本申请要求以下专利的优先权：2015年11月13日提交的名称为“wideangleimagingdirectionalbacklights”(宽视角成像定向背光源)的美国临时专利申请62/255,270(代理人参考号390000)，该申请全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及光调制装置的照明，并且更具体地讲，涉及用于从局部光源提供大面积照明的光导，以便在2d、3d和/或自动立体显示装置中使用。
背景技术：
空间多路复用自动立体显示器通常使视差组件诸如透镜状屏幕或视差屏障与图像阵列对准，所述图像阵列被布置成在空间光调制器例如lcd上的至少第一组像素和第二组像素。视差组件将来自该像素组中的每个像素组的光导向至不同的相应方向，以在显示器前面提供第一观察窗和第二观察窗。观察者将眼睛置于第一观察窗中用来自第一组像素的光可看到第一图像；而将眼睛置于第二观察窗中用来自第二组像素的光可看到第二图像。
与空间光调制器的原始分辨率相比，此类显示器具有降低的空间分辨率，并且此外，观察窗的结构由像素孔形状和视差组件成像功能决定。像素之间的间隙(例如对于电极而言)通常产生不均匀的观察窗。不期望的是，当观察者相对于显示器横向移动时，此类显示器呈现图像闪烁，因此限制了显示器的观察自由度。此类闪烁可通过使光学元件散焦而减少；然而，此类散焦导致图像串扰程度加大并增加观察者的视觉疲劳。此类闪烁可通过调整像素孔的形状而减少，然而，此类改变可降低显示器亮度并且可包括对空间光调制器中的电子设备进行寻址。
技术实现要素：
根据本公开，定向照明设备可包括用于导向光的成像定向背光源、用于向成像定向背光源提供光的照明器阵列。成像定向背光源可包括用于引导光的波导。波导可包括第一光引导表面以及与第一光引导表面相对的第二光引导表面。
显示器背光源通常采用波导和边缘发光源。某些成像定向背光源具有将照明导向穿过显示器面板到观察窗中的另外的能力。成像系统可在多个光源和相应的窗图像之间形成。成像定向背光源的一个示例是可采用折叠式光学系统的光学阀，因此也可以是折叠式成像定向背光源的示例。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀，同时反向传播光可通过反射离开倾斜小平面而被提取，如美国专利公布2012/0127573中所述，所述专利公布全文以引用方式并入本文。
定向背光源提供穿过波导的照明，所述照明以波导内的多个方向成像至观察窗。来自输入端处的光源并在波导内传播的发散光提供有减小的发散度，并且通常通过波导反射端处的弯曲反射镜而准直，并且通过弯曲光提取特征结构或透镜诸如菲涅耳透镜朝向观察窗成像。对轴向观察窗而言，准直光基本上平行于矩形形状的波导的边缘，因此光跨越波导的整个区域朝向观察窗输出。对于离轴位置而言，准直光的方向并不平行于矩形波导的边缘，但以非零的角度倾斜。因此，在准直光束的一个边缘和波导的相应边缘之间形成未被照明的(或空隙)外部(其可为三角形形状)。没有光从外部内导向至相应观察窗，并且显示器在该区域看起来黑暗。可能期望的是减少离轴观察位置的黑暗外部的出现，使得更多的波导区域可用于照明空间光调制器，从而有利地减小系统大小和成本。
一般来讲，利用这种系统和相关的成像定向背光源系统，由于高角处的光晕，并非所有背光源区域均为可用的。对系统的修改可通过将光引入空隙区域可克服此限制。此类经修改的照明设备实施方案可导致增加的亮度、局部独立照明和定向能力。
根据本公开的第一方面，提供了一种定向背光源，该定向背光源包括：波导，该波导包括用于沿波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面以及在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的输入表面；以及光源阵列，该光源沿波导的输入表面布置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导中，这些光源具有间隔开的发光区域，该波导还包括用于将来自光源的输入光沿波导反射回的反射端，该第二引导表面被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，并且该定向背光源被布置成将输出光在输出方向上导向到光学窗中，这些光学窗取决于输入位置而沿输入了输入光的光源的输入表面横向地分布，其中该波导还包括至少一个表面起伏特征结构，该至少一个表面起伏特征结构形成在第一引导表面和第二引导表面中的至少一者上在与输入表面相邻的位置中且位于光源的发光区域的中间，或形成在输入表面上在光源的发光区域的中间。
表面起伏特征结构的所述位置可位于由以下各项界定的区域内：输入表面的一部分，其位于一对相邻光源的发光区域的中间；以及一对相交想像线，这对相交想像线从与输入表面的该部分相邻的这对光源的发光区域的相应边缘延伸到反射端的在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的相应侧面。表面起伏特征结构可为机械固定特征结构。机械固定特征结构可固定到定向背光源的另一个部件。
有利的是，可提供波导与系统的其他光学和机械部件的机械配准。在热膨胀增大的区域可以方便地实现机械配准。
定向背光源还可包括后反射器，该后反射器包括反射小平面的线性阵列，其中这些反射小平面被布置成使来自光源的透射穿过波导的多个小平面第二引导表面的光反射回穿过波导，以离开穿过第一引导表面进入所述光学窗，该后反射器是机械固定特征结构所固定到的所述另一个部件。
有利的是，可减少波导运动到后反射器而产生的光学伪影。此外，后反射器可与机械和光学系统的其他部件方便地对准。
表面起伏特征结构可为突起。有利的是，对于自动立体和防窥操作模式，可实现输入光耦合区域的低可见度和串扰的减少。
表面起伏特征结构可为凹陷部。有利的是，可实现机械对准的机械强度的增大。
表面起伏特征结构可被布置成从波导中移除在由反射端反射后入射在其上的至少一些反射光。有利的是，可以进一步减少由于来自输入表面的背反射而导致的串扰。
表面起伏特征结构可为识别标记。有利的是，可以实现部件的可追溯性而不会劣化光学路径。
输入表面可为波导的与反射端相对的端部。输入表面可为波导的延伸离开反射端的侧表面。第一引导表面可被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面可包括多个光提取特征结构和位于光提取特征结构之间的中间区域，该多个光提取特征结构被取向为在允许作为输出光离开穿过第一引导表面的方向上导向沿波导引导的光，并且所述中间区域被布置成沿波导引导光。第二引导表面可具有阶梯式形状，其中所述光提取特征结构是中间区域之间的小平面。光提取特征结构可在波导的侧表面之间的方向上具有正光焦度，这些侧表面在第一引导表面和第二引导表面之间延伸。反射端可在反射端的侧面之间延伸的方向上具有正光焦度，这些侧面在第一引导表面和第二引导表面之间延伸。
根据本公开的第二方面，定向显示装置可包括：根据第一方面的定向背光源；以及透射空间光调制器，该透射空间光调制器被布置成接收来自波导的输出光并且对其进行调制以显示图像。
根据本公开的第三方面，定向显示设备可包括：根据第二方面的定向显示装置；以及控制系统，该控制系统被布置成控制光源。
有利的是，可提供定向显示器以实现可切换定向操作，包括自动立体、防窥、宽视角、高亮度、夜间和节能功能。
根据本公开的第四方面，定向背光源可包括：波导，该波导包括用于沿波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面以及在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的输入表面；光源阵列，该光源沿波导的输入端布置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导中，这些光源具有间隔开的发光区域，该波导还包括用于将来自光源的输入光沿波导反射回的反射端，该第二引导表面被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，并且该波导被布置成使光源成像，使得来自光源的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，这些光学窗取决于光源的输入位置横向地分布；以及至少一个条带，该至少一个条带附着到波导的第一引导表面和第二引导表面中的至少一者并沿其邻近于输入表面延伸，该条带被布置成减少从波导内部入射到其上的光的反射。
光源可具有间隔开的发光区域，并且条带可沿第一引导表面和第二引导表面中的至少一者延伸跨过邻近于光源的发光区域的位置以及光源的发光区域中间的位置。条带可仅沿第一引导表面和第二引导表面中的至少一者的一部分延伸。第一引导表面和第二引导表面中的至少一者的所述部分可从输入表面偏离，该条带沿所述部分延伸。条带可为粘合带。条带可为粘合剂材料。条带可具有与波导的折射率相差不超过0.02的折射率。
有利的是，在防窥操作模式下，这种显示器可为离轴观察位置提供减小的亮度。另外，可通过控制条带的宽度来控制亮度减小的程度。另外，可通过控制至少一个条带的大小和位置来减少输入光的光损耗。
条带可具有与波导的折射率相差不小于0.08的折射率。有利的是，输入光拖影的强度可减小，以使头部亮度损耗变小。第一引导表面和第二引导表面中的至少一者的所述部分可跨过输入表面的中心，该条带沿所述部分延伸。有利的是，在防窥操作模式下，针对离轴观察位置的光拖影的可见度可减小。
定向背光源还可包括支撑件，该支撑件支撑光源阵列并且可具有跨越波导的第一引导表面或第二引导表面延伸经过波导的输入表面的部分，并且其中至少一个条带可包括附着到支撑件且附着到波导的第一引导表面和第二引导表面中的一者以用于将波导相对于支撑在支撑件的光源保持在适当位置的至少一个条带。条带可附着到支撑件并且附着到波导的第一引导表面和第二引导表面中的一者。条带可附着到支撑件且附着到波导的第一引导表面或第二引导表面。
有利的是，波导可设置成与光源阵列基本上固定对准。另外，对准装置可具有减少对于防窥观察位置的光和/或光拖影的进一步功能。
定向背光源还可包括设置在波导的第一引导表面和第二引导表面中的另一者上并且沿其邻近输入表面延伸的至少一个另外的条带，该另外的条带还可被布置成吸收从波导内部入射到其上的光。有利的是，对于有源区外部的波导区域，可进一步增大防窥水平和拖影亮度，从而实现边框宽度的减小。
至少一个条带可包括附着到波导的第一引导表面的至少一个条带和附着到波导的第二引导表面的至少一个条带。条带可吸收光，由此该条带通过吸收该光来减少从波导内部入射到其上的光的反射。条带可以吸收来自光源阵列的光的整个波长范围内的光。有利的是，可减少条带内的散射。
条带可透射光，由此该条带通过将该光耦合到波导外部来减少从波导内部入射到其上的光的反射。支撑件可为柔性印刷电路。有利的是，可使用常规的粘合带材料，从而降低成本和复杂性。
定向背光源还可包括支撑件可附接到的刚性保持器部分。支撑件可为刚性保持器部分。定向背光源还可包括弹性构件，该弹性构件设置在光源后面并将光源朝向波导弹性地偏置。
有利的是，结合改善防窥和光拖影亮度，可实现光源阵列和波导的纵向对准。
根据本公开的第五方面，定向背光源可包括：波导，该波导包括用于沿波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面以及包括在第一引导表面和第二引导表面之间延伸的输入表面的输入端；光源阵列，该光源沿波导的输入端布置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导中，这些光源具有间隔开的发光区域，该波导还包括用于将来自光源的输入光沿波导反射回的反射端，该第二引导表面被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，并且该波导被布置成使光源成像，使得来自光源的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，这些光学窗取决于光源的输入位置横向地分布；保持器部分，该保持器部分延伸跨过光源和波导，该保持器部分将光源和波导相对于彼此保持在适当位置；和弹性构件，该弹性构件设置在光源后面并且将光源朝向波导的输入端弹性地偏置。
有利的是，可以可能不期望在波导与支撑件之间提供粘合带的布置方式实现光源阵列和波导的纵向对准。
定向背光源还可包括止动件，该止动件从弹性构件后面的保持器部分延伸出，该弹性构件接合止动件。止动件可为保持器部分的整体部分。定向背光源还可包括支撑光源阵列的支撑件，该支撑件附接到保持器部分。支撑件可为印刷电路。印刷电路可为柔性印刷电路。
有利的是，可通过止动件和弹性构件的配合来提供光源上的对准和力，以减少在向定向显示器的下落和其他高冲击事件期间的损坏。
支撑件可具有跨波导的第二引导表面延伸经过波导的输入端的部分，并且定向背光源还可包括光吸收粘合带，该光吸收粘合带附着到支撑件且附着到波导的第二引导表面以用于将波导相对于支撑在支撑件上的光源保持在适当位置，该光吸收粘合带沿第二引导表面波导邻近输入端延伸。有利的是，结合改善防窥和光拖影亮度，可实现光源阵列和波导的纵向对准。
根据本公开的第六方面，定向背光源可包括：波导，该波导包括用于沿波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面和在第一引导表面与第二引导表面之间延伸的用于接收输入光的输入表面；以及反射端，该反射端用于将来自光源的输入光沿波导反射回；光源阵列，该光源沿波导的输入端布置在不同输入位置处并且被布置成将输入光输入到波导中，其中第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面具有阶梯式形状，该阶梯式形状包括多个提取小平面和位于这些小平面之间的中间区域，该多个提取小平面被取向成在从反射端反射后，将来自光源的输入光反射穿过第一引导表面作为输出光，并且这些中间区域被布置成沿波导引导光，该波导被布置成使光源成像，使得输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，这些光学窗取决于光源的输入位置横向地分布；后反射器，该后反射器包括反射小平面的线性阵列，这些反射小平面被布置成使来自光源的透射穿过波导的多个小平面的光反射回穿过波导，以离开穿过第一引导表面；透射片，该透射片布置在后反射器与波导的第二引导表面之间。
透射片可包括多个层。该多个层可包括邻近后反射器的后保护层，该后保护层由与多个层中的任何其他层的材料相比对后反射器提供更少损坏的材料制成。该多个层可包括邻近波导的前保护层，该前保护层由与多个层中的任何其他层的材料相比对波导提供更少损坏的材料制成。该多个层包括加强层，该加强层由与多个层的任何其他层的材料相比具有更高硬度的材料制成。
有利的是，后反射器和波导第二引导表面的损坏可减小。另外，后反射器和波导的小平面之间的摩尔纹的对比度可减小。
本公开的任一方面可以任何组合应用。
本文的实施方案可提供自动立体显示器，该自动立体显示器提供可允许定向观察和常规2d兼容性的宽视角。广角观察模式可用于观察者跟踪自动立体3d显示器、观察者跟踪2d显示器(例如用于防窥或节能应用)、用于宽视角2d显示器或用于宽视角立体3d显示器。此外，实施方案可提供受控照明器以便得到高效的自动立体显示器。此类组件可用于定向背光源中，以提供包括自动立体显示器的定向显示器。另外，实施方案可涉及定向背光源设备以及可结合该定向背光源设备的定向显示器。这种设备可用于自动立体显示、防窥显示、多用户显示以及可实现例如节能操作和/或高亮度操作的其他定向显示应用程序。
本文的实施方案可提供具有大面积和薄型结构的自动立体显示器。另外，如将描述，本发明的光学阀可实现具有较大后工作距离的薄型光学组件。此类组件可用于定向背光源中，以提供包括自动立体显示器的定向显示器。此外，实施方案可提供受控照明器以便得到高效的自动立体显示器。
本公开的实施方案可用于多种光学系统中。实施方案可包括或利用各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、独立成套的投影仪系统、视觉和/或视听系统以及电和/或光学装置。实际上，本公开的方面可以几乎跟与光学和电气装置、光学系统、演示系统有关的任何设备，或者可包括任何类型的光学系统的任何设备一起使用。因此，本公开的实施方案可用于光学系统、视觉和/或光学演示中使用的装置、视觉外围设备等，并且可用于多种计算环境。
在详细讨论所公开的实施方案之前，应当理解，本发明并不将其应用或形成限于所示的具体布置的细节，因为本发明能够采用其他实施方案。此外，可以不同的组合和布置来阐述本公开的各个方面，以限定实施方案在其本身权利内的独特性。另外，本文使用的术语是为了说明的目的，而非限制。
定向背光源通常通过调制布置在光学波导的输入孔侧的独立led光源，来提供对从基本上整个输出表面发出的照明的控制。控制发射光定向分布可实现安全功能的单人观察，其中显示器可仅被单个观察者从有限角度范围看到；可实现高电效率，其中主要在小角度定向分布内提供照明；可实现对时序立体显示器和自动立体显示器的左右眼交替观察；以及可实现低成本。
本领域的普通技术人员在阅读本公开的全文后，本公开的这些和其他优点以及特征结构将变得显而易见。
附图说明
实施方案通过示例的方式在附图中示出，其中类似的附图标号表示类似的部件，并且其中：
图1a是根据本公开的示意图，其示出了定向显示装置的一个实施方案中的光传播的前视图；
图1b是根据本公开的示意图，其示出了图1a的定向显示装置的一个实施方案中的光传播的侧视图；
图2a是根据本公开的示意图，其示出了定向显示装置的另一个实施方案中的光传播的顶视图；
图2b是根据本公开的示意图，其示出了图2a的定向显示装置的前视图中的光传播；
图2c是根据本公开的示意图，其示出了图2a的定向显示装置的侧视图中的光传播；
图3是根据本公开的示意图，其示出了定向显示装置的侧视图；
图4a是根据本公开的示意图，其示出了包括弯曲光提取特征结构的定向显示装置中的观察窗的生成的前视图；
图4b是根据本公开的示意图，其示出了包括弯曲光提取特征结构的定向显示装置中的第一观察窗和第二观察窗的生成的前视图；
图5是根据本公开的示意图，其示出了包括线性光提取特征结构的定向显示装置中的第一观察窗的生成；
图6a是根据本公开的示意图，其示出了在第一时隙中时间多路复用定向显示装置中第一观察窗的生成的一个实施方案；
图6b是根据本公开的示意图，其示出了在第二时隙中时间多路复用定向显示装置中的第二观察窗的生成的另一个实施方案；
图6c是根据本公开的示意图，其示出了在时间多路复用定向显示装置中的第一观察窗和第二观察窗的生成的另一个实施方案；
图7是根据本公开的示意图，其示出了观察者跟踪自动立体定向显示装置；
图8是根据本公开的示意图，其示出了多观察者定向显示装置；
图9是根据本公开的示意图，其示出了防窥定向显示装置；
图10是根据本公开的示意图，其示出了时间多路复用定向显示装置的结构的侧视图；
图11是根据本公开的示意图，其示出了包括定向显示装置和控制系统的定向显示设备；
图12a是根据本公开的示意图，其示出了包括在与反射侧面相对的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备光学叠堆的透视图；
图12b是根据本公开的示意图，其示出了由包括在与反射侧面相对的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备形成光学窗的透视图；
图12c是根据本公开的示意图，其示出了包括在邻近反射侧面的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备光学叠堆的透视图；
图12d是根据本公开的示意图，其示出了由包括在邻近反射侧面的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备形成光学窗的透视图；
图13是根据本公开的示意图，其示出了在输入表面处输入到定向波导中的光的顶视图；
图14、图15和图16是根据本公开的示意图，其示出了定向波导的反射端的照明的顶视图；
图17是根据本公开的示意图，其示出了对于宽视角操作模式的离轴观察位置，来自定向波导的光均匀度的透视图；
图18是根据本公开的示意图，其示出了对于防窥操作模式的离轴观察位置，来自定向波导的光均匀度的透视图；
图19是根据本公开的示意图，其示出了定向波导的前视图，其中波导还包括至少一个表面起伏特征结构，该至少一个表面起伏特征结构形成在第一引导表面和第二引导表面中的至少一者上在邻近输入表面的位置中；
图20是根据本公开的示意图，其示出了包括反射小平面的线性阵列并且还包括对准孔的后反射器的前视图；
图21是根据本公开的示意图，其示出了图19的定向波导和图20的后反射器的对准；
图22、图23a和图23b是根据本公开的示意图，其示出了定向波导的侧视图，其中该波导还包括至少一个表面起伏特征结构；
图24、图25a和图25b是根据本公开的示意图，其示出了光输入到定向波导和用于表面起伏特征结构的边界区域中的前视图；
图26a是根据本公开的示意图，其示出了对于宽视角操作模式，定向背光源中的离轴传播的前透视图；
图26b是根据本公开的示意图，其示出了对于防窥操作模式，定向背光源中的离轴传播的前透视图；
图26c是根据本公开的示意图，其示出了来自定向波导的输入侧面的光输入和光反射的顶视图；
图26d和图26e是根据本公开的示意图，其分别示出了被布置成使来自输入端的光线的反射减少的条带的侧视图和顶视图；
图26f是根据本公开的示意图，其示出了布置在第一引导表面上的条带和支撑件的顶视图；
图26g是根据本公开的示意图，其示出了波导上条带的布置方式的顶视图；
图26h是根据本公开的示意图，其示出了定向背光源的侧视图，该定向背光源还包括支撑件所附接到的刚性保持器部分；
图26i是根据本公开的示意图，其示出了定向背光源的侧视图，表明该支撑件可为刚性保持器部分；
图26j和图26k是根据本公开的示意图，其示出了包括漫射光提取区域的定向背光源的侧视图和顶视图，这些漫射光提取区域可位于第一引导表面和/或第二引导表面上；
图26l、图26m和图26n是根据本公开的示意图，其示出了条带和漫射区域的另外的布置方式的顶视图；
图26p是根据本公开的示意图，其示出了定向背光源的侧视图，该定向背光源还包括波导所附接到的刚性保持器部分；
图27是根据本公开的示意图，其示出了定向背光源的侧视图，该定向背光源在输入侧上在阵列的光源中间的区域中还包括吸收区域；
图28a是根据本公开的示意图，其示出了定向背光源中的光拖影的前透视图；
图28b是根据本公开的示意图，其示出了平面波导中的光波的传播的侧视图；
图28c是根据本公开的示意图，其示出了包括提取特征结构的波导中的光波的传播的侧视图；
图28d是根据本公开的示意图，其示出了包括提取特征结构的波导中的光线的传播的侧视图；
图29是根据本公开的示意图，其示出了提取特征结构处的提取亮度相对于波导内的光线的角度的曲线图；
图30a是根据本公开的示意图，其示出了提取特征结构的模制的侧视图；
图30b是根据本公开的示意图，其示出了来自包括小平面倾斜的光提取特征结构的光提取的侧视图；
图31a是根据本公开的示意图，其示出了波导中的大角度光的优先提取的侧视图；
图31b是根据本公开的示意图，其示出了提取特征结构处的提取亮度相对于图31a的波导内的光线的角度的曲线图；
图31c和图31d是根据本公开的示意图，其示出了均匀宽度条带的提供的侧视图；
图32是根据本公开的示意图，其示出了与光源的横向阵列对准的不同条带的顶视图；
图33a是根据本公开的示意图，其示出了包括识别标记的定向波导的侧视图；
图33b是根据本公开的示意图，其示出了光输入到定向波导和用于表面起伏和印刷识别特征结构的边界区域中的前视图；
图33c是根据本公开的示意图，其示出了包括识别标记和另外的突起的定向波导的侧视图；
图33d是根据本公开的示意图，其示出了包括识别标记的定向波导的金属化反射器的顶视图；
图34a是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导和后反射器的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凸的波导表面起伏对准特征结构；
图34b是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导、后反射器和光条的对准的显示设备的侧视图，该光条导包括发光元件阵列和印刷电路；
图34c是根据本公开的示意图，其示出了包括对准特征结构的光条的顶视图；
图35a是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导、后反射器、光条的对准的显示设备的侧视图，该光条导包括发光元件阵列和印刷电路和后框架；
图35b是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导和后反射器的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凹的波导表面起伏对准特征结构，且该后反射器具有凸的表面起伏特征结构；
图35c是根据本公开的示意图，其示出了定向波导和光条的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括具有凹的波导表面起伏对准特征结构，且该光条具有凸的表面起伏特征结构；
图36是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导和内部框架的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凸的波导表面起伏对准特征结构，且该内部框架具有凹的表面起伏对准特征结构；
图37是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导和内部框架的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凹的波导表面起伏对准特征结构的定向波导和，并且该内部框架具有凸的表面起伏对准特征结构；
图38是根据本公开的示意图，其示出了显示设备的侧视图，该显示设备包括与定向波导接触的后反射器；
图39是根据本公开的示意图，其示出了包括表面起伏特征结构的显示设备的侧视图，该表面起伏特征结构被布置成提供后反射器和波导的分离；
图40是根据本公开的示意图，其示出了定向波导和被布置成提供离轴空隙照明的光源阵列的前视图；
图41是根据本公开的示意图，其示出了图40的定向背光源的光条阵列的前视图；
图42是根据本公开的示意图，其示出了光输入到定向波导和用于粘附特征结构的边界区域中的前视图；
图43是根据本公开的示意图，其示出了包括定向波导与包括粘附特征结构的机械布置方式的对准的显示设备的侧视图；
图44、图45和图46是根据本公开的示意图，其示出了定向波导的模制方法的侧视图；
图47是根据本公开的示意图，其示出了包括印刷识别特征结构的定向波导的侧视图；
图48、图49和图50是根据本公开的示意图，其示出了包括模具嵌入物的定向波导的模制方法的侧视图；
图51是根据本公开的示意图，其示出了包括来自图48至图50的模具嵌入物的模制特征结构的定向波导的侧视图；
图52a是根据本公开的示意图，其示出了包括用于具有损坏伪影的定向波导的后反射器的显示设备的侧视图；
图52b是根据本公开的示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器的显示设备的侧视图，示出了由于损坏伪影导致的光传播；
图52c是根据本公开的示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器的显示设备的透视下视图，示出了由于损坏伪影导致的光传播；
图53a、图53b和图53c是根据本公开的示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器还包括布置在波导与后反射器之间的中间层的显示设备的侧视图；
图54是根据本公开的示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器的显示设备的侧视图，其中后反射器还包括基本上共面的平坦区域；
图55是根据本公开的示意图，其示出了led与阀输入侧面的不对准的侧视图；
图56是根据本公开的示意性曲线图，其示出了光进入波导中的相对耦合效率以及对应的水平不对准；
图57是根据本公开的示意图，其示出了具有led与包括附加反射元件的阀输入侧面的不对准的侧视图；
图58是根据本公开的示意图，其示出了光进入波导中的相对耦合效率，该波导还包括与垂直和水平不对准对应的附加反射元件；
图59a是根据本公开的示意图，其示出了第一步骤中的led阵列15与波导1的对准的侧视图；
图59b是根据本公开的示意图，其示出了第二步骤中的led阵列15与波导1的对准的侧视图；
图60a和图60b是根据本公开的示意图，其示出了照明组件与机械支撑件的对准的侧视图，该机械支撑件为止动件，还包括粘附带；
图61a和图61b是根据本公开的示意图，其示出了照明组件与带槽机械支撑件的对准的侧视图；
图62a和图62b是根据本公开的示意图，其示出了照明组件与装有弹簧的机械支撑件的对准的侧视图；
图63a、图63b和图63c是根据本公开的示意图，其示出了照明组件与夹持式机械支撑件的对准的侧视图；
图64a和图64b是根据本公开的示意图，其分别示出了led阵列与包括可变形机械支撑件的波导的对准的顶视图和侧视图；并且
图65a和图65b是根据本公开的示意图，其分别示出了侧镜与包括可变形机械支撑件的波导的对准的顶视图和侧视图。
具体实施方式
时间多路复用自动立体显示器可通过以下方法有利地改善自动立体显示器的空间分辨率，即，在第一时隙中将来自空间光调制器所有像素的光引导至第一观察窗，并在第二时隙中将来自所有像素的光引导至第二观察窗。因此，眼睛被布置成接收第一观察窗和第二观察窗中的光的观察者将通过多个时隙看到遍及整个显示器的全分辨率图像。时间多路复用显示器可有利地通过使用定向光学元件将照明器阵列引导穿过基本上透明的时间多路复用空间光调制器，而实现定向照明，其中定向光学元件在窗平面中基本上形成照明器阵列的图像。
观察窗的均匀度可有利地与空间光调制器中像素的布置方式无关。有利的是，此类显示器可提供具有低闪烁的观察者跟踪显示器，并且对于移动观察者的串扰水平较低。
为了在窗平面中实现高均匀度，期望提供具有高空间均匀度的照明元件阵列。可例如通过大小为大约100微米的空间光调制器的像素与透镜阵列的组合，提供时序照明系统的照明器元件。然而，此类像素会遭受对于空间多路复用显示器而言的类似的难题。另外，此类装置可具有较低效率和较高成本，从而需要另外的显示组件。
可便利地用宏观照明器(例如，led阵列)与通常具有1mm或更大大小的均匀化和漫射光学元件的组合，来实现高窗平面均匀度。然而，照明器元件的大小增加意味着定向光学元件的大小成比例地增加。例如，成像到65mm宽观察窗的16mm宽的照明器可需要200mm的后工作距离。因此，光学元件的厚度增加可妨碍有效应用于例如移动显示器或大面积显示器。
为解决上述缺点，如共同拥有的美国专利公布2012/0127573所述的光学阀有利地可与快速切换透射式空间光调制器组合布置，以在薄型封装中实现时间多路复用自动立体照明，同时提供高分辨率图像及无闪烁观察者跟踪和低串扰水平。描述了观察位置或窗的一维阵列，其可在第一(通常水平)方向上显示不同图像，但在第二(通常竖直)方向上移动时包含相同图像。
常规的非成像显示背光源通常采用光学波导并且具有来自光源诸如led的边缘照明。然而，应当理解，此类常规的非成像显示背光源与本公开中所讨论的成像定向背光源之间在功能、设计、结构和操作方面存在许多根本差异。
一般来讲，例如，根据本公开，成像定向背光源被布置成将来自多个光源的照明在至少一条轴上导向穿过显示器面板到达相应的多个观察窗。每个观察窗通过成像定向背光源的成像系统在光源的至少一条轴上基本上形成为图像。成像系统可形成于多个光源和相应的窗图像之间。以此方式，来自多个光源中的每一者的光对于处于相应观察窗之外的观察者眼睛而言基本上不可见。
相比之下，常规的非成像背光源或光引导板(lgp)用于2d显示器的照明。参见例如，
如本文所用，光学阀是这样的光学结构，其可以是称为例如光阀、光学阀定向背光源和阀定向背光源(“v-dbl”)的光引导结构或装置的类型。在本公开中，光学阀不同于空间光调制器(即便空间光调制器有时在本领域中可一般称为“光阀”)。成像定向背光源的一个示例为可采用折叠式光学系统的光学阀。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀，可入射到成像反射器上，并且可反向传播，使得光可通过反射离开倾斜的光提取特征结构而被提取，并导向至观察窗，如美国专利公布2012/0127573中所述，所述专利公布全文以引用方式并入本文。
另外，如本文所用，阶梯式波导成像定向背光源可为光学阀中的至少一者。阶梯式波导是用于成像定向背光源的波导，其包括用于引导光的波导，还包括：第一光引导表面；和与第一光引导表面相对的第二光引导表面，还包括散布有被布置为阶梯的多个提取结构特征结构的多个光引导结构特征结构。
在操作中，光可在示例性光学阀内在第一方向上从输入表面传播到反射侧面并且可在基本上无损耗的情况下透射。光可在反射侧反射并且在与第一方向基本上相对的第二方向上传播。当光在第二方向上传播时，光可入射到光提取特征结构上，所述光提取特征结构可操作以将光重新导向到光学阀之外。换句话说，光学阀一般允许光在第一方向上传播并且可允许光在第二方向上传播时被提取。
光学阀可实现大显示面积的时序定向照明。另外，可采用比光学元件后工作距离更薄的光学元件以将来自宏观照明器的光导向到窗平面。此类显示器可使用光提取特征结构阵列，所述光提取特征结构阵列被布置成提取在基本上平行的波导中反向传播的光。
用于与lcd一起使用的薄型成像定向背光源实现方式已由如下提出和说明：3m的例如美国专利7,528,893；微软公司(microsoft)的例如美国专利7,970,246，其在本文可称为“wedgetypedirectionalbacklight”(楔型定向背光源)；reald的例如美国专利公布2012/0127573，其在本文可称为“opticalvalve”(光学阀)或“opticalvalvedirectionalbacklight”(光学阀定向背光源)，所有上述专利全文以引用方式并入本文。
本公开提供了阶梯式波导成像定向背光源，其中光可在例如阶梯式波导的内面之间来回反射，所述阶梯式波导可包括第一侧面和第一组特征结构。在光沿着阶梯式波导的长度行进时，光可基本上不改变相对于第一侧面和第一组表面的入射角，且因此在这些内面处不能达到介质的临界角。光提取可有利地由第二组表面(阶梯“立板”)实现，所述第二组表面斜向于第一组表面(阶梯“踏板”)。应当注意，第二组表面可不为阶梯式波导的光引导操作的部分，但可被布置成从该结构提供光提取。相比之下，楔型成像定向背光源可允许在具有连续内表面的楔形轮廓波导内引导光。因此，光学阀不是楔型成像定向背光源。
图1a是示意图，其示出了定向显示装置的一个实施方案中的光传播的前视图，图1b是示意图，其示出了图1a的定向显示装置中的光传播的侧视图。
图1a示出了定向显示装置的定向背光源的xy平面中的前视图，并且包括可用于照明阶梯式波导1的照明器阵列15。照明器阵列15包括照明器元件15a至照明器元件15n(其中n是大于1的整数)。在一个示例中，图1a的阶梯式波导1可为阶梯式的、显示器大小的波导1。照明元件15a至照明元件15n是可为发光二极管(led)的光源。虽然led在本文作为照明器元件15a-15n来讨论，但可使用其他光源，诸如但不限于二极管源、半导体源、激光源、局域场致发射源、有机发射器阵列等。另外，图1b示出了在xz平面中的侧视图，并且包括如图所示布置的照明器阵列15、slm48、提取特征结构12、引导特征结构10和阶梯式波导1。图1b中提供的侧视图为图1a中所示的正视图的替代视图。因此，图1a和图1b的照明器阵列15彼此对应，并且图1a和图1b的阶梯式波导1可彼此对应。
另外，在图1b中，阶梯式波导1可具有较薄的输入端2和较厚的反射端4。因此，波导1在接收输入光的输入端2与将输入光反射回穿过波导1的反射端4之间延伸。输入端2在跨波导的横向方向上的长度大于输入端2的高度。将照明器元件15a至照明器元件15n设置在跨输入端2的横向方向上的不同输入位置。
波导1具有相对的第一引导表面和第二引导表面，所述引导表面在输入端2与反射端4之间延伸以用于沿波导1来回引导光。第二引导表面具有面向反射端4的多个光提取特征结构12，并且被布置为跨越不同方向上的输入端从不同输入位置穿过第一引导表面反射穿过定向波导1从反射端引导回的光的至少一些，所述不同方向取决于输入位置。
在此示例中，光提取特征结构12是反射小平面，但可使用其他反射特征结构。光提取特征结构12不引导光穿过波导，而光提取特征结构12之间的第二引导表面的中间区域引导光，而不提取光。第二引导表面的那些区域是平坦的并且可平行于第一引导表面或以相对较低的倾角延伸。光提取特征结构12横向延伸至那些区域，使得第二引导表面具有阶梯式形状，所述阶梯式形状可包括光提取特征结构12和中间区域。光提取特征结构12被取向为使来自光源的光在从反射端4反射后反射穿过第一引导表面。
光提取特征结构12被布置成将来自在跨输入端的横向方向上的不同输入位置的输入光在相对于第一引导表面的不同方向上导向，所述不同方向取决于输入位置。由于照明元件15a-15n被布置在不同输入位置处，所以来自相应照明元件15a-15n的光在那些不同方向上反射。这样，照明元件15a-15n中的每个照明元件在分布在横向方向中的输出方向上将光导向到各自的光学窗中，所述光学窗取决于输入位置。对于输出光而言，跨输入位置分布在其中的输入端2的横向方向对应于第一引导表面法线的横向方向。如输入端2处限定且对于输出光而言的横向方向在该实施方案中保持平行，其中反射端4和第一引导表面处的偏转一般与横向方向正交。在控制系统的控制下，照明器元件15a-15n可被选择性地操作以将光导向到可选择的光学窗中。光学窗可单独或成组地用作观察窗。
slm48延伸跨过波导并且调制从其输出的光。虽然slm48可为液晶显示器(lcd)，但这仅仅作为示例，并且可使用其他空间光调制器或显示器，包括lcos、dlp装置等，因为该照明器可以反射方式工作。在此示例中，slm48跨波导的第一引导表面而安置并调制在从光提取特征结构12反射后穿过第一引导表面的光输出。
在图1a中示出可提供一维观察窗阵列的定向显示装置的操作的前视图，其侧面轮廓在图1b中示出。在操作中，在图1a和图1b中，光可从照明器阵列15，诸如照明器元件15a至15n的阵列发出，其沿着阶梯式波导1的薄端侧面2的表面x＝0位于不同位置y。光可在阶梯式波导1内在第一方向上沿着+x传播，与此同时，光可在xy平面中成扇形射出并且在到达远处弯曲端侧4后可基本上或完全填充弯曲端侧4。在传播时，光可在xz平面中展开成一组角度，该组角度高达但不超过引导材料的临界角。连接阶梯式波导1的底侧的引导特征结构10的提取特征结构12可具有大于临界角的倾斜角，并且因此在第一方向上沿着+x传播的基本上所有光都可能错过该提取特征结构12，从而确保了基本上无损耗的前向传播。
继续讨论图1a和图1b，可使阶梯式波导1的弯曲端侧面4具反射性，通常通过用反射性材料(诸如银)涂覆而实现，但也可采用其他反射技术。光因此可在第二方向上重新导向，顺着引导件在-x方向上返回并且可在xy或显示器平面中基本上准直。角展度可在围绕主要传播方向的xz平面中基本上保持，这可允许光撞击立板边缘并从引导件反射出来。在具有大约45度倾斜的提取特征结构12的实施方案中，可大约垂直于xy显示器平面有效地导向光，其中相对于传播方向基本上保持xz角展度。当光通过折射离开阶梯式波导1时此角展度可增加，但依据提取特征结构12的反射特性，可略有减小。
在具有未涂覆的提取特征结构12的一些实施方案中，当无法进行全内反射(tir)时反射可减少，从而挤压xz角轮廓并偏离法线。然而，在涂覆有银或金属化的提取特征结构的其他实施方案中，可保留增大的角展度和中心法线方向。继续描述具有涂覆有银的提取特征结构的实施方案，在xz平面中，光可大约准直地离开阶梯式波导1，并且可与照明器阵列15中的相应照明器元件15a-15n离输入边缘中心的y位置成比例地导向偏离法线。沿着输入边缘2具有独立照明器元件15a-15n于是使光能够从整个第一光导向侧面6离开并以不同外角传播，如图1a中所示。
用此类装置照明空间光调制器(slm)48(诸如快速液晶显示器(lcd)面板)可实现自动立体3d，如图2a中的顶视图或从照明器阵列15端部观察的yz-平面、图2b中的前视图以及图2c中的侧视图所示。图2a是以顶视图示出光在定向显示装置中的传播的示意图，图2b是以正视图示出光在定向显示装置中的传播的示意图，而图2c是以侧视图示出光在定向显示装置中的传播的示意图。如图2a、图2b和图2c所示，阶梯式波导1可位于显示顺序右眼图像和左眼图像的快速(例如，大于100hz)lcd面板slm48的后方。在同步中，可选择性打开和关闭照明器阵列15的具体照明器元件15a至15n(其中n是大于一的整数)，从而借助系统的方向性提供基本上独立地进入右眼和左眼的照明光。在最简单的情况下，一起打开照明器阵列15的多组照明器元件，从而提供在水平方向上具有有限宽度但在竖直方向上延伸的一维观察窗26或光瞳，其中水平间隔的两只眼均可观察到左眼图像；并提供另一个观察窗44，其中两只眼均可主要观察到右眼图像；并提供中心位置，其中两只眼均可观察到不同图像。以此方式，当观察者的头部大约居中对准时可观看到3d。远离中心位置朝侧面的移动可导致场景塌缩在2d图像上。
反射端4在跨波导的横向方向上可具有正光焦度。14.换句话讲，反射端可在波导的侧面之间延伸的方向上具有正光焦度，这些侧面在第一引导表面和第二引导表面之间以及在输入端和反射端之间延伸。光提取特征结构12可在波导的侧面之间的方向上具有正光焦度，这些侧面在第一引导表面6和第二引导表面8之间以及在输入端2和反射端之间延伸。
波导1还可包括用于将来自光源的输入光沿波导1反射回的反射端4，第二引导表面8被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面6作为输出光，并且波导1被布置成使光源15a-n成像使得来自这些光源的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗26a-n中，这些输出方向取决于光源的输入位置而横向地分布。
在通常反射端4具有正光焦度的实施方案中，光轴可参照反射端4的形状限定，例如为穿过反射端4的曲率中心的线并且与端部4围绕x轴的反射对称的轴重合。在反射表面4平坦的情况下，光轴可相对于具有光焦度的其他组件(例如光提取特征结构12，如果它们是弯曲的话)或下文所述的菲涅耳透镜62类似地限定。光轴238通常与波导1的机械轴重合。在通常在端部4处包括基本上圆柱形的反射表面的本发明实施方案中，光轴238为穿过端部4处的表面的曲率中心的线并且与侧面4围绕x轴的反射对称的轴线重合。光轴238通常与波导1的机械轴重合。末端4处的圆柱形反射表面可通常包括球形轮廓以优化同轴和离轴观察位置的性能。可使用其他轮廓。
图3是示意图，其示出了定向显示装置的侧视图。此外，图3示出了可为透明材料的阶梯式波导1的操作的侧视图的另外细节。阶梯式波导1可包括照明器输入侧面2、反射侧面4、可基本上平坦的第一光导向侧面6、以及包括引导特征结构10和光提取特征结构12的第二光导向侧面8。在操作中，来自可例如为可寻址led阵列的照明器阵列15(图3中未示出)的照明器元件15c的光线16可通过第一光导向侧面6的全内反射和引导特征结构10的全内反射在阶梯式波导1中被引导至可为镜面的反射侧面4。虽然反射侧面4可为镜面且可反射光，但在一些实施方案中光也可能穿过反射侧面4。
继续讨论图3，由反射侧面4反射的光线18可进一步通过反射侧面4处的全内反射在阶梯式波导1中引导，并且可被提取特征结构12反射。入射在提取特征结构12上的光线18可基本上远离阶梯式波导1的引导模式偏转并且可如光线20所示导向穿过侧面6到达可形成自动立体显示器的观察窗26的光瞳。观察窗26的宽度可至少由照明器的大小、侧面4和提取特征结构12中的输出设计距离和屈光力确定。观察窗的高度可主要由提取特征结构12的反射锥角和输入侧面2处输入的照明锥角确定。因此，每个观察窗26代表相对于与标称观察距离处的平面相交的空间光调制器48的表面法线方向而言的一系列单独的输出方向。
图4a是示意图，其示出了定向显示装置的前视图示出，该定向显示装置可由第一照明器元件照明并且包括弯曲的光提取特征结构。此外，图4a以正视图示出了在阶梯式波导1中进一步引导来自照明器阵列15的照明器元件15c的光线。输出光线中的每一者从相应照明器14朝相同观察窗26导向。因此，光线30可与光线20相交于窗26中，或在窗中可具有不同高度，如光线32所示。另外，在各种实施方案中，波导1的侧面22和侧面24可为透明表面、镜面或涂黑表面。继续讨论图4a，光提取特征结构12可为细长的，并且光提取特征结构12在光导向侧面8(光导向侧面8在图3中示出，但在图4a未中示出)的第一区域34中的取向可不同于光提取特征结构12在光导向侧面8的第二区域36中的取向。
图4b是示意图，其示出了光学阀的前视图，该光学阀可由第二照明器元件照明。此外，图4b示出了来自照明器阵列15的第二照明器元件15h的光线40、42。侧面4和光提取特征结构12上的反射端的曲率与来自照明器元件15h的光线协作地产生与观察窗26横向间隔的第二观察窗44。
有利的是，图4b中所示的布置方式可在观察窗26处提供照明器元件15c的实像，其中反射侧面4中的光焦度与可由细长光提取特征结构12在区域34与36之间的不同取向所引起的光焦度配合形成实像，如图4a中所示。图4b的布置可实现照明器元件15c至观察窗26中横向位置的成像的改善的像差。改善的像差可实现自动立体显示器的扩展的观看自由度，同时实现低串扰水平。
图5是示意图，其示出了定向显示装置的实施方案的前视图，该定向显示装置具有基本上线性的光提取特征结构。另外，图5示出了与图1类似的组件布置(其中对应的元件是类似的)，其中一个差异是光提取特征结构12为基本上线性的且彼此平行。有利的是，此类布置可跨显示表面提供基本上均匀的照明，并且与图4a和图4b的弯曲提取特征结构相比制造起来可更方便。
图6a是示意图，其示出了在第一时隙中时间多路复用成像定向显示装置中的第一观察窗的生成的一个实施方案，图6b是示意图，其示出了在第二时隙中时间多路复用成像定向背光源设备中的第二观察窗的生成的另一个实施方案，并且图6c是示意图，其示出了时间多路复用成像定向显示装置中的第一观察窗和第二观察窗的生成的另一个实施方案。此外，图6a示意性地示出了由阶梯式波导1生成照明窗26。照明器阵列15中的照明器元件群组31可提供朝向观察窗26的光锥17。图6b示意性地示出了照明窗44的生成。照明器阵列15中的照明器元件群组33可提供朝向观察窗44的光锥19。在与时间多路复用显示器的协作中，窗26和44可按顺序提供，如图6c中所示。如果与光方向输出对应地调整空间光调制器48(图6a、图6b、图6c中未示出)上的图像，则对于处于适当位置的观察者而言可实现自动立体图像。用本文所述的所有定向背光源可实现类似的操作。应当注意，照明器元件群组31和33各自包括来自照明元件15a至15n的一个或多个照明元件，其中n为大于一的整数。
图7是示意图，其示出了观察者跟踪自动立体定向显示装置的一个实施方案。如图7所示，沿着轴29选择性地打开和关闭照明器元件15a至15n提供了观察窗的定向控制。可利用相机、运动传感器、运动检测器或任何其他适当的光学、机械或电气装置来监控头部45位置，并且可打开和关闭照明器阵列15的适当照明器元件以向每只眼睛提供基本上独立的图像而不考虑头部45位置。头部跟踪系统(或第二头部跟踪系统)可提供对不止一个头部45、47(头部47在图7中未示出)的监控，并且可向每个观察者的左眼和右眼提供相同的左眼图像和右眼图像，从而向所有观察者提供3d。同样地，用本文所述的所有定向背光源可实现类似的操作。
图8是示意图，其示出了多观察者定向显示装置(作为示例，包括成像定向背光源)的一个实施方案。如图8中所示，至少两幅2d图像可朝一对观察者45、47导向，使得每个观察者可观看空间光调制器48上的不同图像。图8的这两幅2d图像可以与相对于图7所述类似的方式生成，因为这两幅图像将按顺序且与光源同步显示，所述光源的光朝这两个观察者导向。一幅图像在第一阶段中呈现于空间光调制器48上，并且第二图像在不同于第一阶段的第二阶段中呈现于空间光调制器48上。与第一和第二阶段对应，调整输出照明以分别提供第一观察窗和第二观察窗26、44。两只眼处于窗26中的观察者将感知到第一图像，而两只眼处于窗44中的观察者将感知到第二图像。
图9是示意图，其示出了包括成像定向背光源的防窥定向显示装置。2d显示系统也可出于安全和效率目的而利用定向背光源，其中光可主要导向于第一观察者45的眼睛，如图9中所示。另外，如图9中所示，虽然第一观察者45可以能够观察到装置50上的图像，但光不朝第二观察者47导向。因此，防止了第二观察者47观察到装置50上的图像。本公开的实施方案中的每一者可有利地提供自动立体、双重图像或防窥显示功能。
图10是示意图，其以侧视图示出了时间多路复用定向显示装置(作为示例，包括成像定向背光源)的结构。另外，图10以侧视图示出了自动立体定向显示装置，其可包括阶梯式波导1和菲涅耳透镜62，其被布置为对于跨越阶梯式波导1输出表面的基本上准直的输出提供距空间光调制器标称观察距离处的窗平面106中的观察窗26。竖直漫射体68可被布置成进一步延伸窗26的高度。然后可通过空间光调制器48对光成像。照明器阵列15可包括发光二极管(led)，其可例如为磷光体转换的蓝色led，或可为单独的rgbled。或者，照明器阵列15中的照明器元件可包括被布置成提供单独照明区域的均匀光源和空间光调制器。或者，照明器元件可包括一个或多个激光源。激光输出可通过扫描，例如使用振镜扫描器或mems扫描器，导向到漫射体上。在一个示例中，激光可因此用于提供照明器阵列15中的适当照明器元件以提供具有适当输出角度的基本上均匀的光源，并且进一步提供散斑的减少。或者，照明器阵列15可为激光发射元件的阵列。另外，在一个示例中，漫射体可为波长转换磷光体，使得照明可在不同于可见输出光的波长处。
另一个楔型定向背光源由美国专利7,660,047大体讨论，该专利全文以引用方式并入本文。楔型定向背光源和光学阀进一步以不同方式处理光束。在楔型波导中，在适当角度下输入的光将在主表面上的限定位置处输出，但光线将以基本上相同的角度并且基本上平行于主表面而离开。相比之下，以一定角度输入至光学阀的阶梯式波导的光可从跨第一侧面的点输出，其中输出角由输入角确定。有利的是，光学阀的阶梯式波导可不需要另外的光重新导向膜以朝观察者提取光，并且输入的角不均匀度可能不会提供跨显示表面的不均匀度。
现在将描述基于并且包含图1至图10的结构的一些波导、定向背光源和定向显示装置。除了现在将描述的修改形式和/或另外的特征结构，上述描述同样适用于以下波导、定向背光源和显示装置，但为了简洁起见将不再重复。下文所述的波导可结合到如上文所述的定向背光源或定向显示装置中。类似地，下文所述的定向背光源可结合到如上文所述的定向显示装置中。
图11是示意图，其示出了包括显示装置和控制系统的定向显示设备。控制系统的布置方式和操作现在将被描述并且在必要时加以修改的情况下可适用于本文所公开的显示装置中的每个显示装置。定向背光源包括波导1和如上所述布置的照明元件15a-照明元件15n的阵列15。控制系统被布置用于选择性地操作照明元件15a-15n以将光导向到可选择观察窗中。
反射端4会聚反射光。菲涅耳透镜62可被布置为与反射端4配合以在观察平面处实现观察窗。透射空间光调制器48可被布置为接收来自定向背光源的光。在slm48上显示的图像可与阵列15的光源的照明同步呈现。
控制系统可包括传感器系统，其被布置为检测观察者99相对于显示装置100的位置。传感器系统包括位置传感器406，诸如被布置为确定观察者408的位置的相机；以及头部位置测量系统404，该头部位置测量系统可例如包括计算机视觉图像处理系统。位置传感器406可包括已知的传感器，这些传感器包括具有被布置用于检测观察者脸部位置的相机和图像处理单元的传感器。位置传感器406还可包括立体传感器，其被布置为相比于单视场相机改善对纵向位置的测量。作为另外一种选择，位置传感器406可包括对眼睛间距的测量以给出对来自定向显示器拼片的观察窗的相应阵列的要求位置的测量。
控制系统还可包括照明控制器和图像控制器403，这两者均提供有由头部位置测量系统404提供的观察者的检测位置。
照明控制器包括led控制器402，该led控制器被布置为与波导1配合来确定阵列15的哪些光源应被转换以将光导向至观察者408的相应眼睛；以及led驱动器400，该led驱动器被布置为通过驱动线407控制对光源阵列15的光源的操作。照明控制器74根据头部位置测量系统72所检测到的观察者的位置，来选择要操作的照明器元件15，使得光导向进入观察窗26中对应于观察者99的左眼和右眼的位置。这样，波导1的横向输出方向性对应于观察者位置。
图像控制器403被布置为控制slm48以显示图像。为提供自动立体显示器，图像控制器403和照明控制器可按照如下方式操作。图像控制器403控制slm48以显示时间上多路复用的左眼图像和右眼图像而led控制器402操作光源15以将光导向进入观察窗中对应于观察者的左眼和右眼的位置，并同步地显示左眼和右眼图像。这样，使用时分多路复用技术实现了自动立体效果。在一个示例中，通过用驱动线410对光源409(其可包括一个或多个led)的操作可照明单个观察窗，其中其他驱动线并未如别处所述被驱动。
头部位置测量系统404检测观察者相对于显示装置100的位置。led控制器402根据头部位置测量系统404所检测到的观察者的位置，来选择要操作的光源15，使得光导向进入其中的观察窗处于对应于观察者的左眼和右眼的位置。这样，可实现对应于观察者位置的波导1的输出方向性，使得在第一阶段第一图像可被导向至观察者的右眼，而在第二阶段导向至观察者的左眼。
因此，定向显示设备可包括定向显示装置和被布置成控制光源15a-n的控制系统。
图12a是示意图，其示出了包括在与反射侧面相对的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备光学叠堆的透视图。
反射端4可由菲涅耳镜提供。另外，锥形区域204可布置在波导1的输入处，以增加来自照明器元件阵列15中光源15a-15n的输入耦合效率并增加照明均匀度。具有孔203的屏蔽层206可布置成用于隐藏在波导1边缘处的光散射区域。后反射器300可包括小平面302，这些小平面可弯曲并布置成用于从阵列15的成像光源提供的光学窗组向窗平面提供观察窗。光学叠堆208可包括反射偏振器、延迟片层和漫射体。后反射器300和光学叠堆208在2014年2月21日提交的名称为“directionalbacklight”(定向背光源)的美国专利公布2014/0240828(代理人参考号355001)中进一步有所描述，该申请全文以引用方式并入本文。
空间光调制器48可包括液晶显示器，该液晶显示器可包括输入偏振器210、tft玻璃基板212、液晶层214、滤色器玻璃基板216和输出偏振器218。可将红色像素220、绿色像素222和蓝色像素224成阵列地布置在液晶层214处。还可在液晶层中布置白色像素、黄色像素、附加的绿色像素或其他颜色像素(未示出)，以增加透射效率、色域或感知的图像分辨率。
图12b是示意图，其示出了由包括在与反射侧面相对的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备形成光学窗的透视图。因此，输入表面2可为波导1的与反射端相对的端部。
图12c是示意图，其示出了包括在邻近反射侧面的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备光学叠堆的透视图，如2016年5月26日提交的名称为“wideangleimagingdirectionalbacklights”(宽视角成像定向背光源)的美国专利申请15/165,960(代理人参考号384001)中在其他地方所述，该申请全文以引用方式并入本文。波导301包括输入侧面322、324，其中在相应侧面上具有对准的光源317a-n和319a-n。与反射端304相对的端部302可被布置成为吸收端或反射端以分别提供低水平的串扰或提高的效率。
图12d是示意图，其示出了由包括在与反射侧面相邻的侧面上具有光输入的定向波导的定向显示设备形成光学窗的透视图。在输入小平面321处的光源317a-n和319a-n被布置成分别围绕轴线197提供光学窗27a-n和29a-n。菲涅耳镜304被布置有第一光轴和第二光轴287、289。因此，输入表面可为波导301的延伸离开反射端304的侧表面322。
因此，定向背光源包括第一引导表面6和第二引导表面8，该第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光，并且该第二引导表面包括多个光提取特征结构12以及位于光提取特征结构12之间的中间区域10，该多个光提取特征结构被取向为在允许离开穿过第一引导表面6的方向上导向沿波导1，波导301引导的光作为输出光，这些光提取特征结构被布置成沿波导1、301引导光。
考虑到图12a至图12d的布置方式，第二引导表面6可具有阶梯式形状，其中所述光提取特征结构12是中间区域10之间的小平面。光提取特征结构12可在波导1、301的侧表面22、24或322、324之间的方向上具有正光焦度，这些侧表面在第一引导表面6和第二引导表面8之间延伸。反射端4，304可在反射端4、304的侧面22、24或322、324之间延伸的方向上具有正光焦度，这些侧面在第一引导表面和第二引导表面6、8之间延伸。
因此，所有侧面2、4、6、8、22、24都提供反射以在防窥操作模式下实现均匀照明和低串扰。如果特征结构被施加到表面的许多区域，则由于特征结构处波导提取损耗的空间位置，可提供不均匀度。
可能期望的是通过反射端4、304的照明来提供高的图像均匀度。
图13是示意图，其示出了在输入表面处输入定向波导中的光的顶视图。考虑到图12a的布置方式，由光源15b通过照明穿过输入小平面326来提供光锥322，这些输入小平面由侧面2上的牵伸小平面328分开。小平面326还可包括微观结构以改变输入光的照明角度轮廓324。小平面326可倾斜以将光导向到反射端4。
图14至图16是示意图，其示出了定向波导的反射端的照明的顶视图。光源15被布置成从输入表面2照明反射端4。光线502、504描述了由光源和照明端4所提供的光线的极限。如图15所示，区域500是从光源15a-n到反射端4的输入光不传播穿过的输入表面的区域。类似地，对于图16的布置方式，区域500是从光源317a-n和319a-n到反射端304的输入光不传播穿过的输入表面的区域。
图17是示意图，其示出了对于宽视角操作模式的离轴观察位置，来自定向波导的光均匀度的透视图。图像762由均匀光766和空隙768照明。空隙768可通过离轴照明来填充，如名称为“wideangleimagingdirectionalbacklights”(宽视角成像定向背光源)的美国专利公布2016/0299281(代理人参考号379001)中所述，该申请全文以引用方式并入本文。可能期望的是维持区域766的均匀度。
图18是示意图，其示出了对于防窥操作模式的离轴观察位置，来自定向波导的光均匀度的透视图，其中仅提供同轴光源。输入表面上的高反射率区域可提供光拖影诸如拖影767。可能期望的是降低拖影767的强度，从而有利地改善防窥性能。
图12a和图12c的布置方式期望需要多个部件诸如波导、后反射器、光学叠堆和lcd部件的对准。可能期望的是降低此类部件的组装成本和复杂性。另外，此类对准方法应提供高的图像均匀度。还期望的是对准特征结构补偿显示设备中各部件的差动热膨胀。
因此，还期望的是提供减少在防窥操作模式中看到的杂散光的量的定向背光源。
图19是示意图，其示出了定向波导的前视图，其中波导还包括至少一个表面起伏特征结构，该至少一个表面起伏特征结构形成在第一引导表面和第二引导表面中的至少一者上，在邻近输入表面的位置中。波导1在靠近输入表面2的区域中形成有多个对准特征结构510，如将描述的。截面a-a’和b-b’将在本文别处描述。
图20是示意图，其示出了包括反射小平面的线性阵列并且还包括对准特征结构512的后反射器的前视图。特征结构512可为圆形、细长狭槽或其他形状。
图21是示意图，其示出了图19的定向波导和图20的后反射器的对准。因此，特征结构510，512可在组装步骤期间对准。特征结构510可为与特征结构512(其可为后反射器中的孔)对准的销。
有利的是，波导1和后反射器300可对准。横向方向(y轴)上的进一步差动热膨胀，同时维持正交方向(x轴)上的对准。
图22至图23b是示意图，其示出了定向波导的侧视图，其中该波导还包括至少一个表面起伏特征结构。此类侧视图可为例如图19中的截面b-b’的横截面图。因此，定向背光源可包括：波导1，该波导包括用于沿波导1引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面6、8以及在第一引导表面与第二引导表面6、8之间延伸的输入表面2；以及光源15a-n的阵列，该阵列沿波导1的输入表面2布置在不同输入位置处，并且被布置成将光输入到波导1中，光源15a-n具有间隔开的发光区域，波导1还包括用于将来自光源15a-n的输入光沿波导1反射回的反射端4，第二引导表面8被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面6作为输出光，并且该定向背光源被布置成将输出光在输出方向上导向到光学窗26中，这些光学窗取决于输入位置而沿输入了输入光的光源的输入表面2横向地分布，其中波导1还包括至少一个表面起伏特征结构510，该至少一个表面起伏特征结构形成在第一引导表面6和第二引导表面8中的至少一者上。
另外，波导1可包括用于将来自光源的输入光沿波导1反射回的反射端2，第二引导表面8被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，并且该波导被布置成使光源成像，使得来自这些光源的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗中，这些光学窗取决于光源的输入位置横向地分布，其中波导1还包括至少一个表面起伏特征结构，该至少一个表面起伏特征结构形成在第一引导表面和第二引导表面中的至少一个上在邻近输入表面且位于光源的发光区域的中间的位置中，和/或形成在输入表面上在光源的发光区域中间。
因此，特征结构510可为在z方向上延伸的具有宽度514和高度516的销。有利的是，这种特征结构510可在波导1的模制期间形成。另选地，特征结构510可单独地附接到波导1。
表面起伏特征结构510还可被布置成从波导1中移除在由反射端4反射后入射在其上的至少一些反射光。特征结构510可具有吸收涂层，或吸收层可被布置成具有特征结构510以减少杂散光。
有利的是，从反射端4反射且由侧面8和侧面6上的特征结构10引导的来自输入表面的光线509可入射在特征结构510上并且在到达输入表面2之前被提取。因此，此类光并未从侧面1反射到波导中，使得拖影767的强度减小，如图18所示。因此，有利的是，可在光学叠堆的机械布置方式的配合下实现防窥性能。
图23a表明，特征结构510可被布置成具有小于或类似于高度516的宽度514，以最小化特征结构510内的引导，从而优化来自特征结构510的反射光的减小。有利的是，防窥模式的性能可提高。
图23b表明，特征结构510可以是孔而不是图22和23a中所示的突起。此类孔可被涂上黑色，以减少杂散光反射。此外，孔的侧面可具有微结构以在防窥操作模式下最小化拖影367的方向性。
图24至图25b是示意图，其示出了光输入到定向波导和用于表面起伏特征结构的边界区域中的前视图。因此，至少一个表面起伏特征结构510形成在波导1的第一引导表面和第二引导表明6、8中的至少一者上，在邻近输入表面2的位置以及位于光源15a-n.2的发光区域515、517中间的区域500中。表面起伏特征结构510的位置可位于由以下各项界定的区域500内：输入表面2的一部分，其位于一对相邻光源15a、15b的发光区域的中间；以及一对相交想像线504、506，其从与输入表面2的该部分相邻的这对光源15a、15b的发光区域517、519的相应边缘延伸到反射端4的在第一引导表面与第二引导表面6、8之间延伸的相应侧面。
因此，光源15a-n可具有封装材料519和发光区域515。区域500由从区域515的边缘至反射端4的边缘的光线504、506以及输入表面2形成。
有利的是，特征结构510不会降低输出的均匀度。通过比较，区域500外部的特征结构可产生光损耗，使得反射端4的一些区域与具有不穿过特征结构510的光线的其他区域相比，以较低的强度照明。
图25a至25b示出了被布置成优化特征结构510的区域而不降低效率的输入表面的不同布置方式，同时有利地实现照明的高均匀度。
可能期望的是对于宽视角下的离轴观察位置，为定向显示器提供均匀的外观。
图26a是示意图，其示出了对于宽视角操作模式，定向背光源中的离轴光线传播的前透视图，图26b是示意图，其示出了对于防窥操作模式，定向背光源中的离轴光线传播的前透视图。
在宽视角操作模式中，阵列15的光源801、803、805的各组均进行操作，并且对于离轴观察位置，可以看到图像，如图26a所示。在防窥操作模式中，仅组801进行操作，因此对于中央观察位置，可以看到图像，但离轴观察者不能看到图像，如图26b所示。
可能期望的是在防窥操作模式下最小化离轴图像的亮度。
图26c是示意图，其示出了在组803、805的区域中来自定向波导1的输入侧的光输入和光反射的顶视图。阵列15的光源可布置成在输入侧面2上具有微结构，诸如2016年10月11日提交的美国专利申请15/290,543(代理人参考号394001)中所述，该申请全文以引用方式并入本文。
在宽视角操作模式中，组803、805中的光源被布置成提供输入光线802，这些输入光线对于广泛范围的观察位置提供均匀的照明。
然而，在防窥模式中，从光源封装反射的光线811或从输入端处的输入微结构反射的光线812产生有效的照明源。此类光线传播回到波导1中并且提供不期望的离轴照明，从而降低防窥操作模式的有效性。
可能期望的是减小特征结构在波导2的输入端2处的反射率。
对输入端2的修改在美国专利9,350,980(代理人参考号317001)中有所描述，该专利全文以引用方式并入本文。输入端的厚度可为0.5mm或更小。将光吸收层施用于这种低厚度是复杂的并且增加了成本。可能期望的是提供成本降低的布置方式以减少反射。
还期望的是向输入端提供光源阵列15的稳定对准以增加耦合效率并降低热点可见度。
图26d至图26e是示意图，其分别示出了被布置成使来自输入端2的光线的反射减少的条带的侧视图和顶视图。
定向背光源可包括：波导1，该波导包括用于沿波导1引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面6、8以及在第一引导表面和第二引导表面6、8之间延伸的输入表面2；光源15a-n的阵列15，该阵列沿波导1的输入端2布置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导1中，光源15a-n具有间隔开的发光区域，波导1还包括用于将来自光源15a-n的输入光沿波导1反射回的反射端4，第二引导表面8被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面6作为输出光，并且波导1被布置成使光源15a-n成像，使得来自这些光源的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗26a-n中，这些光学窗取决于光源15a-n的输入位置横向地分布。
定向波导1还可包括支撑件816，该支撑件支撑光源阵列15并且具有跨波导1的第一引导表面或第二引导表面延伸经过波导1的输入表面2的部分813。
至少一个条带815附着到波导1的第一引导表面6和第二引导表面8中的至少一者并沿其邻近于输入表面2延伸，条带815被布置成减少从波导1内部入射到其上的光线806的反射。
在操作中，在反射端4处反射的光线806可入射在条带815上。光可传播到条带815中，并且所反射光线的强度可通过如本文将描述的吸收或散射来减小。已由输入侧面反射的光线806可在第二时间入射在条带815上并且可发生进一步的吸收。为了进行示意性的说明，输入侧面上反射的光线强度示出为具有相同的线宽度以示出强度。然而，一些光将在输入端2处被透射和吸收，其中一些光朝向反射端4反射回波导中。
有利的是，光线806在条带815处、输入端2处以及在第二时间在条带815处发生损耗。有利的是，光线806可减小并且防窥性能提高。
另外，直接来自阵列15的光源的光线可入射在条带815上以进行单次通过。因此，有利的是，输入光线808的损耗低于反射光线806的损耗。
支撑件816被示出为位于第二引导表面8上，而条带可位于第一引导表面6上。为了进一步增加反射光的减少，可将另外的条带815b布置在第一引导表面6上。可通过调节条带815、815b的宽度819、819b来进一步控制反射减少的量。有利的是，可控制输入光损耗与反射减少之间的权衡，以最小化宽视角模式功耗并降低防窥图像亮度。
如图26e所示，光源可具有间隔开的发光区域515，并且条带沿第二引导表面延伸跨过邻近于光源的发光区域的位置820以及光源的发光区域中间的位置821。
有利的是，来自阵列15的光源的光反射和来自输入端的反射可以减少。
可能期望的是增加输入光的效率，同时最小化来自输入侧面的反射在光源中间的区域中的可见度。
图26f是示意图，其示出了布置在第一引导表面6上的条带815和支撑件816的顶视图。条带815可仅沿第二引导表面8的一部分延伸，并且可例如为三角形形状。有利的是，可使来自输入端2的光线806的反射减少，同时实现与图26的布置方式相比输入光线808的效率的提高。
图26g是示意图，其示出了波导上1的条带815的布置方式的顶视图。条带815延伸所沿的第一引导表面或第二引导表面6、8的所述部分可偏离输入表面2的中心(其可为光轴199)。有利的是，对于光轴199附近区域823中的阵列15的中央光源，输入端2处的光输入的效率并未由于条带815而减小。条带815可布置在外部区域827中，这有助于离轴观察位置处防窥模式的亮度。在中间区域825中，条带815(诸如图26所示的那些)可被布置成减少来自输入侧面2的反射，同时最小化来自led的输入光损耗，从而增加宽视角模式效率，但降低防窥操作模式下中间位置的亮度。
条带815可为粘合带，也可为粘合剂材料。例如，条带815可包括压敏粘合剂(psa)、光学透明粘合带(oca)诸如3mtm光学透明双面丙烯酸粘合带。另选地，条带815可包括固化的液晶材料，诸如但不限于uv或热固化树脂材料。此类材料的光学性质将在本文中进一步描述。
还期望的是实现光源与输入侧面的准确且稳定的机械对准。
现在将参照图26d进一步描述条带815。定向背光源还可包括支撑件816，该支撑件支撑光源阵列并且具有跨波导1的第一引导表面或第二引导表面6、8延伸经过波导1的输入表面2的部分813，并且其中至少一个条带815包括附着到支撑件816且附着到波导1的第一引导表面6和第二引导表面8中的一者以用于将波导相对于支撑在支撑件816上的阵列15的光源保持在适当位置的至少一个条带。
有利的是，可改善防窥模式性能，并且使用同一条带815对准到波导1的输入的光源进一步实现成本和复杂性的降低。
条带815可附着到支撑件816并且附着到波导1的第一引导表面或第二引导表面6、8。
定向背光源还可包括设置在波导1的第一引导表面6和第二引导表面8的另一者上并且沿其邻近输入表面2延伸的至少一个另外的条带815b，该另外的条带815b还被布置成吸收从波导1内部入射在其上的光线806。
至少一个条带可包括附着到第一引导表面6的至少一个条带815b和附着到波导1的第二引导表面8的至少一个条带815。
现在将描述光线806的吸收。
条带815可吸收光，由此该条带通过吸收该光来减少从波导1内部入射在其上的光的反射。例如，条带815b可在其主体中包括吸收颗粒。条带可以吸收来自光源阵列的光的整个波长范围内的光。例如，可将黑色颜料或染料掺入到条带815b中。
如条带815c所示，条带可透射光，由此该条带通过将该光耦合到波导1外部来减少从波导1内部入射在其上的光的反射。
可能期望的是进一步控制来自条带815的光提取。
在操作中，在法线方向上输出的光线例如可相对于x轴在圆锥角+/-20度内以角度831在波导内传播。此类光线可由输入端在不想要的防窥方向上反射到输出端。因此，期望的是减少靠近x轴的光线。
条带可具有与波导的折射率相差不超过0.02的折射率。
在说明性示例中，波导可具有1.50的折射率，并且条带可具有1.48的折射率。条带815和波导1的界面处的临界角可为80度，使得仅+/-10度的光锥将由界面保持在波导内。来自波导1的在竖直方向上具有小偏转并且输出至离轴方向的光线可由条带815衰减，并且因此防窥模式亮度可减小。
有利的是，最小化支撑件816的复杂性。支撑件可为柔性印刷电路(fpc)。fpc可包括与光源阵列的电连接。有利的是，可降低支撑件816的成本和复杂度。
支撑件816可包括吸收性材料。例如，支撑件816可为包含黑色阻焊层的fpc。由条带815传输的光入射在支撑件上的黑色材料上并被吸收。
可能期望的是，向光源阵列15、fpc816和波导1的组件提供热流路径和刚度。
图26h是示意图，其示出了定向背光源的侧视图，该定向背光源还包括支撑件816所附接到的刚性保持器部分833。保持器部分833可包括框架，诸如铝架或钢架材料。保持器可以进行阳极化或被涂成黑色，以减少光散射。
图26i是示意图，其示出了定向背光源的侧视图，表明支撑件816可为刚性保持器部分833。
定向背光源还可包括设置在光源后面并将光源朝向波导1弹性地偏置的弹性构件920，如将在本文中更详细地描述的。
可能期望的是，提供反射光的优先提取，其中条带815不存在复杂性并且可在波导1的模制期间被提供。
图26j至图26k是示意图，其示出了定向背光源的侧视图和顶视图，该定向背光源包括漫射光提取区域835、835b，这些漫射光提取区域可位于第一引导表面6和/或第二引导表面8上。光线839可散射到吸收器837、837b上。例如，漫射区域可包括微结构化元件，这些微结构化元件可通过模制工具的金刚石工具作业或激光雕刻来提供。
可改善防窥性能，同时保持输入光效率。可进一步减小组件的复杂性。例如，吸收器837可在基板诸如刚性保持器833的fpc或变黑表面上包括黑色阻焊层。
图26l至26n是示意图，其示出了条带815和漫射区域835的另外的布置方式的顶视图。图26l示出了用于减少区域821中的反射的布置方式，同时提供区域820中的条带815的一些改善。
图26m表明，可通过改变横向方向上的条带815的宽度819来调节防窥效率与输入效率之间的权衡。条带815和区域835可布置在波导1的相同或不同的引导表面6、8上。
图26n表明，可在“mayan”led之间提供三角形条带815以优化光线799的输出，同时使光线797的反射最小化。mayanled通常布置在波导1的外部区域827中，如图26g所示，并且有利于优化宽视角均匀度。然而，此类结构由于来自倾斜表面的全内反射而具有增加的反射率，并且定位在各位置处以提供显示器的离轴照明。因此，有利的是，本实施方案改善了防窥性能，同时允许宽视角模式的有效照明。
可能期望的是提供上文在印刷电路的宽度具有小宽度的布置方式中所述的光控制优点。
图26p是示意图，其示出了定向背光源的侧视图，该定向背光源还包括波导1所附接到的刚性保持器部分。印刷电路877可具有低宽度，该低宽度不足以支撑条带815的足够宽度。条带815c、815b可被布置成与保持器879接触。有利的是，可使用较小宽度的fpc。
图27是示意图，其示出了定向背光源的侧视图，该定向背光源在阵列的光源中间的区域821中的输入侧面上还包括吸收区域834。例如，吸收区域可由带材或涂料提供。有利的是，来自输入侧面的反射可进一步减小，并且防窥模式性能提高。
现在将描述输入光拖影和热点的出现和形成。
图28a是示意图，其示出了定向背光源中的光拖影的前透视图。从离轴观察位置观察时，尤其是在防窥操作模式下，拖影706可以是观察者可见的。此类拖影与光源阵列15的每个光源相关联，并且以从中心指向反射端近侧的位置的倾角倾斜，表明光拖影的原点针对从输入端2向反射端4传播的光。
现在将描述光拖影706的一个原点。
图28b是示意图，其示出了平面波导中的光波的传播的侧视图。光线700可通过随波导1传播的波面708来表示。当表面6、8平滑时，那么光不会逸出波导1，并且没有产生光拖影706。
图28c是示意图，其示出了包括提取特征结构12的波导中的光波的传播的侧视图。提取特征结构处的相位阶跃产生衍射效应，使得产生可逸出波导的波面708、709，其中角度轮廓712随光线712的方向变化。因此，特征结构12处的衍射可产生光损耗，光可产生拖影706。
图28d是示意图，其示出了包括提取特征结构的波导中的光波的传播的侧视图。因此，衍射波708、709可通过光线714、715来表示。
图29是示意图，其示出了提取特征结构12处的模拟提取亮度716相对于波导1内的光线的角度的曲线图。因此，在接近导向穿过波导的角度下，由提取特征结构12衍射非常小的光。然而，随着角度的增大，光提取的强度增大。具体地讲，接近表面6、8处的临界角的角度对衍射光起最大的作用。
现在将描述光拖影706的另一个原点。
图30a是示意图，其示出了提取特征结构的模制的侧视图。可使用具有边界清楚的提取特征结构表面722的工具720来提供注射成型波导1。在所注入的透明聚合物材料的固化过程中，可在工具的尖锐特征结构处发生非均匀收缩724，使得可形成圆形尖端724和小平面倾斜726。
图30b是示意图，其示出了来自包括小平面倾斜726的光提取特征结构的光提取的侧视图。在操作中，入射在小平面倾斜上的大角度光线728可具有角度偏转，其以大角度产生来自波导的提取，该角度偏转可产生输入光拖影706。
可能期望的是通过优先移除波导内的大角度光线来减少光拖影的出现。
图31a是示意图，其示出了波导中的大角度光线的优先提取的侧视图。条带815可具有与波导1的折射率相差不小于0.08的折射率。继续先前的说明性实施方案，条带的折射率可为1.42，从而为波导1中的光线730提供71°的临界角和+/-19°的传播锥角。更大角度的光线诸如光线732所示被提取，并且可例如如上所述在支撑件816处被吸收。
更优选地，折射率差值可为0.14或更大，并且最优选地0.19或更大，使得保持陷入波导中的光的锥角增大，尤其是对于在法线方向上逸出的光而言。例如，可通过折射率在1.30至1.35范围内的uv可固化材料来提供此类折射率阶跃。
图31b是示意图，其示出了提取特征结构处的提取亮度相对于图31a的波导内的光线的角度的曲线图。因此，光线的轮廓736可显著减少，从而使拖影706的可见度最小化。另外，通过小平面倾斜提取的光线728被从光源附近的波导剥离，并且因此对大角度的光拖影706不起作用。
有利的是，光拖影的出现可最小化。
可能期望的是，提供均匀的条带宽度819。
图31c至图31d是示意图，其示出了均匀宽度的条带的侧视图。在第一步骤中，可为支撑件816设置倾斜736，并且可将可固化的低折射率材料733设置在支撑件816上在两个倾斜之间。在第二步骤中，可使波导1与阵列15对准并且抵靠支撑件816推动以提供薄材料层733。过量的材料可被挤压到倾斜736中，因此通过倾斜736的分离来确定条带815的宽度819。可通过uv照射来固化材料733以提供条带815。有利的是，可提供均匀宽度的条带815。
可能期望的是，在移除区域823中针对中央光源的光拖影706，同时在外部区域827提供低反射率。
图32是示意图，其示出了与输入侧面2处的波导1对准的不同条带的顶视图。在说明性示例中，外部区域738可包括具有折射率1.50的光学透明粘合带的3mm宽的连续条带。在中间区域825中，三角形部分740可布置成在光源之间布置有相同粘合带。在内部区域823中，具有折射率1.30的uv固化的光学透明粘合剂可布置成具有0.5mm的宽度。因此，第一引导表面或第二引导表面的所述部分可延伸跨过输入表面的中心，该条带沿所述部分延伸。
有利的是，可优化防窥水平、头部亮度和宽视角均匀度。
还期望的是提供识别标记，用于监测制造波导1的工艺条件。
图33a是示意图，其示出了包括识别标记的定向波导的侧视图。因此，表面起伏特征结构可为识别标记520。
图33b是示意图，其示出了光输入到定向波导和用于表面起伏特征结构和印刷识别特征结构的边界区域中的前视图。
图33c是示意图，其示出了包括识别标记和另外的突起的定向波导的侧视图。因此，波导1还包括至少一个表面起伏特征结构570，该至少一个表面起伏特征结构形成输入表面2上在光源15的发光区域的中间。
因此，特征结构520可进一步布置在区域500中。有利的是，波导1可用识别标记520模制以记录它的设计和制造条件。此类识别标记可产生波导损耗，所述波导损耗改善了防窥性能，但不会降低均匀度特性。此类识别标记可进一步与区域500中的散射标记配合进行布置，以增加此类区域中的散射和光损耗，从而通过减少来自侧面2的反射光的串扰来有利地改善防窥性能。
波导1还可包括至少一个表面起伏特征结构570，该至少一个表面起伏特征结构形成在输入表面2上且位于光源15a-n的发光区域的中间。另外，特征结构570还可包括识别标记520，这些识别标记可位于表面6、表面8上，或可在x方向上具有表面起伏，如图33c所示。
因此，突起可延伸到由区域500限定的波导中，并且可从表面2向后延伸。有利的是，区域500的大小可增大，并且突起570的大小和强度可增大。另外，识别标记520的面积可提高，以改善在工具上提供标记的可见度和易于提供性。
可能期望的是通过印刷到涂覆波导1上来记录金属化和波导1的特性。
图33d是示意图，其示出了包括识别标记的定向波导的金属化反射器的顶视图。此类标记可记录光学设计、工艺条件、金属条件、制造商和其他信息，包括例如字母数字字符422和条形码520。有利的是，此类标记可设置在反射端的金属上，因此不影响波导1的光学性能。通过在机械安装件中提供入口，此类标记对于液晶模块可在外部可见，从而在操作期间实现背光源的故障模式的快速诊断。
可能期望的是使波导1与多个光学元件对准。
图34a是示意图，其示出了包括定向波导和后反射器的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凸的波导表面起伏对准特征结构。因此，表面起伏特征结构510可为机械固定特征结构。
定向背光源还可包括后反射器300，该后反射器包括反射小平面302的线性阵列，这些反射小平面被布置成使来自光源的透射穿过波导1的第二引导表面8的光反射回穿过波导1，以离开穿过第一引导表面6，该后反射器为机械固定特征结构所固定到的所述另一个部件。因此，定向显示装置可包括定向背光源和透射空间光调制器48，该透射空间光调制器被布置成接收来自波导1、301的输出光并对其进行调制，以显示图像。
图34b是示意图，其示出了包括定向波导、后反射器和光条的对准的显示设备的侧视图，该光条导包括发光元件阵列和印刷电路。图34c是示意图，其示出了包括对准特征结构的光条的顶视图。后反射器300可为机械固定特征结构所固定到的所述另一个部件。表面起伏特征结构510可为突起。因此，机械固定特征结构510可固定到定向背光源的另一个部件诸如pcb530，所述pcb被布置成提供光源15a-n的阵列15的安装。pcb可具有被布置成与波导的特征结构510对准的孔或狭槽特征结构532。另外，可在特征结构532中提供粘合剂以将波导附连到背光源的机械部件。
图35a是示意图，其示出了包括定向波导、后反射器、光条的对准的显示设备的侧视图，该光条包括发光元件阵列和印刷电路以及具有孔特征结构542的后框架540。有利的是，可实现机械叠堆的进一步机械稳定性。
图35b是示意图，其示出了包括定向波导和后反射器的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凹的波导表面起伏对准特征结构，并且该后反射器具有凸的表面起伏特征结构。因此，表面起伏特征结构510可为凹陷部。
图35c是示意图，其示出了包括定向波导和光条的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凹的波导表面起伏对准特征结构，并且该光条具有凸的表面起伏特征结构550。有利的是，与用于形成波导1的材料相比，销特征结构的强度可增大。此类特征结构550可进一步涂覆以降低防窥操作模式下的反射率。
图36是示意图，其示出了包括定向波导和内部框架的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凸的波导表面起伏对准特征结构，并且该内部框架具有凹的表面起伏特征结构。图37是示意图，其示出了包括定向波导和内部框架的对准的显示设备的侧视图，该定向波导包括凹的波导表面起伏对准特征结构，并且该内部框架具有凸的表面起伏特征结构。
因此，对准特征结构可设置在波导的与波导的上面形成有光提取特征结构的侧面8相对的侧面6上。有利的是，机械对准特征结构510不妨碍后反射器300。
图38是示意图，其示出了显示设备的侧视图，该显示设备包括与定向波导接触的后反射器。例如，可能期望的是减少区域613中的后反射器微结构302的尖端的高压接触对波导1和后反射器300的损坏。
图39是示意图，其示出了包括表面起伏特征结构的显示设备的侧视图，该表面起伏特征结构被布置成提供后反射器和波导的分离。因此，另外，特征结构510还可包括布置到后反射器300的剩余部分的区域511并在波导1与后反射器300之间提供间隙570，从而减少在处理期间对波导1和后反射器300的损坏。
可能期望的是使由波导1与后反射器300之间的冲击和移动所造成的损坏最小化。在构造中，后反射器微结构302可由比可用于形成波导1的模制热塑性材料(诸如pmma或聚碳酸酯)更硬的交联材料(诸如丙烯酸酯)形成。可能期望的是提供与波导1和后反射器300相邻的类似硬度材料以减少两个部件之间的损伤。
图40是示意图，其示出了定向波导和被布置成提供离轴空隙照明的光源阵列的前视图。在名称为“wideangleimagingdirectionalbacklights”(宽视角成像定向背光源)的美国专利公布2016/0299281(代理人参考号379001)中进一步描述了这种布置，该专利全文并入本文。来自光源15a-n的光被布置成提供反射侧面4的直接照明。反射光照明提取特征结构12并被提取到观察窗26(未示出)，如本文其他地方所述。对于离轴观察位置，如果不加以纠正，会产生空隙，造成不均匀性。借助来自反射器824的反射，来自光源815a-n的照明可以填充空隙。因此，主输入小平面326和牵伸小平面328可分别由光源15a-n、815a-n填充。
在显示器的热循环期间，波导1可以相对于包括光源阵列15、815的光条不同地膨胀和收缩。可能期望的是在热循环期间限制光源15、815与波导1之间的不对准。
图41是示意图，其示出了图40的定向背光源的光条阵列的前视图。光条可包括光源阵列15、815和pcb530。pcb可以是连续的或者可以被分成单独的元件530a-n。每个pcb530a-n均可包括对准特征结构532，诸如与波导1的区域500中的特征结构510对准的孔。在操作中，光源15a-n、815a-n相对于波导的相对运动减少，同时维持波导1与相应光源的对准。有利的是，在热循环期间，输入耦合效率和均匀度的变化最小化。
可能期望的是在波导1与背光源的机械结构之间提供粘合剂。
图42是示意图，其示出了光输入到定向波导和用于粘附特征结构的边界区域中的前视图。图43是示意图，其示出了包括定向波导与机械布置方式的对准的显示设备的侧视图，该机械布置方式包括粘附特征结构。
因此，波导1还包括粘合剂580，该粘合剂设置在第一引导表面6和第二引导表面8中的至少一者上在由以下各项界定的区域500内的某个位置中：输入表面2的一部分，其位于一对相邻光源15的发光区域的中间；以及一对相交想像线504、506，其从与输入表面2的该部分相邻的这对光源15的发光区域的相应边缘延伸到反射端4的在第一引导表面和第二引导表面6、8之间延伸的相应侧面。
因此，粘合剂580可设置在本文其他地方所述的区域500中。布置在区域500外部的粘合剂可吸收光并且在光学输出中产生不均匀性和拖影。粘合剂580可为压敏粘合剂或其他类型的粘合剂材料。有利的是，在使用粘合剂材料的同时保持了均匀性，从而降低机械对准的成本。
现在将描述定向波导的模制。
图44至图46是示意图，其示出了定向波导的模制方法的侧视图。在第一步骤中，提供一种模具，该模具包括型芯工具740(包括用于第二引导表面的特征结构)、腔体742、740(包括用于第一引导表面的特征结构)、输入工具748和菲涅耳镜工具744。另外，还可提供支撑工具750。
在第一步骤中对准相应工具之后，在第二步骤中注入材料以形成波导1并且例如通过冷却来固化，如图45所示。在第三步骤中，如图46所示，从工具组件中提取波导1，并且在第四步骤中，可以提供特征结构752，诸如条带815、识别标记和其他层。
可能期望的是将特征结构结合在工具内，以降低组装的成本和复杂性。
图47是示意图，其示出了包括印刷识别特征结构754的定向波导的侧视图。图48至图50是示意图，其示出了包括模具嵌入物756的定向波导的模制方法的侧视图。图51是示意图，其示出了包括来自图48至图50的模具嵌入物的模制特征结构的定向波导的侧视图。
有利的是，可将诸如识别和吸收特征结构的特征结构结合到模制过程中，从而降低成本和复杂性。
对波导1的表面的损坏可能导致对于没有从反射端4反射、被提取特征结构12反射或折射并且穿过第一引导表面6的光的光泄漏。例如，对于离轴观察位置，在防窥操作模式下，这种损坏可表现为白点。后反射器峰的损坏可表现为黑点或白点。
图52a是示意图，其示出了包括用于具有损坏伪影的定向波导1的后反射器302的显示设备的侧视图。后反射器302可包括金属化表面起伏结构，该金属化表面起伏结构可具有另外的硬保护涂层。例如，该表面起伏结构可包含固化的丙烯酸酯聚合物材料。期望的是通过减小峰609的大小来使后反射器302的效率最大化。然而，较小的峰609在后反射器302和波导1的接触点之间提供增大的压力。
波导1可为例如pmma或聚碳酸酯的相对柔软的材料。后反射器302表面的铅笔硬度可大于2h，例如4h，而波导1的铅笔硬度可小于2h，例如hb。
力613可以施加到后反射器的基板300，从而提供两个表面之间的直接接触。与波导1接触的尖峰609可在波导1的材料中形成凹坑601并且可以形成碎片603。另外，峰609可受损以形成损坏区域605和碎片607。碎片603和607可沉积在波导1和后反射器302的表面上。
图52b是示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器的显示设备的侧视图，示出了由于损坏伪影而导致的光传播，图52c是示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器的显示设备的透视下视图，示出了由于损坏伪影而导致的光传播。
在操作中，可针对凹坑601提供光线611。因此，对于从输入端2朝向反射端4传播的光，可能不合需要地提取光，从而在输出图像中形成亮点601，如图52c所示。此外，当射线619可被预期时，后反射器302上的损坏区域605可提供射线617，使得在输出图像中提供黑点。碎片607可引入光线617，在一些方向上提供白点并防止反射光线621或来自后反射器的反射，从而提供黑点。
期望的是减少由于后反射器302表面与波导1之间的接触而导致的损伤特征结构的数量和大小。
还期望的是减少波导1的重复提取特征结构12与后反射器302的小平面之间的摩尔纹伪影。
图53a至图53c是示意图，其示出了显示设备的侧视图，该显示设备包括用于定向波导的后反射器，还包括布置在波导1和后反射器302之间的中间层600。
定向背光源可包括：波导1，该波导包括用于沿波导1引导光的相对的第一引导表面6和第二引导表面8和在第一引导表面6与第二引导表面8之间延伸的输入表面2；以及反射端4，该反射端用于将来自光源的输入光沿波导1反射回。光源阵列15沿波导1的输入表面布置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导1中。第一引导表面6被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面8具有阶梯式形状，该阶梯式形状包括多个提取小平面12和在这些小平面12之间的中间区域10，该多个提取小平面被取向成在从反射端4反射后，将来自光源15的输入光反射穿过第一引导表面6作为输出光，并且这些中间区域被布置成沿波导1引导光，波导1被布置成使光源成像，使得输出光在输出方向上导向到相应的光学窗26(未示出)中，这些光学窗取决于光源的输入位置横向地分布。另外，后反射器302包括反射小平面的线性阵列，这些反射小平面被布置成使来自光源的透射穿过波导1的多个小平面12的光反射回穿过波导1，以离开穿过第一引导表面6；以及透射片600，该透射片布置在后反射器和波导1的第二引导表面之间。
例如，透射片600可包括具有例如与后反射器302类似硬度的单个平面层602。片600可为例如玻璃片，或者可为聚合物层。片600可例如通过散射颗粒而具有内部扩散效应。
有利的是，来自峰609的压力可减小，从而对波导1和后反射器302的损坏提供减小的增加阻力。此外，提取特征结构12与后反射器302的峰609的分离可以增加，从而减少两个结构之间的摩尔纹形成。
图53b示出了可布置在层602的上表面上的附加层604。因此，透射片600包括多个层602、603、604。附加层604可实现对波导1的损坏的减小，和/或可包括例如漫射体功能，该漫射体功能可降低摩尔纹的可见度。透射片600的多个层包括邻近波导1的前保护层604，该前保护层604由与多个层中的任何其他层的材料相比对波导1提供更少损坏的材料制成。
有利的是，波导1的损坏可减小。
如图53c所示，附加层604可布置在层602的下表面上。透射片600的多个层可包括邻近后反射器302的后保护层602，该后保护层602由与多个层中的任何其他层的材料相比对后反射器提供更少损坏的材料制成。
透射片600的多个层可包括加强层603，该加强层由与多个层的任何其他层的材料相比具有更高硬度的材料制成。有利的是，由于透射片600的变形而导致的光学像差可能会降低。
增强层的厚度可被布置成在波导1与后反射器302之间提供减小的摩尔纹形成。
可能期望的是在两个元件的相对运动期间减少后反射器302的峰对波导1表面的损坏。
图54是示意图，其示出了包括用于定向波导的后反射器的显示设备的侧视图，其中后反射器还包括基本上共面的平坦区域610。此类区域610、612可布置在反射小平面604、606之间，以便减小后反射器300的峰到波导1上的压力。
有利的是，可改善已组装装置的稳健性。
可能期望的是提供来自光源阵列15的光到波导1中的有效耦合。在常规的非定向波导中，可使用散射粘合剂元件来将波导跨光源阵列的整个宽度附接到设置有led阵列的基板。
通过在定向波导中进行比较，这种粘合剂可以增加热点可见度并且可能导致光源阵列中的一些光源的串扰增加。因此，尽管一些光源可以如本文其他地方所述设置有粘合带，但理想情况是，阵列中的其他光源在光源和阵列之间可能没有设置有粘合带。期望的是在不使用粘合剂的情况下在光源与波导之间提供高耦合效率。
还期望的是使由于阵列15的光源与波导1的输入端2的未对准而引起的热点的可见度最小化。还期望的是，从光源阵列15向框架提供热路径，以在操作期间提供降低的接合点温度。提供从光源阵列到框架的热路径以在操作期间提供降低的接点温度。
图55是示意图，其示出了包括led封装861的光源15a与在输入侧面2处具有波导1的发光区域515的不对准的侧视图。纵向不对准860和横向不对准862可提供效率损失，如图56所示，该图是示出了光进入波导1的相对耦合效率864的示意曲线图，对应的纵向不对准860。
在图56的说明性实施方案中，具有高度0.55mm的波导1与发光孔515的高度为0.45mm且具有朗伯发射曲线的led对准。假设未入射到输入侧面2上的光线丢失。假定零不对准862(即，led在z方向上对准)并且不对准860被调整。理想的是，希望大于95％的耦合效率提供大约40微米的最大所需纵向位移。为了在阵列15的整个宽度上实现此类对准，可以增加光条对准系统的成本和复杂性，影响波导产率，从而增加成本。
可能期望的是以降低的成本提高耦合效率。
图57是示意图，其示出了具有包括附加反射元件866、870的阀输入侧面的led的不对准的侧视图。反射元件可由反射膜提供，或者可为支撑装置上的涂层。图58是示意图，其示出了光进入波导1中的相对耦合效率864，该波导还包括具有反射率872和纵向不对准860的另外的反射元件866、870。与图56相比，耦合效率可得到改善。然而，反射元件866、870的插入可以是复杂且昂贵的。
可能期望的是，在光源中的定向背光源中提供增加的耦合效率，这些光源理想情况下不通过附接到粘合带或其他粘合元件来完全对准。
图59a是示意图，其示出了在第一步骤中使led阵列15与波导1对准的侧视图。定向背光源可包括波导，该波导包括用于沿波导1引导光的相对的第一引导表面6和第二引导表面8以及包括在第一引导表面6与第二引导表面8之间延伸的输入表面的输入端2；光源15a-n的阵列，该阵列沿波导1的输入端2布置在不同输入位置处，并且被布置成将输入光输入到波导1中，光源15a-n具有间隔开的发光区域。波导还可包括用于将来自光源的输入光沿波导1反射回的反射端4，第二引导表面8被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面6作为输出光，并且波导1被布置成使光源15a-n成像，使得来自光源15a-n的输出光在输出方向上导向到相应的光学窗26中，这些光学窗取决于光源的输入位置横向地分布。
图59b是示意图，其示出了在第二步骤中使led阵列15与波导1对准的侧视图。
可提供保持器部分923，该保持器部分延伸跨过光源15a-n和波导1，保持器部分923将光源15a-nn和波导1相对于彼此保持在适当位置。另外，弹性构件920可设置在光源15a-n后面并且将光源15a-n朝向波导1的输入端2弹性地偏置。因此，定向背光源还可包括从弹性构件920后面的保持器部分923延伸出的止动件921，该弹性构件920接合止动件921。止动件921可为保持器部分923的整体部分，如图60a所示。
在组装期间，可施加力925以跨横向方向将波导1接触到光源阵列15，其中弹性构件提供可在整个光源阵列上变化的阻力。
支撑件816可为印刷电路，该印刷电路可为柔性印刷电路。因此，支撑件816可由光源所焊接到的柔性印刷电路提供。
弹性构件920可例如为可以附接到支撑件816并且可以延伸超过支撑件816的海绵材料。
有利的是，光源阵列中的每个光源可以相对于波导1的输入对准并且提高耦合效率。粘合剂可不插入波导1与支撑件816之间，与使用粘合剂的布置方式相比，这可以减少光损耗。
图60a至图60b是示意图，其示出了照明组件与机械支撑件的对准的侧视图，该机械支撑件还包括粘合剂层。
可提供支撑光源阵列的支撑件923，该支撑件附接到保持器部分530。例如，止动件921可为支撑件923的整体部分，如图60b所示。
支撑件816可具有跨波导1的第一引导表面或第二引导表面6、8延伸经过波导1的输入端2的部分，并且定向背光源还可包括附着到波导的第一引导表面和第二引导表面中的至少一者且延其邻近于输入表面2延伸的至少一个条带815，该条带815被布置用于将波导1相对于支撑在支撑件816上的光源15保持在适当位置，光吸收粘合带815沿波导1的第二引导表面波导8邻近输入端2延伸。
图61a至图61b是示意图，其示出了照明组件与带槽机械支撑件的对准的侧视图。图61a表明，保持器部分923可设置为带槽框架922并且被布置成接收光源阵列15、支撑件816和波导1。图61b表明，带槽框架922的后部可充当弹性构件的止动件。
有利的是，带槽框架922可方便地提供支撑件，以用于将定向背光源组装到用于定向显示的框架中。
可能期望的是在法线方向(z方向)上提供波导1和光源阵列15的对准。
图62a至图62b是示意图，其示出了照明组件与装有弹簧的机械支撑件的对准的侧视图。可提供粘合剂层925诸如粘合带，以将支撑件816附接到可装有弹簧的框架924。可提供凹陷特征结构926以针对支撑件816向波导1施加竖直力，使得在法线(z轴)方向上实现对准。有利的是，可增加耦合强度。
有利的是在组装期间减少对波导1的可能的损坏。
图63a至图63c是示意图，其示出了照明组件与夹持式机械支撑件的对准的侧视图。在第一步骤中，保持器部分930的止动件921可以被布置成提供阵列15的光源的纵向对准，如上所述。在第二步骤中，可将夹具932附接以在法线(z轴)方向上提供夹持力。
有利的是，组装期间的可能损坏可能会减少。
可能有利的是将弹性构件进一步组合到定向背光源的框架。
图64a至图64b是示意图，其分别示出了led阵列与包括可变形机械支撑件作为保持器部分923的波导的对准的顶视图和侧视图。例如，框架940可形成在可弯曲金属诸如铝中。弹性构件920可以由可弯曲凸耳941提供，该可弯曲凸耳可以设置在框架940中并且用于将阵列15的光源推向波导1的输入侧面2。
有利的是，弹性构件结合到框架940中，降低了成本和复杂性。
在一些布置方式中，可在波导1的侧面24，26上提供侧镜827。可能期望的是向波导1的侧面24、26提供侧镜827的机械对准。
图65a至图65b是示意图，其分别示出了侧镜与包括可变形机械支撑件的波导的对准的顶视图和侧视图。除了反射表面之外，侧镜827还可包括基板824和支撑件825。框架940中的凸耳924可提供弹性构件920以在侧镜827和反射镜之间施加力944。
有利的是，侧镜处光的泄漏以及耦合效率可得到优化。
如在本文中可使用的，术语“基本上”和“大约”为其相应术语和/或术语之间的相对性提供业内可接受的公差。此类业内可接受的公差在0％至10％的范围内，并对应于但不限于分量值、角度等。在各项之间的此相对性在大约0％至10％的范围内。
虽然上文描述了符合本文公开原理的各种实施方案，但应当理解，这些实施方案仅以示例性而非限制性方式示出。因此，本公开的广度和范围不应受到上述任何示例性实施方案的限制，而应该仅根据本公开发布的任何权利要求及其等同物来限定。另外，所描述的实施方案中提供了上述优点和特征结构，但不应将发布的这些权利要求的应用限于实现任何或全部上述优点的方法和结构。
另外，本文章节标题是为符合37cfr1.77的建议而提供，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可产生于本公开的任何权利要求中所列出的实施方案。具体来说并且以举例的方式，虽然标题是指“技术领域”，但权利要求书不应受到在该标题下选择用于描述所谓的领域的语言的限制。另外，“背景技术”中对技术的描述不应被理解为承认某些技术对本公开中的任何实施方案而言是现有技术。“发明内容”也并非要被视为是对发布的权利要求书中所述的实施方案的表征。此外，本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于辩称在本公开中仅有单一新颖点。可以根据产生于本公开的多项权利要求的限制来阐述多个实施方案，并且此类权利要求因此限定由其保护的实施方案和它们的等同物。在所有情况下，应根据本公开基于所述权利要求书本身的特点来考虑其范围，而不应受本文给出的标题的约束。