用于直视显示的照明单元制造技术

本发明专利技术涉及具有用于照明可控的反射空间光调制器的平板光纤(planer?optical?fiber)和至少一个光源装置(LS，L)的照明单元，其中，光纤包含光传导核心(light?conducting?core)和覆层(cladding)，光调制器包含像素矩阵，光源装置设置在光纤的一侧，并且从至少一个光源(LS)发出的光在光纤片层内传播。根据本发明专利技术的照明单元，其特征在于，平板光纤包含具有偏振敏感功能的偏转覆层(CL)，用于对在光纤中传播的光的短暂波场进行输出耦合并偏转，覆层的厚度在光的传播方向上减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于直视显示的照明单元本专利技术涉及包含至少一个光源装置和用于照明可控的反射空间光调制器的平板光波导(planar light waveguide)的照明单元，其中，光波导包含光传导核心(lightconducting core)和覆层(cladding)，光调制器包含像素矩阵，光源装置设置在光波导的一侧，并且从至少一个光源发出的光通过光波导传播。空间光调制器设计作为直视显示器的显示面板。照明单元可以作为背光或前光(也分别被称为透射光和反射光照明装置)，通常用于照明直视显示的透射或反射可控空间光调制器(SLM)。光可以是相干或非相干的。优选地，使用非相干光操作的显示装置作为2D显示器用于自动立体3D的呈现。例如，在全息显示装置中须使用相干光。本专利技术应用的范围包括用于自动立体和全息图的三维呈现的直视显示器。在市售的用于呈现二维图像或视频的平板电视显示器中，需要以高分辨率在整个表面上实现明亮和均勻的照明。作为显示面板的空间光调制器(SLM)必须在大角度范围内发光。现有技术中公知有多种这类显示器的物理形式。其中大部分具有平板光波导(LWG)。平板光波导通常包含具有不同折射率的至少一个光传导核心和覆层。入射光通过平板光波导以光线锥或全内反射(TIR)情况下的波场形式传播，并射出照明显示面板。可选地，光无反射地传导，并通过覆层作为不同模式的短暂波场射出。在具有背光或前光的显示装置和平板光波导中，需要考虑很多情况以能够实现最佳设计的照明装置。首先，这涉及平板光波导自身的物理形式，包含用于光入射和出射的机构。其次，这涉及包括提供光的光源的光源装置的物理形式。另外，必须考虑到显示装置是透射型还是反射型。与平板电视显示器相比，用于信息的三维呈现的自动立体或全息显示装置中的照明单元必须满足若干或更多或不同要求。要呈现的信息写入显示装置的SLM。用写入SLM的信息调制光源发出的光，通常，SLM同时作为屏幕或显示面板。因此，有必要严格确保光线锥平行入射到空间光调制器上，并实现SLM的高刷新率(refresh rate)。要求具有例如240帧/秒的非常高刷新率的空间光调制器才能够实现信息的三维呈现。在显示装置中用于光调制的SLM面板通常为液晶(LC)型SLM，如LCoS型的反射式SLM，所述空间光调制器目前高清(HD)的刷新率实现大于400帧/秒。使用在15V下运行的256X256像素的LCoS阵列已经实现了 1085帧/秒的刷新率。相比透射式SLM，反射式SLM通常包含较高的填充因子，因此，如果用于全息显示装置，允许进一步抑制不期望的相干光的衍射级。在LC显示器中，LC层厚度的减半意味着刷新率增大四倍。另外，成倍增加电压也使最大可实现的刷新率值增大四倍。这是由于在用于计算最大可实现的刷新率值的公式中LC层厚度和应用于LC层的电压取平方。由于整个表面区域对导体、晶体管和电容均有效，因此，使用不透明的电路载体(底板)，可以轻松实现电压、频率和电流的增加。除了必要的高刷新率，还对光波导的光校准发射提出很多要求。为了实现信息的高质量三维呈现，除了空间光调制器整个表明的均勻照明，射出的波阵面有必要进行确定的校准。这对于将要生成的重建形式的全息呈现特别重要。全息信息可以是例如由三维场景的物点组成的目标，其以空间光调制器像素的幅度和相位值的形式进行编码。由空间光调制器发出的波阵面表示每个编码的物点。由照明单元发出的波阵面的角度范围被称为“平面波角度谱(angular spectrum of plane waves) 在实际操作中已经发现，平面波角度谱将导致模糊重建的物点，其中， 平面波阵面包含在相干方向上大于1/60°的发射角的相互偏离。在优化条件下，人眼可以观察到所述模糊。因此，全息显示器的平面波发射角度谱至少应所述在相干方向上的 1/70°至1/40°的范围之间。在不相干方向上，其宽度应至少足够照明人眼瞳孔。因此，照明空间光调制器的校准波阵面须具有确定的相对于彼此的反射角，以克服给将要生成的重建带来的负面照明感应影响。在自动三维呈现中，光线锥的校准增强显示装置的图像质量。此处应选取使得其他人眼的眼睛瞳孔不能得到照明的平面波角度谱。例如，通过使用设置在平板LWG上或其内部的体光栅，可以实现相干光的校准发射。其代表透明层的堆积，并可以描述为在X和Y方向上的折射率调制分配；具有透射和反射体光栅。由两个或多个相干或至少部分相干波的干涉产生3D体光栅。由参数确定体光栅的结构，例如材料中的波长和用于记录的光的干涉波阵面之间的局部角。通常，体光栅制成使能量的确定部分可以以特定角度范围射出。在重建期间，布拉格衍射条件应用于这些光栅。然而，为了能够实现使用具有平板光波导以及如本专利技术提出的体光栅的照明单元射出小于1/20°的平面波角度谱的限制，要求体光栅厚度约为500μπι。现在，如果考虑 1/60°的人眼角度分辨能力极限，体光栅必须具有约Imm的层厚度。角度选择取决于重建的实际几何形状。所述现象来源于Kogelnik的“耦合波理论(coupled wave theory) ”。然而，该理论仅针对在第一布来格衍射级重建的体光栅，即，只应用于此。由于需要在干涉波阵面之间实现非常大的角度，因此，根据所述理论，记录例如在整个内部反射构造内工作的全息光栅在技术上具有复杂性。需要大的棱镜和液体指数匹配材料(油)达到大的偏转角。另外，所述设计将引起体光栅的层厚度变大、角度选择性变窄， 并且接近可获得的材料的分辨率极限的小光栅周期变短。因此，本专利技术目的在于以更低的成本制造照明单元中需要的体光栅。还需要考虑与具有体光栅的照明单元相关的其他问题。如果例如以全内反射方式传播的光得到较好地校准，那么对于简易调整，较大的角度选择性是具有优势的。由于反射体光栅比透射体光栅包含更宽的角度选择性，因此，这可以通过反射体光栅实现。体光栅越厚，衍射率η ( θ in)的角度选择性越小。这意味着仅在小角度下可以获得接近于1的高衍射率。这仅在光传导层射出小角度范围时可以利用。如果例如通过全内反射传播的光的校准太宽，那么有利于实现足够窄的角度选择性，以得到窄的平面波角度谱。这通过厚的透射体光栅实现。因此，可以通过选择体光栅的参数实现对实际将要射出的光的调整。另外，应注意的是，光栅周期变得越短，射出的光的发射角越大。这可以带来在体光栅中使用的光栅材料的分辨率问题。另外，在制作体光栅的时候必须考虑人眼的分辨能力极限，即，约为1/60°。如果考虑所述极限，照明单元，如全息显示器中的照明单元，必须实现范围在1/20°至1/60°之间的平面波角度谱，以便用较好校准的光照明空间光调制ο通常人眼间距为65mm。假设距离显示面板lm，这对应于3. 72°角。在距离观察者Im的位置处，这是由光波导发出的平面波在非相干方向上的平面波的角度范围的尺寸限定，从该非相干方向对其他眼睛造成串扰。衍射级加宽不仅发生在相干方向上，也发生在非相干方向上。当考虑这一现象时， 所选的非相干方向上的发射角度应小于根据几何光学计算得出的必要值。平板光波导优选地用于平板显示器的照明单元，以实现那些显示装置的平面。其借助其他光学组件设计，使得显示器优选地以大角度范围发出光，以增大显示器前的观察空间。US 6 648 485 B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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯·克罗尔，杰拉尔德·菲特雷尔，拉尔夫·豪斯勒，诺伯特·莱斯特，史蒂夫·布施贝克，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：