[发明专利]提供方向可控准直光束的背光单元和使用其的3D显示器

说明书

技术领域

本公开涉及提供方向可控准直光束的背光单元和使用其的三维显示器。具体地，本公开涉及提供非常准直的光束并且控制准直光束的方向的背光单元和使用该背光单元的自动立体型三维显示器。

背景技术

最近，积极开发了很多用于制作和再现3D（三维）图像/视频的技术并且开展研究。由于涉及3D图像/视频的媒体是用于虚拟现实的新概念，它可以更好地改进视觉信息，并且将引领下一代显示装置。现有的2D图像系统仅仅提出了将图像和视频数据投影在平面图中，但是3D图像系统可以向观众提供完全真实图像数据。因此，3D图像/视频技术是正北（True North）图像/视频技术。

通常，存在三种方法来再现3D图像/视频：立体法、自动立体法、体积法，全息法和积分成像方法。在这些方法中，全息法使用激光束，使得能够通过肉眼来观看3D图像/视频。全息法是最理想的方法，因为它具有优异的视觉立体属性而观众没有任何疲劳。

为了产生对图像中的每一个点处的光波的相位的记录，全息照相使用与来自场景或者物体的光（物光束）组合的参考光束。如果这两个光束是相干的，则由于光波的叠加引起的参考光束和物光束之间的光学干涉产生一系列强度条纹，这些强度条纹可以被记录在标准照相胶片上。这些条纹在胶片上形成某种类型的衍射光栅，其被称为全息图。全息照相的中心目的是当所记录的光栅随后被替代参考光束照明时，原始的物光束被重构（或者再现），因而产生3D图像/视频。

计算机生成全息照相（或者CGH），也就是数字地生成全息干涉图案的方法，有新发展。例如，可以通过数字地计算出全息干涉图案并且将其印刷在掩模或者膜上以便随后用适当的相干光源照明，来生成全息图像。全息图像可以由全息3D显示器实现，绕过了必须每次制作全息干涉图案的“硬拷贝”的需要。

计算机生成的全息图具有的优点是人们希望示出的物体根本不必须具有任何实体真实性。如果已存在的物体的全息数据是以光学方式生成，但是是以数字方式记录和处理的，并且随后传送到显示器，则这也被称为CGH。例如，全息干涉图案由计算机系统生成，并且被发送到诸如LCSML（液晶空间光调制器）这样的空间光调制器，则通过向空间光调制器照射参考光束，来重构/再现对应于该全息干涉图案的3D图像/视频。图1是例示根据现有技术的使用计算机生成的全息图的数字全息图像/视频显示装置的结构图。

参照图1，计算机10生成要显示的图像/视频数据的全息干涉图案。所生成的全息干涉图案被发送到SLM 20。SLM 20，作为透射型液晶显示装置，可以表示全息干涉图案。在SLM 20的一侧，设置了用于生成参考光束的激光光源30。为了从激光光源30向SLM 20的整个表面上照射参考光束90，可以顺序地布置扩展器40和透镜系统50。来自激光光源30的参考光束90经过扩展器40和透镜系统50而照射到SLM 20的一侧。由于SLM 20是透射型液晶显示装置，对应于全息干涉图案的3D图像/视频将在SLM 20的另一侧重构/再现。

根据图1的全息型3D显示系统包括背光单元BLU，该背光单元BLU用于生成满足特定条件的参考光90并且用于从参考光90向具有大的对角面积的SLM（空间光调制器）20提供背光。在图1中，背光单元BLU包括：用于产生参考光90的光源30和具有相对大的体积的扩展器40和透镜系统50。在配置了具有这种背光单元BLU的全息3D显示系统的情况下，背光的亮度（或者照度）在SLM 20的大的面积上分布不均匀，因为光源30的光亮度分布为高斯曲线分布。此外，为了降低参考光90的衍射光的高阶模式噪声（其可能造成图像噪声），入射光可以相对于SLM 20具有特定入射角。在这种情况下，准直属性会被破坏。

为了克服现有技术的这个问题，正在开发一种用于即使入射光以入射角进入SLM也仍将SLM的入射光的准直属性维持到足以减少衍射光的0阶模式噪声的背光系统。存在使用例如准直透镜的系统。图2A是例示使用准直透镜来产生准直光束的背光单元的示意图。

参照图2A，在光源30处布置点光源，并且以光源30为准直透镜CL的焦点布置准直透镜CL。这样，从光源30照射的光在经过准直透镜CL之后会是准直光束。该准直光可以在全息3D显示中用作参考光。

在全息3D显示系统的大多数情况下，参考光应以特定入射角进入空间光调制器。诸如SLM这样的光衍射元件可以实现0阶模式图像、1阶模式图像和更高阶模式图像。为了消除或者减少更高阶模式图像，优选的是以特定入射角将光照射到光衍射元件中。