TW202326269A - 用於顯示面板的圖案化光照明器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於一顯示面板之照明器，其包括：一透明材料板條，其用於在該板條之外表面之間傳播照明光；一輸出耦合光柵，其由該板條支撐，用於沿著該板條之所述外表面中之一者輸出耦合該照明光之部分；及一振幅及/或相位遮罩，其用於在聚焦元件下游由所述輸出耦合的照明光部分形成一光點陣列，用於照明該顯示面板之像素。由於塔耳波特效應，可在距該遮罩之一距離處重複該光點陣列。諸如一可傾斜反射器及/或一操縱表面之一光束重定向元件可經提供以使照明光點之側向位置移位。

Description

用於顯示面板的圖案化光照明器

本揭示內容係關於照明器、視覺顯示裝置，以及相關組件、模組及方法。

視覺顯示器向觀看者提供資訊，包括靜止影像、視訊、資料等。僅舉數例，視覺顯示器在包括娛樂、教育、工程、科學、專業培訓、廣告等多個領域中具有應用。一些視覺顯示器，諸如電視機，向數個使用者顯示影像，且一些視覺顯示系統（諸如近眼顯示器（NED））旨在供個人使用者使用。

人工實境系統通常包括經配置以向使用者呈現內容的NED（例如，頭戴式耳機或一副眼鏡）。近眼顯示器可顯示虛擬物件或將真實物件之影像與虛擬物件組合在一起，如在虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）或混合實境（MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由「組合器」組件查看與周圍環境重疊的虛擬物件（例如，電腦產生影像（CGI））的影像。可穿戴顯示器的組合器典型地對外部光係透明的，但包括一些光學路徑由光學器件以將顯示光引導至使用者之視野中。

因為HMD或NED的顯示器通常佩戴在使用者之頭部上，所以帶有沉重電池的大型、笨重、不平衡及/或沉重的顯示裝置對使用者而言佩戴是麻煩且不舒適的。因此，頭戴式顯示裝置可受益於小型化且高效配置，包括提供顯示面板、高通量目鏡及成像序列中之其他光學元件的照明之高效光源及照明器。

本發明之一態樣為一種用於顯示面板之照明器，該照明器包含：透明材料的板條，該板條包含第一外表面及第二外表面，用於藉由來自該第一外表面及該第二外表面之一系列內反射在該板條中傳播照明光；輸出耦合光柵，其由該板條支撐以用於在該第一表面處自該板條輸出耦合該照明光之部分；及聚焦元件，其用於在該聚焦元件下游將由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列以用於照明該顯示面板之像素。

本發明之另一態樣為一種顯示裝置，其包含：顯示面板，其包含在基板上之像素陣列；及照明器，其藉由該基板耦接至該顯示面板以用於照明該像素陣列，該照明器包含：透明材料的板條，該板條包含第一外表面及第二外表面，用於藉由自該第一表面及該第二表面之一系列內反射而在該板條中傳播照明光；輸出耦合光柵，其由該板條支撐，用於在該第一表面處自該板條輸出耦合該照明光之部分；及光圖案化結構，其包含振幅遮罩或相位遮罩中之至少一者，用於由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列，其中在操作中，所述形成的光點之光傳播通過該基板，並由於塔耳波特效應而在該像素陣列處產生光功率密度峰值陣列。

本發明之另一態樣為一種用於照明包含在一基板上之一像素陣列之一顯示面板的方法，該方法包含：藉由自板條表面之一系列內反射在一透明材料板條中傳播照明光；使用一輸出耦合光柵在所述板條表面中之一者處自該板條輸出耦合該照明光之部分；在振幅或相位中之至少一者方面對所述照明光部分進行空間調變以由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列；及將所述形成的光點之光傳播通過該基板以由於塔耳波特效應而在該像素陣列處形成光功率密度峰值陣列。

雖然已結合各種具體實例及實例描述本教示，但並非旨在將本教示限於此類具體實例。相反，本教示涵蓋各種替代方案及等效形式，如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解。本文中陳述本揭示內容之原理、態樣及具體實例以及其特定實例之所有敍述旨在囊括其結構等效物及功能等效物兩者。另外，此類等效物旨在包括當前已知的等效物以及未來開發的等效物，亦即，無論結構如何，開發的執行相同功能的任何元件。

如本文中所使用，除非明確說明，否則術語「第一」、「第二」等並非旨在意味著順序排序，而是旨在在將一個元件與另一元件區分開。類似地，除非明確敍述，否則方法步驟的順序次序並不意味著其執行的順序次序。在圖1A至圖1B、圖7A至圖7B及圖8及圖9中，相似編號係指相似元件。

在包括耦接至照明器之像素陣列的視覺顯示器中，光利用效率取決於由像素所佔用之幾何面積與顯示面板之總面積的比率。對於近眼及/或頭戴式顯示器中常用之微型顯示器，比率可低於50%。高效背光利用可因顯示面板上之彩色濾光片而受到進一步阻礙，所述彩色濾光片平均透射不超過30%的入射光。此外，對於基於極化的顯示面板（諸如液晶（LC）顯示面板）可存在50%極化損失。所有此等因素皆大幅度降低顯示器之光利用率及總功率轉換效率（wall plug efficiency），此並非所期望的。

根據本揭示內容，背光顯示器之光利用率及功率轉換效率可藉由以下操作得以改良：向照明器提供板條光導及安置在該板條光導下游之光圖案化結構（例如，相位遮罩）以將輸出耦合寬光束聚集至緊密聚焦光點陣列中。在照明器發射原色光（例如，紅色、綠色及藍色）的顯示器中，照明光之聚焦點之色彩及位置可與顯示器之彩色濾光片之色彩及位置相匹配。此外，在具有色彩交錯的聚焦點陣列的此類照明上，彩色濾光片可完全被省略。對於基於極化的顯示器，發射光之極化可與預定義輸入極化狀態匹配。匹配顯示面板之像素的空間分佈、透射波長及/或透射極化特性使得能夠大幅度改良在到達觀看者之眼睛的途中未被顯示面板吸收或反射之顯示光之有用部分，並因此大幅度改良顯示器之功率轉換效率。

相位遮罩或另一類型之陣列聚焦元件可經配置以由於塔耳波特效應而在距光點陣列之一距離處由光點陣列形成光功率密度峰值陣列。此使得照明光能夠遍歷正被照明之顯示面板之基板，同時保持峰值陣列形式之光功率密度分佈，此可與顯示面板之個別像素匹配。相位遮罩及/或照明多色光源可經配置以提供與顯示面板之彩色子像素幾何形狀匹配的色彩交錯偏移色彩頻道子陣列—可導致顯示面板之極其密集像素間距（每吋高達2000個像素及更高）的方法。

根據本揭示內容，提供用於顯示面板之照明器。照明器包含透明材料板條。板條具有第一及第二外表面，其用於藉由自第一及第二外表面之一系列內反射在該板條中傳播照明光。照明器進一步包括：輸出耦合光柵，其由板條支撐，用於在第一表面處自板條輸出耦合照明光之部分；及聚焦元件，其用於在聚焦元件下游由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列，用於照明顯示面板之像素。聚焦元件可經配置以由於塔耳波特效應而在距光點陣列之一距離處由光點陣列形成光功率密度峰值陣列。

聚焦元件可包括微透鏡陣列，例如，折射微透鏡陣列、繞射微透鏡陣列、液晶微透鏡陣列、盤查拉特納姆-貝瑞相位（PBP）微透鏡陣列等。更一般而言，聚焦元件可包括相位遮罩，諸如具有空間可變液晶（LC）定向的LC層、圖案化LC聚合物、具有空間變化高度之奈米結構等。

在一些具體實例中，照明器包括用於向板條提供照明光之多色光源，照明光包含複數個色彩頻道之光。此類照明器可經配置以將複數個色彩頻道中之不同色彩頻道之光以不同角度耦合至板條中。光點陣列之光點形成對應於複數個色彩頻道之色彩交錯的光點子陣列。聚焦元件可經配置以形成色彩交錯的光點子陣列，色彩交錯的子陣列對應於複數個色彩頻道之光。在一些具體實例中，照明器可包括用於向板條提供照明光之光源，及在光源與板條之間的光學路徑中之可傾斜反射器，用於使照明光進入板條中之輸入耦合角度變化。

根據本揭示內容，提供顯示裝置，該顯示裝置包含：顯示面板，其包含在基板上之像素陣列；及本揭示內容之照明器，其藉由基板耦接至顯示面板用於照明像素陣列。照明器可包括：透明材料板條，該板條包含第一及第二外表面，用於藉由自第一及第二表面之一系列內反射在板條中傳播照明光；輸出耦合光柵，其由板條支撐，用於在第一表面處自板條輸出耦合照明光之部分；及光圖案化結構。光圖案化結構包含用於由輸出耦合的照明光部分形成光點陣列的振幅遮罩或相位遮罩中之至少一者。在操作中，形成的光點之光傳播通過基板，並由於塔耳波特效應而在像素陣列處產生光功率密度峰值陣列。光圖案化結構可包括折射及/或繞射微透鏡陣列、盤查拉特納姆-貝瑞相位（PBP）微透鏡陣列、圖案化液晶聚合物、具有空間變化高度之奈米結構等。

在一些具體實例中，顯示器包括在板條下游之光學路徑中之光束操縱層，用於有角度地操縱輸出耦合的照明光部分。顯示裝置可包括多色光源，用於向板條提供照明光，照明光包含複數個色彩頻道之光。照明器可經配置以將複數個色彩頻道中之不同者之光以不同角度耦合至板條中，使得光點陣列中之光點形成光點陣列之色彩交錯的子陣列，色彩交錯的子陣列對應於複數個色彩頻道之光。光圖案化結構可經配置以形成光點陣列之色彩交錯的子陣列。形成至色彩交錯的光點子陣列中之複數個色彩頻道之輸出耦合的照明光部分可在顯示面板之基板中傳播並在像素陣列處產生光功率密度峰值陣列之色彩交錯的子陣列。像素陣列處之色彩交錯的光功率密度峰值子陣列可為光點陣列之色彩交錯的子陣列之不同塔耳波特階。色彩交錯的光功率密度峰值子陣列可具有較高空間峰值密度，例如色彩交錯的光功率密度峰值子陣列可各具有每吋至少2000個峰值之密度。

顯示裝置可包括在多色光源與板條之間的光學路徑中之可傾斜反射器，用於使照明光進入板條中之輸入耦合角度變化。在此類具體實例中，顯示裝置可進一步包括控制器，控制器可操作地耦接至多色光源及可傾斜反射器，且經配置以：使可傾斜反射器傾斜至對應於複數個色彩頻道中之第一色彩頻道之第一傾斜角度；致使多色光源產生第一色彩頻道之光；使可傾斜反射器傾斜至對應於複數個色彩頻道之第二不同色彩頻道之第一傾斜角度；及致使多色光源產生第二色彩頻道之光。第一及第二傾斜角度可經選擇以提供照明光部分之相同輸出角度。

根據本揭示內容，進一步提供一種用於照明包含在基板上之像素陣列之顯示面板的方法。方法包含：藉由自透明材料板條表面之一系列內反射在板條中傳播照明光；使用輸出耦合光柵在板條表面中之一者處自板條輸出耦合照明光之部分；在振幅或相位中之至少一者方面對照明光部分進行空間調變以由輸出耦合的照明光部分形成光點陣列；及將形成的光點之光傳播通過基板以由於塔耳波特效應而在像素陣列處形成光功率密度峰值陣列。

在其中照明光包含複數個色彩頻道之光的具體實例中，可對照明光部分進行空間調變以形成光點陣列之色彩交錯的子陣列，色彩交錯的子陣列對應於複數個色彩頻道之光，由此光功率密度峰值陣列包含在像素陣列處之色彩交錯的光功率密度峰值子陣列。在一些具體實例中，該方法可包括在照明光之源與像素陣列之間的光學路徑中使用可傾斜反射器或操縱層中之至少一者來有角度地操縱輸出耦合的照明光部分。在其中顯示面板包含黑色網格的具體實例中，可以空間選擇性方式操縱輸出耦合的照明光部分以藉由重定向照明光部分以入射至黑色網格而非像素陣列上來提供顯示面板之空間選擇性調光。

現在參考圖1A，用於照明顯示面板102之照明器100包括透明材料板條104，例如玻璃、塑膠、透明氧化物、透明結晶材料，或另一合適材料的平面平行板條。板條104包括相對的第一外表面111及第二外表面112，其用於藉由自第一外表面111及第二外表面112之一系列內反射在板條104中傳播照明光106，如用鋸齒形虛線示意性說明。照明光106可由光源108發射並藉由輸入耦合光柵110或藉由另一合適的輸入耦合結構（諸如稜鏡）等耦合至板條104中。在板條104中傳播的照明光106之部分114藉由由板條104支撐之輸出耦合光柵116輸出耦合通過第一表面111。輸出耦合光柵116可為光滑且扁平的連續光柵，且可安置在板條104中或板條104上，如在圖1A中所示。因此，板條104及其輸出耦合光柵116作為提供多個偏移光部分114之光瞳複製光導操作。

輸出耦合光部分114形成近準直光束，該近準直光束入射至聚焦元件118上，其功能係形成圖1B中所示的光點120陣列。光點120陣列係藉由在聚焦元件118下游聚焦輸出耦合的照明光部分114而形成。在其中顯示面板102之基板122足夠薄的具體實例中，光點120可直接照明顯示面板102之像素124。在其中基板122對於光點120過厚而無法小於像素124之側向大小的具體實例中，聚焦元件118可經配置以由於塔耳波特效應而在距光點120陣列之z距離處由光點120陣列形成光功率密度峰值128陣列，其使得能夠在距光點120陣列之一距離處重複峰值光功率密度分佈以獲得足夠空間同調光。具體而言，在圖1B中，光功率密度峰值128陣列照明像素124。個別光功率密度峰值128位置與顯示面板102之個別像素124的位置協調，例如，其中一個光學功率密度峰值128照明一個像素124。在圖1A及圖1B中，顯示面板102以局部視圖示出。顯示面板102可包括其他層及基板，其為簡潔起見已在圖1A及圖1B中省略。

圖2中說明在與峰值光功率密度分佈的原始平面間隔開的更高平面處再現光功率密度分佈的塔耳波特效應。此圖示出通過顯示面板102之基板122的光功率密度的映圖200，其中水平軸（亦即，圖2中之X軸）表示聚焦元件118上之側向座標，且垂直軸（亦即，圖2中之Z軸）表示顯示面板102之基板122的厚度尺寸。聚焦元件118經配置以在距聚焦元件118之較小距離處，在將某一0.09 mm安置至基板122中之焦平面202處，形成光點120陣列。在塔耳波特平面204處重複側向（XY）光功率密度分佈，以與焦平面202處的間距相同間距在塔耳波特平面204形成光功率密度峰值128陣列。顯示面板102之像素124陣列安置在塔耳波特平面204處。此類配置允許光利用效率由於大部分照明光106傳播通過像素124而不被像素124（圖1A及圖1B）之間的黑色網格130吸收而大幅度增加。

現在將參考圖3A至圖3F考慮聚焦元件118之非限制性實例。首先參考圖3A，折射微透鏡陣列318A可用作圖1A及圖1B之照明器100之聚焦元件118。圖3A之折射微透鏡陣列318A包括安置在透明基板302A上之許多折射微透鏡300A。折射微透鏡陣列318A可由例如透明的各向同性材料製成，例如由合適的光學品質塑膠射出成形。折射微透鏡300A由於表面曲率而聚焦入射光，如同規則折射單片透鏡。折射微透鏡300A可安置在二維（2D）陣列中，其中幾何配置及間距對應於顯示面板102之像素124之幾何配置及間距。

參考圖3B，盤查拉特納姆-貝瑞相位（PBP）陣列318B可用作圖1A及圖1B之照明器100之聚焦元件118。圖3B之PBP微透鏡陣列318B包括形成在液晶（LC）層中之PBP LC微透鏡300B陣列。取決於距透鏡中心之距離 r，LC分子304以不同的面內定向安置在XY平面中。LC分子304在各PBP LC微透鏡300B之液晶層中之定向角 ϕ( r)由下式給出

（1a）

其中 f ₀ 是係所要焦距且 λ ₀ 係波長。各PBP LC微透鏡300B中之光學相位延遲係由於盤查拉特納姆-貝瑞相位或幾何相位效應所致。具有厚度 t之液晶層之光阻滯 R經定義為 R= tΔn，其中 Δn係液晶層之光學雙折射。在 λ ₀ /2（亦即，半波長）之LC層之光阻滯 R下，由於PBP效應引起的累積相位延遲 P( r)可相當簡單地表達為 P( r) = 2 ϕ( r)，或，藉由考慮上文之方程（1a）。

（1b）

正是PBP P( r)在徑向座標 r上之二次依賴性導致各PBP LC微透鏡300B的聚焦或散焦功能。各PBP LC微透鏡300B具有跨LC層之表面連續且平滑變化的方位角ϕ。因此，方位角與PBP的映射，亦即，當 R= λ ₀ /2時 P( r) = 2 ϕ( r)，允許更劇烈相變，而不會在2π模數之邊界處引入不連續性。

參考圖3C，液晶（LC）微透鏡陣列318C可用作圖1A及圖1B之照明器100之聚焦元件118。圖3C之LC微透鏡陣列318C可包括LC微透鏡300C陣列，包括浸入至各向同性聚合物基板302C中之定向LC分子305之圓形液滴（例如，半球形液滴）。各向同性聚合物基板之折射率可與液滴中之LC流體的尋常折射率。LC分子305可例如沿著X軸定向，如在圖3C之左側部分上所示。當用沿著x軸線性極化的光束306照明時，微透鏡300C將由於LC液滴與聚合物基板302C之間的彎曲介面306之聚焦性質而聚焦光束306，彎曲介面306具有非零折射率階。當LC分子305沿著Z軸定向時，例如藉由藉助於向一對可選透明電極314及315施加電壓來施加外部電場，彎曲介面306具有零折射率階，此係因為各向同性聚合物基板之折射率與LC流體之尋常折射率相匹配。因此，光束306將保持非聚焦，如在圖3C之右側部分上說明。注意，LC微透鏡陣列318C之開關性質係可選的，且LC分子305可具有例如由嵌入至LC液滴中並界定LC液滴之永久定向的聚合物網絡界定之固定定向。

參考圖3D，繞射微透鏡陣列318D可用作圖1A及圖1B之照明器100之聚焦元件118。繞射微透鏡陣列318D之各繞射微透鏡300D可包括經配置以繞射向內入射光線以將光線帶至焦平面處之焦點的複數個同心條紋或凹槽309。

操縱圖3E，奈米結構318E可用作圖1A及圖1B之照明器100之聚焦元件118。圖1E之奈米結構318E包括相同元件300E的陣列，其可由不同高度之二元平行六面體特徵陣列組成。為簡潔起見，圖3E中僅示出一個此類元件300E；其他元件300E經假定安置在由虛線312形成的矩形中。各元件300E具有預定義的空間變化高度分佈，其在此實例中由九個基本高度 h1、 h2、 h3、 h4、 h5、 h6、 h7、 h8及 h9表示。舉例而言，X週期及Y週期（圖3E）可為例如自1微米至25微米，且可藉由被照明器100（圖1A）照明之顯示面板102之間距來判定。舉例而言，X週期及Y週期可分別等於顯示面板102之X及Y像素間距。奈米結構318E之操作將在下文進一步詳細考慮。

現在參考圖3F，振幅遮罩318F係可用於代替照明器100之聚焦元件118之光圖案化結構之實例。振幅遮罩318F包括透射入射光之開口300F陣列。所有剩餘光被阻擋。開口300F陣列經由塔耳波特效應形成在顯示面板之基板122中重複初始光功率密度分佈，如上文參考圖2所說明。振幅遮罩318F將必須安置在焦平面202而非圖2之底部處以藉由遮蔽入射寬光束之振幅形成光點陣列120。更一般而言，可替代聚焦元件118使用之光圖案化結構可包括上文參考圖3A至圖3F所考慮的元件的任一組合，且亦可包括任何類型的圖案化各向同性或各向異性聚合物，例如圖案化LC聚合物。

對於彩色顯示面板，照明光可包括多色光源，該多色光源向瞳孔複製光導提供多色照明光。多色照明光可包括複數個色彩頻道（例如，紅色、綠色及藍色彩頻道）之光。為各色彩子像素提供聚焦照明光將為有益的，聚焦照明光之色彩頻道與子像素之色彩匹配。以此方式，由於藉由子像素吸收「錯誤」色彩頻道之光所致的光損失可最小化，且顯示效率可提高。

為顯示面板提供色彩分散光點陣列的一個方式係使入射至光瞳複製光導上之個別色彩頻道之光束預傾斜。參考圖4，用多色光束406照明板條104，該多色光束包括藉由輸入耦合光柵110以稍微不同輸入耦合角輸入耦合至板條104之紅色（R）、綠色（G）及藍色（B）色彩頻道之光。為清楚起見，圖4中誇大輸入耦合角。R色彩頻道之光束用長虛線示出，G色彩頻道之光束以實線示出，且B色彩頻道之光束以短虛線示出。R、G、B輸入耦合的色彩頻道之光束在板條104中傳播並由輸出耦合光柵116以對應於R、G、B光束之輸入耦合角之角度輸出耦合至板條104中。由於以不同角度輸出耦合R、G、B輸入耦合色彩頻道之光束，R、G、B色彩頻道之輸出耦合光束由聚焦元件118聚焦在偏移位置處，形成色彩交錯的R、G、B光點子陣列，色彩交錯的R、G、B光點子陣列中之各者對應於複數個R、G、B色彩頻道中之特定一者的光。

向顯示面板提供色彩分散光點陣列的另一方式係將聚焦元件118配置為在側向偏移位置處聚焦不同色彩頻道之光。參考圖5A、圖5B及圖5C的非限制性說明性實例，並且進一步參考圖3E，奈米結構318E之具體實例包括高度之側向分佈500，亦即，如所說明沿著X軸的局部厚度變化。針對奈米結構318E之各像素重複厚度變化，此類變化的僅一個週期示出在圖5A中。由於R、G及B色彩頻道之波長不同，側向分佈500將轉換為對應色彩之波中之光阻滯之不同側向分佈。在圖5A中，光阻滯之此類側向分佈以相位為單位示出。R色彩頻道光阻滯分佈500R不同於G色彩頻道光阻滯分佈500G，且不同於B色彩頻道光阻滯分佈500B。

圖5B示出通過具有高度之側向分佈500之奈米結構318E對G、R及B色彩頻道之光之聚焦的模擬結果。在圖5B中，模擬結果經示出為用於G色彩頻道之空間強度圖（熱圖）510G、用於R色彩頻道之空間強度圖（熱圖）510R，及用於B色彩頻道之空間強度圖（熱圖）510B。可看到三個焦點沿著X軸彼此清楚地分離。奈米結構318E可經配置以使聚焦色點位置與顯示面板之G、R及B色彩子像素之位置匹配。此在圖5C中說明，該圖為不同色彩頻道之光的側向光功率密度或強度分佈的曲線圖。綠色子像素520G、紅色子像素520R及藍色子像素520B之位置用虛線矩形表示。G色彩頻道（530G）、R色彩頻道（530R）及B色彩頻道（530B）之光之光功率密度之側向分佈與綠色子像素位置520G、紅色子像素位置520R及藍色子像素位置520B匹配。

塔耳波特階 N之Z位置 Z _T 可自以下方程式判定：

（2），

其中 a為塔耳波特週期的長度，且 λ為光之波長。圖6A說明不同塔耳波特階之z位置（沿著基板厚度尺寸）之波長依賴性。可看出不同色彩頻道之z位置 Z _T 對於相同的順序係不同的。為確保色彩交錯的光功率密度峰值子陣列在像素陣列之平面中之相同Z距離處，可使用不同色彩頻道之不同塔耳波特階。舉例而言，直線650表示9毫米之z距離。在此距離處，階651可用於波長為0.47微米之藍色光，階652可用於波長為0.53微米之綠色光，且階653可用於波為0.65微米之紅色光。部分或分數塔耳波特階可用於波長為0.63微米之紅色光。所有色彩頻道之光點陣列之色彩交錯的子陣列將在距由照明器之聚焦元件形成之光點陣列9 mm的相同距離處。

分數塔耳波特階及平面的形成在圖6B中說明用於說明單色頻道之照明光。圖6B為在XZ平面視圖中所示之光功率密度分佈600。微透鏡陣列618將自光瞳複製光導輸出耦合之照明光部分聚焦在被照明的顯示面板之基板內部之焦平面602處，形成光點620陣列。中間或分數階塔耳波特平面形成在例如如所說明之623、624、625處。在與顯示面板之像素平面一致的一階塔耳波特平面604處重複在焦平面602處的光功率密度分佈。在顯示面板之黑色矩陣（BM）中之開口處形成光功率密度峰值628陣列，如所說明。此實現更高效光利用，此係因為較少光被黑色矩陣阻擋。

現在參考圖7A及圖7B，顯示裝置750包括顯示面板702（圖7A）將光耦合至圖1A及圖1B之照明器100並藉由間隔件或氣隙752與照明器100分離。圖7A之顯示面板702為透射式LC面板，按順序包括可選極化元件754、具有可選淨化彩色濾光片755之薄膜電晶體（TFT）基板722、包括LC分子757之扭曲向列（TN）LC流體層756、支撐黑色矩陣（BM）層760之背板基板758、分析極化片762及虛擬實境（VR）光學器件/目鏡764。透射式LC面板之其他配置當然係可能的；顯示面板702之配置僅意為說明性非限制性實例。

上文已參考圖1A及圖1B闡釋顯示裝置950之照明器100之操作。簡單地，光源108發射光束106，光束耦合至板條104中，通過一系列反射以鋸齒形圖案傳播，例如自板條106之頂面及底面的全內反射（TIR）。光束106之部分由輸出耦合光柵116輸出耦合。微透鏡陣列618（對應於圖1A及圖1B之照明器100之聚焦元件118）如上文參考圖6B所解釋聚焦光束部分，在整個顯示面板702上形成塔耳波特光功率密度分佈600。為相片清楚起見，光功率密度分佈600經示出向右偏移，如用箭頭770示意性指示。在製造及校準期間選擇或調諧間隔件或氣隙752以確保與BM層760一致的一階塔耳波特平面604，以最大化顯示面板702之光學產出量。

光源108可為多色光源，用於向板條提供照明光，該照明光包含複數個色彩頻道之光。如上文參考圖4所解釋，照明器100可經配置以將複數個色彩頻道中之不同者之光以不同角度耦合至板條104中，使得光點陣列中之光點形成對應於多色光源之複數個色彩頻道之光之色彩交錯的子陣列。替代地或另外，聚焦元件118可經配置以形成光點陣列之色彩交錯的子陣列。上文參考圖5A、圖5B及圖5C描述照明器100之此可選特徵。形成至色彩交錯的光點子陣列中之複數個色彩頻道之輸出耦合的照明光部分傳播通過顯示面板702之間隔件或氣隙752、極化元件754及TFT基板722並例如在BM層760處產生顯示面板702之像素化平面處之光功率強度峰值陣列之色彩交錯的子陣列。像素陣列/BM層760處的色彩交錯的光功率密度峰值子陣列可為色彩交錯的子陣列之不同塔耳波特階。上文已參考圖6A進行解釋。

圖1A、圖1B及圖7A、圖7B中所示的照明器100之配置及顯示器裝置750之配置能夠實現色彩交錯的照明光子陣列之極其密集間距，最小間距受限於準直色彩頻道光束指向的準確性。在一些具體實例中，可實現每吋至少2000個光功率密度峰值之密度，實現超緊湊的顯示面板，例如，用於像素密度為每吋2000個像素或更高的近眼顯示應用。

光功率密度峰值的緊密間距及被照明的顯示面板之彩色子像素的相關聯小大小可需要極其精細地調整光功率密度峰值相對於顯示面板之彩色子像素的側向位置，以最大化顯示面板之光產出量。可以各種方式執行調整。舉例而言，參考圖8，照明器800類似於圖1A及圖1B之照明器100，並包括類似元件。圖8之照明器800包括透明材料板條804、輸入耦合光柵810及由板條804支撐之輸出耦合光柵816。輸入耦合光柵810為極化體積全息圖（PVH）光柵，其繞射第一旋向性的圓極化光同時透射通過第二相反旋向性之圓極化光。

在操作中，光源808發射在第二旋向性處圓極化之光束806。光束806傳播通過PVH輸入耦合光柵810及板條804併入射至微機電系統（MEMS）反射器840上，反射器包括由MEMS基板850支撐之可傾斜反射鏡842。光束806被可傾斜鏡842反射並再次入射至PVH輸入耦合光柵810上。因為圓極化光之旋向性在反射時反轉，反射光束806由PVH輸入耦合光柵810繞射，其將光束806輸入耦合至板條804中以藉由自板條804之相對外表面之一系列內反射在板條804中傳播，如用實心鋸齒形箭頭所說明。

光束806之輸出耦合部分814由聚焦元件818（在本具體實例中為微透鏡陣列）聚焦。應注意，輸出耦合部分814源自藉由聚焦元件818之微透鏡819（不一定由鋸齒形反射之X週期）分解成個別部分或子光束之輸出耦合寬光束。個別部分聚焦至光點820中，類似於圖1A及圖1B之照明器100。光點820陣列藉由包括被照射的顯示面板之基板822的光學疊層中之塔耳波特效應轉換為光功率密度峰值828陣列，如上文參考圖7A及圖7B所解釋。

圖8之照明器800進一步包括可操作地耦接至光源808及MEMS反射器840之控制器880。控制器880經配置以使傾斜鏡842傾斜可控角度以使光功率密度峰值828陣列與由黑色網格或黑色矩陣130界定之像素陣列124一致。舉例而言，最初控制器880可使輸出耦合部分814傾斜至用虛線示出之移位位置814'。在移位位置814'處，光點820自標稱位置移位。移位光點820致使光功率密度峰值828陣列以亦移位至用虛線示出之位置828'，且無光通過黑色網格130。控制器880可調諧可傾斜鏡842之傾斜角度，以使光功率密度峰值828陣列至與像素124重疊的位置，且光通過像素124。本文中，術語「像素」亦包括彩色顯示面板之彩色子像素。

可傾斜反射器為照明光束之操縱元件之一個實例。更一般而言，可在顯示裝置之光學堆疊中提供一或多個光束操縱層。參考圖9之非限制性實例，顯示裝置950類似於圖7A之顯示裝置750，並包括類似元件。圖9之顯示裝置950包括圖8之具有MEMS反射器840之照明器800，用於在BM層760之平面中調整光功率密度峰值陣列之側向位置（XY平面位置）。對於其中光源808為發射複數個色彩頻道之光束的彩色光源之具體實例，MEMS反射器840（或另一合適的可傾斜反射器）可調整在BM層760之平面中色彩交錯的光功率密度峰值子陣列之側向位置（XY平面位置）。

顯示裝置950可進一步包括在板條804下游之光學路徑中之光束操縱層，用於有角度地操縱輸出耦合的照明光部分。舉例而言，反射光束操縱層902可以其中輸出耦合光柵816向下非向上輸出耦合照明光之部分之配置設置。在此類具體實例中，輸出耦合光柵816可為PVH光柵，其經配置以在例如第一旋向性之圓極化下輸出耦合光束106之部分，同時傳播由反射光束操縱層902反射之第二旋向性之光束之部分。

在一些具體實例中，光束操縱層904可設置在聚焦元件118下游。在此類具體實例中，光功率密度峰值828陣列（圖8）可為相對於光點820陣列操縱。替代地或另外，光束操縱層906可設置在顯示面板702下游，用於在顯示裝置950之眼動範圍處使輸出光束操縱的目的。由MEMS反射器840及光束操縱層902、904、906進行光束操縱視情況可由控制器880（圖9）控制。

在一些具體實例中，由光束操縱層進行之光束操縱可為空間選擇性的。為此，光束操縱層可為像素化的。光束操縱層之個別區域或像素可獨立控制。光束操縱層可包括例如可切換的繞射光柵、可切換PBP光柵及/或PBP透鏡等。

當用發射複數個色彩頻道之光的色彩光源進行操作時，基於可切換光柵之光束操縱層902、904及906將展現操縱角之波長依賴性。此在圖10A中所說明，其中R、G及B輸出耦合光束部分由可切換光柵1004以不同角度繞射。為補償可切換光柵1004之繞射角之角度色散，R、G及B光束可以不同角度輸入耦合至板條804中，使得R、G及B光束之輸出耦合光束部分處於不同角度，如在圖10B中所說明。光束角度的預補償可實現R、G及B光束部分以相同角度由可切換光柵1004操縱。在另一具體實例中，R、G及B光束以時間順序方式輸入耦合至板條804中，且MEMS反射器840（或另一合適可傾斜反射器）以一定角度傾斜以提供圖10B中所說明之輸出耦合的光束角度預補償。

在其中照明器之操縱層被像素化的具體實例中，對照明光進行空間選擇性調光係可能的。操縱圖11A、圖11B及圖11C之非限制性實例，圖10A及圖10B之可切換光柵1004之區段1104操縱R、G及B子光束，所述子光束在由黑色網格130環繞之R、G及B子像素處提供各別光功率密度峰值。在圖11A中，對區段1104進行調諧以將光功率密度峰值集中在R、G及B像素處。在圖11B中，對區段1104進行調諧以將光功率密度峰值移位偏離R、G及B子像素之中心以入射至黑色網格130上，導致局部調光。此外在圖11C中，對區段1104進行調諧以使光功率密度峰值移位至R、G及B子像素中之下一者，以致使藉由各別R、G及B子像素之彩色濾光片元件中之吸收進行局部調光。

現在參考圖12，用於照明在基板上包括像素陣列之顯示面板的方法1200包括在透明材料板條中傳播（1202）照明光。藉由自板條之相對外表面之一系列內反射（諸如全內反射（TIR））來傳播照明光。使用輸出耦合光柵在板條之外表面中之一者處自板條輸出耦合（1204）照明光之部分。輸出耦合光柵可安置在板條上或內部，且可為連續筆直繞射光柵，諸如表面起伏光柵、PVH光柵等。在振幅或相位中之至少一者方面對照明光部分進行空間調變（1206）以由輸出耦合的照明光部分形成光點陣列。空間調變元件可包括微透鏡陣列，例如繞射、PBP、折射微透鏡陣列，或更一般而言藉由相位及/或振幅遮罩，如本文中所揭示。使形成的光點之光傳播（1208）通過基板，以由於塔耳波特效應而在像素陣列處形成光功率密度峰值陣列，如上文參考圖2、圖6B及圖7B所闡釋。

在其中照明光包含複數個色彩頻道之光的具體實例中，執行對照明光進行空間調變之步驟1206以便形成光點陣列之色彩交錯的子陣列（在X和Y方向兩者上）。色彩交錯的子陣列對應於複數個色彩頻道之光。舉例而言，若照明光包括R、G及B色彩頻道，則色彩交錯的子陣列包括交錯的紅色、綠色及藍色光點。光點陣列之光在顯示面板之基板中傳播，在像素陣列處形成色彩交錯的光功率密度峰值子陣列，如上文參考圖4、圖5A至圖5C及圖6A所解釋。在此類具體實例中，使用安置在照明光之源與像素陣列之間的光學路徑中之可傾斜反射器或操縱層中之至少一者來有角度地操縱（1210）輸出耦合的照明光部分，如上文參考圖9所闡釋。

在其中顯示面板包含黑色網格的具體實例中，以空間選擇性方式操縱（1212）輸出耦合的照明光部分以藉由重定向照明光部分以入射至黑色網格而非像素陣列上來提供顯示面板之空間選擇性調光，如上文參考圖11A至圖11C所闡釋。

參考圖13，虛擬實境（VR）近眼顯示器1300包括框架1301，針對各眼睛支撐：照明器1330，其包括本文中所揭示之波導照明器中之任一者；顯示面板1310，其包括顯示像素陣列；及目鏡1320，其用於將由顯示面板1310產生之線性域中之影像轉換為用於在眼動範圍1312處直接觀察的角度域中之影像。複數個眼動範圍照明器1306（示出為黑點）可置放在面向眼動範圍1312之表面上在顯示面板1310周圍。眼動追蹤攝影機1304可設置用於各眼動範圍1312。

眼睛追蹤攝影機1304的目的係判定使用者雙眼的位置及/或定向。眼動範圍照明器1306在對應眼動範圍1312處照明眼睛，允許眼睛追蹤攝影機1304獲得眼睛之影像，以及提供參考反射，亦即閃爍。閃爍可用作所捕獲眼睛影像中之參考點，藉由判定眼睛瞳孔影像相對於閃爍影像的位置來促進眼睛注視方向的判定。為了避免眼動範圍照明器1306之光分散使用者的注意力，可使眼動範圍照明器發射對使用者不可見的光。舉例而言，紅外線光可用於照明眼動範圍1312。

操縱圖14，HMD 1400係AR/VR可穿戴顯示系統之實例，其封圍使用者之面部，以更大程度地沉浸至AR/VR環境中。HMD 1400可生成完全虛擬的3D影像。HMD 1400可包括前體1402及可固定在使用者頭部周圍的帶1404。前體1402經配置從而以可靠且舒適的方式置放在使用者眼前。顯示系統1480可安置在前體1402中，用於向使用者呈現AR/VR影像。顯示系統1480可包括本文中所揭示之顯示裝置及照明器中之任一者。前體1402之側面1406可為不透明的或透明的。

在一些具體實例中，前體1402包括用於追蹤HMD 1400之加速度的定位器1408及慣性量測單元（IMU）1410，以及用於追蹤HMD 1400之位置的位置感測器1412。IMU 1410為電子裝置，其基於自位置感測器1412中之一或多者接收的量測信號生成指示HMD 1400之位置的資料，所述位置感測器回應於HMD 1400之運動而生成一或多個量測信號。位置感測器1412之實例包括：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動的另一合適類型的感測器、用於IMU 1410之錯誤校正的感測器的類型，或其某一組合。位置感測器1412可位於IMU 1410外部、IMU 1410內部或其某一組合。

定位器1408由虛擬實境系統之外部成像裝置追蹤，使得虛擬實境系統可追蹤整個HMD 1400之位置及定向。IMU 1410及位置感測器1412生成的資訊可與由追蹤定位器1408獲得的位置及定向進行比較，以改良HMD 1400之位置及定向的追蹤準確性。當使用者在3D空間中移動並轉彎時，準確位置及定向對於向使用者呈現適當的虛擬風景較重要。

HMD 1400可進一步包括深度攝影機總成（DCA）1411，其捕獲描述圍繞HMD 1400的一些或全部的局部區域的深度資訊的資料。可將深度資訊與來自IMU 1410的資訊進行比較，以獲得HMD 1400在3D空間中之位置及定向的判定的較佳準確性。

HMD 1400可進一步包括用於即時判定使用者眼睛之定向及位置的眼睛追蹤系統1414。獲得的眼睛之位置及定向亦允許HMD 1400判定使用者之注視方向並相應地調整由顯示系統1480生成的影像。所判定的注視方向及聚散角可用於調整顯示系統1480以減少聚散-調節衝突。如本文中所揭示，方向及聚散度亦可用於顯示器的出射瞳孔操縱。此外，所判定的聚散角及注視角可用於與使用者交互、突出物件、將物件帶至前景、創建額外物件或指針等。亦可提供音訊系統，包括例如內置在前體1402中之一組小型揚聲器。

本揭示內容之具體實例可包括人工實境系統，或結合人工實境系統實施。人工實境系統在呈現給使用者之前以某一方式調整藉由感官獲得的關於外部世界的感官資訊，諸如視覺資訊、音訊、觸覺（體感）資訊、加速度、平衡等。作為非限制性實例，人工實境可包括虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、混合實境（MR）、混合實境，或其一些組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全生成的內容或與所捕獲（例如，真實世界）內容組合之生成的內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、體感或觸覺回饋或其某一組合。此內容之任一者可在單一頻道或多個頻道中（諸如在向觀眾產生三維效應的立體視訊中）呈現。此外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中形成內容及/或以其他方式用於人工實境（例如，在人工實境中執行活動）的應用程式、產品、配件、服務或其某一組合。提供人工實境內容之人工實境系統可在各種平台上實施，包括連接至主機電腦系統之可穿戴顯示器（諸如HMD）、獨立HMD、具有眼鏡外觀尺寸的近眼顯示器、行動裝置或計算系統，或能夠向一或多個觀眾提供人工實境內容之任何其他硬體平台。

本揭示內容在範圍上並不受限於本文所闡述之特定具體實例。確實，根據先前闡述及附圖，所屬技術領域中具有通常知識者將明瞭除在本文中所闡述之外的其他各種具體實例及修改。因此，此類其他具體實例及修改意欲歸屬於本揭示內容之範圍內。此外，儘管本揭示內容已出於特定目的在特定環境中的特定實施的上下文中進行了描述，但所屬技術領域中具有通常知識者將認識到其用途不限於此，且本揭示內容可出於多個目的有益地在任何數目的環境中實施。因此，應依照如本文中所闡述之本揭示內容之全面寬度及實質來解釋下文之申請專利範圍。

100:照明器 102:顯示面板 104:透明材料板條 106:照明光 108:光源 110:光柵 111:第一外表面 112:第二外表面 114:部分 116:輸出耦合光柵 118:聚焦元件 120:光點 122:基板 124:像素 128:光功率密度峰值 130:黑色網格 200:映圖 202:焦平面 204:塔耳波特平面 300A:折射微透鏡 300B:PBP LC微透鏡 300C:LC微透鏡 300D:繞射微透鏡 300E:元件 300F:開口 302A:透明基板 302C:各向同性聚合物基板 304:LC分子 305:LC分子 306:光束/彎曲介面 309:同心條紋/凹槽 312:虛線/矩形 314:透明電極 315:透明電極 318A:折射微透鏡陣列 318B:盤查拉特納姆-貝瑞相位（PBP）陣列 318C:液晶（LC）微透鏡陣列 318D:繞射微透鏡陣列 318E:奈米結構 318F:振幅遮罩 406:多色光束 500:側向分佈 500B:B色彩頻道光阻滯分佈 500G:G色彩頻道光阻滯分佈 500R:R色彩頻道光阻滯分佈 510B:空間強度圖（熱圖） 510G:空間強度圖（熱圖） 510R:空間強度圖（熱圖） 520B:紅色子像素 520G:綠色子像素 520R:藍色子像素 530B:B色彩頻道 530G:G色彩頻道 530R:R色彩頻道 600:光功率密度分佈 602:焦平面 604:一階塔耳波特平面 618:微透鏡陣列 620:光點 623:中間/分數階塔耳波特平面 624:中間/分數階塔耳波特平面 625:中間/分數階塔耳波特平面 628:光功率密度峰值 650:直線 651:階 652:階 653:階 702:顯示面板 722:薄膜電晶體（TFT）基板 750:顯示裝置 752:間隔件/氣隙 754:極化元件 755:淨化彩色濾光片 756:扭曲向列（TN）LC流體層 757:LC分子 758:背板基板 760:黑色矩陣（BM）層 762:分析極化片 764:虛擬實境（VR）光學器件/目鏡 770:箭頭/向右偏移 800:照明器 804:透明材料板條 806:光束 808:光源 810:輸入耦合光柵 814:輸出耦合部分 814':移位位置 816:輸出耦合光柵 818:聚焦元件 819:微透鏡 820:光點 822:基板 828:光功率密度峰值 828':位置 840:微機電系統（MEMS）反射器 842:可傾斜反射鏡 850:MEMS基板 880:控制器 902:反射光束操縱層 904:光束操縱層 906:光束操縱層 950:顯示裝置 1004:可切換光柵 1104:區段 1200:方法 1202:傳播 1204:輸出耦合 1206:空間調變 1208:傳播 1210:有角度地操縱 1212:操縱 1300:虛擬實境（VR）近眼顯示器 1301:框架 1304:眼睛追蹤攝影機 1306:眼動範圍照明器 1310:顯示面板 1312:眼動範圍 1320:目鏡 1330:照明器 1400:HMD 1402:前體 1404:帶 1406:側面 1408:定位器 1410:慣性量測單元（IMU） 1411:深度攝影機總成（DCA） 1412:位置感測器 1414:眼睛追蹤系統 1480:顯示系統 h1-h9:基本高度

現在將結合圖式描述例示性具體實例，其中：

[圖1A]為本揭示內容之照明器的側面剖面圖；

[圖1B]為與照明光之側向光功率密度分佈重疊的由圖1A之照明器照明的顯示面板之像素陣列的側面剖面圖；

[圖2]為根據具體實例的由圖1A之照明器照明的顯示面板之基板中之光功率密度的塔耳波特（Talbot）分佈；

[圖3A]為可用作圖1A之照明器中之聚焦元件之折射微透鏡陣列的側面剖面圖；

[圖3B]為可用作圖1A之照明器中之聚焦元件之盤查拉特納姆-貝瑞（Pancharatnam-Berry）相位（PBP）微透鏡陣列的平面圖；

[圖3C]為可用作圖1A之照明器中之聚焦元件之液晶（LC）微透鏡陣列的側剖面圖；

[圖3D]為可用作圖1A之照明器中之聚焦元件之繞射微透鏡陣列的平面圖；

[圖3E]為可用作圖1A之照明器中之聚焦元件之高度調變奈米結構之單個元件的三維視圖；

[圖3F]為可用作圖1A之照明器中之光圖案化結構的振幅遮罩的平面圖；

[圖4]為用三色彩頻道之光以不同入射角照明的光導的側剖面圖，說明由圖1A之照明器之聚焦元件聚焦的光點之色彩相關側向移位；

[圖5A]為高度調變奈米結構的側向輪廓，該高度調變奈米結構提供不同色彩頻道之聚焦光的不同側向偏移；

[圖5B]為模擬光功率密度圖，示出不同色彩頻道之光可藉由圖5A之高度調變奈米結構聚焦在焦平面上之不同位置處；

[圖5C]為聚焦在焦平面中之不同位置處的不同色彩頻道之光之光功率密度之側向分佈的曲線圖；

[圖6A]為針對不同塔耳波特階的光之塔耳波特平面位置與波長之關係的圖，說明使用不同塔耳波特階以使不同波長之光（亦即，不同色彩頻道之光）的塔耳波特平面定位在距聚焦元件或光圖案化結構之相同距離處的原理；

[圖6B]為模擬光功率密度圖，說明塔耳波特平面的形成；

[圖7A]為本揭示內容之顯示裝置的分解剖面圖；

[圖7B]為通過圖7B之顯示裝置傳播之光的塔耳波特圖案；

[圖8]為具有用於側向移位光點/光功率密度峰值陣列之位置之可傾斜反射器之照明器具體實例的側剖面圖；

[圖9]為具有圖8之照明器及額外可選光束操縱層之顯示裝置的分解剖面圖；

[圖10A]及[圖10B]為說明使用具有圖8或圖9之可傾斜反射器的照明器補償可切換光柵之角度波長色散的原理的示意圖；

[圖11A]、[圖11B]及[圖11C]為說明由本揭示內容之照明器進行局部調光的可能性的示意圖；

[圖12]為根據本揭示內容之用於照明顯示面板的方法的流程圖；

[圖13]為本揭示內容之具有一副眼鏡之外觀尺寸的擴增實境（AR）顯示器的視圖；及

[圖14]為本揭示內容之頭戴式顯示器（HMD）的三維視圖。

100:照明器

102:顯示面板

104:透明材料板條

106:照明光

108:光源

110:光柵

111:第一外表面

112:第二外表面

114:部分

116:輸出耦合光柵

118:聚焦元件

120:光點

124:像素

130:黑色網格

Claims (20)

1. 一種用於顯示面板之照明器，該照明器包含： 透明材料的板條，該板條包含第一外表面及第二外表面，用於藉由來自該第一外表面及該第二外表面之一系列內反射在該板條中傳播照明光； 輸出耦合光柵，其由該板條支撐以用於在該第一表面處自該板條輸出耦合該照明光之部分；及 聚焦元件，其用於在該聚焦元件下游將由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列以用於照明該顯示面板之像素。
2. 如請求項1之照明器，其中該聚焦元件經配置以由於塔耳波特效應而在距該光點陣列之一距離處由該光點陣列形成光功率密度峰值陣列。
3. 如請求項1之照明器，其中該聚焦元件包含微透鏡陣列。
4. 如請求項3之照明器，其中該微透鏡陣列包含以下各項中之至少一者：折射微透鏡陣列；繞射微透鏡陣列；液晶微透鏡陣列；或盤查拉特納姆-貝瑞相位（PBP）微透鏡陣列。
5. 如請求項1之照明器，其中該聚焦元件包含相位遮罩。
6. 如請求項5之照明器，其中該相位遮罩包含以下各項中之至少一者：具有空間可變LC定向之液晶（LC）層；圖案化LC聚合物；或具有空間變化高度之奈米結構。
7. 如請求項1之照明器，其進一步包含多色光源，用於向該板條提供該照明光，該照明光包含複數個色彩頻道之光； 其中下列各項中之至少一者： 該照明器經配置以將該複數個色彩頻道中之不同者之該光以不同角度耦合至該板條中，使得該光點陣列中之光點形成對應於該複數個色彩頻道之色彩交錯的光點子陣列；或 該聚焦元件經配置以形成色彩交錯的光點子陣列，所述色彩交錯的子陣列對應於該複數個色彩頻道之該光。
8. 如請求項1之照明器，其進一步包含： 光源，其用於為該板條提供該照明光；及 可傾斜反射器，其在該光源與該板條之間的光學路徑中，用於使該照明光進入該板條中之輸入耦合角度變化。
9. 一種顯示裝置，其包含： 顯示面板，其包含在基板上之像素陣列；及 照明器，其藉由該基板耦接至該顯示面板以用於照明該像素陣列，該照明器包含： 透明材料的板條，該板條包含第一外表面及第二外表面，用於藉由自該第一表面及該第二表面之一系列內反射而在該板條中傳播照明光； 輸出耦合光柵，其由該板條支撐，用於在該第一表面處自該板條輸出耦合該照明光之部分；及 光圖案化結構，其包含振幅遮罩或相位遮罩中之至少一者，用於由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列，其中在操作中，所述形成的光點之光傳播通過該基板，並由於塔耳波特效應而在該像素陣列處產生光功率密度峰值陣列。
10. 如請求項9之顯示裝置，其中該光圖案化結構包含=下列中之至少一者： 折射微透鏡陣列； 繞射微透鏡陣列； 盤查拉特納姆-貝瑞相位（PBP）微透鏡陣列； 圖案化液晶聚合物；或 具有空間變化高度之奈米結構。
11. 如請求項9之顯示裝置，其進一步包含在該板條下游之光學路徑中之一光束操縱層，用於有角度地操縱所述輸出耦合的照明光部分。
12. 如請求項9之顯示裝置，其進一步包含多色光源，用於向該板條提供該照明光，該照明光包含複數個色彩頻道之光； 其中下列中之至少一者： 該照明器經配置以將該複數個色彩頻道中之不同者之該光以不同角度耦合至該板條中，使得該光點陣列中之光點形成該光點陣列之色彩交錯的子陣列，所述色彩交錯的子陣列對應於該複數個色彩頻道之該光；或 該光圖案化結構經配置以形成該光點陣列之所述色彩交錯的子陣列； 且 其中形成至所述色彩交錯的光點子陣列中之該複數個色彩頻道之所述輸出耦合的照明光部分在該顯示面板之該基板中傳播並在該像素陣列處產生該光功率密度峰值陣列之色彩交錯的子陣列。
13. 如請求項12之顯示裝置，其中在該像素陣列處的所述色彩交錯的光功率密度峰值子陣列為該光點陣列之所述色彩交錯的子陣列之不同塔耳波特階。
14. 如請求項12之顯示裝置，其中所述色彩交錯的光功率密度峰值子陣列各別具有每吋至少2000個峰值之密度。
15. 如請求項12之顯示裝置，其進一步包含在該多色光源與該板條之間的光學路徑中之可傾斜反射器，用於改變該照明光進入該板條中之輸入耦合角度。
16. 如請求項15之顯示裝置，其進一步包含控制器，該控制器可操作地耦接至該多色光源及該可傾斜反射器，並經配置以： 使該可傾斜反射器傾斜至對應於該複數個色彩頻道中之第一色彩頻道之第一傾斜角度； 致使該多色光源產生該第一色彩頻道之光； 使該可傾斜反射器傾斜至對應於該複數個色彩頻道中之第二不同色彩頻道之第一傾斜角度；及 致使該多色光源產生該第二色彩頻道之光； 其中該第一傾斜角度及該第二傾斜角度經選擇以提供所述照明光部分之相同輸出角度。
17. 一種用於照明包含在基板上之像素陣列之顯示面板的方法，該方法包含： 藉由自板條表面之一系列內反射在透明材料板條中傳播照明光； 使用一輸出耦合光柵在所述板條表面中之一者處自該板條輸出耦合該照明光之部分； 在振幅或相位中之至少一者方面對所述照明光部分進行空間調變以由所述輸出耦合的照明光部分形成光點陣列；及 將所述形成的光點之光傳播通過該基板以由於塔耳波特效應而在該像素陣列處形成光功率密度峰值陣列。
18. 如請求項17之方法，其中： 該照明光包含複數個色彩頻道之光；且 對所述照明光部分進行空間調變以形成該光點陣列之色彩交錯的子陣列，所述色彩交錯的子陣列對應於該複數個色彩頻道之該光，從而該光功率密度峰值陣列包含在該像素陣列處的色彩交錯的光功率密度峰值子陣列。
19. 如請求項17之方法，其進一步包含在該照明光之源與該像素陣列之間的光學路徑中使用可傾斜反射器或操縱層中之至少一者來有角度地操縱所述輸出耦合的照明光部分。
20. 如請求項19之方法，其中該顯示面板包含黑色網格，且其中以空間選擇性方式操縱所述輸出耦合的照明光部分以藉由重定向所述照明光部分以入射至該黑色網格而非該像素陣列上來提供該顯示面板之空間選擇性調光。