可切换照明设备和防窥显示器制造技术

一种定向照明设备包括具有反射表面和输出透射表面的波导，所述反射表面包括反射光输入小平面、反射光提取小平面。微型LED的子阵列的阵列被布置成在向后方向上照射所述反射表面。所述反射光提取小平面协作以利用准直光在所述波导的输出孔径上提供均匀输出照明，所述准直光可通过控制微型LED的所述子阵列来控制。可以使用薄且高效的照明设备来切换高动态范围显示背光、防窥显示器或环境照明应用。防窥显示器或环境照明应用。防窥显示器或环境照明应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可切换照明设备和防窥显示器


[0001]本公开大体上涉及来自光调制装置的照明，且更确切地说，涉及用于提供可切换角度照明以用于包含防窥显示器、高动态范围显示的显示器以及用于环境照明的光学堆叠。

技术介绍

[0002]防窥显示器向通常处于同轴位置的主用户提供图像可见性，并且向通常处于离轴位置的窥探者提供降低的图像内容可见性。可以通过微百叶窗光学膜来提供防窥功能，所述微百叶窗光学膜在同轴方向上透射来自显示器的高亮度，而在离轴位置上透射低亮度，然而这种膜是不可切换的，因此显示器仅限于防窥功能。
[0003]可以通过控制来自空间光调制器的离轴光学输出来提供可切换防窥显示器。可以借助于离轴亮度降低，例如借助于显示偏振器与额外偏振器之间的可切换偏振控制层来提供控制。
[0004]可以使用离轴亮度降低的背光源来提供或增强防窥功能。某些成像定向背光源能够另外通过显示面板将照明引导到观察窗中。可以在多个源与相应窗口图像之间形成成像系统。成像定向背光源的一个实例是光学阀，其可以采用折叠光学系统，并且因此也可以是折叠成像定向背光源的实例。光可以在一个方向上基本上无损耗地传播通过光学阀，而反向传播的光可以通过反射倾斜小平面来提取，如第9,519,153号美国专利中所描述，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。
[0005]由与液晶空间光调制器串联布置的单独可控光源阵列形成的背光源可以通过减小与空间光调制器上显示的图像的低亮度区对准的光源的输出光通量来提供高动态范围。高动态范围LCD(HDR
‑
LCD)可以实现优于LCD光学模式可以单独提供的动态范围。在局部调光LCD背光源中提供用较低分辨率图像数据寻址的例如LED(发光二极管)之类的光源阵列，使得图像的暗区域由背光源以低亮度照射，而亮区域以高亮度照明。
[0006]薄基板和聚合物基板LCD面板可以提供类似于有机LED(OLED)显示器的机械特性，例如柔性。这种薄基板LCD理想地使用具有类似机械特性的背光源。
[0007]一种类型的LCD背光源包括导光板和位于导光板一端的输入光源阵列，例如LED。在波导内通过全内反射传播的光借助于表面特征输出，所述表面特征调整光在波导内的传播角度，并允许以接近掠过波导外部的角度提取。这种光借助于转向膜和/或后反射器在垂直于LCD的方向上引导。这种光学堆叠可能具有高效率，但具有多个光学部件，总背光源厚度通常为1mm或更大。这种边缘照明导光板通常不适用于HDR
‑
LCD照明或自由形式形状的LCD的二维局部调光。
[0008]其它已知的背光源将发光二极管(LED)阵列并入LCD后面的矩阵中，所述矩阵例如第2017
‑
0261179号美国专利公开案中所描述的矩阵，其包括多个空间分离的已封装LED和多个“蝙蝠翼”光学元件，每个蝙蝠翼光学元件被布置成在侧向方向上引导来自已封装LED的光。这种光被强烈漫射以提供输出照明。这种背光源需要昂贵的拾取和放置LED和单独的
光学对准，并且与边缘照明背光源相比具有高厚度和较低的效率。
[0009]用于例如汽车前灯、建筑、商业或家庭照明等环境照明的照明系统可以例如借助于用于提供聚光效果的聚焦光学装置提供窄的定向光输出分布，或者可以例如借助于漫射光学装置实现宽的定向光输出分布。
[0010]在本说明书中，LED是指直接从单片晶片中，即从半导体元件提取的未封装LED管芯芯片。这与已封装LED不同，已封装LED已经附接到引线框架以提供电极，并且可以组装到塑料封装中以便于后续组装。已封装LED通常具有大于1mm的尺寸，且更通常具有大于3mm的尺寸，并且通过包含拾取和放置方法的常规印刷电路板组装技术进行组装。通过这种组装机放置的部件的精度通常可能为约正负30微米。这样的尺寸和公差使得无法应用于超高分辨率显示器。
[0011]微型LED可以通过阵列提取方法来形成，在阵列提取方法中，多个LED并行地从单片晶片移除，并且可以用小于5微米的位置公差来进行布置。
[0012]白色LED照明光源可以由例如红色、绿色、蓝色和黄色等单独的光谱带构成，每个光谱带由单独的LED元件产生。这样的光源使得用户能够分辨各个颜色，并且由于灯中光源的间距，可以产生彩色照明斑块。
[0013]反射折射元件结合了折射表面(折射光学)和反射表面(反射光学)，可以提供全内反射或从金属化表面的反射。第WO/2010/038025号WIPO国际公开案中描述了采用具有小输出发光强度立体角的反射折射光学元件的背光源，所述公开案以全文引用的方式并入本文中。

技术实现思路

[0014]根据本公开的第一方面，提供一种用于在预定区域上提供照明的照明设备，所述照明设备包括：跨所述预定区域排列的发光二极管的子阵列的阵列，每个子阵列的所述发光二极管形成在相应的半导体材料单片层上并被布置成向后输出光；以及跨所述预定区域、在所述发光二极管后方排列的光学元件的阵列，每个光学元件与发光二极管的相应子阵列对准，并且每个光学元件包括具有透射表面和反射表面的波导，所述反射表面布置在所述透射表面后方以接收来自发光二极管的所述相应子阵列的穿过所述透射表面的光，每个光学元件的所述反射表面包括：反射光输入结构，所述反射光输入结构被布置成在其中由所述反射光输入结构反射的光通过所述透射表面处的全内反射在所述波导内被导引由的方向上反射从发光二极管的所述相应子阵列接收的光；以及反射光提取小平面，所述反射光提取小平面被布置成在其中由所述反射光提取小平面反射的光从所述波导输出穿过所述透射表面的方向上反射在所述波导内导引的光。
[0015]有利地，可以提供薄的可切换定向照明设备。可以在大区域上提供宽间隔的子阵列，同时实现高图像均匀性。可以降低制造成本和复杂性。可以实现高亮度。
[0016]发光二极管以相应第一光输出分布输出光，并且光学元件以相应第二光输出分布从波导输出来源于相应子阵列的每个发光二极管的光，第二光输出分布的发光强度半最大立体角小于光来源于其的发光二极管的相应第一光输出分布的发光强度半最大立体角。第二光输出分布的发光强度半最大立体角与朗伯光分布的发光强度半最大立体角的比率可以小于1，优选小于0.5，更优选小于0.25并且最优选小于0.1。有利地，可以实现准直输出。
可以在期望的输出方向上实现高效率。
[0017]发光二极管的每个子阵列可以包括电极，所述电极被布置成提供子阵列的发光二极管中的至少两个的独立寻址。有利地，可以提供可切换定向剖面。
[0018]每个光学元件可以在至少一个横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。有利地，可以在大区域上高效率地实现高均匀性。可以增大子阵列的间隔，从而降低制造成本和复杂性。
[0019]每个光学元件可以在围绕光轴的所有横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。有利地，可以用非常高的效率实现对称的角向光学输出。可以提供适用于风景和肖像防窥操作的照明设备。
[0020]每个子阵列的发光二极管可以包含在光学元件的光轴上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在预定区域上提供照明的照明设备，所述照明设备包括：跨所述预定区域排列的发光二极管的子阵列的阵列，每个子阵列的所述发光二极管形成在相应的半导体材料单片层上并被布置成向后输出光；以及跨所述预定区域、在所述发光二极管后方排列的光学元件的阵列，每个光学元件与发光二极管的相应子阵列对准，并且每个光学元件包括具有透射表面和反射表面的波导，所述反射表面布置在所述透射表面后方以接收来自发光二极管的所述相应子阵列的穿过所述透射表面的光，每个光学元件的所述反射表面包括：反射光输入结构，所述反射光输入结构被布置成在其中由所述反射光输入结构反射的光通过所述透射表面处的全内反射在所述波导内被导引的方向上反射从发光二极管的所述相应子阵列接收的光；以及反射光提取小平面，所述反射光提取小平面被布置成在其中由所述反射光提取小平面反射的光从所述波导输出穿过所述透射表面的方向上反射在所述波导内导引的光。2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述发光二极管以相应第一光输出分布输出光，并且所述光学元件以相应第二光输出分布从所述波导输出来源于所述相应子阵列的每个发光二极管的光，所述第二光输出分布的发光强度半最大立体角小于所述光来源于其的所述发光二极管的所述相应第一光输出分布的发光强度半最大立体角。3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述第二光输出分布的发光强度半最大立体角与朗伯光分布的发光强度半最大立体角的比率小于1，优选小于0.5，更优选小于0.25并且最优选小于0.1。4.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中发光二极管的每个子阵列包括电极，所述电极被布置成提供所述子阵列的所述发光二极管中的至少两个的独立寻址。5.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件在至少一个横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。6.根据权利要求5所述的照明设备，其中每个光学元件的所述反射表面在围绕光轴的所有横截面平面中具有关于所述光轴的镜像对称性。7.根据权利要求5或6所述的照明设备，其中每个子阵列的所述发光二极管包含在所述光学元件的所述光轴上、与所述光学元件对准的第一发光二极管，以及与所述光学元件的所述光轴偏置的、与所述光学元件对准的至少一个另外的发光二极管。8.根据权利要求5至7中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述反射光输入结构包括面向所述光轴外侧的第一倾斜反射表面和第二倾斜反射表面。9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述第一倾斜反射表面和所述第二倾斜反射表面是弯曲的。10.根据权利要求5至9中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述反射光提取小平面包括面向所述光轴的多对倾斜小平面。11.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述反射平面区和所述反射光提取小平面具有阶梯结构。12.根据权利要求5至11中任一项所述的照明设备，其中所述反射表面包括所述反射光提取小平面之间的反射平面区。13.根据权利要求5至12中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面
中，所述反射光提取小平面的间距随着与所述光学元件的所述光轴的距离而减小。14.根据权利要求5至13中任一项所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面的长度随着与相应光学元件的所述光轴的距离而增大。15.根据权利要求5至14中任一项所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面的总面积随着与相应光学元件的所述光轴的距离而增大。16.根据权利要求15所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面的总面积随着与所述相应光学元件的所述光轴的所述距离而成比例地增大。17.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面中的一些被布置成引导尚未在所述光学元件内导引的光。18.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件的所述透射表面是平面的。19.根据权利要求1至17中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件的所述透射表面进一步包括折射光输入结构，所述折射光输入结构形成在所述波导的所述透射表面中并且与发光二极管的所述相应子阵列对准，使得由所述发光二极管发出的光穿过所述折射光输入结构。20.根据权利要求19所述的照明设备，其中每个光学元件在至少一个横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。21.根据权利要求20所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述折射光输入结构包括多对相对倾斜的折射输入小平面。22.根据权利要求19至21中任一项所述的照明设备，其中所述输入基板的透射表面包括所述折射光输入结构之间的平面区。23.根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：瑞尔D斯帕克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：