[发明专利]具有调制层的定向背光体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及提交于2012年4月27日的名称为“Directional Pixel for Use in a Display Screen”的PCT专利申请序列No.PCT/US2012/035573(律师案号No.82963238)以及提交于2012年5月31日的名称为“Directional Backlight”的PCT专利申请序列No.___(律师案号No.83011348)，两者都被转让给本申请的受让人并且通过引用被结合于此。

背景技术

在显示屏中再生光场的能力是成像和显示技术中的重要需求。光场是在每个方向上穿过空间中的每一个点行进的所有光线的集合。如果提供关于穿过场景的所有光线的强度、颜色以及方向的信息，任何自然的、现实世界的场景可以完全通过其光场表现其特征。目标是使得显示屏的观众能够如同人们亲自体验场景一样地体验场景。

电视机、个人计算机、膝上型计算机以及移动装置中的目前可用的显示屏仍大部分是二维的并且因此不能够准确地再生光场。近来出现了三维(“3D”)显示器，但是其除了提供有限数量的视图外，角度和空间分辨率也不高。示例包括基于全息摄影、视差屏障或双凸透镜的3D显示器。

这些显示器之间的一个共同的主题是难以产生以像素级别精确控制以便对于大范围的可视角度和空间分辨率实现良好的图像质量的光场。

附图说明

联系下述结合附图进行的详细描述，可以更为全面地理解本申请，在附图中相似的参考标号自始至终表示相似的部件，并且在附图中：

图1图示了根据各种示例的定向背光体(directional backlight)的示意图；

图2A-B图示了根据图1的定向背光体的示例性顶视图；

图3A-B图示了根据图1的定向背光体的另外的顶视图；

图4图示了具有三角形形状的定向背光体；

图5图示了具有六边形形状的定向背光体；

图6图示了具有圆形形状的定向背光体；以及

图7是利用依照各种示例的定向背光体产生3D图像的流程图。

具体实施方式

公开了具有调制层的定向背光体。如文中一般地使用的，定向背光体是用于以定向光束的形式提供光场的显示屏(例如，LCD显示屏)中的层。定向光束被定向背光体中的多个定向像素散射。每个定向光束源自不同的定向像素并且具有基于该定向像素的特性的给定的方向和角展度。该指定的方向性使得定向光束能够利用多个调制器而被调制(即，开启、关闭或者改变亮度)。调制器例如可以是液晶显示器(“LCD”)单元(具有或者不具有偏光器)。可以使用其他类型的调制器，例如基于包括微机电的(“MEMS”)、流体的、磁性的、电泳的不同机制或当施加电信号时调制光强度的其他机制的调制器。

在各种示例中，定向像素排列在由多个输入平面光束照射的定向背板中。定向像素接收输入平面光束并且将它们的一部分散射为定向光束。调制层被放置在定向像素之上以按照需要调制定向光束。调制层包括多个调制器(例如，LCD单元)，其中每个调制器调制来自单个定向像素的单个定向光束或者来自一组定向像素的一组定向光束。调制层使得能够利用很多不同的视图产生3D图像，其中每个视图由一组定向光束提供。

在各种示例中，定向背板中的定向像素具有排列在定向背板中或定向背板顶部上的基本上平行的沟槽的图案化光栅。定向背板例如可以是将输入平面光束引入定向像素的透明材料的板(slab)，所述透明材料例如为氮化硅(“SiN”)、玻璃或石英、塑料、铟锡氧化物(“ITO”)或其他材料。图案化光栅可以由直接刻蚀在定向背板或波导中的沟槽构成，或者可以由用沉积在定向背板或波导顶部上的材料(例如，任何可以被沉积和刻蚀或剥离的材料，包括任何电介质或金属)制成的沟槽构成。沟槽也可以是倾斜的。

如下面在这里更为详细地描述的，每个定向像素可以通过光栅长度(即，沿输入平面光束的传播轴的尺寸)、光栅宽度(即，与输入平面光束的传播轴交叉的尺寸)、沟槽取向、间距和占空比来确定。每个定向像素可以发出定向光束，该定向光束具有由沟槽取向和光栅间距决定的方向和由光栅长度和宽度决定的角展度。通过使用50％或50％左右的占空比，图案化光栅的第二(second)傅里叶系数变为零，从而防止了在其他不需要的方向上的光的散射。这确保了无论其输出角度如何，只有一个定向光束从每个定向像素发出。