional hecho de un material transparente delgado. Un haz de luz de entrada plana 1015 que incide en el plano de fondo direccional 1020 se refleja internamente en el plano de fondo direccional 1020 y se dispersa en un haz de luz direccional 1025 mediante píxeles direccionales (no mostrados) dispuestos en el mismo.

[0033] Dependiendo de cómo está configurado cada píxel direccional en el plano de fondo direccional 1020, es decir, con una determinada longitud de rejilla, rejilla de anchura, la orientación, el tono y el ciclo de trabajo, los haces de luz direccionales (por ejemplo, el haz de luz direccional 1015) forman una imagen 3D dada. Por ejemplo, la FIG. 11 ilustra una retroiluminación direccional y la imagen 3D que produce de acuerdo con varias realizaciones. La retroiluminación direccional 1100 tiene un plano de fondo direccional 1105 con forma hexagonal y con tiras de LED de color 1110-1120 dispuestas en tres de sus lados. Como se describió con más detalle anteriormente, las tiras de LED de color 1110-1120 están espaciadas (es decir, por un lado del hexágono) para evitar la contaminación de un color al otro cuando se dispersan por los píxeles direccionales (no mostrados) dispuestos en el plano de fondo direccional 1105. Cada píxel direccional está configurado para generar un haz de luz direccional de un color dado y que tiene una dirección y una extensión angular dadas. Los haces de luz direccionales generados por los píxeles direccionales en el plano de fondo direccional 1105 se combinan para formar una imagen en 3D 1125.

[0034] Un diagrama de flujo para generar una imagen 3D con una retroiluminación direccional de acuerdo con diversas formas de realización se ilustra en la FIG. 12. Primero, se especifican las características de los píxeles direccionales de la retroiluminación direccional (1200). Las características pueden incluir características de las rejillas con patrón en los píxeles direccionales, tales como, por ejemplo, una longitud de rejilla, una anchura de rejilla, una orientación, un paso y un ciclo de trabajo. Como se describió anteriormente, cada píxel direccional en la retroiluminación direccional se puede especificar con un conjunto dado de características para generar un haz de luz direccional que tiene una dirección y una extensión angular que se controla con precisión de acuerdo con las características. A continuación, se fabrica un plano de fondo direccional con píxeles direccionales (1205). El plano de fondo direccional está hecho de un material transparente y puede fabricarse con cualquier técnica de fabricación adecuada, como por ejemplo, litografía óptica, litografía de nanoimpresión, litografía de impresión rollo a rollo, estampado directo con molde de impresión, entre otros. Los píxeles direccionales pueden estar grabados en el plano de fondo direccional o estar hechos de rejillas estampadas con material depositado en la parte superior del plano de fondo direccional (por ejemplo, cualquier material que pueda depositarse y grabarse o despegarse, incluido cualquier dieléctrico o metal).

[0035] La luz de una pluralidad de fuentes de luz (por ejemplo, una fuente de luz de un solo color como en la FIG. 1-3, las fuentes de luz múltiples de un solo color como en la FIG. 4, fuentes de luz de tres colores como en las FIGS. 5 y 7, tres tiras de LED como en las FIGS. 8-11, y así sucesivamente) se introduce en el plano de fondo direccional en forma de haces de luz planos de entrada (1210). Por último, se genera una imagen 3D a partir de los haces de luz direccionales que son dispersados por los píxeles direccionales en el plano de fondo direccional (1215).

[0036] Ventajosamente, el control preciso que se logra con los píxeles direccionales en la retroiluminación direccional permite que se genere una imagen en 3D con una estructura sustancialmente plana fácil de fabricar. Diferentes configuraciones de píxeles direccionales generan diferentes imágenes en 3D. Además, las fuentes de luz de color se pueden controlar para producir cualquier efecto de color deseado en las imágenes generadas. La retroiluminación direccional descrita en este documento se puede utilizar para proporcionar imágenes en 3D en pantallas de visualización (por ejemplo, en televisores, dispositivos móviles, tabletas, dispositivos de videojuegos, etc.) así como en otras aplicaciones, como, por ejemplo, relojes 3D, dispositivos de técnica 3D, dispositivos médicos 3D, entre otros.

[0037] Se aprecia que se proporciona la descripción anterior de las realizaciones dadas a conocer para permitir que cualquier persona experta en la técnica pueda hacer uso de la presente descripción. Varias modificaciones de estas realizaciones resultarán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse del alcance de la descripción.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una retroiluminación direccional (400, 500, 700, 800, 900, 1100), que comprende:

una pluralidad de fuentes de luz (405a-h, 505-515, 705-715, 805-815, 905-915, 1110-1120) para generar una pluralidad de haces de luz planos de entrada (420a-h); y

un plano de fondo direccional (425,535, 735, 835, 935, 1105) que comprende una losa de material transparente que tiene una pluralidad de píxeles direccionales (430, 540-550, 740, 840, 940), estand la pluralidad de píxeles direccionales configurados para dispersar cada uno de la pluralidad de haces de luz planos de entrada en una pluralidad de haces de luz direccionales (435), en donde la pluralidad de haces de luz direccionales representa múltiples vistas de imagen que cuando se combinan forman una imagen 3D, en donde solo un haz de luz direccional de la pluralidad de haces de luz direccionales emerge de cada píxel direccional,

cada píxel direccional de la pluralidad de píxeles direccionales que comprende una rejilla con patrón que comprende una pluralidad de ranuras sustancialmente paralelas e inclinadas, y configurada para dispersar un haz de luz plano de entrada de la pluralidad de haces de luz planos de entrada en dicho haz de luz unidireccional de la pluralidad de haces de luz direccionales, teniendo dicho haz de luz direccional una dirección y una extensión angular controlada por las características de la rejilla estampada.

2. Un método para generar una imagen 3D con la retroiluminación direccional de la reivindicación 1, que comprende: iluminar el plano de fondo direccional con luz de la pluralidad de fuentes de luz; y

generar la imagen 3D con los haces de luz direccionales.

3. La retroiluminación direccional de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 2, en donde la pluralidad de fuentes de luz comprende una pluralidad de fuentes de luz con un ancho de banda espectral de 30 nm o menos.

4. La retroiluminación direccional de la reivindicación 3 o el método de la reivindicación 3, en donde la pluralidad de fuentes de luz comprende una pluralidad de LED de colores seleccionados del grupo que consiste en: un LED de un solo color; múltiples l Ed de un solo color; LED de tres colores; y tiras de LED de tres colores.

5. La retroiluminación direccional o el método de la reivindicación 4, en donde los LED de color incluyen uno o más de un LED rojo, un LED verde y un LED azul.

6. La retroiluminación direccional de la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de componentes de lente (415a-h, 520-530, 720-730, 820-830 920-930) dispuestos entre la pluralidad de fuentes de luz y el plano de fondo direccional.

7. La retroiluminación direccional de la reivindicación 6, que comprende además una pluralidad de deflectores ópticos (410a-i) entre las fuentes de luz y los componentes de la lente.

8. La retroiluminación direccional de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 2, en donde el plano de fondo direccional es sustancialmente plano.

9. La retroiluminación direccional de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 2, en donde la pluralidad de fuentes de luz comprende fuentes de luz de tres colores primarios diferentes, y en donde el plano de fondo direccional es un plano de fondo direccional poligonal, estando las fuentes de luz de la pluralidad de fuentes de luz dispuestas en una pluralidad de lados del plano de fondo direccional poligonal, de modo que la luz de los tres colores primarios se introduce en el plano de fondo direccional desde tres direcciones diferentes.

10. La retroiluminación direccional o el método de la reivindicación 9, en donde el plano de fondo direccional poligonal comprende uno entre un plano de fondo direccional triangular y un plano de fondo direccional hexagonal.

11. La retroiluminación direccional o el método de la reivindicación 10, en donde las diferentes fuentes de luz de colores primarios están dispuestas en lados alternos del plano de fondo direccional hexagonal.

12. La retroiluminación direccional de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 2, en donde las características de rejilla con patrón comprenden una longitud de rejilla, una anchura de rejilla, una orientación de rejilla, un paso de rejilla y un ciclo de trabajo.

13. La retroiluminación direccional o el método de la reivindicación 12, en donde el paso de la rejilla y la orientación de la rejilla controlan dicha dirección de dicho haz de luz direccional dispersado por dicho píxel direccional.

14. La retroiluminación direccional o el método de la reivindicación 12, en donde la longitud de la rejilla y la anchura de la rejilla controlan dicha extensión angular de dicho haz de luz direccional dispersado por dicho píxel direccional.