TWI650623B - 廣角相干光產生裝置與方法、使用廣角相干光的顯示裝置以及非暫時性電腦可讀儲存媒體 - Google Patents

廣角相干光產生裝置與方法、使用廣角相干光的顯示裝置以及非暫時性電腦可讀儲存媒體 Download PDF

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Abstract

提供了一種用於產生相干光的方法和裝置以及利用相干光的顯示裝置。相干光產生裝置包括：背光單元，產生平行光；相干光產生器，使平行光聚集到焦點上並產生相干光，從而基於從焦點傳播的光的干涉來形成全息圖。廣角相干光產生裝置可以使平行光聚集到焦點上，並且可以利用光學裝置產生具有廣角的相干光。

Description

廣角相干光產生裝置與方法、使用廣角相干光的顯 示裝置以及非暫時性電腦可讀儲存媒體 【相關申請案之交叉參考】
本申請要求在韓國知識產權局於2013年5月23日提交的第10-2013-0058513號韓國專利申請和於2013年11月1日提交的第10-2013-0132351號韓國專利申請的優先權權益，它們的公開內容通過引用包含於此。
下面描述的示例實施例涉及一種產生具有廣角的相干光的方法和裝置、以及利用該相干光的顯示裝置。
三維(three-dimensional，3D)顯示技術應用於各種圖像顯示領域，例如，電影、電視(television，TV)、和行動電話等。最終，3D顯示的目的是能夠使人體驗3D效果(彷彿他或她處於 真實環境中)，因此，一直在對包括例如身歷聲方案和多視角方案等的各種各樣的技術進行研究。
然而，由於基於視點的成像技術僅使用在空間中以預定點進行二維(two-dimensional，2D)投影的光的資訊，因此所有3D光資訊不會被呈現，這會導致諸如不自然3D表現和在觀看3D圖像期間視覺疲勞等的問題。
全息術(holography)被代表性地用作將3D空間光資訊恢復為真實光的形式的技術。全息術可以基於干涉(即，光的波形性)在空間中將光恢復。全息圖(hologram)的概念最初由Dennis Garbor於1948年提出，然而，全息顯示尚未被商業化。
前述和/或其他方面通過提供一種相干光產生裝置來實現，所述相干光產生裝置包括：背光單元，產生平行光；相干光產生器，使平行光聚集到焦點上並產生相干光，從而基於從焦點傳播的光的干涉來形成全息圖。
相干光產生器可以是透鏡，基於由在具有不同折射率的兩種介質中平行光通過其行進的光路的長度之間的差異導致的相位差，透鏡使平行光聚集到焦點上。
所述相干光產生裝置還可以包括像素。相干光產生器可以位於像素被佈置在其上的表面的後側，並且可以將穿過像素的平行光聚集到焦點上。
所述相干光產生裝置可以不包括狹縫。
所述相干光產生裝置還可以包括多個像素，對於所述多 個像素中的每個像素可以形成相干光產生器。
所述相干光產生裝置還可以包括像素。相干光產生器可以位於像素被佈置在其上的表面的前側，並且在平行光穿過像素之前，可以將平行光聚集到焦點上。
透鏡可以包括凸透鏡和凹透鏡中的至少一種。
相干光產生器可以包括相位調製器，相位調製器改變光軸的中心部分的折射率和光軸的週邊部分的折射率，使得折射率彼此不同，並且基於由平行光通過其行進的光路的位置導致的相位差，將平行光聚集到焦點上。
相干光產生器可以包括相位調製光柵，基於由平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，相位調製光柵使平行光聚集到焦點上。
相干光產生器可以包括振幅調製光柵，通過阻擋平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，振幅調製光柵使平行光聚集到焦點上。
從焦點傳播的光可以具有至少15°的廣角。從焦點傳播的光可以具有至少30°的廣角。從焦點傳播的光可以具有至少60°的廣角。
所述相干光產生裝置還可以包括多個像素。所述多個像素中的每個像素可以具有至少10微米(μm)的寬度。
前述和/或其他方面通過提供一種相干光發生方法來實現，所述相干光發生方法包括下述步驟：產生平行光；使平行光聚集到焦點上並產生相干光，從而基於從焦點傳播的光的干涉來形成全息圖。
聚集的步驟可以包括：基於由在具有不同折射率的兩種介質中平行光通過其行進的光路的長度之間的差異導致的相位差，通過透鏡使平行光聚集到焦點上。
聚集的步驟可以包括：通過相位調製器來改變光軸的中心部分的折射率和光軸的週邊部分的折射率，使得折射率彼此不同，並且基於由平行光通過其行進的光路的位置導致的相位差，將平行光聚集到焦點上。
聚集的步驟可以包括：基於由平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，通過相位調製光柵使平行光聚集到焦點上。
聚集的步驟可以包括：通過阻擋平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，通過振幅調製光柵使平行光聚集到焦點上。
前述和/或其他方面通過提供一種利用相干光的顯示裝置來實現，所述顯示裝置包括：背光單元，產生平行光；空間光調製器，調製穿過多個像素的平行光的相位或振幅，空間光調製器包括所述多個像素；相干光產生器，使具有調製的相位或調製的振幅的平行光聚集到焦點上，並且對於所述多個像素中的每個像素產生相干光，使得平行光從焦點傳播；顯示單元，基於對於所述多個像素中的每個像素產生的廣角相干光的干涉，在空間中顯示三維(3D)圖像。
前述和/或其他方面通過提供一種相干光產生裝置來實現，所述相干光產生裝置包括：像素，設置在平坦表面上；背光單元，產生單一波長的與其上設置有像素的平坦表面平行的相干 準直光；相干光產生器，將平行光聚集到焦點上並且產生相干光，其中，相干光產生器設置在平坦表面的側面以對應於像素。
前述和/或其他方面通過提供一種顯示裝置來實現，所述顯示裝置包括：多個像素，以網格狀圖案設置在平坦表面上；背光單元，產生單一波長的與其上設置有像素的平坦表面平行的相干準直光(coherent and collimated light)；多個相干光產生器，將平行光聚集到焦點上以產生相干光，其中，每個相干光產生器位於平坦表面的側面以對應於所述多個像素中的一個；顯示單元，基於對於所述多個像素中的每個像素產生的相干光的干涉顯示三維(3D)圖像。
示例實施例的附加方面將在下面的描述中被部分地闡述，並且部分地將通過描述而清楚，或者可以通過本公開的實踐而瞭解。
110‧‧‧背光單元
120‧‧‧像素
130‧‧‧相干光產生器
140‧‧‧焦點
210‧‧‧背光單元
211、213、215、217‧‧‧平行波
220‧‧‧像素
230‧‧‧透鏡
240‧‧‧焦點
250‧‧‧光
260‧‧‧框部
270‧‧‧框部
271‧‧‧透鏡的部分
273‧‧‧空氣
275‧‧‧光
310‧‧‧背光單元
311‧‧‧平行波
320‧‧‧像素
330‧‧‧相位調製器
331‧‧‧光軸
340‧‧‧焦點
350‧‧‧光
360‧‧‧焦點的框部
370‧‧‧光的框部
371‧‧‧靠近光軸的部分
373‧‧‧遠離光軸的部分
375、377、379‧‧‧圓形波陣面
410‧‧‧背光單元
411‧‧‧平行波
420‧‧‧像素
430‧‧‧相位調製光柵
440‧‧‧焦點
450‧‧‧光
460‧‧‧焦點的框部
470‧‧‧光的框部
471‧‧‧相位調製光柵的凹部
473‧‧‧相位調製光柵的凸部
510‧‧‧振幅調製光柵
520‧‧‧光
610‧‧‧背光單元
620‧‧‧相干光產生器
630‧‧‧像素
640‧‧‧焦點
710‧‧‧背光單元
720‧‧‧空間光調製器
730‧‧‧相干光產生器
740‧‧‧顯示單元
810‧‧‧背光單元
820‧‧‧顯示面板
830‧‧‧光學單元
840‧‧‧框部
841‧‧‧電晶體
843‧‧‧電極
845‧‧‧像素
850‧‧‧框部
851‧‧‧相干光產生器
910‧‧‧平行光
920‧‧‧顯示面板
921、923、925、927‧‧‧像素
931、933、935、937‧‧‧相干光產生器
1010‧‧‧平行光
1021、1023、1025、1027‧‧‧相干光產生器
1030‧‧‧顯示面板
1031、1033、1035、1037‧‧‧像素
1110、1120‧‧‧步驟
n(x)‧‧‧折射率
θ‧‧‧廣角
通過下面結合附圖對示例實施例的描述，這些和/或其他方面將變得清楚並且更加容易理解。
圖1示出根據示例實施例的廣角相干光產生裝置的示例的方塊圖。
圖2示出根據示例實施例的其中透鏡被用作相干光產生器的示例的示圖。
圖3示出根據示例實施例的其中相位調製器被用作相干光產生器的示例的示圖。
圖4示出根據示例實施例的其中相位調製光柵被用作相干光 產生器的示例的示圖。
圖5示出根據示例實施例的其中振幅調製光柵被用作相干光產生器的示例的示圖。
圖6示出根據示例實施例的廣角相干光產生裝置的另一示例的方塊圖。
圖7示出根據示例實施例的利用廣角相干光的顯示裝置的方塊圖。
圖8示出根據示例實施例的利用廣角相干光的顯示裝置的結構的示例的示圖。
圖9和圖10示出根據示例實施例的利用廣角相干光的顯示裝置的結構的其他示例的示圖。
圖11示出根據示例實施例的廣角相干光發生方法的流程圖。
現在將詳細參照實施例，在附圖中示出了實施例的示例，其中，相同的附圖標記始終表示相同的元件。下面通過參照附圖描述示例實施例以解釋本公開。
可以基於相干光的干涉來產生全息圖。術語「相干光」可以是指在光學上導致干涉的光，並且通常可以是指具有相同波長的光，即，單個波長的光。為了控制干涉，可能會需要預先識別光相位資訊。
通常，為了同時產生多束相干光，可以使用狹縫。利用矽上液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)技術的微型顯示器被頻繁地用在全息圖實驗等中。目前可以實現0.7英寸大小的具有兩 百萬像素的微型顯示器。微型顯示器可以具有大約8微米(μm)的像素寬度和3.9°的繞射角(angle of diffraction)。鑒於尺寸和光產生角，微型顯示器可能不足以用作商用顯示器。
為了實現廣視角的全息圖，可以使用通過跟蹤用戶眼睛的主動渲染技術(active rendering technology)。這樣的顯示器會具有相對低的規格，例如，大約一千五百萬個像素。主動渲染顯示器(active rendering display)可以通過眼睛跟蹤在20英寸的螢幕中提供15°的視角，儘管繞射角為大約0.2°。然而，顯示器的使用限制於單人，並且亮度仍然低。
如上所述，正在進行大量研究以在大螢幕上實現具有廣角的全息圖。然而，由於到現在為止所實現的裝置使用大量的像素資源，因此會難於將所述裝置用作顯示器。
光因在電磁場中的時空變化而可以作為電磁波，並且可以通過改變電子的運動來產生。因此，光可以包括涉及作為波的特性的波長、振幅以及相位的資訊。由於光通常由多個電子同時產生，因此光可以具有組性(group property)。因此，光可以因具有不同波長、不同振幅和不同相位的大量波的組合而呈現。
全息術可以被描述為在預定位置通過多束波的相長干涉和相消干涉而在空間中呈現光的技術。為了呈現全息圖，可能會需要能夠相互干涉的相干光。例如，由於光的相干性，因此可以使用具有單一波長的光來呈現全息圖。
圖1示出根據示例實施例的廣角相干光產生裝置的示例的方塊圖。
圖1的廣角相干光產生裝置可以包括例如背光單元110 和相干光產生器130。
背光單元110可以產生與其上放置有像素120的表面平行的光。例如，背光單元110可以產生具有單一波長的光。為了產生平行光，背光單元110可以使用各種不同的光源，例如，發光二極體(light emitting diode，LED)等。在實施例中，背光單元110可以產生相干光(coherent light)或準直光(collimated light)，或者相干光和準直光兩者。
相干光產生器130可以使由背光單元110產生的平行光聚集到焦點140上，並且可以因此產生廣角的相干光。相干光產生器130可以對應於例如具有各種形狀的被構造為使平行光聚集到單焦點上的各種各樣的光學裝置。相干光產生器130可以不包括通常被用於產生相干光的狹縫。
相干光產生器130可以位於其上放置有像素120的表面的後側，並且可以將穿過像素120的光聚集到焦點140上。例如，相干光產生器130可以位於與設置有背光單元110的表面相反的表面上。
在實施例中，相干光產生器130可以是例如透鏡。基於由光路的長度之間的差異產生的相位差，透鏡可以將由背光單元110產生的平行光聚集到焦點140上，其中，平行光在具有不同折射率的兩種介質中通過光路行進。
例如，基於透鏡的形狀，平行光通過其行進的光路的長度可以彼此不同。基於光路的長度之間的差異，同時入射在透鏡上的平行光的相位可以彼此不同。基於相位之間的差異，平行光可以聚集到單焦點上，並且可以從焦點以與平行光入射在透鏡上 的角度相同的角度傳播。傳播的光可以指相干光，並且可以用於通過相長干涉(constructive interference)和相消干涉(destructive interference)產生全息圖。
透鏡可以是凸透鏡或凹透鏡。凸透鏡的焦點可以位於凸透鏡的相對於光行進所沿的方向的後側。凹透鏡的焦點可以位於凹透鏡的相對於光行進所沿的方向的前側。
在另一實施例中，相干光產生器130可以是例如相位調製器。相位調製器可以改變光軸的中心部分的折射率和光軸的週邊部分的折射率，使得折射率可以彼此不同，並且可以基於由平行光通過其行進的光路的位置導致的相位差，使由背光單元110產生的平行光聚集到焦點140上。
例如，相位調製器可以能夠使光軸的中心部分的折射率與光軸的週邊部分的折射率不同。基於折射率之間的差異，同時入射在相位調製器上的平行光的相位可以彼此不同。基於相位之間的差異，平行光可以聚集到單焦點上，並且可以從焦點以與平行光入射在相位調製器上的角度相同的角度傳播。傳播的光可以指相干光，並且可以用於通過干涉產生全息圖。
在另一實施例中，相干光產生器130可以是例如相位調製光柵。基於由平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異產生的相位差，相位調製光柵可以使平行光聚集到焦點140上。
例如，基於相位調製光柵的形狀，平行光通過其行進的光路的長度可以彼此不同。基於光路的長度之間的差異，同時入射在相位調製光柵上的平行光的相位可以彼此不同。基於相位之 間的差異，平行光可以聚集到單焦點上，並且可以從焦點以與平行光入射在相位調製光柵上的角度相同的角度傳播。傳播的光可以指相干光，並且可以用於通過干涉產生全息圖。
相干光產生器130可以是例如振幅調製光柵。通過阻擋平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，振幅調製光柵可以使平行光聚集到焦點140上。
例如，振幅調製光柵可以部分阻擋平行光的行進，因此，穿過振幅調製光柵的光的振幅可以彼此不同。基於振幅之間的差異，平行光可以聚集到單焦點上，並且可以從焦點以與平行光入射在振幅調製光柵上的角度相同的角度傳播。傳播的光可以指相干光，並且可以用於通過干涉產生全息圖。
平行光通過相干光產生器130聚集到其上的焦點可以通過下面的式1來計算：[式1]f=2/p cot(θ/2)
在式1中，f表示焦點，p表示像素的寬度，θ表示從焦點傳播的相干光的立體角。當光通過將在下面進一步描述的相干光產生器聚集到焦點上並且傳播時，可以形成具有廣闊的立體角的相干光。如式1中所示，可以通過調整寬度p和焦點f來將立體角θ設置為至少15°、至少30°或至少60°。此外，儘管寬度p被限制為若干μm或至少10μm，但可以通過調整焦點f來實施具有至少15°、至少30°或至少60°的立體角θ的光產生裝置。
圖2示出根據示例實施例的其中透鏡被用作相干光產生器的示例的示圖。
參照圖2，背光單元210可以產生平行波211、213、215和217，即，與其上放置有像素220的表面平行的光。在實施例中，背光單元210可以產生相干光或準直光，或者相干光和準直光兩者。透鏡230可以位於像素220的後側。穿過像素220的光可以通過穿過透鏡230而聚集到焦點240上。穿過焦點240的光250可以以廣角θ傳播。
在示出穿過透鏡230的光的框部270中，透鏡230的部分271的折射率可以與空氣273的折射率不同，光通過其行進的光路的長度可以彼此不同，這可以導致相位差。基於相位差，穿過透鏡230的光275可以聚集到單焦點例如焦點240上。
在示出穿過透鏡230的光聚集到其上的焦點240的框部260中，光可以以廣角θ聚集到焦點240上，並且可以以廣角θ傳播。傳播的光可以用於通過干涉形成全息圖。
透鏡230可以包括例如任意和所有能夠使光聚集到焦點240上的透鏡。穿過像素220的光可以通過透鏡230折射，可以聚集到焦點240，並且可以繼續傳播。
入射在透鏡230的表面上的光可以以與透鏡230的折射率成反比地減少的光速傳播。透鏡230可以具有球形表面或抛物線形表面。因此，遠離光軸的中心的光的相位變得更快，這是因為穿過透鏡230的光路短，光軸的中心中的光的相位會變得更慢，這是因為穿過透鏡230的光路長。
在穿過透鏡230的同時發生相位改變的光可以朝著焦點240行進，並且可以形成圓形波陣面的光。儘管光穿過了焦點240，但可以在保持圓形波陣面的同時傳播。在焦點240，光可以具有單 相位並且可以以單一波長傳播，因此，可以保持相干性並且光可以以廣角傳播。例如，當為每個像素佈置具有相同形狀的透鏡時，可以在每個焦點處產生具有相同相位的相干光，並且相干光可以以廣角傳播。
通過控制廣角相干光，憑藉相長干涉和相消干涉，可以在期望位置中產生全息圖像。
圖3示出根據示例實施例的其中相位調製器被用作相干光產生器的示例的示圖。
參照圖3，背光單元310可以產生平行波311，即，與其上放置有像素320的表面平行的光。相位調製器330可以位於像素320的後側，即，像素320的右側。穿過像素320的光可以通過穿過相位調製器330而聚集到焦點340上。穿過焦點340的光350可以以廣角θ傳播。
在示出穿過相位調製器330的光的框部370中，相位調製器330的靠近光軸331的部分371的折射率n(x)可以與相位調製器330的遠離光軸331的部分373的折射率n(x)不同，這可以導致相位差。基於相位差，穿過相位調製器330的光可以具有圓形波陣面375、377和379，並且可以聚集到單焦點(例如，焦點340)上。
在示出穿過相位調製器330的光聚集到其上的焦點340的框部360中，光可以以廣角θ聚集到焦點340上，並且可以以廣角θ傳播。
相位調製器330可以基於光軸331的中心部分而具有不同的折射率。在圖2的示例中，基於在具有不同折射率的兩種介 質中的光路的長度之間的差異而導致的相位差，光可以利用透鏡230聚集。在圖3的示例中，雖然光路的絕對長度相同，但光軸331的中心部分的折射率和光軸331的週邊部分的折射率可以連續地變化，因此，穿過相位調製器330的光可以基於位置而具有不同的相位。
相位調製器330可以例如利用全像光學元件(holographic optical element，HOE)來實現。
圖4示出根據示例實施例的其中相位調製光柵被用作相干光產生器的示例的示圖。
參照圖4，背光單元410可以產生平行波411，即，與其上放置有像素420的表面平行的光。相位調製光柵430可以位於像素420的後側，即，像素420的右側。穿過像素420的光可以通過穿過相位調製光柵430而聚集到焦點440上。穿過焦點440的光450可以以廣角θ傳播。例如，相位調製光柵430可以以鋸齒的形式形成。
在示出穿過相位調製光柵430的光的框部470中，相位調製光柵430的凹部471可以與相位調製光柵430的凸部473的光路長度相比不同的光路長度，這可以導致相位差。基於相位差，穿過相位調製光柵430的光可以聚集到單焦點例如焦點440上。
在示出穿過相位調製光柵430的光聚集到其上的焦點440的框部460中，光可以以廣角θ聚集到焦點440上，並且可以以廣角θ傳播。
相位調製光柵430可以利用蝕刻方案或者其他方案高精度地製造，因此，可以在大的面積上實現均勻特性。
圖5示出根據示例實施例的其中振幅調製光柵被用作相干光產生器的示例的示圖。
參照圖5，光520可以通過穿過振幅調製光柵510聚集到焦點上。穿過焦點的光520可以以廣角θ傳播。
光520可以穿過振幅調製光柵510的一部分，或者可以不穿過振幅調製光柵510的另一部分。基於光520是否穿過振幅調製光柵510，光520的振幅可以不同。基於振幅之間的差異，穿過振幅調製光柵510的光可以聚集到單焦點上。
圖6示出根據示例實施例的廣角相干光產生裝置的另一示例的方塊圖。
圖6的廣角相干光產生裝置可以包括例如背光單元610和相干光產生器620。
背光單元610可以產生與其上放置有像素630的表面平行的光。例如，背光單元610可以產生具有單一波長的光。為了產生平行光，背光單元610可以利用例如LED等的各種光源。
相干光產生器620可以將通過背光單元610產生的平行光聚集到焦點640上，並且可以以廣角產生相干光。相干光產生器620可以對應於例如具有各種形狀的被構造成將平行光聚集到單焦點上的各種光學裝置。例如，相干光產生器620可以對應於透鏡、相位調製器、相位調製光柵或振幅調製光柵。
相干光產生器620可以位於其上已經佈置有像素630的表面的前側，在平行光穿過像素630之前，相干光產生器620可以將平行光聚集到焦點640上。
圖7示出根據示例實施例的利用廣角相干光的顯示裝置 的方塊圖。
圖7的顯示裝置可以包括例如背光單元710、空間光調製器720、相干光產生器730和顯示單元740。
背光單元710可以產生與多個像素佈置於其上的表面平行的光。在實施例中，背光單元710可以產生相干光或準直光，或者相干光和準直光兩者。背光單元710可以產生具有單一波長的光。為了產生平行光，背光單元710可以使用例如LED等的各種光源。
空間光調製器720可以包括多個像素，並且可以調製穿過所述多個像素的平行光的相位或振幅。可以對每個像素佈置空間光調製器720。空間光調製器720可以調製穿過像素的光的相位或振幅。
由空間光調製器720調製的相位或振幅可以通過相干光產生器730反映在具有廣角的相干光上，並且可以用作通過顯示單元740來將3D圖像在空間中恢復的源。
相干光產生器730可以將具有調製的相位或調製的振幅的平行光聚集到焦點上，並且可以產生具有廣角的相干光。
在實施例中，相干光產生器730可以是例如透鏡。基於由在具有不同折射率的兩種介質中平行光通過其行進的光路的長度之間的差異而導致的相位差，透鏡可以將平行光聚集到焦點上。透鏡可以是凸透鏡或凹透鏡。
在另一實施例中，相干光產生器730可以是例如相位調製器。相位調製器可以改變光軸的中心部分的折射率和光軸的週邊部分的折射率，使得折射率可以彼此不同，並且基於由平行光 通過其行進的光路的位置導致的相位差，相位調製器可以將平行光聚集到焦點上。
在另一實施例中，相干光產生器730可以是例如相位調製光柵。基於由平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，相位調製光柵可以將平行光聚集到焦點上。
在另一實施例中，相干光產生器730可以是例如振幅調製光柵。通過阻擋平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，振幅調製光柵可以將平行光聚集到焦點。
對於多個像素中的每個像素，基於以廣角產生的相干光的干涉，顯示單元740可以在空間中顯示3D圖像。例如，顯示單元740可以利用對於每個像素來講以廣角產生的相干光在全息圖表面上顯示3D圖像。顯示單元740可以包括例如液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)、薄膜電晶體-LCD(thin film transistor-liquid crystal display，TFT-LCD)、有機LED(organic light emitting diode，OLED)和柔性顯示器等，但是對此沒有限制。
圖8示出根據示例實施例的利用廣角相干光的顯示裝置的結構的示例的示圖。
圖8的顯示裝置可以包括例如背光單元810、顯示面板820和光學單元830。
背光單元810可以產生與顯示面板820平行的平行光。
顯示面板820可以用作空間光調製器，並且可以具有能夠調製光的相位或振幅的結構。顯示面板820可以構造有成格子或網格狀圖案的像素。
在示出顯示面板820的放大部分的框部840中，顯示面 板820可以包括成黑色矩陣的結構的電極843、電晶體841和像素845。電晶體841可以包括例如TFT，像素845可以包括例如氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)膜。
在示出光學單元830的一部分的框部850中，相干光產生器851可以被設置為對應於像素845。即，相干光產生器851可以被定位成沿著像素845的平坦表面，從而可以將穿過像素845的光聚集到焦點上。如上面圖2至圖5中所述，相干光產生器851可以包括例如透鏡、相位調製器、相位調製光柵以及振幅調製光柵中的一種或更多種。相干光產生器851可以設置在像素845的前側。相反地，相干光產生器845可以設置在顯示面板820的像素845的後側。在任一實施例中，相干光產生器845的光軸可以通常對準在顯示面板820的像素845的中心。在另一實施例中，光軸可以被設置為距離像素的中心有一定量的偏移量，從而將產生的相干光引導到空間中的特定位置。在又一實施例中，當相干光產生器851位於顯示面板820的像素845的前面時，建議使顯示面板820的像素845和相干光產生器851之間的間隙最小化，以減小像素處的光衍射效應。在再一實施例中，當相干光產生器851位於顯示面板820的像素845的後面時，建議將顯示面板820的像素845定位在相干光產生器851的焦面(focal plane)，以防止因像素之間的任何光阻擋掩模而造成的光的損失。
在圖8中，透鏡可以用作相干光產生器。透鏡可以被設置成對應於空間光調製器的每個像素。
圖9和圖10示出根據示例實施例的利用廣角相干光的顯示裝置的結構的其他示例的示圖。
圖9示出相干光產生器931、933、935和937的佈置的示例。相干光產生器931、933、935和937可以佈置在顯示面板920的前側。相干光產生器931、933、935和937可以被設置成分別對應於顯示面板920的像素921、923、925和927。平行光910的相位或振幅可以在顯示面板920中被調製。具有調製的相位或調製的振幅的平行光910可以分別穿過相干光產生器931、933、935和937，可以分別聚集到焦點，並且可以分別從焦點以廣角傳播。
圖10示出相干光產生器1021、1023、1025和1027的佈置的示例。相干光產生器1021、1023、1025和1027可以佈置在顯示面板1030的後側。相干光產生器1021、1023、1025和1027可以被設置成分別對應於顯示面板1030的像素1031、1033、1035和1037。平行光1010可以穿過相干光產生器1021、1023、1025和1027，並且可以聚集到顯示面板1030上的焦點上。平行光1010的相位或振幅可以在顯示面板1030中被調製，具有調製的相位或調製的振幅的平行光1010可以分別從焦點以廣角傳播。
圖11示出根據示例實施例的廣角相干光發生方法的流程圖。
參照圖11，在步驟1110中，廣角相干光產生裝置可以產生與其上放置有像素的表面平行的光。例如，廣角相干光產生裝置可以產生單一波長的光。為了產生平行光，廣角相干光產生裝置可以使用例如LED等的各種光源。
在步驟1120中，廣角相干光產生裝置可以將平行光聚集到焦點上，並且基於從焦點傳播的光，可以產生具有廣角的相干 光。
通過利用透鏡，基於由在具有不同折射率的兩種介質中平行光通過其行進的光路的長度之間的差異導致的相位差，廣角相干光產生裝置可以將平行光聚集到焦點上。
通過利用相位調製器，廣角相干光產生裝置可以改變光軸的中心部分的折射率和光軸的週邊部分的折射率，使得折射率可以彼此不同，並且基於由平行光通過其行進的光路的位置導致的相位差，廣角相干光產生裝置可以將平行光聚集到焦點上。
通過利用相位調製光柵，基於由平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，廣角相干光產生裝置可以將平行光聚集到焦點上。
通過利用振幅調製光柵，通過阻擋平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，廣角相干光產生裝置可以將平行光聚集到焦點上。
如上所述，根據示例實施例，通過利用光學裝置，廣角相干光產生裝置可以能夠使每個像素中產生的光具有廣視角。
另外，根據示例實施例，廣角相干光產生裝置可以利用光學裝置產生具有廣角的相干光，同時將像素寬度保持在目前商用顯示級別(例如，至少100μm)。
此外，根據示例實施例，為了呈現全息圖像，即使在具有相對大的寬度的像素中，廣角相干光產生裝置也可以利用光學裝置產生具有廣角的相干光，並且可以廣泛地應用在呈現3D圖像的領域(例如，全息顯示和全息印刷等)中。
上述示例實施例可以被記載在包括程式指令的非暫時性 電腦可讀儲存媒體中，以實現由電腦實施的各種操作。所述媒體還可以單獨地或組合地包括程式指令、資料檔案和資料結構等。記載在媒體上的程式指令可以是那些出於示例實施例的目的而被特定設計的和構造的，或者它們對於電腦軟體領域的技術人員來說可以是眾所周知的並且是可用的。非暫時性電腦可讀媒體的示例包括：諸如硬碟、軟碟和磁帶的磁媒體；諸如CD ROM盤和DVD的光學媒體；諸如光碟的磁光媒體；諸如唯讀記憶體(read-only memory，ROM)、隨機存取記憶體(random access memory，RAM)和閃速記憶體等的被特定地構造為存儲並執行程式指令的硬體裝置。非暫時性電腦可讀媒體還可以是分散式網路，使得程式指令以分散式形式存儲和執行。程式指令可以通過一個或更多個處理器來執行。非暫時性電腦可讀媒體還可以以執行(像處理器一樣處理)程式指令的至少一種專用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)或現場可編程閘陣列(field programmable gate array，FPGA)來實現。程式指令的示例包括諸如由編譯器產生的機器代碼和包含可以利用解釋器由電腦來執行的更高級的代碼的文檔。上述裝置可以被構造為當作一個或更多個軟體模組，從而執行上述示例實施例的操作，或者反之亦然。
這裏描述的任意一個或更多個軟體模組可以通過獨用於那個單元的基於專用硬體的電腦或處理器或者通過共用於一個或更多個模組的基於硬體的電腦或處理器來執行。所描述的方法可以在通用電腦或處理器上執行，或者可以在諸如這裏描述的相干光產生裝置的特定機械上執行。
儘管已經示出並描述了示例實施例，但是本領域技術人 員將理解的是，在不脫離本公開的原理和精神的情況下可以對這些示例實施例進行改變，本公開的範圍由申請專利範圍及其等同物來限制。

Claims (30)

  1. 一種相干光產生裝置，所述相干光產生裝置包括：背光單元，產生平行光；像素；以及相干光產生器，使所述平行光聚集到焦點上並產生相干光，從而基於來自所述像素且從所述焦點傳播的光的干涉來形成全息圖，其中所述像素配置於所述平行光或所述相干光的路徑上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生器包括透鏡，基於由在具有不同折射率的兩種介質中所述平行光通過其行進的光路的長度之間的差異導致的相位差，所述透鏡使所述平行光聚集到所述焦點上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生器位於其上設置有所述像素的表面的後側，並且所述相干光產生器將穿過所述像素的所述平行光聚集到所述焦點上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生裝置中不包括狹縫。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中所述像素為多個像素，其中，對於所述多個像素中的每個像素形成有所述相干光產生器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中所述相干光產生器位於其上佈置有所述像素的表面的前側，並且在所述平行光穿過所述像素之前，將所述平行光聚集到所述焦點上。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的相干光產生裝置，其中，所 述透鏡包括凸透鏡和凹透鏡中的至少一種。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生器包括相位調製器，所述相位調製器改變光軸的中心部分的折射率和所述光軸的週邊部分的折射率，使得彼此的折射率不同，並且基於由所述平行光通過其行進的光路的不同位置導致的相位差，將所述平行光聚集到所述焦點上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生器包括相位調製光柵，基於由所述平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，所述相位調製光柵使所述平行光聚集到所述焦點上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生器包括振幅調製光柵，通過阻擋所述平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，所述振幅調製光柵使所述平行光聚集到所述焦點上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的相干光產生裝置，其中，從所述焦點傳播的光包括至少15°的廣角。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的相干光產生裝置，其中，從所述焦點傳播的光包括至少30°的廣角。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的相干光產生裝置，其中，從所述焦點傳播的光包括至少60°的廣角。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的相干光產生裝置，其中所述像素為多個像素，所述多個像素中的每個像素的寬度為至少10微米。
  15. 一種相干光發生方法，包括： 產生平行光；以及使所述平行光聚集到焦點上並產生相干光並使所述平行光或所述相干光通過像素，從而基於來自所述像素且從所述焦點傳播的光的干涉來形成全息圖。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的相干光發生方法，其中，聚集的步驟包括：基於由在具有不同折射率的兩種介質中所述平行光通過其行進的不同光路的長度之間的差異導致的相位差，通過透鏡使所述平行光聚集到所述焦點上。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的相干光發生方法，其中，聚集的步驟包括：通過相位調製器來改變光軸的中心部分的折射率和所述光軸的週邊部分的折射率，使得彼此的折射率不同，並且基於由所述平行光通過其行進的光路的不同位置導致的相位差，將所述平行光聚集到所述焦點上。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的相干光發生方法，其中，聚集的步驟包括：基於由所述平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，通過相位調製光柵使所述平行光聚集到所述焦點上。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的相干光發生方法，其中，聚集的步驟包括：通過阻擋所述平行光通過其行進的多個光路的一部分，基於振幅差異，通過振幅調製光柵使所述平行光聚集到所述焦點上。
  20. 一種執行相干光發生方法的非暫時性電腦可讀儲存媒體，其以電腦可讀碼來編碼，包括實現如申請專利範圍第15項所述的相干光發生方法的程式。
  21. 一種利用相干光的顯示裝置，所述顯示裝置包括：背光單元，產生平行光；空間光調製器，調製穿過多個像素的所述平行光的相位或振幅，所述空間光調製器包括所述多個像素；相干光產生器，使具有調製的相位或調製的振幅的所述平行光聚集到焦點上，並且對於所述多個像素中的每個像素產生相干光，使得所述平行光從所述焦點傳播；以及顯示單元，基於對於所述多個像素中的每個像素產生的所述相干光的干涉，在空間中顯示三維圖像。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的顯示裝置，其中，所述相干光產生器包括透鏡，基於由在具有不同折射率的兩種介質中所述平行光通過其行進的光路的不同長度之間的差異導致的相位差，所述透鏡使所述平行光聚集到所述焦點上。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的顯示裝置，其中，所述相干光產生器包括相位調製器，所述相位調製器改變光軸的中心部分的折射率和所述光軸的週邊部分的折射率，使得彼此的折射率彼此不同，並且基於由所述平行光通過其行進的光路的不同位置導致的相位差，將所述平行光聚集到所述焦點上。
  24. 如申請專利範圍第21項所述的顯示裝置，其中，所述相干光產生器包括相位調製光柵，基於由所述平行光通過其行進的多個不同光路的長度之間的差異導致的相位差，所述相位調製光柵使所述平行光聚集到所述焦點上。
  25. 如申請專利範圍第21項所述的顯示裝置，其中，所述相干光產生器包括振幅調製光柵，通過阻擋所述平行光通過其行進 的多個光路的一部分，基於振幅差異，所述振幅調製光柵使所述平行光聚集到所述焦點上。
  26. 一種相干光產生裝置，包括：像素，設置在平坦表面上；背光單元，產生單一波長的與其上設置有像素的所述平坦表面平行的相干準直光；以及相干光產生器，將平行光聚集到焦點上並且產生相干光，從而基於來自所述像素且從所述焦點傳播的光的干涉來形成全息圖，其中，所述相干光產生器設置在所述平坦表面的側面以對應於所述像素。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的相干光產生裝置，其中，所述相干光產生器以廣角產生所述相干光。
  28. 一種利用相干光的顯示裝置，所述顯示裝置包括：多個像素，以網格狀圖案設置在平坦表面上；背光單元，產生單一波長的與其上設置有像素的所述平坦表面平行的相干準直光；多個相干光產生器，將平行光聚集到焦點上以產生相干光，其中，每個相干光產生器位於所述平坦表面的側面以對應於所述多個像素中的一個；以及顯示單元，基於對於所述多個像素中的每個像素產生的相干光的干涉顯示三維圖像。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的利用相干光的顯示裝置，其中，每個相干光產生器以廣角產生所述相干光。
  30. 如申請專利範圍第28項所述的利用相干光的顯示裝置， 其中，每個相干光產生器對準在相應的像素的中心。
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