TWI598676B - 顯示系統之螢幕組態 - Google Patents

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TWI598676B
TWI598676B TW104132274A TW104132274A TWI598676B TW I598676 B TWI598676 B TW I598676B TW 104132274 A TW104132274 A TW 104132274A TW 104132274 A TW104132274 A TW 104132274A TW I598676 B TWI598676 B TW I598676B
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安德里Ｓ 卡斯米爾斯基
亞當Ｅ 諾頓
瑪莉 樓 傑普森
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咕果公司
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    • G02F1/133541—Circular polarisers

Description

顯示系統之螢幕組態 [相關申請案之交叉參考]
本申請案主張2014年9月30日申請之美國臨時申請案第62/057,585號之權利，該申請案之內容以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於顯示系統，且特定言之(但不純粹)係關於顯示系統中之前螢幕組態。
大顯示器可係過於昂貴的，此係因為製造顯示面板之成本隨著顯示區域以指數方式上升。成本之此指數上升由大單塊顯示器之增加之複雜性、與大顯示器相關聯之良率之減少(較大數目之組件必須無缺陷以用於大顯示器)及增加之運輸、遞送及設定成本引起。使較小顯示面板並排以形成較大多面板顯示器，可幫助減小與大單塊顯示器相關聯之許多成本。
可藉由投射子影像以形成一統一影像而產生一大顯示系統。然而，此等顯示系統帶來一組相異挑戰。包含經投射影像之顯示系統具有用於投射影像之螢幕。前螢幕之光學性質促成顯示器之對比率及視角。在一些背景內容中，期望顯示器具有一非常高的對比率及均勻亮度(甚至依多種視角)。
101‧‧‧後投射顯示設備；顯示器；顯示塊
110‧‧‧螢幕層
120‧‧‧影像產生層
121‧‧‧透射性像素陣列
122‧‧‧透射性像素陣列
123‧‧‧透射性像素陣列
124‧‧‧透射性像素陣列
125‧‧‧透射性像素陣列
126‧‧‧透射性像素陣列
128‧‧‧間隔區域
130‧‧‧照明層
131‧‧‧照明源
132‧‧‧照明源
134‧‧‧照明源
135‧‧‧照明源
136‧‧‧照明源
138‧‧‧透鏡層
147‧‧‧發散投射光束
150‧‧‧放大子影像
161‧‧‧周邊間隔距離
162‧‧‧內部間隔距離
163‧‧‧周邊間隔距離
164‧‧‧內部間隔距離
165‧‧‧固定距離
166‧‧‧離距
195‧‧‧統一影像
207‧‧‧前螢幕
208‧‧‧前螢幕扇區
209‧‧‧針孔
209C‧‧‧中心針孔
209S‧‧‧針孔
210‧‧‧螢幕層組態
220‧‧‧第一微透鏡陣列
225A‧‧‧第一透鏡子集
225B‧‧‧第一透鏡子集
225C‧‧‧第一透鏡子集
230‧‧‧中間層
233‧‧‧光學路徑邊界
240‧‧‧第二微透鏡陣列
241‧‧‧中心透鏡
242‧‧‧周邊透鏡
245A‧‧‧第二透鏡子集
245B‧‧‧第二透鏡子集
245C‧‧‧第二透鏡子集
290‧‧‧切除部
310A‧‧‧螢幕層
310B‧‧‧螢幕層
310C‧‧‧螢幕層
403‧‧‧未偏光周圍光
404‧‧‧垂直偏光之光
405‧‧‧圓形偏光之光
407‧‧‧反射圓形偏光之光
408‧‧‧水平偏光之光
410‧‧‧螢幕層
415‧‧‧線性偏光器
420‧‧‧四分之一波片
430‧‧‧偏光保持漫射體
參考以下圖式描述本發明之非限制性及非窮舉性實施例，其中 貫穿多種圖式，除非另外指定，否則相同元件符號指相同部分。
圖1A繪示根據本發明之一實施例之包含安置於一螢幕層與一照明層之間之一影像產生層之一顯示設備。
圖1B係根據本發明之一實施例之圖1A中繪示之顯示設備之一部分之組態之一示意性側視圖。
圖2繪示根據本發明之一實施例之包含一第一微透鏡陣列及一第二微透鏡陣列之一螢幕層組態之一示意性側視圖。
圖3A至圖3C繪示根據本發明之一實施例之一螢幕層組態之例示性實施例。
圖4展示根據本發明之一實施例之一螢幕層之一例示性組態。
在本文中描述包含一螢幕層之一顯示設備之實施例。在以下描述中，提出許多特定細節以提供實施例之一透徹理解。然而，熟習相關技術者將認知可在無特定細節之一或多者之情況下或使用其他方法、組件、材料等實踐本文中所描述之技術。在其他例項中，未詳細展示或描述熟知結構、材料或操作以避免模糊某些態樣。
貫穿此說明書指「一項實施例」或「一實施例」意為結合實施例描述之一特定特徵、結構或特徵包含於本發明之至少一實施例中。因此，片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」在貫穿此說明書之多種地方中出現不必須都指相同實施例。此外，可在一或多項實施例中以任何適合方式組合特定特徵、結構或特徵。
圖1A及圖1B繪示根據本發明之一實施例之一後投射顯示設備101之功能層。圖1A係顯示設備101之層之一透視圖，而圖1B係圖1A中繪示之顯示設備之一部分之組態之一示意性側視圖。圖1B展示圖1A繪示包含安置於一螢幕層110與一照明層130之間之一影像產生層120之顯示設備101。圖1A展示照明層130包含照明源131、132、133、 134、135及136之一陣列。光源之陣列中之各個光源照明一對應像素陣列以將由像素陣列產生之子影像投射至螢幕層110上作為放大子影像150。放大子影像150組合以形成統一影像195。在圖1A中繪示之實施例中，各個像素陣列係依列及行(例如，100個像素乘100個像素)配置之一透射性像素陣列。在一實施例中，各個像素陣列係一吋乘一吋。
影像產生層120之所繪示之實施例包含由間隔區域128彼此分離之透射性像素陣列121、122、123、124、125及126。螢幕層110之所繪示之實施例被分成用於顯示一整體統一影像195之子影像150之六個區域。顯示器101由複數個小圖像(pixlet)構成，該複數個小圖像各包含全部在通過顯示器101之一行內對準之一照明源(例如，134)、透射性像素陣列(例如，124)及用於顯示一子影像150之一螢幕區域。多個小圖像分別經投射使得其等一起在螢幕層110處形成一並排式無縫影像。
在所繪示之實施例中，各個照明源在一對應像素陣列下方對準，以使用燈光照明對應像素陣列之一背側。例如，照明源131對應於像素陣列121，且照明源134對應於像素陣列124。照明源131至136可實施為產生具有一明確界定之角範圍或角錐之一發散投射光束147以完全照明駐留在影像產生層120上方之其等之對應透射性像素陣列之獨立光源(例如，彩色或單色LED、量子點等)。在一實施例中，投射光束147之角範圍係20度。投射光束147包含在行進穿過透射性像素陣列之後包含子影像150之影像光，此係因為影像光由經驅動至透射性像素陣列上之子影像調變。各個光源大約呈現為至其之對應像素陣列之一點源。
照明層130及影像產生層120彼此分離達一固定距離165(例如，8mm)。此分離可使用一透明中間物(例如，玻璃或塑膠層)達成且可進 一步包含一或多個透鏡層138(包含透鏡、孔隙、光束限制器)以控制或操縱自照明源發射之燈光之角範圍及橫截面形狀。在一實施例中，一照明控制器可耦合至照明源131至136以控制其等之照明強度。照明層130可包含在其上安置照明源131至136之一基板。
透射性像素陣列121至126安置於影像產生層120上且各包含透射性像素之一陣列(例如，100個像素乘100個像素)。在一實施例中，各個像素陣列係一平方吋。在一實施例中，透射性像素可實施為背光式液晶像素。各個透射性像素陣列係在影像產生層120上藉由間隔區域128而與鄰近透射性像素陣列分離之一獨立顯示陣列。使鄰近像素陣列彼此分離之內部間隔距離162及164之寬度可係使一給定像素陣列與影像產生層120之一外邊緣分離之周邊間隔距離161及163之寬度之兩倍。在一實施例中，內部間隔距離162及164具有一寬度4mm，而周邊間隔距離161及163具有一寬度2mm。當然，可實施其他尺寸。
如所繪示，透射性像素陣列121至126跨影像產生層120在其中間隔距離162及164分離各個透射性像素陣列121至126之一矩陣中經間隔。在一實施例中，透射性像素陣列121至126各表示顯示像素(例如，背光式LCD像素)之一單獨及獨立陣列。間隔距離161至164顯著大於一給定透射性像素陣列121至126之像素之間之像素間分離。間隔區域128改良信號路由選項及/或使空間可用於包含諸如一顯示控制器之額外電路。沿著外部周邊駐留之間隔區域128亦提供用於電力及/或通信埠之空間。
雖然圖1A將影像產生層120繪示為包含配置成兩列及三行之六個透射性像素陣列121至126，但應瞭解，顯示器101之多種實施方案可包含組織成列及行之不同組合之更多或更少透射性像素陣列。因而，在具有照明源131至136比透射性像素陣列121至126之一比一(1：1)比率之實施例中，照明層130上之照明源之數目及佈局亦可變動。雖然為 了清楚起見圖1A未繪示三個經繪示層之間之中介層，但應瞭解，實施例可包含諸如透鏡陣列、提供機械剛度及光學偏移之透明基板、保護層或其他之多種中介光學或結構子層。
在一顯示控制器之控制下切換透射性像素陣列121至126以調變投射光束147且將子影像150投射至螢幕層110上。子影像150共同融合在一起以呈現實質上無縫之一統一影像195給來自螢幕層110之觀察側之一觀察者。換言之，隨著由透射性像素陣列121至126產生之子影像跨影像產生層120與螢幕層110之間之離距166(例如，2mm)經投射，該等子影像被放大。子影像150經足夠放大以在形成一無縫統一影像195之間隔區域128上方延伸且覆蓋間隔區域128。放大因數取決於離距166及由照明源131至136發射之發散投射光束147之角展開。在一實施例中，子影像150放大約1.5倍。統一影像195不僅覆蓋內部間隔距離162及164，而且覆蓋周邊間隔距離161及163。因而，顯示器101可鄰近其他顯示塊101定位且經通信互連以形成更大複合無縫顯示器，在該情況中由一單一顯示塊產生之統一影像195變為一多塊統一影像之一子部分。
在一並排式背面投射架構(諸如圖1A及圖1B中所繪示之並排式背面投射架構)中，入射於螢幕層110上之影像光未經準直。此發散光可導致跨螢幕層110之不同位置處之角亮度變動。此偏差可在各個子影像150之周邊周圍最大。解決此偏差之先前方法包含將菲涅爾(Fresnel)透鏡放置於前螢幕之正後方以在影像光會遇前螢幕之前準直影像光。然而，完全消除出現於菲涅爾透鏡之間之縫處之可見假影係困難的。另一先前方法係使用微透鏡以將影像光聚焦至一光吸收螢幕層之針孔中。然而，在該方法中，使用將影像光之一大部分反射返回朝向微透鏡之一散射材料填充針孔(依主要在前螢幕的法向之一定向散射影像光)。影像光返回至微透鏡之反射無效率且係作用為光吸收 螢幕層之像素之針孔之間之光學串擾之一可能來源。因此，圖2至圖4呈現提供經改良之光學效率及影像光跨螢幕層110之角分佈之經增加之均勻度之背面投射螢幕架構。
圖2繪示根據本發明之一實施例之包含一前螢幕207、一第一微透鏡陣列220及一第二微透鏡陣列240之螢幕層組態210之一示意性側視圖。螢幕層組態210係螢幕層110之一實例。可存在作為安置於第一微透鏡陣列220與第二微透鏡陣列240之間之中間層230之一囊封材料，如所繪示。前螢幕207具有吸收將增加顯示器101之對比率之周圍光(不透明)之光學性質。前螢幕207包含穿過其之針孔209之一陣列。針孔之陣列可穿過少於10%之前螢幕207使得前螢幕207仍吸收一環境中之絕大多數周圍光。
第一微透鏡陣列220經光學耦合以自影像產生層120之像素陣列121至126接收影像光。第二微透鏡陣列240安置於前螢幕207與第一微透鏡陣列220之間。第二微透鏡陣列240自第一微透鏡陣列220偏移達大約第一微透鏡陣列220中之微透鏡之一焦距，但不偏移達少於第一微透鏡陣列220中之微透鏡之焦距。在一實施例中，第二微透鏡陣列240自第一微透鏡陣列220偏移達稍微大於第一微透鏡陣列220中之微透鏡之一焦距(例如，在焦距之1.0倍與焦距之1.2倍之間)之一偏移距離。光學實驗建議當使第二微透鏡陣列240自第一微透鏡陣列220偏移達稍微大於第一微透鏡陣列220中之微透鏡之一焦距之一偏移距離時達成改良之角光學校正。第二微透鏡陣列240經耦合以引導自第一微透鏡陣列220接收之影像光穿過針孔209之陣列。第二微透鏡陣列240可引導影像光之一主光線穿過針孔209使得影像光之主光線於前螢幕207之平面的法向出射針孔。使第二微透鏡陣列240引導影像光之一主光線穿過針孔209(而非將影像光聚焦至一漫射螢幕上)可實質上增加利用所揭示之光學組態之顯示器之效率，此係因為達成穿過各個針孔 之光之角校正而不需要使用可引入顯著吸收及/或反散射光之一漫射材料。
第一微透鏡陣列220中之各個微透鏡具有與第一微透鏡陣列220中之其之對應微透鏡軸向對準之第二微透鏡陣列240中之一對應微透鏡。第一微透鏡陣列及第二微透鏡陣列之組態具有依組態之一受光角或低於該受光角之照明之一數值孔徑。換言之，一旦來自影像產生層120之影像光進入第一微透鏡陣列中之一微透鏡，該影像光便保持於限於第一微透鏡陣列中之微透鏡及第二微透鏡陣列中之對應軸向對準之微透鏡以及對應微透鏡之間之空間或囊封材料(若有)之一光學路徑邊界233內。此組態防止鄰近非對應微透鏡之間之光學串擾且確保入射第一微透鏡陣列中之一給定微透鏡上之影像光將最終出射對應於給定微透鏡之一針孔209。
圖2中繪示之透鏡組態、微透鏡之數目及微透鏡曲率係為了繪示概念，但可在實踐中使用其他組態及曲率。圖2中之切除部290包含第一微透鏡陣列220之一部分、第二微透鏡陣列240之一部分及前螢幕207之一部分。此等部分經具體設計以自接收自像素陣列124之影像光產生一放大子影像150。顯示設備101包含前螢幕207、微透鏡陣列220及微透鏡陣列240之此等部分之六者以自來自像素陣列121至126之影像光產生六個子影像150。
圖3A至圖3C繪示根據本發明之一實施例之包含切除部290中之螢幕層210之此等部分之更特定實例之一螢幕層組態之例示性實施例。圖3A繪示前螢幕207之部分作為前螢幕扇區208，第一微透鏡陣列220之部分作為第一透鏡子集225A及第二微透鏡陣列240之部分作為第二透鏡子集245A。螢幕層310A包含前螢幕扇區208、第一透鏡子集225A、第二透鏡子集245A及中間層230。中間層230可係一氣隙或其可係一囊封材料。囊封材料可具有與第一及第二微透鏡陣列之折射率 不同之一折射率。亦應理解，可使用未安置於第一透鏡子集225A與第二透鏡子集245A之間之一額外囊封材料。舉例而言，若層230具有與第一透鏡子集225A及第二透鏡子集245A之折射率相同之折射率，則可使用具有一更低折射率之一額外囊封材料以包圍第一透鏡子集225A及第二透鏡子集245A。
在圖3A中，第二透鏡子集245包含在一中心針孔209C周圍居中之一中心透鏡241。在一實施例中，第二透鏡子集245A具有微透鏡之間之一均勻間距(例如，60微米)，而包圍中心針孔209C之針孔209S離中心針孔209C越遠該等針孔209S便漸進增加其等距彼此之距離。因此，包圍中心透鏡241之第二透鏡子集245A之透鏡自其等之對應針孔之中心偏移達隨著距中心透鏡241之一距離增加便漸進增加之一偏移距離。雖然針孔209未均勻間隔，但若間隔非均勻性低於人眼之解析度，則顯示設備之一觀看者無法注意到針孔209(作用為像素)之非均勻間隔。當第二透鏡子集245A具有一均勻間距時，第一透鏡子集225A具有相同均勻間距以使第一透鏡子集225A中之透鏡與第二透鏡子集245A中之透鏡保持軸向對準。
周邊透鏡242經對準使得其等之對應針孔距其等之中心最遠，此係因為相較於第二透鏡子集245A中之其他微透鏡，周邊透鏡242呈最傾斜角接收影像光。相比之下，中心針孔209C在中心透鏡241之中心處軸向對準，此係因為中心透鏡241依最小傾斜角接收影像光。微透鏡之組態及漸增偏移針孔經設計以使影像光於前螢幕207之一平面的法向出射穿過針孔209作為有效遠心影像光用於統一影像195之經改良之觀察。
在圖3A中，第一微透鏡陣列220中之微透鏡之一曲率與第二微透鏡陣列240中之微透鏡之一曲率面對相同方向，即兩個曲率都面對朝向影像產生層120。圖3B及圖3C與圖3A不同在於第一微透鏡陣列220 中之微透鏡之曲率與第二微透鏡陣列240中之微透鏡之曲率面對相對方向。在圖3B中，螢幕層310B包含前螢幕扇區208、第一透鏡子集225B、第二透鏡子集245B及中間層230。在圖3C中，螢幕層310C包含前螢幕扇區208、第一透鏡子集225C及第二透鏡子集245C。然而，在圖3C中，第一透鏡子集225C及第二透鏡子集245C整合至相同材料之一相連部分231中。具有一單一相連部分231可節約製造成本。相連部分231可由當相連部分231係使用一射出模具製成時可使用之諸如丙烯酸、聚碳酸酯或苯乙烯之塑膠形成。亦可使用一紫外線(「UV」)可固化樹脂製造相連部分231。在一實施例中，相連部分231由諸如BK7之玻璃製成。
圖4展示根據本發明之一實施例之螢幕層410之一部分之一例示性組態。雖然為了圖解說明僅展示將放置於影像產生層120之一像素陣列上方之螢幕層410之部分，但螢幕層410可用作螢幕層110。前螢幕層410係螢幕層310A、310B及310C之一替代例。代替依靠具有針孔以出射影像光(但一般吸收周圍光)之一前螢幕，螢幕410包含一偏光方案。螢幕層410包含第一透鏡子集225A、第二透鏡子集245A、四分之一波片420、線性偏光器層415及(視情況)偏光保持漫射體430。相連部分231或第一透鏡子集225B及第二透鏡子集245B可替換圖4中之第一透鏡子集225A及第二透鏡子集245A。雖然在實踐中偏光保持漫射體430、四分之一波片420及線性偏光器415可在其等之間無空間，但為了描述之目的，將其等繪示為在其等之間具有空間。當然，未繪示之中介層亦可放置於所繪示之層之間。
為了繪示螢幕層410之功能，未偏光周圍光403入射於線性偏光層415上。周圍光403之水平部分由線性偏光器415吸收，而周圍光403之垂直部分穿過線性偏光器415作為垂直偏光之光404。當垂直偏光之光404會遇四分之一波片420時，其變為圓形偏光之光405。圓形偏光 之光405之一部分可由第二透鏡子集245A下方之顯示組件吸收，而圓形偏光之光405之剩餘部分經反射為反射圓形偏光之光407。反射圓形偏光之光407具有一相對旋轉(例如，順時針方向對逆時針方向)作為圓形偏光之光405。反射圓形偏光之光407接著會遇將反射圓形偏光之光407轉換成由線性偏光器415吸收之水平偏光之光408之四分之一波片420。因此，螢幕層410之偏光方案吸收周圍光403，此增加顯示器101之對比率。行進穿過第一微透鏡陣列及第二微透鏡陣列(且穿過偏光保持漫射體430(若使用))之影像光具有當其會遇四分之一波片420時經轉換為垂直偏光之影像光之一偏光，此容許影像光穿過線性偏光器415。因此，螢幕層410之優勢係微透鏡組態(及偏光保持漫射體430(若使用))提供具有於螢幕層410的法向引導用於觀察之一主光線之影像光且影像光以一高效率傳播穿過四分之一波片420及線性濾光器415。在同時，線性偏光器415及四分之一波片420幫助吸收周圍光403，使得前螢幕410呈現黑色(而非反射周圍光)用於增加對比率。
偏光保持漫射體430可係包含經設計以影響影像光之一特定散射分佈之非均勻微透鏡之一陣列之一工程漫射體。非均勻微透鏡之曲率經設計以依所要散射分佈散射影像光。來自紐約羅切斯特(Rochester)之RPC Photonics之一Engineered DiffuserTM係可用作偏光保持漫射體430之一可能漫射體。瑞士之SUSS MicroOptics、丹麥之NIL Technology及阿拉巴馬(Alabama)亨茨維爾(Huntsville)之MEMS Optical亦製造適合工程漫射體。
包含摘要中之描述之本發明之所繪示實施例之上文之描述不意欲窮舉性的或將本發明限於所揭示之精確形式。雖然為了闡釋性目的在本文中描述本發明之特定實施例及實例，但可有在本發明之範疇內之多種修改，如由熟習相關技術者將認知。
可根據上文之詳細描述對本發明做出此等修改。不應將以下申 請專利範圍中使用之術語理解為將本發明限於說明書中揭示之特定實施例。而是，本發明之範疇將完全由根據申請專利範圍解譯之既定原則理解之以下申請專利範圍而判定。
121‧‧‧透射性像素陣列
124‧‧‧透射性像素陣列
131‧‧‧照明源
134‧‧‧照明源
147‧‧‧發散投射光束
207‧‧‧前螢幕
209‧‧‧針孔
210‧‧‧螢幕層組態
220‧‧‧第一微透鏡陣列
230‧‧‧中間層
233‧‧‧光學路徑邊界
240‧‧‧第二微透鏡陣列
290‧‧‧切除部

Claims (20)

  1. 一種用於一顯示系統之光學組態，其包括：一前螢幕，其具有吸收周圍光之光學性質，其中該前螢幕包含針孔之一陣列；一第一微透鏡陣列，其經耦合以自一影像產生層之一像素陣列接收影像光；及一第二微透鏡陣列，其經安置於該前螢幕與該第一微透鏡陣列之間，其中該第二微透鏡陣列自該第一微透鏡陣列偏移達大約該第一微透鏡陣列中之微透鏡之一焦距，且其中該第二微透鏡陣列經耦合以引導自該第一微透鏡陣列接收之該影像光穿過針孔之該陣列，該第一微透鏡陣列中之該等微透鏡之各者與該第二微透鏡陣列中之一對應微透鏡軸向對準。
  2. 如請求項1之光學組態，其進一步包括安置於該第一微透鏡陣列與該第二微透鏡陣列之間之一囊封材料。
  3. 如請求項2之光學組態，其中該囊封材料具有與該第一微透鏡陣列及該第二微透鏡陣列之折射率不同之一折射率。
  4. 如請求項1之光學組態，其中該第二微透鏡陣列包含複數個透鏡子集，各個透鏡子集包含：一中心透鏡，其在針孔之該陣列中之一中心針孔周圍居中；及周圍透鏡，其等自對應針孔之中心偏移達一偏移距離，其中隨著距該中心透鏡之一距離增加，該偏移距離漸進增加。
  5. 如請求項4之光學組態，其中該第一微透鏡陣列具有該第一微透鏡陣列中之微透鏡之間之一均勻間距，且其中該第二微透鏡陣列具有在該第二微透鏡陣列中之微透鏡之間之該均勻間距，且 進一步其中隨著該偏移距離增加，針孔之該陣列中之針孔之間之一間距增加。
  6. 如請求項1之光學組態，其中該第一微透鏡陣列及該第二微透鏡陣列之一組態具有依該組態之一受光角或低於該受光角之照明之一數值孔徑，以防止該第二微透鏡陣列中之鄰近微透鏡之間之光學串擾。
  7. 如請求項1之光學組態，其中該第二微透鏡陣列於該前螢幕之一平面的法向引導該影像光之一主光線。
  8. 如請求項1之光學組態，其中該第一微透鏡陣列及該第二微透鏡陣列整合至一相同材料之一相連部分中。
  9. 如請求項1之光學組態，其中該第一微透鏡陣列中之該等微透鏡之一第一曲率與該第二微透鏡陣列中之微透鏡之一第二曲率面對一相同方向。
  10. 如請求項1之光學組態，其中該第一微透鏡陣列中之該等微透鏡之一第一曲率與該第二微透鏡陣列中之該等微透鏡之一第二曲率面對一相對方向。
  11. 如請求項1之光學組態，其進一步包括：一照明層，其具有複數個光源，其中該光源之各者經組態以發射具有一明確界定之角範圍之一發散投射光束；及一影像產生層，其具有與該複數個像素陣列中之相鄰像素陣列隔開之複數個像素陣列，其中各個像素陣列經組態以自該複數個光源中之該等光源之一者接收該發散投射光束且產生包含一經投射子影像之該影像光。
  12. 如請求項11之光學組態，其中該複數個光源中之該等光源之各者在該複數個像素陣列中之一像素陣列下方居中。
  13. 如請求項12之光學組態，其中該第二微透鏡陣列包含複數個透 鏡子集，各個透鏡子集包含：一中心透鏡，其在針孔之該陣列中之一中心針孔周圍居中，其中該中心透鏡與該等光源之一者之一中心軸向對準。
  14. 如請求項1之光學組態，其中該第二微透鏡陣列自該第一微透鏡陣列偏移達該第一微透鏡陣列中之該等微透鏡之一焦距之1.0倍與1.2倍之間。
  15. 一種顯示設備，其包括：一照明層，其具有複數個光源，其中該等光源之各者經組態以發射具有一明確界定之角範圍之一發散投射光束；一影像產生層，其具有複數個像素陣列，該複數個像素陣列與該複數個像素陣列中之相鄰像素陣列隔開，其中各個像素陣列經組態以自該複數個光源中之該等光源之一者接收該發散投射光束且產生包含一經投射子影像之影像光；一第一微透鏡陣列，其經耦合以自該影像產生層接收該等經投射子影像；一線性偏光器層，其中該等經投射子影像組合以形成一統一(unified)影像；一四分之一波板，其經安置於該第一微透鏡陣列與該線性偏光器層之間；及一第二微透鏡陣列，其經安置於該四分之一波板與該第一微透鏡陣列之間，其中該第二微透鏡陣列經耦合以引導自該第一微透鏡陣列接收之該影像光以呈標稱(nominally)上於該四分之一波板之一平面的法向之一角會遇(encounter)該四分之一波板，該第一微透鏡陣列中之該等微透鏡之各者與該第二微透鏡陣列中之一對應微透鏡軸向對準。
  16. 如請求項15之顯示設備，其進一步包括經組態以在該影像光出 射該第二微透鏡陣列之後塑形該影像光之一角分佈之一偏光保持漫射體，其中該偏光保持漫射體包含一非均勻微透鏡陣列。
  17. 如請求項16之顯示設備，其中該偏光保持漫射體經安置於該第二微透鏡陣列與該四分之一波板之間。
  18. 如請求項15之顯示設備，其進一步包括經安置於該第一微透鏡陣列與該第二微透鏡陣列之間之一囊封材料。
  19. 如請求項18之顯示設備，其中該囊封材料具有與該第一微透鏡陣列及該第二微透鏡陣列之折射率不同之一折射率。
  20. 如請求項15之顯示設備，其中該第一微透鏡陣列及該第二微透鏡陣列之一組態具有依該組態之一受光角或低於該受光角之照明之一數值孔徑，以防止該第二微透鏡陣列中之鄰近微透鏡之間之光學串擾。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102350295B1 (ko) * 2015-02-11 2022-01-17 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
JP6660257B2 (ja) * 2016-06-15 2020-03-11 本田技研工業株式会社 車両用遮光装置
JP7298809B2 (ja) 2016-07-15 2023-06-27 ライト フィールド ラボ、インコーポレイテッド ２次元、ライトフィールドおよびホログラフィックリレーによるエネルギー伝搬および横方向アンダーソン局在
KR20200116942A (ko) 2018-01-14 2020-10-13 라이트 필드 랩 인코포레이티드 3d 환경에서 데이터를 렌더링하는 시스템 및 방법
US11092930B2 (en) 2018-01-14 2021-08-17 Light Field Lab, Inc. Holographic and diffractive optical encoding systems
AU2019206621A1 (en) 2018-01-14 2020-07-30 Light Field Lab, Inc. Systems and methods for transverse energy localization in energy relays using ordered structures
WO2019140346A2 (en) 2018-01-14 2019-07-18 Light Field Lab, Inc. Four dimensional energy-field package assembly
WO2020054362A1 (ja) * 2018-09-11 2020-03-19 ソニー株式会社 偏光分離素子、およびプロジェクタ
WO2020206151A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 Leia Inc. Multiview display alignment method and system
CN110361871B (zh) * 2019-07-28 2024-03-26 成都航空职业技术学院 基于微透镜阵列的双视3d显示装置
CN110297335B (zh) * 2019-07-28 2024-04-05 福州恒美光电材料有限公司 基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3d显示装置
WO2021169155A1 (zh) * 2020-02-25 2021-09-02 李德龙 一种基于全像传递的平面光源光束整形方法及装置
US11860383B2 (en) * 2021-08-02 2024-01-02 Omnivision Technologies, Inc. Flare-suppressing image sensor
CN114924415A (zh) * 2022-05-12 2022-08-19 拾斛科技(南京)有限公司 一种虚拟显示设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1052545C (zh) * 1994-04-01 2000-05-17 葛晓勤 彩色大屏幕和超大屏幕液晶显示屏
GB9618593D0 (en) * 1996-09-06 1996-10-16 Central Research Lab Ltd Apparatus for displaying an image
US6816306B2 (en) * 1998-04-15 2004-11-09 Bright View Technologies Inc. Micro-lens array based light transmitting screen with high resolution and low imaging artifacts
US7125121B2 (en) * 2002-02-25 2006-10-24 Ricoh Company, Ltd. Image display apparatus
US7342719B1 (en) * 2004-06-25 2008-03-11 Rockwell Collins, Inc. Projection screen with reduced speckle
CN2752813Y (zh) * 2004-12-10 2006-01-18 广东威创日新电子有限公司 一种无缝拼接大屏幕投影装置
US7667893B2 (en) * 2005-04-06 2010-02-23 Seiko Epson Corporation Microlens front projection screen
US10502870B2 (en) * 2012-10-04 2019-12-10 North Inc. Optical assembly

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