提供方向可控準直光束的背光單元和使用其的3d顯示器的制造方法
【專利摘要】本公開涉及提供方向可控準直光束的背光單元和使用其的三維顯示器。本公開提出一種背光單元，所述背光單元包括：光源；以及光方向控制器，所述光方向控制器使用來自所述光源的入射光產(chǎn)生向預定方向和預定區(qū)域發(fā)射的光束。根據(jù)本公開的背光單元可以通過薄的和簡單的結構提供一種在空間光調制器的大對角面積上具有均勻亮度分布的方向可控準直光。
【專利說明】提供方向可控準直光束的背光單元和使用其的3D顯示器
【技術領域】
[0001]本公開涉及提供方向可控準直光束的背光單元和使用其的三維顯示器。具體地，本公開涉及提供非常準直的光束并且控制準直光束的方向的背光單元和使用該背光單元的自動立體型三維顯示器。
【背景技術】
[0002]最近，積極開發(fā)了很多用于制作和再現(xiàn)3D (三維)圖像/視頻的技術并且開展研究。由于涉及3D圖像/視頻的媒體是用于虛擬現(xiàn)實的新概念，它可以更好地改進視覺信息，并且將引領下一代顯示裝置?，F(xiàn)有的2D圖像系統(tǒng)僅僅提出了將圖像和視頻數(shù)據(jù)投影在平面圖中，但是3D圖像系統(tǒng)可以向觀眾提供完全真實圖像數(shù)據(jù)。因此，3D圖像/視頻技術是正北(True North)圖像/視頻技術。
[0003]通常，存在三種方法來再現(xiàn)3D圖像/視頻:立體法、自動立體法、體積法，全息法和積分成像方法。在這些方法中，全息法使用激光束，使得能夠通過肉眼來觀看3D圖像/視頻。全息法是最理想的方法，因為它具有優(yōu)異的視覺立體屬性而觀眾沒有任何疲勞。
[0004]為了產(chǎn)生對圖像中的每一個點處的光波的相位的記錄，全息照相使用與來自場景或者物體的光(物光束)組合的參考光束。如果這兩個光束是相干的，則由于光波的疊加引起的參考光束和物光束之間的光學干涉產(chǎn)生一系列強度條紋，這些強度條紋可以被記錄在標準照相膠片上。這些條紋在膠片上形成某種類型的衍射光柵，其被稱為全息圖。全息照相的中心目的是當所記錄的光柵隨后被替代參考光束照明時，原始的物光束被重構(或者再現(xiàn))，因而產(chǎn)生3D圖像/視頻。
[0005]計算機生成全息照相(或者CGH)，也就是數(shù)字地生成全息干涉圖案的方法，有新發(fā)展。例如，可以通過數(shù)字地計算出全息干涉圖案并且將其印刷在掩模或者膜上以便隨后用適當?shù)南喔晒庠凑彰?，來生成全息圖像。全息圖像可以由全息3D顯示器實現(xiàn)，繞過了必須每次制作全息干涉圖案的“硬拷貝”的需要。
[0006]計算機生成的全息圖具有的優(yōu)點是人們希望示出的物體根本不必須具有任何實體真實性。如果已存在的物體的全息數(shù)據(jù)是以光學方式生成，但是是以數(shù)字方式記錄和處理的，并且隨后傳送到顯示器，則這也被稱為CGH。例如，全息干涉圖案由計算機系統(tǒng)生成，并且被發(fā)送到諸如LCSML (液晶空間光調制器)這樣的空間光調制器，則通過向空間光調制器照射參考光束，來重構/再現(xiàn)對應于該全息干涉圖案的3D圖像/視頻。圖1是例示根據(jù)現(xiàn)有技術的使用計算機生成的全息圖的數(shù)字全息圖像/視頻顯示裝置的結構圖。
[0007]參照圖1，計算機10生成要顯示的圖像/視頻數(shù)據(jù)的全息干涉圖案。所生成的全息干涉圖案被發(fā)送到SLM 20。SLM 20，作為透射型液晶顯示裝置，可以表示全息干涉圖案。在SLM 20的一側，設置了用于生成參考光束的激光光源30。為了從激光光源30向SLM 20的整個表面上照射參考光束90，可以順序地布置擴展器40和透鏡系統(tǒng)50。來自激光光源30的參考光束90經(jīng)過擴展器40和透鏡系統(tǒng)50而照射到SLM 20的一側。由于SLM 20是透射型液晶顯示裝置，對應于全息干涉圖案的3D圖像/視頻將在SLM 20的另一側重構/再現(xiàn)。
[0008]根據(jù)圖1的全息型3D顯示系統(tǒng)包括背光單元BLU，該背光單元BLU用于生成滿足特定條件的參考光90并且用于從參考光90向具有大的對角面積的SLM(空間光調制器)20提供背光。在圖1中，背光單元BLU包括:用于產(chǎn)生參考光90的光源30和具有相對大的體積的擴展器40和透鏡系統(tǒng)50。在配置了具有這種背光單元BLU的全息3D顯示系統(tǒng)的情況下，背光的亮度(或者照度)在SLM 20的大的面積上分布不均勻，因為光源30的光亮度分布為高斯曲線分布。此外，為了降低參考光90的衍射光的高階模式噪聲(其可能造成圖像噪聲)，入射光可以相對于SLM 20具有特定入射角。在這種情況下,準直屬性會被破壞。
[0009]為了克服現(xiàn)有技術的這個問題，正在開發(fā)一種用于即使入射光以入射角進入SLM也仍將SLM的入射光的準直屬性維持到足以減少衍射光的0階模式噪聲的背光系統(tǒng)。存在使用例如準直透鏡的系統(tǒng)。圖2A是例示使用準直透鏡來產(chǎn)生準直光束的背光單元的示意圖。
[0010]參照圖2A，在光源30處布置點光源，并且以光源30為準直透鏡CL的焦點布置準直透鏡CL。這樣，從光源30照射的光在經(jīng)過準直透鏡CL之后會是準直光束。該準直光可以在全息3D顯示中用作參考光。
[0011]在全息3D顯示系統(tǒng)的大多數(shù)情況下，參考光應以特定入射角進入空間光調制器。諸如SLM這樣的光衍射元件可以實現(xiàn)0階模式圖像、1階模式圖像和更高階模式圖像。為了消除或者減少更高階模式圖像，優(yōu)選的是以特定入射角將光照射到光衍射元件中。
[0012]為了這樣做，在圖2A所示的背光單元中，光源30的位置可以從光束的中心移位到一側以實現(xiàn)入射角。圖2B是例示通過準直透鏡產(chǎn)生以特定入射角傳播的準直光的背光單元的示意圖。
[0013]參照圖2B，點光源30被從光軸130向上移動，使得從移動后的點到準直透鏡CL的中心的入射角可以是α。這樣，在理論上，如圖2Β的虛線，準直光可以向與光軸130的平行方向成的傾斜方向傳播。然而，實際上，傾斜的光不再能夠是具有入射角α的準直(或者平行)光，如圖2Β的實線。結果，來自背光單元的準直光不能夠被以均勻分布的亮度照射到期望的區(qū)域，而是照明到變形的區(qū)域輪廓。

【發(fā)明內容】

[0014]為了克服上述缺陷，本公開的目的是提出一種提供方向可控準直光束的背光單元和使用該背光單元的3D顯示系統(tǒng)。本公開的另一個目的是提出一種使用具有全息光學元件的激光光源產(chǎn)生準直背光光束并且以均勻亮度分布向受控方向提供準直背光的背光單元，以及使用該背光單元的3D顯示系統(tǒng)。
[0015]為了實現(xiàn)以上目的，本公開提出一種背光單元，所述背光單元包括:光源；以及光方向控制器，所述光方向控制器使用來自所述光源的入射光產(chǎn)生向預定方向和預定區(qū)域發(fā)射的光束。
[0016]所述光源產(chǎn)生擴展光束。
[0017]所述光方向控制器包括用于控制觀看區(qū)域的全息光學膜。
[0018]所述光方向控制器包括:準直透鏡，所述準直透鏡被布置在距所述光源焦距處并且將來自所述光源的入射光改變?yōu)闇手惫馐灰约袄忡R片，所述棱鏡片被布置在所述準直透鏡的前側，用于將準直光束改變?yōu)榫哂邢鄬τ谒鰷手蓖哥R的光軸的折射角的方向受控準直光束。
[0019]所述光源包括用于使用衍射圖案產(chǎn)生均勻地到所述準直透鏡的擴展光的衍射光源。
[0020]所述衍射光源包括:通過所述衍射圖案再現(xiàn)所述擴展光的全息光學膜；以及向所述全息光學膜提供參考光束以便再現(xiàn)所述擴展光的參考光源。
[0021]所述光源位于所述準直透鏡的光軸上。
[0022]所述背光單元還包括:被布置在所述棱鏡片的前側的觀看區(qū)域控制膜。
[0023]此外，本公開提出一種顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括:用于表示對應于圖像的數(shù)據(jù)的顯示面板；以及布置在所述顯示面板的后側的背光單元，所述背光單元包括光源以及光方向控制器，所述光方向控制器使用來自所述光源的入射光產(chǎn)生向預定方向和預定區(qū)域發(fā)射的光束。
[0024]根據(jù)本公開的背光單元包括薄型準直透鏡和薄型棱鏡片，使得可以提供方向可控準直背光。根據(jù)本公開的背光單元可以通過薄且簡單的結構提供一種在空間光調制器的大對角面積上具有均勻亮度分布的方向可控準直光。此外，本公開還提出一種包括提供照明區(qū)域可控和方向可控準直光的薄型背光單元的3D顯示系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]附圖被包括進來以提供對本發(fā)明的進一步理解，并結合到本申請中且構成本申請的一部分，這些附圖例示了本發(fā)明的實施方式，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0026]在附圖中:
[0027]圖1是例示根據(jù)現(xiàn)有技術的使用計算機生成全息圖的數(shù)字全息圖像/視頻顯示裝置的結構圖。
[0028]圖2A是例示使用準直透鏡產(chǎn)生準直光束的背光單元的示意圖。
[0029]圖2B是例示通過準直透鏡產(chǎn)生以特定入射角傳播的準直光的背光單元的示意圖。
[0030]圖3A是例示根據(jù)本公開的第一實施方式的使用點光源提供方向可控準直光的背光單元的示意圖。
[0031]圖3B是例示使用根據(jù)本公開的第一實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)的示意圖。
[0032]圖4A是例示根據(jù)本公開的第二實施方式的使用全息光學元件作為光源來提供方向可控準直光束的背光單元的結構的示意圖。
[0033]圖4B是例示使用根據(jù)本公開的第二實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)的示意截面圖。
[0034]圖5A是例示根據(jù)本公開的第三實施方式的使用全息光學元件作為光源提供方向可控準直光束的背光單元的結構的示意圖。
[0035]圖5B是例示使用根據(jù)第三實施方式的背光單元的多視點顯示器的示意圖。
[0036]圖6A是例示根據(jù)本公開的第四實施方式的使用全息光學元件作為光源提供方向可控準直光束的背光單元的結構的示意圖。[0037]圖6B是例示應用了根據(jù)本公開的第四實施方式的背光單元的CVD的示意圖。
[0038]圖7A是例示根據(jù)本公開的第五實施方式的使用球面波光來提供方向可控光束的背光單元的結構的示意圖。
[0039]圖7B是例示使用根據(jù)本公開的第五實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0040]將參照圖3A到圖6B來說明本公開的優(yōu)選實施方式。整個詳細描述中類似的附圖標記表示類似的元件。然而，本公開不限于這些實施方式，而是在不脫離技術實質的前提下可應用于各種變化或者修改。在以下實施方式中，元件的名稱是考慮到容易說明而選擇的，從而可以與實際名稱不同。
[0041]本公開涉及背光單元和使用該背光單元的3D顯示器，包括產(chǎn)生準直光的光源。此夕卜，其包括光控制器，在從光源接收到光之后，該光控制器可以照射相對于光軸具有入射角的傾斜準直光和/或向限定的觀看區(qū)域照明。本公開的主要特征在于光源的變化和光控制器根據(jù)各個光源的變化。在下文，將說明各個實施方式。
[0042]首先參照圖3A說明本公開的第一實施方式。圖3A是例示根據(jù)本公開的第一實施方式的使用點光源提供方向可控準直光的背光單元的示意圖。
[0043]根據(jù)本公開的第一實施方式的背光單元BLU包括準直透鏡CL、定位在準直透鏡CL一側的點光源30和設置在準直透鏡CL的另一側的棱鏡片PS。點光源30可以從一個點向全部徑向方向照射光。為了將來自點光源30的光引導到準直透鏡CL，可以在點光源30后面布置反射鏡(未示出)。
[0044]優(yōu)選的是點光源30被布置在準直透鏡CL的焦平面上。更優(yōu)選的是，點光源30將被布置在連接準直透鏡的中心點和準直透鏡CL的焦平面的中心點的光軸130上。
[0045]準直透鏡CL可以使來自點光源30的光成為準直光束100。也就是說，準直光束100平行于光軸130傳播。準直光束CL可以包括諸如菲涅耳透鏡這樣的光學透鏡。
[0046]棱鏡片PS可以基于準直透鏡CL而被布置在與點光源30相對的一側。棱鏡片PS可以按照相對于光軸的折射角α向豎直方向彎曲來自準直透鏡CL的準直光束的傳播方向。例如，保持準直光束100的平行屬性，棱鏡片PS可以將準直光束100的傳播方向從光軸向下改變α °。也就是說，棱鏡片PS可以將準直光束100改變?yōu)榉较蚴芸販手惫馐?00。棱鏡片PS可以包括菲涅耳透鏡片。
[0047]下面，將說明使用根據(jù)本公開的第一實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)。圖3Β是例示使用根據(jù)本公開的第一實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)的示意圖。
[0048]參照圖3Β，根據(jù)第一實施方式的3D顯示器包括表示與全息3D圖像相對應的全息圖圖案的空間光調制器SLM和布置在空間光調制器SLM后側的背光單元BLU。具有如圖3Α所示的相同結構的背光單元BLU包括準直透鏡CL、定位在準直透鏡CL 一側的點光源30和設置在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS。在此，準直透鏡CL和棱鏡片PS的大小和形狀可以與空間光調制器SLM的大小和形狀大致相同。由于空間光調制器SLM應被布置在從棱鏡片PS以特定角度(即，α ° )向下(或者向上)彎曲的光路上，空間光調制器SLM與背光單元略微不對準。[0049]根據(jù)本公開的全息3D顯示系統(tǒng)可以使用作為一種全息光學元件的空間光調制器SLM?？臻g光調制器SLM表示與準直參考光和物光之間的衍射圖案相同的圖案。也就是說，表示空間光調制器SLM的全息圖圖案是與衍射干涉圖案相同的圖案，當參考光束(準直光束)和(通過在物體上照射與參考光束相同的光束而從物體反射的)物光束以特定角度入射到全息光學元件時該衍射干涉圖案可以被寫入在全息光學元件上。當空間光調制器SLM表示衍射干涉圖案，并且與參考光束相同的光束照射到空間光調制器SLM時，從空間光調制器SLM和對應于物體的3D圖像80重生成(或者重構)物光束。
[0050]在此，由于衍射干涉圖案是由之間成特定角度α的物光束和參考光束做出的，為了當參考光束照射到空間光調制器SLM時再現(xiàn)的物光被發(fā)送到觀眾的位置，參考光束應以入射角α進入空間光調制器SLM (在此，觀眾的前方位置在光軸130上)。
[0051]因此，對于根據(jù)本公開的第一實施方式的背光單元BLU，準直光束100的傳播方向可以被控制為從光軸130彎曲角度α，使得能夠構建如圖3B所示的全息3D顯示系統(tǒng)。使用薄型準直透鏡CL和棱鏡片PS，背光單元BLU可以被制作為薄型。
[0052]在下文，參照圖4Α說明本公開的第二實施方式。圖4Α是例示根據(jù)本公開的第二實施方式的使用全息光學元件作為光源來提供方向可控準直光束的背光單元的結構的示意圖。
[0053]根據(jù)本公開的第二實施方式的背光單元BLU包括準直透鏡CL、設置在準直透鏡CL一側的光源300和定位在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS。根據(jù)本公開的第二實施方式的大多數(shù)元件與第一實施方式的大致相同。其差別是光源300的結構。對于第一實施方式，光源是點光源30。然而，在第二實施方式中，光源具有更復雜的結構。來自第一實施方式中使用的點光源30的光的強度與到光源的長度的平方成反比。因此，當準直透鏡CL具有大面積時，中心部分的光照度嚴重地不同于周邊部分的光照度。為了解決這個進一步的問題，在本公開的第二實施方式中，光源300可以以均勻照度從小面積到大面積提供背光。
[0054]第二實施方式的光源300包括具有對應于光照射區(qū)域的圖案的全息光學膜BSH。例如，可以使用稱為BS-H0E (波束成形全息光學元件膜)的全息光學膜BSH。BS-H0E可以是具有全息圖圖案的小片的膜。由于BS-H0E使用全息圖的特征，其具有參考光束和物光束的衍射干擾圖案。具體地，該衍射干涉圖案可以包括用于當參考光束被照射在BS-H0E時向特定區(qū)域均勻照射由BS-H0E重生成的物光束的圖案。
[0055]例如，當作為參考光束的激光光束LASER從全息光學膜BSH的后側照射時，向全息光學膜BSH的前側產(chǎn)生具有與準直透鏡CL的對角面積相對應的大面積的光。更詳細地參照圖4A，根據(jù)第二實施方式的光源300包括具有用于向大面積照射發(fā)散光的衍射圖案的全息光學膜BSH和用于向全息光學膜BSH提供參考光的參考光源RL。
[0056]參考光源RL可以是提供準直光束的激光光源。例如，使用激光LED，參考光束可以被提供到全息光學膜BSH。對于激光LED被用作參考光源RL的情況，參考光束可以是平面波光。另一方面，參考光源RL可以是點光源。在點光源的情況下，參考光可以是球面波光。
[0057]在此，為了方便，使用了激光LED。從參考光源RL即激光LED產(chǎn)生的激光光束照射到全息光學膜BSH。接著，通過在全息光學膜BSH上寫入的圖案，具有均勻照度分布的與對應于準直透鏡CL的面積相對應的發(fā)散光可以被發(fā)送到準直透鏡CL(根據(jù)參考光，該發(fā)散光可以是球面波光或者平面波光)。[0058]光源300優(yōu)選地被布置在準直透鏡CL的焦平面上。具體地，全息光學膜BSH和包括光源300的參考光源RL優(yōu)選地被布置在連接準直透鏡CL的中心到準直透鏡CL的焦平面的中心的光軸130上。
[0059]準直透鏡CL可以使來自全息光學膜BSH的光成為準直光束100。準直透鏡CL可以包括諸如菲涅耳透鏡這樣的光學透鏡。
[0060]棱鏡片PS優(yōu)選地基于準直透鏡CL位于與光源300相對的一側。棱鏡片PS可以按照從光軸的特定角α向豎直方向彎曲由準直透鏡CL產(chǎn)生的準直光束100的傳播方向。例如，保持準直光束100的平行(準直)屬性，棱鏡片PS可以將傳播方向從光軸130向下改變α °。也就是說，棱鏡片PS可以將準直光100改變?yōu)榉较蚴芸販手惫馐?00。棱鏡片PS可以包括菲涅耳透鏡片。
[0061]下面，將說明使用根據(jù)本公開的第二實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)。圖4Β是例示使用根據(jù)本公開的第二實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)的示意截面圖。
[0062]參照圖4Β，根據(jù)第二實施方式的3D顯示系統(tǒng)包括表示與希望表示的全息圖像相對應的全息圖圖案的空間光調制器SLM和布置在空間光調制器SLM的后側的背光單元BLU。具有如圖4Α所示的相同結構的背光單元BLU包括準直透鏡CL、定位在準直透鏡CL 一側的光源300和設置在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS。在此，準直透鏡CL和棱鏡片PS的大小和形狀可以與空間光調制器SLM的大小和形狀大致相同。由于空間光調制器SLM應被設置在從棱鏡片PS以特定角度(即，α ° )向下(或者向上)彎曲的光路上，空間光調制器SLM與背光單兀略微不對準。
[0063]類似于第一實施方式，根據(jù)第二實施方式的背光單兀BLU可以通過棱鏡片PS將準直光束100的傳播方向控制為從光軸130彎曲角α。因此，能夠構建如圖4Β所示的全息3D顯不系統(tǒng)。具體地，由于全息光學膜BSH用于光源300,背光單兀BLU可以在大對角面積上具有更均勻分布的光照度并且比根據(jù)第一實施方式的背光單元更薄。
[0064]在下文，參照圖5Α說明本公開的第三實施方式。圖5Α是例示根據(jù)本公開的第三實施方式的使用全息光學元件作為光源來提供方向可控準直光束的背光單元的結構的示意圖。
[0065]根據(jù)本公開的第三實施方式的背光單元BLU包括準直透鏡CL、設置在準直透鏡CL一側的光源300和定位在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS。根據(jù)本公開的第三實施方式的大多數(shù)元件與第二實施方式的大致相同。其差別是第三實施方式還包括觀看區(qū)域控制膜ΡΗ，利用該觀看區(qū)域控制膜ΡΗ，來自棱鏡片PS的光可以被控制為照射在預定觀看區(qū)域內。此外，根據(jù)第三實施方式的光源300可以與第一實施方式或者第二實施方式的相同。在第三實施方式中，將說明另一種類型的光源。
[0066]根據(jù)第三實施方式的光源300包括具有與光照射區(qū)域相對應的圖案的全息光學膜BSH。例如,可以使用稱為BS-H0E (波束成形全息光學兀件膜)的全息光學膜BSH。由于BS-H0E具有參考光束和物光束的衍射干涉圖案，當參考光束照射到BS-H0E上時，發(fā)射的光可以用均勻照度分布覆蓋預定區(qū)域。
[0067]參照圖5Α，類似于第二實施方式，根據(jù)第三實施方式的光源300包括具有用于向大面積照射發(fā)散光的衍射圖案的全息光學膜BSH和用于向全息光學膜BSH提供參考光的參考光源RL。類似于第二實施方式，參考光源RL可以是產(chǎn)生平面波光的光源和產(chǎn)生球面波光的光源中的一種。在此，為了方便，使用了激光LED。
[0068]類似于第二實施方式，準直透鏡CL可以使來自全息光學膜BSH的光成為準直光束100。棱鏡片PS優(yōu)選地基于準直透鏡CL而被定位在與光源300相對的一側。棱鏡片PS可以將準直光100改變?yōu)榉较蚴芸販手惫馐?00。
[0069]另一方面，與第二實施方式相比，全息光學膜BSH的大小和形狀具有水平的長矩形形狀和大小。為此，來自參考光源RL的參考光可以從全息光學膜BSH的中心位置照射到左側或者右側。
[0070]例如，類似于圖4A所示的第二實施方式，當參考光照射到全息光學膜BSH的中心時，從全息光學膜BSH發(fā)射的光是方向受控準直光束200。也就是說，來自參考光源RL的光束隨著經(jīng)過全息光學膜BSH而對應于準直透鏡CL的大小擴展，被準直透鏡CL改變?yōu)闇手惫馐?00，并且改變?yōu)閭鞑シ较虮焕忡R片PS彎曲了角α的方向受控準直光束200。
[0071]然而，參照圖5Α，當參考光移位到全息光學膜BSH的水平的左側時(當從正方向看它時)，最終發(fā)射的光束可以向右側移位特定角Θ。相反地，當參考光移位到向全息光學膜BSH的水平的右側時，發(fā)射的光束可以向左側移位特定角Θ。也就是說，由于來自光源300的光的照射位置可以從左側向右側掃描，來自背光單元BLU的背光光束可以是擺動受控準直光束。
[0072]根據(jù)第三實施方式的背光單元可應用于包括多視點顯示器在內的各種示例。例如，可以在第一時間段在正方向表示第一圖像，可以在第二時間段在中心右側角Θ處表示第二圖像，并且可以在第二時間段在距中心左側角Θ處表示第三圖像。
[0073]盡管附圖中未示出，但是為了沿著水平方向從左側向右側在全息光學膜BSH上掃描來自參考光源RL的參考光，可以還包括掃描裝置。例如，可以還包括用于參考光源RL的樞轉或者往復移動的機械裝置?；蛘撸梢园ㄖT如反射鏡(或者反射裝置)這樣的光學裝置和用于控制反射鏡的反射角的機械裝置。
[0074]下面，將說明應用了根據(jù)第三實施方式的背光單元的多視點顯示器。圖5Β是例示使用根據(jù)第三實施方式的背光單元的多視點顯示器的示意圖。
[0075]多視點顯示器可應用于分別向兩個不同觀眾呈現(xiàn)不同的兩個圖像的顯示系統(tǒng)或者應用于根據(jù)觀看方向來表示不同3D圖像的不同視圖的3D顯示系統(tǒng)。參照圖5Β，根據(jù)本公開的多視點顯示器包括表示2D或者3D圖像/視頻的顯示面板LP和布置在顯示面板LP后側的背光單元BLU。具有如圖5Α所示的相同結構的背光單元BLU包括準直透鏡CL、定位在準直透鏡CL 一側的光源300和設置在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS。
[0076]在此，準直透鏡CL和棱鏡片PS的大小和形狀可以與顯示面板LP大致相同。由于顯示面板LP應被設置在從棱鏡片PS以特定角度(即，α ° )向下(或者向上)彎曲的光路上，顯示面板LP與背光單元略微不對準。
[0077]類似于第二實施方式，根據(jù)第三實施方式的背光單元BLU可以通過棱鏡片PS將準直光束100的傳播方向控制為從光軸130彎曲角α，以提供方向受控準直光束200。此外，由于參考光在光源300的全息光學膜BSH上的照射位置可以從左側向右側掃描，能夠向不同方向提供由顯示面板LP表示的不同圖像。具體地，由于全息光學膜BSH用于光源300，背光單元BLU可以通過薄的結構在大對角面積上具有更均勻分布的光照度。
[0078]在下文，參照圖6Α說明本公開的第四實施方式。圖6Α是例示根據(jù)本公開的第四實施方式的使用全息光學元件作為光源提供方向可控準直光束的背光單元的結構的示意圖。
[0079]根據(jù)本公開的第四實施方式的背光單元BLU包括準直透鏡CL、設置在準直透鏡CL一側的光源300和定位在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS、以及布置在棱鏡片PS的前側的觀看區(qū)域控制膜PH。第四實施方式包括觀看區(qū)域控制膜PH，該觀看區(qū)域控制膜PH用于將來自棱鏡片PS的光的照射區(qū)域控制在預定區(qū)域內。
[0080]第四實施方式的光源可以是第一實施方式到第三實施方式提出的任意一種光源。為了方便，將使用第三實施方式的情況。也就是說，全息光學膜BSH的大小和形狀與第三實施方式的相同，即水平的長矩形。為此，來自參考光源RL的參考光可以從全息光學膜BSH的中心位置照射到左側或者右側。
[0081]用此結構，當參考光束照射到全息光學膜BSH的中心時(S卩，沿著光軸130)，最終發(fā)射的背光在觀看區(qū)域控制膜PH預定的觀看區(qū)域(或者觀看窗口)VW內照射。來自參考光源RL的光束隨著經(jīng)過全息光學膜BSH而對應于準直透鏡CL的大小擴展，被準直透鏡CL改變?yōu)闇手惫馐?00，并且改變?yōu)閭鞑シ较虮焕忡R片PS彎曲角α的方向受控準直光束200，并且在觀看區(qū)域控制膜ΡΗ決定的觀看區(qū)域VW內照射。
[0082]此外，隨著參考光移位到全息光學膜BSH的水平的左側，最終發(fā)射的光束可以向右側移位一定角度，相反地，當參考光移位到全息光學膜BSH的水平的右側時，最終發(fā)射的光束可以向左側移位一定角度。
[0083]將說明使用根據(jù)本公開的第四實施方式的背光單元的CVD。圖6Β是例示應用了根據(jù)本公開的第四實施方式的背光單元的CVD的示意圖。CVD是一種顯示系統(tǒng)，其中在大面積顯示面板上表示的圖像/視頻照射在預定的窄區(qū)域即受控觀看窗口內。
[0084]參照圖6Β，根據(jù)本公開的CVD包括表示2D或者3D圖像/視頻的顯示面板LP和布置在顯示面板LP后側的背光單元BLU。具有如圖5Α所示的相同結構的背光單元BLU包括準直透鏡CL、定位在準直透鏡CL 一側的光源300、設置在準直透鏡CL另一側的棱鏡片PS以及觀看區(qū)域控制膜ΡΗ。在此，準直透鏡CL和棱鏡片PS的大小和形狀可以與顯示面板LP的大小和形狀大致相同。由于顯示面板LP應被設置在從棱鏡片PS以特定角度向下(或者向上)彎曲的光路上，顯示面板LP與背光單元略微不對準。
[0085]類似于第三實施方式，根據(jù)第四實施方式的背光單元BLU可以通過棱鏡片PS將準直光束100的傳播方向控制為從光軸130彎曲角α，以提供方向受控準直光束200。此外，通過布置在棱鏡片PS的前側的觀看區(qū)域控制膜ΡΗ，觀看區(qū)域可以被控制在預定區(qū)域內。
[0086]另外，盡管附圖中未示出，但是如果要求從左向右掃描觀看區(qū)域VW，第三實施方式可應用于第四實施方式。例如，由于參考光束可以在全息光學膜BSH上從左側向右側掃描，可以分別在不同位置呈現(xiàn)在顯示面板LP上表示的不同圖像/視頻。具體地，由于全息光學膜BSH用于光源300，背光單元BLU可以通過薄的結構在大對角面積上具有更均勻分布的光亮度。
[0087]至此，將說明關注于產(chǎn)生平面波光束的背光單元的實施方式。無論從光源提供的光是平面波光還是球面波光，在以上實施方式中，背光單元使用準直透鏡提供準直光束。當空間光調制器SLM上表示的全息圖圖案是使用平面波光寫入的時，優(yōu)選的是向空間光調制器SLM提供平面波光作為背光。相反地，當空間光調制器SLM上表示的全息圖圖案是使用球面波光寫入的時，優(yōu)選的是向空間光調制器SLM提供球面波光作為背光。因此，將說明提供球面波光的背光單元。
[0088]參照圖7A，將說明本公開的第五實施方式。圖7A是例示根據(jù)本公開的第五實施方式的使用球面波光來提供方向可控光束的背光單元的結構的示意圖。
[0089]根據(jù)本公開的第五實施方式的背光單元包括觀看區(qū)域控制膜PH以及布置在觀看區(qū)域控制膜PH的一側的光源300。觀看區(qū)域控制膜PH可以是具有背光單元的觀看區(qū)域的全息光學元件。例如，觀看區(qū)域控制膜PH可以是Η0Ε(全息光學元件)。觀看區(qū)域控制膜PH可以是具有全息圖圖案的膜。觀看區(qū)域控制膜PH可以具有參考光束和物光束的衍射干涉圖案，用于使用全息圖特征。衍射干涉圖案可以具有用于當參考光束照射到觀看區(qū)域控制膜PH時，控制使物光束被發(fā)射到預定觀看區(qū)域內的預定方向的圖案。具體地，根據(jù)第五實施方式的觀看區(qū)域控制膜PH可以具有使用球面波光寫入的衍射干涉圖案。
[0090]在此情況下，光源300可以產(chǎn)生球面波光。例如，可以是從一個點向全部徑向方向照射光的點光源。在此情況下，點光源可以位于從觀看區(qū)域控制膜PH的中心點延伸的線上。根據(jù)第五實施方式的背光單兀BLU可以由產(chǎn)生球面波光的點光源30和具有使用球面波光寫入的觀看區(qū)域控制膜PH組成。
[0091]此外，光源300可以包括全息光學膜BSH和參考光源RL,如圖4A所不。如果光源300應產(chǎn)生球面波光，則全息光學膜BSH將優(yōu)選地具有使用球面波光寫入的衍射干涉圖案。
[0092]將說明應用了根據(jù)本公開的第五實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)。圖7B是例示使用根據(jù)本公開的第五實施方式的背光單元的全息3D顯示系統(tǒng)的示意圖。
[0093]參照圖7B，根據(jù)第五實施方式的3D顯示系統(tǒng)包括表示對應于3D圖像/視頻的全息圖圖案的空間光調制器SLM和布置在空間光調制器SLM的后側的背光單元BLU。具有圖7A所示的相同結構的背光單元BLU包括觀看區(qū)域控制膜PH和布置在觀看區(qū)域控制膜PH的一側的光源300。
[0094]在圖7B所示的相同結構的3D顯示系統(tǒng)中，照射到空間光學調制器SLM中的光優(yōu)選的是以入射角α進入的方向可控光束200。因此，觀看區(qū)域控制膜ΡΗ優(yōu)選地具有用于接收球面波光并且用于發(fā)射從觀看區(qū)域控制膜ΡΗ的表面的法線(平行于光軸300)向下傳播的準直光束200的全息圖圖案。
[0095]在第五實施方式中，不使用準直透鏡。因此，根據(jù)第五實施方式的背光單元產(chǎn)生球面波光。因此，優(yōu)選的是空間光調制器SLM使用球面波光表示用于再現(xiàn)3D圖像/視頻的全息圖圖案。
[0096]盡管參照附圖詳細描述了本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員應理解的是在不脫離本發(fā)明的技術實質或者基本特征的前提下可以用其它特定形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，應注意的是以上實施方式在全部方面僅僅是示例性的，而不被理解為限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由所附的權利要求限定而不是由本發(fā)明的詳細描述限定。在權利要求的全部變化或者修改或者等同物應被理解為落入本發(fā)明的范圍內。
[0097]本申請要求2012年9月28日提交的韓國專利申請N0.10-2012-0108785的優(yōu)選
權，通過弓I用將其結合于此用于一切目的，如同全面在此闡述一樣。
【權利要求】
1.一種背光單元，所述背光單元包括:光源；以及光方向控制器，所述光方向控制器使用來自所述光源的入射光產(chǎn)生向預定方向和預定區(qū)域發(fā)射的光束。
2.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其中，所述光源產(chǎn)生擴展光束。
3.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其中，所述光方向控制器包括用于控制觀看區(qū)域的全息光學膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的背光單元，其中，所述光方向控制器包括:準直透鏡，所述準直透鏡被布置在距所述光源焦距處并且將來自所述光源的入射光改變?yōu)闇手惫馐灰约袄忡R片，所述棱鏡片被布置在所述準直透鏡的前側，用于將所述準直光束改變?yōu)榫哂邢鄬τ谒鰷手蓖哥R的光軸的折射角的方向受控準直光束。
5.根據(jù)權利要求4所述的背光單元，其中，所述光源包括用于使用衍射圖案產(chǎn)生均勻地到所述準直透鏡的擴展光的衍射光源。
6.根據(jù)權利要求5所述的背光單元，其中，所述衍射光源包括:通過所述衍射圖案再現(xiàn)所述擴展光的全息光學膜；以及向所述全息光學膜上提供參考光束以便再現(xiàn)所述擴展光的參考光源。
7.根據(jù)權利要求4所述的背光單元，其中，所述光源位于所述準直透鏡的光軸上。
8.根據(jù)權利要求4所述的背光單元，所述背光單元還包括:被布置在所述棱鏡片的前側的觀看區(qū)域控制膜。
9.一種顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括:用于表示對應于圖像的數(shù)據(jù)的顯示面板；以及布置在所述顯示面板的后側的背光單元，所述背光單元包括:光源；以及光方向控制器，所述光方向控制器使用來自所述光源的入射光產(chǎn)生向預定方向和預定區(qū)域發(fā)射的光束。
10.根據(jù)權利要求9所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述光源產(chǎn)生擴展光束。
11.根據(jù)權利要求9所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述光方向控制器包括用于控制觀看區(qū)域的全息光學膜。
12.根據(jù)權利要求9所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述光方向控制器包括:準直透鏡，所述準直透鏡被布置在距所述光源焦距處并且將來自所述光源的入射光改變?yōu)闇手惫馐?；以及棱鏡片，所述棱鏡片被布置在所述準直透鏡的前側，用于將所述準直光束改變?yōu)榫哂邢鄬τ谒鰷手蓖哥R的光軸的折射角的方向受控準直光束。
13.根據(jù)權利要求12所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述光源包括用于使用衍射圖案產(chǎn)生均勻地到所述準直透鏡的擴展光的衍射光源。
14.根據(jù)權利要求13所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述衍射光源包括:通過所述衍射圖案再現(xiàn)所述擴展光的全息光學膜；以及向所述全息光學膜上提供參考光束以便再現(xiàn)所述擴展光的參考光源。
15.根據(jù)權利要求12所述的顯示系統(tǒng)，其中，所述光源位于所述準直透鏡的光軸上。
16.根據(jù)權利要求12所述的顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)還包括:被布置在所述棱鏡片的前側的觀看區(qū) 域控制膜。
【文檔編號】F21V5/04GK103712123SQ201210554928
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權日:2012年9月28日
【發(fā)明者】方炯錫, 林希珍, 李根植 申請人:樂金顯示有限公司